KR20030031089A

KR20030031089A - 은 나노입자를 함유한 자외선 경화형 우레탄아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트의 합성

Info

Publication number: KR20030031089A
Application number: KR1020030019752A
Authority: KR
Inventors: 인교진; 김주영; 신동현
Original assignee: 인교진; 김주영
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2003-04-18

Abstract

1. 본 발명은 은 나노입자를 함유하고 있는 자외선 경화형 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 합성에 관한 것이다.

2. 본 발명은 대표적인 자외선 경화 코팅제인 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트에 은 나노입자를 안정하게 분산시켜서 자외선 경화후, 은 나노입자가 분산된 은/고분자 나노복합체를 합성하는 데 그 목적이 있다.

Description

은 나노입자를 함유한 자외선 경화형 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴 레이트의 합성{Synthesis of UV-curable Urethane Acrylate and Epoxy Acrylate Containing Silver Nanoparticles}

본 발명은 Silver Salt를 용해되어 있는 단량체 용액을 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트에 혼합하고, 이후 자외선 경화과정 중에서 은 나노입자를 형성시키고 최종적으로 은 나노 입자가 안정하게 분산된 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름을 제조하는 것이다.

일반적으로 은 나노입자를 고분자에 분산시키기 위해서는 은 나노입자가 분산된 유기용액을 고분자에 혼합하여서 제조하거나, Vapor Deposition을 통하여서 은 나노입자를 고분자 필름 위에 도포하는 것이 일반적이다. 또한, Silver Salt를 사용하는 경우에는, Silver Salt를 고분자와 용매 존재하에서 혼합하고, 이후, 고온 처리나 자외선 조사를 통하여서 은 나노입자를 형성시키는 것이 일반적이다. 그러나, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트와 같은 자외선 경화용 수지의 경우에는 유기용매가 첨가되는 최종 경화필름의 기계적 물성을 크게 지하시키기 때문에, 유기 용매를 사용하여서 은 나노입자를 분산시키는 것은 매우 어려운 일이다.더구나, Silver Salt는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트와 같은 자외선 경화용 수지에 용해되지 않다. 따라서 본 발명에서는 유기 용매를 사용하지 않고 기존의 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트와 같은 자외선 경화용 수지에 직접 적용이 가능한 은/우레탄 아크릴레이트 또는 은/에폭시 아크릴레이트를 합성하는 공정에 관한 것이다.

본 발명은 상기의 기존의 은/고분자 나노복합체 제조상의 문제점을 해결하기 위한 기술로, 은 나노입자가 나노크기로 분산된 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트를 합성하고, 이후 자외선 경화 과정을 통하여서 은 나노입자가 분산된 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름을 제조하는 것이다.

상기의 목적을 이루기 위해 본 발명은 극성기를 가지고 있는 단량체에 Silver Salt를 용해시키고, 이를 폴리올에 첨가 혼합하고, 이후 온도를 상승시켜서 은 나노 입자가 함유된 폴리올을 먼저 제조하고, 이를 여러 가지 종류의 디이소시아네이트와 반응시켜서 은 나노입자가 분산된 폴리우레탄을 제조한다.

즉, 극성기를 가지고 있어서 Silver Salt를 용해시킬 수 있는 단량체들에 Silver Salt를 첨가 용해시켜서 균일상 용액을 형성시키고, 이를 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트에 첨가 혼합한다. 이후, 자외선 경화과정 중에서 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트의 경화반응을 수행시키는 것과 동시에, 라디칼에 의한 전자 이동 반응을 통하여서 은 나노 입자를 형성시켜 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름에 분산시킨다. 이 때, 첨가된 단량체는 Silver Salt를 용해시키는 작용을 할뿐만 아니라, 라디칼 중합에 의해서 고분자로 전환되어서 형성되는 은 나노입자가 서로 응집되지 못하게 하는 작용을 한다. 이러한 공정을 이용하여서 은/우레탄 아크릴레이트, 은/에폭시 아크릴레이트 경화필름을 합성하는 경우, 기존의 공정과는 달리 용매를 사용하지 않고도 은 나노 입자를 용이하게 경화 필름내에 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트를 이용하는 자외선 경화용 코팅 조성제조 공정에도 직접 적용이 가능하다.

〈은 나노 입자가 분산된 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트의 제조 실시예 1 (이하 제조 실시예 1이라고 함)〉

(1) 은/우레탄 아크릴레이트 나노복합체 제조

: 극성기를 가지고 있는 단량체, 즉, 메틸메타크릴레이트(Methyl Methacrylate), 히드록시 에틸메타크릴레이트 (Hydroxy Ethylmethacrylate), 글리시딜메타클리레이트 (Glycidyl Methacrylate), 아크릴로니트릴 (Acrylonitrile), 아크릴산 (Acrylic Acid), 히드록시 프로필 아크릴레이트 (Hydroxy Propyl Acrylate) 중의 하나를 선택하여서, 1.0g을 100.0g의 상용화 우레탄 아크릴레이트 (예를 들면, Ebecryl 4815, Photomer 6294, Setacure AP 565, Craynor CN 961)에 첨가, 혼합한다. 이후, 반응성 희석제 (Ethylene Glycol Dimethacrylate, Tetraethylene Glycol Diacrylate, Hexanediol Diacrylate, Tripropylene GlycolDiacrylate 등)를 0 - 40g을 0.05g의 AgNO₃를 첨가 혼합하여서 상온에서 24시간 동안 교반하여서 AgNO₃를 결정을 완전히 용해시킨다. 이후, Benzoin Ethyl Ether이나 Irgacure 184와 같은 광개시제 0.03g을 첨가 혼합하여서 균질한 혼합용액을 제조한다. 제조된 용액을 자외선 경화를 시키면 무색 용액을 서서히 투명한 노란색으로 변색된다.

(2) 은/에폭시 아크릴레이트 나노복합체 제조

: 극성기를 가지고 있는 단량체, 즉, 메틸메타크릴레이트(Methyl Methacrylate), 히드록시 에틸메타크릴레이트 (Hydroxy Ethylmethacrylate), 글리시딜메타클리레이트 (Glycidyl Methacrylate), 아크릴로니트릴 (Acrylonitrile), 아크릴산 (Acrylic Acid), 히드록시 프로필 아크릴레이트 (Hydroxy Propyl Acrylate) 중의 하나를 선택하여서, 1.0g을 100.0g의 상용화 에폭시 아크릴레이트 (예를 들면, Actilane 7220 TP, Craynor CN 104 A80, Ebecryl 605, Photomer 3038)에 첨가, 혼합한다. 이후, 반응성 희석제 (Ethylene Glycol Dimethacrylate, Tetraethylene Glycol Diacrylate, Hexanediol Diacrylate, Tripropylene Glycol Diacrylate 등)를 0 - 40g을 0.05g의 AgNO₃를 첨가 혼합하여서 상온에서 24시간 동안 교반하여서 AgNO₃를 결정을 완전히 용해시킨다. 이후, Benzoin Ethyl Ether이나 Irgacure 184와 같은 광개시제 0.03g을 첨가 혼합하여서 균질한 혼합용액을 제조한다. 제조된 용액을 자외선 경화를 시키면 무색 용액을 서서히 투명한 노란색으로 변색된다.

〈실험 예 1〉

상기의 실험 절차와 실시 예 1의 구성비를 바탕으로 다양한 종류의 은/폴리우레탄 나노복합체를 제조하였다. 합성된 은/폴리우레탄 나노복합체의 광학특성과 형태학을 각각 측정하여서 하기 그림 1과 그림 2에 나타내었다.

[그림 1]

[그림 2]

상기의 그림 1에서 나타난 바와 같이, 은 나노입자를 함유한 우레탄 아크릴 레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름은 425 - 435nm의 빛은 흡수하는 결과를 나타내고 있다. 은 나노 크기로 존재하는 경우에는 특정한 영역의 빛은 흡수하는 특성을 나타내게 된다. 따라서, 이러한 광학특성이 나타나는 것은 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름에 존재하는 은 입자들이 나노 크기라는 것을 나타내는 것이다. 또한, 그림 2는 은/우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 나노복합체의 투과 전자현미경 사진으로, 20 -30 nm의 입자들이 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름에 균일하게 분산되어 있는 것을 나타낸다.

일반적으로 은 나노입자를 고분자에 분산시키기 위해서는 은 나노입자가 분산된 유기용액을 고분자에 혼합하여서 제조하거나, Vapor Deposition을 통하여서 은 나노입자를 고분자 필름 위에 도포하는 것이 일반적이다. 또한, Silver Salt를 사용하는 경우에는, Silver Salt를 고분자와 용매 존재하에서 혼합하고, 이후, 고온처리나 자외선 조사를 통하여서 은 나노입자를 형성시키는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에서는 유기 용매를 사용하지 않고 기존의 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트와 같은 자외선 경화용 수지에 직접 적용이 가능한 은/우레탄 아크릴레이트 또는 은/에폭시 아크릴레이트를 합성하는 공정에 관한 것이다.

Claims

메틸메타크릴레이트(Methyl Methacrylate), 히드록시 에틸메타크릴레이트(Hydroxy Ethylmethacrylate), 글리시딜메타클리레이트 (Glycidyl Methacrylate), 아크릴로니트릴 (Acrylonitrile), 아크릴산 (Acrylic Acid), 히드록시 프로필 아크릴레이트 (Hydroxy Propyl Acrylate)와 같이 극성기를 가지고 있는 단량체를 이용하여서 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트에 Silver Salt를 용해 분산시키고 이후, 자외선 경화과정 중에서 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트의 경화반응을 수행시키는 것과 동시에, 라디칼에 의한 전자 이동 반응을 통하여서 은 나노 입자를 형성시켜 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 경화 필름에 분산시키는 공정.