KR20050008785A - 폴리실록산 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1분자중에 2개 이상의 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 소정의 화학구조를 구비하는 폴리실록산 및 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 1분자중에 2개 이상 갖는 유기 규소 화합물을 백금계 촉매 존재하에 반응시켜 가교시킨 폴리실록산으로 이루어진 필름에 관한 것이다. 본 발명은 고내열성이며 가시광선 영역에서 우수한 투명성을 가지며 복굴절이 적은 실용적인 물성을 구비한, 자립성(self-supporting)이 우수한 폴리실록산 필름을 제공할 수 있다. 폴리실록산 필름 위에 무기물 층을 형성하여, 예를 들면, 투명 전극 필름 등에 사용되는 적층 필름을 제조할 수 있다.
Description
최근의 디스플레이 분야에서는 휴대전화의 디스플레이에서 볼 수 있는 바와 같이 경량이며 투명성을 갖는 고분자 필름이 많이 사용되고 있다. 또한, 고분자 필름은 장래의 페이퍼형 디스플레이에서는 필수 구성 부재중의 하나이다.
필름은 고분자 재료가 가장 바람직한 기술분야의 한가지이며, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 결정성 고분자 필름 및 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 비결정성 고분자 필름 등이 공지되어 있다. 이들은 모두 열가소성 고분자이며 분자량 및 분자량 분포를 조절함으로써 용이하게필름을 제조할 수 있다.
오늘날, 시판되는 투명 고분자 필름의 대부분은 열가소성 고분자로 이루어지며, 예를 들면, 가열 용융된 열가소성 고분자를 캘린더 처리하거나 T 다이를 통해 압출성형시켜 제조하고 있다. 또한, 결정성 고분자는 2축 연신함으로써 투명 필름을 제조하고 있다.
그런데, 열가소성 고분자로부터 제조된 필름은 이의 제조방법에 기인하는 고분자쇄의 배향이 생긴다.
이러한 배향 현상은 투명 필름의 경우에 특히 문제가 된다. 왜냐하면, 투명 필름중의 고분자쇄가 배향된 경우, 당해 필름을 빛이 투과할 때에 필름의 복굴절성으로 인해 편광을 발생시키기 때문이다. 따라서, 열가소성 고분자로 이루어진 투명 필름은 광학재료로서는 실용상 문제시되어 있다.
열가소성 고분자의 배향의 원인은 가열 용융된 상태에서 인가되는 응력이지만, 가열 용융상태에서의 성형가공에서는 어떠한 응력의 인가도 피할 수 없다. 따라서, 필름중의 배향을 억제하기 위해서는 응력을 부가하지 않는 성형가공, 예를 들면, 용매 캐스트 성형을 실시하는 것이 고려된다. 캐스트 성형하기 위해서는 열가소성 고분자를 UV 흡수제, 산화방지제 등의 첨가제와 함께 용매에 혼합하여 캐스트 용액을 제조하는 것이 필요하다.
또한, 폴리설폰 등과 같이 고내열성의 열가소성 비결정 중합체도 공지되어 있지만, 예를 들면, 폴리설폰은 400nm 근방까지 빛의 흡수대가 존재하며, 광투과율의 관점에서 광학재료로서는 난점이 있다.
한편 열경화성 수지의 경우, 액상의 단량체 또는 저분자량의 예비중합체를 가교시켜 고분자량화하기 위해 성형가공시 가압이 불필요하다. 따라서, 고분자쇄의 배향은 생기지 않는다.
일반적으로, 열경화성 수지로 이루어진 필름은 소정의 기판 위에 유지된 형태로 제공되는 경우가 많으며 기판 위에 유지되지 않는 자립성 필름을 수득하는 것은 대부분의 경우 곤란하다.
폴리실록산은 열안정화제, UV 흡수제, 산화방지제 등을 첨가하지 않아도 내열성, 자외선 안정성, 내산화 안정성 등이 우수한 투명 필름을 제조할 수 있지만, 이들은 기판 위에 유지되는 것이며 실용적으로 충분한 물성을 구비한 자립성 폴리실록산 필름은 아직 시장에는 볼 수 없다.
발명의 개시
본 발명의 목적은 가시광선 영역에서 우수한 투명성을 가지며 복굴절이 적은 실용적인 물성을 구비한, 자립성 폴리실록산 필름을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 당해 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층 위에 무기물 층을 구비한 적층 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 평균 구조식(1): R1 aSiO(4-a)/2(여기서, R1은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이며, a는 0< a< 2의 범위의 정수이다)의 폴리실록산(이하, 「평균 구조식(1)의 폴리실록산」이라고한다), 및 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 1분자중에 2개 이상 갖는 유기 규소 화합물(이하, 「유기 규소 화합물」이라고 한다)을 백금계 촉매 존재하에 반응시켜 가교시킨 폴리실록산으로 이루어진 폴리실록산 필름에 의해 달성된다.
본 발명의 폴리실록산 필름은 평균 구조식(1)의 폴리실록산, 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매를 포함하는 필름 성형용 가교성 폴리실록산 조성물을 기판 위에 도포하여 미경화 필름을 형성하는 공정; 미경화 필름을 가교시켜 경화 필름을 수득하는 공정; 및 경화 필름을 기판으로부터 박리하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
평균 구조식(1)의 폴리실록산은 (XR2 2SiO1/2) 단위(여기서, X는 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기이며, R2는 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다), 및 (R3SiO3/2) 단위(여기서, R3은 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다)로 구성될 수 있다. 또한, 평균 구조식(1)의 폴리실록산은 (R4 nSiO(4-n)/2) 단위(여기서, R4는 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기 및 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기에서 선택된 기이고, n은 1, 2 또는 3의 수이다), 및 (SiO4/2) 단위로 구성되며, 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 가질 수 있다.
평균 구조식(1)의 폴리실록산의 하나의 예인 (XR2 2SiO1/2) 단위(여기서, X와 R2는 상기와 같다) 및 (R3SiO3/2) 단위(여기서, R3은 상기와 같다)로 구성되어 있는 폴리실록산은 공지되어 있으며 이의 제조방법도 공지되어 있다. 이것은, 예를 들면, R3SiCl3을 가수분해하여 여기에 XR2 2SiOSiR2 2X의 디실록산과 같은 XR2 2Si기를 갖는 화합물을 반응시켜 수득할 수 있다.
평균 구조식(1)의 폴리실록산의 다른 예인 (R4 nSiO(4-n)/2) 단위(여기서, R4및 n은 상기와 같다), 및 (SiO4/2) 단위로 구성되며, 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 폴리실록산도 공지되어 있으며 이의 제조법도 공지되어 있다. 이것은, 예를 들면, 오르토실리케이트, 테트라알콕시실란의 가수분해·축합물[(SiO4/2) 단위를 구성한다]에 R4 3SiCl, R4 3SiOSiR4 3등의 R4 3Si기를 갖는 화합물을 반응시킴으로써 (R4 3SiO1/2) 단위(n= 3)를 도입하여 수득할 수 있다(이때, 먼저 불포화 지방족 탄화수소기를 포함하지 않는 R4 3Si기 함유 화합물과 반응시키고 당해 반응 생성물에 불포화 지방족 탄화수소기를 포함하는 R4 3Si기 함유 화합물을 다시 반응시킴으로써 불포화 지방족 탄화수소기를 도입할 수 있다). 또한, 가수분해·축합물에 R4 3SiCl, R4 3SiOSiR4 3등의 R4 3Si기를 갖는 화합물 및 R4 2SiCl2등의 화합물을 반응시켜 (R4 3SiO1/2) 단위(n= 3) 및 (R4 2SiO) 단위(n= 2)를 도입시켜 수득할 수 있다. 또한, 가수분해·축합물에 R4SiCl3또는 이의 유도체를 반응시켜 (R4SiO3/2) 단위(n= 1)를 도입하여 수득할 수 있다.
본 발명의 폴리실록산 필름은 자립성이며 가시광선 영역에 특정한 광흡수대를 갖지 않으며 400nm에서의 광투과율이 85% 이상이며, 500 내지 700nm의 파장 범위에서의 광투과율이 88% 이상일 수 있다.
따라서, 본 발명의 또다른 목적은 이러한 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층 위에 무기물 층을 형성하여 적층 필름을 제조함으로써 달성된다. 상기 무기물 층은 바람직하게는 금속 또는 반도체 금속 산화물의 증착층으로 구성된다. 무기물 층은 300℃ 이하, 바람직하게는 250℃ 이하에서 진공 막 형성법에 의해 형성할 수 있다.
본 발명은 자립성(self-supporting) 폴리실록산 필름에 관한 것이며, 광학적 투명성을 가지며, 내열성이 우수한 폴리실록산 필름에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 투명 전극 필름, TFT 전극 필름 등의 광전자 소자 또는 파장 필터, 편광자 등의 광학소자 또는 절연성 및 내열성이 우수한 전자 재료로서 이용될 수 있는, 무기물 층을 갖거나 갖지 않는 폴리실록산 필름의 제공에 관한 것이다.
도 1은 실시예 6에서 무기물 층 형성시간을 변경하여 측정된 4종류의 투명 적층 필름의 흡수 스펙트럼이다.
본 발명의 폴리실록산 필름의 제조에 사용되는 가교성 폴리실록산 조성물은 평균 구조식(1)의 폴리실록산, 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매를 필수적으로 함유하는 것이다.
본 발명에 사용되는 평균 구조식(1)의 폴리실록산은 탄소수 1 내지 10, 바람직하게는 탄소수 1 내지 6, 보다 바람직하게는 탄소수 1 또는 2의 1가 포화 탄화수소기 및/또는 탄소수 2 내지 10, 바람직하게는 탄소수 2 내지 8, 보다 바람직하게는 탄소수 2 내지 6, 특히 바람직하게는 2 내지 4의 1가 불포화 탄화수소기(평균 구조식(1)에서는 양자 모두 「R1」이다)를 함유한다. 탄소수 2 내지 10의 불포화 탄화수소기는 탄소수 2 내지 10의 불포화 지방족 탄화수소기와 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소기로 나누어지지만, 본 발명의 평균 구조식(1)의 폴리실록산은 반드시 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 함유하고 있으며 2개 이상의 불포화 지방족 탄화수소기를 함유하는 것이 바람직하다.
탄소수 1 내지 10의 포화 탄화수소기로서는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기 등의 알킬기를 들 수 있다. 폴리실록산의 내열성 등의 관점에서는 메틸기가 바람직하다.
탄소수 2 내지 10의 불포화 지방족 탄화수소기로서는 비닐기, 1-프로페닐기,알릴기, 이소프로페닐기, 1-부테닐, 2-부테닐기 등의 알케닐기를 들 수 있다. 폴리실록산의 가교반응성 등의 관점에서는 비닐기가 바람직하다.
탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소기로서는, 예를 들면, 페닐기, 톨릴기, 크실릴기 등을 들 수 있다. 폴리실록산의 내열성 등의 관점에서는 페닐기가 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 평균 구조식(1)의 폴리실록산은 3관능성 단위와 1관능성 단위로 이루어진 폴리실록산 또는 4관능성 단위와 1관능성 단위로 이루어진 폴리실록산을 포함한다. 또한, 평균 구조식(1)의 폴리실록산은 특히 2관능성 단위의 사용을 배제하는 것이 아니며, 그 목적·용도에 따라 2관능성 단위를 적절하게 사용할 수 있다. 단, 일반적으로 2관능성 단위를 폴리실록산 중에 도입하면 수득되는 필름의 유연성은 증대하지만, 이의 열변형 온도가 저하되어 형상 변화의 요인이 되므로 2관능성 단위의 함유 비율은 본 발명의 효과를 저하시키지 않는 범위로 한정된다.
본 발명의 폴리실록산 필름에서는 가교점간의 거리가 길어지면 필름으로서의 유연성이 증가되며 가교점 간의 거리가 짧아지면 필름의 취성(脆性)이 증대하는 것이 정성적으로 이해된다. 가교점간 거리를 짧게 하기 위해서는, 예를 들면, 평균 구조식(1)의 폴리실록산으로서 저분자량인 것을 선택하며, 유기 규소 화합물로서 규소원자에 직접 결합된 수소원자의 개수가 될 수 있는 한 많은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 한편, 가교점간 거리를 길게 하는 데는 평균 구조식(1)의 폴리실록산으로서 고분자량인 것을 선택하며, 유기 규소 화합물로서 규소원자에 직접 결합된 수소원자의 개수가 될 수 있는 한 적은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 이와 같이 평균 구조식(1)의 폴리실록산의 분자량 및 유기 규소 화합물의 수소원자 개수를 적절하게 선택함으로써 본 발명의 폴리실록산 필름의 기계적 물성을 제어할 수 있다.
평균 구조식(1)의 폴리실록산은 (XR2 2SiO1/2) 단위(여기서, X 및 R2는 상기와 같다), 및 (R3SiO3/2) 단위(여기서, R3은 상기와 같다)로 구성된 것과 (R4 nSiO(4-n)/2) 단위(여기서, R4및 n은 상기와 같다), 및 (SiO4/2) 단위로 구성되며, 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 것이 있으며, 각각의 구성 단위의 몰 비 및 분자량은 넓은 범위의 것이 사용될 수 있지만, 본 발명에 따라 수득되는 폴리실록산 필름이 가시광선 영역에 특정한 광흡수대를 갖지 않으며 400nm에서의 광투과율이 85% 이상이며, 500 내지 700nm의 파장 범위에서의 광투과율이 88% 이상이며, 필름의 인장 강도가 10메가파스칼 이상이면, 자유롭게 선택할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 유기 규소 화합물은 1분자중에 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 2개 이상 갖는 것이면 특별히 한정되는 것이 아니지만, 바람직하게는 유기 용매의 존재하 또는 부재하에 평균 구조식(1)의 폴리실록산과 상용성을 갖는 것이 사용된다. 유기 규소 화합물로서는 당해 기술분야에서 사용되는 통상적인 수단에 의해 합성된 것일 수 있으며, 시판되는 것일 수 있다.
유기 규소 화합물의 구체적인 예로서는, 예를 들면, 하기의 것을 들 수 있다:
(1) 메틸실란, 디메틸실란, 페닐실란, 디페닐실란, 페닐메틸실란, 페닐트리스(디메틸실록시)실란 등의 실란계 유기 규소 화합물;
(2) 1,2-비스(디메틸실릴)벤젠, 1.3-비스(디메틸실릴)벤젠, 1,4-비스(디메틸실릴)벤젠 등의 방향족계 유기 규소 화합물;
(3) Me3SiO-(Me2SiO)m-(MeHSiO)n-SiMe3(여기서, m은 O 또는 1 이상의 정수이고, n은 2 이상의 정수이다) 등의 양쪽 말단이 트리메틸실릴기로 봉쇄된 쇄상 메틸하이드로젠폴리실록산;
(4) HMe2SiO-(Me2SiO)p-(MeHSiO)q-SiMe2H(여기서, p 및 q는 각각 독립적으로 0 또는 1 이상의 정수이다), 예를 들면, 1,1,3,3,5,5,7.7-옥타메틸테트라실록산 등의 양쪽 말단이 디메틸실릴기로 봉쇄된 쇄상 메틸하이드로젠폴리실록산;
(5) Me3SiO-(PhMeSiO)m-(MeHSiO)n-SiMe3, Me3SiO-(PhMeSiO)m-(PhHSiO)n-SiMe3(여기서, m은 O 또는 1 이상의 정수이고, n은 2 이상의 정수이다) 등의 양쪽 말단이 트리메틸실릴기로 봉쇄된 쇄상 메틸페닐하이드로젠폴리실록산;
(6) HMe2SiO-(PhMeSiO)p-(MeSiHO)q-SiMe2H, HMe2SiO-(PhMeSiO)p-(PhSiHO)q-SiMe2H, HMe2SiO-[(Me2HSiO)PhSiO]pSiMe2H(여기서, p 및 q는 각각 독립적으로 O 또는 1 이상의 정수이다) 등의 양쪽 말단이 디메틸실릴기로 봉쇄된 쇄상 메틸페닐하이드로젠폴리실록산;
(7) (Me2SiO)m(MeHSiO)n, (PhMeSiO)m(PhHSiO)n, (PhMeSiO)m(MeHSiO)n(여기서, m은 0 또는 1 이상의 정수이고, n은 2 이상의 정수이다), 예를 들면, 페닐하이드로사이클로실록산(3 또는 4량체) 등의 환상 폴리실록산:
(8) 비스[(p-디메틸실릴)페닐]에테르 등의 에테르형 유기 규소 화합물:
(9) PhSi(OSiMe2H)1.5O0.75, PhSi(OSiMe2H)2O0.5, PhSi(OSiMe2H)2.5O0.25, PhSi(OSiMe2H)1.7(OMe)0.06O0.62, [(HMe2SiO)3SiC6H4]2, (HMe2SiO)3SiC6H4Si(OSiMe2H)3등의 유기 규소 화합물;
(10) R5 bR6 cSiO(4-b-c)/2단위(여기서, R5는 Me 또는 Ph이고, R6은 H이고, b는 0 내지 2의 범위의 정수이고, c는 1 내지 3의 범위의 정수이고, b+c는 3이하의 정수이다)를 포함하는 실리콘 수지계 화합물(단, 1분자중에 2개 이상의 H를 포함한다) 등(여기서, Me는 메틸기이며, Ph는 페닐기이다).
이론상은 평균 구조식(1)의 폴리실록산 중의 불포화 지방족 탄화수소기와 유기 규소 화합물의 규소원자 결합 수소원자수의 몰 비가 1:1이면 평균 구조식(1)의 폴리실록산과 유기 규소 화합물의 양자는 완전하게 반응할 것이지만, 실제로는 일부가 반응하지 않고 잔존하는 경우가 있다.
따라서, 불포화 지방족 탄화수소기의 수보다 규소원자 결합 수소원자수를 많게 함으로써 가교반응 후에 잔존하는 불포화 지방족 탄화수소기의 수를 가능한 한 감소시킬 수 있다. 따라서, 이에 따라 수득되는 필름의 자외선이나 산소에 의한약화를 억제하여, 광투과율의 향상을 도모할 수 있다. 그러나, 평균 구조식(1)의 폴리실록산에 대해 유기 규소 화합물의 양을 너무 과잉으로 사용하면 반응 효율 등의 면에서 문제가 있다. 본 발명의 필름 성형용 가교성 폴리실록산 조성물에서는 통상적으로 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 갖는 불포화 지방족 탄화수소기의 개수에 대해 유기 규소 화합물이 갖는 규소원자에 직접 결합된 수소원자의 개수가 등량 또는 과잉으로 되도록 평균 구조식(1)의 폴리실록산과 유기 규소 화합물을 배합한다. 단, 미반응으로 잔존하는 규소원자에 직접 결합된 수소원자가 수분과 반응하여, 실란올기를 생성하는 경우가 있으므로 필름 성형용 가교성 폴리실록산 조성물의 용도에 따라서는 유기 규소 화합물의 양을 실란올기 생성을 초래하지 않을 정도로 하는 것이 필요하다. 평균 구조식(1)의 폴리실록산 중의 불포화 지방족 탄화수소기에 대한 유기 규소 화합물 중의 규소원자 결합 수소원자의 몰 비가 1:1 이상, 바람직하게는 1:1.1 내지 1:1.5로 되도록 배합한다. 이들 조건을 만족하는 경우에는 평균 구조식(1)의 폴리실록산 100질량부에 대하여, 유기 규소 화합물을 10 내지 120질량부로 변화시킬 수 있다.
광학재료로서의 용도를 위해서는 본 발명의 폴리실록산 필름은 특히 가시광선 영역에서 투명한 것이 바람직하다. 본 발명의 폴리실록산 필름의 투명성을 높이기 위해서는 평균 구조식(1)의 폴리실록산의 불포화 지방족 탄화수소기 이외의 탄화수소기와 유기 규소 화합물의 각각의 규소원자에 결합되는 탄화수소기를 가능한 한, 동일한 기로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, R1기가 주로 페닐기인 평균구조식(1)의 폴리실록산에는 동일하게 페닐기가 규소원자에 직접 결합된 유기 규소 화합물을 사용하는 것이 추천된다.
본 발명의 필름 성형용의 가교성 폴리실록산 조성물에 배합되는 백금계 촉매는 통상적인 하이드로실릴화 반응이나 실리콘 고무의 가교에 사용되는 부가반응용 백금계 촉매를 사용할 수 있다. 백금계 촉매의 예로서는 염화백금, 클로로백금산, 백금-올레핀 착체, 백금-포스핀 착체, 백금-비닐실록산 착체 등의 백금 화합물을 들 수 있다. 또한, 부가반응용 촉매로서 팔라듐 화합물 촉매·로듐 화합물 촉매가 공지되어 있으며 이들을 사용할 수 있다. 백금계 촉매의 사용량은 각별히 제한되는 것이 아니지만, 예를 들면, 가교성 폴리실록산 조성물의 전체 중량에 대하여, 백금 금속 환산으로 0.000001 내지 3중량% 정도 또는, 평균 구조식(1)의 폴리실록산+유기 규소 화합물의 합계량에 대하여, 백금 금속 환산으로 0.5 내지 100ppm 정도가 사용되지만, 당해 조성물 중의 구체적인 성분에 의존하여 이의 배합량을 증감시킬 수 있다.
본 발명의 가교성 폴리실록산 조성물은 상기한 필수성분 이외에 필름에 원하는 물성을 부여하기 위한 임의의 첨가제, 예를 들면, 폴리실록산에 일반적으로 배합되어 있는 각종 충전제, 섬유 등을 함유할 수 있다.
예를 들면, 필름이 높은 광학적 투명성이 요구되지 않을 때에는 일반적인 첨가 입자인 실리카(발연 실리카, 콜로이드성 실리카를 포함한다), 알루미나 등의 무기 입자를 첨가하여, 필름의 강도를 향상시킬 수 있다. 무기 입자의 배합량은 목적, 용도에 따라 상이하며 간단한 배합시험에 의해 정할 수 있다.
또한, 무기 입자를 배합하는 경우에도 당해 입자의 입자 직경을 조절함으로써 필름의 투명성을 유지할 수 있다. 입자 첨가에 의한 불투명화는 첨가 입자에 의한 광산란에 기인하므로 입자를 구성하는 재료의 굴절율에 따라 상이하지만, 대개 입사광 파장의 1/5 내지 1/6 이하의 직경(가시광선 영역에서는 80 내지 60nm에 상당한다)의 입자이면 산란을 억제하여 필름의 투명성을 유지할 수 있다.
광산란의 원인으로서 입자의 2차 응집도 큰 요인이며, 2차 응집을 억제하기 위해서 입자에 표면처리를 실시한 것을 사용하는 것도 양호하다.
본 발명의 폴리실록산 필름 제조용의 가교성 폴리실록산 조성물에는 프탈로시아닌계 색소, 종래의 형광체 등의 염료·안료 등도 첨가할 수 있다. 특히, 본 발명의 폴리실록산 필름은 가시광선 영역에 특정한 흡수대를 갖지 않으므로 가시광을 흡수하여 광 여기에 의하여 소정의 기능을 발현하는 첨가제를 첨가하여 본 발명의 폴리실록산 필름을 기능화할 수 있다.
다음에 본 발명의 폴리실록산 필름의 제조방법에 관해서 설명을 한다.
본 발명의 폴리실록산 필름은 평균 구조식(1)의 폴리실록산, 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매를 함유하는 가교성 폴리실록산 조성물을 필름 성형함으로써 수득할 수 있다. 구체적으로, 필름 성형에서는 가교성 폴리실록산 조성물을 기판 위에 도포하여 미경화 필름을 형성하여, 당해 미경화 필름을 가교·경화하며, 경화 필름을 당해 기판으로부터 박리하는 일련의 조작이 실시된다.
필름 성형용 가교성 폴리실록산 조성물은 평균 구조식(1)의 폴리실록산, 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매를 임의의 용매에 용해시켜 조제할 수 있다. 용매의 사용량은, 예를 들면, 필름 성형용 폴리실록산 조성물 100질량부에 대하여, 1 내지 300질량부의 범위에서 사용되지만 이 범위로 한정되는 것이 아니다. 이러한 용매로서는 가교할 때의 온도가 약 200℃에 도달하는 경우도 있을 수 있는 점으로부터 비점이 200℃ 이하의 것으로 폴리실록산을 용해하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소; 헵탄, 헥산 및 옥탄 등의 지방족 탄화수소: 디클로로메탄, 클로로포름, 염화메틸렌, 1,1,1-트리클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소: THF 등의 에테르; 디메틸포름아미드, N-메틸피롤리돈 등의 유기 용매를 들 수 있다.
비교적 분자량이 낮은 폴리실록산을 평균 구조식(1)의 폴리실록산으로서 사용하는 경우 등은 상기한 용매를 사용할 필요는 없으며 평균 구조식(1)의 폴리실록산, 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매의 혼합물을 가교성 폴리실록산 조성물으로서 기판 위에 직접 도포하여 미경화 필름을 형성할 수 있다. 이 경우, 도포 조작성의 면에서 당해 혼합물의 점도는 1×103Pa·s 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1×102Pa·s 이하이다.
상기한 바와 같이 가교반응 후에 잔존하는 불포화 지방족 탄화수소기의 수를 가능한 한 감소시켜, 수득되는 필름의 광투과율, 내자외선 특성, 내산소 특성 등을 향상시키기 위해 평균 구조식(1)의 폴리실록산의 불포화 지방족 탄화수소기에 대하여 유기 규소 화합물의 규소원자 결합 수소원자의 비가 약간 과잉으로 되도록 필름 성형용 가교성 폴리실록산 조성물 중의 평균 구조식(1)의 폴리실록산과 유기 규소화합물의 배합량을 제어하는 것이 바람직하다.
기판으로서는 박리성이 양호하게 표면이 평활하면 특별히 한정되는 것이 아니지만, 가교성 폴리실록산 조성물 중의 필수성분인 평균 구조식(1)의 폴리실록산, 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매 및 당해 조성물이 용매 내지 첨가제를 함유하는 경우에는 당해 용매 내지 첨가제에 대하여 안정적이고, 미경화 필름의 가교반응시의 온도 환경하에 내성을 갖는 것을 사용하는 것이 필요하다. 기판 재료로서는 유리, 흑연 등의 무기물질, 철, 스테인리스 등의 금속재료 또는 캐스트 용매에 사용하는 용매에 불용이며 용매의 비점에서도 안정적인 고분자 기재 등을 들 수 있다.
미경화 필름의 가교(경화)는 당해 필름을 실온 이상의 온도로 가열함으로써 실시할 수 있다. 가열온도에 관해서는 실온 이상이면 각별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면, 40 내지 200℃의 온도에서 실시된다. 가열할 때에 생기는 평균 구조식(1)의 폴리실록산에서 유기 규소 화합물의 하이드로실릴레이션형 부가반응은 백금계 촉매에 의해 촉매된다. 가열 양태는 필요에 따라 적절하게 조정할 수 있다. 예를 들면, 단시간의 복수의 가열을 반복할 수 있으며 장시간의 연속적인 단일한 가열을 할 수 있다.
또한, 가교·경화시의 백금계 촉매에 의한 반응성을 조절하여 작업성을 개선하기 위해 반응 조절제로서, 2-메틸-3-부틴-2-올, 디메틸말레에이트, 디에틸푸말레트, 비스(2-메톡시-1-메틸에틸)말레에이트, 1-에티닐-1-사이클로헥산올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, 에틸렌디아민, 디페닐포스핀, 디페닐포스파이트, 트리옥틸포스핀, 디에틸페닐포스포나이트, 메틸디페닐포스피나이트 등의 경화 지연제를 가교성 폴리실록산 조성물 중에 미리 첨가할 수 있다.
가교조작에 의해 기판 위에서 경화된 필름은 당해 기술분야에서 주지된 박리수단에 의해 기판으로부터 박리시켜 자립한 독립의 필름을 제조할 수 있다. 박리수단으로서는, 예를 들면, 닥터 블레이드, 진공 흡인 등에 의한 기계적인 분리수단을 적절하게 사용할 수 있다. 본 발명의 폴리실록산 필름의 두께는 용도에 따라 적절하게 변경할 수 있으며 전형적인 5 내지 200㎛의 두께의 필름으로부터 그 이상의 두께의 필름도 형성할 수 있다.
이와 같이 제조된 본 발명의 폴리실록산 필름은 통상적인 열경화성 수지의 주형(注型)성형에 따라 제조된 필름과는 달리 자립성이며 독립한 필름으로서 존재한다. 또한, 본 발명의 폴리실록산 필름은 가시광선 영역에 특정한 광흡수대를 갖지 않으며 400nm에서의 광투과율이 85% 이상이며, 500 내지 700nm의 파장 범위에서의 광투과율이 88% 이상일 수 있다.
그리고, 본 발명의 폴리실록산 필름은 용융상태에서 응력을 인가하여 제조되는 것이 아니므로 고분자쇄의 배향 문제가 존재하지 않는다. 따라서, 복굴절은 무시할 수 있을 정도로 작다.
본 발명의 폴리실록산 필름은 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 갖는 불포화 지방족 탄화수소기와, 유기 규소 화합물이 갖는 규소원자에 직접 결합된 수소원자와의 사이에 생기는 부가형 가교반응에 의해 고분자화하여 수득되는 것이다. 이러한 부가형 가교반응에서는 가교에 따르는 저분자량의 부산물의 발생이 일어나지 않으므로 통상적인 열경화성 수지에 보이는 축합형의 가교반응과 비교하여, 가교에의한 필름의 체적의 수축은 작게 억제된다. 따라서, 부가형 가교반응에 의해 수득되는 폴리실록산 필름에서는 수득된 필름중의 내부응력도 작다. 따라서, 본 발명의 폴리실록산 필름에서는 내부응력에 기인하는 왜곡의 발생이 억제된다. 이러한 점은 필름의 광학적 균일성의 향상 및 강도의 향상에도 바람직하게 기여한다.
또한, 본 발명의 폴리실록산 필름은 300℃까지 가열해도 필름 형상을 유지하며, 중량 변화도 볼 수 없다. 또한, 가열한 후의 기계적 특성도 우수하며, 본 발명의 폴리실록산 필름의 기계적 특성은 가열 전후에 거의 변화하지 않는다. 따라서, 본 발명의 폴리실록산 필름은 폴리카보네이트 등의 범용 엔지니어링 플라스틱 및 고내열성을 갖고 있으며 내열성이 요구되는 기술분야에 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명의 적층 필름은 상기한 바와 같이 제조된 가교 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층 위에 무기물 층을 구비한 것이다.
본 발명의 적층 필름의 기판인 투명층은 가교 폴리실록산 필름의 단층으로 구성할 수 있지만, 필요에 따라, 복수의 가교 폴리실록산 필름의 적층체 또는 가교 폴리실록산 필름과 당해 가교 폴리실록산 필름 이외의 다른 투명한 필름 또는 시이트와의 적층체로 구성할 수 있다.
일반적으로, 고분자 필름은 절연체이며 가요성을 갖는 점으로부터 각종 막 제조용 기판으로서 응용되고 있다. 예를 들면, 고분자 필름 기판 위에 a-Si[H](비결정형 실리콘), p-Si(다결정성 실리콘), 투명 전극물질 등으로 막 형성한 전극소자: 광통신용의 파장 분할 필터, 대역 필터 등의 각종 필터; 반사 방지막으로 막형성한 반사 방지필름; 실리카가 필름 위에 막 형성된 가스 차단 필름 등이 실용화되어 있다.
본 발명에서 사용되는 가교 폴리실록산 필름은 내열성을 가지며 흡수성이 결핍된 고분자이며 가교체이므로 진공 막 형성시에 저분자량 성분이 증발하여 막 형성에 장애를 초래한다는 경우가 없다. 따라서, 각종 진공 막 형성방법을 실시하여 이의 표면에 무기물 층을 형성할 수 있다.
즉, 400 내지 800nm의 파장 영역에서 특정한 흡수대를 갖지 않는 가교 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층(이하, 단순히 「투명층」이라고 칭한다) 위에 무기물로 이루어진 증착층을 구비하는 본 발명의 적층 필름은 기판으로서 투명층의 온도가 300℃ 이하인 조건하에서 진공 막 형성방법을 실시함으로써 제조할 수 있다. 이러한 온도조건은 투명층의 변형 또는 분해를 억제하기 위해서 필요한 것이며, 보다 적절하게는 막 형성할 때에 투명층의 온도가 250℃ 이하인 것이 바람직하다.
무기물 층의 재료는 증착할 수 있는 한, 특별히 한정되지 않으며, 증착되는 금속, 반도체 금속 산화물 등의 통상적인 재료를 사용할 수 있다. 이러한 통상적인 재료의 예로서는 SiO2, ZnO, In2O3, SnO2, ITO(Indium-Tin-Oxide: In2O3-xSn), NiO, FeO, Cu2O, 알루미나, 텅스텐, 금, 은, 구리, 알루미늄, 다이아몬드 등을 들 수 있다. 무기물 층의 층 두께는 이의 재질에도 따르지만, 예를 들면, 50 내지 5000Å의 범위내에서 적절하게 설정할 수 있다. 또한, 가시광선 영역에 흡수대를갖는 은 등의 금속이라도 50 내지 100Å 정도의 매우 얇은 층이라고 하면, 충분하게 투명한 무기물의 전기전도층을 형성하여, 수득된 적층 필름이 투명 전극재료로서 기능할 수 있다.
투명 전극재료로서는 특히, 400nm 미만의 단파장 영역에 밴드 갭 흡수를 갖는 금속 산화물형 반도체 물질로부터 선택되는 가시광선 영역에서 투명성이 높은 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료로서는, 예를 들면, SiO2, ZnO, In2O3, SnO2, ITO 등의 금속 산화물 반도체를 들 수 있다.
본 발명의 적층 필름의 제조에 사용되는 진공 막 형성방법으로서는 열 CVD, 플라스마 CVD, MOCVD 등의 가스를 막 형성원으로 하는 방법, 타겟(target)을 막 형성원으로 하는 증착, 이온 플레이팅, DC 또는 RF 스퍼터 등의 방법을 채용할 수 있다.
그런데, 종래의 유기계 고분자 필름 기판에서 무기물 층을 막 형성하는 경우, 특히 막 형성 챔버내에 함유되는 산소가 플라스마로 활성화되어 고에너지 산소로 되도록 하는 막 형성방법은 바람직하지 않다. 이것은 일반적으로 유기 화합물은 이러한 산소에 의해 산화분해를 받기 쉽기 때문이다.
막 형성 챔버내에 산소를 도입하여 무기물 층을 막 형성하는 것이 필요한 예로서 금속 산화물형 반도체를 무기물 층으로 하는 경우를 들 수 있다. 금속 산화물형 반도체로서는 전형적으로는 In2O3, ITO(In2O3-xSn), SnO2, ZnO의 n형 반도체 또는 NiO, FeO, Cu2O 등의 p형 반도체를 들 수 있다.
일반적으로, 이들 무기 화합물 층의 형성시에는 막 형성 챔버내를 진공으로 한 다음, 막 형성시에 10-4Torr 정도의 아르곤과 10-5Torr 정도의 산소가스를 도입하여, ITO 등의 금속 산화물형 반도체 중의 산소 결손을 보상하며, 캐리어 농도 감소에 따른 저항의 증대를 방지하는 것이 실시되고 있다. 또한, 이와 같이 하여 막 형성된 무기 화합물 층에 관해서는 저항치를 조정하기 위해 도핑이 실시되고 있다. 예를 들면, 전기전도성 물질로서 ZnO를 선택하는 경우에는 In 또는 Al 등이 도핑되며, 동일하게 SnO2의 경우에는 Sb 또는 F 등의 도핑이 실시되고 있다. 이들 방법에 따라 일반적으로는 저항치를 1×10-5내지 1×10-2Ω/cm 정도로 조절할 수 있다.
본 발명의 적층 필름의 기판을 구성하는 투명층은 산소 등에서의 내성이 높으므로 이러한 막 형성 및 도핑방법을 적용하여 이의 표면에 무기물 층을 형성할 수 있다.
그런데, 폴리실록산은 표면장력이 작으므로 접착력이 결핍된다고 되어 있으므로 적층 필름중의 투명층과 무기물 층의 사이에 접착성을 특별히 보충하는 것이 필요한 경우에는 이온 플레이팅법을 사용하는 것이 적절하다. 본 방법에서는 기상중의 분자가 이온에 의해 가속되며, 기판으로 되는 투명층에 큰 운동 에너지로 충돌하여, 투명층과 막 형성된 무기물 층의 밀착성이 향상된다. 또한, 통상적인 RF 스퍼터로 무기물 층을 막 형성한 적층 필름과 비교해도, 끓는 물에 침지할 때나 300℃에서 가열한 후의 성형에 관해서, 현저한 차이는 확인되지 않는다.
또한, 무기 화합물을 기판 위에 막 형성하는 경우, 형성된 층의 결정화를 촉진하기 위해 어닐링이 실시되지만, 본 발명에서의 투명층은 300℃에서 가열해도 어떤 물성 변화도 관측되지 않으므로 300℃ 근방에서 어닐링을 실시할 수 있다.
그리고, 금속을 기판 위에 스퍼터 막 형성하여 무기물 층을 형성하는 경우에는 금, 은, 구리 등의 귀금속를 비롯하여 대부분의 금속을 300℃ 미만의 온도에서 투명층 위에 막 형성할 수 있다.
챔버내에 도입한 가스를 분해하여 투명층 위에 무기물 층을 형성하는 CVD는 플라스마 CVD와 같이 저온(200 내지 250℃)에서 실시하는 한, 아무런 문제를 발생시키지 않는다. 예를 들면, a-Si[H]의 막 형성에서는 챔버내 압력을 아르곤 또는 수소 O.1 내지 1Torr; SiH4, Si2H6등의 실란 가스를 O.01 내지 O.1Torr; RF 전력을 수십 내지 수백mW/cm2정도로 하기 위해 기판으로 되는 투명층의 온도가 200 내지 250℃ 정도가 되지만, 충분하게 막 형성할 수 있다.
이와 같이 막 형성할 때에 환경조건의 하나인 온도에도 폴리실록산은 견딜 수 있으며, 폴리실록산은 당해 환경에 존재하는 물질에 의해 영향을 받지 않으므로 본 발명의 적층 필름은 진공 막 형성법을 사용하여 아무런 지장이 없이 제조할 수 있다.
본 발명의 적층 필름의 투명층은 진공 막 형성법을 실시할 때에 산소의 영향을 받지 않으므로 산소를 함유하는 화합물, 예를 들면, 테트라에톡시실란을 사용하여 CVD에서 실리카 막을 필름 위에 막 형성할 수 있다. 이에 따라, 기체 투과성을 감소하며, 내마모성 약화·마찰 손상을 방지할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최상의 형태
하기에 실시예를 기재하여, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
GPC 분자량 약 1700의 폴리실록산[ViMe2Si00.5]0.25[PhSi01.5]0.75수지의 75질량% 톨루엔 용액 4g에 1,4-비스(디메틸실릴)벤젠을 0.69g 첨가하여, 충분하게 교반한다. 다음에 1,3-디비닐테트라메틸디실록산과 염화백금산의 착화합물을, 폴리실록산과 1,4-비스(디메틸실릴)벤젠의 상기 혼합물의 고형분 질량에 대하여, 백금 금속 질량으로 2ppm 첨가하며, 교반을 계속하여 캐스트 용액을 수득한다.
이러한 캐스트 용액을 유리 기판 위에 유연(流延)하여, 실온에서 약 1시간 동안 방치한 다음, 100℃에서 약 2시간, 150℃에서 약 3시간 동안 가열하여 경화시킨다.
다음에 실온까지 방치하여 냉각시키며, 유리 기판에서 경화물을 박리하여 폴리실록산 필름을 수득한다.
이러한 필름은 투명하고, 두께는 70㎛이다. 필름의 광투과율을 시마즈 분광광도계 3100PC로 측정한 바, 400 내지 700nm에서의 광투과율은 85% 이상이다. 다음에 편광자를 사용하여 필름의 광투과율을 측정했지만, 편광 의존성은 관측되지않는다. 또한, 필름에는 복굴절이 없는 것이 확인된다.
다음에 수득된 필름을 폭 1cm, 길이 10cm로 절단하여, 시마즈세이사쿠쇼제 오토그래프를 사용하여 표준선간 거리 60mm, 인장 속도 60mm/분으로 실온에서의 영률(Young's modulus), 인장 강도를 측정한다. 필름의 영률은 1.5기가파스칼, 인장 강도는 23메가파스칼이다.
실시예 2
실시예 1에서 작성한 필름을 200℃에서 2시간 동안 가열하여, 실온으로 냉각시킨 다음, 시마즈 분광광도계 3100PC에서 광투과율을 측정한 바, 400 내지 700nm에서의 광투과율은 85% 이상이다. 다음에 편광자를 사용하여 필름의 광투과율을 측정했지만, 편광 의존성은 관측되지 않는다. 또한, 필름에는 복굴절이 없는 것이 확인된다.
다음에 필름을 폭 1cm, 길이 10cm로 절단하여, 시마즈세이사쿠쇼제 오토그래프를 사용하여 표준선간 거리 60mm, 인장 속도 60mm/분으로 실온에서의 영률, 인장 강도를 측정한다. 영률은 1.5기가파스칼, 인장 강도는 약 23메가파스칼이며 열처리전의 필름과 변화는 보이지 않는다.
실시예 3
GPC 분자량 약 1700의 폴리실록산[ViMe2Si00.5]0.25[PhSi01.5]0.75수지 3g에 1,4-비스(디메틸실릴)벤젠을 0.69g 첨가하여, 충분하게 교반한다. 수득된 혼합물은 실온에서 액상이다.
다음에 다시 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 백금 촉매를, 상기 수지와 1,4-비스(디메틸실릴)벤젠의 혼합물의 질량에 대하여, 백금 금속 질량으로 2ppm 첨가한 다음, 반응 지연제로서 2-메틸-3-부틴-2-올을 백금 금속 질량의 100배로 첨가하여 신속하게 교반한다.
이와 같이 수득된 혼합물을 유리 기판 위에 유연하여 실온에서 약 1시간 동안 방치한 다음, 100℃에서 약 2시간, 150℃에서 약 3시간 동안 가열하여 경화시킨다.
다음에 실온까지 방치하여 냉각한 유리 기판에서 박리하여 폴리실록산 필름을 작성한다. 두께 120㎛의 투명한 필름이 수득된다.
실시예 4
분자량 2,700의 폴리실록산[ViMe2Si00.5]0.12[MeSi01.5]0.88수지의 90% 톨루엔 용액 4.51g에 1,1,3,3,5,5,7,7-옥타메틸테트라실록산을 1.11g 첨가하여 충분하게 교반한다.
다음에 다시 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 백금 촉매를, 상기 수지와 1,1,3,3,5,5,7,7-옥타메틸테트라실록산의 혼합물의 중량에 대하여, 백금 중량으로 2ppm 첨가하며, 교반를 계속하여 캐스트 용액을 수득한다.
이러한 캐스트 용액을 유리 기판 위에 유연하여, 실온에서 약 1시간 동안 방치한 다음, 100℃에서 약 2시간, 150℃에서 약 3시간 동안 가열하여 경화시킨다.
다음에 실온까지 방치하여 냉각시키며, 유리 기판에서 경화물을 박리하여 폴리실록산 필름을 작성한다.
다음에 수득된 필름을 폭 1cm, 길이 10cm로 절단하여, 시마즈세이사쿠쇼제 오토그래프를 사용하여 표준선간 거리 60mm, 인장 속도 60mm/분으로 실온에서의 영률, 인장 강도를 측정한다. 필름의 영률은 1.1기가파스칼, 인장 강도는 15메가파스칼이다.
실시예 5
(합성예 1)
(SiH 함유 폴리실록산의 합성)
78g의 1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 95g의 헥사메틸디실록산, 48g의 에탄올, 59g의 물 및 33ml의 35% 진한 염산을 반응 용기에 투입하여 -10℃로 냉각시키고 교반한다. 여기에 270g의 테트라에톡시실란을 적가하여 반응시킨 다음, 헥산 추출하여, 추출액을 포화 염화암모늄 수용액으로 중성이 될 때까지 세정한 다음, 황산나트륨으로 건조시킨다. 용매를 흡인기로 제거하여, 진공하에서 건조시킴으로써 무색 중합체를 수득한다. 수율 84%.
겔 투과 크로마토그래피, 핵자기공명 분광분석 및 수소기의 정량으로부터 이러한 중합체의 평균 조성식은 (HMe2SiO1/2)0.9(Me3SiO1/2)0.9(SiO4/2)이다.
(합성예 2)
(비닐기 함유 폴리실록산의 합성)
50g의 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산, 44g의 헥사메틸디실록산, 22g의 에탄올, 31g의 물 및 16ml의 35% 진한 염산을 반응 용기에 투입하여 40 내지 50℃에서 30분 동안 교반한다. 여기에 125g의 테트라에톡시실란을 적가하여 반응시킨 다음, 헥산 추출하여, 추출액을 포화 염화나트륨 수용액으로 중성이 될 때까지 세정한 다음, 황산마그네슘으로 건조시킨다. 용매를 흡인기로 제거하여, 진공하에 건조시킴으로써 무색 중합체를 수득한다. 수율 92%.
겔 투과 크로마토그래피, 핵자기공명 분광분석 및 수소기의 정량으로부터 이러한 중합체의 평균 조성식은 (ViMe2SiO1/2)0.9(Me3SiO1/2)0.9(SiO4/2)이다.
합성예 1의 SiH 함유 폴리실록산 5g(SiH기 23mmol)과 합성예 2의 비닐기 함유 폴리실록산 4.5g(SiVi기 18.6mmol)을 혼합하여, 여기에 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 백금 촉매를, 폴리실록산 전체 중량에 대하여, 5.4ppm 가하며, 교반을 계속하여, 캐스트 용액을 수득한다.
이러한 캐스트 용액을 유리 기판 위에 유연하여, 실온에서 약 1시간 동안 방치한 다음, 100℃에서 2시간, 150℃에서 약 3시간 동안 가열하여 경화시킨다.
다음에 실온까지 방치하여 냉각시키며, 유리 기판에서 경화물을 박리하여 폴리실록산 필름을 작성한다.
이러한 폴리실록산 필름에 관해서, 히타치 USP 3100 분광광도계로 분광 투과율을 측정한 바, 280nm에서 30%, 300nm에서 88%, 400 내지 700nm에서 92%이다.
실시예 6
박막 형성 챔버내에서, 실시예 1에서 수득된 필름 위에 ITO 투명층을 형성하여 투명 적층 필름을 제조한다.
구체적으로 RF 스퍼터링법을 채용하여, ITO를 타겟으로 한다. 챔버내를 진공으로 감압한 다음, 산소 농도를 2×10-4Torr로 조정하여, RF 전원을 500W로 설정하며, 필름 온도를 60℃로 유지하여 ITO층의 형성을 실시한다.
무기 화합물 층 형성시간을 변경함으로써 층 두께를 조절하여, 4종류의 투명 적층 필름을 제조한다. 4개의 투명 적층 필름의 ITO층의 저항치를 측정하며, 각각의 흡수 스펙트럼을 시마즈 분광광도계 UV 3100PC를 사용하여 측정한다. 결과를 도 1에 도시한다.
또한, 150℃에서 2시간 동안 가열한 후 동일한 장치를 사용하여, 다시 흡수 스펙트럼을 측정했지만, 스펙트럼의 변화는 관측되지 않는다.
수득된 적층 필름을 끓는 물에 2시간 동안 침지했지만, 무기 화합물 층이 박리되지 않는다. 또한, 200℃에서 16시간 동안 가열했지만, 외관 및 흡수 스펙트럼의 양자 모두, 현저한 변화는 관측되지 않는다.
ITO층을 갖는 투명 적층 필름을 6N의 질산에 침지한 경우, ITO층은 제거되며, 가교 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층이 노출된다. 그러나, 당해 투명층의 적외선 영역의 스펙트럼을 적외선 분광광도계로 보는 한 변화는 확인되지 않는다. 또한, 인장강도의 변화도 볼 수 없다. 이것은 ITO 막 형성공정 및 에칭공정의 전후에서 투명층은 전혀 변화되지 않은 것을 나타내고 있다. 따라서, 본 발명의 적층 필름에 전극 패턴을 형성할 수 있다는 것을 알았다.
실시예 7
박막 형성 챔버내에서, 실시예 1에서 수득된 필름 위에 금으로 이루어진 얇은 전기전도층을 형성하여 투명 적층 필름을 제조한다.
구체적으로 스퍼터링법을 채용하여, 금을 타겟으로 한다. 챔버내를 진공으로 감압한 다음, 아르곤 농도를 1.3mbar로 조정하고, 500V·8mA의 조건하에 금 박막의 형성을 실시한다.
다음에 형성된 금 박막을 아르곤으로 스퍼터링하며, XPS 측정하여 금 박막과 접촉하고 있는 가교 폴리실록산 필름의 계면을 원소분석한다. 금의 4f(84.8eV) 전자는 무시할 수 있을 정도의 강도를 나타낸다. 폴리실록산의 Si2p, Cls, 01s 전자를 각각 하기의 표 1과 같이 검출한다.
Si2pEb | I | ClsEb | I | 01sEb | I |
112.8 | 55 | 281.3 | 39 | 532.1 | 164 |
이것은 증착전의 데이터와 동일하고, 피크 파형도 동일하다.
실시예 8
실시예 1에서 수득된 필름을 스퍼터링 장치 JEOL(JFC 1100) 챔버내의 기판 위에 고정하며, 당해 챔버내를 10-6Torr로 감압한 다음, 아르곤 가스를 10-4Torr로 되도록 하여 도입한다. 다음에 500V·8mA의 조건으로 금의 스퍼터링을 실시하여, 약 100nm의 금 박막을 필름 위에 형성한다. 이러한 금 박막을 XPS로 측정한 바, 금 이외의 피크는 관측되지 않는다. 금을 막 형성한 필름을 90℃의 온수에 2시간 동안 침지했지만, 금 박막의 박리는 확인되지 않는다.
본 발명의 폴리실록산 필름은 물리적, 기계적 특성이 우수하므로 자립성이며 독립적인 필름으로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리실록산 필름은 가교되어 있으므로 내열성 부여용의 첨가제를 사용하지 않더라도 내열성이 높다.
또한, 본 발명의 폴리실록산 필름은 가시광선 영역에서 투명하고, 복굴절이 적다. 또한, 광투과율에는 편광 의존성을 볼 수 없다는 우수한 특징을 갖는다. 따라서, 광학적으로 투명한 특징이 요청되는 용도에 특히 유용하며, 편광된 빛이나 간섭광에도 대응할 수 있는 양호한 광학 특성을 갖는다. 또한, 넓은 파장 범위에서 투명성을 살리고, 파장 필터 등의 광학소자로서 이용할 수 있다.
본 발명의 폴리실록산 필름은 평균 구조식(1)의 폴리실록산 중의 불포화 지방족 탄화수소기가 가교 때문에 소비되어 있으므로 자외선을 흡수하지 않고, 산소에 대한 안정성이 높다. 따라서, 본 발명의 폴리실록산 필름 위에 기상 속에서 막 제조처리를 실시할 수 있다.
일반적으로, 필름 위에 금속 산화물의 박막을 형성하는 경우에는 산소를 함유하는 분위기 속에서 스퍼터링 등의 고에너지 처리를 실시하는 것이 필요하지만, 당해 처리중에 산소가 여기되어 활성화되는 경우가 있다. 따라서, 당해 필름에는 활성산소에 대해 높은 안정성이 요구되지만, 본 발명의 폴리실록산 필름은 이러한 막 제조조건 하에서도 안정적이다. 따라서, 본 발명의 폴리실록산 필름은 광전자 소자, 예를 들면, 투명 전극 기판 필름으로서 사용할 수 있다.
또한, 첨가물을 사용하지 않아도 내열성이 높고, 내절연 파괴강도가 높다는 가교 폴리실록산 특유의 특징으로부터 본 발명의 폴리실록산 필름은 높은 절연 특성이 요구되는 전자 재료, 예를 들면, 콘덴서 필름 등에도 사용할 수 있다.
본 발명의 적층 필름의 투명층을 구성하는 폴리실록산 필름은 가시광선 영역 뿐만 아니라, 근자외선 영역에서 근적외선 영역에 이르기까지 양호한 광투과성을 가지며, 복굴절이 없거나 있어도 매우 작다. 따라서, 본 발명의 적층 필름은 무기물 층으로서 투명 전극재료를 사용하는 경우에는, 예를 들면, 일렉트로루미네선스(electroluminescence) 디스플레이, 액정 디스플레이 등의 박형 디스플레이의 전압 인가전극으로서의 투명 전극 필름으로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 적층 필름은 각종 필터 반사판 등의 필름형 광학소자로서 사용할 수 있으며, 무기물 층의 저항치를 조절함으로써 대전방지, 전자 차폐용 스크린 등의 용도에도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 적층 필름은 투명층의 내화학 처리 안정성이 높으므로 각종 에칭을 실시함으로써, 무기물 층의 일부를 제거하고, 예를 들면, 전극패턴을 형성할 수 있다.
Claims (14)
- 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 평균 구조식(1): R1 aSiO(4-a)/2(여기서, R1은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이며, a는 0<a<2의 범위의 정수이다)의 폴리실록산 및 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 1분자중에 2개 이상 갖는 유기 규소 화합물을 백금계 촉매 존재하에 반응시켜 가교시킨 폴리실록산으로 이루어진 폴리실록산 필름.
- 제1항에 있어서, 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 (XR2 2SiO1/2) 단위(여기서, X는 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기이며, R2는 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다), 및 (R3SiO3/2) 단위(여기서, R3은 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다)로 구성되어 있는 폴리실록산 필름.
- 제1항에 있어서, 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 (R4 nSiO(4-n)/2) 단위(여기서, R4는 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기 및 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기에서 선택된 기이고, n은 1, 2 또는 3의 수이다), 및(SiO4/2) 단위로 구성되며, 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 폴리실록산 필름.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 가시광선 영역에 특정한 광흡수대를 갖지 않으며 400nm에서의 광투과율이 85% 이상이며 500 내지 700nm의 파장 범위에서의 광투과율이 88% 이상인 폴리실록산 필름.
- 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 평균 구조식(1): R1 aSiO(4-a)/2(여기서, R1은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이며, a는 0<a<2의 범위의 정수이다)의 폴리실록산, 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 1분자중에 2개 이상 갖는 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매를 함유하는 필름 성형용 가교성 폴리실록산 조성물.
- 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 평균 구조식(1): R1 aSiO(4-a)/2(여기서, R1은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이며, a는 0<a<2의 범위의 정수이다)의 폴리실록산, 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 1분자중에 2개 이상 갖는 유기 규소 화합물 및 백금계 촉매를 함유하는 가교성 폴리실록산 조성물을 기판 위에 도포하여 미경화 필름을 형성하는 공정; 미경화 필름을 가교시켜 경화 필름을 수득하는 공정; 및 경화 필름을 기판으로부터 박리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리실록산 필름의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 (XR2 2SiO1/2) 단위(여기서, X는 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기이며, R2는 독립적으로 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다) 및 (R3SiO3/2) 단위(여기서, R3은 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다)로 구성되어 있는 폴리실록산 필름의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 (R4 nSiO(4-n)/2) 단위(여기서, R4는 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기 및 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기에서 선택된 기이고, n은 1, 2 또는 3의 수이다), 및 (SiO4/2) 단위로 구성되며, 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 폴리실록산 필름의 제조방법.
- 400 내지 800nm의 파장 영역에 특정한 흡수대를 갖지 않는 자립성 가교 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층 위에 무기물 층을 구비하는 것을 특징으로 하는적층 필름.
- 제9항에 있어서, 무기물 층이 금속 또는 반도체 금속 산화물의 증착층인 적층 필름.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 가교 폴리실록산 필름이 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 평균 구조식(1): R1 aSiO(4-a)/2(여기서, R1은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이며, a는 0< a< 2의 범위의 정수이다)의 폴리실록산 및 규소원자에 직접 결합된 수소원자를 1분자중에 2개 이상 갖는 유기 규소 화합물을 백금계 촉매 존재하에 반응시켜 가교시킨 폴리실록산으로 이루어진 폴리실록산 필름인 적층 필름.
- 제11항에 있어서, 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 (XR2 2SiO1/2) 단위(여기서, X는 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기이며, R2는 독립적으로 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다) 및 (R3SiO3/2) 단위(여기서, R3은 X 이외의 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기이다)로 구성되어 있는 적층 필름.
- 제11항에 있어서, 평균 구조식(1)의 폴리실록산이 (R4 nSiO(4-n)/2) 단위(여기서, R4는 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소기 및 탄소수 2 내지 10의 1가 불포화 지방족 탄화수소기에서 선택된 기이고, n은 1, 2 또는 3의 수이다), 및 (SiO4/2) 단위로 구성되며, 분자중에 불포화 지방족 탄화수소기를 갖는 적층 필름.
- 400 내지 800nm의 파장 영역에 특정한 흡수대를 갖지 않는 자립성 가교 폴리실록산 필름으로 이루어진 투명층 위에 300℃ 이하에서 진공 막 형성법에 의해 무기물 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 적층 필름의 제조방법.
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