KR20050077348A - 안료분산 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안료분산 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 코-니딩(co-kneading) 후 미세화된 2종 이상의 혼합안료, 분산제, 수지 및 유기용매를 포함하는 본 발명에 따른 안료분산 조성물은 분산 안정성, 색조 등의 제반물성이 우수하고, 높은 광투과성 및 콘트라스트 비를 나타내어 액정 디스플레이 칼라필터 제작에 유리하게 사용될 수 있다.

Description

안료분산 조성물 및 이의 제조방법{PIGMENTS DISPERSED COMPOSITIONS AND PREPARATION THEREOF}

본 발명은 안료분산 조성물 및 그 제법에 관한 것으로, 구체적으로는, 분산 안정성 및 색조가 우수하고 광투과성 및 콘트라스트 비가 높아서 특히 액정 디스플레이 칼라필터에 사용하기 적합한 안료분산 조성물 및 그 제법에 관한 것이다.

안료는 도료, 인쇄잉크, 칼라표시판 등의 다양한 분야에서 널리 이용되고 있으며, 안료를 함유하는 감광성 조성물은 광조사에 의해 선명한 색조를 갖는 화상을 형성할 수 있으므로, 예를 들면 액정 칼라디스플레이 등의 칼라필터 재료로서 널리 사용되고 있다. 이와 같이 다양한 용도에 사용되는 안료는 통상, 유기용매 등의 매체에 분산시킨 안료분산 조성물의 형태로 이용된다.

상기 안료분산 조성물에 있어서, 안료의 1차 입자의 크기가 일정 크기 이하로 미세화되지 않으면 칼라필터 제작에 필요한 광투과도 및 콘트라스트 비를 얻을 수 없다. 그러나, 안료의 1차 입자 크기가 작아질수록 안료 입자들은 응집되는 경향이 강해져 점도가 높아짐에 따라 안료의 분산 안정성이 떨어지고, 도료로서의 유동성을 갖기 어려워져 이를 이용하여 칼라필터를 제작하는 경우 제작되는 칼라필터의 품질이 저하된다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광투과도 및 콘트라스트 비가 높은 동시에 분산 안정성이 뛰어난 안료분산 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

a) 2종 이상의 안료, 수용성 무기염 및 습윤제를 코-니딩(co-kneading)하고,

b) 단계 a)에서 얻은 코-니딩된 혼합안료를 습식 분쇄한 후, 여과 및 수세하여 수용성 무기염과 습윤제를 제거하고,

c) 단계 b)에서 얻은 미세화된 혼합안료를 분산제, 바인더 수지 및 유기용매와 균질하게 혼합하는 것을 포함하는 안료분산 조성물의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된, 분산 안정성이 우수한 안료 조성물을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 안료분산 조성물은 2종 이상의 안료를 코-니딩 후 미세화시킨 혼합안료를, 분산제 및 수지와 함께 유기용매에 분산시킴으로써 얻을 수 있다.

본 발명의 특징은 안료분산 조성물의 분산 안정성 및 광특성을 향상시키기 위하여, 안료 혼합물을 코-니딩 처리 후 분쇄시켜 균일한 조성을 갖는 미세화된 혼합안료로 제조한다는 데 있다.

본 발명에 따른 상기 코-니딩 후 미세화된 혼합안료는, 목적하는 색도에 맞는 2종 이상의 안료를 수용성 무기염 및 습윤제와 함께 니더(kneader)로 혼련한 후 수중에서 분쇄하고, 여과 및 수세하여 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 2종 이상의 안료를 코-니딩할 때 첨가되는 수용성 무기염은 염화나트륨, 염화칼슘 등을 예로 들 수 있으며, 안료의 총합 1 중량부에 대해 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 2 내지 10 중량부의 양으로 사용할 수 있다. 사용되는 무기염의 양이 상기 범위 미만이면 안료의 미세화 효율이 떨어지고, 상기 범위를 초과하면 안료의 처리량이 적어져 생산성이 저하된다.

또한, 2종 이상의 안료의 코-니딩 시 상기 수용성 무기염과 함께 첨가되는 습윤제는 안료 및 무기염이 균일한 정도로 굳도록 하기 위해 사용되며, 그 예로는 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 등과 같은 알킬렌글리콜모노알킬에테르; 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 글리세린 등과 같은 알코올 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등이 바람직하며, 상기 습윤제는 안료의 총합 1 중량부에 대해 0.5 내지 5 중량부의 양으로 사용할 수 있다.

상기와 같이하여 코-니딩된 혼합안료는 물에 투입하여 믹서와 같은 분쇄기로 분쇄하여 슬러리 상태의 안료 혼합물을 얻고, 이를 여과한 후 수세하여 존재하는 무기염 및 습윤제를 제거한 다음 건조시킴으로써 본 발명에 따른 미세화된 안료 혼합물을 얻을 수 있으며, 코-니딩 후 미세화된 혼합안료의 평균직경은 20 내지 50 nm 범위가 적합하다.

본 발명에 따른 안료분산 조성물은 상기 코-니딩 후 미세화된 혼합안료를 분산제 및 바인더 수지와 함께 유기용매에 분산시켜 얻을 수 있으며, 각 성분을 유기용매에 분산시킬 때 사용하는 분산기로는 특별한 제한은 없고 니더, 롤밀(roll mill), 아트라이터(attritor), 수퍼밀(super mill), 디졸버(dissolver), 호모믹서(homogenizer), 샌드밀(sand mill) 등과 같은 공지의 분산기를 사용할 수 있다.

본 발명에 사용될 수 있는 안료로는 시판하는 모든 것이 포함되며, 구체적인 예로서는 시바 스페셜티 케미칼, 다이니찌세이까 등에서 시판하는 C.I. 피그먼트 레드(Pigment Red) 254, C.I. 피그먼트 레드 177, C.I. 피그먼트 옐로우(Pigment Yellow) 139, C.I. 피그먼트 블루(Pigment Blue) 15:6 및 C.I. 피그먼트 바이올렛(Pigment Violet) 23 등이 있으며, 원하는 색도에 맞도록 이들 중에서 선택된 2종 이상을 상기와 같이 코-니딩한 후 분쇄하여 얻은 균일한 조성의 미세화된 안료혼합물을 얻을 수 있다.

본 발명의 안료분산 조성물에 포함되는 분산제의 대표적인 예로는, 폴리아크릴계 분산제, 폴리에틸렌이민계 분산제, 폴리우레탄계 분산제 등을 들 수 있다. 상기 분산제는 안료의 총합 100 중량부에 대해 10 내지 80 중량부의 양으로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 상기 범위 미만이면 효과적인 분산이 이루어지지 않고 초과하면 제품 적용시 광학적, 물리적 품질이 저하되기 때문이다.

또한, 본 발명의 안료분산 조성물에 포함되는 바인더 수지는 산성기를 갖는 중합체가 바람직하며, 그 예로는, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리에틸헥실메타크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트 및 이들의 공중합체와 같은 폴리아크릴레이트계 수지 등을 들 수 있다. 상기 수지는 안료의 총합 100 중량부에 대해 1 내지 80 중량부의 양으로 사용하는 것이 바람직한데, 이는 상기 범위 미만이면 효과적인 분산이 이루어지지 않고 초과하면 제품 적용시 광학적, 물리적 품질이 저하되기 때문이다.

본 발명의 안료분산 조성물에 포함되는 유기용매는 특별히 제한은 없고, 공지의 것 중에서 적절히 선택할 수 있는데, 예를 들면 알킬렌글리콜모노알킬에테르류(예: 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 등) 및 이의 초산에스테르류; 초산에스테르류(예: 초산에틸, 초산 n-프로필, 초산 i-부틸 등); 방향족 탄화수소류(예: 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등); 케톤류(예: 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥산온 등); 알코올류(예: 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린 등) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이 중 알킬렌글리콜모노알킬에테르류 및 그의 초산에스테르류, 케톤류 등이 바람직하다. 상기 유기용매는 안료의 총합 100 중량부에 대해 10 내지 1000 중량부, 바람직하게는 20 내지 500 중량부의 양으로 사용할 수 있으며, 유기용매의 양이 상기 범위 미만이면 안료분산 조성물의 점도가 너무 커지고 상기 범위를 초과하면 저장시 공간 확보가 곤란하게 된다.

상기 언급한 바와 같이, 코-니딩 후 미세화된 혼합안료를 포함하는 본 발명의 안료분산 조성물은, 코-니딩 및 미세화 공정을 거치지 않은 안료 혼합물을 포함하는 기존의 안료분산 조성물에 비해 광투과도 및 콘트라스트 비가 크게 향상된다.

안료분산 조성물을 박막 기재에 코팅시켜 액정 디스플레이 등의 칼라필터를 제조할 수 있으며, 본 발명의 안료분산 조성물은 우수한 품질의 칼라필터를 안정적으로 제작하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

1.6 kg의 C.I. 피그먼트 레드 254, 0.4 kg의 C.I. 피그먼트 레드 177, 염화나트륨 16 kg 및 디에틸렌글리콜 8 kg을 니더에 넣고 10시간 동안 혼련하였다. 혼련된 혼합물을 20 ℓ의 물과 함께 고속 믹서에 넣고 2시간 동안 교반하였다. 얻어진 슬러리를 여과한 후 수세하여 염화나트륨과 디에틸렌글리콜을 제거한 다음 약 60 ℃의 오븐에서 2일간 건조시켜 평균 직경 약 30 nm의 코-니딩된 안료혼합물 1.9 Kg을 얻었다. 이어서, 상기에서 얻은 코-니딩 후 미세화된 안료혼합물 120 kg을, 폴리아크릴계 분산제(상품명: Disperbyk 2001, BYK Chemi 사) 200 kg 및 폴리벤질메타크릴레이트 수지 30 kg과 함께 프로필렌글리콜메틸에틸아세테이트 용매 560 kg에 샌드밀을 사용하여 분산시킴으로써 본 발명의 안료분산 조성물을 제조하였다.

비교예 1

96 kg의 C.I. 피그먼트 레드 254, 24 kg의 C.I. 피그먼트 레드 177, 폴리아크릴계 분산제(상품명: Disperbyk 2001, BYK Chemi 사) 200 kg 및 폴리벤질메타크릴레이트 수지 30 kg을 560 kg의 프로필렌글리콜메틸에틸아세테이트에 샌드밀을 사용하여 분산시켜 안료분산 조성물을 제조하였다.

시험예 1: 안료입자의 평균직경 측정

C.I 피그먼트 레드 254, C.I. 피그먼트 레드 177, 및 실시예 1에서 상기 두 안료를 코-니딩 후 미세화시킨 혼합안료의 평균직경을 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 각각 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	C.I. 피그먼트 레드 254	C.I 피그먼트 레드 177	실시예 1의 혼합안료
평균직경 (nm)	50	50	30

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 안료분산 조성물(실시예)에 포함되는 코-니딩 후 미세화된 혼합안료(C.I 피그먼트 레드 254 + C.I. 피그먼트 레드 177)의 평균직경(30 nm)은, 코-니딩 및 미세화 공정을 거치지 않은 각각의 안료 입자의 평균직경(50 nm)보다 현격히 감소하였다.

시험예 2: 점도 측정

상기 실시예 1 및 비교예 1의 안료분산 조성물에 대하여 E형 점도계(토키 맥(Tokki Mac) 점도계, TVE-30)를 사용하여 각각의 점도를 측정하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

	점도 (cps)
실시예 1	7
비교예 1	8

표 2로부터, 본 발명의 안료분산 조성물은 평균 직경이 현격히 감소된 미세화된 안료입자를 포함함에도 불구하고 비교예의 안료분산 조성물에 비해 점도가 높아지지 않아 분산 안정성도 우수함을 알 수 있다.

시험예 3: 광투과 스펙트럼 분석

상기 실시예 1 및 비교예 1의 안료분산 조성물을 유리 기판 상에 두께가 6 mm가 되도록 스핀코팅 하여 시료를 제작한 후, 2장의 편광판 사이에 상기 시료를 놓고 광투과 스펙트럼 분석을 수행하고 그 결과를 도 1에 나타내었으며, CIE(Commission Internationale de I'Eclairage, 국제조명위원회 표색계) x 값에 따른 휘도를 측정하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 1로부터, 본 발명의 안료분산 조성물이 비교예의 안료분산 조성물에 비해 파장 증가에 따른 광 투과율(transmittance, %)이 급격히 상승한 것으로 보아 휘도 및 콘트라스트 비의 상승도 성공적으로 이루어졌음을 간접적으로 알 수 있고, 실제로 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 안료분산 조성물은 비교예의 조성물에 비해 휘도가 증가(약 15% 증가)하였음을 알 수 있다. 또한, 광투과 스펙트럼 분석시 편광축이 평행할 때와 수직일 때의 투과광량을 측정하여 그 비를 콘트라스트로 하였는데, 콘트라스트 또한 본 발명의 안료분산 조성물이 비교예의 조성물에 비해 약 70%나 증가하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 2종 이상의 안료를 코-니딩하여 미세화한 안료 혼합물을 포함하는 안료분산 조성물은 분산 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 광투과도 및 콘트라스트 비가 높아 우수한 품질의 액정 디스플레이 칼라필터를 제작하는데 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 안료분산 조성물의 광투과 스펙트럼 분석 결과를 나타내는 그래프이고,

도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 안료분산 조성물을 유리기판 상에 스핀 코팅한 각각의 시료의 CIE x 값에 따른 휘도를 비교한 그래프이다.

Claims (12)

1. a) 2종 이상의 안료, 수용성 무기염 및 습윤제를 코-니딩(co-kneading)하고,

   b) 단계 a)에서 얻은 코-니딩된 혼합안료를 습식 분쇄한 후, 여과 및 수세하여 수용성 무기염과 습윤제를 제거하고,

   c) 단계 b)에서 얻은 미세화된 혼합안료를 분산제, 바인더 수지 및 유기용매와 균질하게 혼합하는 것을 포함하는, 안료분산 조성물의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   안료가 C.I. 피그먼트 레드(Pigment Red) 254, C.I. 피그먼트 레드 177, C.I. 피그먼트 옐로우(Pigment Yellow) 139, C.I. 피그먼트 블루(Pigment Blue) 15:6 및 C.I. 피그먼트 바이올렛(Pigment Violet) 23로 이루어진 군 중에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   수용성 무기염이 염화나트륨 또는 염화칼슘임을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   습윤제가 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 글리세린으로 이루어진 군 중에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   습윤제가 디에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜임을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   단계 a)에서 안료의 총합 1 중량부에 대하여 수용성 무기염 및 습윤제를 각각 1 내지 20 중량부 및 0.5 내지 5 중량부 사용함을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   미세화된 혼합안료의 평균 직경이 20 내지 50 nm 범위임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된, 미세화된 혼합안료 100 중량부, 분산제 10 내지 80 중량부, 바인더 수지 1 내지 80 중량부 및 유기용매 10 내지 1000 중량부를 포함하는 안료분산 조성물.
9. 제 8 항에 있어서,

   분산제가 폴리아크릴계 분산제, 폴리에틸렌이민계 분산제 및 폴리우레탄계 분산제로 이루어진 군 중에서 선택됨을 특징으로 하는 조성물.
10. 제 8 항에 있어서,

    바인더 수지가 산성기를 갖는 중합체인 것을 특징으로 하는 조성물.
11. 제 10 항에 있어서,

    바인더 수지가 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리벤질메타크릴레이트, 폴리에틸헥실메타크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군 중에서 선택됨을 특징으로 하는 조성물.
12. 제 8 항에 따른 안료분산 조성물이 코팅된 액정 디스플레이 칼라필터.