KR20070094119A

KR20070094119A - 보호필름용 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의제조방법

Info

Publication number: KR20070094119A
Application number: KR1020060024370A
Authority: KR
Inventors: 박종대; 신영섭; 박준홍; 이봉상; 신종철; 이호규
Original assignee: 주식회사 동진쎄미켐
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-20
Also published as: US20070257235A1; JP2007246905A; US7393474B2; CN101037556A; TW200736352A

Abstract

디스플레이 소자의 보호필름 표면에 대전방지 코팅막을 형성할 수 있는 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의 제조방법이 개시된다. 상기 코팅 조성물은 1 내지 30중량%의 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액; 5 내지 15중량%의 수용성 바인더 수지; 0.2 내지 10중량%의 멜라민 수지; 6 내지 40중량%의 알코올 용매; 5 내지 30중량%의 디메틸설폭사이드, 프로필렌글리콜메틸에테르, N-메틸피롤리돈, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 부틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기용매; 및 10 내지 50중량%의 물을 포함한다. 또한, 상기 코팅 방법은 상기 전도성 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계를 포함한다.

보호필름, 전도성, 코팅 조성물, 대전방지

Description

보호필름용 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의 제조방법{Conductive coating composition for protective film and method for producing coating layer using the same}

본 발명은 보호필름용 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우수한 대전방지 기능을 가질 뿐만 아니라 대전방지 기능의 경시변화가 적으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 플라스틱 기재에 대해 코팅성이 우수하여, 특히 LCD 편광판 보호필름상의 대전방지 코팅막 형성에 효과적으로 적용할 수 있는 보호필름용 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의 제조방법에 관한 것이다.

전도성 고분자(conducting polymer)는 대전방지 및 전자파 차폐용 코팅막, 연료전지, 투명전극 등으로 다양하게 상용화되고 있다. 이 중, CRT, LCD, PDP 등 디스플레이 소자 외면 유리의 대전방지 코팅막, 반도체 소자 운반용 트레이, LCD 편광판 또는 백라이트 유닛(backlight unit) 보호필름 등의 분야에서 전도성 고분 자가 빠른 속도로 상용화되고 있으며, 특히 최근 평판 디스플레이 소자가 대형화됨에 따라, 제품을 스크래치 및 먼지로부터 보호하는 기능 외에, 제품이 정전기에 의해 손상되는 것을 방지하는 전도성 코팅막의 필요성이 더욱 증대되고 있다. 예를 들어, 대형 LCD 기판의 생산과정 중, LCD 편광판의 보호필름 제거 단계에서 필름 점착제에 의하여 정전기가 발생되고, 발생된 정전기는 LCD 모듈에 치명적인 손상을 야기할 수 있다.

이러한 대전방지 코팅막의 전도성 성분으로는 알루미늄 등의 금속, 카본 블랙, 수분과 반응하면 이온 전도성을 띄는 계면활성제 등의 전도성 첨가제를 포함하는 비전도성 고분자, 또는 자체적으로 전도성을 가지는 폴리티오펜(polythiopene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline) 등의 전도성 고분자가 알려져 있다. 상기 계면활성제로는 4차 암모늄 2가 염 형태의 계면활성제가 사용되었으나, 대전방지 특성이 떨어져 TFT급 고사양의 LCD 보호필름용으로는 한계가 있었다. 또한, 상기 통상적인 전도성 고분자는 대량생산이 용이하지 않고, 용해성, 광투과성, 열적 안정성 및 외부환경 안정성이 낮은 단점이 있다. 이와 같은 단점을 해소하여, 가공성, 광투과도 및 내습성을 향상시킨 전도성 고분자 물질로서, 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylene dioxithiophene; PEDT)이 바이엘(Bayer)사에 의해 개발되었고(미국특허 제5,035,926호), 이를 고분자산인 폴리스티렌술폰산(polystyrene sulfonic acid)으로 도핑시킨 Baytron P, Baytron PH가 상업화되어 시판되고 있다. 그러나 상기 Baytron P, Baytron PH 등의 폴리에틸렌 디옥시티오펜도 그 자체로 수 분산 용액이므로, 고분자 필름, 유리 등의 기판에 대한 접착력, 막강도, 건조성 등의 코팅성이 낮다는 한계를 가진다.

일반적으로 전도성 코팅막은, 전도성 고분자, 수용성 또는 알칼리 가용성 바인더 및 알코올 등의 휘발성 용매를 포함하는 코팅 조성물을 유리, 고분자 필름 등의 기판(피코팅물)에 코팅하고, 일정 온도에서 건조함으로써 형성된다. 이러한 코팅 조성물의 예로는, 전도성 고분자로서 상기 Baytron P와 함께, 바인더로서 자기 유화형 폴리에스테르 수지 수분산체를 포함하는 대전방지 코팅 조성물이 공지된 바 있다(한국특허공개번호 제2002-0016549호, 일본특허공개번호 제2005-281704호). 상기 코팅 조성물은, 코팅 후 형성된 코팅층의 표면저항이 초기에는 10^5~6Ω/□이었다가, 10일 후부터 급격히 증가하여 10¹²Ω/□까지 상승하므로, 시간이 경과함에 따라 대전방지 기능이 불량해진다. 이는 초기 낮은 표면저항이 무의미할 정도의 경시변화 특성으로서, 고품질 및 대형 LCD에 적용하는데는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 대전방지 기능이 우수하고, 대전방지 기능의 경시변화 특성이 향상된 전도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플라스틱 기재에 대한 부착성 및 막강도가 향상된 전 도성 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅막의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1 내지 30중량%의 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액; 5 내지 15중량%의 수용성 바인더 수지; 0.2 내지 10중량%의 멜라민 수지; 6 내지 40중량%의 알코올 용매; 5 내지 30중량%의 디메틸설폭사이드, 프로필렌글리콜메틸에테르, N-메틸피롤리돈, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 부틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기용매; 및 10 내지 50중량%의 물을 포함하는 전도성 코팅 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 전도성 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 전도성 코팅막의 제조방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용되는 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액은 물에 폴리에틸렌 디옥시티오펜(polyethylene dioxithiophene; PEDT)이 분산되어 있는 것으로서, 상기 수분산액은 필요에 따라 폴리스티렌술폰산(PSS) 등의 소량의 전도성 도핑제를 더욱 포함할 수 있으며, 상업적으로 시판되는 제품으로는 바이엘(Bayer) 사의 상품명 Baytron P, Baytron PH 등을 사용할 수 있다. 상기 수분산액에 있어서, 폴리에틸렌 디옥시티오펜의 함량은 1.4중량%이다. 또한, 전체 코팅 조성물에 대하여, 상 기 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액의 사용량은 1 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 여기서, 전체 코팅 조성물 내의 폴리에틸렌 디옥시티오펜의 함량을 일정하게 유지시키는 한, 필요에 따라 상기 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액의 농도를 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 수분산액 중의 폴리에틸렌 디옥시티오펜의 함량이 2.8중량%로 증가하면, 전체 코팅 조성물에 투입되는 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액의 사용량을 1/2로 감소시켜, 폴리에틸렌 디옥시티오펜의 함량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 상기 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액의 사용량이 1중량% 미만이면 코팅막의 표면저항이 증가하여 대전방지 및 전자파 차폐 성능이 저하되는 문제가 있고, 30중량%를 초과하면 대전방지 및 전자파 차폐 성능의 별다른 향상 없이 코팅 조성물의 코팅성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에 사용되는 수용성 바인더 수지는 전도성 고분자의 분산성을 향상시키고, 생성되는 코팅막의 막균일성, 부착성, 막강도 등을 향상시키는 역할을 한다. 상기 바인더 수지로는 통상적인 광경화 또는 열경화형 바인더를 광범위하게 사용할 수 있다. 상기 광경화 또는 열경화형 바인더 수지의 비한정적인 예로는 폴리우레탄, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐아세테이트, 이들의 혼합물 등을 예시할 수 있다. 특히, 상기 바인더 수지로서 수용성 열경화형 폴리우레탄 수지를 사용하면, 형성되는 코팅막의 부착성 및 막강도 특성이 향상되므로 바람직하다. 또한, 전체 코팅 조성물에 대하여, 상기 수용성 바인더 수지의 사용량은 5 내지 15중량%인 것이 바람직하며, 상기 수용 성 바인더 수지의 사용량이 5중량% 미만이면 코팅막의 균일성, 부착성 및 막강도가 저하되는 문제가 있고, 15중량%를 초과하면 전도성 고분자의 분산성이 저하되고, 대면적 코팅시 얼룩 발생의 빈도가 증가하는 문제가 있다.

본 발명에 사용되는 멜라민 수지는 코팅막의 대전방지 기능에 대한 경시변화 특성을 향상시키기 위한 것으로, 코팅 후 시간이 경과하여도 초기의 표면저항이 유지되도록 하는 역할을 한다. 상기 멜라민 수지의 사용량은 전체 코팅 조성물에 대하여 0.2 내지 10중량%인 것이 바람직하며, 상기 사용량이 0.2중량% 미만이면 코팅막의 경시변화 특성을 충분히 향상시킬 수 없으며, 10중량%를 초과하면 코팅막의 표면저항이 증가하고, 코팅시 얼룩 발생의 빈도가 증가하는 문제가 있어 바람직하지 못하다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 조성물은 전체 코팅 조성물에 대하여, 6 내지 40중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%의 알코올 용매를 포함한다. 상기 알코올 용매는 코팅 조성물의 건조성 등 코팅성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 알코올 용매로는 고분자 코팅 조성물에 통상적으로 사용되는 알코올 화합물을 광범위하게 사용할 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 저급 알코올을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 이소프로필알코올(IPA), 에탄올, 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 5 내지 20중량%의 에탄올과 1 내지 20중량%의 이소프로필알코올 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 알코올 용매의 사용량이 전체 코 팅 조성물에 대하여 6중량% 미만이면 건조성이 저하될 우려가 있고, 40중량%를 초과하면 전도성 고분자의 분산성이 저하되어 표면저항이 상승하는 문제가 있다.

본 발명에 따른 코팅 조성물은 상기 알코올 용매와 함께, 코팅 조성물의 용해성, 분산성, 건조성, 막균일성 등의 코팅성을 향상시키는 기능성 유기 용매를 더욱 포함한다. 상기 유기 용매로는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO), 프로필렌글리콜메틸에테르(propyleneglycol methylether; PGME), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP), 에틸-3-에톡시프로피오네이트(ethyl-3-ethoxypropionate; EEP), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트(propyleneglycol monomethyletheracetate; PGMEA), 부틸카비톨(butyl carbitol; BC) 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 디메틸설폭사이드를 사용한다. 상기 유기 용매의 사용량은 전체 코팅 조성물에 대하여 5 내지 30중량%, 바람직하게는 10 내지 30중량%이며, 상기 유기 용매의 사용량이 5중량% 미만이면 코팅 조성물의 코팅성이 떨어져서 불균일막이 형성되는 문제가 있고, 30중량%를 초과하면 코팅성능의 별다른 향상없이 건조성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 조성물의 나머지 성분은 물(deionized water; D.I.W)이며, 상기 물의 사용량은 전체 코팅 조성물에 대하여 10 내지 50중량%이 바람직하다. 상기 물의 사용량이 10중량% 미만이면 조성물의 농도가 너무 높아 코팅성이 저하될 우려가 있고, 50중량%를 초과하면 경제적으로 불리할 뿐 특별한 이익 이 없다.

본 발명에 따른 코팅 조성물은, 상기 각 성분을 혼합하고, 필요에 따라 교반하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 알코올 용매, 유기 용매 및 물을 혼합하고, 교반한 다음, 각각 수용성 바인더 수지, 멜라민 수지 및 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액을 차례로 투입 및 교반하는 것을 반복하여 코팅 조성물을 제조한다. 또한, 제조된 코팅 조성물을 유리, 고분자 필름 등의 기판(피코팅물)에 바 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등의 방법으로 코팅하고, 일정 온도, 예를 들면, 약 80℃에서 건조시킴으로써, 전도성 코팅막을 형성할 수 있다. 상기 기판(피코팅물)의 비한정적인 예로는 유리, 폴리메틸메타아크릴레이트 수지 필름, 폴리아크릴 수지 필름, 폴리카보네이트 수지 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 필름, PVC 수지 필름 등을 예시할 수 있으며, 형성된 코팅막은 CRT, LCD, PDP 등 디스플레이 소자 외면 유리의 대전방지 코팅막, LCD 소자의 편광판 또는 백라이트 유닛(backlight unit) 보호필름, 반도체 소자 운반용 트레이, 포장시트의 코팅막 등에 적용 가능하며, 그중에서도 LCD 편광판 보호필름의 PET 기판에 가장 효과적으로 적용할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예 및 비교예에서 백분율 및 혼합비는 별도의 언급이 없으면 중량을 기준으로 한다.

[실시예 1] 전도성 고분자 코팅막의 제조

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로, 알코올 용매, 유기 용매 및 물을 혼합하고, 교반한 다음, 수용성 폴리우레탄 수지를 투입하고 교반하였다. 여기에, 멜라민 수지를 투입 및 교반한 다음, 폴리에틸렌 디옥시티오펜(PEDT) 수분산액을 투입 및 교반하여 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액으로는 폴리스티렌설포네이트로 도핑된 바이엘(Bayer)사의 Baytron P(PEDT 농도 1.4중량%)를 사용하였다. 하기 표 1에서 IPA는 이소프로필알코올, DMSO는 디메틸설폭사이드, MEK는 메틸에틸케톤, D.I.W는 탈이온화된 물(deionized water)을 나타낸다.

제조된 코팅 조성물을 바 코터(bar coater)를 이용하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET) 필름 위에 코팅하고, 80℃의 핫플레이트에서 1분 동안 건조한 직후, 필름 위에 형성된 코팅막의 물성(표면 저항, 막균일성)을 측정하였고, 10일이 경과한 후 표면 저항을 다시 측정하여, 하기 표 2에 나타내었다. 표 1에서, 코팅막의 표면저항은 SIMCO사의 표면저항 측정기인 ST-3을 사용하여 측정하였고, 코팅막의 균일성은 육안으로 관찰하여 평가하였다.

상기 표 2로부터, 비교예 1에 따른 코팅막은 코팅성(막 균일성)이 양호하고, 초기 표면저항이 낮아 대전방지 기능이 우수하지만, 10일 경과후 표면저항이 대폭 상승하여 대전방지 기능의 경시변화 특성이 불량하였다. 비교예 1과는 달리 멜라민 수지가 함유된 실시예 1은 초기 표면저항이 낮을 뿐만 아니라, 10일 후 표면저항의 증가폭이 매우 작으므로 대전방지 기능의 경시변화 특성이 매우 우수함을 알 수 있었다. 비교예 2는 코팅성은 양호하지만, 초기 표면저항이 높고, 경시변화 특성이 불량하였다. 비교예 3은 멜라민 수지를 함유하지 않으면서도 다른 성분의 함량 조절에 의해 대전방지 기능과 경시변화 특성 모두 양호하지만, 코팅성이 불량하여 막에 얼룩이 발생하였다. 비교예 4는 경시변화 특성 개선 목적으로 도입된 멜라민 수지의 함량이 부족하여 경시변화 특성 향상에 효과적이지 못하였다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보호필름용 전도성 코팅 조성물 및 상기 코팅 조성물이 코팅된 피코팅물은 우수한 대전방지 기능을 가질 뿐만 아니라, 멜라민 수지를 포함함으로써 시간이 경과하여도 초기의 대전방지 기능을 유지할 수 있는 개선된 경시변화 특성을 가지며, 수용성 용매 사용으로 환경친화적이고, 디스플레이의 보호필름에 적합한 코팅성 및 투명성을 가지는 장점이 있다.

Claims

1 내지 30중량%의 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액;

5 내지 15중량%의 수용성 바인더 수지;

0.2 내지 10중량%의 멜라민 수지;

6 내지 40중량%의 알코올 용매;

5 내지 30중량%의 디메틸설폭사이드, 프로필렌글리콜메틸에테르, N-메틸피롤리돈, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 부틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기용매; 및

10 내지 50중량%의 물을 포함하는 전도성 코팅 조성물.

제1항에 있어서, 상기 수용성 바인더 수지는 수용성 열경화형 폴리우레탄 수지인 것인 전도성 코팅 조성물.

제1항에 있어서, 상기 알코올 용매는 5 내지 20중량%의 에탄올과 1 내지 20중량%의 이소프로필알코올의 혼합물인 것인 전도성 코팅 조성물.

제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액에 있어서 폴리에틸렌 디옥시티오펜의 함량은 1.4중량%인 것인 전도성 코팅 조성물.

제1항에 따른 전도성 코팅 조성물을 기판에 코팅하는 단계; 및

상기 코팅된 조성물을 건조시키는 단계를 포함하는 전도성 코팅막의 제조방법.

제5항에 있어서, 상기 코팅 조성물은, 디메틸설폭사이드, 프로필렌글리콜메틸에테르, N-메틸피롤리돈, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 부틸카비톨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 유기용매와 물 및 알코올 용매를 혼합하는 단계;

상기 혼합 용매에 수용성 바인더 수지를 첨가하고 혼합하는 단계;

상기 혼합물에 멜라민 수지를 첨가하고 혼합하는 단계; 및

상기 혼합물에 폴리에틸렌 디옥시티오펜 수분산액을 첨가하고 혼합하는 단계로 제조되는 것인 전도성 코팅막의 제조방법.