KR20090085785A

KR20090085785A - 하프미러 형성 조성물 및 이를 이용한 하프미러의 제조방법

Info

Publication number: KR20090085785A
Application number: KR1020080011606A
Authority: KR
Inventors: 임형준; 임형섭; 유영철; 이상진
Original assignee: (주)석경에이.티
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2009-08-10
Also published as: KR101431791B1

Abstract

본 발명은 하프미러 형성 조성물 및 이를 이용한 하프미러의 제조방법에 관한 것으로, 특히 하프미러의 제조공정을 단순화하고, 대량생산에 적합하며, 공정비용을 현저히 줄일 수 있는 하프미러 형성 조성물 및 이를 이용한 하프미러 제조방법에 관한 것이다.

하프미러, 도전성 금속 나노입자, 잉크, 수지필름

Description

하프미러 형성 조성물 및 이를 이용한 하프미러의 제조방법{HALF MIRROR PRODUCING COMPOSITION AND PRODUCING METHOD OF IT}

본 발명은 하프미러 형성 조성물 및 이를 이용한 하프미러의 제조방법에 관한 것으로, 특히 하프미러의 제조공정을 단순화하고, 대량생산에 적합하며, 공정비 용을 현저히 줄일 수 있는 하프미러 형성 조성물 및 이를 이용한 하프미러 제조방법에 관한 것이다.

하프미러(half mirror)는 투명기재의 표면에 금속 등이 특수코팅되어 그냥 보면 거울이지만 내부에 빛이 있으면 유리처럼 내부가 보이며, 휴대폰 등의 전자제품이나, 까페(cafe) 유리창 등에 다양하게 적용되고 있다.

기존 하프미러는 기재에 Ni를 증착한 필름이 주로 사용되었으나, 기재에 Ni의 증착이 어렵고, 공정비용이 매우 고가인 단점이 있었다.

따라서, 공정을 단순화하고, 대량생산에 적합하며, 공정비용을 낮출 수 있는 하프미러의 제조에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 하프미러의 제조공정을 단순화하고, 대량생산에 적합하며, 공정비용을 현저히 줄일 수 있는 하프미러 형성 조성물, 이를 이용한 하프미러 제조방법 및 상기 방법을 통하여 제조된 하프미러를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

a) ⅰ)금속-탄화수소 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조한 후, 상기 용액에 방향족 아민화합물 투입하여 금속 나노입자를 제조하는 단계; 및 ⅱ)상기 금속 나노입자를 알코올과 아세톤의 혼합용매로 세정 후 건조하는 단계를 포함하여 제조된 도전성 금속 나노입자 3 내지 20 중량%; 및

b) 잔량의 유기용매

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프미러 형성 조성물을 제공한다.

또한 본 발명은

a) 상기 하프미러 형성 조성물을 투명 기재 상에 코팅하는 단계; 및

b) 상기 코팅된 기재를 열처리하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프미러 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방법에 의하여 제조된 하프미러를 제공한다.

본 발명의 하프미러 형성 조성물은 하프미러의 제조공정을 단순화하고, 대량생산에 적합하며, 공정비용을 현저히 줄일 수 있으며, 기재에 대한 접착성이 우수하며, 제조된 하프미러가 우수한 투과성과 반사성을 갖게 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 하프미러 형성 조성물은 a) ⅰ)금속-탄화수소 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조한 후, 상기 용액에 방향족 아민화합물 투입하여 금속 나노입자를 제조하는 단계; 및 ⅱ)상기 금속 나노입자를 알코올과 아세톤의 혼합용매로 세정 후 건조하는 단계를 포함하여 제조된 도전성 금속 나노입자 3 내지 20 중량%; 및 b) 잔량의 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 도전성 금속 나노입자는 a) 금속-탄화수소 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조한 후, 상기 용액에 방향족 아민화합물 투입하여 반응시키는 단계; 및 b) 상기 반응 후 반응물을 알코올과 아세톤의 혼합용매로 세정하고, 건조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.

상기 금속-탄화수소 화합물은 금속과 탄화수소가 결합될 화합물로서 ⅰ) 금속염의 용액, 및 ⅱ) 카르복실기를 가지는 탄화수소산 용액 또는 이들의 염 용액을 혼합을 반응시켜 제조될 수 있다.

상기 ⅰ)의 금속염은 구체적으로는 질산은(AgNO₃), 초산은(AgCH₃COO), 질산동(Cu(NO₃)₂), 초산동(Cu(CH₃COO)₂), 염화동(CuCl₂), 질산니켈, 초산니켈, 황산니켈, 염화백금산(H₂PtCl₆), 염화금산(HAuCl₄), 염화팔라듐(PdCl₂) 등의 수용성 염과, 유기용매에 용해성이 있는 니켈아세틸아세토네이트, 동아세릴아세토네이트 등의 아세탈아세토네이드와, 가수분해가 가능한 니켈에톡사이드, 동에톡사이드 등의 알콕사이드 등이 포함될 수 있으며, 금속의 양이온을 가진 염으로서 상기 원료 중 어느 특정한 것만을 한정하지는 않는다.

또한 상기 ⅱ)의 탄소기를 가지거나 카르복실기를 가지는 탄화수소산 용액 또는 이들의 염 용액에서 탄화수소산 또는 이들의 염은 Carboxyl(COO Function)를 갖는 탄화수소로서, 산 또는 염의 형태를 모두 포함하며, 또한 포화탄화수소 또는 불포화탄화수소를 모두 적용가능하다. 바람직하기로는 탄소수가 6 내지 20인 암모늄 네오펜타노에이트, 암모늄 네오데카노에이트, 구연산암모늄, 글루타민산암모늄, 암모늄이소스테아레이트, 암모늄미리스테이트, 암모늄팔미테이트, 암모늄스테아레이트, 암모늄올레이트, 또는 암모늄이소스테아레이트 등이 바람직하게 좋다.

또한 상기 금속염의 용액과 카르복실기를 가지는 탄화수소산 용액 또는 이들의 염 용액에 사용되는 용매는 금속염 또는 탄화수소산 또는 염을 용해시킬 수 있는 용매이면 특별히 한정되지는 않으며, 수계 또는 유기계 모두 적용될 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 금속염의 용액과 카르복실기를 가지는 탄화수소 용액 또는 이들의 염 용액의 농도는 특별히 한정되지는 않으나, 제조공정 및 수율의 측면에서 각각 0.5 mol/L 내지 2 mol/L인 것이 바람직하다. 또한, 상기 용액들은 필요에 따라 적절한 비율로 혼합될 수 있으며, 특히 수율을 고려하여 1 : 1의 몰비로 혼합하는 것이 바람직하다.

또한 상기 유기용매는 금속-탄화수소 화합물을 용해시켜서 방향족 아민화합물과 반응시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 바람직하기로는 자일렌, 알코올, 톨루엔, 크실렌, 에틸렌 글리콜 및 디메틸카비톨로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 좋다.

또한 상기 방향족 아민화합물은 금속-탄화수소 화합물을 환원시켜 금속이온에 결합한 탄화수소를 제거하게 한다. 바람직하기로는 상기 방향족 아민화합물은 페닐히드라진, 나프틸아민, 또는 아닐린이 좋으며, 페닐히드라진이 가장 좋다. 상기 반응시 상기 방향족 아민화합물과 금속-탄화수소 화합물방의 농도는 제조공정 및 수율의 측면에서 0.5 mol/L 내지 2 mol/L인 것이 바람직하며, 서서히 반응시키는 것이 좋다. 또한 필요에 따라 상기 방향족 아민화합물과 금속-탄화수소 화합물 적절한 비율로 혼합될 수 있으며, 특히 수율을 고려하여 1 : 1의 몰비로 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 방향족 아민화합물과의 반응은 종래의 환원제인 트리에탄올아민이나 알킬아민에 비하여 열처리 온도를 80 내지 150 ℃로 현저히 낮출 수 있게 하여 수지필름과 같이 내열성이 약한 기재에 하프미러 형성을 가능하게 한다.

또한 상기 도전성 금속 나노입자는 상기 a)단계의 반응 후 반응물을 알코올과 아세톤의 혼합용액으로 세정 후 건조하는 단계를 포함하는 바, 상기 알코올은 탄소수 1 내지 3의 저급 알코올이 바람직하며, 메탄올이 가장 좋다. 바람직하기로 는 상기 혼합용액은 알코올과 아세톤이 중량비로 1-3 : 1-3의 비율로 혼합된 것이 좋으며, 메탄올과 아세톤이 1:1의 중량비로 혼합된 것이 가장 좋다.

상기 세정은 상기 혼합용액에 금속 나노입자를 1 내지 4시간 정치시키는 과정을 거치는 것이 좋다. 상기 정치 시간이 1시간 보다 짧을 경우 세정이 어려우며, 세정시간이 4시간 보다 길어질 경우 제조되는 금속 나노입자 사이즈가 너무 커지는 문제점이 있을 수 있다. 더욱 바람직하기로는 정치 후 침전되어져 있는 금속 나노입자를 탈수하고, 다시 혼합용액에 1 내지 4시간 정치하여 세정하는 과정을 2 내지 5회 실시하여 불순물을 제거하는 것이 좋다. 상기 세정된 금속 나노입자는 건조공정을 거쳐 도전성 금속 나노입자가 완성된다. 상기 건조는 통상의 건조공정이 적용될 수 있음은 물론이며 바람직하기로는 건조온도가 50 내지 90 ℃인 것이 좋다.

본 발명의 상기 도전성 금속 나노입자는 그 평균입경은 1 내지 10 ㎚인 것이 바람직하며, 상기 범위 내일 경우 하프미러의 코팅성 및 제품성을 양호하게 유지할 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 도전성 금속 나노입자는 하프미러 형성 조성물에 3 내지 20 중량%의 양으로 포함되는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는 3 내지 10 중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 범위 내인 경우 하프미러 형성시 코팅 및 열처리의 효율성을 동시에 만족시킬 수 있다.

또한 본 발명의 하프미러 형성 조성물은 잔량의 유기용매를 포함하는 바, 상기 유기용매는 잉크에 사용되는 통상의 유기용매가 모두 적용될 수 있음은 물론이며, 바람직하게는 자일렌, 알코올, 톨루엔, 크실렌, 에틸렌 글리콜 및 디메틸카비톨로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 좋다.

또한 본 발명의 하프미러 형성 조성물은 실란 커플링제 또는 금속 카르복시레이트를 더욱 포함하여 기재와의 접착력을 강화시킬 수 있다. 상기 실란커플링제는 구체적으로 아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필메틸디에톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 클로로프로필트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 메타아크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 메타아크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 또는 메타아크릴옥시프로필트리에톡시실란을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 금속 카르복시레이트로는 디 부틸 틴 라울레이트 , 틴 옥테이트를 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 실란 커플링제 또는 금속 카르복시레이트는 하프미러 형성 조성물에 0.1 내지 10 중량% 포함하는 것이 좋다.

또한 본 발명은 a) 상기 하프미러 형성 조성물을 기재 위에 코팅하는 단계; 및 b) 상기 코팅된 기재를 열처리하는 단계를 포함하는 하프미러 제조방법을 제공한다.

상기 하프미러 형성 조성물 내의 금속은 도전성 금속 중에서도 비저항이 적 은 구리, 은, 금, 백금, 니켈, 또는 이들의 혼합물인 것이 좋다.

또한 상기 조성물을 이용한 코팅은 공지의 코팅방법이 사용될 수 있음은 물론이며, 일예로 그라비아, 키스코팅(kiss coating), 콤마(comma) 또는 립(lip)코팅방식을 사용할 수 있으며, 상기 코팅은 0.05 내지 10 um의 두께로 이루어지는 것이 좋다.

상기 a)단계의 기재로는 통상의 투명한 기재가 사용될 수 있으며, 구체적인 예로 수지필름, PET, PEN, 세라믹, 메탈, Glass 등의 기재가 모두 사용가능하다. 특히 본 발명은 내열성이 약은 수지필름에 있어서 더욱 효과적이다.

또한 본 발명의 하프미러 제조방법은 기재가 수지필름인 경우 상기 하프미러 형성 조성물과 각종 기재간의 반응 또는 확산을 방지하고, 결합력을 향상시키기 위하여 a)단계의 코팅 전에 상기 수지필름 상에 투명 보호필름을 먼저 결합한 후에 나노금속 잉크로 인쇄할 수도 있다.

상기 보호필름은 통상의 PTFE 또는 폴리이미드를 포함하는 필름이 사용될 수 있으며, 보호기능을 강화하기 위해서는 이중으로 보호필름을 결합할 수도 있다.

또한 상기 a)단계의 코팅 후 필요에 따라 건조 단계를 실시할 수도 있다.

본 발명의 상기 b)의 열처리 단계는 코팅 후, 필요에 따라 건조단계 이후에 조성물내의 분산제, 증점제 또는 첨가제 등을 제거하고 나노금속 입자간의 결합을 및 환원을 유도하기 위하여 실시된다.

상기 열처리 단계는 기재에 열화를 가져오지 않고, 확산을 방지할 수 있도록 저온에서 장시간 실시하는 것이 바람직하며, 특히 80 내지 150 ℃에서 5 내지 30 분간 실시되는 것이 좋다. 이와 같은 저온의 열처리는 특히 수지필름 등 내열성이 약한 기재에 효과가 좋다.

또한 본 발명은 상기와 같은 하프미러 제조방법에 의하여 제조된 하프미러를 제공하는 바, 상기 하프미러는 휴대폰 등의 가전제품이나 건축물의 유리창 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

95% 네오데카노익 엑시드(103.2 g = 0.6 mole)과 58% 암모니아수 (36.26 g = 40.29 ml = 0.6 mole)를 초순수에 넣어 전체양을 200 ml로 만든 후 30분간 교반을 행하여 암모늄 네오데카노네이트를 만들었다. 다음으로 질산은 (101.94 g = 0.6 mole)을 초순수에 용해시킨후 전체양을 100 ml로 하여 질산은(AgNO₃) 6 mol/L의 용액을 제조하였다. 그 다음, 교반기가 장착된 장치 내에서 상기 암모늄 네오데카노 에이트 용액에 질산은 용액을 혼합하여 실버 네오데카노에이트(silver neodecanoate)을 수득하였다. 상기 실버 네오데카노에이트(silver neodecanoate)을 암모늄 나이트레이트 이온이 검출되지 않을 때까지 차가운 초순수로 4회 세정하고, 다음으로 메탄올 400 ml 정도를 사용하여 세정하였다. 세정 후 노란색의 빛이 보일시 메탄올 200 ml 정도를 사용하여 세정을 더 행한 후 메탄올을 제거하기 위해 감압을 실시한다.

상기와 같이 얻어진 흰색의 파우더를 색상 변화를 방지하기 위해 암갈색의 병에 보관하였다.

상기와 같이 수득된 실버 네오데카노에이트 55.8 g(0.2 mole)을 자이렌(Xylene) 100 ml 넣어 완전히 용해시켜 자일렌 베이스의 실버 네오데카노에이트 용액을 만들었다. 이를 다시 페닐히드라진 21.6 g(0.2 mole)을 상기 용액에 서서히 투입하여(5 g/min) 반응시킨 후 1시간 동안 교반을 행하였다. 그 후 메탄올 및 아세톤 1:1 중량비율로 혼합하여 200 ml를 만든 후 상기용액에 투입하여 정치하였다. 이때의 정치시간은 1~4시간이었다. 정치 후 침전 되어 있는 금속 나노입자를 1회 탈수 후 혼합용액에 정치시키는 동일한 방법으로 4회 세정을 실시하였다. 세정된 금속 나노입자를 60 ℃에서 12시간 열풍 건조 공정을 행하여 도전성 금속 나노입자를 얻었다. 상기 얻어진 도전성 금속 나노입자를 TEM 확인시 직경이 5~10 nm 정도의 균일한 입자를 가진 것으로 확인되었으며, 또한 XRD 분석시 전부 실버 피크를 가지는 것을 확인하였으며, 열분석(TG-DTA)시 110 ℃에서 실버로 변하는 것을 확인 하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 얻어진 도전성 금속 나노입자 5 g을 자일렌(Xylene) 95 g에 넣은 후 8시간 상온에서 교반을 행하여 안정한 하프미러 형성용 조성물을 얻을 수 있었다.

상기 하프미러 조성물을 투명 유리 기재에 0.2 um의 두께로 그라비아 코팅 후, 150 ℃로 맞추어진 열풍 건조기에서 약 10 분 정도 열처리 한 결과 투명성과 반사성이 매우 우수한 하프미러가 제조되었다.

실시예 3

상기 실시예 2에서 하프미러 조성물에 실란커플링제(Shinetsu polymer 社, 제품명 KBM903)를 잉크 조성물의 2 중량%를 추가 혼합한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 잉크 조성물을 제조하였다.

상기 하프미러 조성물을 투명 수지필름에 0.2 um의 두께로 그라비아 코팅 후, 120 ℃로 맞추어진 열풍 건조기에서 약 10 분 정도 열처리 한 결과 투명성과 반사성이 매우 우수한 하프미러가 제조되었다. 도 1은 실시예 2를 통하여 제조된 하프미러의 UV-VIS 스펙트로포토미터로 투과도를 측정한 그래프이다.

실시예 4

상기 실시에 3에서 KBM903 대신에 실란커플링제 KBM603(Shinetsu polymer 社)을 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 진행하였다.

상기 하프미러 조성물을 투명 PET필름에 0.2 um의 두께로 그라비아 코팅 후, 120 ℃로 맞추어진 열풍 건조기에서 약 10 분 정도 열처리 한 결과 투명성과 반사성이 매우 우수한 하프미러가 제조되었다.

실시예 5

실시에 3의 KBM903 대신에 Tin octate를 사용한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 진행하여 잉크 조성물을 제조하였다.

상기 하프미러 조성물을 투명 유리에 0.2 um의 두께로 그라비아 코팅 후, 120 ℃로 맞추어진 열풍 건조기에서 약 10 분 정도 열처리 한 결과 투명성과 반사성이 매우 우수한 하프미러가 제조되었다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 제조된 하프미러의 UV-VIS 스펙트로포토미터로 투과도를 측정한 그래프이다.

Claims

a) ⅰ)금속-탄화수소 화합물을 유기용매에 용해시켜 용액을 제조한 후, 상기 용액에 방향족 아민화합물 투입하여 금속 나노입자를 제조하는 단계; 및 ⅱ)상기 금속 나노입자를 알코올과 아세톤의 혼합용매로 세정 후 건조하는 단계를 포함하여 제조된 도전성 금속 나노입자 3 내지 20 중량%; 및

b) 잔량의 유기용매

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프미러 형성 조성물.
제1항에 있어서,

상기 방향족 아민화합물은 페닐히드라진, 나프틸아민 또는 아닐린인 것을 특징으로 하는 하프미러 형성 조성물.
제1항에 있어서,

상기 알코올과 아세톤의 혼합용매는 알코올과 아세톤이 중량비로 1-3 : 1-3인 것을 특징으로 하는 하프미러 형성 조성물.
제1항에 있어서,

상기 세정은 상기 금속 나노입자를 상기 혼합용매에 1-4시간 정치시키는 것을 포함하는 하프미러 형성 조성물.
제1항에 있어서,

입자의 직경이 1 내지 10 nm인 것을 특징으로 하는 하프미러 형성 조성물.
제1항에 있어서,

실란 커플링제 또는 금속 카르복시레이트 0.1 내지 10 중량%를 더욱 포함하 는 것을 특징으로 하는 하프미러 형성 조성물.
a) 제1항 내지 제6항 기재의 하프미러 형성 조성물 중 어느 하나를 투명 기재 상에 코팅하는 단계; 및

b) 상기 코팅된 기재를 열처리하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프미러 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 열처리 온도는 80 내지 150 ℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 하프미러 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 코팅은 그라비아, 키스코팅(kiss coating), 콤마(comma) 또는 립(lip)코팅방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하프미러 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 코팅은 기재 위에 0.05 내지 10 um인 것을 특징으로 하는 하프미러 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 기재는 수지필름, PET, PEN, 세라믹, 메탈, 또는 유리(glass)인 것을 특징으로 하는 하프미러 제조방법.
제7항 기재의 방법으로 제조된 하프미러.