KR20140130861A - 적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름 - Google Patents

적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름에 관한 것으로, 나노졸을 포함하는 적외선 차단 조성물로, 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO를 포함하는 제 1나노졸 및 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하는 제 2나노졸을 포함하는 나노졸, 아크릴계 수지를 포함하는 바인더 및 광 개시제를 포함하여 이루어지며, 가시광선 영역에 대한 투과율은 향상시키면서 적외선 영역에 대한 투과율을 효과적으로 차단할 수 있는 적외선 차단 조성물을 제공할 수 있다.

Description

적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름{INFRARED RAY BLOCKING COMPOSITION AND INFRARED RAY BLOCKING FILM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산화텅스텐, 산화란탄, ATO가 분산된 나노졸을 포함하여 조성물을 형성하여 가시광선 영역의 파장의 투과율을 유지하면서도, 적외선 영역의 파장의 차단 효과가 우수한 적외선 차단 조성물을 형성하여, 상기 조성물을 이용하여 한 층만으로도 적외선 차단 기능을 효과적으로 구현할 수 있으며, 친수성을 부여하여 결로 방지 성능이 우수한 적외선 차단 필름에 관한 것이다.
　최근 지구온난화 효과로 인한 이상기후, 폭염이나 한파에 대응할 수 있는 여러 종류의 기능성 필름들이 시판되고 있다.
이러한 기능성 필름 중, 에너지 효율을 높여 냉,난방비 절감에 30%이상의 큰 효과를 거두고 있는 열차단 필름이 있다. 열차단 필름은 자외선 영역과 적외선 영역의 빛을 흡수하는 물질을 코팅하여 가시광선 영역만 투과시키고 자외선과 적외선 영역의 빛을 차단하는 방식으로 제조된다. 하지만, 가시광선 영역이 매우 짧아 자외선과 적외선을 동시에 차단함으로써 가시광선의 투과율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하고자, 산화철, 산화텅스텐과 같은 무기산화물을 단독으로 사용하여 적외선 차단 필름을 제조하나, 가시광 중 단파장쪽의 흡수에 의해 색을 띄게 되는 문제가 있고, 또 다른 방안으로 사용되는 다른 전이금속원소나 희토류원소들도 특유의 발색원인을 가지고 있어 색을 띠어 적외선 차단 재료로 부적합하다.
또한, 유기계 고분자화합물도 적외선 차단제로써 프타로시아닌계가 널리 사용되고 있으나 이러한 화합물은 유무기하이브리드 결합제 용매로의 용해도 및 장기간 사용시 자외광에 의한 분해 및 기능 저하와 내후성 등의 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 기존의 열차단 필름은 친수성이 낮아 건물, 차량, 선박용 유리 등에 시공하였을 때, 실내·외 온도차로 인한 김서림과 그에 따른 곰팡이나 부식 등의 2차 피해가 발생할 수 도 있고 빗물이나 오염물질에 의해 투명도를 떨어뜨려 시인성을 낮추고, 잦은 관리가 필요하다는 단점이 있다.
이에, 가시광선 영역의 파장은 투과율을 유지하면서도 적외선 영역의 파장의 선택적으로 차단할 수 있는 효과적인 물질의 연구가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO 등으로 나노졸을 구성하여, 바인더 및 광 개시제와 배합하여 적외선 영역 파장의 차폐율은 극대화시키면서도 가시광선 영역의 파장은 투과율이 유지될 수 있는 적외선 차단 조성물을 제공함에 목적이 있다.
또한, 나노졸에 광촉매 활성을 효과적으로 제어할 수 있는 산화티탄으로 이루어진 나노졸을 포함하여 친수성 기능을 동시에 구현할 수 있는 적외선 차단 조성물을 제공함에 목적이 있다.
상기의 적외선 차폐, 또는 적외선 차폐와 친수성 기능을 구현할 수 있는 적외선 차단 조성물을 포함하는 적외선 차단 필름을 제공함에 목적이 있다.
뿐만 아니라, 상기의 적외선 차단 조성물로 적외선의 우수한 차폐 효과로 2플라이 이상으로 구성되던 필름을, 단층인 1플라이형의 적외선 차단 필름을 제공함에 목적이 있다.
적외선 차단 필름의 기재층와 적외선 차단층을 접착함에 있어, 점착층에 UV 흡수제를 포함하여, 적외선 흡수 효과를 극대화할 수 있는 적외선 차단 필름을 제공함에 목적이 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 적외선 차단 조성물은, 적외선 차단 조성물은 나노졸을 포함하는 적외선 차단 조성물로, 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO를 포함하는 제 1나노졸 및 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하는 제 2나노졸을 포함하는 나노졸, 아크릴계 수지를 포함하는 바인더 및 광 개시제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1나노졸 및 상기 제 2나노졸의 중량비는 1:0.25 내지 1:0.75인 것인 것이 바람직하다.
상기 나노졸은 실리카 표면 개질된 산화티탄를 포함하여 이루어진 제 3나노졸을 더 포함할 수 있으며, 상기 나노졸은 상기 제 1나노졸 21 내지 60중량%, 상기 제 2나노졸 5 내지 45중량%, 상기 제 3나노졸 8 내지 37중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1나노졸의 분산 입도는 50 내지 180㎚이고, 상기 제 2나노졸의 분산 입도는 30 내지 100㎚이고, 상기 제 3나노졸의 분산입도는 40 내지 80㎚인 것을 특징으로 한다.
상기 적외선 차단 조성물은, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 폴리에테르변성폴리디메틸실록산을 더 포함할 수 있다.
상기 또 다른 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 적외선 차단 필름은, 기재층의 일면에 적외선 차단층이 형성된 적외선 차단 필름으로, 상기 적외선 차단층은 제 1나노졸, 제 2나노졸, 바인더 및 광 개시제를 포함하고, 제 1나노졸은 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO를 포함하고, 상기 제 2나노졸은 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 바인더는 아크릴계 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 적외선 차단 필름의 적외선 차단층은 실리카 표면 개질된 산화티탄으로 포함하여 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 적외선 차단 필름은, 적외선 차단층이 형성된 1플라이형 적외선 차단 필름으로, 상기 적외선 차단층, 기재층, 점착층 및 이형필름이 순차적으로 적층되며, 상기 적외선 차단층은 제 1나노졸, 제 2나노졸, 바인더 및 광 개시제를 포함하고, 제 1나노졸은 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO를 포함하고, 상기 제 2나노졸은 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 바인더는 아크릴계 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 1플라이형 적외선 차단 필름의 상기 적외선 차단층은 실리카 표면 개질된 산화티탄을 포함하여 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제 1나노졸의 분산 입도는 50 내지 180㎚이고, 상기 제 2나노졸의 분산 입도는 30 내지 100㎚이고, 상기 제 3나노졸의 분산입도는 40 내지 80㎚인 것을 특징으로 한다.
상기 적외선 차단층은 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 적외선 차단층의 두께는 0.5 내지 10㎛일 수 있다.
상기 점착층은 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제 및 아크릴계 수지 접착제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
산화텅스텐, 산화란탄, ATO로 이루어진 제 1나노졸, 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나로 이루어진 제 2나노졸을 조합하여 최적의 종류의 무기계 물질을 배합하여 적외선 차단 조성물을 형성하여 가시광선 영역 파장의 투과율은 일정하게 유지하면서도, 적외선 영역 파장의 차폐율은 효과적으로 향상시켜 열 차단 효과가 우수한 필름을 제공할 수 있다.
실리카로 표면 개질된 산화티탄으로 이루어진 나노졸을 더 포함시킴으로써, 적외선 영역 파장의 차폐율을 더욱 높이고, 친수성을 발현하도록 하여 실내 결로 현상을 억제하고 시인성을 향상된 필름을 제공할 수 있다.
또한, 나노졸의 분산 입도를 작게 조절하여 가시광선에 대한 투과율이 크게 개선된 필름을 제공할 수 있다.
무기계 물질로 적외선 차단 기능을 발휘하므로 종래의 유기계 물질로 이루어진 적외선 차단 필름에 비해 내구성이 우수하여 반 영구적으로 사용이 가능한 필름을 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 무기계 물질을 나노졸 형태로 하나의 조성물로 형성하여, 한 층으로 열 차단 효과 및 친수 효과를 발휘할 수 있어 1플라이형의 얇은 필름을 구현할 수 있으며, 이로 인하여 필름 제조의 공정을 단순화할 수 있으며 공정비가 절감되어 경제적인 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 다른 실시예에 따른 적외선 차단 필름의 구조의 단면도이다.
도 2의 (a)는 실시예 10, (b)는 실시예 11, (c)는 실시예 12, (d)는 실시예 13의 적외선 차단 조성물을 이용하여 적외선 차단 필름을 형성한 경우의 수접촉각을 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어는 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있으며, 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 적외선 차단 조성물에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 적외선 차단 조성물은 나노졸을 포함하여 이루어지며, 본 발명에서 나노졸은 나노 단위의 크기로 분산된 졸 형태의 물질을 의미한다.
나노졸은 산화텅스텐(WO3), 산화란탄(La2O3) 및 ATO(Antimony Tin Oxide)로 이루어진 제 1나노졸 및 산화티탄(TiO2), 코발트(Co) 또는 카본블랙(carbon black) 중 적어도 하나로 이루어진 제 2나노졸을 포함하는 것이 바람직하며, 이는 다른 물질의 첨가를 배제하는 것은 아니다.
나노졸을 상기와 무기계 물질로 형성하면, 가시광선 투과율이 우수하면서 투광성을 지닌 재료를 만들 수 있어 내구성 및 적외선 차단율이 높다.
상기 제 1나노졸의 구성 물질인 산화텅스텐은 상대적으로 높은 가시광선 영역의 투과율과 높은 적외선 영역의 차단율을 보이는 물질로, 적외선 영역 중 근적외선 영역 파장에 대한 차단율이 우수하나, 원적외선 영역 파장에 대한 차폐가 떨어진다.
이를 보완하기 위하여 원적외선 영역의 파장에 대한 차단 능력이 우수한 산화란탄과 ATO와 배합하여 제 1나노졸을 구성한다.
또한, 적외선 차단 효과를 극대화시키기 위하여, 제 1나노졸에 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나로 이루어진 제 2나노졸을 함께 사용한다.
특히, 상기 카본블랙 입자들은 가시광선 영역의 통과를 방해하지 않도록, 적어도 전술한 투명한 분야에서 사용을 용이하게 방해할 수 없는 정도로 충분히 작아야 하므로, 평균 입자 크기가 100㎚ 이하, 특히 75㎚ 이하, 더욱 50㎚ 이하이고, 더 더욱 40 ㎚ 이하인 바람직하고, 또한 20㎡/g를 초과하는, 특히 40㎡/g 이상인 표면적을 가지는 것이 바람직하나, 반드시 이러한 평균 입자 크기 및 표면적에 한정되는 것은 아니다. 적합한 카본블랙은 전기 전도성이 최소이거나 또는 전기 전도성이 없는 것이 효과적이고, 전도성 카본블랙과 구별된다.
카본블랙이 적외선 차단 조성물에 함께 사용되는 경우, 놀랍게도, 적외선 차폐성 무기 첨가제와 카본블랙의 조합물은 적외선 차폐성무기 첨가제 또는 카본블랙 중 하나를 개별적으로 사용하여 얻어지는 것보다 적외선에서 더 강한 흡수성을 제공한다.
이는 동일한 적외선 차폐율을 달성하는데 있어, 적외선 차폐성 무기 첨가제 단독으로 사용할 때 요구되는 함량에 비해, 적외선 차폐성 무기 첨가제와 카본블랙의 조합을 사용하는 경우 더 낮은 양으로 사용할 수 있게 한다.
또한 카본블랙을 적외선 차단 조성물의 일부로 사용하는 경우, 카본블랙없이 무기 첨가제만으로 이루어진 동일한 적외선 흡수성을 나타내는 조성물보다 헤이즈 값이 더 낮다는 것이 밝혀졌다.
따라서 카본블랙은 필요한 무기 첨가제의 양을 감소시킴과 동시에 헤이즈값을 낮게 유지하므로, 물품에서 낮은 탁도와 높은 적외선 차폐 성능이 조합되는 것을 원하는 분야에서 사용하기 위한 적외선 차단 조성물로 적합하다.
이러한 제 1나노졸과 제 2나노졸의 다양한 물질이 배합된 나노졸은 상기의 산화금속과 같은 전도체 내 자유전자 운동에 따른 에너지 흡수와 플라즈마 진동 반사를 효과적으로 제어하여 적외선 영역의 파장을 효과적으로 흡수한다.
제 1나노졸과 제 2나노졸의 중량비는 1:0.25 내지 1:0.75인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1:0.5인 것이 효과적이다. 제 1나노졸 및 제 2나노졸의 중량비가 1:0.25 미만인 경우에는 적외선 영역의 차폐율이 떨어지고, 1:0.75를 벗어나는 경우에는 경도 및 강도가 감소하여 윈도우용 필름으로 사용하기에 내구성이 떨어지는 문제가 있다.
나노졸은 실리카 표면 개질된 산화티탄으로 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하여 적외선 영역의 파장을 차단하는 효과와 동시에 친수성을 부여할 수 있다.
산화티탄 입자의 표면에 코팅된 실리카는 공기 중에 방치하게 되면 표면의 일부분이 히드록시기(hydroxy group)로 변화하여 입자 표면에 수분과 수소 결합을 형성하여 친수성을 증가시킬 수 있다.
산화티탄은 아나타아제형과 루틸형으로 나눌 수 있으며, 여기서는 광촉매 활성이 있는 아나타아제형을 사용하는 것이 바람직하다.
실리카 표면 개질된 산화티탄은 효과적인 친수성 성능을 부여할 수 있도록, 실리카 표면 개질된 산화티탄의 단위 표면적당 소정 범위로, 예컨대 단위 표면적(㎚2)당 4개 이상, 바람직하게는 4 내지 15개, 더 바람직하게는 5 내지 10개의 히드록시기를 포함하는 것이 효과적이다.
실리카 표면 개질된 산화티탄은 테트라메틸오르쏘실리케이트, 테트라에틸오르쏘실리케이트, 테트라프로필오르쏘실리케이트, 테트라부틸오르쏘실리케이트 또는 물유리로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한 실리카 전구체를 사용하여 제조될 수 있으며, 졸겔법, 함침법에 의해 합성될 수 있다. 합성 방법은 이에 제한되지 않는다.
나노졸이 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO로 이루어진 제 1나노졸, 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나로 이루어진 제 2나노졸 및 실리카 표면 개질된 산화티탄으로 이루어진 제 3나노졸을 포함하는 경우, 상기 나노졸은 상기 제 1나노졸 21 내지 60중량%, 상기 제 2나노졸 5 내지 45중량%, 상기 제 3나노졸 8 내지 37중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기의 범위일 때, 높은 적외선 영역의 파장 차폐율 및 낮은 접촉각, 높은 광투과율 및 낮은 헤이즈 값을 가질 수 있으며, 이는 본 발명의 발명자가 오랜 연구로 밝혀낸 최적의 범위 값이다.
나노졸은 분산제와 용매를 더 포함할 수 있다.
분산제는 무기계 입자를 졸 형태로 형성하기 위해 사용되는 것으로, 아크릴계 고분자 분산제를 사용할 수 있으며, 특히 BYK-180(BYK-Chemie, Germany)를 사용할 수 있다. 제 3나노졸을 분산하기 위한 분산제는 이산화티탄에 대한 친화 작용기를 가진 공중합체류 또는 안료 친화 작용기를 갖는 하이드록시 관능기 카프복실산 에스테르류, 고분자량 알킬올 아미노아마이드류를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 저분자량 불포화 폴리카복실릭산 폴리머류가 효과적이다. 다만, 분산제는 이에 한정되지 않는다.
용매는 통상 사용되는 알코올류, 케톤류, 에스테르류, 아미드류, 에테르류 또는 탄화수소류의 유기용매를 사용할 수 있으며, 상기 알코올류는 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 벤질알코올, 프로필렌글리콜 또는 에틸렌글리콜, 상기 케톤류는 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 또는 메틸시클로헥사논, 상기 에스테르류는 메틸아세트산, 에틸아세트산, 프로필아세트산, 부틸아세트산, 포름산에틸, 포름산프로필, 포름산부틸 또는 유산에틸로, 상기 아미드류는 디메틸포름아미드, 디케틸아세트아미드 또는 n-메틸피롤리돈, 상기 에테르류는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디옥산, 테트라히드로퓨란, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜 또는 디메틸에테르일 수 있으며, 상기 용매는 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 적외선 차단 조성물에 포함된 나노졸은 가시광선 영역의 파장의 투과도를 향상시키기 위해 분산 입도를 조절할 수 있고, 제 1나노졸의 분산 입도는 50 내지 180㎚이고, 상기 제 2나노졸의 분산 입도는 30 내지 100㎚이고, 상기 제 3나노졸의 분산입도는 40 내지 80㎚인 것이 바람직하다.
본 발명의 적외선 차단 조성물은 에너지 갭에 의한 단파장 쪽의 흡수가 400nm 이하이고, 자유 전자 플라즈마 진동에 의한 장파장 쪽의 반사가 780nm 이상이므로, 3.2∼1.6eV의 범위의 전자파 에너지를 가지는 가시광선 영역의 범위에서 흡수 및 산란이 최소화할 수 있게 한다.
산란은 하기의 화학식 1의 레일리(Rayleigh) 산란 식에 의하며, 산란의 정도는 적외선 차단층에 함유된 입자와 모재와의 굴절률 차이와 입경의 함수가 되며, 특히 입자경 6승에 비례하므로 입자경을 작게 할수록 산란의 정도가 줄게 되므로, 상기의 범위와 같이 제 1나노졸, 제 2나노졸 및 제 3나노졸의 분산 입도를 조절할 때 가시광선 영역의 최대화하면서도 경제적이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(S: 산란, m=np/nb, np:입자의 굴절률, nb: 모재의 굴절률)
적외선 차단 조성물에 포함되는 바인더는 기계적 강도가 우수하며, 가시광선 영역에서 투과도가 우수한 아크릴계 수지가 바람직하다.
상기 아크릴계 수지는 에틸 아크릴레이트(ethyl acrylate), 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 또는 부틸 아크릴레이트(butyl acrylate) 등의 모노머들의 공중합에 의하여 합성될 수 있으며, 구체적으로 아크릴산, 메타아크릴산 등의 카르복실기 함유 메타아크릴레이트(metaacrylate), 메타아크릴산 하이드록시메틸(hydroxymethyl metaacrylic acid), 메타아크릴산 2-하이드록시 에틸(2-hydroxy ethyl metaacrylic acid)이 바람직하고, 실리콘 폴리에스터 아크릴레이트, 실리콘 우레탄 아크릴레이트, 실리콘 우레탄 마타아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 우레탄 메타아크릴레이트와 같은 변성 아크릴레이트 수지를 사용할 수 있다.
상기 아크릴계 수지는 이와 공중합 가능한 지방족 에스테르계 수지, 방향족 올레핀계 수지, 폴리비닐계 수지, 지방족 폴리올레핀계 수지, 또는 폴리카보네이트 수지 등을 추가로 사용할 수 있다. 이때, 상기 아크릴계 수지는 아크릴계 수지 전체 함량에 최대 50 중량%로 포함되는 것이 좋다.
적외선 차단 조성물은 광 개시제를 포함할 수 있다.
광 개시제는, 벤질 디메틸 케탈(benzyl dimethyl ketal), 히드록실 시클로실 페닐 케톤(hydroxyl cyclohexyl phenyl ketone), 벤조페논(benzophenone), 2,4-디에틸티오크산톤(2,4-diethylthioxanthone), 4-벤조일-4'-메틸디페닐 설파이드(4-benzoyl-4'-methyldiphenyl sulfide), 2,4,6-트리메틸베조일-디페닐-포스핀(2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-diphenyl phosphine), 메틸-[4-메틸티오페닐]-2-모르폴린 프로파논(methyl-[4-methylthio phenyl]-2-morpholine propanone), 히드록실 디메틸 아세토페논(hydroxyl dimethyl acetophenone), 4-페닐벤조페논(4-phenylbenzophenone), 에틸-4-디메틸아미노벤조네이트(ethyl-4-dimethylaminobenzoate) 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
적외선 차단 조성물은 광 경화제를 포함할 수 있다.
광 경화제에 사용되는 경화성 수지는 광 투과율이 80% 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 90%인 것이 효과적이다.
광 경화제는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 경화성 수지가 사용될 수 있다.
광 경화제는 아크릴로일기, 메타일로일기, 아크릴로일록시기, 메타크릴로일옥시기, 에폭시기, 비닐에테르기, 옥세탄기, 멜라민계 또는 이소시아네이트계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 모노머로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 에폭시계(aliphatic-alkl-epoxy-acrylate), 멜라민계(n-butylated melamine,iso-butylatedmelamine) 또는 이소시아네이트계 수지가 효과적이다.
적외선 차단 조성물은 UV흡수제를 포함하여 적외선 흡수 효과를 향상시킬 수 있다. 여기서, UV흡수제는 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는 벤조페논계 화합물인 것이 효과적이고, 2,2'-디히드록시-4-메톡시벤조페논(2,2'-dihydroxy-4-methoxyphenone)을 사용하는 것이 가장 효과적이다.
적외선 차단 조성물은 평활제를 포함할 수 있으며, 변성폴리디메틸실록산류, 폴리에테르변성실록산류, 폴리디메틸실록산류, 폴리아크릴산류를 사용할 수 있으며, 변성폴리디메틸실록산류인 것이 바람직하고, 폴리에테르변성폴리디메틸실록산인 것이 가장 효과적이다.
본 발명의 적외선 차단 필름은, 기재층의 일면에 상기의 적외선 차단 조성물이 포함된 적외선 차단층이 형성된다.
적외선 차단층은 제 1나노졸, 제 2나노졸, UV 흡수제, 바인더 및 광 개시제를 포함하고, 제 1나노졸은 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO로 이루어지고, 상기 제 2나노졸은 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 바인더는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다.
상기 적외선 차단층은 실리카 표면 개질된 산화티탄으로 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하여 친수성 기능을 부여할 수 있다.
종래의 적외선 차단 필름은 소수성에 가까운 표면 특성을 가지고 있어, 유리와 유사한 수 접촉각을 나타내, 동절기 내부와 외부의 온도 차이로 인하여 내부에 위치한 표면에 물방울이 맺히는 결로 현상이 발생되어 외부 시야의 저하를 야기하였으나, 제 3나노졸을 더 포함하여 적외선 차단층을 형성하는 경우 친수성 특성을 발현하여 결로 현상을 억제하고 시인성을 향상시킬 수 있다.
적외선 차단 필름의 바람직한 실시예는 도 1과 같이, 상기 적외선 차단층(10), 기재층(20), 점착층(30) 및 이형필름(40)이 순차적으로 적층된 필름 구조이다.
상기 적외선 차단층(10)은 제 1나노졸, 제 2나노졸, 바인더 및 광 개시제를 포함하고, 제 1나노졸은 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO로 이루어지고, 상기 제 2나노졸은 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나로 이루어지고, 상기 바인더는 아크릴계 수지를 포함할 수 있고, 상기 적외선 차단층(30)은 실리카 표면 개질된 산화티탄으로 이루어진 제 3나노졸을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1나노졸의 분산 입도는 50 내지 180㎚이고, 상기 제 2나노졸의 분산 입도는 30 내지 100㎚이고, 상기 제 3나노졸의 분산입도는 40 내지 80㎚인 것이 바람직하고, 이에 대해서는 상기에서 설명한 바와 같다.
적외선 차단층(10)은 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제를 더 포함할 수 있다.
적외선 차단층(10)에 적외선 영역의 차폐, 경우에 따라서는 친수성 기능을 하나의 층에 구현함으로써, 1플라이(PLY)형으로 적외선 차단 필름을 형성할 수 있다.
기재층(20)은 투명한 필름 또는 유리와 같은 투명한 기재를 사용할 수 있으며, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르설폰(PES), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리염화비닐 (PVC), 시클로올레핀 코폴리머 (COC), 노르보르넨 함유 수지, 폴리에테르술폰, 셀로판, 및 방향족 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 필름 기재, 또는 석영 유리 또는 소다 유리 등의 유리 기재인 것이 바람직하다. 특히, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 수지를 포함하는 필름 기재를 사용하는 것이 더 바람직하다.
기재층(30)에 적외선 차단층(10)은 그리비아 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 슬롯다이 코팅의 방법으로 도포할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
적외선 차단층(10)은 0.5 내지 10㎛의 두께인 것이 바람직하고, 두께가 0.5㎛ 미만인 경우에는 적외선 차폐율이 현저히 떨어지고, 10㎛를 초과하는 경우에는 가시광선 영역의 투과율이 낮아져 필름이 어두워져 윈도우용으로 적용이 어렵고, 헤이즈값이 커지는 문제가 있다.
점착층(30)은 UV 흡수제, 자외선 흡수제와 아크릴계 수지 점착제가 포함될 수 있다.
UV 흡수제는 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
자외선 흡수제는 투명성이 유지되는 산화아연, 산화티탄, 산화세륨 또는 산화지르코늄이거나, 2 종 이상 조합할 수 있다.
산화티탄은 아나타아제형보다는 상온에서 융점까지 전 온도 영역에서 안정한 루틸형을 사용하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명에 의한 적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름에 대해 상세히 설명하였다.
이하에서는 본 발명에 의한 적외선 차단 조성물 및 이를 포함하는 적외선 차단 필름에 따른 효과를 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 살펴본다.
하기의 표 1은 본 발명에 의한 적외선 차단 조성물을 기재하였다.
제 1나노졸 제 2나노졸 제 3나노졸 UV 흡수제 바인더 광 개시제 폴리에테르변성폴리디메틸실록산 적외선 차단층 두께
(㎛)
산화텅스텐 산화란탄 ATO 산화티탄 코발트 카본블랙
실시예 1 10 10 10 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
실시예 2 20 10 10 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
실시예 3 30 10 10 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
실시예 4 10 10 20 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
실시예 5 10 10 30 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
실시예 6 10 10 30 0 0 15 0 10 100 5 1 2.5
실시예 7 10 10 20 5 0 10 0 10 100 5 1 2.5
실시예 8 10 10 20 0 5 10 0 10 100 5 1 2.5
실시예 9 10 10 10 0 0 15 0 10 100 5 1 2.5
실시예 10 10 10 10 5 5 10 0 10 100 5 1 2.5
실시예 11 10 10 10 5 5 10 10 10 100 5 1 2.5
실시예 12 10 10 10 5 5 10 15 10 100 5 1 2.5
실시예 13 10 10 10 5 5 10 20 10 100 5 1 2.5
실시예 14 10 10 10 5 5 10 30 10 100 5 0 2.5
(단위: 중량부, 바인더 수지 100중량부 기준)
하기의 표 2는 본 발명의 범위를 벗어난 적외선 차단 조성물을 기재하였다.
제 1나노졸 제 2나노졸 제 3나노졸 UV 흡수제 바인더 광 개시제 폴리에테르변성폴리디메틸실록산 적외선 차단층 두께
(㎛)
산화텅스텐 산화란탄 ATO 산화티탄 코발트 카본블랙
비교예 1 0 10 10 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
비교예 2 10 0 10 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
비교예 3 10 10 0 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
비교예 4 10 10 10 0 5 5 0 10 100 5 1 2.5
비교예 5 10 10 10 5 0 5 0 10 100 5 1 2.5
비교예 6 10 10 10 5 5 0 0 10 100 5 1 2.5
비교예 7 0 0 0 5 5 5 0 10 100 5 1 2.5
비교예 8 10 10 10 0 0 0 0 10 100 5 1 2.5
비교예 9 0 0 0 5 5 5 20 10 100 5 1 2.5
비교예 10 10 10 10 0 0 0 20 10 100 5 1 2.5
비교예 11 10 10 10 5 5 5 20 10 100 5 1 5.0
비교예 12 10 10 10 5 5 5 20 10 100 5 1 10.0
비교예 13 10 10 10 5 5 5 20 10 100 5 1 15.0
비교예 14 10 10 10 5 5 5 20 10 100 5 1 18.0
(단위: 중량부, 바인더 수지 100중량부 기준)
상기 실시예 1 내지 14 및 비교예 1 내지 14의 적외선 차단 조성물을 이용하여 적외선 차단 필름을 제조하여, 광 투과율, 연필 경도, 밀착력 및 수접촉각을 측정하여 하기의 표 3에 기재하였다.
적외선 차단 필름은 이형필름, 점착층, PET 필름, 상기 적외선 차단 조성물로 이루어진 적외선 차단층으로 구성되었다.
각 항목의 측정 방법은 다음과 같다.
광투과율
파장 전 영역에 대해서, UV-Visible Spectrophotometer, FT-IR/FT-NIR Spectrometer을 사용하여 측정하였다.
헤이즈값
헤이즈미터 NHD2000(니폰덴쇼쿠고교제)에 의해 측정하였다.
연필 경도
미쯔비시 평가용 연필(UNI)로 연필 경도 측정기(Shinto Scientific, Heidon)을 이용하여 750g/m2의 하중, 5mm/sec의 속도로 50mm를 5회 그은 후, 상처가 난 개수로서 연필경도를 평가하였다.
수접촉각
수접촉각이란, 물을 적외선 차단 필름에 부착시켜 물의 곡면에 접선을 그었을 때 이 접선과 고체 표면이 이루는 물측의 각도로, JIS R1703-2으로 측정하였다.
투과율 (%) 헤이즈값 연필 경도 수접촉각
(°)
550nm 1000nm 1500nm 2500nm
실시예 1 80.6 35.8 32.7 58.2 1.9 3.2H 78
실시예 2 78.2 23.8 21.2 65.5 2.0 3.3H 79
실시예 3 73.7 15.8 13.2 73.7 1.9 3.5H 79
실시예 4 78.6 29.5 30.5 47.5 2.1 3.1H 77
실시예 5 81.5 30.5 30.0 42.1 1.9 3.1H 80
실시예 6 78.2 25.6 20.0 61.0 2.2 2.9H 76
실시예 7 79.1 31.8 25.0 55.4 2.1 3.0H 79
실시예 8 75.6 28.5 22.1 44.0 1.9 3.0H 78
실시예 9 82.1 35.5 33.1 43.2 2.0 3.2H 77
실시예 10 80.5 35.1 30.0 50.1 2.1 3.3H 79
실시예 11 81.5 31.0 25.0 50.1 1.9 3.1H 55
실시예 12 80.7 33.5 29.8 49.5 2.0 3.0H 32
실시예 13 78.3 34.5 26.0 55.5 2.0 3.2H 27
실시예 14 79.2 33.6 27.5 52.8 1.9 3.3H 26
비교예 1 66.0 45.0 43.9 65.9 2.3 2.1H 80
비교예 2 68.0 43.5 40.1 63.5 2.1 2.9H 81
비교예 3 65.4 42.1 38.0 69.0 2.4 2.5H 79
비교예 4 60.0 38.0 31.0 54.5 2.3 2.6H 77
비교예 5 73.0 42.2 35.1 59.1 2.3 2.7H 78
비교예 6 65.0 39.1 35.1 57.1 2.4 2.4H 79
비교예 7 55.0 30.1 25.1 45.1 2.2 1.8H 80
비교예 8 63.1 45.1 39.5 55.9 2.3 2.0H 81
비교예 9 57.5 35.1 27.4 50.2 2.1 2.1H 35
비교예 10 65.1 46.1 40.5 56.9 2.4 1.7H 33
비교예 11 64.1 43.5 40.8 61.1 2.2 2.8H 32
비교예 12 60.1 40.1 32.5 58.3 2.3 2.8H 33
비교예 13 54.2 35.1 29.8 55.9 2.1 2.7H 34
비교예 14 49.8 31.0 24.5 50.8 2.3 2.5H 32
상기 표 3에서, 제 1나노졸과 제 2나노졸의의 성분 및 성분의 함량은 광 투과율에 영향을 주며, 친수성은 제 3나노졸의 유무 및 그 함량에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 제 1나노졸, 제 2나노졸 및 제 3나노졸을 모두 포함하여 실시하는 경우, 제 3나노졸의 산화티탄에 의해 제 1나노졸과 제 2나노졸만을 포함하는 경우보다 약간 적외선 차단 효과를 향상시킬 수 있다.
실시예 5 및 6에 비추어 볼 때, 제 2나노졸 성분 중 카본블랙은 적외선 투과율을 낮추는데 특히 효과적임을 알 수 있다.
제 1나노졸, 제 2나노졸의 물질인 산화텅스텐, 산화란탄, ATO, 산화티탄, 코발트, 카본블랙을 모두 포함하는 경우에 가시광선 영역의 투과율은 높으면서, 적외선 차폐율이 높아 파장별 선택적인 제어에 가장 효과적이다. 이에 반해, 비교예 1 내지 8은 가시광선 영역인 550㎚에서의 투과율이 약 60%에 지나지 않으며, 적외선 영역에서의 투과율은 약 40% 이상으로 현저히 높아 적외선 차단 효과를 기대할 수 없다.
실시예 11 내지 14는 실시예 1 내지 10에 비해 현저히 수접촉각이 작은 값을 나타내어, 수접촉각에 대한 제 1나노졸 및 제 2나노졸의 영향은 미미함을 알 수 있다. 제 3나노졸은 바인더 100중량부에 대하여 20중량부 이상 첨가함으로써, 수접촉각을 30℃ 이하로 낮출 수 있고 즉, 친수성이 우수한 조성물임을 알 수 있다.
또한, 나노졸의 일부 성분을 결여한 비교예는 연필 경도값이 2H 내지 3H에 불과하여, 무기계 물질의 함량이 줄어들어 내구성이 현저하게 떨어짐을 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10: 적외선 차단층
20: 기재층
30: 점착층
40: 이형필름

Claims (15)

  1. 나노졸을 포함하는 적외선 차단 조성물에 있어서,
    산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO을 포함하는 제 1나노졸 및 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하는 제 2나노졸을 포함하는 나노졸;
    아크릴계 수지를 포함하는 바인더; 및
    광 개시제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1나노졸 및 상기 제 2나노졸의 중량비는 1:0.25 내지 1:0.75인 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 나노졸은 실리카 표면 개질된 산화티탄을 포함하여 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 나노졸은 상기 제 1나노졸 21 내지 60중량%, 상기 제 2나노졸 5 내지 45중량%, 상기 제 3나노졸 8 내지 37중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1나노졸의 분산 입도는 50 내지 180㎚이고, 상기 제 2나노졸의 분산 입도는 30 내지 100㎚이고, 상기 제 3나노졸의 분산입도는 40 내지 80㎚인 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  7. 제 1항 또는 제3항에 있어서,
    폴리에테르변성폴리디메틸실록산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  8. 기재층의 일면에 적외선 차단층이 형성된 적외선 차단 필름에 있어서,
    상기 적외선 차단층은 제 1나노졸, 제 2나노졸, 바인더 및 광 개시제를 포함하고,
    제 1나노졸은 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO을 포함하고, 상기 제 2나노졸은 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 바인더는 아크릴계, 실리콘계 또는 우레탄계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 필름.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 적외선 차단층은 실리카 표면 개질된 산화티탄을 포함하여 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 차단 필름.
  10. 적외선 차단층이 형성된 1플라이형 적외선 차단 필름에 있어서,
    상기 적외선 차단층, 기재층, 점착층 및 이형필름이 순차적으로 적층되며,
    상기 적외선 차단층은 제 1나노졸, 제 2나노졸, 바인더 및 광 개시제를 포함하고, 제 1나노졸은 산화텅스텐, 산화란탄 및 ATO를 포함하고, 상기 제 2나노졸은 산화티탄, 코발트 또는 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 바인더는 아크릴계 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 1플라이형 적외선 차단 필름.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 적외선 차단층은 실리카 표면 개질된 산화티탄을 포함하여 이루어진 제 3나노졸을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1플라이형 적외선 차단 필름.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 제 1나노졸의 분산 입도는 50 내지 180㎚이고, 상기 제 2나노졸의 분산 입도는 30 내지 100㎚이고, 상기 제 3나노졸의 분산입도는 40 내지 80㎚인 것을 특징으로 하는 적외선 차단 조성물.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 적외선 차단층은 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 1플라이형 적외선 차단 필름.
  14. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 적외선 차단층의 두께는 0.5 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 1플라이형 적외선 차단 필름.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 점착층은 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 또는 입체장애아민계 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 UV 흡수제 및 아크릴계 수지 점착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 1플라이형 적외선 차단 필름.
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