KR20160049101A - 블루라이트 차단 효과가 우수한 도료 및 이를 이용한 도막 형성 방법 - Google Patents

블루라이트 차단 효과가 우수한 도료 및 이를 이용한 도막 형성 방법 Download PDF

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Abstract

블루 라이트 차단 효과가 우수한 도료 및 이를 이용한 도막 형성 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 도료는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 하기 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00007

Description

블루라이트 차단 효과가 우수한 도료 및 이를 이용한 도막 형성 방법 {PAINT WITH EXCELLENT BLOCKING BLUE LIGHT AND METHOD OF FORMING DRY PAINT FILM USING THE SAME}
본 발명은 광학렌즈, 의료기기, 가전제품 등 각종 제품에 코팅되는 도료에 관한 것으로, 보다 상세하게는 블루라이트(Blue light) 차단 효과가 우수한 도료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
블루 라이트는 380~500nm 사이의 파장에 존재하는 청색 계열의 광으로, 주로 여드름 등의 피부 치료 목적으로 사용되고 있다.
그러나, 인체가 블루 라이트에 장시간 노출되게 되면 신체에 유해할 수 있다는 지적을 받고 있다. 일 예로, 블루 라이트에 오래 노출되는 경우, 눈의 피로는 물론 안구건조증을 유발하며, 심한 경우 눈 속의 망막이나 수정체에 손상을 가져오기도 한다. 또한, 밤늦게 휴대용 디스플레이, PC, TV 등에 장시간 노출될 경우에도 블루라이트로 인하여 수면유도 호르몬 분비가 저해되어, 수면이 방해되기도 한다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2001-0088473호(2001.09.28. 공개)에 개시된 투명한 유리에 특수도료를 이용하여 자외선 차단 효과를 지닌 칼라 코팅처리 기법이 있다.
본 발명의 하나의 목적은 블루 라이트 차단 효과가 우수한 도료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 도료를 이용하여 도막을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 도료는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 하기 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
이때, 상기 도료는, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 상기 아크릴 모노머 25~90중량부, 상기 광개시제 4~30중량부, 상기 레벨링제 0.2~10중량부, 상기 UV 흡수제 3~15중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도료는, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 용매 150~500중량부를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 도막 형성 방법은 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제를 포함하는 도료를 롤 코팅 방식으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화하여 도막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 도료는 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 상기 아크릴 모노머 25~90중량부, 상기 광개시제 4~30중량부, 상기 레벨링제 0.2~10중량부, 상기 UV 흡수제 3~15중량부를 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 도막 형성 방법은 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제, 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제 및 용제를 포함하는 도료를 스프레이 코팅 또는 플로우 코팅 방식으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 도료는, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 상기 아크릴 모노머 25~90중량부, 상기 광개시제 4~30중량부, 상기 레벨링제 0.2~10중량부, 상기 UV 흡수제 3~15중량부 및 용매 150~500중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 도료를 이용하여 형성되는 도막은 메톡시페닐 메틸렌기, 펜타메틸 피페리디닐기 등을 갖는 에스테르계 UV 흡수제를 포함한 결과, 자외선 영역의 광 뿐만 아니라 380~450nm 파장 범위에 있는 청색광 영역의 광까지 흡수가 가능하여, 블루 라이트를 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도료의 경우, 스프레이 코팅, 플로우 코팅, 롤 코팅 등 다양항 방식의 도포가 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 도료는 광학렌즈, 의료기기, 가전제품, 각종 사출물 등 블루 라이트 억제가 필요한 다양한 분야에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도막 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도막 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 본 발명에 따른 블루 라이트 차단 효과가 우수한 도료 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 블루 라이트 차단 효과가 우수한 도료는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 UV 흡수제를 포함한다.
본 발명에 따른 도료는 무용제형(solvent free)일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 도료는 용매를 더 포함할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 도료에 포함되는 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.
우레탄 아크릴레이트 올리고머는 도막의 주요 성분으로서, 아크릴 모노머와 함께 도막의 네트워크 구조를 형성한다. 우레탄 아크릴레이트 올리고머는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)와 같은 이소시아네이트기 함유 물질과 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트와 같은 히드록시기 함유 물질 반응시켜 얻을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 공지된 다양한 물질 혹은 방법으로 형성될 수 있다.
아크릴 모노머는 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 함께 도막의 주요 성분이며, 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 네크워크 구조를 형성하며, 빠른 UV 경화 및 안정된 도막 형성이 가능하게 한다. 아크릴 모노머로는 공지된 다양한 것들이 이용될 수 있으며, 대표적으로 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥타데실 아크릴레이트 등을 제시할 수 있다.
상기 아크릴 모노머는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 25~90중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 아크릴 모노머가 25중량부 미만에서는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 아크릴 모노머 첨가량이 90중량부를 초과하여 지나치게 큰 경우, 도막의 물성 저하가 문제될 수 있다.
상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머는 일반적인 UV 경화형 도료에서 주로 다관능기를 갖는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머가 이용된다. 공지된 다양한 물질들을 제한없이 이용할 수 있다.
광개시제는 UV 조사시 에너지를 흡수하여 중합 반응을 개시시키는 역할을 한다. 광개시제는 대표적으로 알파 하이드록시 케톤을 제시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 광개시제는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 4~30중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 광개시제의 함량이 4중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 광개시제의 함량이 30중량부를 초과하는 경우, 도막에 미반응 광개시제가 잔류함으로써 도막의 물성을 저해할 수 있다.
레벨링제는 UV 경화 전에 도막이 고르게 퍼뜨려지도록 하여 도막의 표면 품질을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 레벨링제로는 폴리에테르 개질 트리실록산과 같은 실리콘계 레벨링제를 제시할 수 있으나 이제 제한되지 않고, 공지된 다양한 레벨링제를 이용할 수 있다.
상기 레벨링제는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 0.2~10중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 레벨링제의 함량이 0.2중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 레벨링제의 함량이 10중량부를 초과하여도 더 이상 레벨링 효과가 증대되지 않는다.
본 발명에서 UV 흡수제는 메톡시페닐 메틸렌기, 펜타메틸 피페리디닐기 등을 갖는 에스테르계 UV 흡수제를 이용한다. 이러한 UV 흡수제는 하기 화학식 1로 표시되는 Propanedioic acid,2-[(4-methoxyphenyl)methylene]-, 1,3-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester (CAS 등록번호 147783-69-5)될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1 구조를 갖는 UV 흡수제를 첨가하여 도막을 형성한 결과, 자외선 뿐만 아니라 380~450nm 파장 범위에 있는 청색광 영역의 광까지 흡수가 가능하여, 블루 라이트를 효율적으로 차단할 수 있었는데, 이는 메톡시페닐 메틸렌기, 펜타메틸 피페리디닐기 등의 복합 작용에 의한 것으로 보인다.
상기 UV 흡수제는 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 3~15중량부를 포함하는 것이 바람직하다. UV 흡수제의 첨가량이 3중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, UV 흡수제의 첨가량이 15중량부를 초과하는 경우, 더 이상의 효과없이 황변 현상이 발생할 수 있다.
용매는 알코올계 용매, 에테르계 용매, 케톤계 용매 등을 1종 이상 이용할 수 있고, 보다 바람직하게는 이들을 혼합 이용하는 것을 제시할 수 있다.
상기 용매가 포함될 경우, 그 함량은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 150~500중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 적절한 점도를 통하여 스프레이 코팅 등과 같은 도포 공정이 용이하다.
상기 성분들 이외에 필요에 따라서는 안료, 소포제, 광택제, 소광제, 부식방지제 등 각종 첨가제를 도막의 전체적인 물성을 저하시키지 않는 범위에서 더 첨가할 수 있다.
본 발명에 따른 도료가 비용매형인 경우, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머 25~90중량부, 광개시제 4~30중량부, 레벨링제 0.2~10중량부, UV 흡수제 3~15중량부를 포함할 수 있으며, 주로 롤 코팅에 의해 도포가 수행될 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 도료가 용매형인 경우, 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머 25~90중량부, 광개시제 4~30중량부, 레벨링제 0.2~10중량부, UV 흡수제 3~15중량부, 용매 150~500중량부를 포함할 수 있으며, 주로 스프레이 코팅, 플로우 코팅에 의해 도포가 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도막 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것으로, 비용매형 도료를 이용하는 예를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 도막 형성 방법은 도료 도포 단계(S110) 및 UV 경화 단계(S120)를 포함한다.
도료 도포 단계(S110)에서는 전술한 바와 같은 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제, 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제를 포함하는 도료를 롤 코팅 방법으로 도포한다.
이후, UV 경화 단계(S120)에서는 도포된 결과물에 UV를 조사하여 경화시킨다.
본 예의 경우, 대략 2~10㎛ 정도로 도막을 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
UV 조사량은 도막의 두께에 따라 적절히 조절될 수 있는데, 도막 두께가 대략 2~10㎛인 경우, UV 조사량이 대략 300~500 mJ/cm2 정도인 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도막 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것으로, 용매형 도료를 이용하는 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 도시된 도막 형성 방법은 도료 도포 단계(S210), 건조 단계(S220) 및 UV 경화 단계(S230)를 포함한다.
도료 도포 단계(S210)에서는 전술한 바와 같은 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제, 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제 및 용매를 포함하는 도료를 스프레이 코팅 또는 플로우 코팅 방법으로 도포한다.
건조 단계에서는 도포된 결과물에 열을 가하여 용매를 제거한다. 본 단계는 별도 수행할 수도 있으나, UV 경화 단계(S230)와 동시에 진행될 수 있다.
이후, UV 경화 단계(S120)에서는 도포된 결과물에 UV를 조사하여 경화시킨다.
스프레이 코팅의 경우 도막 두께가 대략 18~22㎛ 정도가 될 수 있고, 플로우 코팅의 경우 도막 두께가 대략 4~6㎛가 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
UV 조사량은 스프레이 코팅의 경우 대략 800~1000 mJ/cm2이 바람직하고, 플로우 코팅의 경우 대략 300~500 mJ/cm2 정도인 것이 바람직하다.
실시예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 설명한다. 하지만 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)와 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트를 반응시켜 얻은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머로서 2-에틸헥실 아크릴레이트 50중량부, 광개시제로서 알파 하이드록시 케톤 10중량부, 레벨링제로서 폴리에테르 개질 트리실록산 5중량부, UV 흡수제로서 Propanedioic acid,2-[(4-methoxyphenyl)methylene]-, 1,3-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester (CAS 등록번호 147783-69-5) 8중량부로 이루어진 무용제형 도료를 롤코팅 방법으로 코팅한 후 400mJ/cm2의 조사량으로 3분동안 UV 조사하여 두께 7㎛의 도막을 형성하였다.
실시예 2
헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)와 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트를 반응시켜 얻은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머로서 2-에틸헥실 아크릴레이트 50중량부, 광개시제로서 알파 하이드록시 케톤 10중량부, 레벨링제로서 폴리에테르 개질 트리실록산 5중량부, UV 흡수제로서 Propanedioic acid,2-[(4-methoxyphenyl)methylene]-, 1,3-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester (CAS 등록번호 147783-69-5) 8중량부, 에탄올 100 중량부, 메틸에틸 케톤 50중량부, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 50중량부로 이루어진 용제형 도료를 스프레이 코팅 방법으로 코팅한 후 60℃에서 900mJ/cm2의 조사량으로 3분동안 UV 조사하여 두께 20㎛의 도막을 형성하였다.
실시예 3
헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)와 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트를 반응시켜 얻은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머로서 2-에틸헥실 아크릴레이트 50중량부, 광개시제로서 알파 하이드록시 케톤 10중량부, 레벨링제로서 폴리에테르 개질 트리실록산 5중량부, UV 흡수제로서 Propanedioic acid,2-[(4-methoxyphenyl)methylene]-, 1,3-bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester (CAS 등록번호 147783-69-5) 8중량부, 에탄올 80 중량부, 메틸에틸 케톤 70중량부, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 70중량부로 이루어진 용제형 도료를 플로우 코팅 방법으로 코팅한 후 60℃에서 400mJ/cm2의 조사량으로 2분동안 UV 조사하여 두께 5㎛의 도막을 형성하였다.
비교예 1
헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)와 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트를 반응시켜 얻은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머로서 2-에틸헥실 아크릴레이트 50중량부, 광개시제로서 알파 하이드록시 케톤 10중량부, 레벨링제로서 폴리에테르 개질 트리실록산 5중량부, UV 흡수제로서 벤조트리아졸 8중량부로 이루어진 무용제형 도료를 롤코팅 방법으로 코팅한 후 400mJ/cm2의 조사량으로 3분동안 UV 조사하여 두께 7㎛의 도막을 형성하였다.
비교예 2
헥사메틸렌 디이소시아네이트(HMDI)와 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트를 반응시켜 얻은 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 아크릴 모노머로서 2-에틸헥실 아크릴레이트 50중량부, 광개시제로서 알파 하이드록시 케톤 10중량부, 레벨링제로서 폴리에테르 개질 트리실록산 5중량부로 이루어진 무용제형 도료를 롤코팅 방법으로 코팅한 후 400mJ/cm2의 조사량으로 3분동안 UV 조사하여 두께 7㎛의 도막을 형성하였다.
스펙트럼 광색 종합 분석 시스템 (SYNC-SKAN SPECTROPHOTOCOLORIMETER)을 이용하여, 실시예 1~3 및 비교예 1~2에 따라 형성된 도막에 대하여 420nm 청색광에 대한 광 흡수율을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00003
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 도료를 이용한 도막의 경우, 블루 라이트에 해당하는 420nm 파장에 대한 흡수율이 50% 이상을 나타내었다.
반면, UV 흡수제로서 벤조트리아졸을 이용한 비교예 1의 경우, UV 흡수제를 적용하지 않은 비교예 2의 경우, 420nm 파장에 대한 흡수율이 현저히 낮은 값을 나타내었다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 하기 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제를 포함하는 것을 특징으로 하는 도료.
    [화학식 1]
    Figure pat00004

  2. 제1항에 있어서,
    상기 도료는, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 상기 아크릴 모노머 25~90중량부, 상기 광개시제 4~30중량부, 상기 레벨링제 0.2~10중량부, 상기 UV 흡수제 3~15중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도료.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도료는, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 용매 150~500중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도료.
  4. 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제 및 하기 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제를 포함하는 도료를 롤 코팅 방식으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화하여 도막을 형성하는 것을 특징으로 하는 도막 형성 방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00005

  5. 제4항에 있어서,
    상기 도료는 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 상기 아크릴 모노머 25~90중량부, 상기 광개시제 4~30중량부, 상기 레벨링제 0.2~10중량부, 상기 UV 흡수제 3~15중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도막 형성 방법.
  6. 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 아크릴 모노머, 광개시제, 레벨링제, 하기 화학식 1로 표시되는 UV 흡수제 및 용제를 포함하는 도료를 스프레이 코팅 또는 플로우 코팅 방식으로 도포한 후, 자외선을 조사하여 경화하는 것을 특징으로 하는 도막 형성 방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00006

  7. 제6항에 있어서,
    상기 도료는, 상기 우레탄 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대하여, 상기 아크릴 모노머 25~90중량부, 상기 광개시제 4~30중량부, 상기 레벨링제 0.2~10중량부, 상기 UV 흡수제 3~15중량부 및 용매 150~500중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 도막 형성 방법.
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