KR20160096496A

KR20160096496A - 투과율이 향상되는 코팅제의 제조방법

Info

Publication number: KR20160096496A
Application number: KR1020150018231A
Authority: KR
Inventors: 최진녕
Original assignee: 주식회사 나노폴리켐
Priority date: 2015-02-05
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2016-08-16

Abstract

모바일 폰의 내/외부, 디지털카메라 PMP, PDA 등의 디스플레이 또는, 외장재에 사용되는 필름은 보통 투과율 90%이하의 투과율을 갖게 된다. 일반적으로 필름은 반사율이 높기 때문에 실외 태양광이나, 실내 조명 등이 디스플레이 표면에서 반사되어 본래의 화상을 제대로 볼 수 없게 되는 경우가 있다. 이러한, 반사되는 빛은 화면의 시인성을 저하 시키는 원인이 반사되어 본래의 화상을 제대로 볼 수 없게 되는 경우가 있다. 이러한 표면의 반사되는 빛의 양을 줄이기 위하여, 반사율을 줄이고 투과율을 향상시키는 코팅을 필요로 한다.

Description

투과율이 향상되는 코팅제의 제조방법{Method and material for transmittance improvement of substrate surface}

본 발명은 유리 또는 필름의 투명성을 향상 시키기 위한 박막 코팅 조성물과 제조 방법으로서, 더욱 상세하게는 소재 표면에 액체 상태의 코팅제를 바르고, 경화하여, 나노두께로 코팅하여,박막 구조를 이루게 하며, 동시에 120℃ 이하의 낮은 에너지를 사용하고, 액체 상태의 굴절률이 다른 습식 코팅 방식을 적용함으로써 박막 구조를 이루게 하며, 동시에 120℃ 이하의 낮은 에너지를 사용하고, 액체 상태의 습식 코팅 방식을 적용한다. 증착 공정 대비 빠른 생산 속도로 공정 효율이 높은 투명성이 향상된 코팅제의 제조방법과 조성물에 관한 것이다.

모바일 폰의 내/외부, 디지털카메라 PMP, PDA 등의 디스플레이 또는, 외장재에 사용되는 필름은 보통 투과율 90%이하의 투과율을 갖게 된다. 일반적으로 필름은 반사율이 높기 때문에 실외 태양광이나, 실내 조명 등이 디스플레이 표면에서 반사되어 본래의 화상을 제대로 볼 수 없게 되는 경우가 있다. 이러한, 반사되는 빛은 화면의 시인성을 저하 시키는 원인이 반사되어 본래의 화상을 제대로 볼 수 없게 되는 경우가 있다. 이러한 표면의 반사되는 빛의 양을 줄이기 위하여, 저반사코팅의 코팅제를 요구한다. 일반적으로 필름은생활환경에 노출되어, 스크레이 찍힘, 백화, 얼룩, 부식 등의 불량이 발생하게 되며, 이를 보호하기 위한 하드코팅을 하게된다. 하지만, 1.52~1.60의 높은 굴절률을 갖는 하드코팅의 경우 높은 반사율을 갖게 된다. 또한, 일반적으로 저반사 증착 방식은 저굴절 물질을 포함한 펠릿형 제품에 E-beam을 고에너지로 방사하고, 높은 에너지 상태에서 활성화 된 코팅물질이, 낮은 막두께에서, 박막층을 이루게 되어, 광학적 투명성을 나타내게 된다. 고굴절물질과 저굴절 물질을 순차적으로 증착하게 된다. He, Ar의 대기하에서 진공도 2×10-6torr, 온도 180℃ 이상의 조건에서 진행되기 때문에, 공정속도가 느린 단점이 있다. 따라서, 에너지 소비의 증가로 인하여, 공정 효율이 높은 새로운 액체 상태의 코팅 방식이 요구 되고 있으며, 습식 코팅 방식은 낮은 고형분(농도)의 코팅제를 소재에 바르고 경화하여, 나노 두께의 박막층을 형성한다. 이러한 액상의 코팅 방식은 스프레이, Bar, Spin 코팅으로 다양한 코팅방법으로 소재에 도포가 가능하며, 코팅제의 고형분에 따라, 막두께 조절이 용이 하며, 대면적 소재에 코팅이 용이하다. 증착공정의 경우 정밀도가 높은 박막 형성이 유리한 장점이 있으나, 공정상에서 양산 속도가 느린 단점이 있다.예를 들면 소재의 한면에 불소계 저굴절 물질을 증착 시에 증착 시간에 비례적으로 막두께를 정밀하게 조절 할 수 있는 장점이 있었지만, 진공도를 잡아주는데 1hr의 소요시간이 필요했으며, 200℃까지의 승온과 냉각 시간에 2hr이 소요되었다. 또한, 실험 시에는 밀폐된 공간에서 증착이 가능하기 때문에 소재의 크기도 가로,세로 5cm 크기로 한정 되었다. 따라서, 대면적을 빠르게 코팅하고 경화하기 위하여, 습식 방식의 저굴절 물질과 습식방식의 고굴절 물질을 코팅함으로써 굴절률이 다른 코팅 방식이 필요하였다.

본 발명은 유무기 성분의 실란을 순차적으로 TiO2와 SiO2에 순차적으로 반응시킴으로써 코팅제를 만들고 이를 스핀 방식으로 코팅하고, 100~120도에서 경화하여 평가 기준을 만들어 비교하고, 본 발명을 완성하게 되었다. 무기성분을 함유한 실란 화합물은 3-글리시딜프로필트리메톡시실란 과 메틸트리메톡시실란을 첨가하는 것을 특징으로 하며, 가수분해 반응을 통하여 Si-OH 그룹이 활성화 되어 축합 반응이 가능해지며, Si-OH결합이 가능한 실란을첨가하여, 무기물 축합 반응을 통하여, R1-O-Si-OR2 결합을 이루게 되어 폴리실록산 네트워크 구조를 가지게 된다. R1은 글리시딜프로필트리메톡시실란과 메틸의 측쇄 작용기인 에폭시 부분이며, R2는 메틸실란의 메틸 작용기이다. 무기산화물인 티타니아와 실리카에 결합이 가능한 장점이 있으며, SiO2 굴절률이 낮고 TiO2는 굴절률이 높기 때문에 굴절률 차이를 주어서 투과율을 향상시키기에 유리하다. TiO2는 굴절률이 높아 투과율 향상에 유리하지만, 강도가 낮고, 코팅성이 저하되는 문제점이 있기 때문에, 강도를 높이기 위해서는 메틸 메톡시실란과 같이 Si-O의 무기 구조의 함량이 높은 실란이 첨가되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 3-글리시딜프로필트리메톡시실란의 경우 에폭시 작용기를 포함하고 있어서, 코팅 시에 상용성이 높고, 부착성이 향상 되는 장점이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 본 발명은 제1 관점으로서, 100~5나노크기의 실리카를 포함한 조성 성분을 포함하여, 반응이 시작된다. 한편, 메틸트리메톡시실란, 3글리시딜프로필트리메톡시실란의 가수분해반응과 축합반응을 통하여, 실록산 결합으로 이루어진, 코팅제가 이어 제조 되고, 최종적으로 낮은 굴절률의 소재인 실란조성물이 첨가되는 것을 특징으로 한다.나노사이즈의 실리카 구상입자에 무기성분의 실란이 순차적으로 중합 반응시킴으로써 코팅제를 만들고, 이를 스핀 방식으로 코팅하고, 100~120℃에서 경화하여 평가 기준을 만들어 비교하고, 본 발명을 완성하게 되었다. 무기성분의 출발 구성요소인 실리카 구상입자는 100~5nm 크기기의 입자이며, 실란화합물은 메틸트리메톡시실란과 3-글리시딜프로필트리메톡시실란이 첨가되는 것을 특징으로 하고, 최종적으로 실리카 구상입자 첨가되어 액상 코팅 조성물이 구성된다. 실란은 가수분해 반응을 통하여,R1-Si-O-Si-R2의 폴리실록산 구조를 이루며, 구상 실리카 입자에 화학적인 결합을 가지게 된다. R1은 메틸기, R2는 글리시딜기의 화학구조를 가진다. 실리카 입자는 실란의 합성과정에서 3차원적인 구조를 이루게 하며, 내구성을 높여주는 작용을 하게된다. 3-글리시딜프로필트리메톡시실란의 경우 에폭시 작용기를 가지고 있어, 기재와의 결합력을 높여주며, 경화시에 가교제의 역할을 수행하여, 밀착력과 내구성을 높여주는 장점이 있다. 제조 시에 첨가 되는 메틸트리메톡시실란은 분자량이 짧고, 무기물인 SiO2의 함량이 높아, 함량 증가에 따라 경도 향상이 있다. 상기코팅제는 조성을 구성하는 비율에서, 무기성분의 고형분 구성비는 나노실리카입자가 10~30중량%, 메틸트리메톡시 실란 20~40중량%, 3-글리시딜프로필트리메톡시실란 20~30중량%으로 저굴절 코팅을 실시하며, 고굴절 코팅제는 무기산화물 TiO2계 화합물 30~50중량% 이며, 메틸트리메톡시 실란 2~4중량%, 3-글리시딜프로필트리메톡시실란 20~50중량%으로 무기산화물의 함량을 증가시켜 굴절률을 높이는 것을 특징으로한다. TiO2화합물은 티타니움알콕사이드 화합물등을 아세틸아세틸렌, 아세토나이트릴, 이소프로필알콜 등의 화합물로 부터 제조가 가능하며, 부착력을 향상시키기 위하여, 에폭시 및 실리콘 화화물을 10%정도 첨가할 수 있다. 반응물을 정제하기 위하여 중공사 모듈을 10회 통과하여 이온을 정제 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유리성분과 유사한 성분으로 조성된 코팅제로서, 저굴절 코팅제는 1.45~1.5의 굴절률을 가지며, 고굴절 소재의 경우 굴절률이 1.65 이상으로서, 굴절률 차이를 발생하게 하여, 박막 코팅 시에 투과율이 향상되는 효과가 있다.

도1

무기산화물을의 박막 코팅층

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 그 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

아래의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험 조성성분을 나타낸다.(단위는 함량(g))

구성성분

구성성분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
5나노 실리카	30	10		10
30나노실리카		20		10
100나노실리카			30	10
3글리시딜프로필트리메톡시실란	30	30	30	30
메틸트리메톡시실란	40	40	40	40

실험예)

1.투과율측정

두께 3mm의 유리에 1~4번의 실시예를 스프레이 분사하여, 30nm두께로 코팅하여 경화한 후에 측정기인 스펙트로포토미터를 이용하여, 투과율을 측정하였다.

2.밀착력측정

1번과 같이 코팅된 기재의 표면에 크로스커터를 이용하여, 1mm간격의 눈금을 100칸 만든 후에 테이프 테스트를 하여, 소재와 코팅 박막이 박리되는 현상을 관찰하였다.

◎ : 코팅표면에 박리로 인한 손상이 없다.

○ : 코팅표면에 박리로 인한 손상이 5% 미만

X : 코팅표면에 박리로 인한 손상이 5% 이상

[실시예1]

5nm 수분산 콜로이달실리카 30g를 pH2로 초산으로 적정하고, 중공사모듈을 10회 통과하여, 이온을 분리해서 정제하여 콜로이달 실리카를 준비한다. 리플럭스가 가능한 콘덴서와 교반기를 구비한 2L 둥근플라스크에 수분산 실리카를 투입한 후에 프로필렌글리콜모노에틸이더 100g을 투입하고, 메틸트리에톡시실란 40g, 3글리시딜프로필트리메톡시실란 30g을 투입하여 60℃에서 4시간 동안 반응하였다. 상온으로 냉각 후에 이소프로필알콜 50g 투입하여 12시간동안 상온에서 교반하면서 상온 반응을 완료하였다. 상기 제조된 코팅액을 코팅하고 120℃에서 한시간 동안 경화하여, 스핀코팅하여 유리에 40nm두께의 저굴절 투명박막을 형성하였다. 고굴절코팅액은 실시예 1~4동일하게 TiO2 코팅을 실시, 이소프로필알콜 200ml, TTIP 2.97ml, HCl 1.10ml를 3시간 동안 교반 반응하여 TiO2의 코팅액을 만든다. TiO2 박막으로 코팅하고, 상부에 SiO2 코팅액을 경화형 다층구조로 코팅층을 형성 한다.

[실시예2]

상기 실시예 1의 동일 실험기구를 사용하고, 동일한 공정으로 5나노실리카 10g, 30나노실리카 20g, 메틸트리메톡시실란 40g,3글리시딜프로필트리메톡시실란 30g을 투입한 후에, 동일한 희석비로 희석하고, 경화하였다.

[실시예3]

상기 실시예 1의 동일 실험기구를 사용하고, 동일한 공정으로 100나노실리카 30g, 메틸트리메톡시실란 40g,3글리시딜프로필트리메톡시실란 30g을 투입한 후에, 동일한 희석비로 희석하고, 경화하였다.

[실시예4]

상기 실시예 1의 동일 실험기구를 사용하고, 동일한 공정으로 5나노실리카 10g, 30나노실리카 10g, 100나노실리카 10g,메틸트리메톡시실란 40g,3글리시딜프로필트리메톡시실란 30g을 0투입한 후에, 동일한 희석비로 희석하고, 경화하였다.

항목	PET필름	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
밀착력		○	○	X	◎
투과도	89%	91%	91%	91%	92%
연필경도	HB	1H	1H	2H	2H

상기 평가 결과 실시예4의 경우 투과율 향상이 높으면서, 연필경도와 밀착력을 만족시키는 결과를 얻었다.

1.PET 필름
2.고굴절 층
3.저굴절 층

Claims

산성100~5나노실리카 3종과, 실란계화합물 2종 메틸트리메톡시실란과 3글리시딜 프로필트리메톡시 실란의 실록산계화합물과 타이타니아산화물의 경화 조성물
함량비로 나노실리카입자 25~35중량부, 메틸트리메톡시실란 30~40중량부, 3글리시딜프로필트리메톡시실란 30~40중량부, 30~40중량부를 포함하는 것으로 하는 코팅제 조성물