KR20170088719A

KR20170088719A - 내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름용 자외선 경화형 조성물 및 이에 의해 형성된 조광필름

Info

Publication number: KR20170088719A
Application number: KR1020160008982A
Authority: KR
Inventors: 김현국
Original assignee: 주식회사 하성이노스
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-08-02
Also published as: KR101887670B1

Abstract

본 발명은 전기 온, 오프 스위칭에 따라, 투과율 및 헤이즈 등 광학특성이 조절되는 조광필름에 있어서, 내후성 및 열차단 성능이 향상된 자외선 경화형 조성물 및 이를 활용하여 제조된 조광필름에 관한 것으로, 자동차 썬루프를 포함하는 자동차 윈도우와 건물 윈도우 등에 적용하여 개인의 프라이버시 확보와 동시에, 적외선 차단율을 제어하고자 한다.

Description

내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름용 자외선 경화형 조성물 및 이에 의해 형성된 조광필름{UV curable composition for light control film with improved performances of weather resistance and IR cut-off and light control film formed by using the same}

본 발명은 전기 온, 오프 스위칭에 따라, 투과율 및 헤이즈 등 광학특성이 조절되는 조광필름에 있어서, 내후성 및 열차단 성능이 향상된 자외선 경화성 조성물 및 이를 활용하여 제조된 조광필름에 관한 것으로, 자동차 썬루프를 포함하는 자동차 윈도우와 건물 윈도우 등에 적용하여 개인의 프라이버시 확보와 동시에, 적외선 차단율을 제어하고자 한다.

최근 기술이 추구하는 방향중에 하나는 일상생활에 스마트한 기술을 접목하는 것이다. 이런추세에 부합하여 주거공간과 차량 등의 윈도우에 스마트 기능을 부여하여 개인의 프라이버시 보호와 실내로 유입되는 자외선 및 적외선을 시간과 장소에 따라 제어함으로써, 단순히 외부와의 연결통로인 윈도우를 스마트한 윈도우로 활용하려는 움직임이 증가하고 있는 추세이다. 이를 실현하기 위해 전기적으로 구동되는 액정(301)을 이용한 조광필름에 대한 발명품이 많이 제안되어지고 있다.

일반적으로, 액정(301)을 이용하여 전기 온, 오프 스위칭에 따라 투과율 및 헤이즈 등 광학특성이 조절되는 조광필름은 ITO 필름과 같은 전도성 필름 상(100), 하판(101) 사이에 액정방울(300)들이 랜덤하게 분포되어 있는 고분자 매트릭스층(200)이 존재한다. 전기가 인가되면 전도성 필름의 상(100), 하판(101) 사이에 전기장이 형성되고 전기적 이방성을 지닌 액정(301)이 전기적 방향으로 배열되어 액정(301)의 굴절률과 고분자 매트릭스층(200)의 굴절률이 일치되어 투명하게 되고, 반대로 전기가 인가되지 않은 경우, 액정방울(300)내의 액정(301)이 랜덤하게 분포됨으로써, 액정(301)의 굴절률과 고분자 매트릭스층(200)의 굴절률이 불일치하게 되어 빛의 산란으로인해 불투명하게 된다. 따라서, 불투명 상태의 컬러는 우유빛을 띠게 된다. 이러한 일반적인 조광필름은 개인적인 프라이버시 보호에는 적합하지만, 자외선과 열차단의 성능면에서는 만족스럽지 못한 실정이다. 이를 보완하기 위해 자외선 차단 및 열차단 성능의 향상을 목적으로 틴팅기능을 부여하기 위하여 몇가지 방법들이 공지되어 있는데, 예를들어 대한민국 등록특허 제10-0861671호, 제10-1480948호, 제10-1396235호, 제10-1424185호 등에서 개시하고 있는 종래의 방법들은 액정(301)과 UV 경화성 또는 열경화성 조성물에 일반적으로 염료(Dye)를 투입하는데, 제조된 조광필름이 자외선에 노출되면 쉽게 탈색이 되는 단점이 있다. 종래의 기술에서는 액정(301)을 이용한 조광필름에 컬러를 부여하기 위하여 염료가 투입될 수 있다는 것을 개시하고 있을 뿐 자외선 차단 및 열차단 성능의 향상을 목적으로 틴팅기능을 부여하는 방법 등에 대해서는 전혀 개시하고 있지 않다.

일반적으로 자외선과 열에 안정한 안료(Pigment)를 도포액에 투입하는 방법이 있지만, 일정시간이 지나면 침전이 발생하게 되고, 안료(Pigment)가 충분히 분산되지 않은 경우, 조광필름에 전기인가시 뭉쳐진 입자들에 의해 투과율이 현저히 저하되며, 전기에너지가 한곳에 집중되어 스파크가 발생하는 단점이 있다.

한편, 일반적으로 액정(301)을 사용한 조광필름에 자외선 차단과 적외선 차단 기능의 부여를 위해 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 전도성 필름에 부가적으로 은과 니켈 등과 같은 금속물질이 증착된 전도성 필름이 적용되기도 하지만, 단가 측면에서 일반 전도성 필름의 1.5내지 2배이상 가격이 높고, 자동차에 적용될 경우, 부가적으로 증착된 금속물질에 의해 특정 파장이 일부 차단 또는 흡수됨으로써, 하이패스와 같은 자동개폐시스템에 제한적으로 사용된다. 이와 반대로, 본 조광필름은 안료(Pigment) 등을 포함하는 유, 무기입자(302)를 단순히 소량만 나노분산시킴으로써, 제품의 단가도 저렴하며, 특정 주파수에도 상대적으로 자유롭다 할 수 있다.

상기 열거된 단점들을 보완하고자 본 발명을 통해 내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름용 자외선 경화형 조성물 및 이에 의해 형성된 조광필름을 제안하고자 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1424185호 대한민국 등록특허공보 제10-0861671호 대한민국 등록특허공보 제10-1480948호 대한민국 등록특허공보 제10-1396235호

일반적인 조광필름은 개인적인 프라이버시 보호에는 적합하지만, 자외선과 열차단의 성능면에서는 만족스럽지 못한 실정이다. 이를 보완하기 위해 자외선 차단 및 열차단 성능의 향상을 목적으로 틴팅기능을 부여하기 위하여 액정(301)과 UV 경화성 또는 열경화성 조성물에 일반적으로 염료(Dye)를 투입하는데, 제조된 조광필름이 자외선에 노출되면 쉽게 탈색이 되는 단점이 있다.

이를 극복하기 위하여 일반적으로 자외선과 열에 안정한 안료(Pigment)를 도포액에 투입하는 방법이 있지만, 일정시간이 지나면 침전이 발생하게 되고, 안료(Pigment)가 충분히 분산되지 않은 경우, 조광필름에 전기인가시 뭉쳐진 입자들에 의해 투과율이 현저히 저하되며, 전기에너지가 한곳에 집중되어 스파크가 발생하는 단점이 있다.

한편, 일반적으로 액정(301)을 사용한 조광필름에 자외선 차단과 적외선 차단 기능의 부여를 위해 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 전도성 필름에 부가적으로 은과 니켈 등과 같은 금속물질이 증착된 전도성 필름이 적용되기도 하지만, 단가 측면에서 일반 전도성 필름의 1.5내지 2배이상 가격이 높고, 자동차에 적용될 경우, 부가적으로 증착된 금속물질에 의해 특정 파장이 일부 차단 또는 흡수됨으로써, 하이패스와 같은 자동개폐시스템에 제한적으로 사용된다.

본 발명에 의해 내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름은 상(100), 하판(101)의 전도성 필름 사이에 고분자 매트릭스층(200)내에 액정방울(300)들이 랜덤하게 분포되어 있는 구조이며, 액정방울(300)들과 매트릭스층(200)에 안료(Pigment)를 포함하는 유, 무기입자(302)가 나노분산되어 있다. 투입되는 안료(Pigment)의 색깔에 따라, 본 발명의 조광필름은 적색, 녹색, 청색, 블랙의 컬러 구현이 가능하며, 이들을 조합하여 다양한 컬러까지 확장할 수 있다. 안료(Pigment)는 내광성(Light fastness)이 7이상의 견뢰도가 우수한 것이 바람직하며, 밀링에 의한 나노분산이 가능하다면 특정안료(Pigment)에 국한되지 않는다. 탄소나노튜브, 탄소섬유, 탄소나노로드, 탄소나노와이어, 카본블랙, 아닐린 등 탄소계 소재도 적용가능하다. 또한, 열차단 기능을 더욱 향상시키기 위해, 은, 니켈 등의 금속 나노물질도 투입할 수 있다. 안료(Pigment)와 금속입자 등의 유, 무기 소재의 프리폴리머내 나노분산은 분산제를 프리폴리머에 투입하고, 비드밀, 바스켓밀, 나노밀, 플래니터리 밀 등의 분산밀링 장비를 이용하여 나노 분산화 작업을 거친다. 분산제는 알킬, 폴리이서/폴리에스터, 플루오르카본, 알킬아민, 산성그룹 등을 포함하는 분자량 5,000이상의 고분자 분산제가 효과적이다. 분산 수준은 평균 입자 사이즈가 수백nm 수준이 바람직하다. 마이크로 수준의 분산은 조광필름의 투과율을 저하시키며, 수nm 수준의 분산은 안료(Pigment)컬러의 착색도가 떨어지는 단점이 있다.

자외선 경화에 의해 고분자 매트릭스층(200)를 형성할 수 있는 프리폴리머는 도막의 특성을 좌우하는 올리고머와 점도를 조절하기위한 희석제 기능을 하는 모노머, 광개시제 및 기능성 첨가제 등으로 이루어진 혼합액이다. 올리고머는 아크릴레이트계 재료들 중에서 에폭시계, 우레탄계, 싸이올기가 포함된 멀캡탄계, 폴리에스테르계, 아크릴릭계, 실리콘계 중에서 단독으로 투입하거나 혼합하여 사용할 수 있다. 모노머는 아크릴레이트계 모노머가 주로 사용되며, 관능기가 1개인 단관능 모노머에서부터 관능기가 3개인 삼관능 모노머까지 다양하게 선택가능하다. 단관능 모노머는 옥틸/데실아크릴레이트, 이소데실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 로릴아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 이소옥틸아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 트라이데실아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴아크릴레이트, 디씨클로펜테닐아크릴레이트 등과 이들의 메타아크릴레이트 등을 사용될 수 있다. 이관능 모노머는 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 디프로펠렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 네오페닐글리콜디아크릴레이트, 헥산디올디아크릴레이트, 부탄디올디아크릴레이트 등과 이들의 메타아크릴레이트 등이 사용될 수 있다. 삼관능 모노머는 트리메틸로프로판트리아크릴레이트, 펜타에리톨트라이아크릴레이트, 펜타에리톨테트라아크릴레이트, 글리세릴프로폭시레이티드트라이아크릴레이트, 디펜타에리톨펜타아크릴레이트 등과 이들이 메타아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.

전도성 필름과 고분자 매트릭스층(200)간 계면에서의 부착력 향상을 도모하기 위해 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시프로필아크릴레이트 등과 이들의 메타아크릴레이트 등과 같은 하이드록시기를 포함하는 아크릴레이트 모노머들과 카르복실에틸아크릴레이트와 같은 카르복시기를 포함하는 아크릴레이트 모노머들, 2-(2-에톡시에톡시)에틸아크릴레이트와 같은 에톡시기를 포함하는 아크릴레이트 모노머들을 투입하기도 한다. UV 광개시제는 이르가큐어 1173, 이르가큐어 819, 이르가큐어 184, 이르가큐어 754, 이르가큐어 651, 이르가큐어 369, 이르가큐어 784, 티피오 등이 일반적으로 사용될 수 있다. 바람직하게는 이르가큐어 819 또는 티피오 와 같은 380nm~400nm 정도의 흡수피크를 지니고 있는 장파장 개시제가 사용된다. 본 발명에 의한 조광필름을 제조하기 위한 도포액은 유, 무기 소재의 입자가 나노분산에 의해 도핑된 프리폴리머에 액정(301)을 투입하여 교반함으로써 얻어질 수 있다. 액정(301)은 일반적으로 질량비 기준으로 전체의 40중량%내지 80중량%가 투입된다. 바람직하게는 50중량%내지 60중량%가 투입된다.

본 발명에 의한 조광필름용 조성물에 있어서, 올리고머 0.1중량%내지 30중량%, 모노머 0.1중량%내지 50중량%, 광개시제 0.1중량%내지 5중량%, 유, 무기입자(302) 0.1중량%내지 5중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 의해 제조된 도포액을 하판 전도성필름(101)상에 일정두께로 도포하고, 상판 전도성필름(100)을 라미네이션을 실시한 후, UV 경화공정을 거치면 본 발명에 의한 내후성 및 열차단 성능이 향상된 조광필름이 제조될 수 있다. 도포두께는 일반적으로 20㎛내지 40㎛ 정도이다. 바람직하게는 25㎛내지 35㎛가 적당하다. 도포를 위해서는 콤파코팅, 슬롯다이 코팅, 스프레이 코팅, 압출코팅, 커튼코팅, 그라비아코팅 등의 코팅방식을 적용할수 있다. UV 경화기는 메탈할라이드, 수은램프 등과 같은 고압램프와 블랙라이트와 같은 저압램프 등이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.

본 조광필름은 자외선과 열에 매우 안정한 안료(Pigment)와 금속입자 등의 유, 무기 소재를 프리폴리머내에 나노분산시킴으로써, 일정시간 후에도 침전이 발생되지 않으며, 이에 의해 형성된 조광필름은 전기인가시에 투과율의 저하가 방지되는 장점을 보유하고 있다.

또한, 액정(301)을 사용한 일반 조광필름의 자외선 투과율(280nm내지 380nm)(%)은 20% 수준이지만, 본 조광필름은 5%내지 8% 수준으로 자외선 차단 성능이 현저히 향상되었다. 적외선 투과율(780nm내지 2,500nm)(%) 측면에서도 일반 조광필름은 70% 수준이지만, 본 조광필름은 40%내지 50% 수준의 적외선 투과율을 보유함으로써, 적외선 차단 성능도 상당히 향상시킬 수 있다. 유, 무기입자(302)의 투입량에 따라, 자외선 투과율과 적외선 투과율을 조절함으로써, 자외선 및 적외선 차단 수준을 충분히 조절할 수 있다. 또한, 본 조광필름은 유, 무기입자(302)를 단순히 소량을 나노분산시킴으로써, 제품의 단가도 저렴하며, 특정 주파수에도 상대적으로 자유롭다 할 수 있다.

제1도는 조광필름의 단면 구조도

이하, 본 발명을 바람직한 실시형태에 의해 보다 자세하게 설명한다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 자세히 설명하지만 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아님은 물론이다.

실시예 1,

올리고머로 알리파틱 우레탄계 아크릴레이트 EB8411 0.32g, 모노머 희석제로 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 0.32g, 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-HEA) 0.24g, 헥산디올디아크릴레이트(HDDA) 0.08g, 개시제로 이르가큐어 819 0.04g을 각각 투입하고, 완전한 균일 상으로 혼합한 후 청색 안료(PIGMENT BLUE 15:6) 0.4g과 분산제 AFCONA-4063 0.1g를 첨가하고 나노밀을 이용하여 안료(Pigment)가 나노분산된 자외선 경화형 프리폴리머 조성물을 얻었다.

실시예 2

올리고머로 알리파틱 우레탄계 아크릴레이트 EB8413 0.30g, 모노머 희석제로 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA) 0.34g, 2-하이드록시프로필아크릴레이트(2-HPA) 0.26g, 트리메틸로프로판트리아크릴레이트(TMPTA) 0.06g, 개시제로 티피오(TPO) 0.04g을 각각 투입하고, 완전한 균일 상으로 혼합한 후 아닐린블랙 0.4g과 분산제 AFCONA-4000 0.1g를 첨가하고 나노밀을 이용하여 안료(Pigment)가 나노분산된 자외선 경화형 프리폴리머 조성물을 얻었다.

실시예 3

올리고머로 알리파틱 우레탄계 아크릴레이트 EB8803 0.32g, 모노머 희석제로 로릴아크릴레이트(LA) 0.34g, 2-(2-에톡시에톡시)에틸아크릴레이트(EOEOEA) 0.22g, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트(TPGDA) 0.08g, 개시제로 이르가큐어 651 0.04g을 각각 투입하고, 완전한 균일 상으로 혼합한 후 청색 안료(PIGMENT BLUE 15:6) 0.4g과 분산제 AFCONA-4001 0.1g를 첨가하고 나노밀을 이용하여 안료(Pigment)가 나노분산된 자외선 경화형 프리폴리머 조성물을 얻었다.

비교예

올리고머로 알리파틱 우레탄계 아크릴레이트 EB8411 0.32g, 모노머 희석제로 이소보닐아크릴레이트(IBOA) 0.32g, 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-HEA) 0.24g, 헥산디올디아크릴레이트(HDDA) 0.08g, 개시제로 이르가큐어 819 0.04g을 각각 투입한후, 완전한 균일 상으로 혼합하여 자외선 경화형 프리폴리머 조성물을 얻었다.

실험예

상기 실시예 1 내지 3과 비교예에서 제조된 프리폴리머 각각을 머크사 E7 네마틱 액정(301)과 5:5의 비율로 혼합하여 만든 혼합물을 하판 ITO 필름에 코팅한 후 상판 ITO 필름을 합지하고, 자외선을 조사하여 조광필름을 제조하였다. 이렇게 제조된 각각의 필름에 대한 투과율은 일본 “JASCO”사의 자외선-가시광선/근적외선 분광광도계 V-570 모델을 이용하여 그 측정결과를 다음 표 1에 나타냈다. 이때, 자외선 경화를 위한 블랙라이트의 파장은 365nm이며, UV의 세기는 7mW/㎠이다.

구분	투과율(%)
구분	자외선(280nm~380nm)	적외선(780nm~2,500nm)
실시예 1	8.7	48.5
실시예 1	5.2	42.3
실시예 1	8.5	47.8
비교예	23.1	73

상기 표 1의 결과에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3에서 제조된 자외선 경화형 조성물을 사용하여 제작된 조광필름의 자외선 투과율(280nm내지 380nm)(%)은 5%내지 8% 수준이고, 적외선 투과율(780nm내지 2,500nm)(%) 측면에서도 40%내지 50% 수준으로 비교예의 일반 조광필름의 자외선 및 적외선 차단 성능보다 향상된 기능을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. 더욱 상세하게는, 자외선 투과율(280nm내지 380nm)(%)이 5.2%로 가장 낮고, 적외선 투과율(780nm내지 2,500nm)(%)이 42.3%인 실시예 2에서의 결과가 가장 바람직하다고 할 수 있다.

100 : 상판 전도성 필름(ITO 필름)
101 : 하판 전도성 필름(ITO 필름)
200 : 고분자 매트릭스층
300 : 액정방울
301 : 액정
302 : 유, 무기 입자

Claims

청구항 1
올리고머 0.1중량%내지 30중량%, 모노머 0.1중량%내지 50중량%, 광개시제 0.1중량%내지 5중량%, 유, 무기입자(302) 0.1중량%내지 10중량%, 고분자 분산제 0.1중량%내지 20중량%를 포함하는 프리폴리머 조성물에 있어서, 알킬그룹, 폴리이서 그룹, 폴리에스터 그룹, 플루오르카본 그룹, 알킬아민 그룹, 산성그룹 중 5개 이상의 그룹을 지닌 고분자 분산제를 포함하며, 액정(301) 40중량%내지 80중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 조광필름용 자외선 경화형 조성물
청구항 2
제 1항에 있어서, 상기 조성물은 건물의 윈도우 또는 자동차 썬루프를 포함하는 자동차 윈도우에 사용되는 것을 특징으로하는 조광필름용 자외선 경화형 조성물
청구항 3
제 1항에 있어서, 유, 무기입자(302)는 안료(Pigment)와 탄소나노튜브, 탄소섬유, 탄소나노로드, 탄소나노와이어, 카본블랙, 아닐린 중 적어도 1개 이상을 포함하는 탄소계 소재와, 금속소재, 무기 금속산화물, 세라믹 입자들 중 단독 또는 혼합하여 투입하는 것을 특징으로 하는 조광필름용 자외선 경화형 조성물
청구항 4
제 1항에 있어서, 유, 무기 입자의 평균 입경 사이즈가 수nm내지 수백nm로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 조광필름용 자외선 경화형 조성물
청구항 5
자외선 경화형 조성물에 의해 형성된 도포막이 상(100), 하판(101)의 전도성 필름사이에 존재하고, 도포막은 고분자 매트릭스층(200)과 랜덤하게 분포되어 있는 액정방울(300)들로 구성되어 있으며, 염료를 제외한 안료(Pigment)를 포함하는 유, 무기입자(302)가 고분자 매트릭스층(200)과 액정방울(300)들내에 나노분산되어 있는 구조를 특징으로 하는 조광필름
청구항 6
제 5항에 있어서, 자외선 경화형 조성물에 의해 형성된 도포막이 10㎛내지 50㎛의 두께를 특징으로 하는 조광필름
청구항 7
제 5항에 있어서, 건물의 윈도우 또는 자동차 썬루프를 포함하는 자동차 윈도우에 사용되는 것을 특징으로하는 조광필름