KR20170122987A - 광경화성 코팅조성물 - Google Patents

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KR20170122987A
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 포함하는 광경화성 코팅조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00014

(상기 화학식 1에서, R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며; L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 자연수이다.)

Description

광경화성 코팅조성물 {Photo-curable coating composition}
본 발명은 광경화성 코팅조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게, 높은 굴절률과 우수한 광투과도를 가지는 광경화성 코팅조성물에 관한 것이다.
최근 광학장치, 렌즈, 보안경, 디스플레이 장치 등 다양한 플라스틱 기재에 굴절률을 제어할 수 있는 코팅 소재에 대한 수요가 증가함에 따라 경화형 코팅제에 대한 연구가 활발히 전개되고 있다. 이러한 경화형 코팅조성물은 대부분은 광 투과율이 우수하고 고내열성 및 내충격성이 높으면서도 굴절률 제어를 통하여 빛의 경로를 조절할 수 있어, 유리(굴절률=1.51)를 대체하여 많은 응용분야에서 적용되고 있다.
특히, 고굴절률 소재는 첨단 디스플레이 소자용 기판 재료, OLED(organic light emitting diode) 소자용 광학접착제 또는 캡슐소자, 첨단 광학 기기용 반사방지 코팅, 193 ㎚ 액침 리소그라피(immersion lithography)를 위한 포토레지스트, CCD(charge coupled device)용 마이크로렌즈, 또는 금속 산화막 반도체(CMOS) 이미지 센서(CIS) 등, 첨단 광전자 제조에서의 응용 가능성으로 인해 큰 주목을 받고 있다.
굴절률이 2.0 이상의 높은 소재로는 TiO2, ZrO2 등의 무기물을 들 수 있다. 하지만, 이들을 무기물을 이용한 소자 제작은 성형 과정이 매우 어렵고 복잡하다. 또한, 고굴절률을 나타내는 고분자 소재의 경우는 내부 구성 분자들의 전자 특성에 기인하여 1.60 이상의 굴절률을 얻기 어렵다(한국 공개특허공보 제2016-0008483호).
이에, 무기입자와 고분자 소재로 구성된 고분자 나노복합물이 제시되었으나, 고분자 나노복합물은 때때로 저장 안정성에 문제가 있으며, 광손실이 높고, 가공성(processability)이 낮은 단점을 가지고 있다.
이에 본 발명자들은 높은 굴절률 및 우수한 광투과도를 가지면서도 가공성이 우수하며, 기타 물리적 특성이 우수한 광경화성 코팅조성물을 제공하고자 한다.
한국 공개특허공보 제2016-0008483호 (2016.01.22.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 높은 굴절률 및 우수한 광투과도를 가지면서도 가공성이 우수한 광경화성 코팅조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하기 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물, 및 이를 포함하는 광경화성 코팅조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며;
L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 자연수이다.)
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 본 발명에 따른 광경화성 코팅조성물을 기판 상에 코팅한 후 광조사하여 제조된 투명 코팅막에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광경화성 코팅조성물은 S 원자를 3개 이상 함유하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 포함함으로써 굴절률을 크게 향상시킬 수 있으며, 우수한 광투과도를 가질 수 있다.
또한, 광경화성 트리아진계 단량체 화합물이 3개 이상의 중합 가능한 관능기를 가짐으로써 광경화가 용이하게 일어나도록 하여, 코팅막 제조 시 코팅성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하 본 발명에 따른 광경화성 트리아진계 단량체 화합물과 이를 포함하는 광경화성 코팅조성물, 및 광경화성 코팅조성물로부터 제조된 투명 코팅막에 대하여 상세히 설명한다.
이때, 본 발명에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 ‘S(sulfur) 원자’가 도입된 광경화성 단량체를 포함함으로써 향상된 굴절률 및 우수한 광투과도를 가지면서도 가공성이 우수한 광경화성 코팅조성물에 관한 것이다.
상세하게, 본 발명의 일 예에 따른 광경화성 코팅조성물은 하기 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
(상기 화학식 1에서, R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며; L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 자연수이다.)
이처럼, 본 발명에 따른 광경화성 코팅조성물은 S 원자를 3개 이상 함유하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 포함함으로써 굴절률을 크게 향상시킬 수 있으며, 우수한 광투과도를 가질 수 있다. 또한, 광경화성 트리아진계 단량체 화합물이 3개 이상의 중합 가능한 관능기를 가짐으로써 광경화가 용이하게 일어나도록 하여, 코팅막 제조 시 코팅성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
보다 좋게는, 본 발명의 일 예에 따른 광경화성 트리아진계 단량체 화합물은 화학식 1에서, R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며; L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 에틸렌기 또는 프로필렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 3의 자연수이다.
이를 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 사용함으로써, 코팅막 제조 시, 파장 632.8 ㎚에서 측정한 굴절률이 1.56 이상이며, 광투과도가 90% 이상인 투명 코팅막을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 광경화성 트리아진계 단량체 화합물은 광경화성 코팅조성물 총 부피 중 1 내지 70 부피%로 함유될 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 55 부피%로 함유될 수 있다. 이와 같은 범위를 만족함으로써 효과적으로 굴절률을 향상시킬 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 일 예에 따른 광경화성 코팅조성물은 표면 개질된 무기입자를 더 포함하는 것일 수 있다. 표면 개질된 무기입자를 더 포함함으로써, 굴절률을 더욱 향상시킬 수 있으며, 코팅막 제조 시, 코팅성 및 코팅막의 경도를 향상시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 일 예에 있어, 무기입자는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 실리카(이산화규소), 타이타니아(이산화티타늄), 알루미나(산화알루미늄) 및 지르코니아(산화지르코늄) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 지르코니아를 사용할 수 있다. 기계적 강도가 우수한 지르코니아를 무기입자로 채용함으로써, 경도와 굴절률을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 예에 따른 표면 개질된 무기입자는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 코팅되어 표면 개질된 것일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00003
상기 화학식 2에서 R4는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며; R5, R6 및 R7은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이며; L4는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다. 보다 좋게는 R4는 수소 또는 메틸기이며; R5, R6 및 R7은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 3의 알콕시기이며; L4는 탄소수 3 내지 6의 알킬렌기이다.
이처럼 화학식 2를 만족하는 화합물로 무기입자의 표면을 개질함으로써 무기입자의 응집 현상을 방지하고, 무기입자의 분산성을 향상시켜 코팅조성물 및 코팅막이 균일한 굴절률 및 경도를 가지도록 할 수 있다.
또한, 투명 코팅막의 광투과도 저하를 방지하기 위해서는 무기입자를 나노 사이즈를 가지는 것이 바람직하며, 구체적으로 무기입자는 5 내지 500 ㎚, 보다 좋게는 10 내지 100 ㎚의 평균 입경을 가진 것일 수 있다. 이를 만족함으로써 코팅막의 투명도를 손상시키는 않아 우수한 광투과도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 표면 개질된 무기입자의 첨가량은 광경화성 코팅조성물 총 중량 중 0.001 내지 0.1 중량% 일 수 있으며, 보다 좋게는 0.003 내지 0.03 중량%일 수 있다. 이와 같은 범위를 만족함으로써 코팅막 제조 시 효과적으로 코팅막의 굴절률 및 경도를 향상시킬 수 있다.
이 외에도 광경화성 코팅조성물은, 굴절률 및 광투과도를 크게 저하시키지 않는 범위 내에서, 향상시키고자 하는 광경화성 코팅조성물의 물성에 따라 중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물, 첨가제 및 유기용매 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물은 광경화성 코팅조성물의 경화성을 향상시켜 코팅이 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적인 일 예로, 트리프로필렌 글라이콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글라이콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 디에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디에리트리톨 펜타메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트로 및 디펜타에리트리톨 헥사메타크릴레이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물의 함량은 광경화성 코팅조성물의 굴절률 및 광투과도를 크게 저하시키지 않는 범위 내에서 적절하게 조절하여 첨가할 수 있으며, 일 구체예로, 광경화성 코팅조성물 총 부피 중 5 내지 50 중량%일 수 있으며, 보다 좋게는 20 내지 35 중량%일 수 있다. 이와 같은 범위를 만족함으로써 효과적으로 광경화성을 향상시켜 코팅막 제조 시 보다 균일한 코팅막의 제조가 가능하여 좋다.
또한, 본 발명의 일 예에 있어, 첨가제는 광경화 개시제(광 개시제), 자외선 차단제 등일 수 있다.
구체적인 일 예로, 광경화 개시제는 클로로아세토페논, 벤조페논, 디에톡시아세토페논, 히드록시아세토페논, 아미노아세토페논, 벤조인에테르, 벤질디메틸케탈 및 티옥산톤(thioxanthone) 계열의 화합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
광경화 개시제의 함량은 광경화성 코팅조성물의 굴절률 및 광투과도를 크게 저하시키지 않는 범위 내에서 적절하게 조절하여 첨가할 수 있으며, 일 구체예로, 광경화성 코팅조성물 총 중량 중 1 내지 10 중량%일 수 있으며, 보다 좋게는 3 내지 5 중량%일 수 있다. 이와 같은 범위를 만족함으로써 효과적으로 광경화를 촉진하여 코팅막 제조 시 코팅막의 코팅성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 있어, 유기용매는 광경화성 코팅조성물의 코팅성을 향상시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알코올 등의 알코올계 용매; 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄 등의 할로겐 함유 탄화수소계용매; 디메틸포름아미드, 포름아마이드, 아세트아마이드 등의 아마이드계 용매 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 함량은 특별히 한정하지 않으며, 코팅에 적절한 유동성을 가질 수 있도록 그 함량이 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 하기 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00004
(상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며;
L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 자연수이다.)
이처럼, 본 발명에 따른 광경화성 트리아진계 단량체 화합물은 S 원자를 3개 이상 함유함으로써 코팅막 제조 시, 코팅막의 굴절률을 크게 향상시킬 수 있으며, 코팅막은 우수한 광투과도를 가질 수 있다. 또한, 광경화성 트리아진계 단량체 화합물이 3개 이상의 중합 가능한 관능기를 가짐으로써 광경화가 용이하게 일어나도록 하여, 코팅막 제조 시 코팅성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
보다 좋게는, 본 발명의 일 예에 따른 광경화성 트리아진계 단량체 화합물은 화학식 1에서, R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 메틸기이며; L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 에틸렌기 또는 프로필렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 3의 자연수이다.
이를 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 사용함으로써, 코팅막 제조 시, 파장 632.8 ㎚에서 측정한 굴절률이 1.56 이상이며, 광투과도가 90% 이상인 투명 코팅막을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 광경화성 코팅조성물을 기판 상에 코팅한 후 광조사하여 제조된 투명 코팅막에 관한 것이다.
이때, 기판은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 무기기판 또는 유기기판일 수 있다. 구체적으로 예를 들면 무기기판은 유리 등일 수 있고, 금속기판은 아연도금 강판 등일 수 있으며, 유기기판은 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리에테르에테르케톤 등에서 선택되는 어느 하나의 고분자 소재 기판일 수 있다.
코팅 방법은 특별히 한정하지 않으며, 구체적으로 예를 들어, 그라비아(gravure) 코팅법, 슬롯 다이(slot die) 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 바 코팅법 또는 침적 코팅법 등의 방법이 사용될 수 있다.
광조사 시의 광은 광경화성 코팅조성물이 광경화 되는 파장 범위의 광이라면 특별히 한정하지 않으며, 구체적인 일 예로 100 내지 800 ㎚의 파장 대역을 포함하는 광일 수 있으며, 보다 좋게는 200 내지 400 ㎚의 파장 대역을 포함하는 자외선(UV)일 수 있다.
또한, 광조사 시, 광량은 3 J/㎠ 이상일 수 있다. 광량이 3 J/㎠ 미만일 경우, 광경화가 충분히 일어나지 않을 수 있어 좋지 않다. 광량의 상한은 특별히 한정하지 않으나, 일 예로 10 J/㎠ 이하일 수 있으며, 10 J/㎠ 초과이어도 상관은 없으나, 이미 광경화가 충분히 일어났기 때문에 에너지만 소비될 수 있다.
이와 같이 제조된 투명 코팅막은 파장 632.8 ㎚에서 측정한 굴절률이 1.56 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 1.56 내지 1.70일 수 있으며, 좋게는 1.58 내지 1.70일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 광경화성 트리아진계 단량체 화합물과 이를 포함하는 광경화성 코팅조성물, 및 광경화성 코팅조성물부터 제조된 투명 코팅막에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[합성예 1]
1-1) 중간체 화합물 1의 합성
Figure pat00005
질소 분위기 하에서 시아누릭 클로라이드 (2 g, 10.8 mmol)와 테트라하이드로퓨란 (100 ㎖)을 넣고 10분간 교반시켰다. 그 후, 탄산칼륨 (3 g, 21.6 mmol)을 넣고 1시간 동안 교반시켰다. 0℃에서 2-머캅토에탄올 (2.8 g, 35.6 mmol)을 천천히 가하였다. 반응혼합물을 1시간 동안 상온(약 25℃)에서 교반하고 70℃에서 48시간 동안 환류시켰다. 반응 혼합물을 상온(약 25℃)으로 냉각시키고 필터하여 용매를 제거하였다. 다음으로, 컬럼 크로마토그래피법으로 분리하여 중간체 화합물 1을 얻었다. (헥산 : 에틸아세테이드 = 1 : 4) (1.42 g, 42.5 %)
H-NMR (DMSO-d6) : 3.19 (t, 6H, J= 12.9 Hz), 3.60-3.66 (q, 6H), 5.04 (t, 3H, J= 9.9 Hz)
13C-NMR (DMSO-d6) :32.62, 59.39, 178.86
1-2) 화합물 1의 합성
Figure pat00006
질소 분위기 하에서 중간체 화합물 1 (1 g, 3.2 mmol)이 용해된 테트라하이드로퓨란 (50 ㎖)에 0 ~ 5℃를 유지하면서 트리에틸아민 (3.9 g, 38.4 mmol)을 넣어주고, 메타아크릴 언하이드라이드 (3 g, 19.2 mmol)을 천천히 가해주었다. 0℃에서 약 10분간 교반하고, 50℃를 넘기지 않고, 24 시간동안 교반한 후, 잔여물을 에틸 아세테이트를 가하여 추출하였다. 추출한 유기층을 무수 황산나트륨으로 탈수하고, 필터링한 후 여과된 용액을 감압농축하여 건조하였다. 다음으로, 컬럼 크로마토크래피법으로 분리하여 화합물 1을 얻었다. (n-헥산 : 에틸 아세테이트 = 4 : 1) (0.6 g, 36.5 %)
H-NMR (CDCl3) : 1.94 (t, 9H, J= 2.1 Hz), 3.44 (t, 6H, J= 12.6 Hz), 4.41 (t, 6H, J= 12.6 Hz), 5.58 (t, 3H, J= 3 Hz), 6.11 (s, 3H)
13C-NMR (CDCl3) : 18.22, 28.96, 62.15, 126.04, 135.86, 166.84, 179.07
[합성예 2]
2-1) 중간체 화합물 2의 합성
Figure pat00007
질소 분위기 하에서 시아누릭 클로라이드 (2 g, 10.8 mmol)와 테트라하이드로퓨란 (100 ㎖)을 넣고 10분간 교반시켰다. 그 후, 탄산칼륨 (3 g, 21.6 mmol)을 넣고 1시간 동안 교반시켰다. 0℃에서 비스(2-머캅토에틸)설파이드 (10 g, 64.8 mmol)을 천천히 가하였다. 반응혼합물을 1시간 동안 교반하고 70℃에서 48시간 동안 환류시켰다. 반응 혼합물을 상온(약 25℃)으로 냉각시키고 필터하여 용매를 제거하였다. 다음으로, 컬럼 크로마토그래피법으로 분리하여 중간체 화합물 2를 얻었다. (n-헥산 : 에틸 아세테이트 = 2 : 1) (1.7 g, 29.3 %)
H-NMR (CDCl3) : 1.79 (t, 3H, J= 15.9 Hz), 2.75-5.90 (m, 18H), 3.28 (t, 6H, J= 15.6 Hz)
13C-NMR (CDCl3) : 24.98, 30.49, 31.27, 36.08, 179.16
2-2) 화합물 2의 합성
Figure pat00008
질소 분위기 하에서 중간체 화합물 2 (0.8 g, 1.5 mmol)가 용해된 테트라하이드로퓨란 (50 ㎖)에 2-이소시아네이토에틸 메타아크레이트 (0.7 g, 4.5 mmol)와 디부틸틴 디라우릴레이트 (0.12 g, 0.2 mmol)을 상온(약 25℃)에서 천천히 가해주었다. 50 ℃를 넘기지 않고, 36 시간동안 교반한 후, 반응혼합물의 용매를 제거하였다. 다음으로, 컬럼 크로마토크래피법으로 분리하여 화합물 2를 얻었다. (n-헥산 : 에틸 아세테이트 = 1 : 1) (1.23 g, 81.7 %)
H-NMR (CDCl3) : 1.94 (s, 9H), 2.82-2.92 (m, 12H), 3.15 (t, 6H, J= 15.3 Hz), 3.32 (t, 6H, J= 15.3 Hz), 3.58-3.63 (q, 6H), 4.25 (t, 6H, J= 10.8 Hz), 5.61 (s, 3H), 6.13 (s, 3H), 6.20 (t, 3H, J= 10.8 Hz)
13C-NMR (CDCl3) : 18.29, 30.13, 30.46, 31.23, 32.70, 40.39, 63.29, 126.20, 135.86, 166.95, 167.26, 179.16
[합성예 3]
3-1) 중간체 화합물 3의 합성
Figure pat00009
질소 분위기 하에서 시아누릭 클로라이드 (2 g, 10.8 mmol)와 테트라하이드로퓨란 (100 ㎖)을 넣고 10분간 교반시켰다. 그 후, 탄산칼륨 (3 g, 21.6 mmol)을 넣고 1시간 동안 교반시켰다. 0℃에서 2,2‘-(에틸렌이옥시)니에탄싸이올 (11.8 g, 64.8 mmol)을 천천히 가하였다. 반응혼합물을 1시간 동안 교반하고 70℃에서 48시간 동안 환류시켰다. 반응 혼합물을 상온(약 25℃)으로 냉각시키고 필터하여 용매를 제거하였다. 다음으로, 컬럼 크로마토그래피법으로 분리하여 중간체 화합물 3을 얻었다. (n-헥산 : 에틸 아세테이트 = 1 : 1) (2.09 g, 31 %)
H-NMR (DMSO-d6) : 2.20 (s, 3H), 2.63 (t, 6H, J= 13.2 Hz), 3.29-3.34 (q, 6H), 3.49-3.57 (m, 18H), 3.68 (t, 6H, J= 9.6 Hz)
13C-NMR (DMSO-d6) : 23.50, 29.53, 68.55, 69.41, 69.66, 72.18, 178.84
3-2) 화합물 3의 합성
Figure pat00010
질소 분위기 하에서 중간체 화합물 3 (1 g, 1.6 mmol)이 용해된 테트라하이드로퓨란 (50 ㎖)에 2-이소시아네이토에틸 메타아크레이트 (0.74 g, 4.8 mmol)와 디부틸틴 디라우릴레이트 (0.12 g, 0.2 mmol)을 상온(약 25℃)에서 천천히 가해주었다. 50℃를 넘기지 않고, 36 시간동안 교반한 후, 반응혼합물의 용매를 제거하였다. 다음으로, 컬럼 크로마토크래피법으로 분리하여 화합물 3을 얻었다. (n-헥산 : 에틸 아세테이트 = 1 : 2) (1.31 g, 75.3 %)
H-NMR (CDCl3) : 1.94 (s, 9H), 3.10 (t, 6H, J= 12.9 Hz), 3.30 (t, 6H, J= 12.9 Hz), 3.46-3.51 (q, 6H), 3.57-3.67 (m, 18H), 3.74 (t, 6H, J= 13.2 Hz), 4.22 (t, 6H, J= 11.7 Hz), 5.60 (s, 3H), 6.12 (s, 3H), 6.47 (s, 3H)
13C-NMR (CDCl3) : 18.22, 29.44, 29.79, 40.25, 64.15, 69.36, 70.17, 70.27, 70.64, 126.13, 136.10, 167.25, 167.33, 179.22
[실시예 1]
앞서 합성한 화합물 1 0.5 ㎖를 10 ㎖의 1,2-디클로로에탄에 첨가하여 10분간 교반을 시킨 후, 광개시제인 darocur MBF(Methylbenzoylformate) (5 wt%)을 첨가하여, 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
[실시예 2]
앞서 합성한 화합물 2 0.5 ㎖를 10 ㎖의 1,2-디클로로에탄에 첨가하여 10분간 교반을 시킨 후, 광개시제인 darocur MBF (5 wt%)을 첨가하여, 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
[실시예 3]
앞서 합성한 화합물 3 0.5 ㎖를 10 ㎖의 1,2-디클로로에탄에 첨가하여 10분간 교반을 시킨 후, 광개시제인 darocur MBF (5 wt%)을 첨가하여, 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
[실시예 4]
테트라하이드로퓨란 1 ㎖에 분산된 표면 개질된 지르코니아 0.003 g을 화합물 1 1 ㎖와 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (PETA, Pentaerythritol triacrylate) 1 ㎖를 첨가 한 후, 50℃에서 1시간 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 제조된 혼합용액에 광개시제 darocure MBF (5 wt%)을 첨가하고 25℃에서 10분간 교반하여 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
이때, 표면 개질된 지르코니아는 다음과 같이 합성하였다.
테트라하이드로퓨란 (50 ㎖)에 지르코니아 (2 g, 16.2 mmol)를 넣은 후에, 3-(트리메톡시실릴)프로필 메타크레이트 (MPS, 0.81 g, 3.2 mmol)을 넣고, 초음파 처리를 30분 동안 해준 다음, 70℃에서 24시간 동안 환류하였다. 상온(약 25℃)으로 냉각시키고 4000 rpm으로 20분간 원심분리한 후에, 테트라하이드로퓨란으로 5회 세척하여 표면 개질된 지르코니아를 제조하였다.
[실시예 5]
테트라하이드로퓨란 1 ㎖에 분산된 표면 개질된 지르코니아 0.003 g을 화합물 2 1 ㎖와 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (PETA, Pentaerythritol triacrylate) 1 ㎖를 첨가 한 후, 50℃에서 1시간 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 제조된 혼합용액에 광개시제 darocure MBF (5 wt%)을 첨가하고 25℃에서 10분간 교반하여 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
[실시예 6]
테트라하이드로퓨란 1 ㎖에 분산된 표면 개질된 지르코니아 0.003 g을 화합물 3 1 ㎖와 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트 (PETA, Pentaerythritol triacrylate) 1 ㎖를 첨가 한 후, 50℃에서 1시간 교반하여 혼합용액을 제조하였다. 제조된 혼합용액에 광개시제 darocure MBF (5 wt%)을 첨가하고 25℃에서 10분간 교반하여 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
[비교예 1]
1 ㎖의 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트에 광개시제인 darocur MBF (5 wt%)을 첨가하여, 약 5분간 교반하여 광경화성 코팅조성물을 제조하였다.
[비교예 2]
1 ㎖의 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트에 광개시제인 darocur MBF (5 wt%)을 첨가하여, 약 5분간 교반하여 광경화성 코팅용액을 제조하였다.
[굴절률 측정]
실리콘 웨이퍼를 2-프로판올로 세척한 후, 오존처리를 1000초 간 해주었다. 다음으로, 실리콘 웨이퍼 위에 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 2의 광경화성 코팅조성물을 각각 로딩하고, 200 rpm에서 15초간 스핀코팅 하였다. 그 후, 60초간 광의 세기가 70 mW/㎠인 UV를 조사하여 투명 코팅막을 형성하였다.
각각 제조된 투명 코팅막이 코팅된 실리콘 웨이퍼를 1.0 ~ 1.8의 굴절률 분해능을 가진 Prism Coupler (SPA-4000, Sairon Technology, Korea)를 사용하여 굴절률을 측정하였다. 코팅막의 표면과 프리즘을 접촉시키고, 접촉된 점에 632.8 ㎚ 파장의 He-Ne 레이져를 조사시켜 코팅막의 굴절률과 두께를 얻었으며, 그 결과는 표 1에 나타내었다.
[광투과도 측정]
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 위에 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 2의 광경화성 코팅조성물을 각각 바코터로 코팅하여 투명 코팅막을 제조한 후 60초간 광의 세기가 70 mW/㎠인 UV 조사를 하였다.
각각 제조된 투명 코팅막이 코팅된 PET 필름을 UV-vis spectrophotometer(Shimadzu UV-2550)를 사용하여 450 ㎚ 파장 조건에서의 빛의 투과도를 측정하였다. 투과도는 코팅되지 않은 PET 필름의 투과도를 100%로 하여, 코팅막이 코팅된 PET 필름의 투과도를 %로 환산하였으며, 그 결과를 표 1에 나타냈었다.
코팅조성물 코팅막의 두께 (㎛) 광투과도 (%) 굴절률
실시예 1 44 98 1.58
실시예 2 45 98 1.62
실시예 3 47 98 1.56
실시예 4 32 94 1.60
실시예 5 45 94 1.64
실시예 6 43 92 1.58
비교예 1 43 99 1.46
비교예 2 47 98 1.45
상기 표 1의 결과를 통하여, 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 광경화성 코팅조성물은 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 사용함으로써 1.56 이상의 우수한 굴절률을 가질 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 광투과도 역시 92% 이상으로 우수한 특성이 유지됨을 확인할 수 있었다.
특히, 실시예 4 내지 6의 경우, 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물과 함께 표면 개질된 무기입자 및 중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물을 첨가함으로써 굴절률이 보다 크게 향상됨을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1 및 2의 경우, ‘S 원자’를 전혀 함유하지 않는 단량체만을 사용함으로써, 본원발명 대비 현저하게 낮은 굴절률을 가짐을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 하기 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물을 포함하는 광경화성 코팅조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00011

    (상기 화학식 1에서,
    R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며;
    L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 자연수이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광경화성 코팅조성물은 표면 개질된 무기입자를 더 포함하는 광경화성 코팅조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 표면 개질된 무기입자는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 코팅되어 표면 개질된 광경화성 코팅조성물.
    [화학식 2]
    Figure pat00012

    (상기 화학식 2에서 R4는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며; R5, R6 및 R7은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알콕시기이며; L4는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.)
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 무기입자는 실리카, 타이타니아, 알루미나 및 지르코니아에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 광경화성 코팅조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광경화성 코팅조성물은 중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물, 첨가제, 및 유기용매에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함하는 광경화성 코팅조성물.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 중합성 말단기를 갖는 다관능성 화합물은 트리프로필렌 글라이콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글라이콜 디메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 디에리트리톨 펜타아크릴레이트, 디에리트리톨 펜타메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트로 및 디펜타에리트리톨 헥사메타크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 광경화성 코팅조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중에서 선택되는 어느 한 항의 광경화성 코팅조성물을 기판 상에 코팅한 후 광조사하여 제조된 투명 코팅막.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 투명 코팅막은 파장 632.8 ㎚에서 측정한 굴절률이 1.56 이상인 투명 코팅막.
  9. 하기 화학식 1을 만족하는 광경화성 트리아진계 단량체 화합물.
    [화학식 1]
    Figure pat00013

    (상기 화학식 1에서,
    R1, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이며;
    L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, -R11(OR12)a-, -R21(SR22)b-, -(R31O)cC(=O)NHR32- 또는 -(R41S)dC(=O)NHR42-이며, 이때, R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 및 R42는 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬렌기이고, a, b, c 및 d는 서로 독립적으로 1 내지 5의 자연수이다.)
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