KR20170125216A - High reflective organic-inorganic hybrid solution and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고굴절 유무기 하이브리드 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기 나노입자의 함량을 안정적으로 높일 수 있는 동시에 친환경적인 고굴절 유무기 하이브리드 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-index organic-inorganic hybrid composition and a method for producing the same, and more particularly, to an environmentally friendly high-refractive organic / inorganic hybrid composite capable of stably increasing the content of inorganic nanoparticles and a method for producing the same.
잘 알려진 바와 같이, 액정디스플레이(LCD : Liquid Crystal Display)는 스스로 빛을 내지 못하여 빛을 공급하기 위해 후면 또는 측면에 광원 역할을 하는 백라이트유닛(BLU)이 구비된다. 이러한 백라이트유닛(BLU)에는 설치 위치에 따라 광원으로 사용되는 냉음극형광램프(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp), 엘이디(LED : Light Emitting Diode) 등으로부터 출사되는 광을 반사시켜 도광판의 내부로 그 출사 방향을 회귀시키는 반사필름이 구비되고, 회귀된 광을 출사 방향으로 확산시키는 확산시트가 구비되며, 확산시트에서 출사되는 광을 굴절 및 집광시켜 휘도를 상승시키는 프리즘 필름, 반사형 편광필름 등과 같은 휘도개선필름 등이 구비될 수 있다.As is well known, a liquid crystal display (LCD) is provided with a backlight unit (BLU) serving as a light source on a rear surface or a side surface in order to supply light without supplying light by itself. The backlight unit BLU reflects light emitted from a cold cathode fluorescent lamp (CCFL), a light emitting diode (LED), or the like used as a light source according to a mounting position, And a diffusing sheet for diffusing the returned light in the emitting direction and having a luminance such as a prism film for raising the luminance by refracting and condensing the light emitted from the diffusing sheet, An improvement film or the like may be provided.
여기에서, 프리즘필름은 광이 확산시트를 통과하면서 확산되는 과정에서 수직 방향(즉, 출사 방향) 이외로 흩어져 휘도가 급격하게 감소한 광을 프리즘 형상의 연속적인 패턴을 이용하여 광 방향을 수직 방향(즉, 출사 방향)으로 변환시켜 패널에 입사되는 광의 효율을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.Here, the prism film is a prism film that diffuses light in a direction other than a vertical direction (that is, an emitting direction) in a process of diffusing light passing through the diffusion sheet, That is, an emission direction), thereby improving the efficiency of light incident on the panel.
한편, 모바일, 3D 및 스마트 TV 등의 디스플레이 시장에서는 최근에 슬림화 및 저소비전력이 요구되고 있고, 그 요구 특성에 부합하기 위해 부품의 최소화를 구현하면서 요구되는 광학특성을 유지 및 향상시키기 위해서는 상술한 바와 같은 프리즘필름의 높은 집광특성이 요구되고 있다. 특히, 넷북, 휴대폰 등과 같은 모바일 시장의 이용이 증가하고, FHD(Full HD, 1920X1080 픽셀 구현)에서 점차 UHD(Ultra HD, 3840 X 2160 픽셀 구현)가 점차적으로 상용화되면서 해상도는 4배 높지만 광효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 백라이트유닛(BLU)의 휘도 향상을 위한 고휘도 프리즘필름의 개발이 절실한 상황이다.On the other hand, in the display market such as mobile, 3D and smart TV, slimmer and low power consumption are recently required, and in order to maintain and improve the required optical characteristics while minimizing parts in order to meet the required characteristics, High condensing characteristics of the same prism film are required. Especially, as the use of mobile market such as netbook and mobile phone is increasing and UHD (Ultra HD, 3840 X 2160 pixel implementation) is gradually commercialized in FHD (full HD, 1920X1080 pixel implementation), resolution is increased 4 times, It is inevitable to develop a high-luminance prism film for improving the luminance of the backlight unit (BLU).
이에 프리즘필름에 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 코팅함으로써, 백라이트유닛(BLU : Back Light Unit)의 휘도를 향상시킬 수 있는 고굴절 유무기 하이브리드 코팅액이 개발되고 있다.Accordingly, a high-refractive-index hybrid coating solution capable of improving the brightness of a backlight unit (BLU) has been developed by coating a prism film with a high refractive index organic hybrid composition.
종래에는 고굴절 유무기 하이브리드 코팅액을 만들기 위한 유무기 하이브리드 모노머를 제조 시 MPTMS(γ-methacryloxy propyl trimethoxy silane)로 표면처리하여 용제에 분산시키고, 용제에 분산된 무기 나노입자 분산체를 사용코자 하는 모노머에 재 분산한 다음, 용제를 증발응축기를 사용하여 제거하여 제조하였다. 그러나, 위의 방법은 무기 나노입자의 함량을 40% 이상으로 할 경우, 농축과정에서 GEL 화가 일어나기 쉬운 문제점이 있다.Conventionally, an organic hybrid monomer for preparing a hybrid coating solution having a high refractive index and an organic solvent is surface-treated with MPTMS (? -Methacryloxy propyl trimethoxy silane) to prepare a monomer, which is dispersed in a solvent and dispersed in a solvent Redispersed, and then the solvent was removed using an evaporative condenser. However, when the content of the inorganic nanoparticles is set to 40% or more, the above method has a problem that GEL is likely to occur in the concentration process.
이를 개선하기 위한 방법으로 MEEAA(methoxy-ethoxy acetic acid)로 표면 처리를 하여 무기 나노입자의 함량을 높이는 방법이 있다. 그러나, 이 경우, 아세트산의 산취가 심하여 실제 코팅작업에서 작업자에 불편이 있으며, 환경적으로 좋지 않은 문제점이 있다.As a method for improving this, there is a method of increasing the content of inorganic nanoparticles by surface treatment with methoxy-ethoxy acetic acid (MEEAA). However, in this case, the acidity of acetic acid is serious, and there is an inconvenience to the operator in the actual coating operation, and there is a problem in environmentally unfavorable.
이에 GEL화가 일어나지 않고 무기 나노입자 함량을 높이는 동시에 친환경적인 유무기 하이브리드 고굴절 코팅액 제조방법의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a method of manufacturing an environmentally friendly hybrid organic high refractive index coating solution while increasing the content of inorganic nanoparticles without causing GEL.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 프리즘필름에 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 코팅함으로써, 백라이트유닛(BLU : Back Light Unit)의 휘도를 향상시킬 수 있는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high-refractive-index hybrid composition capable of improving the brightness of a backlight unit (BLU) by coating a prism film with a high refractive index organic hybrid composition.
또한, 고굴절 유무기 하이브리드 코팅액을 만들기 위한 무기 나노입자 분산체 제조에 있어서, 무기 나노입자의 함량을 안정적으로 높이는 동시에 친환경적인 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for producing an environmentally friendly high refractive index organic hybrid composition while stably increasing the content of inorganic nanoparticles in the production of an inorganic nanoparticle dispersion for making a high refractive index organic hybrid coating solution.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these problems are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 고굴절 모노머에 방향족 실란계 표면개질제에 의해 표면이 개질된 무기 나노입자가 고형분으로 적어도 45중량% 범위로 포함할 수 있다.In order to accomplish the above object, the high refractive index organic hybrid composition according to the present invention may contain inorganic nanoparticles modified with an aromatic silane surface modifier in a high refractive index monomer in a solid content of at least 45% by weight .
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무기 나노입자는, 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 바륨 티타네이트(BaTiO3) 및 징크옥사이드(ZnO) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 입자를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the inorganic nanoparticles may include at least one particle selected from zirconia (ZrO 2), titania (TiO 2), barium titanate (BaTiO 3) and zinc oxide (ZnO).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방향족 실란계 표면개질제는, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 및 스티릴에틸트리메톡시실란 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the aromatic silane-based surface modifier is selected from the group consisting of 3- (n-styrylmethyl-2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane hydrochloride, 3- 2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane, and styrylethyltrimethoxysilane. The term " a "
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방향족 실란계 표면개질제는, 상기 무기 나노입자 100 중량부를 기준으로 0.1-10 중량부로 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the aromatic silane surface modifier may be added in an amount of 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고굴절 모노머는, 페녹시에틸메타아크릴레이트, 페녹시-2-메틸에틸메타아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸메타아크릴레이트, 3-하이드록시-2-하이드록시프로필메타아크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 페닐티오 에틸아크릴레이트, 2-나프틸티오에틸아크릴레이트, 1-나프틸티오에틸아크릴레이트, 2,4,6-트라이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2,4-다이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2-브로모페녹시에틸아크릴레이트, 1-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 2-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 페녹시2-메틸에틸아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸아크릴레이트, 3-페녹시-2-하이드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 1 및 2 작용기를 갖는 메타아크릴레이트 모노머일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high refractive monomer is selected from the group consisting of phenoxyethylmethacrylate, phenoxy-2-methylethylmethacrylate, phenoxyethoxyethylmethacrylate, 3-hydroxy-2- Propyl methacrylate, benzyl methacrylate, phenylthioethyl acrylate, 2-naphthylthioethyl acrylate, 1-naphthylthioethyl acrylate, 2,4,6-tribromophenoxyethylacrylate, 2, 4-dibromophenoxyethyl acrylate, 2-bromophenoxyethyl acrylate, 1-naphthyloxyethyl acrylate, 2-naphthyloxyethyl acrylate, phenoxy 2-methylethyl acrylate, phenoxy Methoxyethyl acrylate, 3-phenoxy-2-hydroxypropyl acrylate, and the like.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 자외선 경화성 올리고머 및 광중합 개시제를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high refractive index organic hybrid composition may further include an ultraviolet curable oligomer and a photopolymerization initiator.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자외선 경화성 올리고머는, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트 및 실리콘 아크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ultraviolet-curable oligomer may include at least one material selected from urethane acrylate, epoxy acrylate, polyester acrylate, polyester acrylate and silicone acrylate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광중합 개시제는, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 에틸-2,4,6-트리메틸벤조일페닐포스피네이트, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-원 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the photopolymerization initiator is at least one selected from the group consisting of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, ethyl 2,4,6-trimethylbenzoylphenylphosphine (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide, and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-source.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법은 용매에 무기 나노입자를 분산시켜 나노입자 분산액을 제조하는 단계, 상기 나노입자 분산액에 방향족 실란계 표면개질제 및 고굴절 모노머를 투입하고 교반하는 단계, 상기 혼합된 나노입자 분산액을 환류 반응을 이용하여 열을 가하며 표면처리하는 단계 및 상기 표면처리된 나노입자 분산액을 증발응축시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for preparing a high-refractive-index organic hybrid composition, which comprises dispersing inorganic nanoparticles in a solvent to prepare a nanoparticle dispersion, mixing the nanoparticle dispersion with an aromatic silane- Adding and mixing high-refractive-index monomers, heat treating the mixed nanoparticle dispersion liquid using a reflux reaction, and evaporating and condensing the surface-treated nanoparticle dispersion liquid.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 용매는, 메타놀(Methanol), 아세톤(Acetone) 및 MEK(Methyl ethyl ketone) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solvent may include at least one selected from the group consisting of methanol, acetone and Methyl ethyl ketone.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 나노입자 분산액을 제조하는 단계는, 상기 용매 및 분산제를 교반하여 분산용액을 제조하는 단계, 상기 분산용액에 상기 무기 나노입자를 첨가하여 습윤(wetting)이 되도록 교반하는 단계 및 상기 무기 나노입자를 첨가한 분산용액을 볼 밀링하여 분산하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of preparing the nanoparticle dispersion comprises the steps of: preparing a dispersion solution by stirring the solvent and the dispersant; adding the inorganic nanoparticles to the dispersion solution so as to be wetted; Stirring and dispersing the dispersion solution to which the inorganic nanoparticles are added, and ball milling and dispersing the dispersion solution.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분산제는 폴리에스터계 분산제, 폴리아크릴레이트계 분산제 및 폴리에스테르계 분산제 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the dispersant may include at least one selected from a polyester dispersant, a polyacrylate dispersant, and a polyester dispersant.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방향족 실란계 표면개질제는, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 및 스티릴에틸트리메톡시실란 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the aromatic silane-based surface modifier is selected from the group consisting of 3- (n-styrylmethyl-2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane hydrochloride, 3- 2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane, and styrylethyltrimethoxysilane. The term " a "
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 방향족 실란계 표면개질제는, 상기 무기 나노입자 100 중량부를 기준으로 0.1-10 중량부로 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the aromatic silane surface modifier may be added in an amount of 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은, 표면 개질된 상기 무기 나노입자가 고형분으로 적어도 45중량% 범위로 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the high refractive index organic hybrid composition may include the surface-modified inorganic nanoparticles in a solid content of at least 45% by weight.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 나노입자 분산액을 증발응축시키는 단계 이후에, 증발응축된 나노분산용액을 자외선 경화성 올리고머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅제 혼합물과 혼합하여 증발응축시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method further comprises, after the step of evaporating and condensing the nanoparticle dispersion, mixing the evaporated and condensed nanodisperse solution with a coating mixture comprising an ultraviolet curable oligomer and a photopolymerization initiator and evaporating and condensing .
본 발명의 기술적 사상에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 프리즘필름에 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 코팅함으로써, 백라이트유닛(BLU : Back Light Unit)의 휘도를 향상시킬 수 있다.According to the technical idea of the present invention, the high-refractive-index organic hybrid composition can improve the brightness of a backlight unit (BLU) by coating a high refractive index organic hybrid composition on a prism film.
또한, 고굴절 유무기 하이브리드 코팅액을 만들기 위한 무기 나노입자 분산체 제조에 있어서, 무기 나노입자의 함량을 안정적으로 높이는 동시에 친환경적인 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a method for producing an environmentally friendly high refractive index organic hybrid composition while stably increasing the content of inorganic nanoparticles in the production of an inorganic nanoparticle dispersion for making a high refractive index organic hybrid coating solution.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above are exemplarily described, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명에 따른 실란계 표면개질제의 그래프팅(Grafting)에 의한 나노입자의 표면개질을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 조성물의 제조방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 환류 반응기를 나타내는 사진이다.1 is a schematic view showing the surface modification of nanoparticles by grafting of a silane-based surface modifier according to the present invention.
2 is a schematic view showing a method for producing an organic-inorganic hybrid composition according to the present invention.
3 is a photograph showing the reflux reactor according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. The scope of technical thought is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.
본 발명에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 고굴절 모노머에 방향족 실란계 표면개질제에 의해 표면이 개질된 무기 나노입자가 고형분으로 적어도 45중량% 범위로 분산될 수 있다. 특히 고굴절 유무기 하이브리드 조성물에는 표면 개질된 무기 나노입자가 고형분으로 45 중량% 내지 80 중량% 범위로 포함될 수 있으며, 500-2000 cPs의 점도 범위를 가질 수 있다. In the high refractive index organic hybrid composition according to the present invention, the inorganic nanoparticles whose surfaces have been modified with an aromatic silane surface modifier in the high refractive index monomers may be dispersed in a solid content of at least 45% by weight. In particular, the high refractive index organic hybrid composition may include the surface-modified inorganic nano-particles in a solid content of 45 wt% to 80 wt%, and may have a viscosity range of 500-2000 cPs.
여기에서, 무기 나노입자가 45 중량% 미만일 경우 조성물의 점도나 코팅성에서는 유리하지만, 무기 나노입자의 굴절률이 아무리 높아도 전체 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 굴절률 및 휘도 증가에는 그 효과가 미미하며, 반대로 중량비가 80 중량%를 초과할 경우 전체 조성물의 굴절률은 높아질 수 있지만, 점도가 높아져서 증발응축 시 나노입자의 응집이 일어나 헤이즈(haze)를 유발하게 되기 때문에, 프리즘필름 제조 후 오히려 휘도가 저하되고 외관 불량이 나타나는 문제점이 있다.If the inorganic nanoparticles are less than 45% by weight, the viscosity and coating properties of the composition are advantageous. However, even if the refractive index of the inorganic nanoparticles is high, the effect is insignificant for the refractive index and the luminance increase of the entire high refractive index organic hybrid composition. Is more than 80% by weight, the refractive index of the entire composition may be increased, but since the viscosity of the composition increases, the nanoparticles aggregate during evaporation and condensation to cause haze, .
도 1은 본 발명에 따른 실란계 표면개질제의 그래프팅(Grafting)에 의한 나노입자의 표면개질을 나타내는 모식도이다. 상기 무기 나노입자의 표면개질제로 실란계 표면개질제를 사용할 수 있다. 무기 나노입자들의 응집을 방지하고, 고분자 수지와의 결합력을 높이기 위해 나노 입자의 표면 개질 및 그래프팅(Grafting) 기술이 필요하다. 이러한 무기계 나노 입자나 유기안료 등의 필러들의 표면개질에는 일반적으로 실란화합물이 사용된다. 실란은 열적으로 안정하고, 투과성이 좋으며, 표면 개질이 쉽다는 장점을 가지고 있다. 1 is a schematic view showing the surface modification of nanoparticles by grafting of a silane-based surface modifier according to the present invention. A silane-based surface modifier may be used as the surface modifier of the inorganic nanoparticles. Nanoparticle surface modification and grafting techniques are needed to prevent agglomeration of inorganic nanoparticles and increase their bonding to polymeric resins. Silane compounds are generally used for surface modification of fillers such as inorganic nanoparticles and organic pigments. The silane has the advantage of being thermally stable, permeable, and easy to modify the surface.
실란계 표면개질제는 분자 중에 2개 이상의 다른 반응기를 갖고 있다. 하나는 가수분해에 의하여 금속산화물 나노 입자와 화학 결합하는 반응기인 메톡시기, 에톡시기 등이며, 다른 하나는 유기질 재료인 각종 고분자 수지들과 화학 결합하는 반응기인 비닐기, 에폭시기, 메타아크릴기 등이다. 그래서 통상적으로는 결합시키기 어려운 유무기 재료를 연결하는 중개 역할을 하는 것으로 알려져 있다.The silane-based surface modifier has two or more different reactors in the molecule. One is a methoxy group and an ethoxy group which are chemically bonded to metal oxide nanoparticles by hydrolysis, and the other is a vinyl group, an epoxy group, and a methacrylic group, which are reactors for chemically bonding with various polymer resins which are organic materials . Therefore, it is known that it serves as an intermediary for connecting organic and inorganic materials which are difficult to bond normally.
특히, 상기 무기 나노입자의 표면개질제로 방향족 실란계 표면개질제를 사용할 수 있다. 방향족 실란계 표면개질제를 사용하여 표면개질제의 굴절률도 높이는 동시에, 무기 나노입자의 함량을 안정적으로 높일 수 있는 장점을 가진다.In particular, an aromatic silane-based surface modifier may be used as the surface modifier of the inorganic nanoparticles. An aromatic silane surface modifier can be used to increase the refractive index of the surface modifier and to stably increase the content of the inorganic nanoparticles.
상기 무기 나노입자는, 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 바륨 티타네이트(BaTiO3) 및 징크옥사이드(ZnO) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 입자를 포함할 수 있으며, 평균입경이 1-100 nm인 산화물 나노입자로 제공될 수 있다.The inorganic nanoparticles may include at least one or more particles selected from zirconia (ZrO2), titania (TiO2), barium titanate (BaTiO3) and zinc oxide (ZnO) Particles.
상기 방향족 실란계 표면개질제는, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 및 스티릴에틸트리메톡시실란 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. The aromatic silane surface modifier may be at least one selected from the group consisting of 3- (n-styrylmethyl-2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane hydrochloride, 3- (n-styrylmethyl- Methoxy silane, and styryl ethyl trimethoxy silane.
상기 방향족 실란계 표면개질제는 메톡시기를 포함하여 무기 나노입자와 화학결합할 수 있으며, 표면개질제의 굴절율을 높일 수 있는 벤젠 고리와 유기질 재료인 각종 고분자 수지들과 화학 결합하는 비닐기를 갖는 스티렌기를 포함하는 표면개질제이다. 상기 방향족 실란계 표면개질제를 이용하여 무기 나노입자의 표면을 개질하여 표면에 방향족 스티렌기를 균일하게 형성하여 무기 나노입자들이 모노머 내에서 응집되는 현상을 억제하고, 또한 모노머와의 결합력을 증진시켜 상기 무기 나노입자를 45 중량% 이상 함유하는 경우도 GEL화가 일어나지 않고 안정되게 분산될 수 있다.The aromatic silane-based surface modifier may include a benzene ring that can chemically bond to inorganic nanoparticles including a methoxy group and can increase the refractive index of the surface modifier, and a styrene group having a vinyl group that chemically bonds with various polymer resins that are organic materials Lt; / RTI > The surface of the inorganic nanoparticles is modified by using the aromatic silane surface modifier to uniformly form an aromatic styrene group on the surface to suppress the aggregation of the inorganic nanoparticles in the monomer and to increase the binding force with the monomer, Even when the nanoparticles contain at least 45% by weight of the nanoparticles, they can be stably dispersed without GEL formation.
상기 방향족 실란계 표면개질제는, 상기 무기 나노입자 100 중량부를 기준으로 0.1-10 중량부로 첨가될 수 있는데, 이러한 함량 범위의 실란계 표면개질제를 이용하여 무기 나노입자의 표면을 개질함으로써, 무기 나노입자의 우수한 표면개질 효과를 확보하여 무기 나노입자를 고분자 수지에 분산시킬 수 있다.The aromatic silane-based surface modifier may be added in an amount of 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic nanoparticles. By modifying the surface of the inorganic nanoparticles using the silane-based surface modifier in such a content range, The inorganic nanoparticles can be dispersed in the polymer resin.
상기 고굴절 모노머는, 페녹시에틸메타아크릴레이트, 페녹시-2-메틸에틸메타아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸메타아크릴레이트, 3-하이드록시-2-하이드록시프로필메타아크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 페닐티오 에틸아크릴레이트, 2-나프틸티오에틸아크릴레이트, 1-나프틸티오에틸아크릴레이트, 2,4,6-트라이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2,4-다이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2-브로모페녹시에틸아크릴레이트, 1-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 2-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 페녹시2-메틸에틸아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸아크릴레이트, 3-페녹시-2-하이드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 1 및 2 작용기를 갖는 메타아크릴레이트 모노머일 수 있다.The high refractive index monomers are preferably selected from the group consisting of phenoxyethyl methacrylate, phenoxy-2-methylethyl methacrylate, phenoxyethoxyethyl methacrylate, 3-hydroxy-2-hydroxypropyl methacrylate, benzyl methacrylate , Phenylthioethyl acrylate, 2-naphthylthioethyl acrylate, 1-naphthylthioethyl acrylate, 2,4,6-tribromophenoxyethyl acrylate, 2,4-dibromophenoxyethyl acrylate , 2-bromophenoxyethyl acrylate, 1-naphthyloxyethyl acrylate, 2-naphthyloxyethyl acrylate, phenoxy 2-methylethyl acrylate, phenoxyethoxyethyl acrylate, 3-phenoxy 2-hydroxypropyl acrylate, and a methacrylate monomer having a mono- and di-functional group containing at least one substance selected from the group consisting of a polyfunctional monomer and a polyfunctional monomer.
특히, 다관능 모노머는 경화성, 가교성, 내마모성, 내후성 등의 특성을 가지고 있으며, 프리즘필름의 휘도와 밀접한 관계를 갖는 자외선 경화성 코팅제의 굴절률의 상승에 큰 역할을 할 수 있으며, 이러한 유기물질의 성분들은 유기성분의 점도가 대략 1000 cPs 미만이 되도록 선택되는 것이 바람직하다.In particular, a polyfunctional monomer has characteristics such as curability, crosslinking, abrasion resistance and weatherability, and can play a large role in raising the refractive index of an ultraviolet curable coating agent having a close relationship with the brightness of the prism film. Are preferably selected so that the viscosity of the organic component is less than about 1000 cPs.
상기 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 자외선 경화성 올리고머 및 광중합 개시제를 더 포함할 수 있다.The high refractive index organic hybrid composition may further include an ultraviolet curable oligomer and a photopolymerization initiator.
상기 자외성 경화성 올리고머는 UV 경화 속도 및 도막 물성(예를 들면, 부착력, 내마모성, 내황변성 등)에 가장 큰 열향을 미치는 소재로서 백본(backbone)에 따라 도막의 물성과 광학 특성이 결정될 수 있는데, 본 발명의 실시예에서는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트 및 실리콘 아크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.The ultraviolet curable oligomer has the greatest tendency to UV curing rate and physical properties (for example, adhesive force, abrasion resistance, vulcanization resistance, etc.), and physical properties and optical properties of the coating film can be determined according to the backbone. In embodiments of the present invention, at least one material selected from urethane acrylate, epoxy acrylate, polyester acrylate, polyester acrylate and silicone acrylate may be included.
여기에서, 우레탄 아크릴레이트는 올리고머 합성 시 사용되는 폴리올(polyol)과 디이소시아네이트(diisocyanate)의 종류에 따라 다양한 특성과 물성을 구현할 수 있으며, 강인성과 유연성, 내굴곡성 등의 특성이 우수한 것으로 알려져 있다.It is known that urethane acrylate can realize various properties and physical properties depending on the kinds of polyol and diisocyanate used in oligomer synthesis, and has excellent properties such as toughness, flexibility and flex resistance.
그리고, 에폭시 아크릴레이트는 기본적인 구조에 따라 비스페놀 A 타입(bisphenol A type)과 노볼락 타입(nobolac type)으로 분류되고, 주로 기재에 대한 접착성, 내열성, 내약품성 등의 특성이 우수한 것으로 알려져 있다.Epoxy acrylates are classified into a bisphenol A type and a novolac type according to their basic structure and are known to have excellent properties such as adhesiveness to substrates, heat resistance, and chemical resistance.
또한, 폴리에스테르 아크릴레이트는 다양한 산과 글리콜의 에스테르 반응에 의해 제조되고, 경도, 내오염성 등의 특성이 우수하며, 실리콘 아크릴레이트는 내열성, 탄성 등의 물성이 우수한 것으로 알려져 있다.It is also known that polyester acrylate is produced by ester reaction of various acids and glycols and has excellent properties such as hardness and stain resistance, and silicone acrylate is excellent in physical properties such as heat resistance and elasticity.
또한, 광중합 개시제는 자외선 경화성 올리고머 및 고굴절 모노머에 자외선에 의한 중합을 유도하기 위해 첨가될 수 있는데, 예를 들어 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(이가큐어(Irgacure) 184), 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드(루시린(Lucirin) TPO), 에틸-2,4,6-트리메틸벤조일페닐포스피네이트(루시린(Lucirin) TPO-L),, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드(이가큐어(Irgacure) 819), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-원(다로큐어(Darocure) 1173) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.In addition, photopolymerization initiators can be added to induce polymerization by ultraviolet light to ultraviolet-curable oligomers and high-refraction monomers such as 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone (Irgacure 184), 2,4,6 (Lucirin TPO), ethyl 2,4,6-trimethylbenzoyl phenylphosphinate (Lucirin TPO-L), bis (2,4,6-trimethylbenzoylphenylphosphonate) (Irgacure 819) and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one (Darocure 1173) . ≪ / RTI >
고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 표면의 레벨링, 슬립성, 이형성, 분산성 등을 개선하기 위해 실리콘계 첨가제, 불소계 첨가제, 아크릴계 첨가제 등을 더 첨가할 수 있는데, 이러한 첨가제는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01-10 중량부만큼 첨가될 수 있다.In order to improve the surface leveling, slipperiness, releasability, dispersibility and the like, a high-refractive index organic hybrid composition may further contain a silicone additive, a fluorine-based additive, an acrylic additive and the like. By weight may be added in an amount of 0.01-10 parts by weight.
따라서, 본 발명에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 고굴절 모노머에 방향족 실란계 표면개질제에 의해 표면이 개질된 무기 나노입자가 고형분으로 적어도 45중량% 범위로 분산되어 이를 프리즘필름에 코팅함으로써, 굴절율이 우수하고, 분산성이 우수하면서 투명하기 때문에, 광산란성이 없어 휘도 및 광투과도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, the high-refractive index organic hybrid composition according to the present invention is characterized in that inorganic nanoparticles whose surfaces have been modified with an aromatic silane surface modifier in a high refractive index monomer are dispersed in a solid content of at least 45% by weight and coated on the prism film, And is excellent in dispersibility and transparent, so that it has no light scattering property and brightness and light transmittance can be improved.
도 2는 본 발명에 따른 유무기 하이브리드 조성물의 제조방법을 나타내는 모식도이다. 본 발명에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법은 용매에 무기 나노입자를 분산시켜 나노입자 분산액을 제조하는 단계, 상기 나노입자 분산액에 방향족 실란계 표면개질제 및 고굴절 모노머를 투입하고 교반하는 단계, 상기 혼합된 나노입자 분산액을 환류 반응을 이용하여 열을 가하며 표면처리하는 단계 및 상기 표면처리된 나노입자 분산액을 증발응축시키는 단계를 포함할 수 있다.2 is a schematic view showing a method for producing an organic-inorganic hybrid composition according to the present invention. The method for preparing a high refractive index organic hybrid composition according to the present invention includes the steps of preparing a nanoparticle dispersion by dispersing inorganic nanoparticles in a solvent, adding an aromatic silane surface modifier and a high refractive monomer to the nanoparticle dispersion, Treating the dispersion of mixed nanoparticles with heat using a refluxing reaction, and evaporating and condensing the surface-treated nanoparticle dispersion.
상기 나노입자 분산액에 실란계 표면개질제 및 고굴절 모노머를 투입하고 교반한 후 환류 반응을 이용하여 표면처리함으로써, 유기계 수지 내에서 응집되는 현상을 억제할 수 있고, 수지와의 상용성 및 결합력을 향상시킬 수 있다.The silane-based surface modifier and the high-refraction monomer are added to the nanoparticle dispersion, stirred, and then subjected to a surface treatment using a reflux reaction, thereby suppressing aggregation in the organic resin and improving the compatibility with the resin and the bonding strength .
상기 표면처리하는 단계는 50 내지 80℃에서 환류 반응을 이용해 20 내지 50시간 동안 그래프팅(Grafting)으로 표면개질을 진행할 수 있으며, 상기 증발응축 단계는 표면개질 단계가 완료된 용액을 잔존 유기용제와 불순물들을 휘발시키고자 증발응축(Evaporation)하는 단계로 0.01 내지 0.2 MPa의 압력 범위에서, 40 내지 80℃에서 용매를 증발시킬 수 있다.The surface-treating step may be performed by grafting for 20 to 50 hours using a reflux reaction at 50 to 80 ° C, and the evaporation condensation step may be a step for condensing the solution with the residual organic solvent and impurities The solvent can be evaporated at a temperature ranging from 40 to 80 DEG C in a pressure range of from 0.01 to 0.2 MPa to vaporize and evaporate the solvent.
이 때, 0.01-0.2 MPa의 압력 범위에서 온도가 40 ℃ 미만인 경우 미반응 물질이 잘 증류되지 않고, 온도가 80 ℃를 초과할 경우 열에 의해 나노 입자가 응집되어 분산성을 악화시킬 수 있기 때문에 40-80 ℃의 온도 범위에 따라 증발응축시킬 수 있다.If the temperature is lower than 40 ° C in the pressure range of 0.01-0.2 MPa, the unreacted materials will not be distilled well. If the temperature exceeds 80 ° C, the nanoparticles will agglomerate due to heat, It can be evaporated and condensed according to the temperature range of -80 ℃.
상기 용매는, 메타놀(Methanol), 아세톤(Acetone) 및 MEK(Methyl ethyl ketone) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 용매는 용매의 극성을 조정함으로써 코팅재 내에서 나노입자가 응집을 일으키지 않고 분산안정성을 향상시킬 수 있고, 유기계 모노머 및 올리고머의 용해성과 분산제의 용해성을 동시에 향상시킬 수 있다. The solvent may include at least one selected from the group consisting of methanol, acetone and Methyl ethyl ketone. Such a solvent can improve the dispersion stability without causing aggregation of nanoparticles in the coating material by adjusting the polarity of the solvent, and can simultaneously improve the solubility of the organic monomer and oligomer and the solubility of the dispersant.
또한 향후 나노입자 표면을 실란계 표면개질제로 그래프팅(grafting)할 때, 실란화합물의 용해성 및 가수분해를 위해 첨가되는 물과의 용해도가 우수한 용매를 사용할 수 있으며, 증발응축을 수행할 경우 용매의 휘발이 유리하도록 비점(boiling point)이 200 ℃ 미만일 수 있다.Further, when grafting the surface of nanoparticles with a silane surface modifier in the future, a solvent excellent in solubility in water added for solubility and hydrolysis of the silane compound can be used. In case of performing evaporation condensation, The boiling point may be less than 200 ° C so that volatility is favorable.
특히, 메타놀(Methanol)을 용매로 사용할 경우, 상기 나노 분산액이나 고굴절 모노머에 대한 용해력이 우수하여 점도를 낮출 수 있어, 상용성이나 점도면에서 우수하기 때문에 점도 및 투과율, 액굴절률에 있어 우수함을 나타낼 수 있다.In particular, when methanol is used as a solvent, the solubility in nanodispersion or high refractive monomer is excellent and viscosity can be lowered, and it is excellent in viscosity, transmittance and liquid refractive index because it is excellent in compatibility and point of view .
상기 나노입자 분산액을 제조하는 단계는, 상기 용매 및 분산제를 교반하여 분산용액을 제조하는 단계, 상기 분산용액에 상기 무기 나노입자를 첨가하여 습윤(wetting)이 되도록 교반하는 단계 및 상기 무기 나노입자를 첨가한 분산용액을 볼 밀링하여 분산하는 단계를 포함할 수 있다. 볼 밀링기 또는 수직 밀링기를 이용하여 상기 무기 나노입자를 분산할 수 있다.The step of preparing the nanoparticle dispersion may include the steps of: preparing a dispersion solution by stirring the solvent and the dispersant; adding the inorganic nanoparticles to the dispersion solution and agitating the solution to be wetted; And ball milling and dispersing the added dispersion solution. The inorganic nanoparticles can be dispersed using a ball miller or a vertical miller.
상기 볼 밀링에 사용되는 볼(비드)는 알루미나 또는 지르코티아로 이루어진 세라믹 재질의 볼을 사용할 수 있고, 동일한 크기 또는 2이상의 크기를 갖는 볼을 사용할 수 있으며, 볼의 크기, 밀링 시간, 분당 회전속도 등을 조절할 수 있는데, 볼의 크기는 0.01-20 mm 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50-1000 rpm 범위로 설정한 상태에서 1-300 시간동안 수행할 수 있으며, 이에 따라 무기 나노입자는 미세한 크기로 분쇄될 수 있고, 균일한 크기 분포를 가질 수 있다.The ball (bead) used for the ball milling may be a ceramic material ball made of alumina or zirconia and may use a ball having the same size or a size of 2 or more. The ball size, the milling time, Speed can be adjusted. The size of the ball can be set in the range of 0.01-20 mm and the rotation speed of the ball miller can be set in the range of 50-1000 rpm for 1-300 hours, The particles can be milled to a fine size and can have a uniform size distribution.
상기 분산제는 폴리에스터계 분산제, 폴리아크릴레이트계 분산제, 폴리에스테르계 분산제 등이 사용될 수 있다. 상기 분산제는 무기 나노입자의 표면에 흡착하여 정전기적 반발력을 발생시키기 위한 히드록시기, 카르복시기, 아민기 등의 극성의 안료 친화그룹에 의해 분산력을 증가시키고, 상용성이 우수한 비극성의 사슬부분을 동시에 가지는 분자구조에 의해 입체장애효과를 나타내어 안료 사이의 간격을 유지시켜 안료들이 재응집되는 것을 방지할 수 있다.The dispersant may be a polyester dispersant, a polyacrylate dispersant, a polyester dispersant, or the like. The dispersant has a polar group affinity for polarity such as a hydroxyl group, a carboxyl group and an amine group for adsorbing on the surface of the inorganic nanoparticles to generate an electrostatic repulsive force, The effect of steric hindrance is exhibited by the structure so that the interval between the pigments can be maintained to prevent the pigments from being re-agglomerated.
특히. 아민가가 0 mgKOH/g인 폴리아크릴레이트계 분산제를 사용할 수 있다. 폴리아크릴레이트계 분산제는 선형구조의 C-C backbone을 가지며 이것으로 인해 다양한 안료와 작용하는 안료친화그룹(anchoring group)을 만들며, 다른 그룹(group)은 아크릴레이트 수지로 작용하여 인접한 안료들이 재응집할 수 없도록 입체장애 효과를 부여한다. 그러나 무기 나노입자를 둘러싸고 있는 분산제 내의 아민기의 안료친화그룹은 염기의 관능기이므로 유기계 모노머 또는 올리고머의 관능기와 반응을 하여 유기안료의 분산 안정성이 떨어지게 될 수도 있으므로 아민가가 없는 분산제가 유리하다.Especially. A polyacrylate dispersant having an amine value of 0 mgKOH / g can be used. The polyacrylate dispersant has a linear CC backbone, which produces an anchoring group that works with a variety of pigments, while the other group acts as an acrylate resin, allowing adjacent pigments to re-agglomerate To the effect of steric hindrance. However, since the pigment-affinity group of the amine group in the dispersant surrounding the inorganic nanoparticles is a functional group of the base, the dispersion stability of the organic pigment may be lowered by reacting with the functional group of the organic monomer or oligomer.
상기 분산제는 상기 나노입자 분산액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 25 중량부 포함하는 경우 분산성이 양호할 수 있다. 25 중량부 이상 분산제를 사용할 경우, 나노입자 분산액 및 최종 프리즘용 코팅액의 굴절율이 낮아지게 되는 결과를 나타낼 수 있다.The dispersing agent may be dispersed in an amount of 0.1 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-particle dispersion. When the dispersant is used in an amount of 25 parts by weight or more, the refractive index of the nanoparticle dispersion liquid and the final prism coating liquid may be lowered.
상기 나노입자 분산액을 증발응축시키는 단계 이후에, 증발응축된 나노분산용액을 자외선 경화성 올리고머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅제 혼합물과 혼합하여 증발응축시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 자외선 경화성 올리고머는 20-70 중량% 및 광중합 개시제는 0.1-10 중량%를 혼합하고, 증발응축시켜 제조할 수 있다.After the step of evaporating and condensing the nanoparticle dispersion, the evaporation condensed nanodispersion solution may be mixed with a coating mixture comprising an ultraviolet curable oligomer and a photopolymerization initiator and evaporated and condensed. The hygroscopic organic hybrid composition may be prepared by mixing 20 to 70% by weight of an ultraviolet curable oligomer and 0.1 to 10% by weight of a photopolymerization initiator and evaporating and condensing the mixture.
여기서, 40-80 ℃의 온도 범위와 0.01-0.2 MPa의 압력 범위에 따라 증발응축시킬 수 있으며, 상술한 바와 같은 과정을 통해 제조된 고굴절 유무기 하이브리드 조성물에는 표면 개질된 무기 나노입자가 고형분으로 적어도 45 중량% 범위로 포함될 수 있으며, 500-2000 cPs의 점도를 가질 수 있다.Herein, the evaporation condensation can be carried out according to the temperature range of 40-80 ° C. and the pressure range of 0.01-0.2 MPa. In the high-refractive-index organic hybrid composition prepared as described above, the surface-modified inorganic nano- To 45% by weight, and may have a viscosity of 500-2000 cPs.
따라서 본 발명에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 프리즘필름에 코팅함으로써, 굴절률 및 분산성이 우수하면서 투명하기 때문에, 광산란성이 없어 휘도 및 광투과도를 향상시킬 수 있다.Therefore, by coating the high refractive index organic hybrid composition according to the present invention on the prism film, the refractive index and the dispersibility are excellent and transparent, so that the light scattering property can be improved and the brightness and light transmittance can be improved.
또한, 본 발명은 나노입자 분산액에 실란계 표면개질제 및 고굴절 모노머를 함께 투입하고 교반한 후 환류 반응을 이용하여 표면처리함으로써, 유기계 수지 내에서 응집되는 현상을 억제할 수 있고, 수지와의 상용성 및 결합력을 향상시킬 수 있다.Further, the present invention can suppress the aggregation phenomenon in the organic resin by applying the silane-based surface modifier and the high-refraction monomer to the nanoparticle dispersion solution together and stirring the mixture, and then performing the surface treatment using the reflux reaction, And the bonding force can be improved.
아울러, 본 발명은 나노입자의 표면처리와 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 환류냉각 및 증발응축이 가능한 하나의 반응기에서 나노입자의 표면처리와 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조를 수행함으로써, 단순화된 공정에 따라 제조 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention relates to a process for surface treatment of nanoparticles and a method for preparing a high refractive index organic hybrid composition by performing a surface treatment of nanoparticles in a single reactor capable of reflux cooling and evaporative condensation, The production yield can be improved.
그리고, 상술한 바와 같은 과정을 통해 제조된 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 우수한 액상 굴절률 및 휘도를 구현할 수 있고, 유기계 자외선 경화성 수지만으로 이루어진 조성물과 비교하여 휘도를 대략 4% 이상 향상시킬 수 있다.The high refractive index organic hybrid composition prepared through the process described above can realize excellent liquid refractive index and brightness and can improve the luminance by about 4% or more as compared with the composition comprising only the organic UV curable resin.
먼저, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 백라이트유닛(BLU)에 구비되는 프리즘필름용으로 사용될 수 있는데, 프리즘필름의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 벗어나지 않는 범위에서 변경, 대체 또는 개량된 프리즘필름에 적용될 수 있다.First, the high-refractive-index organic hybrid composition prepared according to an embodiment of the present invention can be used for a prism film provided in a backlight unit (BLU). The shape of the prism film is not particularly limited, Or the modified prism film may be modified, substituted or improved without departing from the scope of the present invention.
또한, 본 발명은 광학필름(또는 광학시트)을 포함하는 다양한 형태의 광학장치를 제공할 수 있고, 조성물 또는 그 경화물은 광학장치 내에 포함되는 소재 또는 부품으로 활용할 수 있다. 예를 들면, 조성물 또는 그 경화물은 광학필름(또는 광학시트)의 형태로 광학장치 내에 포함될 수 있고, 이러한 프리즘필름은 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다.Further, the present invention can provide various types of optical devices including an optical film (or an optical sheet), and the composition or the cured product thereof can be utilized as a material or parts contained in an optical device. For example, the composition or the cured product thereof may be contained in an optical device in the form of an optical film (or an optical sheet), and such prismatic film may be applied to various optical devices.
한편, 일반적인 프리즘필름을 제조하는 공정은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 롤(roll)에 니켈이나 구리를 도금한 후 바이트(bite)로 가공하여 만든 하드(hard) 몰드를 사용하는 방식, 고분자로 이루어진 소프트(soft) 몰드를 사용하는 방식 등으로 분류할 수 있다.Meanwhile, a general prism film manufacturing process can be roughly classified into two types: a method using a hard mold formed by plating a roll with nickel or copper and then bite, a method using a polymer And a method of using a soft mold made of a resin.
그러나, 시트 업체에서는 몰드 생산 단가가 하드 몰드보다 1/3정도 저렴한 소프트 몰드 방식을 선호하고 있는데, 이는 하드 몰드를 제조하고, 제조된 하드 몰드를 이용하여 임프린팅(imprinting) 방식으로 몰드를 제작하여 제품 제작에 사용하는 것으로, 임프린팅 방식은 예를 들어 열임프린팅(thermal imprinting), UV 임프린팅(UV imprinting) 등의 방식이 사용될 수 있고, 최근에는 UV imprinting 방식을 활용하고 있다.However, sheet manufacturers prefer a soft mold method in which the production cost of a mold is about one third lower than that of a hard mold. This is because a hard mold is manufactured, a mold is manufactured by imprinting using the manufactured hard mold For example, a thermal imprinting method, a UV imprinting method, or the like can be used as the imprinting method. Recently, the UV imprinting method is used.
본 발명은 상기 소프트 몰드 공정에 의해 프리즘 필름 제조에 보다 적합한 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 제공하는 것을 특징을 한다. The present invention is characterized by providing a high refractive index organic hybrid composition more suitable for manufacturing a prism film by the soft mold process.
본 발명의 프리즘 필름의 기재(또는 기재시트)은 광을 투과하는 투명 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기재시트는 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 압출, 캐스팅 등의 방식으로 제조될 수 있고, 기재필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 필름 등이 사용될 수 있다.The base material (or base material sheet) of the prism film of the present invention may be formed of a transparent material that transmits light. For example, the substrate sheet may be manufactured by extrusion, casting, or the like, of at least one material selected from acrylic resin, polycarbonate resin, and polymethyl methacrylate (PMMA) resin, and the substrate film may be polyethylene terephthalate terephthalate (PET) film, and the like.
프리즘필름에 형성되는 프리즘 패턴은 자외선 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 내에 분산된 무기 나노입자들을 포함할 수 있고, 프리즘 패턴은 자외선 경화성 수지 및 자외선 경화성 수지 내에 분산된 무기 나노입자들을 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 광경화시켜 제조될 수 있다.The prism pattern formed on the prism film may include an ultraviolet curable resin and inorganic nanoparticles dispersed in the ultraviolet curable resin, and the prism pattern may include a high refractive index organic hybrid including an ultraviolet curable resin and inorganic nanoparticles dispersed in the ultraviolet curable resin Can be prepared by photocuring the composition.
구체적으로, 자외선 경화성 수지가 경화됨으로써 고분자 수지가 되고, 무기 나노입자들은 프리즘필름에서 고분자 수지 내에 분산될 수 있고, 프리즘 패턴은 프리즘 형상을 갖는 몰드에 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 주입한 후에, 몰드를 압착하여 형성할 수 있다.Specifically, the ultraviolet ray curable resin is cured to form a polymer resin, the inorganic nano particles can be dispersed in the polymer resin in the prism film, and the prism pattern is formed by injecting a high refractive index organic hybrid composition into a mold having a prismatic shape, And can be formed by pressing.
이러한 압착 공정에서, 고굴절 유무기 하이브리드 조성물이 경화될 수 있고, 추가적으로 열이나 광이 가해질 수 있는데, 프리즘 패턴 내부에 분산된 무기 나노입자들은 프리즘필름의 굴절률을 향상시킬 뿐만 아니라 프리즘필름의 투과율 및 프리즘필름을 통과한 광의 휘도를 향상시킬 수 있다.The inorganic nanoparticles dispersed in the prism pattern can improve not only the refractive index of the prism film but also the transmittance of the prism film and the transmittance of the prism film, The brightness of light passing through the film can be improved.
또한, 소프트 몰드에서는 이형성 문제로 인해 시트양산 속도를 저속으로 진행해야 시트 불량률을 낮출 수 있는데, 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름에 소프트 몰드를 덮고, 고압 수은램프과 메탈할라이드 램프를 이용하여 자외선 조사를 실시하고 경화시킴으로써, 프리즘 패턴을 형성할 수가 있다.In a soft mold, a sheet defective rate can be lowered by slowing the sheet mass production rate due to the problem of releasability. The hybrid composition of a high refractive index organic / inorganic hybrid composition is coated on a polyethylene terephthalate (PET) film with a soft mold and a high pressure mercury lamp and a metal halide lamp And irradiating it with ultraviolet light and curing it, a prism pattern can be formed.
본 발명의 고굴절 유무기 하이브리드 조성물이 코팅된 프리즘 필름의 패턴 형성시 자외선의 광량은 50 ~ 300mJ/cm2 인 것이 바람직하다. 자외선 광량이 300mJ/cm2 이상인 경우에는 내마모성과 휘도, 부착력은 향상될 수 있지만, 몰드와의 이형성이 떨어지게 되어 생산성이 감소될 수 있으며, 과경화에 의한 황변으로 인해 프리즘필름의 광특성을 저하시키는 결과를 가져온다. 광량이 50mJ/cm2 이하이 경우에는 경화량이 부족하여 이형성 확보로 생산성은 증가되지만, 다른 물성의 저하를 초래하게 된다.The amount of ultraviolet light is preferably from 50 to 300 mJ / cm < 2 > at the time of pattern formation of the prism film coated with the hybrid composition of the present invention. When the amount of ultraviolet light is 300 mJ / cm 2 or more, abrasion resistance, brightness, and adhesion can be improved. However, the releasability with the mold is inferior and the productivity may be decreased. As a result of deterioration in optical characteristics of the prism film due to yellowing due to curing Lt; / RTI > When the amount of light is 50 mJ / cm 2 or less, the amount of curing is insufficient, so that productivity is increased due to securing releasability, but other properties are deteriorated.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명 과정의 세부 사항을 설명하고자 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to examples and experimental examples.
1. 나노입자 분산액1. Nanoparticle dispersion
1-1. 분산제의 선정1-1. Selection of dispersant
ZrO2와 TiO2계 나노입자를 사용하여 변성 아크릴레이트 공중합체계 분산제인 Additive-A(산가 129 mgKOH/g, 굴절률 1.42)과 Additive-B(산가 53mgKOH/g, 굴절률 1.40)을 사용하여 물성 비교평가를 실시하였다. Using ZrO2 and TiO2 nanoparticles, a comparative evaluation was carried out using Additive-A (acid value: 129 mgKOH / g, refractive index: 1.42) and Additive-B (acid value: 53 mgKOH / g, refractive index: 1.40) Respectively.
1-2. 용매의 선정1-2. Selection of solvent
ZrO2 와 TiO2 나노입자 분산액에 사용되는 유기용매는 극성값(sp값)이 큰 것을 사용하였다. 여기서, 용매의 극성값이란 용해도 파라미터(solubility parameter ; δ)이고, 용제의 극성을 나타내는 척도이다. 용매의 극성값은 하기 식 1으로 표시되는 바와 같이, 응집에너지 밀도와 분자 용량으로 표시되는 값이다. The organic solvent used for the dispersion of ZrO2 and TiO2 nanoparticles was one having a large polar value (sp value). Here, the polarity value of the solvent is a solubility parameter (delta), and is a measure of the polarity of the solvent. The polarity value of the solvent is a value represented by the aggregation energy density and the molecular capacity as shown by the following formula (1).
(식 1) δ = (△Ev/V)1/2(Equation 1)? = (? Ev / V) 1/2
△Ev : 응집 에너지 밀도△ Ev: Cohesive energy density
V : 분자 용량V: Molecular capacity
또한, ZrO2, TiO2 나노입자의 분산성, 용해도 파라미터, 물과의 상용성 및 비점 등을 고려하여, ZrO2 및 TiO2 나노입자 분산액의 분산용매로는 IPA(파라미터 11.5, 비점 82.6℃, 굴절률 1.38), MEK(파라미터 9.27, 비점 79.64℃, 굴절률 1.38), Methanol(파라미터 14.28, 비점 64.7℃, 굴절률 1.33)를 사용할 수 있다.IPA (parameter 11.5, boiling point 82.6 ° C, refractive index 1.38) was used as the dispersion solvent of the ZrO 2 and TiO 2 nanoparticle dispersions in consideration of the dispersibility, solubility parameter, compatibility with water, and boiling point of ZrO 2 and TiO 2 nanoparticles, MEK (parameter 9.27, boiling point 79.64 占 폚, refractive index 1.38), methanol (parameter 14.28, boiling point 64.7 占 폚, refractive index 1.33) can be used.
1-3. ZrO2, TiO2 나노입자 분산액 제조1-3. Preparation of ZrO 2 , TiO 2 nanoparticle dispersion
1-1의 분산제를 바탕으로 ZrO2 나노입자 분산액과 TiO2 나노입자 분산액을 제조하여 혼합비에 따른 물성평가를 진행하였다. 제조방법은 먼저 분산제 및 분산용매를 균일한 액이 될 때 까지 교반한 후, 무기 나노입자를 첨가하여 나노입자가 분산용액에 습윤(wetting)이 되도록 약 1hr 동안 예비 교반하였다. 그 후, 0.1mm 직경의 ZrO2 ball이 채워져 있는 jar로 옮겨 담고 72hr(3일)동안 균일한 속도로(약 200rpm) 볼 밀(Ball mill) 분산을 진행하여 나노입자 분산액을 제조하였다. The dispersions of ZrO 2 nanoparticles and TiO 2 nanoparticles were prepared on the basis of the dispersant of 1-1. The dispersing agent and the dispersion solvent were stirred until a homogeneous solution was obtained. Then, the inorganic nanoparticles were added to the nanoparticles to preliminarily agitate the nanoparticles for about 1 hour to wet the dispersed solution. Thereafter, the mixture was transferred to a jar filled with a ZrO 2 ball having a diameter of 0.1 mm, and ball mill dispersion was performed at a uniform speed (about 200 rpm) for 72 hours (three days) to prepare a nanoparticle dispersion.
1-4. ZrO2, TiO2 나노입자의 분산성 평가1-4. Evaluation of dispersibility of ZrO 2 and TiO 2 nanoparticles
표 1은 ZrO2 나노입자 분산액의 최적분산조건 확보를 위한 실험조건 및 평가결과이고, 표 2는 TiO2 나노입자 분산액의 최적분산조건 확보를 위한 실험조건 및 평가결과이다.Table 1 shows experimental conditions and evaluation results for securing optimum dispersion conditions of ZrO 2 nanoparticle dispersions. Table 2 shows experimental conditions and evaluation results for ensuring optimal dispersion conditions of TiO 2 nanoparticle dispersions.
(육안관찰)Layer separation
(Visual observation)
발생24hr after layer separation
Occur
발생Layer separation after 12hr
Occur
발생168 hr later layer separation
Occur
(육안관찰)Layer separation
(Visual observation)
발생24hr after layer separation
Occur
발생Layer separation after 12hr
Occur
발생168 hr later layer separation
Occur
평가 결과, ZrO2와 TiO2 나노입자 모두 IPA(나노입자 분산액-1, 나노입자 분산액-6), MEK(나노입자 분산액-2, 나노입자 분산액-7)를 분산용매로 하여 분산할 때 보다 메탄올(Methanol)을 분산용매로 사용할 경우(나노입자 분산액-3, 나노입자 분산액-8) 입도 분포가 우수하였으며, Additive-B를 분산제로 하여 분산할 때 보다 산가가 더욱 높은 Additive-A를 적용(나노입자 분산액-4, 나노입자 분산액-9)했을 때 층 분리 또한 매우 양호하였고, 입도 분포가 더욱 작아졌다. 나노입자 분산액-5와 나노입자 분산액-10의 경우, 각각 분산제의 함량을 입자대비 30%까지 증가하여 분산한 것으로, 입도분포는 더욱 더 작게 되지만, 추후, 나노입자 분산액의 굴절률이 낮아서(각각 R.I. 1.33, 1.35) 최종 프리즘용 코팅액의 굴절율에 영향을 미칠 수 있다.As a result of evaluation, it was found that both of the ZrO2 and TiO2 nanoparticles were dispersed in methanol (Methanol (R)) when dispersed using IPA (Nanoparticle Dispersion 1, Nanoparticle Dispersion 6) and MEK (Nanoparticle Dispersion 2 and Nanoparticle Dispersion 7) ) Was used as a dispersing solvent (Nanoparticle Dispersion-3, Nanoparticle Dispersion-8), the particle size distribution was excellent. Additive-A, which has a higher acid value than that of dispersing using Additive-B as a dispersant, -4, nanoparticle dispersion-9), the layer separation was also excellent and the particle size distribution became smaller. In the case of Nanoparticle Dispersion-5 and Nanoparticle Dispersion-10, the content of the dispersant was increased to 30% of the particles, and the particle size distribution became smaller. However, since the refractive index of the nanoparticle dispersion was low 1.33, 1.35) may affect the refractive index of the coating liquid for the final prism.
1-5. 분산시간 평가1-5. Evaluation of dispersion time
분산시간에 따른 나노입자 분산액의 분산성을 확인하기 위하여 나노입자 분산액-4와 나노입자 분산액-9의 배합을 바탕으로 96hr(4일), 132hr(4.5일)(나노입자 분산액-11, 나노입자 분산액-14), 168hr(7일)(나노입자 분산액-12, 나노입자 분산액-15), 192hr(8일)(나노입자 분산액-13, 나노입자 분산액-16)동안 분산을 실시하고 각각 입도분석을 통해 평균 입경 크기를 분석하여 표 3에 나타내었다. 168hr까지 분산 시, 평균 입경이 각각 약 39.8㎚, 약 40.0nm로 응집된 입자의 추가적인 분산이 일어났음을 확인할 수 있었고 192hr까지 분산 시에는 41.2㎚, 40.7nm로 168hr과 비슷한 결과를 나타내어, 최적의 분산시간은 168hr로 확인되었다.In order to confirm the dispersibility of the nanoparticle dispersion according to the dispersion time, based on the blending of the nanoparticle dispersion-4 and the nanoparticle dispersion-9, 96 hours (4 days), 132 hours (4.5 days) Dispersion was carried out for 168 hours (168 days) (Nanoparticle dispersion-12, Nanoparticle dispersion-15) and 192 hours (Nanoparticle dispersion-13, Nanoparticle dispersion-16) And the results are shown in Table 3. < tb > < TABLE > When dispersed up to 168 hr, it was confirmed that the aggregated particles were further dispersed at an average particle size of about 39.8 nm and about 40.0 nm, respectively. When dispersed up to 192 hr, it was 41.2 nm and 40.7 nm, The dispersion time was confirmed to be 168 hr.
2. 유무기 하이브리드 조성물 제조2. Preparation of organic / inorganic hybrid composition
ZrO2 나노입자 및 TiO2 나노입자를 이용한 분산액의 나노입자 표면에, UV경화형 고굴절 모노머, 올리고머 및 코팅재와 반응이 일어날 수 있는 작용기들을 지닌 실란계 표면개질제를 가수분해 및 그래프팅(Grafting)하여 표면 개질을 실시하였으며, 표면 개질이 된 나노입자 분산액를 이용하여 유무기 하이브리드 조성물을 제조하였다.Hydrolysis and grafting of a silane-based surface modifier having functional groups capable of reacting with UV curable high refractive index monomers, oligomers and coating materials on the surface of nanoparticles of a dispersion using ZrO 2 nanoparticles and TiO 2 nanoparticles, And the surface modified hybrid nanocomposite dispersion was used to prepare an organic hybrid composition.
2-1. 표면개질제 선정2-1. Selection of surface modifier
ZrO2 나노입자를 이용한 분산액과 TiO2 나노입자를 이용한 분산액을 이용하고, 실란 표면개질제의 종류와 양을 달리하고, 무기 나노입자의 양을 추가하여 나노입자 표면 개질 실험을 진행하였다. 표 4는 실란계 표면개질제의 종류에 따른 물성 및 구조를 나타낸 표이다. 실란 표면개질제의 종류는 아미노계, 메타아크릴록시계, 에폭시계 및 방향족 스티렌계를 이용하여 실험하였다. The nanoparticle surface modification experiment was carried out by using a dispersion using ZrO 2 nanoparticles and a dispersion using TiO 2 nanoparticles, adding the amount and type of silane surface modifier, and adding the amount of inorganic nanoparticles. Table 4 shows the physical properties and structures of the silane-based surface modifier according to the kind thereof. The silane surface modifiers were tested by using amino, methacrylic clock, epoxy and aromatic styrene.
도 3은 본 발명에 따른 환류 반응기를 나타내는 사진이다. ZrO2 나노입자를 이용한 분산액과 TiO2 나노입자를 이용한 분산액을 각각 이용하여 분산액 200g에 30g의 메탄올(methanol)을 넣고, 각각의 실란을 양을 다르게 하여 넣은 후 모노머A(국내 A사, 굴절률 1.59)와 혼합하여 65~70℃에서 환류 반응을 이용해 24시간동안 그래프팅(Grafting)으로 표면개질을 진행하였다. 그 후, 표면개질 단계가 완료된 용액을 잔존 유기용제와 불순물들을 휘발시키고자 증발응축(Evaporation)(0.09 MPa, 40℃)을 진행하여, 유기계 수지와의 상용성 및 분산성을 비교하였다. 그 결과 아미노계(비교예 1)와 에폭시계(비교예 3) 표면개질제로 표면처리를 한 경우, 증발응축 단계에서 겔화되어 굳거나 점도가 매우 상승하고, 또 용액의 Haze 또한 상대적으로 높아져서 외관이 투명하지 못하게 되었다. 이는 실란계 표면개질제를 이용한 표면처리 없이 고굴절 모노머와 혼합하여 증발응축한 결과와 비슷한 것으로 볼 때 실란이 충분이 나노입자 표면에 그래프팅(Grafting) 되지 않은 결과로 사료된다. 메타아크릴록시계 표면개질제(비교예 2) 및 방향족 실란계 표면개질제(실시예 1 내지 3)를 나노입자 함량 대비 0.5 wt% 만큼 사용하였을 때, 상대적으로 점도가 낮고, 투명성이 우수한 결과를 나타내는 것을 확인하였다.3 is a photograph showing the reflux reactor according to the present invention. 30 g of methanol was added to 200 g of the dispersion using the dispersion using the ZrO 2 nanoparticles and the dispersion using the TiO 2 nanoparticles. The amount of each of the silanes was varied. The monomer A (refractive index, 1.59) And surface modification was carried out by grafting at 65 to 70 ° C for 24 hours using a refluxing reaction. Thereafter, the solution in which the surface modification step was completed was subjected to evaporation (0.09 MPa, 40 ° C) to volatilize the remaining organic solvent and impurities, and the compatibility with the organic resin and the dispersibility were compared. As a result, in the case of surface treatment with the amino system (Comparative Example 1) and the epoxy system (Comparative Example 3) surface modifier, the gel was solidified at the evaporation condensation stage and the viscosity became very high, and the haze of the solution also became relatively high, It was not transparent. This result is similar to the result of mixing with high refractive monomer without surface treatment using a silane surface modifier, and as a result of evaporation condensation, it is considered that silane is not grafted sufficiently on the surface of nanoparticles. (Comparative Example 2) and an aromatic silane-based surface modifier (Examples 1 to 3) in an amount of 0.5 wt% based on the nanoparticle content, the viscosity was low and the transparency was excellent Respectively.
또한, 상대적으로 점도가 낮고, 투명성이 우수한 결과를 나타내는 메타아크릴록시계 표면개질제(비교예 2) 및 방향족 실란계 표면개질제(실시예 1 내지 3)를 사용한 경우에 대하여, 무기 나노입자의 양을 달리하여 나노입자 표면 개질 실험을 진행 하였다.The amount of the inorganic nanoparticles was measured with respect to the case of using the methacrylic clock surface modifier (Comparative Example 2) and the aromatic silane surface modifier (Examples 1 to 3), which show relatively low viscosity and excellent transparency The surface modification of nanoparticles was carried out.
메타아크릴록시계 표면개질제(비교예 2)를 사용하여 표면 처리한 경우, 무기 나노입자의 함량이 40% 일 때, 농축과정에서 GEL 화가 진행된 반면, 방향족 실란계 표면개질제(실시예 1 내지 3)를 이용하여 표면 처리한 경우, 무기 나노입자의 함량이 40% 및 45% 인 경우 GEL 화 없이 안정되게 분산되었고, 50 중량 % 이상 함유한 경우 GEL화가 진행되었다. When the surface treatment was conducted using the methacrylic rock surface modifier (Comparative Example 2), the GEL was advanced in the concentration process when the content of the inorganic nanoparticles was 40%, while the aromatic silane surface modifier (Examples 1 to 3) , The inorganic nanoparticles were stably dispersed in the case of 40% and 45% of the inorganic nanoparticles without GEL formation, and the GEL formation proceeded when the inorganic nanoparticles were contained in an amount of 50% by weight or more.
따라서, 방향족 실란계 표면개질제(실시예 1 내지 3)를 이용한 경우 상기 무기 나노입자를 45 중량% 이상 함유하는 경우도 GEL 화가 일어나지 않고 안정되게 분산됨을 확인하였다. 방향족 실란계 표면개질제를 이용한 실시예 1 내지 3은 무기 나노입자의 표면을 개질하여 표면에 방향족 스티렌기를 균일하게 형성하여 무기 나노입자들이 모노머 내에서 응집되는 현상을 억제하고, 또한 모노머와의 결합력을 증진시켜 안정되게 분산키는 것을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that even when the aromatic silane-based surface modifier (Examples 1 to 3) was used and the inorganic nanoparticles were contained in an amount of 45 wt% or more, they were stably dispersed without GEL formation. Examples 1 to 3 using an aromatic silane-based surface modifier modified the surface of inorganic nanoparticles to uniformly form an aromatic styrene group on the surface to inhibit the aggregation of inorganic nanoparticles in the monomer, And it was confirmed that it was dispersed stably.
2-2. 고굴절 유무기 하이브리드 조성물 제조2-2. Manufacture of high-refractive index organic / inorganic hybrid composition
앞서 진행된 실험결과를 바탕으로, 방향족 스티렌계(특히, styrylethyltrimethoxysilane)를 실란계 표면개질제롤 선정하였고, 나노입자 표면 개질 시 용제의 종류를 변경(Methanol, Acetone, MEK)하며 유무기 하이브리드 모노머의 점도와 Haze를 낮추기 위한 실험을 진행하였다. Based on the results of the previous experiments, aromatic silane (especially styrylethyltrimethoxysilane) was selected as the silane surface modifier, and the type of solvent was changed during the surface modification of the nanoparticles (Methanol, Acetone, MEK) and the viscosity of the organic hybrid monomer Experiments were conducted to lower the haze.
먼저 나노입자 분산액을 각각의 용매별로 10 : 1 중량비로 혼합하여 희석시킨 후 방향족 스티렌계 표면개질제를 나노입자 함량대비 0.5 wt% 만큼 넣고 균일하게 교반하였다. 그 다음 모노머A(국내 A사, 굴절률 1.59)를 나노입자의 함량이 20~50wt%가 되도록 혼합한 후, 65~70℃에서 환류 반응을 이용해 24시간동안 열을 가하며 그래프팅(Grafting)을 진행하였다. 나노입자의 표면에 방향족 스티렌기를 균일하게 형성하여 입자들이 모노머 내에서 응집되는 현상을 억제하고 모노머와의 결합력을 증진시킬 수 있다. 그래프팅(Grafting)을 마친 용액은 0.09Mpa, 40℃에서 증발응축을 통해 용매를 증발시켜 고굴절 유무기 하이브리드 조성물을 제조하였다.First, the dispersion of nanoparticles was mixed with each solvent at a weight ratio of 10: 1 and diluted. Then, the aromatic styrene type surface modifier was added in an amount of 0.5 wt% based on the nanoparticle content and uniformly stirred. Then, the monomer A (domestic A company, refractive index 1.59) was mixed so that the content of the nanoparticles became 20 to 50 wt%, heat was applied for 24 hours using a reflux reaction at 65 to 70 ° C, and grafting was carried out Respectively. It is possible to uniformly form an aromatic styrene group on the surface of the nanoparticles so that the aggregation of the particles in the monomer can be suppressed and the binding force with the monomer can be enhanced. After the grafting, the solvent was evaporated by evaporation at 40 ° C at 0.09 MPa to prepare a high-refractive index organic hybrid composition.
표 5 및 6은 용매의 종류에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 모노머의 물성평가 결과를 나타낸 표이다. 표 5는 ZrO2 나노입자 분산액, 표 6은 TiO2 나노입자 분산액을 사용하였다. Tables 5 and 6 show the evaluation results of physical properties of the hybrid monomer having high refractive index based on the kind of solvent. Table 5 shows the ZrO2 nanoparticle dispersion, and Table 6 shows the TiO2 nanoparticle dispersion.
(wt%)*ZrO 2 content
(wt%) *
(@550㎚, %)Transmittance
(@ 550 nm,%)
*평가조건: 800℃, 2hr 소성 후 다음 계산식을 이용해 계산 * Evaluation condition: calcination at 800 ° C for 2 hours, calculation using the following formula
B/A*100(%) (여기서 A는 소성 전 무게, B는 소성 후 무게) B / A * 100 (%) (where A is the weight before firing and B is the weight after firing)
(wt%)*TiO 2 content
(wt%) *
(@550㎚, %)Transmittance
(@ 550 nm,%)
*평가조건: 800℃, 2hr 소성 후 다음 계산식을 이용해 계산 * Evaluation condition: calcination at 800 ° C for 2 hours, calculation using the following formula
B/A*100(%) (여기서 A는 소성 전 무게, B는 소성 후 무게) B / A * 100 (%) (where A is the weight before firing and B is the weight after firing)
유무기 하이브리드 모노머의 특성 향상을 위해서 나노입자 표면 개질 시 용제의 종류를 변경한 결과 메탄올(Methanol)을 용매로 사용하였을 때가 점도 및 투과율, 액굴절률 모든 면에서 가장 뛰어났고, 투과 스펙트럼에서도 투과도가 높은 것을 확인할 수 있었는데, 이는 메탄올(Methanol)이 ZrO2, TiO2 나노 분산액이나 고굴절 모노머에 대한 용해력이 우수하여 점도를 낮출 수 있어, 상용성이나 점도 면에서 우수하기 때문이다. In order to improve the characteristics of organic / inorganic hybrid monomers, it was found that when methanol was used as a solvent, the viscosity, permeability, and liquid refractive index were superior in all aspects of the surface modification of the nanoparticles and the transparency This is because the methanol has excellent solubility in ZrO 2 , TiO 2 nanodispersion and high refractive monomer, which can lower the viscosity and is excellent in compatibility and viscosity.
본 발명에 따른 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 방향족 실란계 표면개질제를 이용하여 무기 나노입자의 표면을 개질하여 표면에 방향족 스티렌기를 균일하게 형성하여 무기 나노입자들이 모노머 내에서 응집되는 현상을 억제하고, 또한 모노머와의 결합력을 증진시켜 상기 무기 나노입자를 45 중량% 이상 함유하는 경우도 GEL화가 일어나지 않고 안정되게 분산될 수 있다.The high-refractive-index organic hybrid composition according to the present invention modifies the surface of inorganic nano-particles using an aromatic silane-based surface modifier to uniformly form aromatic styrenic groups on the surface to inhibit the aggregation of inorganic nanoparticles in the monomer, Even when the inorganic nanoparticles contain the inorganic nanoparticles in an amount of 45 wt% or more by enhancing the bonding force with the monomer, the GEL can be stably dispersed without causing GEL.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
Claims (16)
Wherein the inorganic nanoparticles whose surface is modified with an aromatic silane surface modifier are dispersed in a high refractive index monomer in a range of at least 45% by weight as solids.
상기 무기 나노입자는, 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2), 바륨 티타네이트(BaTiO3) 및 징크옥사이드(ZnO) 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 입자를 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic nanoparticles comprise at least one particle selected from zirconia (ZrO2), titania (TiO2), barium titanate (BaTiO3) and zinc oxide (ZnO).
상기 방향족 실란계 표면개질제는, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 및 스티릴에틸트리메톡시실란 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method according to claim 1,
The aromatic silane surface modifier may be at least one selected from the group consisting of 3- (n-styrylmethyl-2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane hydrochloride, 3- (n-styrylmethyl- Methoxysilane, and styrylethyltrimethoxysilane. The high-refractive-index organic hybrid composition according to claim 1,
상기 방향족 실란계 표면개질제는, 상기 무기 나노입자 100 중량부를 기준으로 0.1-10 중량부로 첨가되는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method of claim 3,
Wherein the aromatic silane-based surface modifier is added in an amount of 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic nanoparticles.
상기 고굴절 모노머는, 페녹시에틸메타아크릴레이트, 페녹시-2-메틸에틸메타아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸메타아크릴레이트, 3-하이드록시-2-하이드록시프로필메타아크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 페닐티오 에틸아크릴레이트, 2-나프틸티오에틸아크릴레이트, 1-나프틸티오에틸아크릴레이트, 2,4,6-트라이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2,4-다이브로모페녹시에틸아크릴레이트, 2-브로모페녹시에틸아크릴레이트, 1-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 2-나프틸옥시에틸아크릴레이트, 페녹시2-메틸에틸아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸아크릴레이트, 3-페녹시-2-하이드록시프로필아크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 1 및 2 작용기를 갖는 메타아크릴레이트 모노머인 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method according to claim 1,
The high refractive index monomers are preferably selected from the group consisting of phenoxyethyl methacrylate, phenoxy-2-methylethyl methacrylate, phenoxyethoxyethyl methacrylate, 3-hydroxy-2-hydroxypropyl methacrylate, benzyl methacrylate , Phenylthioethyl acrylate, 2-naphthylthioethyl acrylate, 1-naphthylthioethyl acrylate, 2,4,6-tribromophenoxyethyl acrylate, 2,4-dibromophenoxyethyl acrylate , 2-bromophenoxyethyl acrylate, 1-naphthyloxyethyl acrylate, 2-naphthyloxyethyl acrylate, phenoxy 2-methylethyl acrylate, phenoxyethoxyethyl acrylate, 3-phenoxy Hydroxy-2-hydroxypropyl acrylate, wherein the methacrylate monomer is a methacrylate monomer having at least one functional group selected from the group consisting of a hydroxyl group,
상기 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은 자외선 경화성 올리고머 및 광중합 개시제를 더 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method according to claim 1,
The high-refractive-index organic hybrid composition further comprises an ultraviolet-curable oligomer and a photopolymerization initiator.
상기 자외선 경화성 올리고머는, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트 및 실리콘 아크릴레이트 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method according to claim 6,
Wherein the ultraviolet-curable oligomer comprises at least one material selected from urethane acrylate, epoxy acrylate, polyester acrylate, polyester acrylate and silicone acrylate.
상기 광중합 개시제는, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 에틸-2,4,6-트리메틸벤조일페닐포스피네이트, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-원 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물.
The method according to claim 6,
The photopolymerization initiator is preferably at least one selected from the group consisting of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, ethyl 2,4,6-trimethylbenzoyl phenylphosphinate, bis -Trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide, and 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one.
상기 나노입자 분산액에 방향족 실란계 표면개질제 및 고굴절 모노머를 투입하고 교반하는 단계;
상기 혼합된 나노입자 분산액을 환류 반응을 이용하여 열을 가하며 표면처리하는 단계; 및
상기 표면처리된 나노입자 분산액을 증발응축시키는 단계를 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
Dispersing inorganic nanoparticles in a solvent to prepare a nanoparticle dispersion;
Adding an aromatic silane surface modifier and a high refractive monomer to the nanoparticle dispersion and stirring the same;
Applying a heat treatment to the mixed nanoparticle dispersion liquid using a reflux reaction; And
And evaporating and condensing the surface-treated nanoparticle dispersion.
상기 용매는, 메타놀(Methanol), 아세톤(Acetone) 및 MEK(Methyl ethyl ketone) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the solvent comprises at least one selected from the group consisting of methanol, acetone, and methyl ethyl ketone (MEK).
상기 용매 및 분산제를 교반하여 분산용액을 제조하는 단계;
상기 분산용액에 상기 무기 나노입자를 첨가하여 습윤(wetting)이 되도록 교반하는 단계; 및
상기 무기 나노입자를 첨가한 분산용액을 볼 밀링하여 분산하는 단계를 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
10. The method of claim 9, wherein preparing the nanoparticle dispersion comprises:
Stirring the solvent and the dispersant to prepare a dispersion solution;
Adding the inorganic nanoparticles to the dispersion solution and stirring the organic nanoparticles so as to be wetted; And
And ball milling and dispersing the dispersion solution to which the inorganic nanoparticles are added.
상기 분산제는 폴리에스터계 분산제, 폴리아크릴레이트계 분산제 및 폴리에스테르계 분산제 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the dispersant is at least one selected from a polyester dispersant, a polyacrylate dispersant, and a polyester dispersant.
상기 방향족 실란계 표면개질제는, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 히드로클로라이드, 3-(n-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노)-프로필트리메톡시실란 및 스티릴에틸트리메톡시실란 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The aromatic silane surface modifier may be at least one selected from the group consisting of 3- (n-styrylmethyl-2-aminoethylamino) -propyltrimethoxysilane hydrochloride, 3- (n-styrylmethyl- Methoxysilane, and styrylethyltrimethoxysilane. 2. A method for preparing a high-refractive-index organic hybrid composition according to claim 1,
상기 방향족 실란계 표면개질제는, 상기 무기 나노입자 100 중량부를 기준으로 0.1-10 중량부로 첨가되는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the aromatic silane-based surface modifier is added in an amount of 0.1-10 parts by weight based on 100 parts by weight of the inorganic nanoparticles.
상기 고굴절 유무기 하이브리드 조성물은, 표면 개질된 상기 무기 나노입자가 고형분으로 적어도 45중량% 범위로 포함되는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the high refractive index organic hybrid composition comprises a surface modified inorganic nanoparticle in a solid content of at least 45% by weight.
상기 나노입자 분산액을 증발응축시키는 단계 이후에, 증발응축된 나노분산용액을 자외선 경화성 올리고머 및 광중합 개시제를 포함하는 코팅제 혼합물과 혼합하여 증발응축시키는 단계를 더 포함하는 고굴절 유무기 하이브리드 조성물의 제조 방법.10. The method of claim 9,
Further comprising, after the step of evaporating and condensing the nanoparticle dispersion, mixing the evaporated and condensed nanodisperse solution with a coating mixture comprising an ultraviolet curable oligomer and a photopolymerization initiator followed by evaporation and condensation.
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