KR20180111260A - 페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물을 포함하는 나노복합체, 이를 포함하는 편광필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물을 포함하는 나노복합체, 이를 포함하는 편광필름 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물이 결합된 나노복합체는 자성 및 흡수의 특성을 동시에 가지며, 본 발명의 산화철 입자는 일반 나노입자 보다 자성 특성이 강해 자기장에 의한 자기 정렬 시간이 짧아 공정에 유리하게 적용할 수 있다.

Description

페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물을 포함하는 나노복합체, 이를 포함하는 편광필름 및 그 제조 방법{Nanocomposite comprising ferrite nano-sized rod and lyotropic liquid crystal, polarizer film comprising the same, and its preparation method}
본 발명은 페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물을 이용한 코팅 박막형 편광필름 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 자성 및 흡수 특성을 동시에 가지는 나노복합 코팅형 박막 편광필름에 관한 것이다.
편광판은 사방으로 진동하는 자연광을 받아들여 한쪽 방향으로만 진동하는 빛을 투과시키는 역할을 하는 필름을 가리키며, 자체 발광을 하지 못하는 TFT-LCD의 패널을 구성하는 핵심 부품들 중 하나이다.
편광판은 LCD 모듈의 광원에서 나오는 비편광 상태의 빛을 편광 축과 동일한 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 그 외의 빛은 흡수 또는 반사하여 특정한 방향으로 진동하는 빛을 만들어준다.
일반적으로 많이 쓰이는 편광판의 종류인 폴리비닐알코올 필름은 보호필름, 트리아세틸 셀룰로오스 필름(TAC film), 요오드를 함유하고 있는 폴리바이닐알코올 필름, 접착제 등을 연신과 압력 가공을 거쳐 만드는 복합 구조의 필름으로 모든 가시광선 영역(400-800nm)에서 일정한 흡광도를 나타내며 뛰어난 투과도와 편광특성을 나타내지만 기존의 광학 필름과 비교할 때 공정이 길고 수율관리가 어려우며 요오드 자체의 높은 승화성 때문에 고온고습한 환경에서 내구성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허10-2002-0086280호는 요오드와 폴리비닐알코올을 포함하는 요오드형 편광판을 개시하고 있다. 또한, 광-편광 성분으로서 강자성체를 이용하는 광-편광성 고형 코팅층의 제조방법에 대해서도 기술되었다.
미국 특허 제8,062,542에 따라, 자성체 입자 및 하나 이상의 이색성 염료(dichroic dye)를 모두 함유하는, 용매 내의 현탁액, 수성 용매를 출발물질로서 이용할 때 광-편광 특성들이 얻어지는 것을 제시하였다. 유형의 수성 현탄액으로부터 얻어지는 막 내에서, 전체가 자기장의 작용을 받게 되면 자성 입자 및 이색성 염료 모두의 정렬을 관찰할 수 있음을 보이고, 일단 액체 막이 건조되면 광-편광 특성을 갖는 고형 코팅층이 투명 기판 상에 형성됨을 개시하였다.
상기 공지의 기술과 비교할 때 수행하기가 보다 용이하고 보다 간단한 출발물질을 제조하여, 건조 및 정렬 시간이 짧은 코팅 박막형 편광필름을 제조하기 위한 기술 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허10-2002-0086280호 미국 특허 제8,062,542
본 발명은 간단하고 빠른 시간에 우수한 편광특성을 나타내고 자성 및 흡수 특성을 동시에 갖는 나노복합체를 가지는 코팅 박막형 편광 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 (a) 무기 자성체로 구성된 코어, 및 (b) 상기 코어를 둘러싸고 이색성 염료 화합물과 무기물로 구성된 외각 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 (a) 기재, (b) 상기 기재 위에 형성되어 있는, 본 발명의 여러 구현예에 따른 코팅층을 포함하는 편광필름에 관한 것이다. 기재는 광학필름일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 포함하는 편광 광학제품에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 (A) FeOOH 분말을 포함하는 산화철 분산액에 제1 실리카 전구체를 투입하여 반응시키고 생성물을 환원시켜 실리카로 코팅된 산화철을 얻는 단계; 및 (B) 상기 실리카로 코팅된 산화철을 포함하는 실리카 코팅 산화철 분산액에 제2 실리카 전구체 및 이색성 염료 화합물을 투입하여 반응시켜 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 수득하는 단계;를 포함하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물이 결합된 나노복합체는 자성 및 흡수의 특성을 동시에 가지며, 본 발명의 산화철 입자는 일반 나노입자 보다 자성 특성이 강해 자기장에 의한 자기 정렬 시간이 짧아 공정에 유리하게 적용할 수 있다.
도 1은 비교예 4에서 제조한 나노복합체에 대한 XRD 데이터이다.
도 2는 실시예 3에서 제조한 나노복합체에 대한 XRD 데이터이다.
도 3a와 3b는 실시예 3에서 기재에 편광 조성물을 도포하고 자기장을 부가함에 따라 나노복합체가 배열된 사진을 보여준다.
도 4a 및 4b는 비교예 4에서 제조한 편광필름에 대한 투과도(TT)와 편광효율(PE)을 각각 측정한 결과 데이터이다.
도 5a 및 5b는 실시예 3에서 제조한 편광필름에 대한 투과도(TT)와 편광효율(PE)을 각각 측정한 결과 데이터이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명의 일 측면은 (a) 무기 자성체로 구성된 코어, 및 (b) 상기 코어를 둘러싸고 이색성 염료 화합물과 무기물로 구성된 외각 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 이색성 염료(dichroic dye) 또는 유방성 액정 화합물(lyotropic liquid crystal)은 결정된 파장 영역에 대하여 두개의 편광 직교 성분들 중 하나의 광을 흡수하고 다른 하나의 편광 직교 성분을 투과시키는 염료를 의미한다. 이색성 염료는 광을 선형으로 편광하는 특성을 갖는데, 광원, 예를 들어 다색성 광원에 노출되었을 때 이색성 염료는 선형으로 편광된 광선을 흡수 파장에서 투과시키고, 그의 진동 평면은 그것을 함유하는 매질 내에서 그러한 염료의 분자 배향에 의존하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어, 이색성 염료 화합물은, 4-아미노-3-((4'-((1-히드록시-4-술포-2-나프탈렌닐)아조)-3,3'-디메톡시(1,1'-비페닐)-4-일)아조)-1-나프탈렌 술폰산 이나트륨 염, C32H30N5NaO8S2 [Direct Violet 51], C34H28N6O16S4ㅇ4Na [Chicago Skye Blue 6B], C22H16N4O-4-[4-(페닐아조)-1-나프틸아조]페놀 [Disperse Orange 13], Optiva사의 TCFㄾ 및 Sterling사의 염료 Vari-Lightㄾ 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
이색성 염료의 유형과 이색성 염료의 수는, 예를 들면 위에서 정의된 조성물에 포함되는 것처럼, 최종 용도의 목표하는 유형에 따라 다르다. 본 발명에 따른 고형 코팅 조성물은 바람직하게는 2 내지 4개의 구별되는 이색성 염료를 포함한다.
일 구현예 있어서, 상기 코어 및 상기 외각 쉘 사이에 상기 무기물로만 구성된 중간 쉘을 추가로 포함한다.
다른 구현예에 있어서, 상기 무기 자성체는 MM'2O4로 표현되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 M은 Fe, Zn, Co, Ni, Cu 또는 Mn이며, 상기 M'은 Fe이다. 이와 같이, 본 발명에서 무기 자성체는 강자성체 또는 페리자성체일 수 있고, 바람직하게는 Fe3O4일 수 있다.
또 다른 구현예에 있어서, 상기 무기물은 실리카이다.
또 다른 구현예에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물이 1.5 내지 15중량% 포함된다. 바람직하게는, 특히 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물은 3 내지 12중량% 포함된다.
또 다른 구현예에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm이다. 클러스터의 크기가 100nm 미만이면 자기장에 약하게 반응해 정렬이 되지 않아 편광 현상이 일어나지 않게 되고, 1,000nm를 초과하면 Fe3O4의 크기만 증가되어 강자성체가 되기 때문에 산화철 입자들이 서로 붙어버리는 현상이 발생하는 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체 및 (b) 경화제를 포함하는 박막 코팅용 편광 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 경화제는 경화가능한 관능기를 포함하는 고분자일 수 있으며, 그 예에는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트 (PEGDA)를 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
일 구현예에 있어서, 상기 박막 코팅용 편광 조성물 내에 포함되어 있는 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 양은 5 내지 35중량%이다.
특히, (i) 중간 쉘이 구비되고, (ii) 무기 자성체는 Fe3O4이고 무기물이 실리카이며, (iii) 상기 이색성 염료 화합물이 나노복합체에 3 내지 12중량%로 포함되고, (iv) 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체가 박막 코팅용 편광 조성물에 5 내지 35중량%로 포함된 박막 코팅용 편광 조성물을 사용하여 편광필름을 제조하는 경우, 위 조건들 중 어느 하나라도 충족되지 않는 박막 코팅용 편광 조성물을 사용하는 경우와 달리, 자기장의 세기가 1 내지 10mT에서 일정한 배향성을 가지는 효과를 보이는 점을 확인하였다.
본 발명의 또 다른 측면은 (a) 기재, (b) 상기 기재 위에 형성되어 있는, 본 발명의 여러 구현예에 따른 코팅층을 포함하는 편광필름에 관한 것이다. 기재는 광학필름일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 본 발명의 여러 구현예에 따른 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 포함하는 편광 광학제품에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 (A) FeOOH 분말을 포함하는 산화철 분산액에 제1 실리카 전구체를 투입하여 반응시키고 생성물을 환원시켜 실리카로 코팅된 산화철을 얻는 단계; 및 (B) 상기 실리카로 코팅된 산화철을 포함하는 실리카 코팅 산화철 분산액에 제2 실리카 전구체 및 이색성 염료 화합물을 투입하여 반응시켜 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 수득하는 단계;를 포함하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 제조방법에 관한 것이다.
이때, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 (a) Fe3O4로 구성된 코어, (b) 상기 코어를 둘러싸며 이색성 염료 화합물을 포함하는 실리카로 구성된 외각 쉘, (c) 상기 코어 및 상기 외각 쉘의 사이에 위치한 실리카로 구성된 중간 쉘을 포함하고, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물은 1.5 내지 15중량% 포함되며, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm일 수 있다.
일 구현예에 있어서, FeCl3를 고온에서 반응시켜 상기 FeOOH 분말을 수득하는 단계를 추가로 포함한다.
또한, 상기 산화철 분산액은 pH 조절제 및 용매를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 실리카 전구체 및 상기 제2 실리카 전구체는 테트라에틸 오르소실리케이트일 수 있고, 상기 실리카 코팅된 산화철 분산액은 pH 조절제, 용매를 포함할 수 있다.
본 발명에서, pH 조절제의 예에는 암모늄 하이드록사이드가 포함되나, 이에 한정되지 않는다.
FeCl3로부터 제조된 FeOOH를 자성체 전구체로 사용하지 않는 경우, 예를 들어 FeSO4·xH2O를 사용하여 제조된 FeOOH를 자성체 전구체로 사용하는 경우에는 제조된 분말의 형상이 로드(rod) 형태가 아닌 나노구형(nanosphere) 형태여서 자기장 하에서 배열성이 크게 저하되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에서 수용액 혹은 유기용매가 사용 가능하며, 그 예에는 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매가 포함되나, 이에 한정되지는 않는다.
용매에 현탁되어 있는 자성체 입자는 분산되어 존재한다. 본 발명에 따른 콜로이달 자성체 수용액은 현탁 입자 용액 내에 하나 또는 2개의 계면활성제를 포함하는 층으로 코팅될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 (C) 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체 및 경화제를 분산매에 분산시켜 박막 코팅용 조성물을 수득하는 단계;를 추가로 포함하는 박막 코팅용 편광 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
일 구현예에 있어서, 상기 분산매는 물이고, 상기 경화제는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA)이다.
또한, 상기 분산매와 상기 경화제는 부피비가 6.5 : 3.5 내지 7.5 : 2.5일 수 있고, 상기 박막 코팅용 편광 조성물 내에 포함되어 있는 상기 나노복합체의 양은 5 내지 35중량%일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 (D) 상기 박막 코팅용 조성물을 기재에 도포 후 자기장 하에서 광을 조사하여 편광필름을 수득하는 단계;를 추가로 포함하는 편광필름의 제조방법에 관한 것이다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm이다.
또한, 상기 자기장은 3 내지 8mT의 세기로 부가할 수 있고, 상기 기재는 두께가 30 내지 100μm일 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 자성 특성과 흡수 특성을 동시에 갖는 나노 복합체로서, 자성특성을 가지는 무기 물질이 코어를 이루고 흡수 특성을 보이는 유방성 액정 화합물이 코어인 무기물질을 둘러싸는 코어쉘 구조의 나노복합체, 및 이를 포함하는 편광필름과 광학제품 및 이들의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 박막 코팅용 조성물 내에는 하나 또는 둘 이상의 계면활성제가 포함될 수 있고, 수성 현탁액 전체 중량을 기준으로 계면활성제는 0.1 내지 2 중량% 포함되는 것이 바람직하다. 0.1중량% 미만이면 편광 특성의 변화가 없으며, 2중량%를 초과하면 입자가 응집되어 편광특성이 보이지 않는 문제가 있을 수 있다.
이러한 계면활성제는 비이온성 계면활성제일 수 있고, 그 예에는 Titon X-100, polyoxyethylene ethers, polyvinyl alcohol, Igepal co-520, Tween 20 또는 Synperonic F108이 포함되나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 또한 그 제조방법의 일 예로서, 실리카로 코팅된 나노 로드형 수산화철(FeOOH) 나노클러스터를 450℃에서 환원처리하여 실리카로 코팅된 산화철(Fe3O4)로 치환하는 단계, 실리카로 코팅된 산화철을 수용액에 분산시킨 뒤 유방성 액정 화합물이 포함된 실리카로 코팅 후 세척하면서 자석을 이용해 나노복합체를 분리하는 단계, 상기 제조된 나노복합체를 광학 필름에 도포하고 자기장으로 배열시킨 후 UV광으로 경화시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 개시한다.
이 때, UV광 경화를 통해 편광 효과를 얻기 위한 시간은 20-30초 정도면 충분하다.
위에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노복합체는 자성 및 흡수의 특성을 동시에 가지며, 본 발명의 산화철 입자는 일반 나노입자 보다 자성 특성이 강해 자기장에 의한 자기 정렬 시간이 짧아 공정에 유리하게 적용할 수 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
실시예
비교예 1
200mg(0.7mmol)의 FeSO4·7H2O와 400mg(1.4mmol)의 FeCl3·6H2O를 20mL DI water을 100mL 삼구플라스크에 넣고 40℃까지 교반하면서 가열하며, 30분 동안 질소 버블링을 통해 산소와 습기를 제거하였다. 암모늄 하이드록사이드(28-30%)을 넣으며 pH 10 근처로 조절하여 검은 침전물을 생성시켰다. 이때 70℃로 승온한 후, 160mg(0.7mmol)의 Citric acid monohydrate 넣어주었다. 그 후 70℃에서 50분간 반응한 후 상온으로 냉각시켰다. 반응 용액을 자석으로 침전물을 분리한 후 10mL 증류수를 넣어주고, 6,000rpm의 속도로 30분간 원심분리를 실시한 다음, 반응하지 않은 불순물들을 제거한 후 60℃에서 건조함으로써 Fe3O4 분말을 수득하였다.
수득된 112.5mg의 Fe3O4 분말을 40mL 에탄올과 5mL DI water가 혼합된 용액에 넣어주었다. 초음파를 통해 충분히 고체 상태의 분말을 분산시킨 후 0.032mL의 테트라에틸 오르소실리케이트(tetraethyl orthosilicate, TEOS)를 넣고 15분간 교반한 후 1mL의 암모늄 하이드록사이드를 넣고 7시간 동안 반응시켰다. 생성물을 에탄올과 증류수로 11000rpm에서 30분간 원심분리를 이용하여 수세 건조하였다.
실리카(SiO2)로 코팅된 산화철(Fe3O4)을 자기장을 이용해 배열 및 고정시키기 위해 UV광 경화제인 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA, Mn: 700)을 사용하였다. 실리카로 코팅된 산화철을 분산시키기 위해 PEGDA와 증류수의 부피비를 7:3으로 섞은 용액을 만들었다. 이 용액에 실리카로 코팅된 산화철을 10, 20, 30 중량% 넣어 도레이社 PET 필름(두께 50μm)에 도포 후 3-8mT자기장 하에서 UV 광을 조사하여 필름을 제조하였다.
비교예 2
4.055g(0.025mol)의 FeCl3를 80mL DI water에 넣고 250mL 삼구플라스크에 넣고 95℃에서 16시간 반응시켰다. 생성물은 5000rpm에서 30분간 원심분리 후 증류수에 의해 여러 번 수세 후 60℃에서 건조함으로써 FeOOH 분말을 수득하였다.
수득한 30mg의 FeOOH 분말을 20mL DI water에 넣고, 초음파를 통해 분산시킨 후 1mL(0.1M)의 polyacrylic acid(PAA)를 넣어 18시간 동안 교반하였다. 그 후 원심분리, 세수 및 건조 과정을 거친 후 3mL DI water에 재분산시켰다. 재분산된 용액을 플라스크에 옮기고 1mL의 암모늄 하이드록사이드, 20mL의 에탄올, 100μL의 TEOS를 차례로 넣어주고 1시간 동안 반응하여 생성물을 얻었다. 생성물을 수세 건조한 후 얻은 분말을 450℃ 5% H2/N2 환원 분위기 하에서 열처리하여 실리카로 코팅된 산화철(Fe3O4)을 얻었다.
실리카(SiO2)로 코팅된 산화철(Fe3O4)을 자기장을 이용해 배열 및 고정시키기 위해 UV광 경화제인 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA, Mn: 700)를 사용하였다. 실리카로 코팅된 산화철을 분산시키기 위해 PEGDA와 증류수의 부피비를 7:3으로 섞은 용액을 만들었다. 이 용액에 실리카로 코팅된 산화철을 각각 10, 20, 30 중량% 넣어 도레이社 PET(두께 50㎛)필름에 도포 후 3-8mT 자기장 하에서 UV 광을 조사하여 실리카로 코팅된 산화철의 함량이 다른 3종의 필름을 제조하였다.
비교예 3 내지 5
비교예 3 내지 5에서는 FeCl3을 0.025몰 사용하는 대신에 0.05몰, 0.1몰, 0.2몰을 각각 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 조건에서 필름을 제조하였다.
비교예 6
실리카 코팅 공정을 수행하지 않았다는 점을 제외하고는 비교예 3과 동일한 조건에서 필름을 제조하였다.
비교예 1 내지 6의 공정조건과 그에 따라 제조된 필름의 특성과 SEM 사진을 아래 표 1에 제시하였다.
Figure pat00001
실시예 1
4.055g(0.025mol)의 FeCl3를 80mL DI water에 넣고 250mL 삼구플라스크에 넣고 95℃에서 16시간 동안 반응시켰다. 생성물은 5,000rpm에서 30분간 원심분리 후 증류수에 의해 여러 번 수세 후 60℃에서 건조함으로써 FeOOH 분말을 수득하였다.
수득된 30mg의 FeOOH 분말을 20mL DI water에 넣어주었다. 초음파를 통해 분산시킨 후 1mL(0.1M)의 polyacrylic acid(PAA)를 넣어 18시간 동안 교반하였다. 그 후 원심분리와 세수 및 건조 후 3mL DI water에 재분산시켰다. 재분산된 용액을 플라스크에 옮기고 1mL의 암모늄 하이드록사이드, 20mL의 에탄올, 100μL의 TEOS를 차례로 넣어주고 1시간 동안 반응하여 생성물을 얻었다. 생성물을 수세 건조한 후 얻은 분말을 450℃ 5% H2/N2 환원 분위기 하에서 열처리하여 실리카로 코팅된 산화철(Fe3O4)을 얻었다.
위의 30mg의 실리카로 코팅된 산화철(Fe3O4)을 3mL DI water에 넣어 분산 시킨 후 1mL의 암모늄 하이드록사이드, 20mL의 에탄올, 100μL의 TEOS를 차례로 넣어주고 Optiva사의 이색성 염료 화합물을 넣고 1시간 동안 반응하여 생성물을 얻었다.
유방성 액정 화합물이 포함된 실리카(SiO2)로 코팅된 산화철(Fe3O4)을 자기장을 이용해 배열 및 고정시키기 위해 UV광 경화제인 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA, Mn: 700)를 사용하였다. 실리카로 코팅된 산화철을 분산시키기 위해 PEGDA와 증류수의 부피비를 7:3으로 섞은 용액을 만들었다. 이 용액에 실리카로 코팅된 산화철을 10, 20, 30 중량% 넣어 도레이社 PET 필름(두께 50μm)에 도포 후 3-8mT 자기장 하에서 UV 광을 조사하여 실리카로 코팅된 산화철의 함량이 다른 3종의 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 4
실시예 2 내지 3에서는 FeCl3을 0.025몰 사용하는 대신에 0.05몰, 0.1몰, 0.2몰을 각각 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 필름을 제조하였다.
실시예 1 내지 4의 공정조건과 그에 따라 제조된 필름의 특성과 SEM 사신을 아래 표 2에 제시하였다.
Figure pat00002

Claims (19)

  1. (a) 무기 자성체로 구성된 코어, 및 (b) 상기 코어를 둘러싸고 이색성 염료 화합물과 무기물로 구성된 외각 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어 및 상기 외각 쉘 사이에 상기 무기물로만 구성된 중간 쉘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 무기 자성체는 MM'2O4로 표현되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상이고, 상기 M은 Fe, Zn, Co, Ni, Cu 또는 Mn이며, 상기 M'은 Fe인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 무기물은 실리카인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물이 1.5 내지 15중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체.
  7. (a) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체 및 (b) 경화제를 포함하는 박막 코팅용 편광 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 박막 코팅용 편광 조성물 내에 포함되어 있는 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 양은 5 내지 35중량%인 것을 특징으로 하는 박막 코팅용 편광 조성물.
  9. (a) 기재, (b) 상기 기재 위에 형성되어 있는 코팅층을 포함하는 편광필름으로서,
    상기 코팅층은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광필름.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 포함하는 편광 광학제품.
  11. (A) FeOOH 분말을 포함하는 산화철 분산액에 제1 실리카 전구체를 투입하여 반응시키고 생성물을 환원시켜 실리카로 코팅된 산화철을 얻는 단계; 및
    (B) 상기 실리카로 코팅된 산화철을 포함하는 실리카 코팅 산화철 분산액에 제2 실리카 전구체 및 이색성 염료 화합물을 투입하여 반응시켜 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 수득하는 단계;를 포함하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 제조방법으로서;
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 (a) Fe3O4로 구성된 코어, (b) 상기 코어를 둘러싸며 이색성 염료 화합물을 포함하는 실리카로 구성된 외각 쉘, (c) 상기 코어 및 상기 외각 쉘의 사이에 위치한 실리카로 구성된 중간 쉘을 포함하고,
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물은 1.5 내지 15중량% 포함되며,
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm인 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, FeCl3를 고온에서 반응시켜 상기 FeOOH 분말을 수득하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 산화철 분산액은 pH 조절제 및 용매를 포함하며,
    상기 제1 실리카 전구체 및 상기 제2 실리카 전구체는 테트라에틸 오르소실리케이트이고,
    상기 실리카 코팅된 산화철 분산액은 pH 조절제, 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 제조방법.
  13. (A) FeOOH 분말을 포함하는 산화철 분산액에 제1 실리카 전구체를 투입하여 반응시키고 생성물을 환원시켜 실리카로 코팅된 산화철을 얻는 단계;
    (B) 상기 실리카로 코팅된 산화철을 포함하는 실리카 코팅 산화철 분산액에 제2 실리카 전구체 및 이색성 염료 화합물을 투입하여 반응시켜 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 수득하는 단계; 및
    (C) 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체 및 경화제를 분산매에 분산시켜 박막 코팅용 조성물을 수득하는 단계;를 포함하는 박막 코팅용 편광 조성물의 제조방법으로서;
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 (a) Fe3O4로 구성된 코어, (b) 상기 코어를 둘러싸며 이색성 염료 화합물을 포함하는 실리카로 구성된 외각 쉘, (c) 상기 코어 및 상기 외각 쉘의 사이에 위치한 실리카로 구성된 중간 쉘을 포함하고,
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물은 1.5 내지 15중량% 포함되며,
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm인 것을 특징으로 하는 박막 코팅용 편광 조성물의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, FeCl3를 고온에서 반응시켜 상기 FeOOH 분말을 수득하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 산화철 분산액은 pH 조절제 및 용매를 포함하며,
    상기 제1 실리카 전구체 및 상기 제2 실리카 전구체는 테트라에틸 오르소실리케이트이고,
    상기 실리카 코팅된 산화철 분산액은 pH 조절제, 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 코팅용 편광 조성물의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 분산매는 물이고,
    상기 경화제는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA)이며,
    상기 분산매와 상기 경화제는 부피비가 6.5 : 3.5 내지 7.5 : 2.5이고,
    상기 박막 코팅용 편광 조성물 내에 포함되어 있는 상기 나노복합체의 양은 5 내지 35중량%인 것을 특징으로 하는 박막 코팅용 편광 조성물의 제조방법.
  16. (A) FeOOH 분말을 포함하는 산화철 분산액에 제1 실리카 전구체를 투입하여 반응시키고 생성물을 환원시켜 실리카로 코팅된 산화철을 얻는 단계;
    (B) 상기 실리카로 코팅된 산화철을 포함하는 실리카 코팅 산화철 분산액에 제2 실리카 전구체 및 이색성 염료 화합물을 투입하여 반응시켜 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체를 수득하는 단계;
    (C) 상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체 및 경화제를 분산매에 분산시켜 박막 코팅용 조성물을 수득하는 단계; 및
    (D) 상기 박막 코팅용 조성물을 기재에 도포 후 자기장 하에서 광을 조사하여 편광필름을 수득하는 단계;를 포함하는 편광필름의 제조방법으로서;
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 (a) Fe3O4로 구성된 코어, (b) 상기 코어를 둘러싸며 이색성 염료 화합물을 포함하는 실리카로 구성된 외각 쉘, (c) 상기 코어 및 상기 외각 쉘의 사이에 위치한 실리카로 구성된 중간 쉘을 포함하고,
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체의 총 중량을 기준으로 상기 이색성 염료 화합물은 1.5 내지 15중량% 포함되며,
    상기 코어-쉘 구조의 편광성 나노복합체는 나노로드의 클러스터이고, 상기 나노로드 각각의 장축 방향 크기는 100 내지 1,000nm인 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, FeCl3를 고온에서 반응시켜 상기 FeOOH 분말을 수득하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 산화철 분산액은 pH 조절제 및 용매를 포함하며,
    상기 제1 실리카 전구체 및 상기 제2 실리카 전구체는 테트라에틸 오르소실리케이트이고,
    상기 실리카 코팅된 산화철 분산액은 pH 조절제, 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 분산매는 물이고,
    상기 경화제는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA)이며,
    상기 분산매와 상기 경화제는 부피비가 6.5 : 3.5 내지 7.5 : 2.5이고,
    상기 박막 코팅용 편광 조성물 내에 포함되어 있는 상기 나노복합체의 양은 5 내지 35중량%인 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 자기장은 3 내지 8mT의 세기로 부가하며,
    상기 기재는 두께가 30 내지 100μm인 것을 특징으로 하는 편광필름의 제조방법.
KR1020170041949A 2017-03-31 2017-03-31 페라이트 나노 로드와 유방성 액정 혼합물을 포함하는 나노복합체, 이를 포함하는 편광필름 및 그 제조 방법 KR20180111260A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109396459A (zh) * 2018-12-20 2019-03-01 淮海工学院 一种磁性纳米棒的制备方法及其应用
US11802242B2 (en) 2020-06-01 2023-10-31 Samsung Display Co., Ltd. Quantum rod, and light-emitting device, optical member, and apparatus, including the same

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