KR20180132366A - 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 - Google Patents

무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 Download PDF

Info

Publication number
KR20180132366A
KR20180132366A KR1020170069201A KR20170069201A KR20180132366A KR 20180132366 A KR20180132366 A KR 20180132366A KR 1020170069201 A KR1020170069201 A KR 1020170069201A KR 20170069201 A KR20170069201 A KR 20170069201A KR 20180132366 A KR20180132366 A KR 20180132366A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic
group
photo
photocurable
nanoparticles
Prior art date
Application number
KR1020170069201A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102269181B1 (ko
Inventor
강동준
임현균
박효열
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020170069201A priority Critical patent/KR102269181B1/ko
Publication of KR20180132366A publication Critical patent/KR20180132366A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102269181B1 publication Critical patent/KR102269181B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/12—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances ceramics
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/027—Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds
    • G03F7/028—Non-macromolecular photopolymerisable compounds having carbon-to-carbon double bonds, e.g. ethylenic compounds with photosensitivity-increasing substances, e.g. photoinitiators
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004—Photosensitive materials
    • G03F7/075—Silicon-containing compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

본 발명은, 광경화성 유기기를 가지는 10중량% 이상의 올리고실록산과; 탄화사슬 구조로 이루어지며 측쇄 및 말단에 광경화성 유기기를 가지는 10중량 이상%의 유기모노머 또는 유기올리고머와; 구형 입자형태로 이루어지며 표면에 광경화성 유기기가 치환된 20중량% 이하의 나노입자와; 광조사를 통해 상기 광경화성 유기기와 함께 광경화 반응을 개시하는 광개시제와; 양측 말단에 극성과 비극성의 양극성을 가지는 0.1 내지 3중량%의 분산제와; 액상으로 이루어진 0.1 내지 10중량%의 유동성제어제와; 탄화사슬 구조 또는 실록산 구조로 이루어지진 1 내지 15중량%의 부착증진제와; 0.1 내지 5중량%의 소포제를 포함하며, 상기 올리고실록산, 상기 유기모노머 또는 상기 유기올리고머, 상기 나노입자의 함량을 통해 점도를 제어하며, 광조사를 통해 각각이 가지는 상기 광경화성 유기기 간의 유기네트워크가 이루어지는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 다양한 분자량 및 점도를 지니는 광경화성 유기소재와 유무기 하이브리드 올리고실록산 소재를 혼합하여 무용매 조건에서 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재의 점도를 제어할 수 있는 효과뿐만 아니라 혼합된 각각의 유기소재 및 올리고실록산 소재들이 지니는 내수성, 경도, 저수축성, 속경화성과 같은 특성 등을 유무기 하이브리드 소재에 추가하여 증진된 물성을 얻을 수 있다.

Description

무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 {Solventless photocurable organic-inorganic hybrid insulation materials}
본 발명은 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 분자량 및 점도를 지니는 광경화성 유기소재와 유무기 하이브리드 올리고실록산 소재를 혼합하여 무용매 조건에서 하이브리드 절연소재의 점도를 제어할 수 있는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재에 관한 것이다.
일반적으로 무기물은 내부식성, 내화학성, 내마모성, 내열특성, 고경도, 수분 및 가스의 차단성과 같은 우수한 물성을 지니고 있어 구조재료, 보호용 코팅재료, 연마재료, 차폐 및 차단막과 같은 분야에서 활발하게 사용되어 지고 있다. 이러한 물성을 지니는 무기물은 또한 적용범위가 전기전자, 정보용, 에너지 소재로까지 요구되어 지고 있고 적용을 위한 활발한 연구도 진행 중에 있다. 하지만 무기물은 제조를 위해 고가의 공정 및 건식 공정이 요구될 뿐 아니라 제조된 무기물은 소재자체의 취성으로 인해 후막으로 제조하기가 힘들고 간단한 습식공정을 적용하는 데 많은 한계점이 있다.
이러한 한계점들을 극복하기 위해 최근에는 무기물의 기존 물성 저하 없이 습식공정이 가능한 콜로이드 상의 무기물 나노졸에 관한 제조연구 및 무기물의 습식소재로의 적용을 위한 분산연구가 많이 진행되고 있다. 기존 무기물 나노졸의 경우에는 일반적으로 구조용 재료로 많이 활용되었으며, 유기바인더인 고분자 수지와 혼합하여 유무기 하이브리드 조성물 형성시킨 후 습식 코팅을 통해 막을 제조하여 무기물의 기계적, 열적, 화학적 물성을 향상시킬 수 있었다.
이와 같은 종래의 유무기 하이브리드 조성물은 '대한민국특허청 등록특허 제10-1454447호 내구성 및 절연성 향상을 위한 융복합 소재 제조방법', '대한민국특허청 공개특허 제10-2016-0014971호 고투명, 내열성 및 절연성을 갖는 하이브리드 코팅소재의 제조방법' 등과 같이 하이브리드 조성물 제조함에 있어 용매를 포함하는 기술이 주로 이용되어져 왔다. 하지만 용매를 포함하여 하이브리드 조성물을 제조할 경우 하이브리드 조성물을 도포하는 과정에서 용매를 제거해야하는 단계가 따로 포함되어야 할 뿐만 아니라 용매의 경우 환경 또는 인체에 유해한 종류도 있기 때문에 용매를 포함하지 않는 하이브리드 조성물을 얻는 것이 이상적이다. 이에 종래기술 '대한민국특허청 등록특허 제10-1198316호 무용제형 실리카졸 및 그 제조방법'과 같이 무용제형 조성물을 얻는 기술이 알려져 있으나, 종래의 무용제형 조성물의 경우에도 제조 공정에서는 용매를 첨가하여 반응을 일으킨 후 용매를 제거하는 공정으로 이루어지기 때문에 용매를 제거하는 과정을 줄이거나 유해한 용매를 사용하지 않아 환경 또는 인체를 보호하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한 이와 같이 용매를 사용하지 않고 유무기 하이브리드 조성물을 제조할 경우 용매를 사용하지 않기 때문에 점도의 조절이 용이하지 못하며, 3000 내지 10000cp 정도로 점도가 높게 나타나기 때문에 패턴 공정이 아닌 대면적으로 도포하는 공정을 원활히 수행하기 힘들다는 단점이 있다.
대한민국특허청 등록특허 제10-1454447호 대한민국특허청 공개특허 제10-2016-0014971호 대한민국특허청 등록특허 제10-1198316호
따라서 본 발명의 목적은, 다양한 분자량 및 점도를 지니는 광경화성 유기소재와 유무기 하이브리드 올리고실록산 소재를 혼합하여 무용매 조건에서 하이브리드 절연소재의 점도를 제어할 수 있는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 광경화성 유기기를 가지는 10중량% 이상의 올리고실록산과; 탄화사슬 구조로 이루어지며 측쇄 및 말단에 광경화성 유기기를 가지는 10중량% 이상의 유기모노머 또는 유기올리고머와; 구형 입자형태로 이루어지며 표면에 광경화성 유기기가 치환된 20중량% 이하의 나노입자와; 광조사를 통해 상기 광경화성 유기기와 함께 광경화 반응을 개시하는 광개시제와; 양측 말단에 극성과 비극성의 양극성을 가지는 0.1 내지 3중량%의 분산제와; 액상으로 이루어진 0.1 내지 10중량%의 유동성제어제와; 탄화사슬 구조 또는 실록산 구조로 이루어지진 1 내지 15중량%의 부착증진제와; 0.1 내지 5중량%의 소포제를 포함하며, 상기 올리고실록산, 상기 유기모노머 또는 상기 유기올리고머, 상기 나노입자의 함량을 통해 점도를 제어하며, 광조사를 통해 각각이 가지는 상기 광경화성 유기기 간의 유기네트워크가 이루어지는 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재에 의해 달성된다.
여기서, 상기 광경화성 유기기는, 라디칼 광경화성 유기기 또는 양이온 광경화성 유기기인 것이 바람직하며, 상기 올리고실록산은 분자량이 300 내지 3,000이며, 상기 유기모노머 또는 상기 유기올리고머는 분자량이 100 내지 30,000인 것이 바람직하다.
상기 나노입자는, 유기나노입자, 무기산화물나노입자 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 1 내지 500nm 사이즈로 이루어진 것이 바람직하며, 이때 상기 유기나노입자는, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타아크릴레이트 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 무기나노입자는, 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 광개시제는 라디칼 광개시제 또는 양이온 광개시제이며, 상기 광경화성 유기기의 종류에 따라 상기 광개시제의 종류가 선택되는 것이 바람직하다.
상기 부착증진제는, 한쪽 말단 및 측쇄에는 광경화성 유기기를 포함하며, 다른쪽 말단 및 측쇄에는 하이드록시기, 카르복실엑시드기, 포스페이트기, 아민기, 에폭시기, 옥세탄기, 올레핀기, 우레탄기, 하이드록시기, 아크릴기, 메타아크릴기, 아릴기, 비닐기 우레탄기, 머캡토기, 카르복실엑시드기, 아민기, 올레핀기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하이브리드 절연소재는 표면레벨링제를 더 포함하며, 상기 표면레벨링제는 실리콘수지류, 실란류, 아크릴수지류, 메타아크릴수지류, 불소수지류 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 다양한 분자량 및 점도를 지니는 광경화성 유기소재와 유무기 하이브리드 올리고실록산 소재를 혼합하여 무용매 조건에서 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재의 점도를 제어할 수 있는 효과뿐만 아니라 혼합된 각각의 유기소재 및 올리고실록산 소재들이 지니는 내수성, 경도, 저수축성, 속경화성과 같은 특성 등을 유무기 하이브리드 소재에 추가하여 증진된 물성을 얻을 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재를 상세히 설명한다.
본 발명의 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머, 나노입자를 포함하며, 이를 통해 절연소재의 점도가 제어되므로 용매를 사용하지 않은 무용매 타입의 광경화성 무기 하이브리드 절연소재를 얻을 수 있다. 즉 유무기 하이브리드 절연소재의 적용 분야에 따라 높은 점도를 원할 경우에는 점도를 높게 제어하여 절연소재를 제조하며, 낮은 점도의 절연소재를 필요로 할 경우에 종래에는 용매를 혼합하여 점도를 낮췄지만 본 발명에서는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머, 나노입자의 혼합비 제어를 통해 무용매 타입의 점도 제어가 가능한 절연소재를 얻을 수 있다.
절연소재의 점도 제어를 위해 혼합되는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머, 나노입자 중 먼저, 올리고실록산의 경우 기본적으로 분자량이 큰 소재이기 때문에 올리고실록산의 함량을 증가시키게 되면 절연소재의 점도가 증가하게 된다. 유기모노머 또는 유기올리고머는 올리고실록산보다 분자량이 작은 경우 낮은 점도의 절연소재를 얻기에 적합하며, 유기올리고머의 분자량이 올리고실록산보다 클 경우에는 절연소재의 점도를 증가시킬 수 있다. 또한 나노입자는 함량이 증가할수록 점도가 증가하기 때문에 올리고실록산과 마찬가지로 높은 점도의 절연소재를 요구할 경우에 물성의 제어 범위 내에서 함량이 증가하게 된다. 다만, 광투과도가 요구되는 절연소재의 경우, 나노입자의 크기 및 함량을 요구되는 광투과도에 맞게 제어할 필요가 있다.
올리고실록산(oligosiloxane)은 실록산(siloxane)을 메인 구조로 가지며 측쇄 및 말단에는 기능성 유기기를 가진다. 여기서 기능성 유기기는 광경화성 유기기를 포함하며, 광경화성 유기기 이외에 다른 기능성 유기기를 더 포함할 수도 있다. 광경화성 유기기는 라디칼 광중합에 작용할 수 있는 라디칼 광경화성 유기기 또는 양이온 광중합에 작용할 수 있는 양이온 광경화성 유기기를 의미한다. 라디칼 광경화성 유기기는 탄소 이중결합을 포함하는 유기기로서, 아크릴기, 메타아크릴기, 비닐기, 아릴기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 양이온 광경화성 유기기는 사이클로알리파틱에폭시기, 글리시딜에폭시기, 에테르기, 사이클릭아세탈기, 사이클리포르말기, 사이클릭설파이드기, 락톤기, 락탐기, 옥세탄기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 여기서 기능성 유기기의 수는 최소 하나 이상이며, 다관능 유기기를 지닐 수 있다.
광경화성 유기기를 포함하면서 추가로 기능성 유기기를 포함하는 올리고실록산은 분자량(molecular weight)이 300 내지 3000인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 분자량의 제어 및 분자량이 각각 다른 올리고실록산의 혼합을 통해 하이브리드 절연소재의 점도를 다양하게 제어 가능하다. 올리고실록산은 분자량 300미만으로는 형성하기 힘들며, 분자량이 3000을 초과할 경우 점도가 매우 높아 절연소재를 형성하기 위해 혼합시 다른 성분들과 균일한 혼합이 이루어지지 않으며 점도 제어를 용이하게 할 수 없기 때문에 올리고실록산의 분자량은 300 내지 3000인 것이 바람직하다.
올리고실록산은 전체 조성물 100중량%에 대해 10중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 이는 절연소재 중 유기모노머 또는 유기올리고머와 함께 올리고실록산이 베이스 성분에 해당하기 때문에 다른 성분과 원활한 혼합을 위해서는 전체 조성물 중 10중량% 이상 포함되는 것이 바람직하며, 요구 물성에 따라 50중량% 이상 포함될 수도 있다. 또한 올리고실록산은 광경화성 유기기뿐만 아니라 다른 유기 치환기를 추가로 함유할 수 있는데, 여기서 유기 치환기는 알킬기, 퍼플루오르알킬기, 하이드록시기, 카르복실엑시드기 등이 가능하나 이에 한정되지는 않는다.
유기모노머 또는 유기올리고머는 탄화사슬 구조를 메인구조로 가지며 측쇄 및 말단에 광경화성 유기기를 포함하는 구성으로, 분자량이 작을 경우에는 절연소재의 점도를 감소시킬 수 있으며, 분자량이 클 경우에는 절연소재의 점도를 증가시킬 수 있다. 특히 유기올리고머의 탄화사슬 메인구조로는 알리파틱우레탄기, 아로마틱우레탄기, 폴리에스테르기 등을 메인구조로 가질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 유기모노머 또는 유기올리고머에 포함되는 광경화성 유기기는 올리고실록산과 마찬가지로 라디칼 광경화성 유기기 또는 양이온 광경화성 유기기를 의미한다. 여기서 유기기는 올리고실록산이 라디칼 광경화성 유기기를 포함할 경우에는 동일하게 라디칼 광경화성 유기기를 포함하는 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 이와 반대의 경우도 마찬가지이다. 이는 절연소재를 도포한 후 광경화를 시킬 경우 각각 상이한 유기기를 포함할 경우에는 완전한 광경화를 위한 긴 광조사 시간의 요구와 같은 광경화 공정의 효율이 떨어질 수도 있기 때문이다. 이러한 라디칼 광경화성 유기기의 종류 및 양이온 광경화성 유기기의 종류는 올리고실록산과 동일하게 적용 가능하다. 또한, 여기서 유기모노머 및 유기올리고머가 지니고 있는 기능성 유기기의 수는 최소 하나 이상이며, 다관능 유기기를 지닐 수 있다.
유기모노머 또는 유기올리고머의 분자량은 100 내지 30,000인 것이 바람직하며, 분자량이 100에 가까울수록 이를 혼합할 경우 절연소재의 점도를 감소시킬 수 있고 분자량이 30,000에 가까운 유기올리고머를 사용할 경우 절연소재의 점도를 증가시킬 수 있기 때문에 필요한 절연소재의 점도에 따라 적절하게 양을 조절 가능하다. 이러한 유기모노머 또는 유기올리고머는 조성물 전체 100중량% 중 10중량% 이상, 바람직하게는 50중량% 이상으로 포함될 수 있으며 요구물성에 따라 그 범위를 조절할 수 있다. 유기모노머 또는 유기올리고머가 10중량% 미만일 경우 절연소재의 점도를 제대로 제어할 수 없으며, 유기소재의 분자량 및 분자량이 다른 유기소재의 몇종을 함께 사용함으로써 점도 제어 또한 가능하다.
구형 입자형태를 지니는 나노입자는, 유기나노입자, 무기산화물나노입자 또는 이들의 혼합물을 의미하며, 입자의 표면에 광경화성 유기기가 치환된다. 이 중 유기나노입자는 마찬가지로 탄화사슬 구조를 메인구조로 가진다. 유기나노입자의 종류로는 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타아크릴레이트 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택 가능하나 이에 한정되지는 않는다. 또한 유기나노입자의 입자 사이즈는 1 내지 500nm 사이즈를 사용할 수 있는데, 1nm 미만으로 유기나노입자를 제조하기는 거의 불가능하며 500nm를 초과할 경우 절연소재를 도포시 표면이 균일하지 못하고 유기나노입자가 돌출되어 외관상 미려하지 못하다는 단점이 있다.
유기나노입자의 적정 함량은 조성물의 전체 무게 질량비에서 0 내지 20중량% 범위로 혼합되는 것이 바람직한데, 즉 유기나노입자는 경우에 따라서 첨가하지 않을 수 있으며 첨가될 경우 20중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 첨가량은 10중량% 이하이다. 유기나노입자는 고분자에 해당하기 때문에 함량이 증가할수록 절연소재의 점도가 증가하기 때문에 함량 제어를 통해 점도를 제어할 수 있다. 뿐만 아니라 경화 후 수축을 줄여주고 표면의 평탄도를 향상시키는 역할을 수행한다. 이러한 유기나노입자는 사이즈 제어 및 이종 사이즈 입자의 혼합 사용을 통한 코팅막 및 구조체의 기계적 물성 증진 및 치수 안정성에 기여하는 역할을 기대할 수 있다.
무기산화물나노입자는 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 입자 사이즈는 유기나노입자와 마찬가지로 1 내지 500nm로 이루어지는 것이 바람직하다. 무기산화물나노입자는 조성물 전체 100중량% 중 0 내지 20중량% 범위로 함유하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10중량% 내외로 존재할 수 있다. 무기산화물나노입자는 함량 제어를 통해 점도를 제어할 수 있을 뿐 아니라 유기입자와 마찬가지로 경화 후 수축을 줄여주고 표면의 평탄도 향상 및 기계적 물성을 증진시키는 역할을 하게 된다.
올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머의 구성만으로 점도제어 및 수축방지 기능이 충분하지 못할 경우 유기나노입자 및 무기산화물나노입자가 추가된다. 광조사시 발생하는 수축 문제는 실록산 네트워크를 보다 강화하면서 구조의 치밀도를 높이게 되어 상당 부분 수축을 방지할 수 있다. 하지만 보다 높은 코팅막 또는 구조체의 치수안정성을 위해서는 유기나노입자 또는 무기산화물나노입자를 주성분에 추가, 혼합함으로써 광조사시 및 경화시 발생하는 변형을 유기 또는 무기나노입자들이 버팀목 역할을 함으로써 변형을 방지할 수 있다. 그러므로 코팅막의 표면 변화를 최소화할 수 있고, 코팅막 및 형성된 구조체의 치수안정성에 기여할 수 있다. 하지만 입자의 사이즈를 너무 크게 한다든지 또는 너무 많은 함량을 적용할 시에는 수축방지와 같은 기계적인 물성은 증대할 수 있으나 광학적 투과도가 저하될 수 있다. 따라서 함량 제어와 혼합할 유무기 나노입자의 크기제어가 반드시 필요하게 된다. 추가적으로 이러한 나노입자의 혼합은 혼합된 구성용액의 점도를 증가시킬 수 있으므로 공정상 점도증가가 필요할 때 점증제의 역할을 할 수 있다. 하지만 앞서 언급하였듯이 이종 나노입자의 메트릭스 소재 분산은 서로 다른 표면에너지 차이에 의해 응집 및 침전과 같은 문제점을 일차적으로 야기하게 되고, 그런 문제점으로 인해 코팅막의 광학적 투하도 저하 문제 및 코팅막의 표면 결함 원인이 될 수 있으므로 점도 제어 및 수축방지 기능을 지니는 유무기 나노입자의 균일한 분산이 반드시 필요하다. 이러한 균일 분산을 위해서는 분산제가 반드시 필요하게 된다.
광경화성 유무기 하이브리드 절연소재에는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머, 나노입자뿐만 아니라 광개시제, 분산제, 유동성제어제, 소포제 및 부착증진제를 더 포함하여야 한다. 여기서 광개시제는 라디칼 광개시제 또는 양이온성 광개시제가 혼합되는데, 이는 광경화성 유기기의 종류에 따라 상기 광개시제의 종류가 선택된다. 즉 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머, 나노입자가 가지는 광경화성 유기기와 동일하게 선택된다.
라디칼 광개시제는 광조사를 통해 단량체 존재 하에서 라디칼을 생성하는 광개시제를 말하며, 자외선과 같은 광에 의해 화학결합이 약한 부분의 결합이 끊어져서 라디칼이 형성된다. 형성된 라디칼은 광경화성 유기기와 함께 광경화 반응을 개시하는 역할을 할 수 있다. 라디칼 광개시제의 함량은 광경화성 유기기를 지니는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머의 함량을 100중량%로 하여 1 내지 5중량% 적용하는 것이 바람직하다. 라디칼 광개시제가 1중량% 미만일 경우 광조사를 하여 광경화가 이루어지는 데 많은 시간이 걸리며, 5중량%를 초과할 경우 너무 빠른 시간 내에 광경화가 이루어져 내부는 광경화가 이루어지지 않은 상태에서 외부만 광경화가 이루어지는 문제점이 생길 수 있다.
이러한 라디칼 광개시제는, 아세토페논, 아니소인, 안트라퀴논, 안트라퀴논설폰엑시드, 벤질, 트리카르보닐크로뮴, 벤조인, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소부틸에테르, 벤조인메틸에테르, 벤조페논, 벤조페논-하이드록시사이클로헥실페닌케논, 벤조일바이페닐, 벤조페논테트라카르복실릭다이언하이드라이드, 벤질다이메틸아미노모포리노부티로페논, 비스다이에틸아미노벤조페논, 벤질다이메틸케톤, 다이메틸벤질, 다이메틸벤조페논, 다이페닐포스파인옥사이드-하이드록시메톡시프로피오페논, 에톡시아세토페논 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
라디칼 광경화성 유기기를 포함하는 올리고실록산은 다음과 같은 작용을 통해 광경화가 이루어지게 된다. 올리고실록산을 포함하는 절연소재를 합성하는 과정에서 충분한 축합반응을 통해 Si-O-Si(실록산) 네트워크를 형성하게 되고, 광경화가 가능한 라디칼 광경화성 유기기가 실록산 네트워크 상에서 실리콘(Si)의 4배위 중 한 배위를 차지하면서 실록산 네트워크 메인구조에 측쇄 등에 라디칼 광경화성 유기기를 함유하고 있게 된다. 여기에 같은 라디칼 광경화성 유기기가 포함된 유기모노머 및 유기올리고머를 함께 혼합하므로 용액반응에서 형성된 실록산 네트워크 뿐 아니라 광조사를 통해 유기네트워크 구조를 함께 이룰 수 있으므로 실록산 무기구조와 라디칼 광경화성 유기기의 유기네트워크를 또한 동시에 형성할 수 있다. 여기서 라디칼 광경화성 유기기의 유기가교를 촉진하여 전체적인 유기네트워크 반응을 진행하게 되고, 광조사를 통해 충분히 유기네트워크가 진행된다. 최종적으로 하이브리드 절연소재의 화학적 구조는 실록산 소재의 용액 합성을 통해 이루어진 실록산 무기네트워크 구조와 광조사를 통해 라디칼 광경화성 유기기의 충분한 유기네트워크 구조의 형성을 통해 유무기 화학구조를 함께 형성할 수 있다. 하지만 올리고실록산 주성분만으로 이루어진 절연소재의 경우 광경화시 발생하는 수축문제, 기판과의 보다 치밀한 부착, 그와 관련한 내화학성 증진 등의 보완이 필요하며, 공정 상에서도 어떤 공정을 적용하느냐에 따라 용액의 점도 제어가 필요하기에 올리고실록산 주성분의 분자량 제어를 추가로 하거나 또는 분자량이 다른 주성분의 혼합을 통해 다양한 점도를 지니는 성분을 구성할 수 있다. 추가적으로, 광조사를 통한 유기네트워크 반응에서 각기 다른 분자량을 지니는 유기모노머 및 유기올리고머의 혼합을 통해 보다 치밀한 유기네트워크의 구조 확립과 올리고실록산과 유기모노머 또는 유기올리고머의 광조사를 통한 광유기기들의 화학적인 구조를 형성할 수 있다. 이러한 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머와 같은 주성분들의 분자량 제어를 통한 점도 제어뿐 아니라 각기 다른 특성과 분자량을 지니는 주성분의 혼합을 통해 공정 및 적용품에서 요구되는 내수성, 경도, 저수축성, 내화학성, 속경화성 등 물성들의 보완 효과를 가져올 수 있다. 또한, 서로 다른 이종재료 간의 분산을 용이하게 하기 위한 기능성 첨가소재가 요구되어진다.
양이온 광개시제는 유기양이온으로 구성되어 있는 이온화합물로 무기음이온을 쌍이온으로 가지는 개시제이다. 광조사를 통해 단량체 존재 하에서 유기양이온과 무기음이온을 생성하는 화합물을 말하여 자외선과 같은 광에 의해 화합결합이 약한 부분의 결합이 분해되어 양이온과 음이온이 형성된다. 형성된 이온은 양이온 광경화 반응을 개시 및 성장하는 역할을 할 수 있는데, 양이온을 통해 광경화시 수축률을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이러한 양이온 광개시제는, 방향족 디아조늄염 계열, 방향족 요오드늄염 계열, 메탈로센계 화합물류, 유기금속염 계열, 유기실란 계열, 방향족 술포늄염 계열, 디아릴이오도늄염 계열, 트리아릴설포늄염 계열, 오니윰염 계열, 잠재성 황산 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 양이온 광개시제의 함량은 광경화성 유기기를 지니는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머의 함량을 100중량%로 하여 0.1 내지 10중량% 적용하는 것이 바람직하다. 양이온 광개시제가 0.1중량% 미만일 경우 광조사를 하여 광경화가 이루어지는 데 많은 시간이 걸리며, 10중량%를 초과할 경우 너무 빠른 시간 내에 광경화가 이루어져 내부는 광경화가 이루어지지 않은 상태에서 외부만 광경화가 이루어지는 문제점이 생길 수 있다.
양이온 광개시제의 경우에도 라디칼 광개시제와 마찬가지로 올리고실록산 용액 합성을 통해 이루어진 실록산 무기네트워크 구조와 광조사를 통해 양이온 광경화 유기기의 충분한 유기네트워크 구조 형성을 통해 유무기 화학구조를 형성할 수 있다. 특히 양이온 광경화가 가능한 주성분으로 이루어진 절연소재의 경우 라디칼 광경화에 비해서 광가교시 발생하는 수축을 줄일 수 있다.
분산제는 나노입자, 무기산화물나노입자, 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머의 분산을 용이하게 하는 구성으로, 분산제의 종류로는 양측 말단에 극성과 비극성의 양극성을 가지는 유기고분자류, 실란류, 양극성 유기단분자 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이러한 분산제는 전체 조성물 100중량% 중 0.1 내지 3중량%를 적용할 수 있으며, 바람직하게는 1중량% 내외를 적용할 수 있다.
유동성제어제는 액상으로 이루어져 추가적으로 점도를 제어가능하도록 포함되며, 점도 및 유동성을 제어함으로써 습식 공정성 향상, 흐름성 제어, 저장 안정성 증진뿐만 아니라 도막의 두께를 제어하는 역할을 수행한다. 유동성제어제의 종류로는, 폴리카르복실릭엑시드아마이드류, 폴리하이드록시카르복실릭엑시드아마이드류, 폴리하이드록시카르복실릭엑시드 에스터류, 변성우레아류, 우레아 변성 폴리우레탄류, 폴리아마이드류 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한 유동성제어제는 전체 조성물 100중량% 중 0.1 내지 10중량%를 적용할 수 있으며, 바람직하게는 5% 내외를 적용할 수 있다. 유동성제어제가 0.1중량% 미만일 경우 절연소재의 점도를 미세하게 조절하기 용이하지 못하며, 10중량%를 초과할 경우 액상의 유동성제어제에 의해 광경화가 제대로 이루어지지 않는다는 단점이 있다.
소포제는 하이브리드 절연소재에 포함된 성분들이 혼합됨에 의해 유발될 수 있는 기포를 제거하기 위해 첨가되는 성분으로, 습식 공정성 향상, 도막 결함 제어 및 외관 향상 등의 효과를 볼 수 있다. 소포제의 종류로는 실리콘류와 비실리콘류로 나눌 수 있는데, 실리콘류는 폴리실리콘류이며, 비실리콘류는 아크릴수지류, 불소-아크릴수지류, 불소수지류 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택 가능하다. 이러한 소포제는 전체 조성물 100중량% 중 0.1 내지 5중량%, 바람직하게는 3중량% 첨가될 수 있다. 소포제가 0.1중량% 미만일 경우 기포를 충분히 제거하지 못하며, 5중량%를 초과할 경우 성분들 간에 균일한 분산을 방해할 수 있기 때문에 적절하지 못하다.
본 발명의 하이브리드 절연소재는 부착증진제 및 표면레벨링제를 추가로 함께 혼합할 수도 있다. 이 중 부착증진제는 탄화사슬 구조 또는 실록산 구조를 메인구조로 하면서 양이온 및 라디칼 중합이 가능한 기능기를 한쪽 말단 및 측쇄에 보유하고, 다른쪽 말단 및 측쇄에 하이드록시기, 카르복실엑시드기, 포스페이트기, 아민기, 에폭시기, 옥세탄기, 올레핀기, 우레탄기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또는 하이드록시기, 아크릴기, 메타아크릴기, 아릴기, 비닐기 우레탄기, 머캡토기, 카르복실엑시드기, 아민기, 올레핀기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기를 포함하는 유기 실란이 부착증진제 역할을 할 수도 있다. 이러한 부착증진제의 함량은 전체 조성물 100중량% 중 1 내지 15중량% 혼합되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5중량% 내외가 적당하다.
올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머, 나노입자로 이루어진 소재에서는 기판과의 공유결합 또는 수소결합을 통해 화학적인 결합을 이룰만한 반응 사이트가 부족할 경우 기판과의 화학적 결합과 매트릭스 소재와의 가교를 동시에 증진할 수 있는 부착증진제가 요구된다. 부착증진제를 통해 금속, 유리, 전극, 필름 등과 같은 다양한 기판 및 소재에 부착력을 향상시키고, 광경화성 유기기를 가지는 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기올리고머와의 화학적 가교 증진을 통해 광경화 후의 하이브리드 소재 코팅막 및 하이브리드 소재의 부착력을 포함한 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
표면레벨링제는 무용매 타입의 하이브리드 절연소재의 표면에너지 제어를 통해 절연소재의 흐름성 제어, 핀홀과 같은 결함 제어, 습식 공정성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 표면레벨링제의 종류로는 실리콘수지류, 실란류, 아크릴수지류, 메타아크릴수지류, 불소수지류 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택 가능하나 이에 한정되지는 않는다. 또한 표면레벨링제의 함량은 전체 조성물 100중량% 중 0.1 내지 15중량%, 바람직하게는 5중량% 내외를 함유할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 좀 더 상세히 설명한다.
<실시예 1>
실시예 1은 라디칼 광경화형 방식을 이용하는 것으로, 광경화성 유기기인 메타아크릴기를 지니는 메타아크릴록시프로필트리메톡시실란과 촉매인 암모늄하이드록사이드를 이용하여 광경화성 메타아크릴 실록산을 제조한다. 이때 촉매의 농도와 반응시간을 포함한 반응 변수를 제어하여 분자량을 제어할 수 있다. 제조된 실록산의 분자량은 각각 대략적으로 300 및 1500이며, 촉매 농도 증대와 반응 시간을 증가시켜 분자량은 최대 3,000까지 제어할 수 있다. 이러한 분자량 제어는 습식재료의 중요한 공정변수인 용액의 점도를 제어할 수 있다. 또한 분자량 제어를 통해 최종적인 경화 후 절연소재의 기계적 및 화학적 물성을 증진시킬 수 있다. 본 실시예 1에서는 분자량 300과 1500을 지니는 광경화형 메타아크릴 실록산을 제조하여 투명 하이브리드 절연소재의 주요구성 소재로 활용하였고, 함량은 전체 조성물 100중량% 중 분자량 300인 실록산은 50중량%, 분자량 1500인 실록산은 20중량%으로 각각 포함하여 혼합된다.
다음으로 혼합된 혼합 실록산에 광경화성 메타아크릴 유기기를 지니는 분자량 100 정도의 유기 모노머를 전체 조성물 100중량% 중 10중량%를 혼합하고, 추가적으로 50nm 사이즈를 가지는 폴리스티렌 나노유기입자를 실록산과 유기모노머가 혼합된 용액에 전체 조성물 100중량% 중 10중량%를 적용하여 함께 혼합한다. 이러한 구성 소재들의 혼합 방법은 고점도 진공 혼합 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 투명한 용액을 수득한다. 50nm 사이즈를 가지는 폴리스티렌 나노유기입자는 스티렌모노머, 반응용매인 물, 아세톤과 양이온성 개시제인 AIBA(2,2'-azobis(2-methylpropionamidine), 가교제인 DVB(divinyl benzene)를 이용하여 70℃에서 24시간 동안 반응을 통해 중합 제조한다. 중합 제조된 폴리스티렌 유기나노입자는 원심분리 및 용매 건조과정을 통해 최종적으로 폴리스티렌 나노유기입자로 제조된다.
혼합 실록산, 유기 모노머 및 나노유기입자를 포함하는 혼합액에 광경화를 위한 광개시제로 벤질다이메틸케톤(BDK)을 3중량% 혼합하고, 추가적으로 인산계 부착증진제를 5중량% 혼합하였으며, 실리콘계 표면레벨링제, 양극성 이서형 고분자 분산제, 폴리카르복실릭엑시드(poly carboxylic acid) 아마이드계 유동성 제어제 및 실리콘계 소포제를 각각 0.5중량% 혼합하여 최종적으로 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재를 제조한다. 이때 하이브리드 절연소재의 혼합은 고점도 진공 교반 혼합기를 이용하여 투명하고 균일하게 혼합된 절연소재를 획득할 수 있다.
다음 표 1을 통해서도 알 수 있듯이 수득한 하이브리드 절연소재의 점도는 500cp를 나타내며, 이는 혼합된 소재의 분자량, 함량 또는 입도를 제어함으로써 점도를 다양하게 제어 가능하다. 제조된 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재는 10cm×10cm 크기를 지니는 유리 및 금속 기판에 10㎛ 내외의 두께를 지니도록 바코팅(bar coating)을 통해 코팅막을 제조한다. 제조된 코팅막은 Hg UV lamp(100mW/㎠)를 이용하여 광조사량 3000mJ/㎠을 조사하여 최종적으로 광경화된 투명 하이브리드 절연소재막을 제조한다. 제조된 투명 하이브리드 절연소재막의 투과도, 접착력, 크랙 유무 및 유기용매에 대한 내화학성을 확인한 결과 실시예 표에서 나타낸 바와 같이 우수한 물성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 물성은 혼합된 구성소재의 혼합비율 및 적용소재의 종류에 따라서 물성의 차이가 발생할 수 있으므로, 각각 구성소재의 선택 및 배합비율의 결정이 물성 제어 및 증진에 매우 중요한 요소이다.
이와 같이 라디칼 광경화형 방식인 실시예 1에 따른 실험 결과를 표 1 및 표 2를 통해 나타낸다. 여기서 경화도는 경화 후 끈적거림 유무를 확인하는 것으로, ◎: 매우우수, ○: 우수, △: 미흡, X: 불량으로 표시된다. 또한 측정하는 방법에 있어 점도는 Brookfield 점도계, 투과도는 UV-Vis Spectroscopy (Coatings on quartz glass), 접착력은 ASTM D3359-97 규격 (Cross-Cut Tape Test, glass substrate)을 통해 측정된다. 크랙유무의 경우에는 코팅막의 경화 후 육안관찰 및 OEM 관찰을 통해 측정되며, 내화학성의 경우 DI water, 알콜류, 중극성 셀루솔브류, 무극성 케톤류 적용. 각 용매에 코팅막을 완전히 담근 후 7일 뒤 코팅막의 크랙, swelling, 분해 등을 육안 및 OEM 관찰을 통해 측정되며, ◎: 매우우수, ○: 우수, △: 미흡, X: 불량으로 표시된다.
다음 표 1 및 표 2에 기재된 내용 중 실록산은 광경화성 메타아크릴 실록산(UV curable mathacryl siloxane)이며, 모노머는 광경화성 메타아크릴 모노머(UV methacryl monomer)이고, 올리고머는 광경화성 알리파틱 우레탄 아크릴 올리고머(UV curable aliphatic urethane acryl oligomer)를 의미한다.
실시예
1		 실시예
1-1		 실시예
1-2		 실시예
1-3		 실시예
1-4		 실시예
1-5		 실시예
1-6
실록산
(MW:300)		 50 50 50 50 50 50 50
실록산
(MW:1500)		 20 20 20 20 20 20 20
실록산
(MW:3000)		 - - - - - - -
모노머
(MW:100)		 10 15 20 5 - 15 10
올리고머
(MW:1000)		 - - - 5 5 - -
올리고머
(MW:2000)		 - - - - 5 - -
PS
나노입자		 10 5 - 10 10 10 10
광개시제
(BDK)		 3 3 3 3 3 3 3
부착
촉진제		 5 5 5 5 5 - 5.5
표면
레벨링제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
분산제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 -
유동성
제어제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
소포제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
광조사량
(3,000mJ/㎠)		 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
경화도 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ X
점도(cp) ~500 ~400 ~200 ~650 ~1,500 ~600 ~600
투과도(%) 91 91 91 91 91 91 88
접착력(B) 5 5 5 5 5 2 -
크랙
(O:유,
X:무)		 X X X X X X X
내화학성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6
실록산
(MW:300)		 30 - - - -
실록산
(MW:1500)		 20 20 20 70 -
실록산
(MW:3000)		 20 50 50 - 70
모노머
(MW:100)		 10 10 10 - 10
올리고머
(MW:1000)		 - 5 5 - -
올리고머
(MW:2000)		 - - 5 10 -
PS
나노입자		 10 5 - 10 10
광개시제
(BDK)		 3 3 3 3 3
부착
촉진제		 5 5 5 5 5
표면
레벨링제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
분산제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
유동성
제어제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
소포제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
광조사량
(3000mJ/㎠)		 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
경화도 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
점도(cp) ~5,000 ~20,000 ~25,000 ~15,000 ~25,000
투과도(%) 91 91 91 91 91
접착력(B) 5 5 5 5 5
크랙
(O:유,
X:무)		 X X X X X
내화학성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
<실시예 7>
실시예 7은 양이온 광경화형 방식을 이용한 것으로, 양이온 광경화가 가능한 유기기인 사이클로알리파틱에폭시기를 가지는 에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란과 촉매인 암모늄하이드록사이드를 이용하여 광경화형 에폭시사이클로알리파틱 실록산을 제조한다. 여기서 촉매의 농도와 반응시간을 포함한 반응 변수를 제어하여 분자량을 제어할 수 있다. 제조된 실록산의 분자량은 각각 대략적으로 500, 2,000 및 3,000이었으며, 촉매 농도 증대와 반응시간을 증가시켜 분자량을 최대 3,000까지 제어할 수 있다. 이러한 분자량 제어는 습식재료의 중요한 공정변수인 용액의 점도를 제어할 수 있다. 또한 분자량 제어를 통해 최종적인 경화 후 재료의 기계적 및 화학적 물성을 증진할 수 있다. 본 실시예 7에서는 분자량 500, 2,000 및 3,000을 지니는 양이온 광경화형 에폭시사이클로알리파틱 실록산 소재를 제조하여 투명 하이브리드 절연소재의 주요구성소재로 활용하고, 함량은 전체 조성물 100중량% 구성 대비 분자량 500을 지니는 실록산은 30중량%, 분자량 2,000을 지니는 실록산은 20중량%, 분자량 3,000을 지니는 실록산은 20중량%가 함께 혼합된다.
다음으로 혼합된 실록산 소재에 양이온 광경화형 에폭시사이클로알리파틱 유기기를 지니는 분자량 250 정도의 유기 모노머를 전체 조성물 100중량% 대비 10중량%를 혼합하고, 추가적으로 50nm 사이즈를 지니는 폴리스티렌 나노유기입자를 실록산과 유기모노머가 혼합된 용액에 전체 조성물 100중량% 대비 10중량%를 적용하여 함께 혼합한다. 이러한 구성소재들의 혼합 방법은 고점도 진공 혼합 믹서를 이용하여 균일하게 혼합된 투명한 용액을 수득한다. 50nm 사이즈를 지니는 폴리스티렌 나노유기입자는 스티렌 모노머, 반응용매인 물, 아세톤과 양이온성 개시제인 AIBA(2,2'-azobis(2-methylpropionamidine), 가교제인 DVB(divinyl benzene)를 이용하여 70℃에서 24시간 동안 반응을 통해 중합 제조한다. 중합 제조된 폴리스티렌 유기나노입자는 원심분리 및 용매 건조과정을 통해 최종적으로 폴리스티렌 나노유기입자로 제조된다.
실록산, 유기모노머 및 나노입자 혼합용액에 광경화를 위한 양이온 개시제 이오듐계 상용 개시제인 CD1012를 3중량% 혼합하며, 추가적으로 하이드록시기와 양이온 광중합이 가능한 에폭시기가 포함된 올리고실록산과 옥세탄기를 지니는 유기모노머를 각각 2.5중량%씩 부착증진을 위해 총 5중량%를 혼합하고, 실리콘계 표면레벨링제, 양극성 이서형 고분자 분산제, 폴리카르복실릭엑시드 아미드계 유동성 제어제 및 실리콘계 소포제를 각각 0.5중량% 혼합하여 최종적으로 양이온 광경화형 무용제 점도 제어가능 투명 하이브리드 절연소재를 제조한다.
다양한 구성소재의 혼합은 고점도 진공 교반 혼합기를 이용하여 투명한 균일 용액을 수득할 수 있다. 실시예를 통한 표 3에도 나타나듯이 수득한 절연소재의 점도는 9,000cp를 나타내고, 혼합된 절연소재의 분자량, 함량 및 입도를 제어함으로써 점도를 다양하게 제어 가능하다. 제조된 양이온성 광경화형 투명 하이브리드 절연소재는 10cm×10cm 크기를 지니는 유리 및 금속 기판에 10㎛ 내외의 두께를 지니도록 바코팅을 통해 코팅막을 제조한다. 제조된 코팅막은 Hg UV lamp(100mW/㎠)를 이용하여 광조사량 3000mJ/㎠을 조사하여 최종적으로 광경화된 투명 하이브리드 절연소재막을 제조한다. 제조된 투명 하이브리드 절연소재막의 투과도, 접착력, 크랙 유무 및 유기용매에 대한 내화학성을 확인한 결과 실시예 표에서 나타낸 바와 같이 우수한 물성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 물성은 혼합된 구성소재의 혼합비율 및 적용소재의 종류에 따라서 물성의 차이가 발생할 수 있으므로, 각각 구성소재의 선택 및 배합비율의 결정이 물성 제어 및 증진에 매우 중요한 요소이다.
다음 표 3에 기재된 내용 중 실록산은 광경화성 사이클로알리파틱에폭시 실록산(UV curable cyclo-aliphatic epoxy siloxane)이며, 모노머는 광경화성 사이클로알리파틱에폭시 모노머(UV cyclo-aliphatic epoxy monomer)를 의미한다.
실시예
7		 실시예
8		 실시예
9		 실시예
10		 실시예
11
실록산
(MW:500)		 30 - - - -
실록산
(MW:2000)		 20 20 20 70 -
실록산
(MW:3000)		 20 50 50 - 70
모노머
(MW:250)		 10 15 20 10 10
PS
나노입자		 10 5 - 10 10
광개시제
(CD1012)		 3 3 3 3 3
부착
촉진제		 5 5 5 5 5
표면
레벨링제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
분산제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
유동성
제어제		 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
소포제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
광조사량
(3000mJ/㎠)		 3,000 3,000 3,000 3,000 3,000
경화도 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
점도(cp) ~9,000 ~20,000 ~20,000 ~15,000 ~45,000
투과도(%) 91 91 91 91 91
접착력(B) 5 5 5 5 5
크랙
(O:유,
X:무)		 X X X X X
내화학성 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
이와 같은 실시예를 통해 확인할 수 있듯이 종래기술과 같이 용매를 사용하지 않은 무용매 조건에서도 절연소재의 점도를 제어 가능하며, 특히 낮은 분자량의 올리고실록산의 함량이 많을수록 점도가 낮아지며 높은 분자량의 실록산의 함량이 많을수록 점도가 높아지는 것을 확인할 수 있다. 또한 유기모노머와 유기올리고머의 분자량 및 첨가량에 따라서도 점도 제어가 가능하며, 나노입자를 포함할 경우에도 점도가 증가하는 것을 확인 가능하다. 이와 같이 올리고실록산, 유기모노머 또는 유기 올리고머, 나노입자를 통해 넓은 범위의 점도를 미세하게 자유자제로 조절 가능하며, 제조된 절연소재는 용매를 사용하지 않기 때문에 용매를 사용하는 경우보다 경화도, 투과도, 접착력, 내화학성이 모두 우수하고 크랙이 형성되지 않는다는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재에 있어서,
    광경화성 유기기를 가지는 10중량% 이상의 올리고실록산과;
    탄화사슬 구조로 이루어지며 측쇄 및 말단에 광경화성 유기기를 가지는 10중량% 이상의 유기모노머 또는 유기올리고머와;
    구형 입자형태로 이루어지며 표면에 광경화성 유기기가 치환된 20중량% 이하의 나노입자와;
    광조사를 통해 상기 광경화성 유기기와 함께 광경화 반응을 개시하는 광개시제와;
    양측 말단에 극성과 비극성의 양극성을 가지는 0.1 내지 3중량%의 분산제와;
    액상으로 이루어진 0.1 내지 10중량%의 유동성제어제와;
    탄화사슬 구조 또는 실록산 구조로 이루어지진 1 내지 15중량%의 부착증진제와;
    0.1 내지 5중량%의 소포제를 포함하며,
    상기 올리고실록산, 상기 유기모노머 또는 상기 유기올리고머, 상기 나노입자의 함량을 통해 점도를 제어하며, 광조사를 통해 각각이 가지는 상기 광경화성 유기기 간의 유기네트워크가 이루어지는 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광경화성 유기기는, 라디칼 광경화성 유기기 또는 양이온 광경화성 유기기인 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 올리고실록산은 분자량이 300 내지 3,000인 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기모노머 또는 상기 유기올리고머는 분자량이 100 내지 30,000인 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 나노입자는, 유기나노입자, 무기산화물나노입자 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 1 내지 500nm 사이즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기나노입자는, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리메틸메타아크릴레이트 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
    상기 무기나노입자는, 실리카, 지르코니아, 알루미나, 티타니아 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광개시제는 라디칼 광개시제 또는 양이온 광개시제이며,
    상기 광경화성 유기기의 종류에 따라 상기 광개시제의 종류가 선택되는 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 부착증진제는, 한쪽 말단 및 측쇄에는 광경화성 유기기를 포함하며, 다른쪽 말단 및 측쇄에는 하이드록시기, 카르복실엑시드기, 포스페이트기, 아민기, 에폭시기, 옥세탄기, 올레핀기, 우레탄기, 하이드록시기, 아크릴기, 메타아크릴기, 아릴기, 비닐기 우레탄기, 머캡토기, 카르복실엑시드기, 아민기, 올레핀기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 하이브리드 절연소재는 표면레벨링제를 더 포함하며,
    상기 표면레벨링제는 실리콘수지류, 실란류, 아크릴수지류, 메타아크릴수지류, 불소수지류 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재.
KR1020170069201A 2017-06-02 2017-06-02 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 제조용 조성물 KR102269181B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170069201A KR102269181B1 (ko) 2017-06-02 2017-06-02 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 제조용 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170069201A KR102269181B1 (ko) 2017-06-02 2017-06-02 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 제조용 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180132366A true KR20180132366A (ko) 2018-12-12
KR102269181B1 KR102269181B1 (ko) 2021-06-23

Family

ID=64670078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170069201A KR102269181B1 (ko) 2017-06-02 2017-06-02 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재 제조용 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102269181B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101198316B1 (ko) 2009-11-16 2012-11-06 한국전기연구원 무용제형 실리카졸 및 그 제조방법
KR101454447B1 (ko) 2013-07-17 2014-10-24 한국전기연구원 내구성 및 절연성 향상을 위한 융복합 소재 제조방법
KR20160014971A (ko) 2014-07-30 2016-02-12 한국전기연구원 고투명, 내열성 및 절연성을 갖는 하이브리드 코팅소재의 제조방법
KR20170037227A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 한국전기연구원 내마모성, 부착성, 내열성 및 내부식성을 향상시킨 절연코팅제

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101198316B1 (ko) 2009-11-16 2012-11-06 한국전기연구원 무용제형 실리카졸 및 그 제조방법
KR101454447B1 (ko) 2013-07-17 2014-10-24 한국전기연구원 내구성 및 절연성 향상을 위한 융복합 소재 제조방법
KR20160014971A (ko) 2014-07-30 2016-02-12 한국전기연구원 고투명, 내열성 및 절연성을 갖는 하이브리드 코팅소재의 제조방법
KR20170037227A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 한국전기연구원 내마모성, 부착성, 내열성 및 내부식성을 향상시킨 절연코팅제

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. D. Soucek et. al., UV-Curable Vinyl Functionalized Siloxane Colloids, RADTECH REPORT MAY/JUNE 2007 1부.* *

Also Published As

Publication number Publication date
KR102269181B1 (ko) 2021-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mohseni et al. Influence of silane structure on curing behavior and surface properties of sol–gel based UV-curable organic–inorganic hybrid coatings
DE69601316T2 (de) Verfahren zur Herstellung organomodifizierter strahlungshärtbarer Silikonharze
CN102559038B (zh) 一种有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料及其制备方法
Wu et al. Preparation of epoxy/silica and epoxy/titania hybrid resists via a sol− gel process for nanoimprint lithography
KR101025003B1 (ko) 무기물나노졸의 표면제어를 통한 기능성 무기물후막의제조방법과 이에 의해 제조된 무기물후막
KR20070058665A (ko) 실리카 함유 실리콘 수지 조성물 및 그 성형체
CN112080241B (zh) 光固化胶粘剂及其制备方法和应用
Sadej et al. Silica/aluminum oxide hybrid as a filler for photocurable composites
JP2009102628A (ja) 紫外線硬化型コーティング用組成物およびその製造方法、並びにこれを被覆してなる樹脂被覆品
US7999026B2 (en) Reactive monomer-dispersed silica sol and production method thereof, and curable composition and cured article thereof
JPWO2008156032A1 (ja) 有機化粘土、その製造方法、及び有機化粘土を含む樹脂複合体
CN105504923B (zh) 一种快干型无溶剂涂料及其制备方法
Xu et al. Relationship between the adhesion properties of UV-curable alumina suspensions and the functionalities and structures of UV-curable acrylate monomers for DLP-based ceramic stereolithography
KR101906815B1 (ko) 무용매 타입의 열경화성 유무기 하이브리드 절연소재
DE60303885T2 (de) Photohärtbare Beschichtungszusammensetzung für harte Schutzschicht und beschichteter Gegenstand
KR20190019507A (ko) 3차원 프린터용 광경화 조성물
KR101606303B1 (ko) 광학재료용 수지 조성물
WO2014112610A1 (ja) 無機酸化物粒子含有シリコーン－アクリルハイブリッド樹脂組成物及びシート
KR20180132366A (ko) 무용매 타입의 광경화성 유무기 하이브리드 절연소재
JPWO2019193961A1 (ja) 樹脂組成物、およびこれを用いた立体造形物の製造方法、ならびに立体造形物
Nayinia et al. Rheological investigation of the gel time and shrinkage in hybrid organic/inorganic UV curable films
KR20200081820A (ko) 하드코팅용 수지 조성물, 이를 이용하여 제조된 실록산 수지 및 이의 경화물을 코팅층으로 포함하는 하드코팅 필름
CN111253883B (zh) 一种超快速光子固化导电胶及制备方法
Çakmakçı et al. UV-curable fluorine-containing hybrid coatings via thiol-ene “click” reaction and an in situ sol–gel method
KR102045325B1 (ko) 광학용 투명 필름에 적용 가능한 uv 속경화형 조성물 및 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant