KR20200079681A - 티타니아-모노머 분산액 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 티타니아-모노머 분산액의 제조방법으로서, 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계 및 광학용 모노머를 혼합하는 단계를 포함한다.

Description

티타니아-모노머 분산액 및 이의 제조방법{TITANIA-MONOMER DISPERSIONS AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 티타니아-모노머 분산액 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
광학적으로 투명한 고분자 재료는 낮은 비용과 양호한 가공성, 가시광 영역에서의 높은 투과율 때문에 광학적 코팅과 광전자 소재로 널리 사용되고 있다. 최근에는 고굴절의 투명한 소재가 광학 필터, 렌즈, reflector, optical waveguide, antireflection films, solar cell 및 light emitting diodes(LEDs)의 소재로 사용되고 있다. 그러나, 이러한 고분자는 굴절률(n)이 1.3~1.7으로 고분자 재료만을 사용하기 어렵기 때문에 고굴절률을 지니는 무기소재(n=1.5~2.7)를 고분자에 혼합하여 분산시키는 연구가 진행되고 있다.
고굴절 무기소재로 사용되는 물질은 TiO2(n=2.5~2.7), ZrO2(n=2.1~2.2), ZnO(n=2.0), SnO2(n=2.0), SiO2(n=1.5)와 같은 물질들이 일반적으로 사용되고 있다. 특히, TiO2는 높은 굴절률을 가지며, 독성이 없고, 가격이 저렴하기 때문에 가장 보편적으로 사용되고 있는 고굴절 무기소재이다. 그러나, TiO2는 필름으로 제조하는 경우에 노란색을 띠고 있으며, TiO2의 함량이 증가할수록 분산 정도를 나타내는 아베수(Abbe number)가 감소하기 때문에 상업적으로 사용하기 제한적이라는 단점을 가지고 있다. 특히, TiO2의 경우, 필름 제조시 황변 현상이 나타나고 이로 인해 디스플레이에 적용할 경우, 색감이 저하되고 시인성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 다른 고굴절 무기소재 ZnO, SnO2, SiO2등은 굴절률이 현저히 떨어지고, 가격이 비싸다는 단점을 갖는다.
또한, 고굴절 무기소재를 포함한 고분자 복합체를 제조하기 위해서는 높은 함량의 고굴절 무기소재를 포함하는 것이 필요하다. 일반적으로 고굴절 무기물 졸은 수용액 상에서 고굴절을 지니는 무기물 전구체에 촉매를 첨가하여 교반을 통해 제조하고 있으며, 이러한 고굴절의 졸은 상이 불안정하고 불투명도가 발생할 뿐만 아니라 고함량의 무기물을 첨가하기에도 어려움이 있으며, 이로 인해 균일한 막을 제조하기에 어려움이 있다.
티타니아(TiO2)는 최근, 광촉매 특성을 이용한 실내 공기질 개선, 도로 포장을 통한 질소 산화물 제거, 구조물의 광촉매 코팅, 그리고 병원 내 멸균 시스템 등과 같은 응용범위가 크게 증가하고 있지만, 황변도로 인하여 광학 필름 제조에 어려움이 있는 바, 티타니아의 높은 유전상수를 이용하되, 복합 입자를 합성하여 고굴절의 낮은 황변성 및 저점도를 가질 수 있는 광학 조성물에 대한 니즈가 증가하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 고굴절의 낮은 황변성 및 저점도를 갖는 티타니아-모노머 분산액을 제공하기 위함이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 티타니아-모노머 분산액의 제조방법은, 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계 및 광학용 모노머를 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광학용 모노머는, 아크릴레이트계 수지를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계는, 티타늄계 입자 및 지르코늄계 입자를 혼합한 후, 졸-겔 법, 수열법, 고상법 및 초임계법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 합성법에 의해 복합 입자를 합성하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계는, 합성된 티타니아 나노 복합 입자의 표면에 인산염계 표면 처리제를 혼합하여 표면 처리하는 단계, 비친수성 용매에 실란계 커플링제 및 분산제를 혼합하는 단계 및 상기 실란계 커플링제 및 분산제가 혼합된 혼합액에, 인산염계 표면 처리된 티타니아 나노 복합 입자를 첨가 및 분산시켜 티타니아 나노 복합 입자 분산액을 수득하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 인산염계 표면 처리제의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 0.1 몰% 내지 5.0 몰% 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 분산제의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 10 중량% 내지 20 중량% 이고, 인산염계 분산제를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비친수성 용매는, 테트라하이드로퓨란(THF)을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실란계 커플링제는, 상기 티타니아 나노 복합 입자 대비 5 중량% 내지 25 중량% 이고, 메타 아크릴기 실란을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실란계 커플링제 및 분산제의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 10 중량% 내지 35 중량% 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자의 50 % 누적치 평균 입경(D50)은, 1 nm 내지 500 nm 이고, 상기 티타니아 나노 복합 입자의 비표면적은 1 m2/g 내지 250 m2/g 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자는, 아나타제형 결정구조인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면의 일 실시예에 따른, 티타니아-모노머 분산액은, 분산제, 상기 분산제에 분산된 티타니아 나노 복합 입자 및 아크릴레이트계 수지를 포함하는 모노머를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아-모노머 분산액은 전술한 일 실시예의 티타니아-모노머 분산액의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아-모노머 분산액의 굴절률은 1.70 이상이고, 상기 티타니아-모노머 분산액의 점도는 1000 cPs 이하인 것일 수 있다.
본 발명은 티타니아-모노머 분산액의 제조방법으로서, 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계 및 광학용 모노머를 혼합하는 단계를 포함하는 고굴절 및 낮은 황변성을 갖는 분산액 조성물을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 티타니아 미립자에 지르코니아를 복합화하고, 그 표면에 인산염계 첨가제를 표면 처리한 금속 산화물 복합 입자를 포함하는 분산액를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타니아 나노 복합 입자의 회절도 및 입자 크기를 측정한 TEM이미지이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함하며, 보다 구체적으로, 구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어서, , 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 티타니아-모노머 분산액의 제조방법 및 이에 따른 분산액에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 티타니아-모노머 분산액의 제조방법은, 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계 및 광학용 모노머를 혼합하는 단계를 포함한다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아-모노머 분산액은 높은 굴절률 및 낮은 점도의 조성물을 갖는 무기 금속 산화물의 복합 입자를 포함하는 분산액으로서, 보다 구체적으로는 티타니아 미립자에 지르코니아를 복합화하고, 복합 입자의 표면에 인산염계를 표면 처리한 금속 산화물 복합 입자 조성물을 아크릴레이트계 수지 모노머를 포함하는 분산제에 분산시킨 분산액에 관한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아-모노머 분산액은 2종 이상의 고굴절 복합산화물 입자의 표면 상에 인산염계 표면 처리를 함으로써, 종래의 분산액 대비 굴절률이 1.7 이상, 점도가 1,000 cPs 이하인 특성을 갖는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아는 고유전체 물질로, 높은 유전상수를 가질 수 있으며, 높은 굴절률을 가지는 미립자일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계는, 티타니아 미립자뿐만 아니라 다른 무기 산화물 미립자를 유기 용매에 분산시켜서, 종래의 나노 입자 합성법에 의한 방법으로 합성시킨 것일 수 있다.
일 측에 따를 때 상기 유기 용매는, 티타니아 입자, 지르코니아 입자 등의 무기 산화물 미립자가 잘 분산되는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 알코올 등의 친유성 유기 용매일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광학용 모노머는, 아크릴레이트계 수지를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 광학용 모노머는, 광학 필름 등에 사용되는 UV 도료의 일 예이며, 자외선에 의해 광개시제가 활성화되어 올리고머와 모노머를 가교시켜 도막을 형성하는 것으로, 저온경화가 가능하고, 경화속도가 빠른 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
일 측에 따를 때, 상기 광학용 모노머는, 바람직하게는 아크릴레이트계 수지를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 메타아크릴레이트 모노머일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 광학용 모노머로서, 아크릴레이트계 수지는, 광학용 점착제로서 고투과율과 낮은 haze가 유지되는 것일 수 있으며, ITO에 대한 내부식성이 있는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 아크릴레이트계 수지는, 분자내 이중결합이 없는 포화탄화수소계 고분자로서 그 고유한 성질면에서 산화에 대한 저항성이 뛰어나므로 내후성이 우수한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 광학용 모노머는, 요구되는 필요 물성에 따라 고분자 조성을 변경하거나 특정 기능성을 지닌 관능기를 도입함으로써 쉽게 개질시킬 수 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계는, 티타늄계 입자 및 지르코늄계 입자를 혼합한 후, 졸-겔 법, 수열법, 고상법 및 초임계법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 합성법에 의해 복합 입자를 합성하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 졸-겔법에 의해 제조된 티타니아 나노 복합 입자는, 열적 안정성과 높은 굴절률 및 투과율을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계는, 합성된 티타니아 나노 복합 입자의 표면에 인산염계 표면 처리제를 혼합하여 표면 처리하는 단계, 비친수성 용매에 실란계 커플링제 및 분산제를 혼합하는 단계 및 상기 실란계 커플링제 및 분산제가 혼합된 혼합액에, 인산염계 표면 처리된 티타니아 나노 복합 입자를 첨가 및 분산시켜 티타니아 나노 복합 입자 분산액을 수득하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 인산염계 표면 처리제 및 실란계 커플링제는 티타니아 나노 복합 입자의 분산성의 확보를 위해 사용되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 인산염계 표면 처리제는 분산성 확보를 위한 산 조건을 충족하는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 유기산 또는 무기산일 수 있으며, 그 일 예로, 정인산나트륨, 피로인산나트륨, 피로인산칼륨, 트리폴리인산나트륨, 메타인산나트륨, 산성인산나트륨, 산성피로인산나트륨 및 올소인산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 실란계 커플링제는 유기 규소 화합물로서, 산 조건 하에서 상기 티타니아 나노 복합 입자의 분산성을 확보할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 그 일 예로, 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페닐디메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 디페닐디에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 부틸트리메톡시실란, 헥실트리메톡시실란, 데실트리메톡시실란, 부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 헥실트리에톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 데실트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 메틸-3,3,3-트리플루오로프로필디메톡시실란, 퍼플루오로옥틸에틸트리메톡시실란, 퍼플루오로옥틸에틸트리에톡시실란, 퍼플루오로옥틸에틸트리이소프로폭시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 디메틸메톡시히드록시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(β-메톡시에톡시)실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시메틸트리메톡시실란, γ-글리시독시메틸트리에톡시실란, γ-글리시독시에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시에틸트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, γ-(β-글리시독시에톡시)프로필트리메톡시실란, γ-(메타)아크릴로일옥시메틸트리메톡시실란, γ-(메타)아크릴로일옥시메틸트리에톡시실란, γ-(메타)아크릴로일옥시에틸트리메톡시실란, γ-(메타)아크릴로일옥시에틸트리에톡시실란, γ-(메타)아크릴로일옥시프로필트리메톡시실란, γ-(메타)아크릴로일옥시프로필트리에톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란, 메틸트리클로로실란 등일 수 있다.
일 측에 따를 때, 합성된 티타니아 나노 복합 입자의 표면에 인산염계 표면 처리제를 혼합하여 표면 처리하는 단계, 비친수성 용매에 실란계 커플링제 및 분산제를 혼합하는 단계 및 상기 실란계 커플링제 및 분산제가 혼합된 혼합액에, 인산염계 표면 처리된 티타니아 나노 복합 입자를 첨가 및 분산시켜 티타니아 나노 복합 입자 분산액을 수득하는 단계는 단계적으로 또는 동시에 수행되는 공정일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계는, 티타늄 입자 및 지르코늄 입자가 복합화된 티타니아 나노 복합 입자의 분산체를 산처리한 후 실란계 커플링제를 이용함으로써, 원료 분산체보다 높은 투명성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 인산염계 표면 처리제의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 0.1 몰% 내지 5.0 몰% 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기, 인산염계 표면 처리제가 0.1 몰% 미만일 경우, 산성이 미미해서 티타니아 나노 복합 입자의 분산성을 향상시키기 위한 표면 개질 효과가 떨어질 수 있으며, 5.0 몰%를 초과하는 경우에는, 과산성으로 인한 분산성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 분산제의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 10 중량% 내지 20 중량% 이고, 인산염계 분산제를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 함량 범위 내의 인산염계 분산제에 티타니아 나노 복합 입자를 분산시킬 경우, 실란계 커플링제와 시너지 효과를 내면서도, 티타니아 나노 복합 입자의 분산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 비친수성 용매는, 테트라하이드로퓨란(THF)을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 비친수성 용매는, 친유성 용매일 수 있으며, 그 일 예로, 메틸에틸케톤(MEK), 디에틸케톤, 메틸이소부틸케톤(MIBK), 메틸아밀케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 초산에틸, 초산부틸, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 아크릴산메틸, 메타크릴산메틸 등의 에스테르류, 디부틸에테르, 디옥산 등을, 탄화수소류로서는, n-헥산, 시클로헥산, 톨루엔, 크실렌, 솔벤트 나프타 등의 에테르류, 사염화탄소, 디클로로에탄, 클로로벤젠 등의 탄화수소류, 할로겐화탄소류, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등을카르복실산 아미드류일 수 있으며, 가장 바람직하게는 THF일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실란계 커플링제는, 상기 티타니아 나노 복합 입자 대비 5 중량% 내지 25 중량% 이고, 메타 아크릴기 실란을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 함량 범위 내의 실란계 커플링제는, 티타니아 나노 복합 입자의 표면을 개질시켜 분산성을 향상시키면서도, 굴절률을 유지시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 실란계 커플링제 및 분산제의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 10 중량% 내지 35 중량% 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자의 50 % 누적치 평균 입경(D50)은, 1 nm 내지 500 nm 이고, 상기 티타니아 나노 복합 입자의 비표면적은 1 m2/g 내지 250 m2/g 인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 1 nm 내지 500 nm의 평균 입경 및 1 m2/g 내지 250 m2/g 의 비표면적을 갖는 티타니아 나노 복합 입자는, 응집이 거이 없거나, 응집을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아 나노 복합 입자는, 아나타 제형 결정구조인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 아나타 제형은, 아나타아제 구조인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 아나타 제형은, 1 nm 내지 500 nm의 평균 입경 및 1 m2/g 내지 250 m2/g 의 비표면적을 가지면서, 다른 제형에 비하여 높은 굴절률을 가지고, 열처리시 결정립이 성장하여 분리된 결정립 구조 형성이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타니아 나노 복합 입자의 회절도 및 입자 크기를 측정한 SEM이미지이다.
도 1에 따를 때, 입자 크기는 1 nm 내지 500 nm의 평균 입경을 가지는 아나타 제형임을 확인할 수 있었으며, 티타니아 나노 복합 입자의 회절도가 단결정 입자보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 또 다른 측면의 일 실시예에 따른, 티타니아-모노머 분산액은, 분산제, 상기 분산제에 분산된 티타니아 나노 복합 입자 및 아크릴레이트계 수지를 포함하는 모노머를 포함한다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아-모노머 분산액은 2종 이상의 고굴절 복합산화물 입자의 표면 상에 인산염계 표면처리를 하여 굴절률 1.70 이상, 점도 1,000 cP 이하의 특성을 가지는 고굴절용 수지 조성물로서, 상기 고굴절 복합산화물은, 티타늄 입자 및 지르코늄 입자를 포함하는 티타니아 나노 복합 입자일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아 나노 복합 입자를 포함하는 고형분(powder)의 함량은, 상기 티타니아-모노머 분산액 대비 30 중량 % 내지 50 중량 %일 수 있으며, 30 중량 % 미만일 경우, 광학용 재료로서 요구되는 굴절률을 충족시키지 못하는 문제점이 발생할 수 있고, 50 중량%를 초과할 경우 투과율이 낮아지고, 점도의 증가 및 겔화 현상이 발생하여 후공정의 필름 제조 시 백탁 현상이 일어나거나, 분산성 및 상용성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아-모노머 분산액은 전술한 일 실시예의 티타니아-모노머 분산액의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 티타니아-모노머 분산액의 굴절률은 1.70 이상이고, 상기 티타니아-모노머 분산액의 점도는 1000 cPs 이하인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 티타니아-모노머 분산액의 점도가 1000 cPs를 초과할 경우, 분산액의 겔화 현상이 발생하고, 투과율 및 굴절률이 낮아지는 문제점이 발생할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 티타니아-모노머 분산액의 제조
250 mL 용량의 페인트 쉐이커용 용기에 50g의 테트라하이드로퓨란 (Tetrahydrofuran, THF)와 5g(12.5 함량%)의 커플링제로서 메타아크릴기 실란을 넣고 5g의 분산제를 넣었다.
상기 용액을 25℃의 온도 하에서 스터러바(stirrer bar)를 사용하여 5분간 혼합하였다.
이후, 상기 혼합액에 40g의 티타니아를 넣고, 25℃의 온도 하에서 스터러바를 사용하여 30분간 혼합액을 형성하였다.
이후, 상기 티타니아가 더 포함된 혼합액에 0.05 mm 비드 200g을 넣고 페인트 쉐이커를 이용하여 3시간 동안 분산하여 티타니아-THF 분산액을 얻었다.
이 때, 상기 비드는, 0.05 mm 크기의 지르코니아이다.
이후, 티타니아-THF 분산액과 아크릴레이트계 수지 모노머를 혼합하여 진공 감압하에 용매를 제거하여 43 wt%의 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
실시예 2.
상기 실시예 1에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란을 12.5 함량% 첨가한 대신 그 함량을 15 함량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
실시예 3.
상기 실시예 1에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란을 12.5 함량% 첨가한 대신 그 함량을 17 함량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
실시예 4.
상기 실시예 1에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란을 12.5 함량% 첨가한 대신 그 함량을 20 함량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
실시예 5.
상기 실시예 1에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란을 12.5 함량% 첨가한 대신 그 함량을 22.5 함량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
실시예 6.
상기 실시예 1에서 분산제로서 커플링제로서 메타아크릴기 실란을 12.5 함량% 대신 그 함량을 17.5 함량% 및 페인트 쉐이커 대신 비드밀을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다 .
비교예 1.
상기 실시예에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란 대신 비닐기 표면 처리제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
비교예 2.
상기 실시예에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란 대신 에폭시기를 갖는 실란 표면 처리제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
비교예 3.
상기 실시예에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란 대신 아민기를 갖는 실란 표면 처리제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
비교예 4.
상기 실시예에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란 대신 페닐기를 갖는 실란 표면 처리제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
비교예 5.
상기 실시예에서 커플링제로서 메타아크릴기 실란 대신 메틸기 표면 처리제를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 티타니아-모노머 분산액을 얻었다.
제조예 . 티타니아-모노머 분산액을 이용한 코팅 도료의 제조
상기 실시예1 내지 8 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 티타니아-모노머 분산액에 UV 광개시제 및 UV경화용 모노머와 혼합하여 스터러바를 이용하여 30 분간 혼합하여, 각각의 코팅 도료 및 이를 포함하는 광학 필름을 제조하였다.
그 각각의 결과물을 Bar coater를 이용하여 PET 필름 위해 코팅 후 UV 경화를 진행하여 Yellow Index (이하 Y.I)를 측정하였다.
하기의 표 1은 실시예1 및 비교예 1 내지 5에 따른 티타니아-모노머 분산액의 굴절률 1.7일 때의 점도 및 광학 필름의 Y.I를 나타낸다.
또한 하기의 표 2는 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 티타니아-모노머 분산액의 점도 및 광학 필름의 Y.I를 나타낸다.
하기의 표 3은 실시예 1 및 실시예 6 내지 8에 따른 티타니아-모노머 분산액의 점도 및 광학 필름의 Y.I를 나타낸다.
이 때 굴절계는 a-8000을 사용하였고 Y.I는 색차계를 이용하여 측정하였다
No 내용 첨가제 분산제 Y.I
재료 함량(%) 함량(%)
실시예 1 실란 재료 변경 메타아크릴기 실란 12.5 12.5 2.16
비교예 1 비닐기 표면 처리제 12.5 12.5 2.41
비교예 2 에폭시기 실란 12.5 12.5 2.59
비교예 3 아민기 실란 12.5 12.5 상용성X
비교예 4 페닐기 실란 12.5 12.5 2.61
비교예 5 메틸기 표면 처리제 12.5 12.5 2.76
No 실란 함량(%) Y.I 점도
실시예 1 12.5 2.16 487.6
실시예 2 15 2.08 501.5
실시예 3 17.5 2.02 586
실시예 4 20 2.02 660.4
실시예 5 22.5 1.99 733.7
No 분산장비 Y.I 점도
실시예 6 비드밀 1.99 882.1
상기 제조예에 따른 광학 필름의 황색도(Y.I) 및 점도를 관찰한 결과, 실시예 6에 따라 메타 아크릴레이트기 실란 커플링제 17.5 함량 %에, 피로인산나트륨을 사용하여 비드밀로 분산 했을 때, 굴절률 1.7에 Y.I 2.0 이하, 점도 1,000cP 이하로 인산염계 및 지르코니아가 티타니아를 피복하기에 가장 우수한 조건임을 확인하였으며, 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 실란 커플링제의 함량은 12.5 함량 %가 가장 적절한 것을 확인하였다.
또한, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타니아 나노 복합 입자의 회절도 및 입자 크기를 측정한 TEM이미지이다.
도 1에 따를 때, 입자 크기는 1 nm 내지 500 nm의 평균 입경을 가지는 아나타 제형임을 확인할 수 있었으며, 티타니아 나노 복합 입자의 회절도가 단결정 입자보다 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계;
    상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계; 및
    광학용 모노머를 혼합하는 단계;
    를 포함하는,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학용 모노머는,
    아크릴레이트계 수지를 포함하는 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 티타니아 나노 복합 입자를 준비하는 단계는,
    티타늄계 입자 및 지르코늄계 입자를 혼합한 후, 졸-겔 법, 수열법, 고상법 및 초임계법으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 합성법에 의해 복합 입자를 합성하는 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 티타니아 나노 복합 입자, 실란계 커플링제 및 분산제를 포함하는 용액을 제조하는 단계는,
    합성된 티타니아 나노 복합 입자의 표면에 인산염계 표면 처리제를 혼합하여 표면 처리하는 단계;
    비친수성 용매에 실란계 커플링제 및 분산제를 혼합하는 단계; 및
    상기 실란계 커플링제 및 분산제가 혼합된 혼합액에, 인산염계 표면 처리된 티타니아 나노 복합 입자를 첨가 및 분산시켜 티타니아 나노 복합 입자 분산액을 수득하는 단계;
    를 포함하는 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인산염계 표면 처리제의 함량은,
    상기 티타니아-모노머 분산액 대비 0.1 몰% 내지 5.0 몰% 인 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분산제의 함량은,
    상기 티타니아-모노머 분산액 대비 10 중량% 내지 20 중량% 이고,
    인산염계 분산제를 포함하는 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 비친수성 용매는,
    테트라하이드로퓨란(THF)을 포함하는 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    제1항에 있어서,
    상기 실란계 커플링제는,
    상기 티타니아 나노 복합 입자 대비 5 중량% 내지 25 중량% 이고,
    메타 아크릴기 실란을 포함하는 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실란계 커플링제 및 분산제의 함량은,
    상기 티타니아-모노머 분산액 대비 10 중량% 내지 35 중량%인 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 티타니아 나노 복합 입자의 50 % 누적치 평균 입경(D50)은, 1 nm 내지 500 nm 이고,
    상기 티타니아 나노 복합 입자의 비표면적은 1 m2/g 내지 250 m2/g 인 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 티타니아 나노 복합 입자는,
    아나타 제형 결정구조인 것인,
    티타니아-모노머 분산액의 제조방법.
  12. 분산제;
    상기 분산제에 분산된 티타니아 나노 복합 입자; 및
    아크릴레이트계 수지를 포함하는 모노머;
    를 포함하는,
    티타니아-모노머 분산액.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 티타니아-모노머 분산액은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 티타니아-모노머 분산액의 제조방법에 따라 제조된 것인,
    티타니아-모노머 분산액.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 티타니아-모노머 분산액의 굴절률은 1.70 이상이고,
    상기 티타니아-모노머 분산액의 점도는 1000 cPs 이하인 것인,
    티타니아-모노머 분산액.
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