KR20240029291A - 자외선 차단 및 친수성 코팅용 조성물, 및 이로부터 제조되는 기능성 필름 - Google Patents

자외선 차단 및 친수성 코팅용 조성물, 및 이로부터 제조되는 기능성 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 UV-차단 및 친수성을 동시에 구현하는 코팅제 조성물 및 이로부터 제조되는 기능성 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카 표면 코팅된 이산화티탄 0.5 내지 20 중량%, 광경화 수지 1 내지 20 중량%, 광개시제 5 중량% 이하, 분산제 및 평활제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제 5 중량% 이하, 및 잔량의 용매를 포함하는 코팅용 조성물 및 이로부터 제조되는 기능성 필름에 관한 것이다.

Description

자외선 차단 및 친수성 코팅용 조성물, 및 이로부터 제조되는 기능성 필름{Ceramic Compositions for superhydrophilic coating and its manufacturing method}
본 발명은 UV-차단 및 친수성을 동시에 구현하는 코팅제 조성물 및 이로부터 제조되는 기능성 필름에 관한 것이다.
광촉매 활성을 효과적으로 제어하고, UV-차단 및 친수성 기능을 동시에 구현하는 기능성 필름을 제조할 수 있는 코팅용 조성물 개발에 대한 연구이다.
본 발명은 광촉매 활성을 효과적으로 제어하고, 자외선 차단(UV-차단) 및 친수성 기능을 동시에 구현할 수 있는 코팅용 조성물 및 이로부터 제조되는 기능성 필름을 제공하고자 한다.
본 발명은 실리카 표면 코팅된 이산화티탄 0.5 내지 20 중량%, 광경화 수지 1 내지 20 중량%, 광개시제 5 중량%이하, 분산제 및 평활제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제 5 중량% 이하, 및 잔량의 용매를 포함하는 코팅용 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 코팅용 조성물로부터 제조되고, UV-차단율이 90% 이상이고 접촉각이 25°이하인 기능성 필름을 제공한다.
본 발명은 UV-차단 및 친수성을 동시에 구현하는 코팅용 조성물 및 이로부터 제조되는 기능성 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업적으로 광고용 보호필름, 건축용 외장 유리 및 장식장 유리등의 기능성 필름에 적용되는 실리카 코팅된 이산화티탄 및 기능성 코팅용 조성물로서, UV-차단이 우수하고 동시에 친수성, 즉, 자기 세정성능이 우수한 기능성 필름 피막을 형성할 수 있는 특징을 갖는다
특히, 본 발명은 실리카 코팅된 이산화티탄을 UV-차단 및 친수성 원료로서 사용하여 높은 UV-차단율 및 낮은 접촉각을 갖는 코팅제, 바람직하게는 높은 UV-차단율, 낮은 접촉각, 높은 광투과율, 및 낮은 헤이즈를 가지는 코팅제를 제조할 수 있다.
본 발명의 코팅용 조성물은 실리카 표면 코팅된 이산화티탄 0.5 내지 20 중량%, 광경화 수지 1 내지 20 중량%,광개시제 5 중량% 이하 또는 0 내지 5 중량%, 분산제 및 평활제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제5 중량% 이하 또는 0 내지 5 중량%, 및 잔량의 용매 또는 50 중량% 이상의 용매를 포함할 수 있다.
상기 실리카 코팅된 이산화티탄은 UV-차단과 친수성을 향상시키는 데에 기여하며, 특히, 본 발명의 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물에서는 상기 실리카 표면 코팅된 이산화티탄과 광경화 수지 등의 함량을 최적 범위로 유지하는 것이 중요하다.
일반적으로 광촉매로는 이산화티탄, ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O3, WO3 등이 많이 사용되고 있는데, 그 중에서 광효율 및 내광부식성이 탁월하며, 무해하고 가격이 저렴한 측면에서 이산화티탄을 사용하는 것이 바람직하다.
특히, 이산화티탄을 함유하는 피막을 필름 표면에 형성하면, 이산화티탄은 자외선을 흡수하여 정공을 생성하고 이 정공은 주위에 존재하는 수산화물(OH) 이온으로부터 전자를 탈취함으로써 매우 불안정한 상태의 수산화물 라디칼이 발생되는데, 상기 OH 라디칼로 인하여 필름 표면에는 친수성의 경향을 나타내게 된다. 이러한 현상에 의하여 물과의 접촉각이 낮아지므로 물방울이 맺힘 현상이 없어지게 된다. 또한, 필름 표면에 발생하는 OH 라디칼에 의하여 필름 표면에 부착된 유기물 등을 분해 제거할 수 있다. 이러한 효과는 옥내의 부재에 있어서는, 유리나 안경이 물방울로 흐려지기 어려운 흐림방지(antifogging) 효과를 기대할 수 있고, 옥외 부재에 있어서는 부착된 오염물이 빗물에 의해 세정되는 오염방지 효과를 기대할 수 있다. 또한, 광촉매 작용에 의한 대전방지 기능도 기대할 수 있어 더욱 바람직하다.
본 발명에서 실리카 표면 코팅된 이산화티탄이라 함은 이산화티탄 입자에 균일한 두께의 실리카 막이 형성된 입자를 말하는 것으로, 이산화티탄 표면에 실리카 입자가 띠엄띠엄 붙어있는 실리카 피복된 이산화티탄과는 명확히 구별되는 것이다. 특히, 이같이 실리카 표면 코팅이 아닌 실리카 피복된 이산화티탄의 경우에는 피복되지 않는 이산화티탄 입자의 일부분에 의해 광촉매 활성이 높게 나와 부식현상(변색, 탈색, 및 부착성 결여) 등의 문제점이 발생할 수도 있다.
특히, 본 발명의 상기 실리카 표면 코팅된 이산화티탄은 효과적인 친수성 성능을 부여할 수 있도록, 실리카 표면 코팅된 이산화티탄의 단위 표면적당 소정 범위로, 예컨대 단위 표면적(nm²)당 4개 이상, 또는 4~15개, 5~10개의 히드록시기를 포함하는 것이 바람직하다. 이같이 표면에 다량이 히드록시기를 포함하는 실리카 표면 코팅된 이산화티탄은 바람직하게는 졸-겔법 등을 이용하여 제조될 수 있으며, 통상의 화염법 등의 소성 공정을 통해 서는 친수성 발현에 충분한 표면 히드록시기를 확보할 수 없을 수도 있다.
한편, 도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현에 따라 제조되어 사용되는 실리카 코팅된 이산화티탄의 투과전자현미경(TEM) 사진이다. 도 1에서 보는 것과 같이, 본 발명의 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성코팅용 조성물에 사용되는 실리카 코팅된 이산화티탄은 표면에 균일하게 실리카가 코팅된 입자이며, 상기 이산화티탄의 실리카 코팅층의 평균 두께가 1 내지 10 nm인 균일한 막을 갖는 입자인 것이 UV-차단과 친수성 및 광촉매 억제 측면에서 바람직하고, 실리카 코팅층의 평균 두께는 1 내지 5 nm인 것이 더 바람직하다.
실리카 코팅된 이산화티탄의 표면 코팅 두께 1 nm 미만인 경우에는 광촉매 억제가 되지 않아 기재의 열화현상(분해현상)이나 코팅수지의 열화현상이 발생하게 되며, 10 nm를 초과하는 경우에는 투명성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 실리카 표면 코팅된 이산화티탄은 테트라메틸오르쏘실리케이트, 테트라에틸오르쏘실리케이트, 테트라프로필오르쏘실리케이트, 테트라브틸오르쏘실리케이트, 물유리 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함한 실리카 전구체를 사용하여 제조될 수 있다.
특히, 본 발명의 코팅용 조성물은 이산화티탄 입자에 실리카 표면 코팅을 형성시킴으로써, 친수성 증가시키는것을 특징으로 한다. 특히, 이산화티탄 입자의 표면에 코팅된 실리카는 공기중에 방치하게 되면 표면의 일부분이 히드록시기로 변화하여 입자 표면에 수분과 수소 결합을 형성할 수 있다. 기존에 이러한 친수헝 부여를 목적으로 하여 이산화티탄과 실리카를 코팅용 조성물에 단순 혼합하여 함께 사용하기도 하였으나, 이러한 경우 입자의 분산성 문제와 이산화티탄 주변에 많은 양의 실리카가 존재하기 어려움이 있으며, 이에 따라 이산화 티탄의 광촉매 효과를 효과적으로 제어하기 어려운 단점이 있다.
이에 따라, 본 발명에서와 같이 얇고 균일한 막 형태로 실리카 표면 코팅된 이산화티탄을 사용하면, 친수성을 증대할 수 있음과 동시에 광촉매 활성 또한 효과적으로 제어할 수 있습니다.
한편, 상기 실리카 코팅된 이산화티탄은 전체 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 코팅용 조성물, 전체 조성물에 대하여 0.5 내지 20 중량%로 포함되어야 하며, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 실리카 코팅된 이산화티탄의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 첨가한 실리카 코팅된 이산화티탄 입자에 의한 UV-차단 및 친수성이 미미하며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 광투과율이 낮아지며 헤이즈 증가로 광고판의 사진의 선명성이 저하될 수 있다.
상기 실리카 코팅된 이산화티탄은 바람직하게는 졸-겔법, 함침법 등을 이용하여 합성된 것을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 코팅용 조성물에서 광경화 수지는 전체 조성물에 에 대하여 1 내지 20 중량%로 포함되어야 하며, 바람직하게는 2 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 광경화 수지는 1% 미만인 경우 필름에 부착성이 떨어지며, 경도 또한 낮게 나타남 측면에서 1 중량% 이상으로 포함되어야 하며, 20% 초과인 경우 실리카 코팅된 이산화티탄의 UV-차단 효율이 떨어지며, 친수성도 떨어지는 경향이 있다. 따라서 20 중량% 이하로 포함되어야 한다.
상기 광경화 수지로는 자외선 경화형 수지가 될 수 있으며, 중량평균분자량이 2,000 내지 12,000, 바람직하게는 2,500 내지 10,000, 좀더 바람직하게는 3,000 내지 8,000이 될 수 있다.
또한, 상기 광경화 수지는 광투과율이 80% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 더 바람직하다.
광경화 수지는 그 종류가 한정된 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 별도의 제한 없이 선택하여 사용할 수 있다. 다만, 바람직하게는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일록시기,메타크릴로일옥시기, 에폭시기, 비늘에테르기 및 옥세탄기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 중합성 불포화 결합을 포함하는 모노머, 상기 중합성 불포화 결합을 포함하는 올리고머, 및 상기 중합성 불포화 결합을 포함하는 프리폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 반응성 아크릴레이트 올리고머, 다관능성 아크릴레이트 단량체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 반응성 아크릴레이트 올리고머는 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 에폭시 아크릴레이트 올리고머, 폴리에스터 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 트리메틸 프로판트리아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 페녹시에틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트, 및 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물은 상기 실리카 코팅된 이산화티탄 및 자외선 경화형 수지와 함께, 광개시제, 첨가제, 및 용매를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물에 포함되는 광개시제는 전체 조성물에 대하여 5 중량% 이하 또는 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 4.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 광개시제를 바람직하게는 0.1 중량% 이상의 함량으로 포함함으로써 광개시제가 라디칼을 효과적으로 형성하여 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅막의 경화반응이 일어날 수 있으며,5 중량%를 초과하는 경우에는 광개시제의 라디칼 반응을 촉진하게 되므로 코팅제의 보관할 때 안정성이 떨어질 염려가 있다.
상기 광개시제의 예로는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 아세토페논, 벤조페논, 크산톤, 3-메틸아세토페논, 4-클로로벤조페논, 4,4'-디메톡시벤조페논, 벤조인프로필에테르, 벤질디메틸케탈, N,N,N',N'-테트라메틸-4,4'-디아미노벤조페논, 및 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시메틸프로판-1-온으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 화합물 이외에도 이 분야에 사용 가능한 것으로 알려진 광개시제를 특별한 한정 없이 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물은 또한, 필요에 따라 분산제 및 평활제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제는 상기 실리카 표면 코팅된 이산화티탄에 대한 친화 작용기를 가진 공중합체류, 안료 친화 작용기를 갖는 공중합체류, 저분자량 불포화 폴리카복실릭산 폴리머류, 안료 친화 작용기를 갖는 하이드록시 관능기카르복실산 에스테르류, 고분자량 알킬올 아미노아마이드류 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 저분자량 불포화폴리카복실릭산 폴리머류를 사용할 수 있다. 상기 평활제는 변성 폴리디메틸실록산류, 폴리에테르변성실록산류, 폴리디베틸실록산류 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 변성 폴리디메틸실록산류를 사용할 수 있다. 특히, 상기 분산제로는 BYK chemie co.의 Anti-Terra-U (Unsaturated polyamine) 및 Disperbyk-103등을 사용할 수 있으며, 상기 평활제로는 BYK chemie co.의 BYK-370 및 BYK -371 등을 사용할 수 있다.
이때, 상기 첨가제의 함량은 가능한 한 최소 함량 범위로 포함되는 것이 바람직할 수 있으며, 전체 조성물 중량에 대하여 5 중량% 이하 또는 0 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 4.5 중량%가 될 수 있다.
또한, 본 발명의 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물에 포함되는 용매로는 알코올류, 케톤류, 에스테르류, 아미드류, 에테르류, 및 탄화수소류로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하며, 상기 알코올류는 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 벤질알코올, 프로필렌글리콜,및 에틸렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 상기 케톤류는 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥산논, 및 메틸시클로헥산논으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 상기 에스테르류는 초산 메틸, 초산에틸, 초산 프로필, 초산부틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 포름산부틸, 및 유산 에틸로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 상기 아미드류는 디메틸포름아미드, 디케틸아세트아미드, 및 n-메틸피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 상기 에테르류는 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디옥산, 테트라하이드로퓨란, 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 프로필렌글리콜 및 디메틸에테르로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하다. 상기용매는 단독으로 사용될 수 있고, 복수의 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용매는 코팅성의 조절을 위하여 첨가되는 것으로서, 상기 기타 성분의 함량에 따라 잔량 또는 50 내지 98.5 중량%, 바람직하게는 60 내지 98 중량%로 첨가될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 기능성 코팅용 조성물로부터 제조되는 기능성 필름을 제공한다. 특히, 본 발명의 기능성 필름은 다양한 외장/보호 필름이 될 수 있으며, 좀더 구체적으로는 옥외 광고 시설물에 사용되는 산업적 광고용 보호 필름, 건축용 외장 유리 및 장식장 유리 등의 필름이 될 수 있다. 본 발명의 기능성 필름은 실리카 표면 코팅된 이산화티탄 및 광경화 수지 등을 최적 범위로 포함하는 상기 코팅용 조성물로 제조되어, 코팅 필름 자체에 UV-차단 효과 및 친수성 효과를 동시에 발현할 수 있음으로써, UV 광선에 의한 광고판의 변질 및 변색과, 대기의 오염 물질(매연, 먼지 등)에 의한 더러움, 충격에 의한 크랙(crack) 발생 등을 효과적으로 예방하고 최소화할 수 있다. 이와 함께, 본 발명의 기능성 필름은 외장 필름 또는 보호 필름으로서 효과적인 강도 및 유연성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물로부터 제조되는 본 발명의 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 필름은 상기 실리카 표면 코팅된 이산화티탄 및 자외선 경화형 수지등을 포함하는 본 발명의 코팅용 조성물로부터 제조된 기능성 코팅막을 포함하며, 상기 코팅막은 투명기재의 일면 또는 양면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 코팅막이 도포되는 기재는 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅용 조성물이 적용될 수 있는 투명한 필름 또는 유리 등의 투명 기재를 사용할 수 있다. 이러한 투명 기재로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 트리아세틸셀룰로오스(TAC),폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르설폰(PES), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리염화비닐 (PVC), 시클로올레핀 코폴리머 (COC), 노르보르넨 함유 수지, 폴리에테르술폰, 셀로판,및 방향족 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 수지를 포함하는 필름 기재, 또는 석영 유리, 또는 소다 유리 등의 유리 기재인 것이 바람직하다. 특히, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 수지를 포함하는 필름 기재를 사용하는 것이 좀더 바람직하다.
도 3은 투명 기재의 일면에 실리카 코팅된 이산화티탄 및 자외선 경화형 수지를 포함하는 UV-차단 및 친수성을 기능을 동시에 구현하는 기능성 코팅층이 형성된 기능성 필름의 단면도이다.
상기 기능성 필름은 UV-차단율 90% 이상, 바람직하게는 93% 이상, 좀더 바람직하게는 95% 이상이고, 접촉각이 25° 이하, 바람직하게는 22° 이하, 좀더 바람직하게는 20° 이하이며, 광투과율 90% 이상, 바람직하게는 93%이상, 좀더 바람직하게는 95% 이상이고, 헤이즈가 2% 이하, 바람직하게는 1.8% 이하, 좀더 바람직하게는 1.5% 이하의 물성을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 기능성 필름은 500 시간 동안 광 노출을 수행하는 내후성 평가에서 접촉각의 변동치가 10° 이하이며, 바람직하게는 5° 이하로 우수한 내후성을 나타낼 수 있다
본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.
본 발명의 UV-차단 및 친수성을 동시에 구현하는 조성물 및 이로부터 제조된 기능성 필름은 UV-차단 효과가 우수한 개질된 이산화티탄 및 광경화 수지를 사용하여 높은 자외선 차단 효과 및 친수성 효과를 가지며, 전반적으로 광투과율, 헤이즈가 우수한 기능성 필름 코팅제로서 우수한 물성이 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 코팅용 조성물로부터 제조되는 기능성 필름은 우수한 UV-차단, 친수성 등을 동시에 부여함으로써 제조 공정 단축 및 원가 절감 효과를 가지는 장점이 있다. 특히, 본 발명의 조성물은 UV-차단이 필요한 유리, 건축 내외장재, 플라스틱 등의 외장/보호 필름에 효과적으로 적용될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 제조예 1에 따라 TEOS를 이용하여 표면 코팅된 이산화티탄 입자의 투과전자현미경 사진.
도 2는 비교예 1에 사용된 비코팅 이산화티탄 입자의 투과전자현미경 사진.
도 3은 본 발명의 코팅용 조성물을 사용하여 제조되는, UV-차단 및 친수성을 동시에 발현한 기능성 필름의 모식도.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
실리카 코팅된 이산화티탄 제조
이산화티탄 1 g을 에탄올 용매에 넣고 분산 처리하여 이산화티탄 현탁액을 제조한 후에, 테트라에톡시 실란(TEOS) 0.6 g과 암모니아 촉매량을 첨가하여 졸-겔 반응을 수행하여 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 제조하였다. 특히, 반응이 종결된 용액을 필터를 통하여 분말을 얻었으며, 미반응 물질은 세척을 통하여 제거 후 실리카 코팅막의 평균 두께가 2 nm인 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 제조하였다.
제조예 2
TEOS의 첨가량을 1 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 코팅된 이산화티탄을 제조하였으며, 실리카 코팅막의 평균 두께가 4 nm인 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 얻었다.
제조예 3
TEOS의 첨가량을 1.8 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 코팅된 이산화티탄을 제조하였으며, 실리카 코팅막의 평균 두께가 6 nm인 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 얻었다.
제조예 4
실리카 코팅된 이산화티탄 제조
이산화티탄 1 g을 용매에 넣고 분산 처리하여 이산화티탄 현탁액을 제조하였다. 제조된 현탁액에 테트라에톡시실란(TEOS) 1 g, 암모니아 촉매량과 분산제 0.02 g을 첨가 후 졸-겔 반응을 수행하였다. 반응이 종결된 용액을 필터를 통하여 분말을 얻었으며, 미 반응 물질은 세척을 통하여 제거 후 실리카 코팅막의 평균 두께가 4 nm인 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 제조하였다.
제조예 5
실리카 코팅된 이산화티탄 제조
이산화티탄 7.5 g을 용매에 넣고 분산 처리하여 이산화티탄 현탁액을 제조하였다. 제조된 현탁액에 0.5 M 물유리(Na2SiO3, Aldrich) 첨가하여 졸-겔 반응을 수행하였다. 반응이 종결된 용액을 필터를 통하여 분말을 얻었으며, 미반응 물질은 세척을 통하여 제거 후 실리카 코팅막의 평균 두께가 4 nm인 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 제조하였다.
실시예 1
실리카 코팅된 이산화티탄 졸 제조
상기 제조예 2에서 제조된 실리카 코팅된 이산화티탄 입자 10 중량%와 분산제인 BYK-Dipersent(BYK GardnerGMBH 제품) 1 중량%, 용제인 에탄올을 상온에서 혼합하여 밀링기를 이용하여 개질된 이산화티탄 졸을 제조하였다.
UV-차단 및 친수성 코팅제 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 자외선 경화 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지(중량평균분자량 7600)9 중량%를 에탄올에 용해시킨 후 개질된 이산화티탄 졸(10 중량% 졸) 10 중량%와 개시제인 2,2-디메톡시1,2-디페닐에탄온 1 중량%을 첨가하여 10분 이상 충분히 교반하여 코팅용액을 제조하였다.
기능성 필름 제조
PET에 상기 UV-차단성 및 친수성 코팅제를 바 코팅으로 도포하여 50 ℃에서 1분간 건조 후, 고압 수은 램프(470mJ/cm²)를 사용하여 공기 중에서 자외선 조사하여 경화시켰다.
실시예 2
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 2/8로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 3
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 3/7로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 4
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 제조예 4에서 제조한 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 5
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 2/8로 한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 6
실리카 코팅된 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 3/7로 한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 7
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 제조예 5에서 제조한 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 8
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 2/8로 한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 9
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 3/7로 한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 10
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 제조예 1에서 제조한 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 11
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 제조예 3에서 제조한 실리카 코팅된 이산화티탄 입자를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 12
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 자외선 경화형 수지로 중량평균분자량 4,600의 우레탄 아크릴레이트 수지를 사용한 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 13
자외선 경화형 수지로 중량평균분자량 4,600의 우레탄 아크릴레이트 수지를 사용한 한 것을 제외하고는 실시예2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 14
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 자외선 경화형 수지로 중량평균분자량 4,600의 우레탄 아크릴레이트수지를 사용한 한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 15
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 기능성 코팅막의 두께가 0.4 ㎛인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 16
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 기능성 코팅막의 두께가 1 ㎛인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
실시예 17
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 기능성 코팅막의 두께가 2 ㎛인 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 1
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄 대신에 순수한 비코팅 이산화티탄을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 2
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 순수한 비코팅 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 2/8로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 3
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 순수한 비코팅 이산화티탄과 자외선 경화수지의 비를 3/7로 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 4
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 자외선 경화형 수지로 중량평균분자량 4600의 우레탄 아크릴레이트 수지를 사용한 한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 5
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 기능성 코팅막의 두께가 0.4 ㎛인 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 6
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 실리카 코팅된 이산화티탄 대신에 순수한 비코팅 실리카를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 7
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 자외선 경화 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지(중량평균분자량 7,600)24 중량%를 에탄올에 용해시킨 후 개질된 이산화티탄 졸(10 중량% 졸) 60 중량%을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기능성 필름을 제조하였다.
비교예 8
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로, 상기 자외선 경화수지 대신 열경화 수지인 우레탄 아크릴레이트 수지(중량평균분자량 7,600)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 코팅 용액을 제조하고, PET에 상기 코팅 용액을 바 코팅으로 도포하여 80 ℃에서 5분간 건조하며 열경화를 수행하였으나, 도포된 코팅층에서 입자의 침전에 의하여 코팅막이 제대로 형성되지 않았다.
상기 실시예 1~17 및 비교예 1~8에서 기능성 코팅 필름 제조시 조성물의 구체적인 조성 및 코팅막 두께 등은 하기의 표 1에 나타낸 바와 같다.
구분 코팅제 입자 바인더 수지 입자/수지 합량비 개시
제함량
(중량%)		 분산
제함량
(중량%)		 용매
함량
(중량 %)		 코팅막
두께
(㎛)
성분 함량
(중량%)		 표면
코팅
전구체		 표면
코팅
두께
(nm)		 성분 분자량 함량
(중량%)
실시예 1 제조예 2 1 TEOS 4 광경화수지 7,600 9 1/9 1 0.1 잔량 4
실시예 2 제조예 2 2 TEOS 4 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 3 제조예 2 3 TEOS 4 광경화수지 7,600 7 3/7 1 0.1 잔량 4
실시예 4 제조예 4 1 TEOS/PVP 4 광경화수지 7,600 9 1/9 1 0.1 잔량 4
실시예 5 제조예 4 2 TEOS/PVP 4 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 6 제조예 4 3 TEOS/PVP 4 광경화수지 7,600 7 3/7 1 0.1 잔량 4
실시예 7 제조예 5 1 물유리 4 광경화수지 7,600 9 1/9 1 0.1 잔량 4
실시예 8 제조예 5 2 물유리 4 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 9 제조예 5 3 물유리 4 광경화수지 7,600 7 3/7 1 0.1 잔량 4
실시예 10 제조예 1 TEOS 2 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 11 제조예 3 TEOS 6 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 12 제조예 2 TEOS 4 광경화수지 4,600 9 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 13 제조예 2 TEOS/PVP 4 광경화수지 4,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 14 제조예 5 물유리 4 광경화수지 4,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
실시예 15 제조예 2 TEOS 4 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 0.4
실시예 16 제조예 2 TEOS 4 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 1
실시예 17 제조예 2 TEOS 4 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 2
비교예 1 TiO2
(비코팅)		 - - 광경화수지 7,600 9 2/8 1 0.1 잔량 4
비교예 2 TiO2
(비코팅)		 - - 광경화수지 7,600 8 1/9 1 0.1 잔량 4
비교예 3 TiO2
(비코팅)		 - - 광경화수지 7,600 7 3/7 1 0.1 잔량 4
비교예 4 TiO2
(비코팅)		 - - 광경화수지 4,600 9 2/8 1 0.1 잔량 4
비교예 5 TiO2
(비코팅)		 - - 광경화수지 7,600 9 2/8 1 0.1 잔량 0.4
비교예 6 실리카 - - 광경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
비교예 7 제조예 2 TEOS 4 광경화수지 7,600 24 2/8 1 0.1 잔량 4
비교예 8 제조예 2 TEOS 4 열경화수지 7,600 8 2/8 1 0.1 잔량 4
상기 실시예 1~17 및 비교예 1~8에 따라 제조된 UV-차단 및 친수성을 동시에 구현하는 기능성 코팅 필름에 대하여 아래와 같은 방법에 따라 물성을 평가하였다.
UV-차단율 측정
UV/VIS 스펙트럼(MECASYS, optizen 2120UV)을 이용하여 UV와 가시광선의 투과율을 측정하여 UV-차단율을 계산하였다.
친수성 측정
접촉각 측정장치(Suface Electro Optics, Phoenix-300)를 이용하여 접촉각을 측정하였다.
투과율 및 헤이즈 평가
분광광도계(일본, NIPPON DENSHOKU, NDH5000)을 이용하여 전광선투과율(Total Transmittance)와 헤이즈(Haze)를 측정하였다.
내후성
내후성 평가 장비인(ATLS, Suntest CPS+)을 이용하여 500시간 동안 상기 기능성 코팅 필름을 광 노출시켜 코팅 필름에서의 UV-차단율과 접촉각을 측정하여 평가하였다. 이때, 평가 결과는 다음에 나타낸 바와 같이, 측정후 접촉각의 변동치가 5° 이하 또는 0 내지 5°이하이면 "매우 우수", 5°를 초과하고 10° 이하이면 "우수", 10°를 초과하고 20° 이하이면 "보통", 20° 를 초과하면 "나쁨"으로 표시하였다.
◎: 매우 우수
○: 우수
△: 보통
×: 나쁨
특히, 이러한 내후성 평가 조건은 상기 기능성 코팅막이 2년 이상 대기중에 노출되는 경우에 있어서도 자외선에 대하여 안정할 수 있는지 여부를 확인할 수 있는 것이다.
상기 실시예 1~17 및 비교예 1~8에 따라 제조된 기능성 코팅 필름에 대한 물성 평가 결과는 하기의 표 2에 나타낸 바와 같다.
구분 UV 차단율 접촉각 광투과율 헤이즈 내후성
실시예 1 97.0% 12.0° 98.0% 0% ◎
실시예 2 99.0% 15.0° 98.9% 0.1% ◎
실시예 3 99.7% 18.0° 97.0% 0.3% ◎
실시예 4 96.8% 22.0° 99.1% 0.2% ◎
실시예 5 99.5% 20.0° 98.2% 0.4% ◎
실시예 6 99.0% 25.0° 97.2% 0.5% ○
실시예 7 96.3% 22.8° 97.0% 0.7% ◎
실시예 8 98.2% 24.1° 96.2% 1.4% ◎
실시예 9 98.7% 25.0° 96.0% 1.5% ○
실시예 10 98.2% 22.0° 97.2% 0.5% ○
실시예 11 98.0% 25.0° 97.5% 0% ◎
실시예 12 99.0% 17.0° 98.0% 0.1% ◎
실시예 13 98.3% 21.0° 99.0% 0.3% ◎
실시예 14 98.0% 25.0° 98.5% 0.8% ◎
실시예 15 95.0% 17.0° 99.2% 0% ◎
실시예 16 96.0% 17.0° 98.0% 0.2% ◎
실시예 17 97.0% 16.0° 98.4% 0.5% ◎
비교예 1 92.0% 35.0° 94.2% 5.3% △
비교예 2 85.0% 33.0° 95.0% 4.6% △
비교예 3 89.0% 40.0° 91.5% 6.7% △
비교예 4 85.0% 43.0° 95.5% 5.3% ○
비교예 5 45.0% 50.0° 94.2% 2.1% ◎
비교예 6 0% 30.0° 89.5% 0.5% △
비교예 7 99.8% 46.3° 75.2% 45.3% ○
비교예 8 - - - - -
또한, 상기 제조예 1에 따라 제조된 본 발명의 실리카 코팅된 이산화티탄 입자의 투과전자현미경 사진을 도 1에 나타내고, 비교예 1에 사용된 비코팅된 이산화티탄 입자의 투과전자현미경 사진을 도 3에 나타내었다.
상기 표 2에서 보는 것과 같이, 본 발명에 따라 균일한 실리카 표면 코팅된 이산화티탄을 사용한 실시예 1~17의 기능성 필름은 UV-차단율 95%~99.7% 및 접촉각도 15°~25°의 우수한 물성을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 1~11의 기능성 필름은 90% 이상의 광투과율과, 2% 이하의 낮은 헤이즈를 나타내어 UV-차단기능과 친수성을 동시에 제공하는 것을 알 수 있다.
그러나, 기존의 비코팅된 이산화티탄 또는 실리카를 사용하여 제조된 비교예 1~6의 코팅 필름은 UV-차단율이 89% 이하이며 접촉각도 30° 내지 50°로, 본 발명의 실시예 1~17에 비해 현저히 낮은 UV-차단율과 높은 접촉각으로 인하여 친수성 기능이 낮은 것이 확인되었다. 특히, 상기 비교예 1~6의 기능성 필름은 낮은 투과율, 높은 헤이즈 및 낮은 내후성이 관찰되었으며, 동등한 조건에서도 실시예 1 내지 17에 비해서 성능이 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한, 실리카 표면 코팅된 이산화티탄을 사용하였으나 광경화 수지의 함량이 전체 조성물에 대하여 24 중량%으로 사용한 비교예 7의 경우에도 46.3°의 높은 접촉각으로 인하여 친수성 기능이 낮고 광투과율이 75.2%로 현저히 떨어지는 것을 확인하였으며, 실리카 표면 코팅된 이산화티탄과 함께 광경화 수지가 아닌 열경화 수지를 사용한 비교예 8의 경우에는 기능성 코팅막 형성 자체가 이뤄지지 않음을 확인하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 코팅용 조성물을 사용하여 제조된 기능성 필름은 우수한 UV-차단율과 친수성 기능을 동시에 발현할 수 있으며, 특히, 옥외 광고 시설물로 사용되는 수지 또는 유리 재질의 기재에 적용시, UV 광선에 의한 광고판의 변질 및 변색과, 대기의 오염 물질(매연, 먼지 등)에 의한 더러움, 충격에 의한 크랙(crack) 발생 등을 효과적으로 예방하고 최소화할 수 있는 장점이 있다.
없음.

Claims (12)

  1. 실리카 표면 코팅된 이산화티탄 0.5 내지 20 중량%, 광경화 수지 1 내지 20 중량%,
    광개시제 5 중량% 이하, 분산제 및 평활제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제 5 중량% 이하, 및 잔량의 용매를 포함하는 코팅용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄은 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라프로록시 실란, 테트라부톡시실란, 테트라이소부톡시실란, 및 물유리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하여 표면 코팅된 것인 코팅용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리카 표면 코팅된 이산화티탄은 졸겔법 또는 함침법으로 제조된 것인 코팅용 조성물
  4. 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄의 실리카 표면 코팅 두께가 1 내지 10 nm인 코팅용 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광경화 수지로는 중량평균분자량이 2,000 내지 12,000인 코팅용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광경화 수지로는 4관능성 우레탄 아크릴레이트, 2관능성 우레탄 아크릴레이트, 및 에폭시 아크릴레이트로이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체를 포함하는 것인 코팅용 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄과 광경화 수지의 함량비가 1:9 내지 5:5인 코팅용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광개시제는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 아세토페논, 벤조페논, 크산톤, 3-메틸아세토페논, 4-클로로벤조페논, 4,4＇-디메톡시벤조페논, 벤조인프로필에테르, 벤질디메틸케탈, N,N,N＇,N＇-테트라메틸-4,4＇-디아미노벤조페논, 및 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시메틸프로판-1-온으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 코팅용 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용매는 알코올류, 케톤류, 에스테르류, 아미드류, 에테르류, 및 탄화수소류로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 코팅용 조성물.
  10. 제1항에 따른 코팅용 조성물로부터 제조되고, UV-차단율이 90% 이상이고 접촉각이 25°이하인 기능성 필름.
  11. 제10항에 있어서, 광투과율이 90% 이상이고 헤이즈가 2% 이하인 기능성 필름.
  12. 제10항에 있어서, 상기 코팅용 조성물을 사용하여 제조한 경화 코팅막의 두께가 0.4 내지 5 ㎛인 기능성 필름.
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