KR20240056305A - 포토폴리머 조성물, 홀로그램 기록 매체, 광학 소자 및 홀로그래픽 기록 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 저렴한 원재료를 사용한 합성 공정을 통해 다양한 유도체를 도입할 수 있는 신규한 구조의 불소계 유기 화합물과, 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체; 광반응성 단량체; 특정 화학식으로 표시되는 상기 불소계 화합물 및 광개시제;를 포함하는 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물과, 상기 조성물로부터 제조된 홀로그램 기록 매체와 이를 포함하는 광학 소자, 및 상기 조성물을 이용한 홀로그램 기록 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 포토폴리머용 첨가제로 사용할 수 있는 불소계 화합물을 포함하는 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물, 홀로그램 기록 매체, 광학 소자 및 홀로그래픽 기록 방법에 관한 것이다.
홀로그램(hologram) 기록 미디어는 노광 과정을 통하여 상기 미디어 내 홀로그래픽 기록층 내 굴절률을 변화시킴으로써 정보를 기록하고 이와 같이 기록된 미디어 내 굴절률의 변화를 판독하여 정보를 재생한다.
포토폴리머(감광성 수지, photopolymer)를 이용하는 경우 저분자 단량체의 광중합에 의하여 광 간섭 패턴을 홀로그램으로 용이하게 저장할 수 있기 때문에, 광학 렌즈, 거울, 편향 거울, 필터, 확산 스크린, 회절 부재, 도광체, 도파관, 영사 스크린 및/또는 마스크의 기능을 갖는 홀로그래픽 광학 소자, 광메모리 시스템의 매질과 광확산판, 광파장 분할기, 반사형, 투과형 컬러필터 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
통상적으로 홀로그램 제조용 포토폴리머 조성물은 고분자 바인더, 단량체 및 광개시제를 포함하며, 이러한 조성물로부터 제조된 감광성 필름에 대하여 레이저 간섭광을 조사하여 국부적인 단량체의 광중합을 유도한다.
이러한 광중합 과정에서 단량체가 상대적으로 많이 존재하는 부분에서는 굴절율이 높아지고, 고분자 바인더가 상대적으로 많이 존재하는 부분에서는 굴절율이 상대적으로 낮아져서 굴절율 변조가 생기게 되며, 이러한 굴절율 변조에 의해서 회절 격자가 생성된다. 굴절율 변조값 n은 포토폴리머층의 두께와 회절효율(DE)에 영향을 받으며, 각도 선택성은 두께가 얇을수록 넓어지게 된다.
최근에서는 높은 회절효율과 안정적으로 홀로그램을 유지할 수 있는 재료의 개발에 대한 요구와 함께, 얇은 두께를 가지면서도 굴절율 변조값이 큰 포토폴리머층의 제조를 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
더불어, 상기 포토폴리머용 조성물의 광중합성 제제 중 첨가제는 플루오로카보네이트와 같은 불소계 화합물이 사용된다.
기존에 합성된 플루오로카보네이트 물질은 AR/VR에 포토폴리머의 핵심 소재로 사용되며, 이를 적용시 상용성이 우수하다.
하지만, 종래 알려진 물질은 고가의 Fluorinate Tetraethylene Glycol과 같은 화합물을 원재료로 사용하여, 합성 및 정제 등 공정에서 더 많은 시간이 소요된다.
따라서, 상기 불소계 화합물은 상대적으로 고가 화합물이므로 저렴한 원료를 사용하여 원가 절감을 구현하는 공정 개발이 필요성이 요구된다.
본 발명은 저가형 원재료를 사용한 합성 방법을 통해 다양한 유도체를 도입할 수 있어서 원가 절감을 구현하고 가소제로서 우수한 효과를 나타내는 비대칭 구조의 비반응성 불소계 화합물을 이용한 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 얇은 두께 범위에서도 보다 높은 굴절율 변조값을 구현할 수 있는 포토폴리머층을 보다 효율적이고 용이하게 제공할 수 있는 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물, 홀로그램 기록 매체 및 광학소자를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 가간섭성의 레이저에 의해 상기 포토폴리머 조성물에 포함된 광반응성 단량체를 선택적으로 중합시키는 단계를 포함하는, 홀로그래픽 기록 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체; 하기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물; 광반응성 단량체; 및 광 개시제;를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물이 제공된다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬에테르기를 포함하고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며,
R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기이다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 포토폴리머 조성물에 의해 형성되는 홀로그램 기록층을 포함하는, 홀로그램 기록 매체가 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 홀로그램 기록 매체를 포함한 광학 소자가 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 가간섭성의 레이저에 의해 상기 포토폴리머 조성물에 포함된 광반응성 단량체를 선택적으로 중합시키는 단계를 포함하는, 홀로그래픽 기록 방법이 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 비반응성 불소계 화합물, 이를 포함하는 홀로그램 형성용 포토폴리머, 및 홀로그래픽 기록 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, (메트)아크릴레이트는 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트를 의미한다.
본 명세서에서, (공)중합체는 단독중합체 또는 공중합체(랜덤공중합체, 블록공중합체, 그라프트 공중합체를 포함)를 의미한다.
또한, 본 명세서에서, 홀로그램(hologram)은 노광 과정을 통하여 전체 가시 범위 및 근자외선 범위(300-800 nm)에서 광학적 정보가 기록된 기록 미디어를 의미하며, 예를 들어 인-라인 (가버(Gabor)) 홀로그램, 이축(off-axis) 홀로그램, 완전-천공(full-aperture) 이전 홀로그램, 백색광 투과 홀로그램 ("무지개 홀로그램"), 데니슈크(Denisyuk) 홀로그램, 이축 반사 홀로그램, 엣지-리터러츄어(edge-literature) 홀로그램 또는 홀로그래피 스테레오그램(stereogram) 등의 시각적 홀로그램(visual hologram)을 모두 포함한다.
본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬렌기는 알케인(alkane)으로부터 유래한 2가의 작용기로, 예를 들어, 직쇄형, 분지형 또는 고리형으로서, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 이소부틸렌기, sec-부틸렌기, tert-부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기 등이 될 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 1차 아미노기; 카르복시기; 술폰산기; 술폰아미드기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 할로알킬기; 시클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알콕시실릴알킬기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수도 있다. 바람직하게는 상기 치환기로는 할로겐기를 사용할 수 있으며, 상기 할로겐기의 예로는 플루오로기를 들 수 있다.
본 명세서에서, 탄소수 1 내지 10의 알킬에테르기라 함은, 말단 봉쇄기로 알콕시 그룹(Alkyl-O-)이나 알킬렌 옥시드 반복 단위(-Alkylene-O-)를 모두 포함하는 개념으로 사용된다.
발명의 일 구현예에 따르면, 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체; 하기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물; 광반응성 단량체; 및 광 개시제;를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물이 제공될 수 있다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬에테르기를 포함하고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며,
R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기이다.
본 발명자들은, 저가형 아미노산 화합물을 이용하여 다양한 유도체를 도입함으로써 원가 절감을 구현할 수 있는 비대칭 불소원자를 갖는 신규한 구조의 플루오로카보네이트 물질을 개발하였고, 이러한 물질이 종래 고가의 원재료를 이용한 포토폴리머용 첨가제 대비 유사하거나 더 우수한 특성을 나타낼 수 있음을 실험을 통하여 확인하고 본 발명을 완성하였다.
구체적으로, 본 발명에서는 아미노산 화합물의 core인 아미드 결합 (amide linkage)를 활용하여 에스테르 구조를 용이하게 형성하며, 또한 양쪽 말단의 플루오로-측쇄수가 동일하지 않은 비대칭 구조를 갖는 불소계 가소제를 합성할 수 있다. 이러한 불소계 화합물은 대칭 구조의 일반적인 불소계 가소제 대비 동등 수준 이상의 우수한 효과를 나타내며, 저렴한 원재료를 출발물질로 사용함으로써 원가 이슈를 해결할 수 있다. 또한, 상기 불소계 화합물은 양쪽 말단의 플루오로-측쇄수가 동일하지 않은 비대칭 구조를 가지면서, 이들 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 탄소수를 갖는 비대칭 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물을 포함한 포토폴리머 조성물로부터 형성되는 홀로그램은 기존 알려진 고가의 포토폴리머용 첨가제와 비교하여 우수한 헤이즈 및 효율을 나타내고, 보다 얇은 두께 범위에서도 이전에 알려진 홀로그램에 비하여 동등 수준 이상의 우수한 굴절율 변조값, 회절 효율을 구현할 수 있다.
또한, 상기 포토폴리머 조성물로부터 코팅 필름이나 홀로그램을 제조시에 가교밀도가 최적화되어 기존 매트릭스 대비 온도와 습도에 대해 우수한 내구성을 확보할 수 있고, 상술한 가교밀도 최적화를 통해, 높은 굴절률을 갖는 광반응성 단량체와 낮은 굴절률을 갖는 성분간의 유동성(mobility)을 높임으로써 굴절률 변조를 극대화시켜 기록특성이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1의 화합물은 65 ℃, RH 90% 및 72h의 고온 및 고습 조건에서 내습열 신뢰성이 기존의 플루오로카보네이트 물질을 적용하였을 때보다, 홀로그램 기록 매체의 흡수 파장의 변조값이 (Δλ)을 개선할 수 있다.
이러한 상기 화학식 1의 화합물의 관한 내용은 상술한 바와 같다.
상기 화학식 1의 불소계 화합물은 R1 및 R2의 말단 봉쇄기의 적어도 하나 또는 양쪽 말단에 적어도 1이상의 불소원자가 치환된 다양한 치환체를 도입할 수 있으며, 특히 상기 양쪽 말단의 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 갖는 비대칭 불소-치환 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 비대칭 불소-치환 구조는 아미노산계 화합물의 아미드 결합을 이용하여 종래 고가의 원재료를 이용하는 방법보다 더 많은 불소원자를 갖는 퍼플루오로알킬기를 도입한 아미노산의 퍼플루오로알킬 에스테르 화합물일 수 있다.
상기 아미노산 화합물은 2-아미노이소부티릭 에시드(2-aminoisobutyric acid), 알라닌(alanine), 발린(valine), 및 류신(leucine)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 구체적으로, 상기 아미노산 화합물은 2-아미노부티릭 에시드 또는 알라닌일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬에테르기를 포함하고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며, R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬에테르기이고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며, R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 지방족 탄화수소기일 수 있다. 상기 화학식 1의 R3 및 R4에서, 지방족 탄화수소는 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있다.
따라서, 상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기이고, R2는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬에테르기이고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며, R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있다.
보다 구체적으로, 일 구현예에 따른 상기 비대칭 불소-치환 구조에서, 상기 R1 및 R2의 탄소는 1이상의 불소원자로 치환될 수 있고, R1 및 R2 중 어느 하나가 1이상 더 많은 불소원자를 포함할 수 있다. 따라서, 발명의 일 구현예에 따른 화학식 1의 불소계 화합물은 비대칭 구조를 나타내어 양쪽 플루오로-측쇄가 동일하지 않은 구조일 수 있다.
더 구체적으로, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 1 내지 9의 불소 원자를 가지고, 나머지 다른 치환기는 3 내지 12의 불소 원자를 가지며, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 다른 치환기보다 더 많은 불소원자를 가질 수 있다. 또한, 상기 R1은 1 내지 9의 불소 원자를 가지고, 나머지 다른 치환기는 3 내지 12의 불소 원자를 가지며, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 다른 치환기보다 더 많은 불소원자를 가질 수 있다. 또한, 상기 R1은 3 내지 12의 불소 원자를 가지고, 나머지 다른 치환기는 1 내지 9의 불소 원자를 가질 수 있고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 다른 치환기보다 더 많은 불소원자를 가질 수 있다.
또한, 다른 구현예에서, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 탄소수를 갖는 비대칭 구조일 수 있다. 이러한 경우 상기 R1 및 R2의 탄소는 1이상의 불소원자로 치환될 수 있고, R1 및 R2 중 어느 하나가 1이상 더 많은 불소원자를 포함할 수 있고, R1 및 R2 중 어느 하나가 1이상 더 많은 탄소수를 가질 수 있다. 또한, 상기 R1 및 R2의 탄소는 1이상의 불소원자로 치환될 수 있고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 1이상 더 많은 불소원자와 1이상 더 많은 탄소수를 가질 수 있다.
따라서, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 불소원자로 치환된 구조를 가지면서 1이상 더 많은 탄소수를 가지거나,
상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 불소원자를 가지면서, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기가 1이상 더 많은 탄소수를 가질 수 있다. 즉, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 탄소수가 더 많을 경우라도, 다른 하나는 1이상 더 많거나 적은 불소원자를 가져서 비대칭 불소-치환 구조를 가질 수 있다.
본 명세서에 따르면, 상기 R1 및 R2의 불소원자수 또는 불소원자와 탄소수를 다르게 설정함에 따라, 아미드 결합 및 카복실기를 갖는 펩타이드 구조를 중심으로 양쪽 말단의 R1 및 R2 치환기는 서로 비대칭 불소-치환 구조이거나 어느 하나는 1이상 더 많은 탄소수를 갖는 비대칭 구조를 가질 수 있다. 상기 R1 및 R2 중 1이상 더 많은 탄소수를 갖는 경우에도, 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 불소원자로 치환될 수 있다.
따라서, 발명의 일 구현예에 따른 화학식 1의 불소계 화합물은 펩타이드 구조를 중심으로 서로 다른 불소-치환기를 포함하면서, 서로 다른 탄소 구조를 나타내어 양쪽 플루오로-측쇄가 동일하지 않은 비대칭 구조일 수 있다.
발명의 바람직한 구현예에서, 상기 R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기일 수 있다. 구체적으로, 상기 R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄의 퍼플루오로알킬기 혹은 탄소수 1 내지 10의 직쇄의 퍼플루오로알킬기일 수 있다. 이러한 경우, 상술한 바와 같이, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 불소원자로 치환된 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 탄소원자를 가지고, 1이상 더 많은 불소원자로 치환된 구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 R1 및 R2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 19의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기를 포함할 수 있다. 상기 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기는 적어도 1이상의 불소원자로 치환된 퍼플루오로알킬렌기(perfluoro-alkylene)를 포함할 수 있다.
더 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1에서, R1은 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기이고, R2는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬에테르기이고, 이때 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 탄소수를 갖는 비대칭 구조를 가지며, R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있다.
발명의 다른 구현예에서, 상술한 바와 같이, 상기 R1 및 R2에서 상기 알킬에테르기는 말단 봉쇄기로 알콕시 그룹(Alkyl-O-)이나 알킬렌 옥시드 반복 단위(-Alkylene-O-)를 모두 포함할 수 있으며, 일례를 들면 상기 R1 및 R2에서 상기 알킬에테르기는 하기 화학식 2의 작용기를 가질 수 있다.
[화학식 2]
-Y1-O-Y2
상기 화학식 2에서,
Y1은 단일결합 또는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고,
Y2는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 플루오로알킬기이다.
본 발명에서, 상기 화학식 2의 작용기가 결합됨에 따라서, 분자 유동성이 증가하거나 분자의 유효 크기가 증가하는 작용을 할 수 있으며, 이에 따라서 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물 및 이로부터 형성된 홀로그램 기록 매체는 보다 효과적으로 회절격자를 형성하는 효과를 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 2에서, Y1이 단일결합이고, Y2는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 플루오로알킬기일 수 있다. 이러한 경우의 일례를 들면, 화학식 2는 하기 화학식 3의 구조를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
-O(CH2)nCF3
상기 화학식 3에서, n은 1 내지 5의 정수이다.
또한, 상기 화학식 2에서, Y1이 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고, Y2는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 플루오로알킬기일 수 있다.
또한, 상기 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기는 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 카르보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미드기; 1차 아미노기; 카르복시기; 술폰산기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기;에서 선택되는 어느 하나로 치환될 수 있다.
또한, 상기 화학식 2에서, Y1은 탄소수 1 내지 10의 직쇄의 알킬렌기이고, Y2는 탄소수 1 내지 10의 분지쇄의 플루오로알킬기일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 화학식 2에서, Y1은 탄소수 1 내지 8의 직쇄의 알킬렌기이고, Y2는 탄소수 1 내지 8의 분지쇄의 플루오로알킬기일 수 있다. 더 구체적으로, 상기 화학식 2에서, Y1은 탄소수 1 내지 4의 직쇄의 알킬렌이고, Y2는 탄소수 1 내지 5의 플루오로알킬기일 수 있다.
이러한 경우도, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 불소원자로 치환된 구조를 포함할 수 있다. 또한, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 탄소원자를 가지고, 1이상 더 많은 불소원자로 치환된 구조를 포함할 수 있다.
더 구체적으로, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 화합물 중 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물의 굴절율은 아미노산계 화합물을 이용하여 얻어지며, 그 특유의 화학 구조로 인하여, 굴절률이 약 1.50 이하, 구체적으로 약 1.25 내지 약 1.45, 보다 구체적으로 약 1.30 내지 약 1.40 일 수 있다. 그리고, 상기 화학식 1의 화합물은, 분자량이 약 400 이상인 것일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 약 500 내지 약 900일 수 있다.
상기 화학식 1의 불소계 화합물은 분자 내에 아미드 결합과 불소 원자를 적어도 1이상 포함하고, 아미드 구조의 core를 기준으로 양쪽 말단의 R1 및 R2가 비대칭 구조를 가짐에 따라, 반응성이 거의 없는 안정성을 가지면서도 우수한 굴절특성을 가지므로, 상기 포토폴리머 조성물 내에 첨가시 고분자 매트릭스의 굴절률을 보다 낮출 수 있어, 모노머와의 굴절률 변조를 극대화시킬 수 있고 회절 효율도 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 화학식 1의 불소계 화합물은 저가형 불소계 가소제이므로, 종래 고가의 원재료로부터 제조된 불소계 화합물보다 비용 절감을 나타내어 경제적으로 사용될 수 있다.
한편, 상기 화학식 1의 불소계 화합물의 제조 방법에 대하여 설명한다.
구체적으로, 상기 화학식 1의 불소계 화합물은, 저가형 원재료인 아미노산을 출발물질로 이용하여 아미드 결합과 불소화 알코올을 적용하여 다양한 유도체를 도입한 신규의 비대칭 에스테르 구조로 제조될 수 있다.
상기 아미노산을 출발 물질로 사용함에 따라, 종래 고가의 원재료를 사용하는 방법에 비해 합성 방법 및 정제 공정 시간을 단축할 수 있으며, 저렴한 원료 사용으로 원가 절감을 구현할 수 있다.
발명의 일 구현예에 따라, 상기 화학식 1의 불소계 화합물의 제조 방법은, 아미노산을 촉매 하에 에스테르화 반응시키는 단계1; 상기 단계1에서 제조된 화합물을 촉매 하에 화학식 4의 카복시산 화합물과 반응시키는 단계2; 상기 단계2에서 제조된 아미드 결합을 갖는 화합물을 acid deprotection시키는 단계3; 및 단계3에서 제조된 화합물을 촉매하에 화학식 5의 화합물과 반응시키는 단계4;를 포함할 수 있다.
[화학식 4]
R1-COOH
[화학식 5]
R2-OH
상기 화학식 4 및 5에서,
R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 하기 화학식 2로 표시되는 탄소수 1 내지 20의 알킬에테르기를 포함하고,
[화학식 2]
-Y1-O-Y2
상기 화학식 2에서,
Y1은 단일결합 또는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고,
Y2는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 플루오로알킬기이다
이때, 화학식 4의 화합물 및 화학식 5의 화합물을 사용시, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 또한 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 서로 다른 탄소수를 가지면서 어느 하나의 치환기가 더 많은 불소원자를 갖도록 할 수 있다. 이러한 방법으로 화학식 4 및 5의 R1 및 R2의 불소원자 또는 불소원자 및 탄소수를 다르게 설정함에 따라, 아미드 결합 및 카복실기를 갖는 펩타이드 구조를 중심으로 양쪽 말단의 R1 및 R2 치환기는 서로 비대칭 구조를 가질 수 있다. 또한, 양쪽 플루오로-측쇄가 동일하지 않은 불소계 화합물 구조를 얻을 수 있다.
구체적으로, 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계2에서 화학식 4의 화합물은 R1의 불소원자수가 단계 3의 화학식 5의 화합물의 R2의 불소원자수보다 1이상 더 많은 화합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 화학식 4의 화합물은 R1의 탄소수가 단계 3의 화학식 5의 화합물의 R2의 탄소수보다 1이상 더 많은 화합물이 사용될 수 있으며, 상기 화학식 4 및 5의 화합물 중 어느 하나는 다른 화합물보다 불소원자수가 더 많을 수 있다.
발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 단계2에서 화학식 4의 화합물은 R1의 불소원자수가 단계 3의 화학식 5의 화합물의 R2의 불소원자수보다 1이상 더 적은 화합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 화학식 4의 화합물은 R1의 탄소수가 단계 3의 화학식 5의 화합물의 R2의 탄소수보다 1이상 더 적은 화합물이 사용될 수 있으며, 상기 화학식 4 및 5의 화합물 중 어느 하나는 다른 화합물보다 불소원자수가 더 많을 수 있다.
상기 단계1은 아미드산의 에스테화 반응을 통해 아미드산 유래 화합물의 한쪽에 에스테르 구조를 갖는 카르복실산 알킬에스테르인 제1중간체 화합물을 제조하는 단계이다. 상기 반응에 따라 산 보호(acid protection)를 통해 제1중간체 화합물의 말단에 보호기를 갖는다.
상기 단계1의 촉매는 티오닐클로라이드 (Thionyl choloride), 옥살릴클로라이드 등과 같은 애시드클로라이드를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 단계1은 티오닐클로라이드를 사용할 수 있다. 이때, 황산, 인산, 염산, 파라톨루엔설포닉애시드 등과 같은 산촉매를 사용하는 경우 역반응으로 인해 에스테르 화합물로의 전환율이 낮아질 수 있다.
상기 단계1의 촉매의 사용량은 크게 제한되지 않으나, 아미노산 1몰에 대하여 1.01몰 이상 4.5몰 이하, 또는 1.05몰 이상 2.5몰로 첨가할 수 있다.
단계1은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매가 크게 제한되지는 않으며, 예를 들어 상기 용매는 메탄올 및 에탄올로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 에탄올 일 수 있다.
상기 단계1은 저온에서 촉매를 투입 후, 온도를 올려 0℃내지 23℃에서 5 내지 24시간동안 환류 교반하에 진행될 수 있다. 상기 촉매는 -78℃ 내지 -10℃의 온도에서 투입될 수 있다.
상기 단계2는 상기 제1중간체 화합물의 아미드 결합 및 불소화를 통해 아미드 결합과 불소 치환기를 갖는 카르복실산 알킬에스테르 화합물인 제2중간체 화합물을 제조하는 단계이다. 상기 제2중간체 화합물은 아민 보호된 아미노산
비대칭 구조의 불소화 화합물로 사용되는 상기 화학식 4의 카복시산의 사용량은 단계 3에서 제조된 화합물 1몰에 대하여 1.05몰 이상 3몰 이하, 또는 1.1몰 이상 1.3몰 로 첨가할 수 있다. 상기 화학식 4의 카복시산 사용량이 1.05몰 이하이면 화합물 1 대비 사용량이 적어 수율도 줄어들며 비대칭 구조를 제조하는데 어려움이 있고, 2몰 이상이면 정제시 카복시산이 잘 제거되지 않는 문제가 있다.
상기 단계2의 촉매는 각각 디메틸아미노피리딘(dimethylaminopyridine; DMAP), N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC), 디사이클로헥실카르보디이미드 (N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide, DCC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 에스테르화 촉매를 사용할 수 있다.
상기 단계2의 촉매의 사용량은 크게 제한되지 않으나, 단계1에서 제조된 화합물 1몰에 대하여 1.1몰 이상 4몰, 또는 1.3몰 이상 1.5몰로 첨가할 수 있다.
상기 단계2의 반응은 아미드 결합 형성 반응이며, 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매가 크게 제한되지는 않으며, 예를 들어 상기 용매는 아세토니트릴, 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 테트라하이드로푸란, 디에틸에테르 및 t-뷰틸메틸에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 일례로 클로로포름 또는 디클로로메탄일 수 있다.
상기 단계2는 실온에서 5 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 단계3은 상기 단계2에서 제조된 제2 중간체 화합물의 산 탈보호(acid deprotection)를 통해 아미드 및 카복시기를 갖는 제3중간체 화합물을 제조하는 단계이다.
상기 산 탈보호 반응은 제2 중간체 화합물의 보호기의 제거에 적합한 산 및/또는 염기 시약을 사용하여 이 분야에 잘 알려진 방법에 따라 진행될 수 있고, 그 방법이 크게 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 제3단계는 제2 중간체 화합물을 염기 조건 하에 반응시켜 제2 중간체 화합물의 카복실레이트 화합물(3a 화합물)을 제조하는 단계3a; 및 산 조건 하에 탈보호 반응시켜 카복시기를 갖는 제3 중간체 화합물(3b 화합물)을 제조하는 단계3b;를 포함할 수 있다.
상기 단계3a는 염기는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등을 탈보호 시약으로 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 일례로, 상기 단계3a는 강염기 조건 하에 수행되며, 상기 염기는 1N 수산화나트륨 일 수 있다.
상기 단계3b의 산은 염산, 포름산, p-톨루엔설폰산, 트리플루오로아세트산 등을 탈보호 시약으로 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 일례로, 상기 단계3b는 강산 조건하에 수행되며, 상기 산은 약 1M 염산일 수 있다.
또한 상기 산 탈보호 반응은 임의의 적합한 용매에서 수행될 수 있다. 상기 용매는 메탄올 및 에탄올 등의 용매를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 용매는 메탄올 일 수 있다.
상기 산 탈보호 반응에서 단계3a 및 단계3b는 실온에서 1시간 내지 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 단계4는 단계3에서 제조된 제3중간체 화합물에 화학식 5의 불소 치환기를 갖는 알코올 화합물을 도입하여 아미드 결합 및 에스테르 구조를 가지며, 양쪽 말단에서 어느 한쪽의 탄소수가 더 많은 불소원자로 치환된 비대칭 구조의 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계이다.
비대칭 구조의 불소화 화합물로 사용되는 상기 화학식 5의 알코올의 사용량은 단계 3에서 제조된 화합물 1몰에 대하여 1.01몰 이상 3몰 이하, 또는 1.05몰 이상 1.3몰 로 첨가할 수 있다. 상기 화학식 5의 알코올 사용량이 1.01몰 이하이면 단계3의 화합물 1 대비 사용량이 적어 수율도 줄어들며 비대칭 구조를 제조하는데 어려움이 있고, 3몰 이상이면 정제시 알코올이 잘 제거되지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 단계4의 촉매는 각각 디메틸아미노피리딘(dimethylaminopyridine; DMAP), N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카보디이미드 하이드로클로라이드(N-(3-dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride, EDC), 디사이클로헥실카르보디이미드 (N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide, DCC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 에스테르화 촉매를 사용할 수 있다.
상기 단계4의 촉매의 사용량은 크게 제한되지 않으나, 단계3에서 제조된 화합물 1몰에 대하여 1.1몰 이상 4몰, 또는 1.3몰 이상 1.5몰로 첨가할 수 있다.
상기 단계4는 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매가 크게 제한되지는 않으며, 예를 들어 상기 용매는 아세토니트릴, 클로로포름, 디클로로메탄, 디클로로에탄, 테트라하이드로푸란, 디에틸에테르 및 t-뷰틸메틸에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 일례로 클로로포름 또는 디클로로메탄일 수 있다.
상기 단계4는 실온에서 5 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 발명의 일 구현예에 따라, 상기 화학식 1의 화합물의 제조방법은 하기 반응식 1을 통해 제조될 수 있다.
[반응식 1]
한편, 상기 구현예의 화학식 1의 제조 방법은, 상기 반응 생성물을 수용액 및 유기 용매의 혼합물을 이용하여 유기층 및 수용액층으로 층분리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법은 크게 제한되지 않고 잘 알려진 방법에 따라 수행할 수 있다.
이때, 상기 층분리에 이용하는 상기 수용액의 종류는 크게 제한되지 않으나, 예를 들어 증류수, 탈이온수를 사용할 수 있다.
상기 유기 용매의 비제한적인 예를 들면 케톤류, 아세테이트류 및 에테르류, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
이러한 유기 용매의 구체적인 예로는, 메틸에틸케톤, 메틸 t-부틸 에테르 (MTBE), 메틸이소부틸케톤, 아세틸아세톤 또는 이소부틸케톤 등의 케톤류; 에틸아세테이트, i-프로필아세테이트, 또는 폴리에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 등의 아세테이트류; 테트라하이드로퓨란 또는 프로필렌글라이콜 모노메틸에테르 등의 에테르류; 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 수용액 및 유기 용매의 혼합물은 수용액과 유기 용매의 부피비가 1: 1.1 이상, 1: 1.5 이상, 1: 1.8 이상 일 수 있으며, 1: 5 이하, 1: 3 이하, 1: 2 이하 일 수 있고, 1: 1.1 이상 1: 5 이하, 1: 1.1 이상 1: 3 이하, 1: 1.5 이상 1: 3 이하, 1: 1.8 이상 1: 3 이하, 또는 1: 1.8 이상 1: 2 이하 일 수 있다.
상기 구현예들의 화학식 1의 제조 방법은, 분리된 유기층에 건조제를 투입하여 잔존 수분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 건조제의 종류는 크게 제한되지 않으나, 황산 마그네슘 및 염화 칼슘 등의 중성 건조제를 사용할 수 있다.
또한, 상기 구현예들의 화학식 1의 제조 방법은, 상기 유기층을 감압 증류하여 유기 용매를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 유기층을 감압 증류하여 유기 용매를 제거하는 단계는 상기 분리된 유기층에 건조제를 투입하여 잔존 수분을 제거하는 단계가 수행된 이후의 유기층에 대하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 유기층을 감압 증류하여 유기 용매를 제거하는 단계 이후에 진공 오븐으로 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 진공 오븐으로 건조하는 단계는 50 ℃ 이상, 55 ℃ 이상에서 수행될 수 있으며, 100 ℃ 이하, 80 ℃ 이하, 또는 70 ℃ 이하에서 수행될 수 있으며, 50 ℃ 이상 100 ℃ 이하, 50 ℃ 이상 80 ℃ 이하, 55 ℃ 이상 80 ℃ 이하, 55 ℃ 이상 70 ℃ 이하에서 수행될 수 있다.
상기 진공 오븐으로 건조하는 단계는 5 시간 이상, 24 시간 이상, 30 시간 이상, 45 시간 이상 수행될 수 있으며, 100 시간 이하, 80 시간 이하, 50 시간 이하로 수행될 수 있고, 5 시간 이상 100 시간 이하, 24 시간 이상 100 시간 이하, 24 시간 이상 80 시간 이하, 30 시간 이상 80 시간 이하, 30 시간 이상 50 시간 이하, 또는 45 시간 이상 50 시간 이하로 수행될 수 있다.
또한, 상기 일 구현예들의 비반응성 불소계 화합물의 제조 방법에 따라, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 수율이 80 % 이상, 85% 이상, 88% 이상, 또는 99 % 이하, 96 % 이하, 또는 80 % 이상 99 % 이하, 85 % 이상 99 % 이하, 85 % 이상 96 % 이하, 88 % 이상 96 % 이하 일 수 있다.
한편, 발명의 일 구현예에 따르면, 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체; 상기 화학식 1의 불소계 화합물; 광반응성 단량체; 및 광개시제를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물이 제공될 수 있다.
상기 화학식 1의 불소계 화합물은 비반응성으로서 포토폴리머 조성물에 첨가제로 사용될 수 있다.
상기 고분자 매트릭스의 굴절률이 1.46 내지 1.53일 수 있다.
상기 고분자 매트릭스는 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 및 실란 가교제를 포함할 수 있다.
상기 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 및 실란 가교제를 포함하는 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체는 상기 포토폴리머 조성물 및 이로부터 제조된 필름 등의 최종 제품의 지지체 역할을 할 수 있으며, 상기 포토폴리머 조성물로부터 형성된 홀로그램에서는 굴절률이 상이한 부분으로써 굴절률 변조를 높이는 역할을 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 고분자 매트릭스는 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 및 실란 가교제를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 고분자 매트릭스의 전구체는 상기 고분자 매트릭스를 형성하는 단량체 또는 올리고머를 포함하고, 구체적으로 상기 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체, 또는 이의 단량체 또는 상기 단량체의 올리고머, 그리고 실란 가교제, 또는 이의 단량체 또는 상기 단량체의 올리고머를 포함할 수 있다.
상기 고분자 매트릭스 상에서 상술한 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체와 실란 가교제는 각각 별개의 성분으로 존재할 수 있으며, 또한 이들이 서로 반응하여 형성되는 복합체의 형태로도 존재할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체에서 실란계 작용기가 분지쇄에 위치할 수 있다. 상기 실란계 작용기는 실란 작용기 또는 알콕시 실란 작용기를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알콕시 실란 작용기로 트리메톡시실란기를 사용할 수 있다.
상기 실란계 작용기는 상기 실란 가교제에 포함된 실란계 작용기와 졸겔반응을 통해 실록산 결합을 형성하여 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체와 실란 가교제를 가교시킬 수 있다.
상기 실란 가교제는 분자당 평균 1개 이상의 실란계 작용기를 갖는 화합물 또는 그의 혼합물일 수 있으며, 상기 1이상의 실란계 작용기를 포함한 화합물일 수 있다. 상기 실란계 작용기는 실란 작용기 또는 알콕시 실란 작용기를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 알콕시 실란 작용기로 트리에톡시실란기를 사용할 수 있다. 상기 실란계 작용기는 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체에 포함된 실란계 작용기와 졸겔반응을 통해 실록산 결합을 형성하여 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체와 실란 가교제를 가교시킬 수 있다.
이때, 상기 실란 가교제는 상기 실란계 작용기의 당량이 200 g/equivalent 내지 1000 g/equivalent 일 수 있다. 이에 따라, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체와 실란 가교제간의 가교밀도가 최적화되어, 기존 매트릭스 대비 온도와 습도에 대해 우수한 내구성을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 상술한 가교밀도 최적화를 통해, 높은 굴절률을 갖는 광반응성 단량체와 낮은 굴절률을 갖는 성분간의 유동성(mobility)을 높임으로서 굴절률 변조를 극대화시켜 기록특성이 향상될 수 있다.
상기 실란 가교제에 포함된 상기 실란계 작용기의 당량이 1000 g/equivalent 이상으로 지나치게 증가하게 되면, 매트릭스의 가교 밀도 저하로 인해 기록후의 회절격자 경계면이 무너질 수 있고, 느슨한 가교밀도 및 낮은 유리전이 온도로 인해 단량체 및 가소제 성분들이 표면으로 용출되어 헤이즈를 발생시킬 수 있다.
상기 실란 가교제에 포함된 상기 실란계 작용기의 당량이 200 g/equivalent 미만으로 지나치게 감소하게 되면, 가교밀도가 너무 높아져 모노머와 가소제 성분들의 유동성을 저해하고 그로 인해 기록특성이 현저하게 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 실란 가교제는 중량평균분자량이 100 내지 2000, 또는 300 내지 1000, 또는 300 내지 700인 선형의 폴리에테르 주쇄 및 상기 주쇄의 말단 또는 분지쇄에 결합한 실란계 작용기를 포함할 수 있다.
상기 중량평균분자량이 100 내지 2000인 선형의 폴리에테르 주쇄는 하기 화학식 6으로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 6]
-(R7O)n-R7-
상기 화학식 6에서 R7은 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고, n은 1이상, 또는 1 내지 50, 또는 5 내지 20, 또는 8 내지 10의 정수이다.
상기 실란 가교제가 유연한 폴리 에테르 폴리올을 주쇄로 도입함으로써 매트릭스의 유리전이온도 및 가교 밀도 조절을 통해 성분들의 유동성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 실란계 작용기와 폴리에테르 주쇄의 결합은 우레탄 결합을 매개로 할 수 있다. 구체적으로, 상기 실란계 작용기와 폴리에테르 주쇄는 우레탄 결합을 통해 상호간 결합을 형성할 수 있으며, 보다 구체적으로는 상기 실란계 작용기에 포함된 규소 원자가 우레탄 결합의 질소원자와 직접 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기를 매개로 결합하며, 상기 폴리에테르 주쇄에 포함된 R7 작용기가 우레탄 결합의 산소원자와 직접 결합할 수 있다.
이처럼 상기 실란계 작용기와 폴리에테르 주쇄가 우레탄 결합을 매개로 결합하는 것은, 상기 실란 가교제가 실란계 작용기를 포함한 이소시아네이트 화합물과 중량평균분자량이 100 내지 2000인 선형의 폴리에테르 폴리올 화합물간의 반응을 통해 제조된 반응생성물이기 때문이다.
보다 구체적으로, 상기 이소시아네이트 화합물은 지방족, 고리지방족, 방향족 또는 방향지방족의 모노- 이소시아네이트 디- 이소시아네이트, 트리- 이소시아네이트 또는 폴리-이소시아네이트; 또는 우레탄, 요소, 카르보디이미드, 아실요소, 이소시아누레이트, 알로파네이트, 뷰렛, 옥사디아진트리온, 우레트디온 또는 이미노옥사디아진디온 구조를 가지는 디-이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트의 올리고-이소시아네이트 또는 폴리-이소시아네이트;를 포함할 수 있다.
상기 실란계 작용기를 포함한 이소시아네이트 화합물의 구체적인 예로는, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란을 들 수 있다.
또한, 상기 폴리에테르 폴리올은 예를 들면 스티렌 옥시드, 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 테트라히드로퓨란, 부틸렌 옥시드, 에피클로로히드린의 다중첨가 생성물과 이들의 혼합 첨가생성물 및 그라프트 생성물, 그리고 다가 알콜 또는 이들의 혼합물의 축합에 의해 수득되는 폴리에테르 폴리올 및 다가 알콜, 아민 및 아미노 알콜의 알콕시화에 의해 수득되는 것들이다.
상기 폴리에테르 폴리올의 구체적인 예로는 1.5 내지 6의 OH 관능도 및 200 내지 18000 g/몰 사이의 수 평균 분자량, 바람직하게는 1.8 내지 4.0의 OH 관능도 및 600 내지 8000 g/몰의 수 평균 분자량, 특히 바람직하게는 1.9 내지 3.1의 OH 관능도 및 650 내지 4500 g/몰의 수 평균 분자량을 가지는, 랜덤 또는 블록 공중합체 형태의 폴리(프로필렌 옥시드), 폴리(에틸렌 옥시드) 및 이들의 조합, 또는 폴리(테트라히드로퓨란) 및 이들의 혼합물이다.
이처럼, 상기 실란계 작용기와 폴리에테르 주쇄가 우레탄 결합을 매개로 결합하는 경우, 보다 용이하게 실란 가교제를 합성할 수 있다.
상기 실란 가교제의 중량평균분자량(GPC측정)은 1000 내지 5,000,000일 수 있다. 중량 평균 분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량(단위: g/mol)을 의미한다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 30 ℃의 온도, 클로로폼 용매(Chloroform) 및 1 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체는 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트 반복단위 및 (메트)아크릴레이트 반복단위를 포함할 수 있다.
실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트 반복단위의 예로는 하기 화학식 7로 표시되는 반복단위를 들 수 있다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R4는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, R5는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이다.
바람직하게는 상기 화학식 7에서, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1의 메틸기이고, R4는 탄소수 1의 메틸기이고, R5는 탄소수 3의 프로필렌기인, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane(KBM-503) 유래 반복단위 또는 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1의 메틸기이고, R4는 수소이고, R5는 탄소수 3의 프로필렌기인, 3-Acryloxypropyltrimethoxysilane(KBM-5103) 유래 반복단위일 수 있다.
또한, 상기 (메트)아크릴레이트 반복단위의 예로는 하기 화학식 8로 표시되는 반복단위를 들 수 있다.
[화학식 8]
상기 화학식 8에서, R6은 탄소수 1 내지 20의 알킬기이고, R7은 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, 바람직하게는 상기 화학식11에서, R6은 탄소수 4의 부틸기이고, R7는 수소인, 부틸 아크릴레이트 유래 반복단위일 수 있다.
상기 화학식 8의 반복단위 : 상기 화학식 7의 반복단위간 몰비율은 0.5 : 1 내지 14 : 1 일 수 있다. 상기 화학식 7의 반복단위 몰비율이 지나치게 감소하게 되면, 매트릭스의 가교밀도가 지나치게 낮아져 지지체로써의 역할을 할 수 없어 기록후 기록특성의 감소가 발생할 수 있고, 상기 화학식 7의 반복단위 몰비율이 지나치게 증가하게 되면, 매트릭스의 가교밀도가 너무 높아져 각 성분들의 유동성이 떨어짐으로 인해 굴절률 변조값의 감소가 발생할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체의 중량평균분자량(GPC측정)은 100,000 내지 5,000,000, 또는 300,000 내지 900,000일 수 있다. 중량 평균 분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량(단위 : g/mol)을 의미한다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 30 ℃의 온도, 클로로폼 용매(Chloroform) 및 1 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체는 상기 실란계 작용기의 당량이 300 g/equivalent 내지 2000 g/equivalent, 또는 500 g/equivalent 내지 2000 g/equivalent, 또는 550 g/equivalent 내지 1800 g/equivalent, 또는 580 g/equivalent 내지 1600 g/equivalent, 또는 586 g/equivalent 내지 1562 g/equivalent일 수 있다.
상기 실란계 작용기 당량이란 실란계 작용기기 한 개에 대한 당량(g/equivalent)이며, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체의 중량평균 분자량을 1 분자당 실란계 작용기의 수로 나눈 값이다. 상기 당량값이 작을수록 작용기의 밀도가 높으며, 상기 당량값이 클수록 작용기 밀도가 작아진다.
이에 따라, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체와 실란 가교제간의 가교밀도가 최적화되어, 기존 매트릭스 대비 온도와 습도에 대해 우수한 내구성을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 상술한 가교밀도 최적화를 통해, 높은 굴절률을 갖는 광반응성 단량체와 낮은 굴절률을 갖는 성분간의 유동성(mobility)을 높임으로서 굴절률 변조를 극대화시켜 기록특성이 향상될 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체에 포함된 상기 실란계 작용기의 당량이 300 g/equivalent 미만으로 지나치게 감소하게 되면, 매트릭스의 가교밀도가 너무 높아져 성분들의 유동성을 저해하고, 그로 인해 기록특성의 감소가 발생할 수 있다. 또한, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체에 포함된 상기 실란계 작용기의 당량이 2000 g/equivalent 초과로 지나치게 증가하게 되면, 가교밀도가 너무 낮아 지지체로써의 역할을 못하게 되어 기록 후 생성된 회절격자들의 경계면이 무너져 굴절률 변조값이 시간이 경과하면서 감소할 수 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 100 중량부에 대하여, 상기 실란 가교제 함량이 10 중량부 내지 90 중량부, 또는 20 중량부 내지 70 중량부, 또는 22 중량부 내지 65 중량부일 수 있다.
상기 반응 생성물에서, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 100 중량부에 대하여, 상기 실란 가교제 함량이 지나치게 감소하게 되면, 매트릭스의 경화속도가 현저히 느려져 지지체로써의 기능을 잃고 기록후의 회절격자 경계면이 쉽게 무너질 수 있으며, 상기 반응 생성물에서, 상기 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 100 중량부에 대하여, 상기 실란 가교제 함량이 지나치게 증가하게 되면, 매트릭스의 경화속도는 빨라지나 반응성 실란기 함량의 과도한 증가로 다른 성분들과의 상용성 문제가 발생하여 헤이즈가 발생하게 된다.
또한, 상기 반응 생성물의 모듈러스(저장탄성률)가 0.01 MPa 내지 5 MPa 일 수 있다. 상기 모듈러스 측정 방법의 구체적인 예로, TA Instruments의 DHR(discovery hybrid rheometer) 장비를 이용하여 상온(20 ℃ 내지 25 ℃)에서 1Hz의 frequency에서 storage modulus(G') 값을 측정할 수 있다.
또한, 상기 반응 생성물의 유리전이온도가 -40 ℃ 내지 10 ℃일 수 있다. 상기 유리전이온도 측정 방법의 구체적인 예로, DMA(dynamic mechanical analysis) 측정장비를 이용하여 strain 0.1%, frequency 1Hz, 승온속도 5℃/min의 셋팅 조건으로 -80 ℃ ~ 30 ℃ 영역에서 광중합 조성물이 코팅된 필름의 phase angle(Loss modulus) 변화를 측정하는 방법을 들 수 있다.
한편, 상기 광반응성 단량체는 다관능 (메트)아크릴레이트 단량체 또는 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 포토폴리머 조성물의 광중합 과정에서 단량체가 중합되어 폴리머가 상대적으로 많이 존재하는 부분에서는 굴절율이 높아지고, 고분자 바인더가 상대적으로 많이 존재하는 부분에서는 굴절율이 상대적으로 낮아져서 굴절율 변조가 생기게 되며, 이러한 굴절율 변조에 의해서 회절 격자가 생성된다.
구체적으로, 상기 광반응성 단량체의 일 예로는 (메트)아크릴레이트계 α,β-불포화 카르복실산 유도체, 예컨대 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, (메트)아크릴로니트릴 또는 (메트)아크릴산 등이나, 또는 비닐기(vinyl) 또는 씨올기(thiol)를 포함한 화합물을 들 수 있다.
상기 광반응성 단량체의 일 예로 굴절율이 1.5 이상, 또는 1.53이상, 또는 1.5 내지 1.7인 다관능 (메트)아크릴레이트 단량체를 들 수 있으며, 이러한 굴절율이 1.5 이상, 또는 1.53이상, 또는 1.5 내지 1.7인 다관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 Halogen 원자(bromine, iodine 등), 황(S), 인(P), 또는 방향족 고리(aromatic ring)을 포함할 수 있다.
상기 굴절율이 1.5 이상인 다관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 보다 구체적인 예로는 bisphenol A modified diacrylate계열, fluorene acrylate 계열(HR6022 등 - Miwon社), bisphenol fluorene epoxy acrylate계열 (HR6100, HR6060, HR6042 등 - Miwon社), Halogenated epoxy acrylate계열 (HR1139, HR3362 등 - Miwon社) 등을 들 수 있다.
상기 광반응성 단량체의 다른 일 예로 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체를 들 수 있다. 상기 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체는 분자 내부에 에테르 결합 및 플루오렌 작용기를 포함할 수 있으며, 이러한 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체의 구체적인 예로는 페녹시 벤질 (메트)아크릴레이트, o-페닐페놀 에틸렌 옥사이드 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 2-(페닐사이오)에틸 (메트)아크릴레이트, 또는 바이페닐메틸 (메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
한편, 상기 광반응성 단량체로는 50 g/mol 내지 1000 g/mol, 또는 200 g/mol 내지 600 g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 중량평균분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 의미한다.
한편, 상기 구현예의 포토폴리머 조성물은 광개시제를 포함한다. 상기 광개시제는 빛 또는 화학방사선에 의해 활성화되는 화합물이며, 상기 광반응성 단량체 등 광반응성 작용기를 함유한 화합물의 중합을 개시한다.
상기 광개시제로는 통상적으로 알려진 광개시제를 큰 제한 없이 사용할 수 있으나, 이의 구체적인 예로는 광 라디칼 중합 개시제, 광양이온 중합 개시제, 또는 광음이온 중합 개시제를 들 수 있다.
상기 광 라디칼 중합 개시제의 구체적인 예로는, 이미다졸 유도체, 비스이미 다졸 유도체, N-아릴 글리신 유도체, 유기 아지드 화합물, 티타노센, 알루미네이트 착물, 유기 과산화물, N- 알콕시 피리디늄 염, 티옥산톤 유도체, 아민 유도체 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광 라디칼 중합 개시제로는 1,3-di(t-butyldioxycarbonyl)benzophenone, 3,3',4,4''-tetrakis(t-butyldioxycarbonyl)benzophenone, 3-phenyl-5-isoxazolone, 2-mercapto benzimidazole, bis(2,4,5-triphenyl)imidazole, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one (제품명: Irgacure 651 / 제조사: BASF), 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone (제품명:Irgacure 184 / 제조사: BASF), 2-benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanone-1 (제품명: Irgacure 369 / 제조사: BASF), 및 bis(η5-2,4-cyclopentadiene-1-yl)-bis(2,6-difluoro-3-(1H-pyrrole-1-yl)-phenyl)titanium (제품명: Irgacure 784 제조사: BASF), Ebecryl P-115(제조사 : SK entis) 등을 들 수 있다.
상기 광양이온 중합 개시제로는, 디아조늄염(diazonium salt), 설포늄염(sulfonium salt), 또는 요오드늄(iodonium salt)을 들 수 있고, 예를 들면 술폰산 에스테르, 이미드 술포 네이트, 디알킬-4-히드록시 술포늄 염, 아릴 술폰산-p-니트로 벤질 에스테르, 실라놀-알루미늄 착물, (η6- 벤젠) (η5-시클로 펜타디에닐)철 (II) 등을 들 수 있다. 또한, 벤조인 토실레이트, 2,5-디니트로 벤질 토실레이트, N- 토실프탈산 이미드 등도 들 수 있다. 상기 광양이온 중합 개시제의 보다 구체적인 예로는, Cyracure UVI-6970, Cyracure UVI-6974 및 Cyracure UVI-6990 (제조사: Dow Chemical Co. in USA)이나 Irgacure 264 및 Irgacure 250 (제조사: BASF) 또는 CIT-1682 (제조사:Nippon Soda) 등의 시판 제품을 들 수 있다.
상기 광음이온 중합 개시제로는, 보레이트염(Borate salt)을 들 수 있고, 예를 들면 부티릴 클로린 부틸트리페닐보레이트(BUTYRYL CHOLINE BUTYLTRIPHENYLBORATE) 등을 들 수 있다. 상기 광음이온 중합 개시제의 보다 구체적인 예로는, Borate V(제조사: Spectra group) 등의 시판 제품을 들 수 있다.
또한, 상기 구현예의 포토폴리머 조성물은 일분자 (유형 I) 또는 이분자 (유형 II) 개시제를 사용할 수도 있다. 상기 자유 라디칼 광중합을 위한 (유형 I) 시스템은 예를 들면 3차 아민과 조합된 방향족 케톤 화합물, 예컨대 벤조페논, 알킬벤조페논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논 (미힐러(Michler's) 케톤), 안트론 및 할로겐화 벤조페논 또는 상기 유형의 혼합물이다. 상기 이분자 (유형 II) 개시제로는 벤조인 및 그의 유도체, 벤질 케탈, 아실포스파인 옥시드, 예컨대 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스파인 옥시드, 비스아실로포스파인 옥시드, 페닐글리옥실 에스테르, 캄포퀴논, 알파-아미노알킬페논, 알파-,알파-디알콕시아세토페논, 1-[4-(페닐티오)페닐]옥탄-1,2-디온 2-(O-벤조일옥심) 및 알파-히드록시알킬페논 등을 들 수 있다.
상기 구현예의 포토폴리머 조성물은, 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체 100중량부 대비 광반응성 단량체 20 내지 300 중량부; 상기 화학식 1의 화합물 20 내지 300 중량부; 및 광개시제 0.1 내지 10중량부를 포함할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 상기 포토폴리머 조성물이 유기 용매를 더 포함하는 경우, 상술한 성분들의 함량은 이들 성분의 총합(유기 용매를 제외한 성분의 총합)을 기준으로 한다.
상기 홀로그램 기록용 포토폴리머 조성물은 하기 화학식 9의 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 9]
상기 화학식9에서,
R11 및 R12는 각각 독립적으로 다이플루오로메틸렌기이며,
R13 및 R16은 각각 독립적으로 메틸렌기이고,
R14 및 R15는 각각 독립적으로 다이플루오로메틸렌기이며,
k은 1 내지 10의 정수이고,
R17 및 R18은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 하기 화학식 10의 작용기이고,
[화학식 9]
상기 화학식 10에서,
R21, R22 및 R23 은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고,
R24는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고,
l은 1 내지 30의 정수이다.
상기 화학식 9의 화합물 또한 불소계 화합물로서, 반응성이 거의 없는 안정성을 가지며, 저굴절특성을 가지므로, 상기 포토폴리머 조성물 내에 첨가시 고분자 매트릭스의 굴절률을 보다 낮출 수 있어, 모노머와의 굴절률 변조를 극대화시킬 수 있다.
상기 화학식 9의 화합물은 에테르기, 에스터기 및 아마이드기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 작용기 및 2이상의 다이플루오로메틸렌기를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 불소계 화합물은 2개의 다이플루오로메틸렌기간의 직접결합 또는 에테르 결합을 포함한 중심 작용기의 양말단에 에테르기를 포함한 작용기가 결합한 상기 화학식9 구조를 가질 수 있다.
상기 화학식 9의 화합물은 굴절률이 1.45미만, 또는 1.3 이상 1.45미만일 수 있다. 상술한 바와 같이 광반응성 단량체가 1.5이상의 굴절률을 가지므로, 상기 불소계 화합물은 광반응성 단량체 보다 낮은 굴절률을 통해, 고분자 매트릭스의 굴절률을 보다 낮출 수 있어, 모노머와의 굴절률 변조를 극대화시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 구현예의 포토폴리머 조성물은, 상기 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체 100중량부 대비 상기 화학식 1의 화합물 20 내지 300중량부를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 분자량이 약 400 이상, 또는 500 내지 900일 수 있다.
한편, 상기 포토폴리머 조성물은 상술한 화학식 1의 화합물과 화학식 10의 화합물을 함께 포함한 경우, 상술한 특유의 효과 예를 들어, 상술한 가교밀도 최적화를 통해, 높은 굴절률을 갖는 광반응성 단량체와 낮은 굴절률을 갖는 성분간의 유동성(mobility)을 높임으로서 굴절률 변조를 극대화시켜 기록특성이 향상시키는 효과를 보다 극대화할 수 있다.
한편, 상기 포토폴리머 조성물은 광감응 염료를 더 포함할 수 있다. 상기 광감응 염료는 상기 광개시제를 증감시키는 증감 색소의 역할을 하는데, 보다 구체적으로 상기 광감응 염료는 광중합체 조성물에 조사된 빛에 의하여 자극되어 모노머 및 가교 모노머의 중합을 개시하는 개시제의 역할도 함께 할 수 있다. 상기 포토폴리머 조성물은 광감응 염료 0.01중량% 내지 30중량%, 또는 0.05중량% 내지 20중량% 포함할 수 있다.
상기 광감응 염료의 예가 크게 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 알려진 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 상기 광감응 염료의 구체적인 예로는, 세라미도닌의 술포늄 유도체(sulfonium derivative), 뉴 메틸렌 블루(new methylene blue), 티오에리트로신 트리에틸암모늄(thioerythrosine triethylammonium), 6-아세틸아미노-2-메틸세라미도닌(6-acetylamino-2-methylceramidonin), 에오신(eosin), 에리트로신(erythrosine), 로즈 벵갈(rose bengal), 티오닌(thionine), 베이직 옐로우(baseic yellow), 피나시놀 클로라이드(Pinacyanol chloride), 로다민 6G(rhodamine 6G), 갈로시아닌(gallocyanine), 에틸 바이올렛(ethyl violet), 빅토리아 블루 R(Victoria blue R), 셀레스틴 블루(Celestine blue), 퀴날딘 레드(QuinaldineRed), 크리스탈 바이올렛(crystal violet), 브릴리언트 그린(Brilliant Green), 아스트라존 오렌지 G(Astrazon orange G), 다로우 레드(darrow red), 피로닌 Y(pyronin Y), 베이직 레드 29(basic red 29), 피릴륨I(pyrylium iodide), 사프라닌 O(Safranin O), 시아닌, 메틸렌 블루, 아주레 A(Azure A), 또는 이들의 2이상의 조합을 들 수 있다.
상기 포토폴리머 조성물은 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 용매의 비제한적인 예를 들면 케톤류, 알코올류, 아세테이트류 및 에테르류, 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
이러한 유기 용매의 구체적인 예로는, 메틸에틸케논, 메틸이소부틸케톤, 아세틸아세톤 또는 이소부틸케톤 등의 케톤류; 메탄올, 에탄올, n-프로판올, i-프로판올, n-부탄올, i-부탄올, 또는 t-부탄올 등의 알코올류; 에틸아세테이트, i-프로필아세테이트, 또는 폴리에틸렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 등의 아세테이트류; 테트라하이드로퓨란 또는 프로필렌글라이콜 모노메틸에테르 등의 에테르류; 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 유기 용매는 상기 포토폴리머 조성물에 포함되는 각 성분들을 혼합하는 시기에 첨가되거나 각 성분들이 유기 용매에 분산 또는 혼합된 상태로 첨가되면서 상기 포토폴리머 조성물에 포함될 수 있다. 상기 포토폴리머 조성물 중 유기 용매의 함량이 너무 작으면, 상기 포토폴리머 조성물의 흐름성이 저하되어 최종 제조되는 필름에 줄무늬가 생기는 등 불량이 발생할 수 있다. 또한, 상기 유기 용매의 과량 첨가시 고형분 함량이 낮아져, 코팅 및 성막이 충분히 되지 않아서 필름의 물성이나 표면 특성이 저하될 수 있고, 건조 및 경화 과정에서 불량이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 포토폴리머 조성물은 포함되는 성분들의 전체 고형분의 농도가 1중량% 내지 70중량%, 또는 2 중량% 내지 50중량%가 되도록 유기 용매를 포함할 수 있다.
상기 포토폴리머 조성물은 기타의 첨가제, 촉매 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 포토폴리머 조성물은 상기 고분자 매트릭스나 광반응성 단량체의 중합을 촉진하기 위하여 통상적으로 알려진 촉매를 포함할 수 있다. 상기 촉매의 예로는, 주석 옥타노에이트, 아연 옥타노에이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디메틸비스[(1-옥소네오데실)옥시]스타난, 디메틸주석 디카르복실레이트, 지르코늄 비스(에틸헥사노에이트), 지르코늄 아세틸아세토네이트, p-톨루엔설폰산(p-toluenesulfonic acid) 또는 3차 아민, 예컨대 1,4-디아자비씨클로[2.2.2]옥탄, 디아자비씨클로노난, 디아자비씨클로운데칸, 1,1,3,3-테트라메틸구아니딘, 1,3,4,6,7,8-헥사히드로-1-메틸-2H-피리미도(1,2-a)피리미딘 등을 들 수 있다.
상기 기타의 첨가제의 예로는 소포제 또는 포스페이트계 가소제를 들 수 있고, 상기 소포제로는 실리콘계 반응성 첨가제를 사용할 수 있으며, 이의 예로 Tego Rad 2500을 들 수 있다. 상기 가소제의 예로는 트리부틸 포스페이트와 같은 포스페이트 화합물을 들 수 있으며, 상기 가소제는 상술한 불소계 화합물과 함께 1:5 내지 5:1의 중량비율로 첨가될 수 있다. 상기 가소제는 굴절률이 1.5미만이며, 분자량이 700이하일 수 있다.
상기 포토폴리머 조성물은 홀로그램기록 용도로 사용될 수 있다.
한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 포토폴리머 조성물에 의해 형성되는 홀로그램 기록층을 포함하는, 홀로그램 기록 매체가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 일 구현예의 포토폴리머 조성물을 사용하면, 보다 얇은 두께를 가지면서도 이전에 알려진 홀로그램에 비하여 크게 향상된 굴절율 변조값 및 높은 회절 효율을 구현할 수 있는 홀로그램이 제공될 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 매체는 보다 얇은 두께 범위에서도 이전에 알려진 홀로그램에 비하여 크게 향상된 굴절율 변조값 및 우수한 온도, 습도에 대한 내구성을 구현할 수 있다. 특히, 고온 및 고습 하에서 내열 습열 특성이 우수하여 장기 보관 안정성이 우수하여, 홀로그램 기록 매체의 기록 특성을 최적화할 수 있다.
구체적으로, 상기 홀로그램 기록 매체는 5㎛ 내지 30 ㎛의 두께에서도 0.020 이상 또는 0.021이상, 0.022 이상 또는 0.023이상, 또는 0.020 내지 0.035, 또는 0.027 내지 0.030의 굴절율 변조값(n)을 구현할 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 기록 매체는 5㎛ 내지 30 ㎛의 두께에서 50% 이상, 또는 85% 이상, 또는 85 내지 99%의 회절 효율을 구현할 수 있다.
상기 홀로그램 기록 매체는 헤이즈가 1.0 % 이하일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 구현예의 홀로그램 기록 매체가 홀로그램 형성용 코팅층에 저가형 가소제로 화학식 1의 불소계 화합물을 포함함에 따라, 1.0 % 이하의 헤이즈를 나타내는 우수한 광학 특성을 구현할 수 있어 경제적인 효과가 있따.
또한, 상기 홀로그램 기록 매체는 상기 화학식 1의 비반응성 불소계 화합물을 포함함에 따라, 65 ℃, RH 90% 및 72h의 고온 및 고습 조건에서 내습열 신뢰성 측정시, 흡수 파장의 변조값이 (Δλ)이 약 -10nm 이상일 수 있다.
또한, 상기 홀로그램 기록 매체는 굴절률 변조값(Δn)이 약 0.04 이상이고, 회절 효율 (DE)이 약 80% 이상, 구체적으로 85% 이상일 수 있다.
상기 일 구현예의 포토폴리머 조성물은 이에 포함되는 각각의 성분을 균일하게 혼합하고 20 ℃ 이상의 온도에서 건조 및 경화를 한 이후에, 소정의 노광 과정을 거쳐서 전체 가시 범위 및 근자외선 영역(300 내지 800 nm)에서의 광학적 적용을 위한 홀로그램으로 제조될 수 있다.
상기 일 구현예의 포토폴리머 조성물 중 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체를 형성하는 성분을 우선 균질하게 혼합하고, 상술한 실란 가교제를 추후에 촉매와 함께 혼합하여 홀로그램의 형성 과정을 준비할 수 있다.
상기 일 구현예의 포토폴리머 조성물은 이에 포함되는 각각의 성분의 혼합에는 통상적으로 알려진 혼합기, 교반기 또는 믹서 등을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 상기 혼합 과정에서의 온도는 0 ℃ 내지 100 ℃, 바람직하게는 10 ℃ 내지 80 ℃, 특히 바람직하게는 20 ℃ 내지 60 ℃일 수 있다.
한편, 상기 일 구현예의 포토폴리머 조성물 중 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체를 형성하는 성분을 우선 균질하고 혼합한 이후, 상술한 실란 가교제를 첨가하는 시점에서 상기 포토폴리머 조성물은 20 ℃이상의 온도에서 경화되는 액체 배합물이 될 수 있다.
상기 경화의 온도는 상기 포토폴리머의 조성에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 30 ℃ 내지 180 ℃의 온도로 가열함으로써 촉진된다.
상기 경화시에는 상기 포토폴리머가 소정의 기판이나 몰드에 주입되거나 코팅이 된 상태일 수 있다.
한편, 상기 포토폴리머 조성물로부터 제조된 홀로그램 기록 매체에 시각적 홀로그램의 기록하는 방법은 통상적으로 알려진 방법을 큰 제한 없이 사용할 수 있으며, 후술하는 구현예의 홀로그래픽 기록 방법에서 설명하는 방법을 하나의 예로 채용할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 가간섭성의 레이저에 의해 상기 포토폴리머 조성물에 포함된 광반응성 단량체를 선택적으로 중합시키는 단계를 포함하는, 홀로그래픽 기록 방법이 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 포토폴리머 조성물을 혼합 및 경화하는 과정을 통해서 시각적 홀로그램이 기록되지 않는 상태의 매체를 제조할 수 있으며, 소정의 노출 과정을 통해서 상기 매체 상에 시각적 홀로그램를 기록할 수 있다.
상기 포토폴리머 조성물을 혼합 및 경화하는 과정을 통하여 제공되는 매체에, 통상적으로 알려진 조건 하에 공지의 장치 및 방법을 이용하여 시각적 홀로그램을 기록할 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 홀로그램 기록 매체를 포함한 광학 소자가 제공될 수 있다.
상기 광학 소자의 구체적인 예로는 광학 렌즈, 거울, 편향 거울, 필터, 확산 스크린, 회절 부재, 도광체, 도파관, 영사 스크린 및/또는 마스크의 기능을 갖는 홀로그래픽 광학 소자, 광메모리 시스템의 매질과 광확산판, 광파장 분할기, 반사형, 투과형 컬러필터 등을 들수 있다.
상기 홀로그램 기록 매체를 포함한 광학 소자의 일 예로 홀로그램 디스플레이 장치를 들 수 있다.
상기 홀로그램 디스플레이 장치는 광원부, 입력부, 광학계 및 표시부를 포함한다. 상기 광원부는 입력부 및 표시부에서 물체의 3차원 영상 정보를 제공, 기록 및 재생하는데 사용되는 레이저빔을 조사하는 부분이다. 또한, 상기 입력부는 표시부에 기록할 물체의 3차원 영상 정보를 미리 입력하는 부분이며, 예를 들어, 전기 구동 액정 SLM(electrically addressed liquid crystal SLM)에 공간별 빛의 세기와 위상과 같은 물체의 3차원 정보를 입력할 수 있고, 이때 입력빔이 사용될 수 있다. 상기 광학계는 미러, 편광기, 빔스플리터, 빔셔터, 렌즈 등으로 구성될 수 있으며, 상기 광학계는 광원부에서 방출되는 레이저빔을 입력부로 보내는 입력빔, 표시부로 보내는 기록빔, 기준빔, 소거빔, 독출빔 등으로 분배할 수 있다.
상기 표시부는 입력부로부터 물체의 3차원 영상 정보를 전달받아서 광학 구동 SLM(optically addressed SLM)으로 이루어진 홀로그램 플레이트에 기록하고, 물체의 3차원 영상을 재생할 수 있다. 이때, 입력빔과 기준빔의 간섭을 통하여 물체의 3차원 영상 정보를 기록할 수 있다. 상기 홀로그램 플레이트에 기록된 물체의 3차원 영상 정보는 독출빔이 생성하는 회절 패턴에 의해 3차원 영상으로 재생될 수 있고, 소거빔은 형성된 회절 패턴을 빠르게 제거하기 위해 사용될 수 있다. 한편, 상기 홀로그램 플레이트는 3차원 영상을 입력하는 위치와 재생하는 위치 사이에서 이동될 수 있다.
본 발명에 따르면, 저가의 원재료를 이용하여 종래보다 간단한 방법으로 얇은 두께 범위에서도 보다 높은 굴절율 변조값을 구현하고, 회절 효율, 내습열 신뢰 특성 및 보관 안정성을 개선할 할 수 있는 포토폴리머층을 보다 효율적이고 용이하게 제공할 수 있는 비대칭 구조의 비반응성 불소계 유기 화합물과, 이를 포함하는 포토폴리머용 조성물이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 포토폴리머용 조성물을 이용한 홀로그램 기록 매체, 광학 소자 및 홀로그래픽 기록 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 실시예 1의 불소계 유기 화합물에 대한 1H NMR 측정 결과이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[제조예]
[제조예1 : 실란계 작용기가 분지쇄에 위치한 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체의 제조방법]
2L 자켓 반응기에 부틸 아크릴레이트 154g, KBM-503(3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란) 46g을 넣고, 에틸아세테이트 800g으로 희석하였다. 약 60~70 ℃로 반응온도를 셋팅하고, 30분~1시간 정도 교반을 진행하였다. n-도데실 머캅탄 0.02g을 추가로 넣고, 30분 정도 더 교반을 진행하였다. 이후, 중합개시제인 AIBN 0.06g을 넣고, 반응온도에서 4시간 이상 중합을 진행하여 잔류 아크릴레이트 함량이 1% 미만이 될때까지 유지하여, 실란계 작용기가 분지쇄에 위치한 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 (중량평균분자량 약 500,000~600,000, Si-(OR)3 당량 1019 g/equivalent)를 제조하였다.
[제조예2 : 실란 가교제의 제조방법]
1000 ml 플라스크에 KBE-9007(3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란) 19.79 g, PEG-400 12.80 g과 DBTDL 0.57 g을 넣고, 테트라하이드로퓨란 300g으로 희석하였다. TLC로 반응물이 모두 소모된 것이 확인될 때까지 25 ℃ 에서 교반한 후, 감압하여 반응용매를 모두 제거하였다.
다이클로로메테인 : 메틸알코올 = 30 : 1의 전개액 조건 하에서 컬럼 크로마토그래피를 통해 순도 95 % 이상의 액상 생성물 28 g을 91%의 수율로 분리하여 실란 가교제를 얻었다.
[실시예 및 비교예: 포토폴리머 조성물의 제조]
[실시예 1 : 불소계 화합물 #1의 제조]
하기 반응식 1에 따라, 불소계 화합물 #1을 제조하였다.
[반응식 1]
Acid protection 단계 (단계1)
250mL 플라스크에 에탄올(80mL)를 투입하고 -78℃에서 thionyl chloride(4.4mL, 60.6mmol)를 투입하였다.
이어서, 상기 플라스크에 2-aminoisobutyric acid(5g,48.5mmol)를 투입 후 실온으로 온도를 올린 후, 80℃에서 2시간 환류 교반하였다.
이후, 용매를 감압 증류하여 모두 제거한 뒤, MeOH로 잔여물을 녹인 후, 다시 용매를 제거하였다. 상기 용매를 제거하는 과정을 2번 반복하여 제1중간체 화합물(1)을 제조하였다.
아미드 형성 및 acid deprotection 단계(단계 2 및 단계 3)
250mL 플라스크에 상기 제1중간체 화합물(1)(1g, 7.6mmol), heptafluorobutanoic acid(1.3mL, 9.9mmol), EDCl (2.2g, 11.4mmol), 및 DMAP (0.09g, 0.76mmol)를 투입 후, 디클로로메탄(330mL)로 용해하였다. 상기 혼합물을 24℃에서 하루 동안 교반하였다.
상기 반응 혼합물에서 용매를 제거한 후, 에틸아세테이트(100mL)로 세번 워크업 한뒤, MTBE (100mL)로 세번 워크업하였다. 이후, 용매 제거 및 농축하여 제2중간체 화합물(2)을 제조하였다.
상기 제2중간체 화합물(2))을 MeOH로 용해한 후, 1N NaOH(10ml)를 0℃에서 투입하고 2시간 교반하였다.
이후, MeOH를 감압 증류하여 모두 제거하여 제3중간체 화합물 (3a)를 얻은 후, 1N HCl(5mL)을 투입하여 pH=3을 확인한 뒤 30분간 교반하고, 에틸아세테이트로 워크업을 진행한 후 진공 건조하여 제3중간체 화합물(3b)을 제조하였다.
화학식 1의 불소계 화합물 제조 단계(에스테르 형성, 단계4)
250mL 플라스크에 상기 제3중간체 화합물(3b)(0.4g, 1.3mmol), 1,3-bis(2,2,2-trifluoroethoxy)-2-propanol인 fluorinated alcohol (FEP, 0.43G, 1.7mmol), EDCl (0.384g, 2.01mmol), 및 DMAP (0.016g, 0.13mmol)를 투입 후, 아세토니트릴(12mL)로 용해하였다. 상기 혼합물을 24℃에서 하루 동안 교반하였다. NMR을 확인 후 추가 교반 또는 반응을 중지하였다.
에틸아세테이트(100mL)로 세번 워크업 한뒤, MTBE (100mL)로 세번 워크업하였다. 필요시 진공 상태에서 60℃ 이상에서 교반하여 잔류 알코올을 제거하였다.
MPLC 컬럼 정제를 통해 하기 불소계 화합물 #1(4)을 제조하였다(Mw: 687.30).
1H NMR (600Mhz, CDCl3) 결과는 도 1에 나타내었다.
δ 1.64ppm (6H, m) 3.80-3.86ppm (8H, m) 5.16-5.20ppm (1H, m)
[실시예 2 : 불소계 화합물 #2의 제조]
상기 마지막의 에스테르 형성 단계에서 1,3-bis(2,2,2-trifluoroethoxy)-2-propanol 대신 Octafluoropentanol을 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 하기 구조의 불소계 화합물 #2를 제조하였다(Mw: 563.21).
1H NMR을 분석한 결과, 상기 화합물이 제조되었음을 확인하였다.
[실시예 3-4, 비교예 1: 포토폴리머 조성물의 제조]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 상기 제조예 1 내지 2에서 얻은 실란 중합체, 광반응성 단량체(고굴절 아크릴레이트, 굴절률 1.600, HR6022[미원]), 실시예, 및 비교예의 비반응성 저굴절 물질(포토폴리머용 첨가제), 트리부틸 포스페이트(Tributyl phosphate[TBP], 분자량 266.31, 굴절률 1.424, 시그마 알드리치사 제품), safranin O (염료, 시그마 알드리치사 제품), Ebecryl P-115 (SK entis), Borate V (Spectra group), Irgacure 250(BASF), 실리콘계 반응성 첨가제(Tego Rad 2500) 및 메틸아이소뷰틸케톤(MIBK)을 빛을 차단한 상태에서 혼합하고, Paste 믹서로 약 10분간 교반하여 투명한 코팅액을 수득하였다.
상기 코팅액에 상기 제조예 2의 상술한 실란 가교제 또는 망상 구조의 실란 가교제(Sibond H-5) 를 첨가하여 5~10분간 더 교반하였다. 이후, 상기 코팅액에 촉매인 DBTDL 0.02g 를 넣고 약 1분간 교반한 후, meyer bar를 이용하여, 80㎛ 두께의 TAC기재에 10 ㎛ 두께로 코팅하여, 40 ℃에서 1시간 건조시켰다.
그리고, 약 25 ℃ 및 50RH%의 상대 습도의 항온 항습 조건의 암실에서 샘플을 24시간 이상 방치하였다.
[실험예: 홀로그래픽 기록]
(1) 상기 실시예 및 비교예 각각에서 제조된 포토폴리머 코팅면을 slide 글라스에 라미네이트 하고, 기록시 레이저가 유리면을 먼저 통과하도록 고정하였다.
(2) 회절 효율(η) 측정 (Diffractive Efficiency, DE) (단위 %)
두 간섭광(참조광 및 물체광)의 간섭을 통해서 홀로그래픽을 기록하며, 투과형 기록은 두 빔을 샘플의 동일면에 입사하였다. 두 빔의 입사각에 따라 회절 효율은 변하게 되며, 두 빔의 입사각이 동일한 경우 non-slanted가 된다. non-slanted 기록은 두빔의 입사각이 법선 기준으로 동일하므로, 회절 격자는 필름에 수직하게 생성된다.
532nm 파장의 레이저를 사용하여 투과형 non-slanted 방식으로 기록(2θ=45°)하며, 하기 일반식1로 회절 효율(η)을 계산하였다.
[일반식1]
상기 일반식1에서, η은 회절 효율이고, PD는 기록후 샘플의 회절된 빔의 출력량(mW/㎠)이고, PT는 기록한 샘플의 투과된 빔의 출력량(mW/㎠)이다.
(3) 굴절률 변조값(n) 측정
투과형 홀로그램의 Lossless Dielectric grating은 하기 일반식2로부터 굴절율 변조값(△n)을 계산할 수 있다.
[일반식 2]
상기 일반식2에서, d는 포토폴리머층의 두께이고, △n은 굴절율 변조값이며, η(DE)은 회절 효율이고, λ는 기록 파장이다.
(4) 기록 후 내습열 신뢰성 측정
상기 포토폴리머 조성물을 이용한 홀로그램 기록 매체 샘플에 대하여, 65 ℃ 및 90RH%의 상대 습도의 항온 항습 조건의 암실에서 72시간 방치하였다.
이후, 분광광도계(Shimadzu社 SolidSpec-3700)를 사용하여 홀로그램 기록 매체 샘플의 파장에 따른 투과도를 측정, 투과도가 최대값을 나타내는 peak 값 (λmax)을 측정 후 72시간 방치 전 λmax 와의 차이 (Δλ)를 계산하는 방법으로 신뢰성을 평가하였다.
(5) 헤이즈
헤이즈는 JIS K7136:2000에 준거하여 HAZE METER(니혼덴쇼쿠고교사제 「NDH-5000」)를 사용하여 측정했다. 측정광은 홀로그램 기록 매체의 기재 측면으로 입사되었다.
| 구분 | 실시예3 | 실시예4 | 비교예1 | |
| (메트)아크릴레이트계 공중합체 | 제조예1 | 23.1 | 23.1 | 23.1 |
| 선형실란가교제 | 제조예2 | 8.4 | 8.4 | 8.4 |
| 광반응성 단량체 | HR6022 | 31.5 | 31.5 | 31.5 |
| Dye | RDS006 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| Amine | Ebecryl P-115 | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
| Borate salt | Borate V | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| Onium salt | Irgacure 250 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 비반응성 가소제* (TBP) |
Tributyl phosphate | 0 | 17.2 | 34.4 |
| 비반응성 불소계화합물 (포토폴리머용 첨가제) |
실시예1(#1) | 34.4 | 0 | 0 |
| 실시예2(#2) | 0 | 17.2 | 0 | |
| 촉매 | DBTDL(dibutyltin dilaurate) | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| 첨가제 | Tego Rad 2500 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 용매 | MIBK | 300 | 300 | 300 |
| 코팅 두께(단위 : ㎛) | 10 | 10 | 10 | |
| Haze | 1.5 | 1.0 | 2.2 | |
| DE (%) | 88 | 87 | 73.2 | |
| Δn | 0.0359 | 0.037 | 0.0184 | |
| 기록후 내습열 신뢰성 65℃/RH 90%, Δλ(nm) 72h |
-41 | -41 | -40 | |
* 비반응성 가소제 : Tributyl phosphate(분자량 266.31, 굴절률 1.424, 시그마-알드리치에서 구입) 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예의 포토폴리머 조성물을 이용한 코팅 필름은 포토폴리머 조성물에 화학식 1의 비대칭 구조의 불소계 화합물을 포토폴리머용 첨가제로 사용함에 따라, 비교예 대비 상대적으로 높은 0.045 이상의 굴절률 변조값(△n)을 갖는 동시에, 우수한 회절 효율을 가진다는 점이 확인되었다. 또한, 65 ℃, RH 90% 및 72h 조건에서 측정된 내습열 신뢰성 측정 결과, 실시예는 종래 비반응성 가소제만 사용한 비교예를 적용했을 때보다, 흡수 파장의 변조값이 (Δλ)이 더욱 향상되었다.
이에 반해서, 비교예의 조성물에 의하여 제공되는 포토폴리머 코팅 필름은 일반적인 비반응성 포스페이트 가소제나 대칭 구조의 불소계 화합물을 사용됨에 따라, 실시예에 비해서 상대적으로 낮은 회절 효율과 굴절률 변조값을 가지며, 내습열 신뢰성이 매우 불량한 것으로 나타났다.
Claims (17)
- 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체;
하기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물;
광반응성 단량체; 및
광 개시제;를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬에테르기를 포함하고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며,
R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족 탄화수소기이다.
- 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 각각 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기 또는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬에테르기이고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며,
R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 지방족 탄화수소기인, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 화학식 1에서,
R1은 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 퍼플루오로알킬기이고,
R2는 적어도 1이상의 불소원자를 갖는 탄소수 1 내지 10의 알킬에테르기이고, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 적어도 1이상의 더 많은 불소원자를 가지며,
R3 및 R4는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기인, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나의 치환기는 다른 치환기보다 1이상 더 많은 탄소수를 가지는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 1 내지 8의 불소 원자를 가지고, 나머지 다른 치환기는 9 내지 17의 불소 원자를 가지며, 상기 R1 및 R2 중 어느 하나가 다른 치환기보다 더 많은 불소원자를 가지는 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 R1 및 R2에서 상기 알킬에테르기는 하기 화학식 2의 작용기를 가지는 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물:
[화학식 2]
-Y1-O-Y2
상기 화학식 2에서,
Y1은 단일결합 또는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고,
Y2는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄의 플루오로알킬기이다.
- 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물은 하기 구조식 중 선택된 어느 하나를 포함하는 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 불소계 화합물은 아미노산계 화합물을 이용하여 얻어지며, 굴절율이 1.5 이하인, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스의 굴절률이 1.46 내지 1.53인, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스는 실란계 작용기가 분지쇄에 위치하는 (메트)아크릴레이트계 (공)중합체 및 실란 가교제를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제10항에 있어서,
상기 실란 가교제는 중량평균분자량이 100 내지 2000인 선형의 폴리에테르 주쇄 및 상기 주쇄의 말단 또는 분지쇄에 결합한 실란계 작용기를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 광반응성 단량체는 다관능 (메트)아크릴레이트 단량체 또는 단관능 (메트)아크릴레이트 단량체를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 매트릭스 또는 이의 전구체 100중량부 대비
화학식 1로 표시되는 불소계 화합물 20 내지 300 중량부;
광반응성 단량체 20 내지 300 중량부
광개시제 0.1 내지 10 중량부;를 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물.
- 제1항에 있어서,
하기 화학식 9의 화합물을 더 포함하는, 홀로그램 형성용 포토폴리머 조성물:
[화학식 8]
상기 화학식9에서,
R11 및 R12는 각각 독립적으로 다이플루오로메틸렌기이며,
R13 및 R16은 각각 독립적으로 메틸렌기이고,
R14 및 R15는 각각 독립적으로 다이플루오로메틸렌기이며,
k은 1 내지 10의 정수이고,
R17 및 R18은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 또는 하기 화학식 10의 작용기이고,
[화학식 9]
상기 화학식 10에서,
R21, R22 및 R23 은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이고,
R24는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고,
l은 1 내지 30의 정수이다.
- 제1항의 포토폴리머 조성물에 의해 형성되는 홀로그램 기록층을 포함하는, 홀로그램 기록 매체.
- 제15항의 홀로그램 기록 매체를 포함한 광학 소자.
- 가간섭성 레이저에 의해 제1항의 포토폴리머 조성물에 포함된 광반응성 단량체를 선택적으로 중합시키는 단계를 포함하는, 홀로그래픽 기록 방법.
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