KR890002935B1 - 액정 미소적이 분산된 uv-경화 중합체 필름 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

액정 미소적이 분산된 UV-경화 중합체 필름 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 액정 함유 중합체 필름의 확대 단면 개략도.

제2도는 두개의 투명판 사이에 배열된 중합체 필름의 확대 단면 개략도.

본 발명은 액정물질(liquid crystal material)을 포함하는 광학필름, 좀더 상세히는, 액정물질의 미소적(microdroplets)이 분산된 자외선(UV)경화 중합체 필름에 관한 것이다.

액정장치의 유용성이 점점 확대됨에 따라, 이 특수한 물질의 패키지(package)를 제조하고 사용하기 위한 새롭고 용이한 방법들의 개발이 중요시되고 있다. 현재 액정물질과 액체 에폭시 중합체 원료물질이 함께 혼합되어 에폭시 원료 물질이 반응하고 경화되어, 혼합물이 필름으로 성형될 수 있음이 알려져 있다. 결과의 성형물은 액정 미소적(liquid crystal microdroplets)이 그 안에 분산되어 있거나 캡슐화 배열된 에폭시 필름이다. 액정물질의 성질 및 필름의 온도에 기인하여, 필름은 실온에서 불투명할 수도 있다. 그러나 필름이 가열되거나 또는 그를 통과하는 전기장 또는 자기장 하에 놓이게 되면, 필름의 처리된 부분들이 투명하게 될 수 있다.

경화 중합체 매트릭스 필름내에 액정물질을 분산시키는 것은 액정물질을 처리하는 하나의 편리한 방법이다.

그러나, 에폭시 필름의 제조에는 몇가지 장애 요소가 있다. 에폭시 원료물질(precusors)은 조기 경화를 방지하기 위하여 반드시 두부분으로 취급되어야 한다. 일반적으로 사용되는 액정물질은 고온에서 견딜 수 없다. 따라서, 에폭시 원료물질은 거의 상온에서 경화될 수 있는 것으로서 선택되어야 한다. 일단 모든 성분이 혼합되면 경화가 시작되는데, 경화속도는 비교적 느리며, 액정 미소립의 크기 및 크기 분포(size distribution)는 거의 조절 할 수 없다. 더구나 느린 경화는 에폭시 필름에 있어서 시효문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 목적은, 경화 개시전에 액정물질이 그 안에서 소정 상태로 분산될 수 있는 UV-경화성(UV-curable)중합체 원료물질을 사용하여, 액정물질이 분산된 중합체 필름을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. 이때, 경화는 액정 분산을 유지하기 위하여 신속히 행하여 질 수 있다.

본 발명의 다른 목적은, 유리나 합성수지 또는 다른 적당한 기질의 평판 사이에서 배열 성형될 수 있는, 액정물질이 분산된 UV-경화 중합체 필름의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다. 이 경우, 상기 필름은 두개의 기질 사이에서 유지되는데, 그중 적어도 하나는 광학적으로 투명한 것이다.

본 필름은 어떠한 크기 및 모양으로도 제조될 수 있으며, 유연하고 내구성이 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 중합체 경화 개시전에 액정 미소적의 크기 및 크기분포를 조절하는 것이 가능한, 액정 미소적이 분산 함유된 중합체 필름의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기타 목적은, 실온에서 신속하고 완전하게 경화되어 분해 또는 분산되는 액정 물질과의 기타 부반응을 최소로 할 수 있는 중합체 물질을 사용하여, 액정 물질이 분산 함유된 중합체 필름을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

그밖의 목적은 네마틱, 콜레스테릭 또는 스메틱상(nematic, cholesteric or smectic phase)액정 물질의 미소적이 함입조화 될 수 있는 특정 원료 물질의 반응 생성물인 UV-경화 중합체 필름을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 구현에 따라서, 다음과 같이 액정 미소적이 분산된 UV-경화 중합체 필름을 제조하는 방법이 제공된다.

중합체 원료물질의 액체 혼합물은 몰비로 약 55 : 41 : 4의 트리알릴 이소시안우레이트, 펜타에리트리톨 테트라키스(2-메르캅토-프로파노에이트) 및 벤조페논으로 구성된다. 이 중합체 물질 소량을, 좀더 소량의, 네마틱 중간상을 나타내는 비페닐형 액정 물질과 혼합한다.

경화가 시작되기전에, 적당한 크기의 액정 미소립의 석출 또는 형성이 허용되도록 소망시간동안 액체 혼합물을 가만히 놓아둔다. 그 다음 액체 혼합물을 두개의 얇은 유리판사이에 전개시키고 고강도의 자외선을 조사하면, 중합체 원료물질이 신속히(몇초정도) 반응하여 경화된 중합체 매트릭스를 형성한다.

중합체 부분은 실온에서 가시광선에 대해 실질적으로 투명하며 비페닐형 액정물질의 등방성상(isotropic phase)과 거의 일치하는 굴절률을 갖는다. 액정물질은 중합체 매트릭스내에, 마이크로미터 정도의 직경크기의, 미소적으로 분산된다.

액정 조성이 상온에서 중간상(mesophase)이 되도록 선택되는 경우, 액정의 정상굴절률과 비정상굴절률이 현저하게 서로 다르다면, 위와같이 제조되는 중합체 필름은 유백색 불투명체가 될 것이다.

그러나 물질이 등방성액체로 되는 온도 이상으로 필름이 가열된다면, 불투명 필름은 투명하게 될 것이다.

중합체 필름은 비교적 낮은 전류전압(DC 전압 또는 저주파 AC 전압) 또는 자기장을 적용함으로서 불투명체로부터 투명체로 전이되도록 만들어질 수도 잇다.

각각의 경우에 있어서, 액정은 양성 유전비등방성(positive dielectric anisotropy) 및 양성 반자성 비등방성(dimagnetic anistropy)을 가져야만 한다.

덧붙여, 액정과 중합체의 상대적인 굴절률에 대한 필요조건이 효과의 극대화를 위하여 적용될 것이다.

본 발명의 근본적인 요점은 액정물질이 미소적(microdroplets)으로서 분산될 수 있는 적절한 UV-경화 중합체 원료물질의 조성에 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 다양한 형태의 액정물질이 사용될 수 있는데, 그러한 물질로는 네마틱, 콜레스테릭 및 스메틱 중간상을 나타내는 것들이 있다.

본 발명의 UV-경화 중합체는 근본적으로 트리알릴 이소시안우레이트와, 일반식 Z[OCO(CH₂)_nSH]_m을 갖는 그룹으로부터 선택된, 한가지 또는 그 이상의 적당한 폴리티올류와의 반응생성물이다. 상기 식중 Z는 글리세롤 또는 펜타에리트리톨과 같은, 3가 또는 4가 알코올핵을 포함하는 CH_0-3그룹인, 다가 유기라디칼이고, m은 3 또는 4이고, n은 1-5의 정수이다.

폴리티올로는 펜타에리트리톨 테트라키스(2-메르캅토-프로파노에이트)가 특히 바람직하다. 트리알릴 이소시안우레이트와 폴리티올의 사용비는 비교적 고분자량 중합체를 형성할 수 있는 화학당량으로서 선택된다. 한편, 트리알킬 이소시안우레이트와 폴리티올류에 부가하여 광반응개시제가 사용되는데, 적당한 것은 벤조페논이다.

이하 실시예들과 함께 본 발명을 좀더 상세히 설명한다.

[실시예 1]

55몰 퍼센트의 트리알릴 이소시안우레이트, 41몰 퍼센트의 펜타에리트리톨 테트타키스(2-메르캅토-프로파노에이트) 및 4몰 퍼센트의 벤조페논으로 구성된 혼합물을 UV-경화 중합체 원료조성물로서 사용하였다. 상품명 E8인 액정 혼합물(뉴욕주, 호우돈의 EM 케미칼즈 제품)을 액정물질로서 사용하였는데, 이 네마틱 물질 혼합물의 조성은 다음과 같다.

43wt%의 4'-n-펜틸-4-시아노비페닐(5CB), 17wt%의 4'-n-프로폭시-4-시아노비페닐(30CB), 13wt%의 4'-n-펜톡시-4-시아노비페닐(50CB), 17wt%의 4'-n-옥틸옥시-4-시아노비페닐(80CB), 및 10wt%의 4'-n-펜틸-4-시아노비페닐(5CT).

상기 중합체 원료조성물 75부를 액정 혼합물 50부(여기서 부(part)는 부피비임)와 함께 혼합하였다.

상기 혼합물과 함께 몇개의 글라스 슬라이드 샌드위치(glass slide sandwiches)를 다음과 같이 제조하였다. 액정함유 혼합물이 적용되어질 산화주석의 얇은 전도층을 갖춘 유리판들을 사용하였다. 상하 유리판 사이의 스페이서(spacer)로서 직경이 약 20크로미터정도인 수개의 실리카 미소구체(micorspheres)을 이용하였다. 하부 유리판위에 혼합물을 전개 적용시키고 그 위에 상부 유리판을 놓고 가압하여 두께가 약 20미크로미터인 혼합물 필름을 형성하였다.

각각의 슬라이드 샌드위치 내의 혼합물을 UV 램프(300Watt/inch bilb, 메리랜드주, 록빌소재 퓨젼 시스템즈 코오포레이션 제품)조사하에서 경화시켰다. 슬라이드 집합체는 3,048m/min(10ft/min)의 속도로 움직이는 밸트상에서 7.62-10.16cm(3-4인치)의 거리를 램프하에서 통과시켜 경화시켰다. 3회통과 또는 총 6초간의 노출이 적절한 경화를 이루기에 적합함이 결정되었다.

액정혼합물 E8은 상온에서 네마틱 중간상을 나타내는 혼합물이다. 상기한 바와같이 제조된 필름은 상온에서는 유백색의 불투명체였다. 그러나 필름이 네마틱-등방성상전이 온도인 약 80℃정도로 가열되자, 이는 갑자기 맑고 투명하게 되었다. 필름은 80℃이상에서는 투명하게 유지되었으나 그 이하의 온도로 냉각되자 유백색 불투명 상태로 환원되었다.

얇은 전도층(전기전극)을 포함한 두개의 글라스 슬라이드 집합체를 전원(100볼트, AC 60사이클)에 연결하자 불투명한 필름이 맑고 투명하게 되었다. 그러나 전원을 제거하자 필름은 다시 불투명하게 되었다.

이상에 설명하였듯이, 액정 미소적이 분산된 급속경화 중합체 필름이 편리하게 제조될 수 있다. 제1도에서 보듯이, 필름은 잘 분산된 수많은 액정 미소적 14을 포함하는 UV-경화 중합 매트릭스 12로서 구성된다.

그리고 제2도에서 보듯이, 투명한 전도층 18을 갖춘 두개의 유리판(또는 합성수지판)16을 사용하여 필름 10을 제조할 수 있다. 필름은 실온(상온)에서는 불투명하나, 가열 또는 전기장(또는 자기장)의 적용에 의하여 신속히 투명하게 전환된다. 한편, 중합체 물질과 액정물질의 굴절률을 조절함에 의하여 온도 효과 및 전기장(자기장)효과를 극대화시킬 수 있다.

본 필름은 감광셔터, 온도감지장치등에 사용할 수 있다.

[실시예 2]

실시예 1에서 사용한 것과 동일한 중합체 원료조성물 75부와 순수 액정물질인 4-n-헵틸-4'-시아노비페닐(7CB) 50부(여기서 부는 부피비임)를 사용하며, 실시예 1에서 기술한 과정에 따라, 다른 세트의 필름들을 제조하였다.

본 필름은 실온에서는 유백색 불투명체이었으나 약 45℃로 가열하자 신속히 맑고 투명하게 되었다. 그러나 온도를 그이하로 내리자 다시 불투명하게되었다. 본 실시에에서의 필름도 전압(50볼트)을 적용하자 불투명상태에서 투명상태로 전환되었으나, 전압을 제거하자 다시 불투명하게 되었다.

상기 중합체 원료조성물과 액정물질로서 p-시아노페닐-p-펜틸벤조에이트를 사용하여 제조한 필름 및 액정물질로서 p-시아노페닐-트랜스-4-펜틸시클로헥산카르복실레이트를 사용하여 제조한 필름 또한 상기 실시예 1 및 2의 필름과 유사한 작용 성향을 나타내었다.

[실시예 3]

실시예 2의 첫번째 언급한 필름과 동일한 조성을 갖는 필름을 두개의 평편한 플렉시글라스(plexiglass) 슬라브를 사용하여 제조하였다. 이 필름은 슬라브로부터 쉽게 분리되어, 수미크로미터 두께의 유리필름으로서 산출될 수 있었다.

본 실시예에서 예시된 바와같이, 가요성의 질기며 온도감지장치 또는 감광셔터등에 사용하기 편리한 모양, 크기 또는 형상으로 용이하게 제조되거나 절단될 수 있는 유리필름(free standing film)이 제조될 수 있다.

이상에서 언급하였듯이, 본 발명에 따라서, 트리알릴 이소시안우레이트 및 폴리티올류에 기초를 둔 UV-경화 중합체 원료물질 및 그안에 분산될 수 있는 액정물질을 사용하여, 액정 미소적이 분산된 중합체 필름을 제조하는 방법 및 그와같이 제조된 중합체 필름이 제공된다. 이 경우, 네마틱, 콜레스테릭 또는 스메틱 액정 물질을 사용하는 것이 특히 바람직하다.

그리고, 필름으 채색이 요구되는 경우에는, 적당한 물감을 원료물질에 혼합하는 것도 가능하다.

한편, 상기 실시예들에서는 약 3부의 중합체 원료물질에 대하여 약 2부의 액정물질을 혼합하여 필름을 제조하였으나, 소망 필름의 성질에 따라 그 비율을 다소 변경시킬 수도 있다.

그리고 극히 미세한 액정 미소적이 중합체 매트릭스 전체를 통하여 분산되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 액체 중합체 원료물질이 액정물질과 혼합된다. 이 단게에서, 하나 이상의 액상(liquid phase)이 존재한다면, 몇개의 액상이 있는가를 정확히 말하기는 곤란하다. 그러나 혼합물은 UV 경화 개시전에 소망시간동안 유지될 수 있으며 필름으로서 주조될 수 있다. 경화후, 필름을 주사전자현미경(SEM)으로 검사하여 중합체 매트릭스내에 분산된 액정 미소적의 크기 및 그 분포를 측정할 수도 있다. 필름이 가시광선 조절용으로 사용되는 경우, 미소적의 직경크기가 0.2-1미크로미터인 것이 바람직하다. 그리고 필름이 적외선 적용장치에 사용되는 경우에는 미소적의 직경크기가 좀더 큰것이 바람직하다. 최종 산물에서의 미소적입자 크기 특성은 혼합시간 및/또는 경화전 처리시간에 관련될 수 있으므로 적절한 혼합 및 처리시간 인자를 결정하여 소정의 필름을 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 트리알릴 이소시안우레이트와 일반식 Z[OCO(CH₂)_nSH]_m의 그룹으로부터 선택된 폴리티올과의 UV-경화반응 생성물인 중합체 매트릭스(12)내에 액정 미소적(14)을 분산시켜 형성한, 열과 전기 및 자기유도의 투명-불투명전이 가능한, 액정 미소적이 분산된 UV-경화 중합체 필름.

   식중, Z는 글리세롤 또는 펜타에리트리톨과 같은, 3가 또는 4가 알코올핵을 포함하는 CH_0-3그룹과 같은, 다가 유기라디칼이고, m은 3 또는 4이며, n은 1-5의 정수임.
2. 제1항에 있어서, 액정 미소적(14)은 네마틱, 콜레스테릭 또는 스메틱 액정 미소적이고 중합체 미트릭스(12)는 트리알릴 이소시안우레이트와 펜타에리트리톨 테트라키스(2-메르캅토 프로파노에이트)와의 자외선 경화반응 생성물임을 특징으로 하는, 액정 미소적이 분산된 UV-경화 중합체 필름.
3. 트릴알릴 이소시안우레이트와 일반식 Z[OCO(CH₂)_nSH]_m의 그룹으로부터 선택된 폴리티올을 포함하여 구성된 UV-경화 가능한 중합체 원료물질과 액정물질을, 최종중합체 매트릭스내에 소망 크기 및 분포의 액정 미소적 분산을 유도하기에 적합한 혼합시간 및 유지시간에 걸쳐서, 혼합하고 유지시킨 다음, 상기 혼합물을 고강도의 자외선하에서 필름형상으로 경화시켜, 트리알릴 이소시안우레이트와 폴리티올과의 반응생성물인 중합체 매트릭스 내에 액정 미소적이 분산된 UV-경화 중합체 필름을 제조하는 방법.

   식중, Z는 글리세롤 또는 펜타에리트리톨과 같은, 3가 또는 4가 알코올핵을 포함하는 CH_0-3그룹과 같은, 다가 유기라디칼이고, m은 3 또는 4이며, n은 1-5의 정수임.
4. 제3항에 있어서, UV-경화 가능한 중합체 원료물질이 트리알릴 이소시안우레이트와 펜타에리트리톨 테트라키스(2-메르캅토 프로파노에이트)를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는, 중합체 매트릭스내에 액정 미소적이 분산된 UV-경화 중합체 필름의 제조방법.

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