KR101293735B1 - 경화온도가 조절되는 투명 피막 형성용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경화온도가 조절되는 투명 피막 형성용 조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 광학부품, 액정 디스플레이, OLED디스플레이, 터치패널에 사용되는 투명 절연막이나 투명 보호막용 조성물에 관한 것이며, 가수분해한 실록산 올리고머에, 휘발성 강산을 발생하는 열산발생제 또는 휘발성 강염기를 발생하는 열염기발생제를 배합하되, 상기 휘발성 강산 또는 휘발성 강염기는 그 휘발온도가 250℃미만이며, 열산발생제의 산 발생온도가 50℃이상인 투명 피막 형성용 조성물을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 성막에 필요한 경화온도를 보다 낮추어 줌으로써 공정상 소요되는 시간, 경비 등을 절감할 수 있으며, 피도포체의 내열성과 관련하여 그 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 피막 및 피도포체의 가열에 따른 물성저하를 최소화할 수 있다.

Description

경화온도가 조절되는 투명 피막 형성용 조성물{Composition for preparing transparent film being capable of controlling curing temperature}

본 발명은 경화온도가 조절되는 투명 피막 형성용 조성물에 관한 것으로서 보다 상세하게는 광학부품, 액정 디스플레이, OLED디스플레이, 터치패널에 사용되는 투명 절연막이나 투명 보호막용 조성물에 관한 것이며, 가수분해한 실록산 올리고머에, 휘발성 강산을 발생하는 열산발생제 또는 휘발성 강염기를 발생하는 열염기발생제를 배합하되, 상기 휘발성 강산 또는 휘발성 강염기는 그 휘발온도가 20 ~ 250℃이며, 열산발생제 또는 열염기발생제의 산 또는 염기 발생온도가 50 ~ 250℃인 투명 피막 형성용 조성물을 제공한다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 성막에 필요한 경화온도를 보다 낮추어 줌으로써 공정상 소요되는 시간, 경비 등을 절감할 수 있으며, 피도포체의 내열성과 관련하여 그 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 피막 및 피도포체의 가열에 따른 물성저하를 최소화할 수 있다.

광학부품, 전자기 부품, 평판 디스플레이 패널 등은 그 표면에 또는 필요한 부분에 에 보호 코팅제로 사용되는 투명 절연막 또는 투명 보호막을 코팅하여 사용한다. 통상 이러한 투명 보호막은 광학부품, 디스플레이 패널의 표면 긁힘 현상 등 기계적 외상으로부터 보호하고자 하거나, 내화학성 등을 지니도록 하는 것을 목적으로 하는 한편, 기기의 사용시 방출되는 전자파로부터 인체를 보호하고, 또한 투명 보호막의 코팅에도 불구하고 광투과율이 저하되지 않도록 함으로써 광학부품이나 디스플레이 패널의 본연의 기능이 저해되지 않도록 하는 기능을 가지므로, 투명 절연막 또는 보호막은 조성 및 코팅 방법 등에 있어서 다양한 기술적, 노하우적 요소를 포함한다.

종래에는 이러한 투명 절연막 또는 보호막이 우레탄 아트릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 노볼락수지 등을 재질로 사용하여 제조되어 왔는데, 상기 물질들은 열경화형 또는 광경화형 특성을 갖는다. 그러나, 이러한 유기수지나 무기계의 실록산을 원료로 하는 도포형의 투명 박막을 상용화 수준으로 경화시키기 위해서는 250℃를 상회하는 고온처리가 필요하며, 따라서, 성막공정과 관련하여 공정비용의 상승, 공정의 지연 등의 문제가 발생될 수 있고, 한편, 피성막 구성품을 내열성재료를 별도로 사용하거나 내열 처리를 해야하는 제약이 따르는 문제점도 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 광학부품, 디스플레이용 패널 등에 적용되는 투명 보호막 또는 투명 절연막의 제조온도, 즉 경화온도를 낮춤으로써 막과 광학부품, 패널 등의 고온가열에 의한 물성저하를 예방하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 성막시 경화온도를 낮춤으로써 경화공정에 적용되는 시간, 비용상 공정부담을 크게 완화함으로써 대량생산체제에 더욱 적합하도록 하는 투명 피막용 조성물을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 가수분해한 실록산 올리고머와, 휘발성 강산을 발생하는 열산발생제 또는 휘발성 강염기를 발생하는 열염기 발생제가 혼합되어 구성되며, 상기 휘발성 강산 또는 휘발성 강염기는 그 휘발온도가 20 ~ 250℃이고, 열산발생제 또는 열염기 발생제의 산 또는 염기 발생온도가 50 ~ 250℃인 투명 피막 형성용 조성물을 제공한다.

상기 열산발생제 또는 열염기발생제는 실록산 올리고머의 중량을 100중량부로 하였을 때 0.01 ~ 10중량부 첨가되는 것이 바람직하다.

상기 실록산 올리고머의 형성에 사용되는 실레인은 알킬기 치환 3관능성 실레인, 페닐기 치환 3관능성 실레인, 하나 이상의 불포화 결합을 포함하는 탄화수소기와 결합되는 실레인, 4관능성 실레인, 3-메르캡토프로필트리에톡시실레인, 3-아미노프로필트리에톡시실레인, 3-글리시독시프로필트리알콕시실레인, 3-아크릴록시프로필트리에톡시실레인, 3-메타크릴록시트리에톡시실레인, 디메틸디메톡시실레인, 디메틸디에톡시실레인, 디메틸디아세톡시실레인, 디메틸메톡시아세톡시실레인, 디메틸디이소시아네이트실레인, 디메틸메톡시이소시아네이트실레인, 디메틸나사(아세톡심)실레인((CH₃)₂Si[ONC(CH₃)₂]), 메틸비닐디메톡시실레인, 메틸페닐디메톡시실레인, 디페닐디메톡시실레인 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열산발생제는 Bis(4-t-부틸페닐이오도니움)트리플루오로메타네술포네이트, 트리아릴술포니움헥사플루오로안디모네이트, 트리아릴술포니움헥사플로오로포스페이트, 테트라메틸암모늄트리플루오로메타네술포네이트, 트리에틸암네플루오로술포네이트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열염기발생제는 테트라메틸암모늄아세테이트, 테트라메틸암모늄옥틸레이트, 테트라부틸암모늄아세테이트, 테트라부틸암모늄옥틸레이트, 트리메틸벤질암모늄아세테이트, 아자비시클로운데센포르메이트(Azabicycloundeceneformate), 트리에틸아민p-톨루엔술포네이트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 조성물에는 (메타)아크릴산에스테르가 더 첨가되는 것이 바람직하다.

상기 아크릴산에스테르는 2가 이상 알코올의 (메타)아크릴산에스테르 또는 관능기수 2이상의 (메타)아크릴산에스테르올리고머인 것이 바람직하다.

상기 조성물에는 광라디칼발생제 또는 열라디칼발생제를 더 첨가되는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 광학부품, 디스플레이용 패널 등에 적용되는 투명 보호막 또는 투명 절연막의 제조온도, 즉 경화온도를 낮춤으로써 종래에 성막시 고온의 경화온도에 의한 경화공정을 수행함으로써 발생되었던 막과 광학부품, 패널 등의 고온가열에 의한 물성저하를 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 성막시 경화온도를 낮춤으로써 공정비용을 절감하고 공정속도를 향상할 수 있으며, 따라서, 광학부품, 디스플레이 패널 등의 대량생산체제에 더욱 적합하게 적용할 수 있다.

또한, 피막의 경화온도를 낮춤으로써 플라스틱이나 고분자 필름 등 고온에서 취약한 피도포체에도 피막을 형성할 수 있는 효과가 있다.

또한, 강산, 강염기 발생온도 및 휘발온도가 제어된 열산발생제 또는 열염기발생제를 사용함으로써, 열산발생제 및 열염기발생제의 저장성을 용이하게 하고, 또한, 피막의 형성이후에도 피막내에 잔류하지 않도록 공정중에 모두 용이하게 휘발되도록 함으로써 피막 및 피도포체의 물성이 저하되지 않도록 할 수 있다.

이하에서는 본 발명을 그 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 고경도, 고투명성을 지녀 피막용 조성물로서 우수한 물성을 보유하는 실록산 올리고머를 피막용 조성물로서 사용하였다.

보다 자세하게는 가수분해에 의해 제조한 중량평균분자량 1,000 ~ 10,000의 실록산 올리고머를 사용하였으며, 상기 실록산 올리고머에 대해서, 이를 50℃ 이상의 온도에서 가열함에 의해, 20 ~ 250℃의 범위에서 휘발되는 강산을 발생하는 열산발생제, 또는 20 ~ 250℃의 범위에서 휘발되는 강염기를 발생하는 열염기발생제를 첨가한다. 상기 열산발생제 및 열염기발생제는 50 ~ 250℃의 온도범위에서 강산 및 강염기를 발생한다.

예를 들면, (C4H9)4NOCOCH3 -> (C4H9)3N + C4H9OCOCH3의 반응식에 의해　발생하는 트리부틸아민(Tributylamine)은 강염기로서, 끓는점이 216℃이며, 또 다른 예로서, (NH4)OSO3CF3 -> NH3 + CF3SO3H의 반응식에 의해 발생하는 트리플루오로메탄술포닉산(trifluoromethanesulfonic acid)은 강산으로서, 끓는점이 162℃이다.

여기서, 열산발생제 및 열염기발생제로부터 강산 및 강염기가 발생되는 온도의 관점에서 볼 때, 50℃보다 저온에서 강산, 강염기를 발생한다면 실온에서 강산, 강염기를 발생하는 것을 의미하는 바, 이는 열산발생제 및 열염기 발생제의 저장성이 좋지 않음을 뜻하며, 250℃를 넘는 고온에서 강산, 강염기를 발생한다면 경화온도를 매우 높여야 하기 때문에 실용적이지 않으며, 본 발명의 취지를 벗어난다. 따라서, 강산 및 강염기가 발생되는 온도는 위 범위에서 임계적 의의를 갖는다.

한편, 발생된 강산 및 강염기의 휘발온도의 관점에서 볼 때, 250℃ 이상에서 휘발하는 강산, 강염기는 경화 후에도 피막에 남아있기 때문에 적용된 디바이스에 악영향을 미칠 수 있으며, 20℃ 이하에서 휘발하는 강산, 강염기는 피막내에 정체하는 시간이 너무 짧아져 경화가 충분히 진행되지 않는 문제점이 있다. 따라서, 강산, 강염기의 휘발온도는 위 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.

실록산 올리고머 축중합에 의한 경화에는 산이나 염기가 촉매로서 작용한다. 산이나 염기는, 원래의 조성물 배치에 첨가하는 것만으로 촉매효과가 있지만, 가열과는 관계없이 보통의 산이나 염기를 첨가하는 경우 용액이 불안정해 지고 저장시에 불필요하게 축합 경화하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 열을 가했을 때 처음으로 산이나 염기를 발생하는 화합물을 첨가한 것을 특징으로 하는 것이다. 이와 같이 가열에 의하여 산이나 염기를 발생시키면, 축합이 일회적 반응에 의해서도 크게 촉진되므로 경화공정을 효율적으로 수행할 수 있다. 이와 같은 열산, 열염기 발생제로서의 중요한 특징은 50℃의 열에 의해, 처음으로 산이나 염기가 발생한다는 것이며, 한편, 경화 온도를 낮추기 위해서는 250℃ 이하에서 산이나 염기를 확실하게 발생되도록 하여야 하는데, 본 발명에서는 이에 적합한 물질을 적용한 것이다.

본 발명에서 사용되는 실레인의 예를 들면, 바람직하게는 알킬기 치환 3관능성 실레인을 사용할 수 있는데, 특히 메틸기 치환 3관능성 실레인을 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 이러한 메틸기 치환 3관능성 실레인으로는 메틸트리메톡시실레인, 메틸트리클로로실레인, 메틸클로로디에톡시실레인, 메틸트리아세톡시실레인, 메틸메톡시디아세톡시실레인, 메틸트리이소시아네도실레인, 메틸트리스(메틸에틸케톡시모)실레인 등이 있다.

또한, 실레인으로서 바람직하게는 페닐기 치환 3관능성 실레인을 사용할 수 있는데, 이러한 페닐기 치환 3관능성 실레인으로는 페닐트리메톡시실레인, 페닐트리에톡시실레인, 페닐트리클로로실레인, 페닐트리아세톡시실레인, 페닐트리이소시아네이토실레인, 페닐트리스(메틸에틸케톡시모)실레인 등이 있다.

또한, 실레인으로서 하나 이상의 불포화 결합을 포함하는 탄화수소기와 결합된 것을 사용할 수 있는데, 특히 비닐기 치환 3관능성 실레인을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 비닐기 치환 3관능성 실레인으로는 비닐트리에톡시실레인, 비닐트리클로로실레인, 비닐트리아세톡시실레인, 비닐에톡시디아세톡시실레인, 비닐트리스(메닐에틸케톡시모)실레인 등이 있다.

또한, 실레인으로서 바람직하게는 4관능성 실레인을 사용할 수 있는데, 4관능성 실레인은 테트라메톡시실레인, 테트라클로로실레인, 디메톡시디클로로실레인, 테트라에톡시실레인, 테트라아세톡시실레인, 테트라이소시아네토실레인, 테트라키스(메틸에틸케톡시모)실레인 등이 있다.

이와 같은 실레인들은 각각 단독으로 가수분해 중합될 수도 있고, 혼합하여 가수분해 중합될 수도 있다.

그 밖에도 다른 실레인도 사용될 수 있는데, 그 예로는 3-메르캡토프로필트리에톡시실레인, 3-아미노프로필트리에톡시실레인, 3-글리시독시프로필트리알콕시실레인, 3-아크릴록시프로필트리에톡시실레인, 3-메타크릴록시트리에톡시실레인 등이 있다.

또한 다른 실레인화합물의 예로서는, 디메틸디메톡시실레인, 디메틸디에톡시실레인, 디메틸디아세톡시실레인, 디메틸메톡시아세톡시실레인, 디메틸디이소시아네이트실레인, 디메틸메톡시이소시아네이트실레인, 디메틸나사(아세트키심)실레인((CH₃)₂Si[ONC(CH₃)₂]), 메틸비닐디메톡시실레인, 메틸페닐디메톡시실레인, 디페닐디메톡시실레인 등을 들 수 있다.

만일 열산발생제 또는 열염기발생제의 휘발온도가 250℃보다 높으면, 큐어(cure)후에 발생한 강산 또는 강염기가 막에 잔류하여, 막의 특성을 현저히 열화 시킨다.

열산발생제의 구체적인 예로서는 Bis(4-t-부틸페닐이오도니움)트리플루오로메타네술포네이트(Bis (4-t-butylphenyl iodonium) trifluoromethanesulfonate)), 트리아릴술포니움헥사플루오로안디모네이트(Triarylsulfoniumhexafluoroantimonate),트리아릴술포니움헥사플로오로포스페이트(Triarylsulfoniumhexafluorophosphate),테트라메틸암모늄트리플루오로메타네술포네이트(Tetramethylammoniumtrifluoromethanesulfonate), 트리에틸암네플루오로술포네이트(Triethylamnefluorosulfate) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열산발생제는 50℃이상의 가열 조건으로 하여, 휘발온도 250℃ 이하에서 트리플루오로메타네술포닉산(Trifluoromethanesulfonic acid), 헥사플루오로포스포릭산(Hexfluorophosphoric acid), 플루오로술포닉산(Fluorosulfonic acid) 등 강산을 발생한다.

또한, 열염기발생제의 구체적인 예로서는, 테트라메틸암모늄아세테이트(Tetramethylammoniumacetate),테트라메틸암모늄옥틸레이트(Tetramethylammoniu octylate),테트라부틸암모늄아세테이트(Tetrabutylammonium acetate),테트라부틸암모늄옥틸레이트(Tetrabutylammoniumoctylate),트리메틸벤질암모늄아세테이트(Trimethylbenzylammoniumacetate),아자비시클로운데센포르메이트(Azabicycloundeceneformate), 트리에틸아민p-톨루엔술포네이트(Triethylamine p-toluenesulfonate) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열염기발생제는 50℃이상의 가열조건으로 하여, 휘발온도 250℃이하에서 트리메틸아민(Trimethylamine),트리부틸아민(Tributylamine), 아자비시클로운데센(Azabiscycloundecene) 등의 강염기를 각각 발생한다.

첨가량은, 실록산 올리고머를 100중량부로 하였을 때, 0.01 ~ 10 중량부, 바람직한 것은 0.1 ~ 5 중량부로 하는 것이 좋다. 상기 열산발생제 또는 열염기발생제가 0.01 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 첨가의 효과가 미진하며, 10중량부 초과하여 첨가되는 경우에는 미반응 열산발생제 또는 열염기발생제가 피막 내부에 잔류하여 피막의 특성열화를 가져올 수 있다. 따라서, 상기 열산발생제 및 열염기발생제의 첨가량은 위 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.

가열에 따라 발생하는 강산이나 강염기는 실록산 수지 말단의 OH기 또는 OR기를 축합의 촉매로 하며, 이를 첨가하지 않은 경우보다 낮은 온도에서 경화되는 특성을 갖는다.

한편, 열산발생제 또는 열염기발생제와 관련하여, Si-OH 성분은 산 및 염기 모두를 가하여도 축합이 촉진되기 때문에 경화의 효과는 열산발생제와 열염기발생제에 있어서 동일한 것으로 보아야 한다.

또한, 본 발명의 조성물에는 아크릴산에스테르를 더 첨가할 수 있다. 이와 같이 아크릴산에스테르를 첨가하는 이유는 형성된 피막의 투명성(transparency)을 최대한 유지시킬 수 있도록 하고, 피막용 조성물에 감광성이나 열경화성을 부여하며, 또한 아크릴산에스테르 종류의 선택에 따라 피막에 유연성을 부여하거나, 또는 대조적으로 경도를 증가시켜 인성을 부여하는 것이 가능하기 때문이다. 아울러, 피막의 굴절율이나 내연성의 제어도 가능하게 되며, 피막 특성의 설계에 있어 여러가지 성질을변화시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 아크릴산에스테르를 적용하여 열에 의하거나, 광라디칼개시제 또는 열라디칼개시제와 함께 경화를 촉진시키는 결과, 경화온도를 높이지 않아도 경화가 촉진되므로, 경화온도를 낮출 수 있다는 장점이 있다.

따라서, 플라스틱이나 필름 등 고온으로 처리가 불가능한 물질을 피도포체로 하는 경우에는 이와 같은 아크릴산에스테르를 적용하여 피막의 형성을 가능하게 할 수 있는 것이다.

이와 같은 아크릴산에스테르의 구체적인 종류는,

메틸메타크릴레이트(Methyl methacrylate), 메틸아크릴레이트(Methyl acrylate), 에틸아크릴레이트(Ethyl acrylate), 에틸메타크릴레이트(Ethyl methacrylate), 부틸메타크릴레이트(Butyl methacrylate), 부틸아크릴레이트(Butyl acrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethylhexyl acrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(Hydroxyethyl acrylate), 벤질아크릴레이트(Benzyl acrylate), 페녹시에틸아크릴레이트(Phenoxyethyl acrylate), 테트라하이드로펄퍼릴아크릴레이트(Tetrahydrofurfulyl acrylate), 페닐아크릴레이트(phenyl acrylate), 나프틸아크릴레이트(naphtyl acrylate), 페난티릴아크릴레이트(Phenanthlyl acrylate) 등의 단관능(메타)아크릴산에스테르,

에틸렌글리콜디아크릴레이트(Ethylene glycol diacrylate), 프로필렌글리콜디아크릴레이트(Propylene glycol diacrylate), 디에틸렌글리콜디아크릴레이트(Diethyleneglycoldiacrylate), 디프로필렌글리콜디아크릴레이트(Dipropylene glycol diacrylate), 헥산디올디아크릴레이트(Hexane dioldiacrylate, HDDA), 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트(Polyethylene glycol diacrylate),폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트(Polypropylene glycol diacrylate), 비스페놀-A디아크릴레이트(Bisphenol-A diacrylate), 비스페놀-A에톡실레이티드디아크릴레이트(Bisphenol-A ethoxylated diacrylate), 플루오렌비스페놀디아크릴레이트(Fluorene bisphenol diacrylate), 아다만틸비스페놀디아크릴레이트(Adamantyl bisphenol diacrylate) 등의 ２관능(메타)아크릴산에스테르,

글리세린트리아크릴레이트(Glycerin triacrylate), 트리메티롤프로판트리아크릴레이트(Trimethylol propane triacrylate, TMPTA), 트리메티롤프로판에톡실레이티드트리아크릴레이트(Trimethylol propane ethoxylated triacrylate), 펜타에리트리톨트리아크릴레이트(Penta erythritol triacrylate), 디트리메티롤프로판트리아크릴레이트(Di trimethylol propane triacrylate)등의 ３관능(메타)아크릴산에스테르,

디트리메티롤프로판테트라아크릴레이트(Di trimethylol propane tetraacrylate), 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트펜타아크릴레이트( Di penta erythritol hexaacrylate pentaacrylate,DTPA), 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(Dipentaerythritolhexaacrylate, DPHA)등의 4관능 이상의 (메타)아크릴산에스테르를 각각 말한다.

이 중, 단관능성 (메타)아크릴산에스테르를 사용하는 것 보다는 2관능성 이상의 다가 알코올 (메타)아크릴산에스테르를 사용함이 더 바람직한데, 이는 관능기수가 많은 것이 가교밀도를 더 높일 수 있으므로, 더 경화가 촉진된 피막을 형성할 수 있는 장점이 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 조성물에 광라디칼발생제 또는 열라디칼발생제를 더 첨가할 수 있는데, 광 또는 열을 가함으로써 라디칼을 발생시키고, 이와 같은 라디칼에 의해 경화를 촉진시키기 위하여 첨가될 수 있으며, 그 종류는, 에폭시아크릴레이트올리고머, 우레탄아크릴레이트올리고머, 폴리에스테르아크릴레이트올리고머, 실리콘아크릴레이트올리고머, 노보락수지아크릴레이트 등 분자량 3,000 ~ 100,000의 올리고머를 들 수 있다.

상기 광라디칼발생제와 열라디칼발생제는 아크릴산에스테르의 경화에 필요한 것으로서, 경화온도가 대략 200℃ 이하의 경우 필수적으로 사용된다. 다만, 200℃이상의 경화온도가 적용되는 경우에는 열만으로도 아크릴산에스테르가 경화될 수 있으므로, 광라디칼발생제와 열라디칼발생제를 필수적으로 사용해야 하는 것은 아니다.

여기서, 분자량이 위 3,000보다 작으면 피막이 경화하기 전에 광라디칼발생제 또는 열라디칼발생제가 휘발되므로 피막의 두께가 너무 얇게 되는 문제점이 있으며, 100,000보다 크면 피막의 형성이 어려운 문제점이 있으므로, 분자량의 위 범위는 그 임계적 의의를 갖는다.

그 밖에도 선택에 의하여 도포액의 구성성분으로서, 용제, 다른 유기수지, 가교제, 용매, 실리카, 계면활성제, 염료, 점도조절제, 소포제 등을 첨가하는 것도 가능하다.

용제는 에탄올이나 2프로판올처럼 알코올계, 메틸에틸케톤이나 아세톤과 같은 케톤류가 사용되며, 코팅성 향상이나 점도 조절을 위하여 사용된다.

유기수지로는 용매가용성의 알키드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지 등이 사용되며, 막의 설질을 변화시키기 위해 사용된다.

가교제로는 폴리아크릴레이트모노머나 아크릴이 가교된 이소시아누릭산 등을 사용하며, 막의 경도를 높이기 위해 사용된다.

실리카는 필러로 사용되며, 열팽창율을 줄이거나 경도를 높이기 위해 사용된다.

계면활성제는 코팅표면을 좋게 하기 위해 사용되며, 목적에 따라 선택할 수 있는 폭이 넓다.

또한 색깔이 필요한 경우는 염료를 혼합하여 사용하기도 하며, 점도조절을 위해서는 카르복시메틸셀룰로오즈(Carboxymethyl Cellulose), 히드록시프로필셀룰로오즈(Hydroxypropyl Cellulose), 퓸드실리카(Fumed Silica) 등이 사용된다.

상기 열산발생제 및 열염기발생제와 함께 실레인의 용해 및 희석을 목적으로 임의의 유기용매를 가하는데, 이러한 용매는 코팅시 건조속도나 코팅성능에 맞추어 혼합하여 사용한다. 실레인의 용해 및 희석의 목적은 코팅시 건조속도와 성막의 두께를 조절하는 등의 목적으로 사용되며, 얇고 균일하게 성막할 수 있다.

선택할 수 있는 용매의 종류는 아래와 같다.

메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, sec-부탄, 1-펜타놀, 2-메틸부탄올, 3-메틸부탄올, 2-펜타놀, 4-메틸-2-펜타놀, 사이클로헥사놀, 메틸사이클로헥사놀, n-헥사놀, 퍼퓨릴알코올, 퍼퓨릴메탄올, 테트라하이드로퍼퓨릴알콜, 벤질알콜 등 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸n-부틸케톤, 메틸t-부틸케톤, 메틸n-펜틸케톤, 메틸n-헥실케톤, 디에틸케톤, 디이소프로필케톤, 디이소부틸케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸시클로헥사논, 시클로헵타논, 시클로옥타논, 2,4-펜타네디온, 2,5-헥사디온, 아세토페논 등 케톤류; n-펜탄, 이소펜탄, n-헥산, 이소헥산, n-헵탄, 이소헵탄, 옥탄, 이소옥탄, 2,2,4-트리에틸펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 자일렌,트리에틸벤젠, 에틸벤젠, 메틸에틸벤젠, n-프로필벤젠, 이소프로필벤젠, 펜틸벤젠, 디에틸벤젠, 이소부틸벤젠, 트리에틸벤젠, 디이소프로필벤젠 등 하이드로카본류; 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디에틸에테르, 디-n-프로필에테르, 디-이소프로필에테르, 디-n-부틸에테르, 디이소부틸에테르, 디-n-헥실에테르, 아니솔, 페네톨, 디페닐에테르, 에틸벤질에테르, bis(2-에틸헥실)에테르, 에필렌옥사이드, 1,2-프로필렌옥사이드, 1,4-디옥산, 4-메틸디옥솔레인, 디메틸디옥솔레인, 그레실메틸에테르, 디벤질에테르, 부틱페닐에테르 등 에테르류; 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 이소프로필아세테이트, n-부틸아세테이트, 이소부틸아세테이트, sec-부틸아세테이트, n-펜틸아세테이트, sec-펜틸아세테이트, 메틸펜틸아세테이트, 2-에틸부틸아세테이트, 2-에틸헥실아세테이트, 벤질아세테이트, 시클로헥실아세테이트, 메틸시클로헥실아세테이트, n-노닐아세테이트, 메틸아세토아세테이트, 에틸아세토아세테이트, 에틸프로피오네이트, n-부틸프로피오네이트, 이소아밀프로피오네이트, 메틸피루베이트, 에틸피루베이트, 디에틸옥살레이트, 디-n-부틸옥살레이트, 메틸락테이트, 에틸락테이트, 부틸락테이트, n-펜틸락테이트, 메틸메톡시프로피오네이트, 에틸에톡시프로피오네이트, 디에틸말로네이트, 디메틸프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 디에틸카보네이트, 프로필렌카보네이트 등 에스테르류; 감마-부티롤락톤, 감마-발레롤락톤, 델타-발레롤락톤 등 락톤류; 아세토니트릴, 프로피오노니트릴, 아크릴로니트릴 등 니트릴류, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,2-부타네디올, 1,3-부타네디올, 1,2-펜탄세디올, 2,4-펜탄디올, 2-메틸펜탄-2,4-디올, 2,5-헥사네디올, 2,4-헵타네디올, 2-에틸헥산-1,3-디올, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 등 글리콜류; 하이드록시아세톤(아세톨), 3-하이드록시-3-메틸-2-부타논, 4-하이드록시-3-메틸-2-부타논, 5-하이드록시-2-펜타논, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논 등 하이드록시케톤류; 글리콜에테르류로서, 에틸렌글로콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노n-부틱에테르, 에틸렌글리콜모노n-펜틸에테르, 에틸렌글리콜모노n-헥실에테르, 에틸렌글리콜모노2-에틸부틸에테르, 에틸렌글리콜모노2-에틸헥실에테르, 에틸렌글리콜모노페닐에테르 등 에틸렌글리콜모노에테르류; 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 에틸렌글리콜디부틸에테르 등 에틸렌글리콜디에테르류; 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모토n-부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜디아세테이트 등 에틸렌글리콜아세테이트류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노n-프로필에테르, 프로필렌글리콜모노n-부틸에테르, 프로필렌글리콜모노t-부틸에테르 등 프로필렌글리콜모노에테르류, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에틸에테르 등 프로필렌글리콜디에테르류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노n-프로필에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노n-부틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜디아세테이트 등 프로필렌글리콜아세테이트류; 3-메톡시-1-부탄올, 3-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시-1-부탄올, 3-메톡시-1-부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시-1-부틸아세테이트 등 부틸렌글리콜유도체, 디에틸글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르, 디에틸렌글리콜모노n-부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노n-헥실에테르 등 디에틸글리콜모노에테르류; 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르류, 디에틸렌글리콜디에틸에테르 등 디에틸렌글리콜디에테르류; 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노n-부틸에테르아세테이트 등 디에틸렌글리콜아세테이트류; 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노프로필에테르 등 디프로필렌글리콜모노에테르류; 디프로필렌글리콜디메틸에테르 등 디프로필렌글리콜디에테르류; 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 트리실렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 테트라에틸렌글리콜디-n-부틸에테르 등 디프로필렌글리콜아세테이트류; 불균질화합물로서, N-메틸피롤리디논, N,N-디메틸이마이드아졸리디논, 포름이마이드, N-메틸포름아미드, N-에틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디에틸포름아미드, N-메틸아세타마이드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디에틸아세트아미드, N-메틸프로피온아미드, N,N-디메틸술프옥사이드, 술포레인, 1,3-프로페인술톤 등이 있다.

바람직하게는 100℃ 이하의 끓는점을 갖는 용매를 120 ~ 160℃의 끓는점을 갖는 용매와 혼합하여 사용하는 것이 좋은데, 그 예로서, 에탄올, 2-프로판올, 세크부틸알콜로 이루어진 그룹과 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트, 메틸이소부틸 케톤, n-프로필 아세테이트로 이루어지는 그룹을 상호 혼합하는 것이다. 그러나, 이와 같은 혼합의 예는 끓는점이 상이한 그룹내의 다른 용매를 선택하는 것도 가능하므로, 이는 예시일 뿐이다.

이와 같이 용매를 혼합하는 것은 도포막 형성 방법에 따라 각각의 휘발도와 점도 그리고 코팅성을 고려해야 하기 때문이며, 한가지 용매보다는 여러용매를 혼합하여 그 특성들을 맞추는 것이 바람직하다.

상기 도포 조성물에는, 상기 필수 성분외에, 물, 임의의 유기용매, 유기 아미노 화합물이나 유기 암모늄 화합물, 티탄이나 주석 화합물 등의 반응 촉진 촉매, 임의의 계면 활성제, 소포제, 실레인 커플링제 등의 밀착 촉진제 등을 소정의 목적으로 가할 수도 있다.

<실시예 1>

본 발명에 의한 피막 형성용 조성물을 제조하기 위한 실시예 1은 다음과 같다. 그러나, 이는 실시예일 뿐, 다른 실시예도 가능하며, 본 발명이 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다. 이하 동일하다.

(1) 실록산의 제조

하기 표 1에 따라서 페닐트리메톡시실레인, 메틸트리메톡시실레인, 비닐트리메톡시실레인, 테트라에톡시실레인을 각각 조성을 달리하여 배합하여 약 2리터 용량의 3구 플라스크에 넣고, 용매로 부틸아세테이트 1리터(208.3g)를 더 가한 후, 플라스크의 내용물을 격렬하게 교반하면서, 1 몰농도의 질산 2ml와 순수 180ml를 혼합한 용액을 플라스크에 설치한 적하깔때기를 이용하여 30분 동안 적하하였다. 그 결과, 플라스크 내용물에서는 발열반응이 일어났고, 초기에는 백색의 탁한 용액이었으나, 교반을 지속한 결과 무색 투명한 용액이 되었다.

	A	B
페닐트리메톡시실레인	193.8g	-
메틸트리메톡시실레인	-	136.2g
비닐트리메톡시실레인	53.9g	149.2g
테트라에톡시실레인	57.7g	152.0g

(2) 도포조성물의 제조

이후, 내용물의 온도가 50℃ 이하가 된 뒤, 환류냉각기를 설치하고, 상압하에 가열하여 3시간 환류시켰다. 이와 같이 얻어진 실록산 A,B에 대하여, 하기 표 2의 조성과 같이 첨가제를 혼합하고, 0℃에서 12시간 동안 숙성한 후, 0.1㎛의 PTFE 필터로 여과하여, 도포 조성물을 제조하였다.

	1	2	3	4	5	6
올리고머기준량	A(100)	A(100)	A(100)	B(100)	B(100)	B(100)
저온경화제	없음	#1	#2	없음-	#2	#2

#1 :Tetrabutylammonium acetate

#2 :DiazabicycloundeceneEthylhexanonic acid

위와 같이 합성된 도포 조성물을 실리콘 웨이퍼에 회전수 1000 rpm으로 도포한 결과, 두께 1.5㎛의 투명 박막이 형성되었다. 본 실시예에서는 피도포체를 실리콘웨이퍼로 하였으나, 피도포체는 유리나 플라스틱 기타 그 재료의 형태에 한정됨 없이 다양하게 사용될 수 있다.

(3) 물성평가

이와 같이 형성된 피막을 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220℃의 온도로 15분간 경화한 후, 연필 경도 시험 및 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl ether Aectate)에 대한 내화학성을 테스트하여 아래 표 3에 나타내었다.

경화온도(℃)	시료No	80	100	120	140	160	180	200	220
연필경도	1	1H	1H	1H	1H	2H	2H	2H	3H
내화학성(%)		0	0	0	0	50	80	90	98
연필경도	2	1H	1H	2H	3H	4H	4H	4H	4H
내화학성		30	50	70	80	97	98	98	98
연필경도	3	1H	1H	2H	3H	3H	4H	4H	4H
내화학성		20	30	60	80	92	97	98	98
연필경도	4	1H	1H	3H	5H	7H	9H	9H	9H
내화학성		0	0	0	30	55	85	95	98
연필경도	5	1H	3H	7H	9H	9H	9H	9H	9H
내화학성		30	60	92	98	98	98	98	98
연필경도	6	1H	2H	6H	8H	9H	9H	9H	9H
내화학성		30	55	85	94	97	98	98	98

통상적으로 피막의 경화정도는 피막의 경도와 용제에 대한 내화학성을 도출함으로써 확인할 수 있으며, 상기 결과를 볼 때, 저온 경화제가 첨가된 경우와 첨가되지 않은 경우에 있어서 확연한 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 모노머의 조성에 따라 경도 및 내화학성은 약간의 차이를 보이고 있으나 저온 경화제의 역할은 확실히 확인이 가능하였다.

<실시예 2>

본 실시예 2에서는 전술한 실시예 1의 도포 조성물과 함께 본 발명에서 적용한 실록산올리고머를 아크릴 결합제와 함께 중합하여 제조한 도포 조성물의 특성을 확인함으로써 저온경화제의 효용성을 입증하고자 하였다.

(1) 실록산의 제조

하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예 2에서는 페닐트리메톡시실레인, 메틸트리메톡시실레인, 비닐트리메톡시실레인, 테트라에톡시실레인, 디메톡시데메틸실레인, 3메타아크릴록시프로필 트리메톡시실레인, 글리시독시프로필트리메톡시실레인을 각각 조성을 달리하여 배합하여 약 2리터 용량의 3구 플라스크에 넣고, 용매로 부틸아세테이트 1리터(208.3g)를 더 가한 후, 플라스크의 내용물을 격렬하게 교반하면서, 1 몰농도의 질산 2ml와 순수 180ml를 혼합한 용액을 플라스크에 설치한 적하깔때기를 이용하여 30분 동안 적하하였다.

그 결과, 플라스크 내용물에서는 발열반응이 일어났고, 초기에는 백색의 탁한 용액이었으나, 교반을 지속한 결과 무색 투명한 용액이 되었다.

하기 글리시독시프로필트리메톡시실레인은 피막의 유연성을 강화하기 위하여 대체로 사용될 수 있다.

	C	D
페닐트리메톡시실레인	158.2g	180.5g
메틸트리메톡시실레인	70.4g	-
비닐트리메톡시실레인	-	20.5g
테트라에톡시실레인	80.1g	28.5g
디메톡시디메틸실레인		27.8g
3메타아크릴록시프로필트리메톡시실레인	135.5g	135.5g
글리시독시프로필트리메톡시실레인	30.8g	30.8g

(2) 도포 조성물의 제조

이후, 내용물의 온도가 50℃ 이하가 된 뒤, 환류냉각기를 설치하고, 상압하에 가열하여 3시간 환류시켰다. 이와 같이 얻어진 실록산 C,D 에 대하여, 하기 표 5의 조성과 같이 첨가제를 혼합하고, 0℃에서 12시간 동안 숙성한 후, 0.1㎛의 PTFE 필터로 여과하여, 도포 조성물을 제조하였다.

	7	8	9	10	11	12
올리고머기준량	A(100)	A(100)	A(100)	B(100)	B(100)	B(100)
아크릴가교제	20	20	20	20	20	20
열라디칼개시제	2	2	2	2	2	2
저온경화제	없음	#1	#2	없음-	#2	#2

#1 :Tetrabutylammonium acetate

#2 :DiazabicycloundeceneEthylhexanonic acid

위와 같이 합성된 도포 조성물을 실리콘 웨이퍼에 회전수 1000 rpm으로 도포한 결과, 두께 1.5㎛의 투명 피막이 형성되었다. 본 실시예에서는 피도포체를 실리콘웨이퍼로 하였으나, 피도포체는 유리나 플라스틱 기타 그 재료의 형태에 한정됨 없이 다양하게 사용될 수 있다.

여기서, 상기 열라디칼개시제는 광라디칼개시제로 대체되어도 가능하다.

그리고, 아크릴가교제는 (메타)아크릴산에스테르를 의미하는 것이며, 상기에서 열거한 아크릴산에스테르 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 아크릴가교제는 실레인 전반적으로 상호 가교하는 역할을 하나, 특히 3메타아크릴록시프로필트리메톡시실레인, 글리시독시프로필트리메톡시실레인의 가교에 더 많은 작용을 한다. 이는 상기 3메타아크릴록시프로필트리메톡시실레인, 글리시독시프로필트리메톡시실레인이 아크릴 성분을 포함하고 있기 때문이다.

(3) 물성평가

이와 같이 형성된 피막을 100, 120, 130, 140, 150, 160℃의 온도로 10분간 경화한 후, 연필 경도 시험 및 PGMEA(Propylene Glycol Monomethyl ether Aectate)에 대한 내성을 테스트하여 아래 표 6에 나타내었다.

경화온도(℃)	시료No	100	120	130	140	150	160
연필경도	7	1H	1H	1H	1H	2H	3H
내화학성(%)		0	0	0	25	35	55
연필경도	8	1H	5H	6H	9H	9H	9H
내화학성		0	65	70	95	97	97
연필경도	9	1H	4H	5H	7H	9H	9H
내화학성		0	55	65	85	93	97
연필경도	10	1H	1H	1H	1H	2H	3H
내화학성		0	0	0	30	45	55
연필경도	11	1H	5H	9H	9H	9H	9H
내화학성		35	70	92	95	95	95
연필경도	12	1H	4H	7H	9H	9H	9H
내화학성		30	65	85	92	97	97

앞의 실시예 1과 마찬가지로 테스트 진행을 하였으며, 아크릴이 포함된 경우 UV경화나 열경화가 다 가능해야 하며, 적용하는 분야가 플라스틱이나 필름 등 고온으로 처리가 불가능한 물질을 이용하여 공정을 수행하여야 하기 때문에 아크릴산에스테르를 적용하여 온도 범위를 낮은 온도에서 실행하였으며, 그럼에도 불구하고 경화가 촉진되었던 바, 본 실시예 2를 통하여 저온 경화제의 효과를 확인할 수 있었다.

Claims (8)

1. 가수분해한 실록산 올리고머와, 휘발성 강산을 발생하는 열산발생제 또는 휘발성 강염기를 발생하는 열염기 발생제가 혼합되어 구성되며, 상기 휘발성 강산 또는 휘발성 강염기는 그 휘발온도가 20 ~ 250℃이고, 열산발생제 또는 열염기 발생제의 산 또는 염기 발생온도가 50 ~ 250℃이고,
   상기 열산발생제는 Bis(4-t-부틸페닐이오도니움)트리플루오로메타네술포네이트, 트리아릴술포니움헥사플루오로안디모네이트, 트리아릴술포니움헥사플로오로포스페이트, 테트라메틸암모늄트리플루오로메타네술포네이트, 트리에틸암네플루오로술포네이트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.
2. 가수분해한 실록산 올리고머와, 휘발성 강산을 발생하는 열산발생제 또는 휘발성 강염기를 발생하는 열염기 발생제가 혼합되어 구성되며, 상기 휘발성 강산 또는 휘발성 강염기는 그 휘발온도가 20 ~ 250℃이고, 열산발생제 또는 열염기 발생제의 산 또는 염기 발생온도가 50 ~ 250℃이고,
   상기 열염기발생제는 테트라메틸암모늄아세테이트, 테트라메틸암모늄옥틸레이트, 테트라부틸암모늄아세테이트, 테트라부틸암모늄옥틸레이트, 트리메틸벤질암모늄아세테이트, 아자비시클로운데센포르메이트(Azabicycloundeceneformate), 트리에틸아민p-톨루엔술포네이트 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 열산발생제 또는 열염기발생제는 실록산 올리고머의 중량을 100중량부로 하였을 때 0.01 ~ 10중량부 첨가되는 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 실록산 올리고머의 형성에 사용되는 실레인은 알킬기 치환 3관능성 실레인, 페닐기 치환 3관능성 실레인, 하나 이상의 불포화 결합을 포함하는 탄화수소기와 결합되는 실레인, 4관능성 실레인, 3-메르캡토프로필트리에톡시실레인, 3-아미노프로필트리에톡시실레인, 3-글리시독시프로필트리알콕시실레인, 3-아크릴록시프로필트리에톡시실레인, 3-메타크릴록시트리에톡시실레인, 디메틸디메톡시실레인, 디메틸디에톡시실레인, 디메틸디아세톡시실레인, 디메틸메톡시아세톡시실레인, 디메틸디이소시아네이트실레인, 디메틸메톡시이소시아네이트실레인, 디메틸나사(아세톡심)실레인((CH₃)₂Si[ONC(CH₃)₂]), 메틸비닐디메톡시실레인, 메틸페닐디메톡시실레인, 디페닐디메톡시실레인 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 조성물에는 (메타)아크릴산에스테르가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 아크릴산에스테르는 2가 이상 알코올의 (메타)아크릴산에스테르 또는 관능기수 2이상의 (메타)아크릴산에스테르올리고머인 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 조성물에는 광라디칼발생제 또는 열라디칼발생제를 더 첨가한 것을 특징으로 하는 투명 피막 형성용 조성물.