KR101939076B1 - 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 유기용매에 염화인듐과 염화주석을 혼합한 후, 소정시간 교반하여 제1 혼합물을 준비하는 단계; 상기 제1 혼합물에 실란을 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 단계; 상기 제2 혼합물에 증류수 또는 탈이온수와, 촉매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제3 혼합물을 준비하는 단계; 상기 제3 혼합물에 유기용매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 최종 혼합물을 수득하는 단계를 포함하는 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 및 그 제조방법{Composition and Method for Hard Coating Film With High Transmitting Ratio, High Heat Resistance and Antistatic Function}

본 발명은 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기용매, 금속염수화물, 실란, 탈이온수, 촉매로 이루어진 조성물을 사용함으로써 대전방지 기능이 탁월하면서도 투과율과 내열성이 우수한 하드코팅제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 디스플레이, 태양전지 패널 등의 표면 보호재로 기재 필름 표면에 내긁힘성(anti-scratch)이 뛰어난 하드 코팅층이 형성된 하드코팅 필름을 사용하고 있다. 그러나 종래의 하드코팅 필름은 내긁힘성은 우수하지만 표면저항이 너무 높아 주위의 먼지 등이 표면에 부착하기 쉬운 단점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 하드 코팅층에 대전 방지성을 부여한 대전방지 하드코팅 필름이 사용되고 있으며, 하드 코팅층에 대전 방지성을 부여하기 위해 사용하는 방법으로는 대전방지제를 하드 코팅층 제조시 첨가하거나 별도로 제조한 대전 방지층을 하드 코팅층에 형성시키는 것이 일반적이다.

한편 최근에는 ATO(Antimon tin oxide), ITO(Indium tin oxide) 등과 같은 금속산화물 계통의 도전성 졸을 이용한 대전방지 하드코팅 조성물이 활발히 개발되고 있는 상황이다. 이러한 ATO나 ITO 등의 전도성 금속산화물 나노입자는 코팅제 제조단계에서 분말상태로 첨가하거나, 또는 이를 분산시킨 용액을 코팅제에 첨가함으로써 코팅제를 얻을 수 있다. 하지만 충분한 대전 방지 효과를 기대하기 위해서는 다량의 ATO 또는 ITO를 사용해야 하므로, 이들 전도성 금속산화물의 과량 첨가에 따라 투과율이 저하된다는 새로운 문제점이 지적되고 있는 상황이다.

한국공개특허공보 제2015-0037336호

본 발명은 상기 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표면경도가 우수하고 투과율과 내열성을 탁월하면서도 대전방지 기능을 갖는 하드코팅제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제의 제조방법, 유기용매에 염화인듐과 염화주석을 혼합한 후, 소정시간 교반하여 제1 혼합물을 준비하는 단계; 상기 제1 혼합물에 실란을 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 단계; 상기 제2 혼합물에 증류수 또는 탈이온수와, 촉매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제3 혼합물을 준비하는 단계; 및 상기 제3 혼합물에 유기용매를 혼합 후 소정시간 교반하여 최종 혼합물을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제의 제조방법은, 제1 혼합물 및 최종 혼합물에서의 상기 유기용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 메틸셀루솔브 및 에틸셀루솔브 중 어느 하나 이상이고, 상기 염화인듐은 InCl₃·xH₂O로서 x는 1~12이고, 상기 염화주석은 SnCl₄·xH₂O로서 x는 1~12이고, 상기 실란은 트리알콕시실란(Trialkoxysilane)이고, 상기 촉매는 아세트산, 개미산, 옥살산, 염산, 질산 및 황산 중 어느 하나 이상이 바람직하다.

또한 본 발명의 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제의 제조방법은, 상기 유기용매 : 염화인듐 : 염화주석 : 실란 : 증류수 또는 탈이온수 : 촉매는, 3.5~6.0 : 0.001~0.020 : 0.001~0.01 : 0.8~1.2 : 1~7 : 0.001~0.1몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 제조방법으로 제조된 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제를 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제는, 유리기판에 코팅한 후 500℃에서 경화시켜, 표면저항 10⁷~10⁹Ω, 연필경도 9H 및 유리대비 투과율 99% 이상을 만족하되, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 메틸셀루솔브 및 에틸셀루솔브 중 어느 하나 이상인 유기용매; InCl₃·4H₂O; SnCl₄·5H₂O; 트리알콕시실란(Trialkoxysilane); 탈이온수; 아세트산, 개미산, 옥살산, 염산, 질산 및 황산 중 어느 하나 이상인 촉매를 포함하고, 상기 x는 1~12인 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의하면, 형성된 코팅층의 표면 저항이 낮아 주변의 먼지가 부착되는 것을 억제할 수 있다는 장점이 있다.

또한 발명의 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의하면, 표면경도 9H, 투과율 99% 그리고 400℃에서도 변형되지 않는 우수한 물성을 갖는 코팅층 형성이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 제조방법의 순서도를 나타낸 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의해 형성된 코팅층의 표면저항 측정결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의해 형성된 코팅층의 가시광 영역에서의 투과율 측정결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의해 형성된 코팅층과 대조군인 유리를 비교하기 위한 사진이다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의해 형성된 코팅층의 내열성 테스트 결과이다.
도 8 및 9는 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제에 의해 형성된 코팅층의 표면경도 테스트 결과이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 본 발명에 따른 대전방지 기능이 우수하면서도 고투과율 및 고내열성을 확보할 수 있는 신규한 하드코팅제 및 그 제조방법에 관하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 제조방법의 순서도를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제 제조방법은, 유기용매에 염화인듐과 염화주석을 혼합한 후, 소정시간 교반하여 제1 혼합물을 준비하는 제1 단계, 상기 제1 단계에서 준비된 제1 혼합물에 실란을 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 제2 단계, 상기 제2단계에서 얻어진 제2 혼합물에 증류수와 촉매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제3 혼합물을 준비하는 제3 단계 그리고 상기 제3 단계에서 얻어진 제3 혼합물에 유기용매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 최종 혼합물을 수득하는 제4 단계를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 먼저 제1 단계에서는 각종 디스플레이나 패널 등의 표면 보호재로 필름을 형성시키는 경우, 필름 표면에 먼지가 잘 부착하지 못하도록 대전 방지 기능이 있는 염화인듐과 염화주석을 유기용매에 혼합한 후 교반한다.

여기서, 염화인듐의 분자식은 InCl₃·xH₂O로 나타낼 수 있으며 상기 분자식에서 x는 1~12개일 수 있으나, 바람직하게는 x가 4인 InCl₃·xH₂O (Indium(III) chloride tetrahydrate)이다. 그리고 상기 염화인듐은 0.001~0.020몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하고, 0.010~0.020몰 비율로 혼합되는 것이 보다 바람직하다. 염화인듐의 혼합량이 0.001몰 미만이면 대전 방지 기능이 충분하지 않고 반대로 0.02몰을 초과하면 최종 혼합물의 안정성이 저하되기 때문에 염화인듐은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

염화주석의 분자식은 SnCl₄·xH₂O로 나타낼 수 있으며 상기 분자식에서 x는 1~12개일 수 있으나, 바람직하게는 x가 5인 SnCl₄·xH₂O(Tin(IV) chloride pentahydrate)이다. 상기 염화주석은 0.001~0.01몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하고, 0.001~0.005몰 비율로 혼합되는 것이 보다 바람직하다. 염화주석의 혼합량이 0.001몰 미만이면 염화인듐과 마찬가지로 대전 방지 기능이 충분하지 않고 반대로 0.01몰을 초과하면 최종 혼합물의 안정성이 저하되기 때문에 염화주석은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

그리고 유기용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 메틸셀루솔브 및 에틸셀루솔브에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 이소프로필알코올이다. 이때 유기용매는 2.5~3.5몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하고, 2.9~3.3몰 비율로 혼합되는 것이 보다 바람직하다.

유기용매의 혼합량이 2.9몰 미만이면 용매가 부족하여 겔화가 진행될 수 있고, 반대로 3.3몰을 초과하면 제2단계에서 첨가하는 실란의 농도가 상대적으로 너무 낮아 도막이 형성되기 어렵기 때문에 유기용매는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 염화인듐, 염화주석 그리고 유기용매로 이루어진 혼합물은 상온에서 1.5~2.5시간 교반함으로써 제1 혼합물이 얻어진다.

제2 단계는 상기 제1 단계에서 준비된 제1 혼합물에 실란을 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 단계이다.

실란은 가수분해된 뒤 실록산 결합을 형성하고, 결과적으로 형성된 도막과 기재가 긴밀하게 부착 고정될 수 있도록 접착제로서의 기능을 수행하는 물질로서 R’Si(OR)₃로 표현될 수 있고, 이때 R’은 메틸(Methyl), 에틸(Ethyl), 페닐(Phenyl), 아미노(Amino), 플루오르(Fluor) 등의 unreactable organic group이고, OR은 메톡시(Methoxy), 에톡시(Ethoxy), 이소프로폭시(Isopropoxy) 등의 알콕시 그룹(Alkoxy group)일 수 있다.

그리고 상기 실란은 0.8~1.2몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 실란의 혼합량이 0.8몰 미만이면 실란의 농도가 너무 낮아 도막이 형성되기 어렵고 반대로 1.2몰을 초과하면 실란의 농도가 너무 높아 최종 혼합물의 안정성이 저하되기 때문에 실란은 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 몰 농도에 해당되는 실란을 제1 혼합물에 주입한 후 상온에서 5~15분 정도 교반함으로써 제2 혼합물이 얻어진다.

제3 단계는 상기 제2단계에서 얻어진 제2 혼합물에 증류수와 촉매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 제3 혼합물을 준비하는 단계이다.

증류수, 보다 바람직하게는 탈이온수와 촉매는 실란의 가수 분해를 목적으로 첨가하며, 이때 증류수는 1~7몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하고 6~6.5몰 비율로 혼합되는 것이 보다 바람직하다. 증류수 또는 탈이온수의 혼합량이 1몰 미만이면 실란의 가수분해가 충분하지 않고 반대로 7몰을 초과하면 가수분해가 너무 급격하게 진행될 뿐만 아니라 중합이 촉진되기 때문에 증류수 또는 탈이온수는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 촉매는 아세트산, 개미산, 옥살산, 염산, 질산 및 황산으로부터 선택되는 1종일 수 있고, 바람직하게는 아세트산이다. 또 상기 촉매는 0.001~0.1몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하고 0.015~0.025몰 비율로 혼합되는 것이 보다 바람직하다.

촉매의 혼합량이 0.001몰 미만이면 가수분해 속도가 너무 낮아 경제성이 저하되고 반대로 0.1몰을 초과하면 응집체가 형성되어 최종 혼합물의 균질성이 저하되기 때문에 촉매는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 몰 농도에 해당되는 증류수와 촉매를 제2 혼합물에 주입한 후 상온에서 5~7시간 교반함으로써 제3 혼합물이 얻어진다.

제4 단계는 상기 제3 단계에서 얻어진 제3 혼합물에 유기용매를 첨가한 후, 소정시간 교반하여 최종 혼합물을 수득하는 단계이다.

유기용매로는 제1 단계에서와 동일한 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 메틸셀루솔브 및 에틸셀루솔브에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 이소프로필알코올이다. 이때 유기용매는 1.0~2.5몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하고, 1.5~2.0몰 비율로 혼합되는 것이 보다 바람직하다.

유기용매의 혼합량이 1몰 미만이면 용매가 부족하여 겔화가 진행될 수 있고, 반대로 2.5몰을 초과하면 제2단계에서 첨가한 실란의 농도가 상대적으로 너무 낮아 도막이 형성되기 어렵기 때문에 유기용매는 상기 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 몰 비율에 해당되는 유기용매를 제3 혼합물에 주입한 후 상온에서 20~40분 정도 교반함으로써 고투과율과 고내열성 기능을 함께 가지는 하드코팅제 조성물이 완성된다.

상기와 같은 제1 단계 내지 제4 단계를 통해 수득한 하드코팅제 조성물은 유리기판 등 각종 기재에 코팅된 후 경화됨으로써, 대전방지 기능이 우수하면서도 고투과율 및 고내열성이 탁월한 하드코팅막이 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

실시예

31.6몰의 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol)이 들어 있는 소정 크기를 갖는 밀폐된 용기 안에 InCl₃·4H₂O 0.17몰 및 SnCl₄·5H₂O 0.02몰을 투입한 후 2시간 정도 교반하였다. 이후 트리알콕시실란(Trialkoxysilane)을 10몰 추가로 투입한 후 다시 약 10분간 교반하였다. 다음으로 탈이온수 61.3몰과 아세트산(acetic acid) 0.19몰을 넣고 약 6시간 다시 교반하였다. 마지막으로 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol) 16.4몰을 넣고 약 30분간 교반하여, 유기-무기 복합체 sol를 제조하였다.

이렇게 제조된 유기-무기 복합체 sol을 스핀 코터(Spin coater)를 사용하여 유리기판(SLG, Soda lime glass)위에 3㎛ 두께로 코팅한 후, 500℃에서 경화시켰다.

실험예

(1) 코팅막의 표면저항

본 발명의 유기-무기 복합체 sol을 사용하여 형성시킨 코팅막의 표면저항을 알아보기 위하여 ASTM D257 측정방법에 따라 측정한 결과, 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이 표면저항은 10⁸Ω인 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 종래 기술에 따라 형성되는 코팅막의 일반적인 표면저항인 10¹²Ω보다 현저히 낮은 수치이고, 따라서 주변의 각종 먼지 등이 부착되는 것을 방지할 수 있음을 예측할 수 있다.

(2) 코팅막의 투과율

본 발명의 유기-무기 복합체 sol을 사용하여 형성시킨 코팅막의 투과율을 알아보기 위하여 400~800nm로 파장을 변화시키면서 측정하였다(UV-visible spectroscopy : Cary 100, Varian, Mulgrave, Australia). 도 4는 가시광 영역에서의 투과율 측정결과(3개의 시편)이고, 도 5는 본 발명에 따른 코팅막과 대조군인 유리를 비교하기 위한 사진이다.

상기 결과들로부터 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 코팅막은 가시광 영역에서의 투과율이 유리기판(SLG, Soda lime glass)과 거의 동일한 수준인 99% 이상인 것으로 조사되었다.

(3) 코팅막의 내열성

본 발명의 유기-무기 복합체 sol을 사용하여 형성시킨 코팅막의 내열성을 알아보기 위하여 400℃에서 16시간 조건으로 내열성을 테스트한 결과, 도 6 및 7에 나타낸 바와 같이 시료의 외관에 아무런 변형이 일어나지 않는 것을 확인하였다.

(4) 코팅막의 경도

본 발명의 유기-무기 복합체 sol을 사용하여 형성시킨 코팅막의 경도를 알아보기 위하여, 연필경도(KS M ISO 15184:2013 평가방법)를 측정한 결과, 9H로 경도가 매우 높은 것을 확인하였다(도 8 및 9 참조).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

Claims (5)

1. 31.6몰의 이소프로필알코올로 이루어진 유기용매에 0.17몰의 염화인듐 4 수화물(InCl₃·4H₂O)과 0.02몰의 염화주석 5 수화물(SnCl₄·5H₂O)을 혼합한 후, 1.5~2.5시간 교반하여 제1 혼합물을 준비하는 단계;
   상기 제1 혼합물에 10몰의 트리알콕시실란(Trialkoxysilane)을 첨가한 후, 5~15분 교반하여 제2 혼합물을 준비하는 단계;
   상기 제2 혼합물에 61.3몰의 탈이온수와, 촉매로서 0.19몰의 아세트산을 첨가한 후, 5~7시간 교반하여 제3 혼합물을 준비하는 단계; 및
   상기 제3 혼합물에 16.4몰의 이소프로필알코올로 이루어진 유기용매를 첨가한 후, 20~40분 교반하여 최종 혼합물을 수득하는 단계로 이루어지되,
   상기 이소프로필알코올 : 염화인듐 4 수화물(InCl₃·4H₂O) : 염화주석 5 수화물(SnCl₄·5H₂O) : 트리알콕시실란(Trialkoxysilane) : 탈이온수 : 촉매는, 4.8몰 : 0.017몰 : 0.002몰 : 1.0몰 : 6.13몰 : 0.019몰 비율로 혼합되고,
   유리기판에 코팅한 후 500℃에서 경화시켜, 표면저항 10⁸Ω, 연필경도 9H, 유리대비 투과율 99% 이상, 및 400℃에서 16시간 조건의 내열성 테스트에서 외관상 변형이 없는 것을 만족하는 것을 특징으로 하는 대전방지 기능을 갖는 고투과율 및 고내열성 하드코팅제의 제조방법.
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