KR19990042229A - 광경화형 방무성 조성물용 4급 암모늄염, 이의 제법 및 이를 포함하는 광경화형 방무성 조성물 - Google Patents

광경화형 방무성 조성물용 4급 암모늄염, 이의 제법 및 이를 포함하는 광경화형 방무성 조성물 Download PDF

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Abstract

하기 화학식을 가지는 4급 암모늄염이 개시되어 있다.
여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이다. R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이다. R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이다. X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다. 상기 화학식을 가지는 4급 암모늄염을 포함하는 광경화형 방무성 조성물은 우수한 광경화성, 표면경도, 접착성, 방무성과, 장기적인 방무효과 지속성을 가지는 도막을 형성할 수 있다.

Description

광경화형 방무성 조성물용 4급 암모늄염, 이의 제법 및 이를 포함하는 광경화형 방무성 조성물
본 발명은 광경화형 방무성 조성물용 4급 암모늄염, 이의 제법, 및 이를 포함하는 광경화형 방무성 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유리, 거울, 각종 플라스틱 성형재료, 필름의 표면에 김이 서리는 것을 방지(antifogging)하기 위한 광경화형 방무성 조성물용 4급 암모늄염, 이의 제법, 및 이를 포함하는 광경화형 방무성 조성물에 관한 것이다.
물안경, 헬멧 보호물, 측정기기 덮개, 렌즈, 가옥이나 자동차의 창유리, 농업용 필름 등의 투명한 각종 제품이 고온, 고습 환경이나 제품의 내부온도와 외부온도간의 차가 큰 환경에 놓이게 되면 제품표면에 작은 이슬들이 맺히게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 제품표면에 방무제를 바르는 방법이 제안되었고, 또한 자외선 조사로 경화시킬 수 있는 광경화성 방무성 조성물에 대해 연구가 진행되고 있다.
기존의 방무기능을 가지는 물질로서, 폴리비닐알코올과 같은 친수성 물질을 퍼록사이드와 같은 열가교성 촉매로 가교하여 사용한 것이 미합중국 특허 제5,262,475호에 개시되어 있다. 그러나, 상기 방무성 물질은 가공온도가 150℃ 수준으로 얇은 필름에 적용하기 어렵고, 가교화된 방무층도 수분과의 접촉시 끈적거리면서 녹아내리는 현상이 있으며, 표면경도가 연필경도 6B 수준으로 긁힘이 심하여 장기적인 사용에 심각한 문제를 가지고 있다.
또한 기존의 방무화 방법으로서, 표면활성제 용액을 가공품의 표면에 도포하여 일시적인 효과를 나타나게 하거나, 고분자 형태의 표면활성제를 가공품의 표면에 코팅함으로써 상당 기간 효과를 지속시키고 있다.
특이한 방법으로서, 고분자 형태의 표면활성제를 광경화형 코팅조성물에 혼입합으로써 방무 효과의 유지기간을 장기화하려는 시도가 있었다(대한민국 특허 공고 제 95-14730호).
그러나, 상기 방법에서는 방무성을 띠는 조성물에 함유된 극성용매를 제거하기 위하여 20초-3분간의 열경화 처리작업이 필수적이며 조사시간도 20-60초 정도가 요구된다. 따라서 방무기능이 요구되는 여러 가지 사용분야에 적용시킬 때, 두 단계의 경화과정을 거쳐야 하고 처리시간이 단축되지 않아 생산성이 저하된다는 단점이 있으며, 방무효과도 1-2개월이 지나면 급격히 줄어들어 사용상의 제한이 심각하다.
본 발명자들은 광경화 코팅 조성물의 기본 특성인 보호 코팅 기능(즉, 표면경도 및 접착성)을 유지하면서도, 방무화 성능이 우수하고 그것이 상당기간 지속적으로 나타날 수 있으며, 다양한 기질에 적용할 수 있는 광경화형 방무성 조성물을 얻고자 노력하던 중, 암모늄염을 포함하면서 광경화가 가능한 저분자량의 화합물을 합성한 후에, 이를 포함하는 광경화형 방무성 조성물을 제조하고, 이를 폴리에스터 필름에 도포하고 광경화시키면 원하는 물성(즉, 우수한 광경화성, 표면경도, 접착성, 방무성 및 장기적인 방무효과 지속성)의 방무 필름을 얻을수 있음을 알았다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 우수한 광경화성, 표면경도, 접착성, 방무성, 및 장기적인 방무효과 지속성을 가지는 도막을 형성할 수 있는 광경화형 방무성 조성물의 주성분인 4급 암모늄염을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 상기 4급 암모늄염의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은 우수한 광경화성, 표면경도, 접착성, 방무성, 및 장기적인 방무효과 지속성을 가지는 도막을 형성할 수 있는 광경화형 방무성 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 목적은 우수한 광경화성, 표면경도, 접착성, 방무성, 및 장기적인 방무효과 지속성을 가지는 도막을 형성할 수 있는 혼성 광경화형 방무성 조성물을 제공하는 것이다.
상술한 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 4급 암모늄염을 제공한다.
여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이다.
R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이다.
R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이다.
X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다.
상술한 제2 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 상기 화학식 1의 구조를 갖는 4급 암모늄염의 제조방법은,
알킬글리시딜에테르 또는 알킬페닐글리시딜에테르와 2개의 히드록시기가 프로텍트(protect)된 디-2-히드록시에틸아민을 반응시켜서 하기 화학식 2의 화합물을 합성하는 단계;
여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(n은 1-16의 정수이다)이고, P는 알코올 프로텍트기이다.
상기 합성된 화학식 2의 화합물을 디프로텍트(deprotect)시키는 단계;
상기 디프로텍된 결과물과 메타크릴산글리시딜 또는 아크릴산글리시딜을 반응시키는 단계; 및
상기 반응 결과물인 3급 아민과 일반식 R4X의 화합물을 반응시키는 단계를 포함한다.
상술한 제3 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 광경화형 방무성 조성물은,
상기 화학식 1의 구조를 가지는 4급 암모늄염 3-40중량%;
적어도 2개의 아크릴기를 가지는 광경화형 올리고머 18-90중량%;
적어도 1개의 아크릴기를 가지는 제1 광경화형 단량체 5-40중량%; 및
라디칼성 광개시제 2-8중량%를 포함한다.
상술한 제4 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은,
상기 화학식 1의 구조를 가지는 4급 암모늄염 3-34중량%;
적어도 2개의 아크릴기를 가지는 광경화형 올리고머 4-81중량%;
적어도 1개의 아크릴기를 가지는 제1 광경화형 단량체 6-26중량%;
적어도 1개의 비닐에테르를 가지는 가지는 제2 광경화형 단량체 8-26중량%;
양이온성 광개시제 1-5중량%; 및
라디칼성 광개시제 1-5중량%를 포함한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 의한 광경화형 조성물의 필수 성분인 상기 화학식 1의 구조를 가지는 4급 암모늄염은 1 또는 2개의 아크릴기, 3개의 히드록시기, 1개의 4급 암모늄염기, 및 1개의 n-알킬기 또는 n-알킬페닐기를 포함한다.
여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이다.
R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이다.
R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이다.
X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다.
상기 4급 암모늄염은 다음과 같은 방법으로 제조한다.
알킬글리시딜에테르 또는 알킬페닐글리시딜에테르와 2개의 히드록시기가 프로텍트(protect)된 디-2-히드록시에틸아민을 반응시켜서 상기 화학식 2의 화합물을 합성한다.
여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이고, P는 알코올 프로텍트기이다.
상기 합성된 화학식 2의 화합물을 디프로텍트(deprotect)시킨다. 디프로텍트된 결과물은 3개의 히드록시기와 n-알킬기 또는 n-알킬페닐기를 갖는 3급 아민이다. 상기 3급 아민에 아세트산, 삼불화초산, 벤조산, 카프릴산, 멘델산, 올레산, 스테아르산, 말산(malic acid), 황산디메틸, 황산디에틸, 염화메틸, 염화에틸, 염화프로필, 브롬화메틸, 브롬화에틸, 브롬화프로필등을 반응시켜 상기 4급 암모늄염을 합성한다.
상기 화학식 1의 화합물은 친수성이 강한 4급 암모늄염기와 역시 친수성이 강한 히드록시기 3개를 가지고 있어서 방무 효과가 매우 우수하며, 또한 아크릴기 1 또는 2개를 가지고 있어서 광경화 도막에서 가교제로서 참여할 수 있기 때문에 방무성과 표면경도를 함께 보장할 수 있다. 또한 장쇄의 알킬기를 가지고 있어 친수성과 소수성이 적절히 조화를 이룬다. 따라서, 광경화 과정에서 도막이 평활하게 형성되는 데 유리하게 작용함은 물론, 광경화 도막이 수분의 흡수로 인하여 너무 약해지는 것을 방지한다.
본 발명에 의한 광경화형 방무성 조성물은 상기 화학식 1의 화합물 3-40중량%를 포함한다. 상기 화학식 1의 화합물의 함량이 3중량%미만이면 경화도막에 방무성이 거의 없어서 바람직하지 않고, 40중량%를 초과하면 경화도막이 쉽게 부스러지므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에 의한 광경화형 조성물 중의 상기 화학식1의 화합물의 함량은 3-40중량%, 바람직하게는 6-32중량%이다.
상기 광경화형 방무성 조성물은 (가) 적어도 2개의 아크릴기를 가지는 광경화형 올리고머를 함유한다. 상기 광경화형 올리고머의 예로서 아크릴산우레탄, 아크릴산에폭시, 아크릴산폴리에스테르 등을 들 수 있다. 이들 광경화형 올리고머는 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 광경화형 올리고머의 함량이 90중량%를 초과하면 가교반응 생성물의 점도가 너무 높아서 바람직하지 않고, 18중량% 미만이면, 경화도막의 접착력이 약해서 바람직하지 않다. 따라서, 상기 광경화형 올리고머의 함량은 18-90중량%, 바람직하게는 31-80중량%이다.
상기 광경화형 방무성 조성물은 (나) 적어도 1개의 아크릴기를 가지는 제1 광경화형 단량체를 함유한다. 상기 제1 광경화형 단량체의 예로서는 아크릴산이소보닐, 아크릴산히드록시에틸, 아크릴산히드록시프로필, 디아크릴산헥산디올, 디아크릴산트리프로필렌글리콜, 트리아크릴산트리에틸올프로판 등을 들 수 있다.
상기 제1 광경화형 단량체의 함량이 40중량%를 초과하면 경화도막의 접착력이 약해서 바람직하지 않고, 5중량%미만이면 가교반응 생성물의 점도가 너무 높아서 바람직하지 않다. 따라서, 상기 제1 광경화형 단량체의 함량은 5-40중량%, 바람직하게는 10-30중량%이다.
상기 광경화형 방무성 조성물은 (다) 라디칼성 광개시제를 함유한다. 상기 라디칼성 광개시제의 예로서는 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 1-히드록시메틸에틸페닐케톤 등을 들 수 있다. 상기 라디칼성 광개시제의 함량이 8중량%를 초과하면 본 조성물의 보관기간이 짧아서 바람직하지 않고, 2중량%미만이면 경화반응이 일어나기 어려워서 바람직하지 않다. 따라서, 상기 라디칼성 광개시제의 함량은 2-8중량%, 바람직하게는 4-7중량%이다.
본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은 상기 화학식 1의 화합물을 포함한다. 상기 화학식 1의 화합물의 함량이 3중량% 미만이면 경화도막에 방무성이 거의 없어서 바람직하지 않고, 34중량%를 초과하면 경화도막이 쉽게 부스러지므로 바람직하지 않다. 따라서 상기 화학식 1의 화합물의 함량은 3-34중량%, 바람직하게는 4-32중량%이다.
본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은 (가) 상기 적어도 2개의 아크릴기를 가지는 광경화형 올리고머를 포함한다. 상기 광경화형 올리고머의 함량이 4중량%미만이면 경화도막의 접착력이 떨어져 바람직하지 않고, 81중량%를 초과하면 가교반응 생성물의 점도가 너무 높아서 바람직하지 않다. 따라서 상기 광경화형 올리고머의 함량은 4-81중량%, 바람직하게는 10-74중량%이다.
본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은 (나) 상기 적어도 1개의 아크릴기를 가지는 제1 광경화형 단량체를 포함한다. 상기 제1 광경화형 단량체의 함량이 6중량%미만이면 경화도막이 쉽게 부스러져 바람직하지 않고, 26중량%를 초과하면 경화도막의 접착력이 떨어져 바람직하지 않다. 따라서 상기 제1 광경화형 단량체의 함량은 6-26중량%, 바람직하게는 8-25중량%이다.
본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은 (다) 상기 라디칼성 광개시제를 포함한다. 상기 라디칼성 광개시제의 함량이 1중량%미만이면 경화반응이 일어나기 어려워서 바람직하지 않고, 5중량%를 초과하면 본 조성물의 보관기간이 짧아져서 바람직하지 않다. 따라서 상기 라디칼성 광개시제의 함량은 1-5중량%, 바람직하게는 2-4중량%이다.
본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은 (라) 적어도 1개의 비닐 에테르를 가지는 제2 광경화형 단량체를 포함한다. 이러한 제2 광경화형 단량체의 예로서 트리에틸렌글리콜디비닐에테르 등을 들 수 있다. 상기 제2 광경화형 단량체의 함량이 8중량% 미만이면 경화도막의 표면경도가 떨어져 바람직하지 않고, 26중량%를 초과하면 경화도막이 수분에 너무 민감하게 되어 바람직하지 않다. 따라서, 상기 제2 광경화형 단량체의 함량은 8-26중량%, 바람직하게는 10-25중량%이다.
본 발명에 의한 혼성 광경화형 방무성 조성물은 (마) 양이온성 광개시제를 포함한다. 이러한 양이온성 광개시제의 예로서 비스(4-디페닐술포니오페닐)술피도 비스헥사불소화인산 등을 들 수 있다. 상기 양이온성 광개시제의 함량이 1중량% 미만이면 경화도막의 표면경도가 저하되어 바람직하지 않고, 5중량%를 초과하면 경화도막에 색상변색이 일어나 바람직하지 않다. 따라서 상기 양이온성 광개시제의 함량은 1-5중량%, 바람직하게는 2-4중량%이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 일반적인 광경화형 코팅제((가), (나) 및(다)의 혼합물)에 혼합하여도 상당한 표면경도 및 방무효과가 있다. 그러나 좀 더 우수한 효과를 보이는 것은 양이온성 광개시제와 라디칼 광개시제를 동시에 사용하는 혼성 광경화형 코팅제((가), (나), (다), (라) 및 (마)의 혼합물)에 혼합하는 것으로서, 이 경우에는 월등히 뛰어난 표면경도 및 방무효과를 나타낸다.
이하에서 합성실시예, 합성비교예, 실시예 및 비교예를 통하여, 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 상기 예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
합성실시예 1
황산메틸[N-{2-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시)프로폭시}에틸, N-(2-히드록시-3-도데실옥시)프로필, N-(2-히드록시)에틸, N-메틸]암모늄의 합성
도데실글리시딜에테르 20.0g을 3구플라스크에 붓고, 내용물의 온도를 50℃로 상승시켰다. 디-터셔리-부틸디메틸실릴옥시에틸아민 18.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도를 55℃ 이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 55℃를 유지하면서, 3시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 사용하여 온도를 5℃로 낮추어 준 후에 불화수소피리디늄염 14.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 10℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 5℃를 유지하면서 4시간 동안 교반하였다. 물과 아세트산에틸을 첨가한 후 유기층을 분리하여 증류하면 원하는 중간물질을 얻을 수 있었다. 상기 중간물질의 온도를 90℃로 올린후 메타크릴산글리시딜 11.1g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 100℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 90℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 이용하여 온도를 40℃로 낮추고 황산디메틸 8.7g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 45℃이하를 유지하였다. 점적이 끝난후 2시간 동안 교반하였다. 이러한 방법으로 본 합성실시예의 결과물이 얻어졌다.
상기 결과물의 핵자기공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 및 점도 데이터는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3) δ: 0.89 (m), 1.25 (m), 1.94 (m), 3.18 (m), 3.60 (m), 3.71 (s), 4.10 (m),5.68 (m), 6.14 (m).
점도 (브룩필드 점도계; Brookfield Viscometer) : 500cps (30℃)
합성실시예 2
황산메틸[N,N-비스-[{2-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시)프로폭시}에틸], N-(2-히드록시-3-도데실옥시)프로필, N-메틸]암모늄의 합성
도데실글리시딜에테르 20.0g을 3구플라스크에 붓고, 내용물의 온도를 50℃로 상승시켰다. 디-터셔리-부틸디메틸실릴옥시에틸아민 18.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도를 55℃ 이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 55℃를 유지하면서, 3시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 사용하여 온도를 5℃로 유지하면서 불화수소피리디늄염 14.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 10℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 5℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 물과 아세트산에틸을 첨가한 후 유기층을 분리하여 증류하면 원하는 중간물질을 얻을 수 있었다. 상기 중간물질의 온도를 90℃로 올린후 메타크릴산글리시딜 23.5g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 95℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 95℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 이용하여 온도를 40℃로 낮추고 황산디메틸 8.7g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 45℃이하를 유지하였다. 점적이 끝난후 2시간 동안 교반하였다. 이러한 방법으로 본 합성실시예의 결과물이 얻어졌다.
상기 결과물의 핵자기공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 및 점도 데이터는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3) δ: 0.87 (m), 1.24 (m), 1.97 (m), 3.19 (m), 3.60 (m), 3.71 (s), 4.11 (m), 5.61 (m), 5.67 (m), 6.14 (m), 6.18 (m).
점도 (브룩필드 점도계; Brookfiels Viscometer) : 430cps (30℃)
합성실시예 3
스테아르산[N-{2-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시)프로폭시}에틸, N-(2-히드록시-3-도데실옥시)프로필, N-(2-히드록시)에틸]암모늄의 합성
도데실글리시딜에테르 20.0g을 3구플라스크에 붓고, 내용물의 온도를 50℃로 상승시켰다. 디-터셔리-부틸디메틸실릴옥시에틸아민 18.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도를 55℃ 이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 55℃를 유지하면서, 3시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 사용하여 5℃로 온도를 낮추어 준후에 불화수소피리디늄염 14.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 10℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 5℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 물과 아세트산에틸을 첨가한 후 유기층을 분리하여 증류하면 원하는 내용물을 얻을 수 있었다. 상기 내용물의 온도를 90℃로 올린후 메타크릴산글리시딜 11.1g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 100℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 90℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 이용하여 온도를 40℃로 낮추고 스테아르산 23.6g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 40℃이하를 유지하였다. 점적이 끝난후 3시간 동안 교반하였다. 이러한 방법으로 본 합성실시예의 결과물이 얻어졌다.
상기 결과물의 핵자기공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 및 점도 데이터는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3) δ: 0.89 (m), 1.21-1.37 (m), 1.94-2.04 (m), 3.18 (m), 3.60 (m), 4.10 (m), 5.68 (m), 6.14 (m).
점도 (브룩필드 점도계; Brookfiels Viscometer) : 520cps (30℃)
합성실시예 4
스테아르산[N,N-비스-[{2-(2-히드록시-3-메타크릴로일옥시)프로폭시}에틸], N-(2-히드록시-3-도데실옥시)프로필]암모늄의 합성
도데실글리시딜에테르 20.0g을 3구플라스크에 붓고, 내용물의 온도를 50℃로 올렸다. 디-터셔리-부틸디메틸실릴옥시에틸아민 18.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도를 55℃ 이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 55℃를 유지하면서, 3시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 사용하여 온도를 5℃로 유지하면서 불화수소피리디늄염 14.2g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 10℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 5℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 물과 아세트산에틸을 첨가한 후 유기층을 분리하여 증류하면 원하는 내용물을 얻을 수 있었다. 상기 내용물의 온도를 90℃로 올린후 메타크릴산글리시딜 23.5g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 95℃이하로 유지하였다. 점적이 종료된 후 90℃를 유지하면서 2시간 동안 교반하였다. 얼음중탕을 이용하여 온도를 40℃로 낮추고 스테아르산 23.6g을 천천히 점적하였다. 이때 내용물의 온도는 45℃이하를 유지하였다. 점적이 끝난후 2시간 동안 교반하였다. 이러한 방법으로 본 합성실시예의 결과물이 얻어졌다.
상기 결과물의 핵자기공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 및 점도 데이터는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3) δ: 0.87-0.91 (m), 1.21-1.35 (m), 1.97 (m), 3.19 (m), 3.60 (m), 4.21 (m), 4.72 (m), 5.57 (m), 6.20 (m), 6.27 (m).
점도 (브룩필드 점도계; Brookfiels Viscometer) : 440cps (30℃)
합성비교예 1
삼불화초산{N-(2-메타크릴로일옥시)에틸, N,N-디메틸}암모늄의 합성
온도계, 환류냉각기, 적가깔때기, 테프론으로 코팅된 자석막대, 자석교반기가 장착된 3구플라스크에 메타크릴산디메틸아미노에틸 157g (1몰)을 넣고 얼음물로 냉각하였다. 10℃이하로 냉각되면 삼불화초산 114g (1물)을 적가깔때기를 이용하여 천천히 떨어뜨리면서 반응온도가 30℃를 넘지 않도록 하였다. 적가를 완료한 후 반응온도를 실온으로 올린 다음, 1시간 더 교반시켰다. 이러한 방법으로 본 합성비교예의 결과물이 얻어졌다.
상기 결과물의 핵자기공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 및 점도 데이터는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3) δ: 0.87 (m), 1.24 (m), 1.97 (m), 3.19 (m), 3.60 (m), 3.71 (s), 4.11 (m), 4.67 (m), 5.61 (m), 6.14 (m). 6.18 (m)
점도 (브룩필드 점도계; Brookfiels Viscometer) : 200cps (30℃)
상기 합성실시예 1-4와 상기 합성비교예 1에서 제조한 방무성 화합물들을 사용하고, 또한 하기 표 1의 배합비에 의하여 광경화성 방무성 조성물들을 제조하였다.
실시예 1
아크릴산우레탄(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 CN985B88) 40중량%, 디아크릴산트리프로필렌글리콜(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 SR306) 4중량%, 트리아크릴산트리메틸올프로판(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 SR351) 5중량%와 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(상품명; 씨바-게이지(Ciba-Geigy)사의 이르가큐어(Irgacure-184)) 3중량%, 비스[4-디페닐술포니오페닐]술피도비스헥사불소화인산(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 CD1010) 3중량%, 트리에틸렌글리콜디비닐에테르(상품명; ISP사의 DVE-3) 15중량%, 및 합성실시예1의 화합물 30중량%를 혼합하여 방무성 조성물을 수득하였다. 하기 표 1은 그 혼합비를 나타낸다.
실시예 2-12
하기 표 1의 성분을 사용하여 상기 실시예1의 방법과 동일한 방법으로 방무성 조성물을 수득하였다.
비교예 1-3
하기 표 1의 성분을 사용하여 상기 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 방무성 조성물을 수득하였다.
(단위; 중량%)
적용예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시 예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12 비교에 1 비교예 2 비교예 3
우레탄 아크릴레이트 40 50 40 50 40 50 40 50 40 40 50 60 40 40 50
TPGDA 4 11 4 11 4 11 4 11 6 18 11 21 9 4 9
TMPTA 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
IRGACURE -184 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 6 6 2 2 6
TASHIFA 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4
DVE-3 15 23 15 23 15 23 15 23 15 23 40 15
합성실시예 1의 화합물 30 5 7 2 7 2
합성실시예 2의 화합물 30 5 7 2 7 2
합성실시예 3의 화합물 30 5 7 2 7 2
합성실시예 4의 화합물 30 5 7 2 7 2
합성비교예 1의 화합물 30 30
합계 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
여기서,
아크릴산우레탄은 싸토머(Sartomer)사의 상품명 CN985B88,
TPGDA는 디아크릴산트리프로필렌글리콜(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 SR-306),
TMPTA는 트리아크릴산트리메틸올프로판(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 SR-351),
이르가큐어(IRGACURE)-184는 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(상품명; 씨바-게이지(Ciba-Geigy)사의 IRG-184),
TASHFA는 비스[4-디페닐술포니오페닐]술피도 비스헥사불소화인산(상품명; 싸토머(Sartomer)사의 CD1010)
DVE-3는 트리에틸렌글리콜디비닐에테르(ISP사의 제품; 상품명)를 의미한다.
시편의 제작
상기 실시예 1-12의 조성물 및 상기 비교예 1-3의 조성물을 사용하여 폴리에스테르 필름에 코팅하였다. 자외선건조기를 통과시켜 경화도막을 얻었다.
시편시험
경화성 시험
유리판에 건조도막의 두께가 5㎛가 되도록 코팅한 후, UV램프 300mJ/㎠를 1회 통과시킨후 도막 상태를 평가하였다.
접착력 시험
폴리에스테르 필름에 건조도막의 두께가 5㎛가 되도록 코팅한 후, UV램프 300mJ/㎠를 1회 통과하여 만든 필름의 UV경화 도막에 크로스 커트(cross-cut)를 한 후, 투명테이프를 사용하여 100회 붙였다가 떼어낼 때 남아있는 도막의 수를 세었다.
방무성 시험
KS M 2742에 준하여 투명판 유리에 코팅을 실시한 후, 수증기 발생장치로 발생시킨 수증기를 코팅면에 닿게 하여, 흐림 또는 이슬맺힘이 생길 때까지의 반복회수를 측정하였다.
연필경도 시험
JIS K540에 따른 다음과 같은 검사에 따라 평가하였다.
17종의 "UNI"연필(미쯔비시 연필, K.K사 생산)을 이용한다. 연필의 경도는 9H-1H, F, HB, 1B-6B를 포함한 17레벨이다. 각 연필을 스크레칭 시험기계에 접착하여 피막층의 경도를 검사한다. 각 연필위에 1Kg의 무게를 얹고 0.5㎜/s의 속도로 피막층위에 이동시킨다.
상기 시편시험 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
적용예 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예10 실시예11 실시예12 비교예 1 비교예 2 비교예 3
경화성 G VG VG VG G VG VG VG VG VG G G VG G F
접착력 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 90 80
무적성 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 20회이상 0회 2회 5회
연필 경도 1H 4H 2H 4H 1H 4H 2H 4H 2H 3H 1H 2H 1B 2B 3B
경화성 판정시 VG는 표면의 끈적거림이 전혀 없고, 메틸에틸케톤으로 100회 문질렀을 때 도막손상이 전혀 없는 경우이고, G는 표면의 끈적거림은 전혀 없으나 메틸에틸케톤으로 50회 문질렀을 때 도막의 손상이 일어나며, F는 표면의 끈적거림은 없으나 메틸에틸케톤으로 10회 문질렀을 경우 도막의 손상이 시작되는 것을 말한다.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1-12에 따른 조성물로 코팅한 도막은 방무성이 매우 우수하고(20회 이상 통과), 표면경도가 매우 우수하나(연필경도가 1-4H 수준), 실시예 1, 5, 11 및 12에 따른 조성물로 코팅한 도막은 광경화성이 조금 떨어진다. 비교예 1에 따른 조성물을 사용하여 코팅한 도막은 방무성이 전혀 없으며, 표면경도가 좋지않다(연필경도가 1B수준). 비교예 2, 3에 따른 조성물로 코팅한 도막은 약간의 방무성을 가지고(2-5회 이상 통과), 표면경도가 좋지 않다(연필경도가 2B-3B 수준).
본 발명에 의한 광경화형 방무성 조성물은 광경화성 코팅 조성물의 기본 특성인 광경화성, 표면경도, 접착성과 같은 보호코팅 기능을 유지하면서 우수한 방무성을 나타낸다. 본 조성물을 이용하여 유리, 거울, 및 각종 투명한 플라스틱 성형물의 표면에 방무 성능이 우수하고 오래 지속되는 도막을 형성할 수 있다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄염.
    (여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이고,
    R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이고,
    R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이고,
    X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다)
  2. 알킬글리시딜에테르 또는 알킬페닐글리시딜에테르와 2개의 히드록시기가 프로텍트된 디-2-히드록시에틸아민을 반응시켜서 하기 화학식 Ⅱ의 화합물을 합성하는 단계;
    (여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이고, P는 알코올 프로텍트기이다)
    합성된 상기 화학식 Ⅱ의 화합물을 디프로텍트시키는 단계;
    상기 디프로텍된 결과물과 메타크릴산글리시딜 또는 아크릴산글리시딜을 반응시키는 단계; 및
    상기 반응 결과물인 3급 아민과 일반식 R4X의 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는 하기 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄염을 제조하는 방법.
    (여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이고,
    R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이고,
    R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이고,
    X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다)
  3. 제2항에 있어서, 상기 알코올 프로텍트기는 터셔리-부틸디메틸실릴인 것을 특징으로 하는 상기 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄염을 제조하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 일반식 R4X의 화합물은 아세트산, 삼불화초산, 벤조산, 카프릴산, 멘델산, 올레산, 스테아르산, 말산, 황산디메틸, 황산디에틸, 염화메틸, 염화에틸, 염화프로필, 브롬화메틸, 브롬화에틸 또는 브롬화프로필인 것을 특징으로 하는 상기 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄염을 제조하는 방법.
  5. 하기 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄염 3-40중량%;
    (여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이고,
    R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이고,
    R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이고,
    X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다)
    적어도 2개의 아크릴기를 가지는 광경화형 올리고머 18-90중량%;
    적어도 1개의 아크릴기를 가지는 제1 광경화형 단량체 5-40중량%; 및
    라디칼성 광개시제 2-8중량%를 포함하는 광경화형 방무성 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광경화형 올리고머는 아크릴산우레탄, 아크릴산에폭시, 또는 아크릴산폴리에스테르이고, 상기 제1 광경화형 단량체는 아크릴산이소보닐, 아크릴산히드록시에틸, 아크릴산히드록시프로필, 아크릴산헥산디올, 디아크릴산트리프로필렌글리콜 또는 트리아크릴산트리에틸올프로필이고, 상기 라디칼 광개시제는 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 또는 1-히드록시메틸에틸페닐케톤인 것을 특징으로 하는 광경화형 방무성 조성물.
  7. 하기 화학식 Ⅰ의 4급 암모늄염 3-34중량%;
    (여기서, R1은 CH3(CH2)nCH2또는 CH3(CH2)nCH2C6H4(여기서, n은 1-16의 정수이다)이고,
    R2및 R3는 둘 다 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이거나, 둘 중 어느 하나는 CH2=C(CH3)COOCH2CH(OH)CH2또는 CH2=CHCOOCH2CH(OH)CH2이고 다른 하나는 H이고,
    R4는 H, CH3, CH3CH2또는 CH3CH2CH2이고,
    X는 CH3OSO3, CH3CH2OSO3, CH3COO, CF3COO, CH3(CH2)nCOO (여기서, n은 1-16의 정수이다), CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO, C6H5COO, C6H5CH(OH)COO, HOOCCH2CH(OH)COO, Cl 또는 Br이다)
    적어도 2개의 아크릴기를 가지는 광경화형 올리고머 4-81중량%;
    적어도 1개의 아크릴기를 가지는 제1 광경화형 단량체 6-26중량%;
    적어도 1개의 비닐에테르를 가지는 가지는 제2 광경화형 단량체 8-26중량%;
    양이온성 광개시제 1-5중량%; 및
    라디칼성 광개시제 1-5중량%를 포함하는 혼성 광경화형 방무성 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 광경화형 단량체는 트리에틸렌글리콜디비닐에테르이고, 상기 양이온성 광개시제는 비스[4-디페닐술포니오페닐]술피도 비스헥사불소화인산인 것을 특징으로 하는 혼성 광경화형 방무성 조성물.
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