KR20150020417A - 용액 안정성이 우수한 폴리에스테르 필름용 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름 - Google Patents

용액 안정성이 우수한 폴리에스테르 필름용 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름 Download PDF

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Abstract

기재 필름에 적층되는 광학필름과의 충분한 이접착성 및 투명성을 부여할 뿐 아니라, 슬립성이 적정하여 권취 시 블로킹 현상을 방지할 수 있고, 우수한 필름 표면 외관을 갖도록 하는 용액 안정성이 우수한 코팅 조성물이 개시된다. 본 발명은 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층으로 형성되기 위한 코팅 조성물로서, 폴리아크릴계 수지 1~40중량%; 경화제 0.25~15중량%; 산화촉매 0.1~5중량%; 습윤제 0.05~5중량%; 무기입자 0.01~10중량%; 알코올계 유기용제 1~20중량%; 및 물 5~97.59중량%;를 포함하고, 상기 산화촉매를 제외한 코팅 조성물의 산도(pH)가 9~11이 되도록 하는 함량으로 산도조절제를 포함하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.

Description

용액 안정성이 우수한 폴리에스테르 필름용 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름{HIGHLY STABLE SOLUTION FOR COATING COMPOSITIONS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, POLYESTER FILM USING THE SAME}
본 발명은 폴리에스테르 필름용 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학용 필름의 기재 필름으로 사용되는 용액 안정성이 우수한 폴리에스테르 필름용 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
일반적으로 폴리에스테르 필름은 기계적 성질, 치수안정성, 내화학성 및 투명성이 우수하여 자기기록 매체, 콘덴서, 절기절연 재료, 포장용 등의 분야 뿐만 아니라, 최근에는 LCD, LED, PDP 등의 디스플레이 분야의 광학 용도 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 폴리에스테르 필름을 광학 용도로 사용하는 경우, 표면처리가 되지 않은 폴리에스테르 단독으로 사용하기 보다는 요구에 따라 하드 코팅층, 프리즘 렌즈, 반사방지판, 광확산층 등으로 가공 처리 후 사용하는데, 폴리에스테르 필름의 경우 이러한 후가공 처리 물질과의 접착성이 약하기 때문에 이를 보완하기 위해 이접착성을 부여하는 아크릴, 에스테르, 우레탄계 수지 등을 이용한 프라이머층을 코팅하여 접착력을 향상시키는 기술이 개발되고 있다.
등록특허공보 제0742428호는 열반응형 수용성 우레탄 수지, 폴리에스테르계 우레탄 수지 또는 아크릴 공중합체 수지를 바인더로 사용하고, 비이온성 계면활성제와 불활성 입자를 포함하는 코팅층이 형성된 광학용 이접착 폴리에스테르 필름을개시하고 있으나, 계면활성제 성분을 함유하여 슬립성이 지나쳐 필름의 미끄럼 현상으로 인해 롤 제품으로의 제조 시 권취가 어려운 문제가 있다.
공개특허공보 제2005-0051089호는 정전기 방지성 점착액을 제조하는 방법에 있어, 전도성 고분자, 접착용 바인더, 기능성 첨가제, 알코올, 물, 유기용매 등을 포함하는 전도성 코팅 조성물을 이용한 대전 방지성 점착 보호필름 제조방법에 관해 개시하고 있으나, 알코올 및 유기용매의 과도한 사용은 제품의 고품질화 및 정밀화에 악영향을 미치고, 필름 제조가 이루어지는 생산공정은 무진실(clean room)의 환경조건하에서 이루어지는데, 공기오염에 의해 실내 공기청정도 허용치를 벗어나는 문제가 있다.
공개특허공보 제2012-0104492호는 하드코트층 등에 대해 양호한 밀착성을 갖는 것이 요구되는 용도, 예컨대 액정 디스플레이를 구성하는 부재 등에 있어서 적합하게 이용할 수 있는 적층 폴리에스테르 필름을 개시하고 있으나, 에폭시, 옥사졸린, 멜라민 등 경화제 3종을 혼용하여 수지 대비 경화제 함량이 과량이며, 경화제의 과량 사용은 오히려 접착력 저하의 문제를 발생시킬 수 있고, 수지와의 반응이 가능한 관능기가 많아짐에 따라 도포액의 응집현상이 발생할 가능성이 큰 문제가 있다.
비특허문헌(Guillaume Tillet, Bernard Boutevin, Bruno Ameduri, Chemical reactions of polymer crosslinking and post-crosslinking at room and medium temperature, Progress in Polymer Science, 36 (2011), 191-217)은 경화제의 관능기인 에폭시기와 아민(멜라민)기와의 상온반응 시 경화제 간의 상온반응으로 인해 이물 발생 등 코팅 용액의 상온 안정성이 떨어져 최종 제품에 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 광학필름용으로 사용되는 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층으로 형성되어 기재 필름에 이접착성을 부여하기 위한 코팅 조성물로서, 기재 필름에 적층되는 광학필름과의 충분한 이접착성 및 투명성을 부여할 뿐 아니라, 슬립성이 적정하여 권취 시 블로킹 현상을 방지할 수 있고, 우수한 필름 표면 외관을 갖도록 하는 용액 안정성이 우수한 코팅 조성물 및 이를 이용한 폴리에스테르 필름과 이러한 성질을 부여할 수 있는 최적화된 코팅 조성물 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층으로 형성되기 위한 코팅 조성물로서, 폴리아크릴계 수지 1~40중량%; 경화제 0.25~15중량%; 산화촉매 0.1~5중량%; 습윤제 0.05~5중량%; 무기입자 0.01~10중량%; 알코올계 유기용제 1~20중량%; 및 물 5~97.59중량%;를 포함하고, 상기 산화촉매를 제외한 코팅 조성물의 산도(pH)가 9~11이 되도록 하는 함량으로 산도조절제를 포함하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 수분산형 고분자 코팅 조성물은 산도(pH)가 7~8.5인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 폴리아크릴계 수지는 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 에틸헥실메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 아크릴산 벤질메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 토릴메타크릴레이트, o-실릴메타크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트, 에틸렌글리콜아크릴레이트, 에틸렌글리콜메틸아크릴레이트, 에틸렌글리콜메틸아크릴레이트, 알킬아릴메타크릴레이트, 숙시닉메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 스티렌 및 부틸아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 공중합된 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 폴리아크릴계 수지는 평균 입경 10~200㎚의 입자가 상기 물을 분산매로 하여 콜로이드 상태로 분산된 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 경화제는 수용성 열경화형 멜라민(melamine) 수지, 수용성 열경화형 멜라민 포름알데히드 수지, 에폭시계 경화수지, 실란 커플링제, 아지리딘(aziridine)계 경화제, 옥사졸린(oxazoline)계 경화제, 카보디이미드(carbodiimide)계 경화제 및 가려진 이소시아네이트(blocked isocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 산화촉매는 히드라지드계 화합물, 히드라진계 화합물, 히드록실아민계 화합물, 이미데이트계 화합물, 이미드계 화합물, 이민계 화합물, 시아네이트계 화합물, 이소시아네이트계 화합물, 이소시아나이드계 화합물 및 티오시아네이트계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 습윤제는 설포숙시네이트계 습윤제, 알킬 알코올계 습윤제, 알코올 에톡시레이트계 습윤제, 불소계 습윤제, 폴리실록산계 습윤제, 아세틸렌글리콜계 습윤제, 에틸렌글리콜계 습윤제, 알킬렌글리콜모노알킬에테르계 습윤제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 상기 무기입자는 탈크, 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 황산칼슘, 인산칼슘, 인산마그네슘, 카올린, 산화알루미늄, 산화티탄, 지르코니아, 티타니아, 마이카, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 이산화망간, 실리콘카바이드, 산화구리, 산화코발트, 산화니켈, 산화주석, 산화크롬, 산화아연 및 유기클레이으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
또한, 산기 산도조절제는 트리에틸아민, 트리메틸아민, 메틸아민, 테트라메틸암모늄히드록시드, 암모니아, 수산화칼륨 및 아미노메틸프로판올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물을 제공한다.
상기 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층이 형성된 폴리에스테르 필름으로서, 상기 코팅층은 상기 코팅 조성물로 형성된 프라이머 코팅층인 폴리에스테르 필름을 제공한다.
상기 또 다른 과제 해결을 위하여 본 발명은, (a) 알코올계 유기용제 1~20중량%에 경화제 0.25~15중량%가 혼합된 제1 혼합용액을 준비하는 단계; (b) 물 5~97.59중량%에 폴리아크릴계 수지 1~40중량%, 습윤제 0.05~5중량% 및 무기입자 0.01~10중량%를 첨가 및 교반하여 제2 혼합용액을 준비하는 단계; (c) 상기 제2 혼합용액에 상기 제1 혼합용액 및 산도조절제를 첨가 및 교반하여 산도(pH) 9~11인 수분산 혼합액을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 수분산 혼합액에 산화촉매 0.1~5중량%를 첨가하여 산도(pH) 7~8.5인 수분산 혼합액을 제조하는 단계;를 포함하는 수분산형 고분자 코팅 조성물 제조방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 따르면, 폴리에스테르 기재 필름 면에 최적 함량의 폴리아크릴계 바인더 수지, 경화제, 산화촉매, 습윤제, 무기입자, 알코올계 유기용제 및 물을 포함하는 수분산 혼합액으로 최적 산도를 갖는 코팅 조성물로 프라이머 코팅층을 형성시켜, 적층되는 광학필름과의 이접착성 및 투명성이 우수함은 물론, 필름 표면에 이물 발생을 방지하고, 슬립성이 우수한 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름을 제공할 수 있다.
또한, 기존 다종 또는 과량의 경화제를 사용하는 대신 산화촉매를 사용함으로써 경화제 간의 반응을 감소시켜 코팅 조성물의 용액 안정성을 개선시키며, 이를 이용할 때 필름의 접착 특성의 저하 없이, 접착성 및 슬립성이 우수한 코팅 조성물 및 이의 제조방법과 이를 이용한 폴리에스테르 필름을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명자들은 광학용 기재 필름으로 사용되는 폴리에스테르 필름에 코팅 조성물을 이용한 이접착 프라이머 코팅층 형성 시, 종래 바인더 수지에 다종 또는 과량의 경화제를 사용할 경우 경화제 간의 반응으로 인해 용액의 응집이 발생하며, 이러한 응집은 최종 제품에 하자를 일으키게 되고, 또한, 코팅 공정상의 필터 막힘, 오염 등의 문제도 야기되어 작업자의 불편을 증대시키는 점을 직시하였다. 이에, 종래 코팅 조성물과 달리, 바인더 수지에 다종 또는 과량의 경화제를 포함하지 않는 대신, 산화촉매를 포함하여 바인더 수지와 적정량의 경화제의 반응을 촉진시키고, 이러한 산화촉매를 후첨가시키는 특이적 공정을 통해 반응을 최적화시키는 환경을 조성하여 용액의 안정성을 부여하는 코팅층을 형성시킬 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 본 발명은 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층으로 형성되기 위한 코팅 조성물로서, 폴리아크릴계 수지 1~40중량%; 경화제 0.25~15중량%; 산화촉매 0.1~5중량%; 습윤제 0.05~5중량%; 무기입자 0.01~10중량%; 알코올계 유기용제 1~20중량%; 및 물 5~97.59중량%;를 포함하고, 상기 산화촉매를 제외한 코팅 조성물의 산도(pH)가 9~11이 되도록 하는 함량으로 산도조절제를 포함하는 수분산형 고분자 코팅 조성물 및 이를 프라이머 코팅층으로 형성한 폴리에스테르 필름을 개시한다. 먼저, 본 발명에 따른 코팅 조성물을 구성하는 성분에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 코팅 조성물에 의해 코팅층이 형성되는 기재 필름은 본질적으로 폴리에스테르 수지로 이루어진 것으로, 본 발명에서 상기 폴리에스테르 수지는 방향족 디카르복실산과 지방족 글리콜을 중축합하여 얻을 수 있으며, 상기 방향족 디카르복실산은 비제한적으로 디메틸테레프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌디카르복실산, 시클로헥산디카르복실산, 디페닐디카르복실산 등이 사용될 수 있고, 상기 지방족 글리콜은 비제한적으로 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜 등이 사용될 수 있다. 이러한 폴리에스테르 수지로 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌-2,6-나프탈렌디카르복실레이트 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 물성 및 비용 균형 측면에서 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 것이 바람직하며, 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 기재 필름은 1축 연신 또는 2축 연신함으로써 내약품성, 내열성, 기계적 강도 등을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 적용되는 상기 폴리에스테르 필름 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 수㎛ 내지 수백㎛, 구체적으로는 5~500㎛ 범위에서 사용하는 규격에 따라 임의로 결정할 수 있다. 상기 필름 두께가 5㎛ 미만일 경우에는 강성 내지 기계적 강도가 미흡할 수 있고, 500㎛를 초과할 경우에는 투명성이 저하될 수 있고 비용 대비 효율 면에서 불리할 수 있다.
본 발명에 따라 상기 폴리에스테르 기재 필름에 프라이머 코팅층 형성을 위해 사용되는 코팅 조성물은 기본적으로 코팅 조성물의 이접착성을 부여하기 위한 바인더 역할을 하는 폴리아크릴계 바인더 수지를 주성분으로 한다. 여기서, 주성분은 수분산 혼합액으로 형성되는 코팅 조성물에서, 물을 제외한 성분 중 첨가제를 제외한 베이스 수지를 의미한다.
본 발명에서 상기 폴리아크릴계 바인더 수지는 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 에틸헥실메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 아크릴산 벤질메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 토릴메타크릴레이트, o-실릴메타크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트, 에틸렌글리콜아크릴레이트, 에틸렌글리콜메틸아크릴레이트, 에틸렌글리콜메틸아크릴레이트, 알킬아릴메타크릴레이트, 숙시닉메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 스티렌 및 부틸아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 공중합된 폴리아크릴계 수지일 수 있으며, 각 단량체 함량이 특별히 제한되는 것은 아니나, 공중합체의 반복단위의 90중량% 이상이 메틸메타크릴레이트와 부틸 아크릴레이트로 이루어지고, 최종 제품에서의 용액 안정성 극대화를 위해서는 메틸메타크릴레이트:부틸 아크릴레이트 중량비가 1:0.1~1:1.2인 것이 바람직하고, 1:0.3~1:0.8인 것이 더욱 바람직하며, 1:0.5~1:0.6인 것이 가장 바람직하다. 여기서, 상기 폴리아크릴계 바인더 수지는 공중합 시 히드록시 메타크릴레이트(hydroxyl methacrylate), 아크릴산(acrylic acid), 메타크릴산(methacrylic acid), 비닐클로라이드(vinyl chloride), 에틸렌(ethylene), 비닐아세테이트(vinyl acetate), 비닐버세테이트(vinyl versatate) 등의 가교제를 추가로 사용하여 1~10중량% 함량으로 공중합시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리아크릴계 바인더 수지는 코팅 조성물에서 1~40중량%, 바람직하게는 2~20중량%, 더욱 바람직하게는 4~15중량% 함량으로 포함된다. 상기 폴리아크릴계 바인더 수지 함량이 1중량% 미만일 경우에는 바인더 수지 함량이 너무 낮아 필름 코팅 시 균일하지 않고 얇은 코팅층이 형성되어 외관에 얼룩이 많아질 수 있고 코팅 필름에 충분한 이접착성이 부여되지 않을 수 있으며, 40중량%를 초과할 경우에는 바인더 수지의 과도한 함량으로 코팅층이 지나치게 두껍게 형성되고, 코팅액의 점도 상승으로 불균일한 코팅으로 인해 코팅층에 얼룩이 발생할 수 있다.
또한, 상기 폴리아크릴계 바인더 수지는 폴리아크릴계 고분자가 물 등을 분산매로 하여 콜로이드 상태로 분산되어 필름에 우수한 접착성을 부여하게 된다. 이러한 폴리아크릴계 콜로이드 입자의 크기는 특별히 제한되는 것은 아니나, 코팅 조성물 형성 시 침강이 발생하지 않으며, 도막 시 이물 형성 방지에 현저한 효과를 위해서는 평균 입경 10~200㎚인 것이 바람직하고, 30~150㎚인 것이 더욱 바람직하고, 50~100㎚인 것이 가장 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서 상기 폴리아크릴계 바인더 수지는 콜로이드 상태에 의해서 일정한 분산성을 유지하게 되는데, 코팅 조성물의 pH 변화로 인해 가수분해가 일어나 입자의 뭉침 현상이 일어날 수 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 폴리아크릴계 바인더 수지 사용 시 입자 뭉침 현상이 발생하지 않도록 하기 위해, 상(phase) 안정성을 고려하여 산도조절제와 특정 경화제가 소량 사용되고, 공정상 산화촉매의 후첨을 통해 폴리아크릴계 바인더와 가교제와의 반응 환경을 최적화할 수 있다.
상기 산도조절제는 에멀젼 상태인 바인더 수지 콜로이드의 가수분해를 막아 코팅액의 상(phase) 안정성을 향상시키고, 침강 방지로 인해 필름에 도막 시 이물 형성을 방지시키는 역할을 하게 되며, 비제한적으로 트리에틸아민, 트리메틸아민, 메틸아민, 테트라메틸암모늄히드록시드, 암모니아, 수산화칼륨, 아미노메틸프로판올 등이 사용될 수 있고, 바람직하게는 트리에틸아민이 사용될 수 있다. 이때, 본 발명에 포함되는 성분 조성에서 코팅액의 상 안정성을 가장 효과적으로 유지하기 위한 상기 산도조절제 함량은 코팅 조성물의 pH가 9~11이 되도록 하는 함량이며, 바람직하게는 9.5~10.5가 되도록 하는 함량이다.
본 발명에서 상기 경화제는 폴리아크릴계 바인더 수지와 필름 간의 경화를 위해 코팅 조성물에서 0.25~15중량%, 바람직하게는 0.5~5중량%, 더욱 바람직하게는 1~3중량% 함량으로 포함된다. 상기 경화제 함량이 0.25중량% 미만일 경우에는 충분한 경화반응이 나타나지 않아 백화현상이 발생할 수 있고, 15중량%를 초과할 경우에는 코팅층이 단단해져 접착력이 감소될 수 있다.
상기 경화제로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 수용성 열경화형 멜라민(melamine) 수지, 수용성 열경화형 멜라민 포름알데히드 수지, 에폭시계 경화수지, 실란 커플링제, 아지리딘(aziridine)계 경화제, 옥사졸린(oxazoline)계 경화제, 카보디이미드(carbodiimide)계 경화제, 가려진 이소시아네이트(blocked isocyanate) 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 종래 다종 또는 과량의 경화제를 사용하는 대신 산화촉매를 후첨 공정을 통해 사용함으로써 경화제 간의 반응을 감소시키고, 폴리아크릴계 바인더와 가교제와의 반응 환경을 최적화하고, 코팅 조성물의 용액 안정성을 극대화하여 장기간의 작업에도 고품질의 균일한 외관 및 접착성을 갖는 폴리에스테르 필름을 얻을 수 있도록 한다.
상기 산화촉매는 용액 안정성의 극대화를 위해 최종 코팅 조성물의 pH가 7~8.5가 되도록 하는 함량으로 첨가될 수 있으며, 코팅 조성물에서 0.1~5중량%, 바람직하게는 0.5~3중량%, 더욱 바람직하게는 1~2중량% 함량으로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 산화촉매로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 히드라지드계 화합물, 히드라진계 화합물, 히드록실아민계 화합물, 이미데이트계 화합물, 이미드계 화합물, 이민계 화합물, 시아네이트계 화합물, 이소시아네이트계 화합물, 이소시아나이드계 화합물 및 티오시아네이트계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 코팅액의 표면장력을 변화시켜 두 상의 젖음 특성을 개선하여 표면 평활성을 부여하기 위해 습윤제를 코팅 조성물에 대하여 0.05~5중량%, 바람직하게는 0.1~3중량%, 더욱 바람직하게는 0.2~1.5중량% 함량으로 포함하며, 알코올계 유기용제를 1~20중량%, 바람직하게는 3~15중량%, 더욱 바람직하게는 5~10중량% 함량으로 포함한다.
상기 습윤제로는 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 설포숙시네이트계 습윤제, 알킬 알코올계 습윤제, 알코올 에톡시레이트계 습윤제, 불소계 습윤제, 폴리실록산계 습윤제, 아세틸렌글리콜계 습윤제, 에틸렌글리콜계 습윤제, 알킬렌글리콜모노알킬에테르계 습윤제 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 알코올계 유기용제로는 예컨대, 이소프로필알코올이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이활성의 부여 및 각 공정에서의 스크래치 발생 방지를 위해 무기입자를 코팅 조성물에 대하여 0.01~10중량%, 바람직하게는 0.05~5중량%, 더욱 바람직하게는 0.1~2중량% 함량으로 포함한다.
상기 무기입자로는 예컨대, 탈크, 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 황산칼슘, 인산칼슘, 인산마그네슘, 카올린, 산화알루미늄, 산화티탄, 지르코니아, 티타니아, 마이카, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 이산화망간, 실리콘카바이드, 산화구리, 산화코발트, 산화니켈, 산화주석, 산화크롬, 산화아연, 유기클레이 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 입자의 형상이 구형인 것이 사용될 수 있다. 또한, 무기입자는 평균 입경이 0.005~3㎛, 바람직하게는 0.01~1㎛인 것이 사용될 수 있다. 상기 무기입자의 평균 입경이 0.005㎛ 미만일 경우 수지의 혼합으로 인해 이활성 부여 및 스크래치 발생 방지 기능을 충분히 수행하기 어려울 수 있고, 3㎛를 초과할 경우 필름의 표면조도가 너무 거칠어져서 필름의 투명성 확보가 어려울 수 있고 후공정에 있어서 하드코트층 등을 형성시키는 경우 밀착성 등에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 조성물은 이상의 성분들과 물 5~97.59중량%, 바람직하게는 49~93.85중량%, 더욱 바람직하게는 66.5~88.7중량%의 수분산 혼합액으로 제조된다. 그 밖에, 본 발명에 따른 코팅 조성물은 그 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 각각의 용도에 따라 또 다른 첨가제를 더 포함할 수 있다. 추가 첨가제로는 경화 촉매, 형광염료, 가소제, 자외선흡수제, 안료분산제, 소포제, 대전방지제 등이 일반적으로 사용되는 범위에서 단독 또는 2종 이상 혼합되어 추가로 첨가될 수 있으며, 상기 코팅 조성물 100중량부에 대하여 0.1~10중량부로 첨가될 수 있다.
상기 코팅 조성물은 폴리에스테르 기재 필름 일면 또는 양면에 1~20㎛, 바람직하게는 5~10㎛ 두께로 도포되도록 할 수 있고, 건조 후 10~1000㎚, 바람직하게는 50~500㎚, 더욱 바람직하게는 100~300㎚ 두께로 코팅층이 형성되도록 할 경우 폴리에스테르 필름의 광학 특성을 유지하면서 충분한 접착성을 발휘하도록 할 수 있다. 상기 건조 후 두께가 10㎚ 미만일 경우에는 접착성이 저하될 수 있고, 1000㎚를 초과할 경우에는 필름의 광학 특성이 저하될 수 있고, 필름 권취 시 블로킹이 발생할 수 있다.
상기 코팅층을 형성시키는 방법으로는 당 업계에 알려진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 그라비아 롤(gravure roll), 리버스 롤(reverse roll), 리버스 그라비아 롤(reverse gravure roll) 등의 롤을 이용한 코팅법, 메이어 바(meyer bar) 등의 바를 이용한 코팅법, 에어나이프 방식 등의 코팅법 등 공지의 다양한 방법이 사용될 수 있다.
이러한 본 발명에서의 코팅층 형성은 필름 도막 후, 예를 들어, 종연신 실시 후 인라인으로 코팅을 실시하거나, 이축연신 필름 제작 후 오프라인 코팅을 실시하는 방법으로 수행될 수 있다.
한편, 폴리에스테르 기재 필름 제조는 특별히 제한되지 않고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상 알려진 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 15~25℃로 유지된 회전 냉각드럼 상으로 용융압출하여 미연신 필름(시트)을 제작하고, 100~130℃에서 2~5배 종연신을 실시하고, 130~150℃에서 2~5배 횡연신을 실시한 후, 200~260℃에서 열고정시켜 이축연신 폴리에스테르 필름을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.
실시예 1
ⅰ) 알코올계 유기용제로 이소프로필알코올(isopropyl alcohol(IPA), 삼전순약)을 10중량% 및 경화제로 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민(methylation melamine) 포름알데히드 수지(고형분 농도 약 98중량%)를 3중량%가 되도록 정량된 용액을 준비하고, ⅱ) 73.1중량% 함량으로 정량된 증류수에 평균 입경 50~100㎚인 폴리아크릴계 바인더 수지(메틸메타크릴레이트와 부틸 아크릴레이트 단량체가 중량비 1:0.5~1:0.6으로 공중합, 고형분 농도 약 40중량%)를 12중량%가 되도록 정량하여 첨가하고 폴리실록산계 습윤제를 0.2중량% 첨가한 후 300rpm 속도로 교반하에 수분산 실리카졸 0.5중량%를 투입하여 20분 이상 교반시킨다. ⅲ) ⅱ) 용액에 ⅰ) 용액과 함께 산도조절제로 트리에틸아민(trietylamine, 삼전순약)을 첨가하고 300rpm 속도로 20분 이상 교반시켜 pH 10의 수분산 혼합액인 코팅 조성물을 제조하였다. ⅳ) 이후, ⅲ) 용액은 코팅을 실시하기 전 히드라지드계 산화촉매 0.2중량%와 티오시아네이트계 산화촉매 1중량% 혼합액을 후첨 공정을 통해 첨가하여 최종 코팅 조성물의 pH를 8로 조정하였다.
실시예 2
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 에폭시계 경화수지 9중량% 및 물 67.1중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 옥사졸린계 경화수지 12중량% 및 물 64.1중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1에서 폴리실록산계 습윤제 대신 아세틸글리콜계 습윤제 0.5중량%, 수분산 실리키졸 0.2중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 5
실시예 1에서 히드라지드계 산화촉매 0.4중량%와 티오시아네이트계 산화촉매 0.5중량% 및 물 73.4중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 6
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 에폭시계 경화수지를 9중량%, 폴리실록산계 습윤제 대신 아세틸글리콜계 습윤제 0.5중량%, 수분산 실리카졸 0.2중량%, 히드라지드계 산화촉매 0.4중량%, 티오시아네이트계 산화촉매 0.5중량% 및 물 67.4중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 7
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 옥사졸린계 경화수지 12중량%, 히드라지드계 산화촉매 0.4중량%, 티오시아네이트계 산화촉매 0.5중량%, 물 64.4중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 8
실시예 1에서 폴리실록산계 습윤제 0.1중량%, 아세틸글리콜계 습윤제 0.3중량%, 수분산 실리카졸 0.4중량%, 이소프로필알코올 5중량% 및 물 78중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 16중량% 및 물 60.1중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 에폭시계 경화수지 18중량% 및 물 58.1중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 3
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 옥사졸린계 경화수지 24중량% 및 물 52.1중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 4
실시예 1에서 에폭시계 경화수지 6중량% 및 옥사졸린계 경화수지 8중량%를 더 사용하고, 산화촉매를 사용하지 않고, 물 60.3중량%를 사용하여 최종 코팅 조성물의 pH를 10으로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 5
실시예 1에서 에폭시계 경화수지 9중량%를 더 사용하고, 산화촉매를 사용하지 않고, 물 65.3중량%를 사용하여 최종 코팅 조성물의 pH를 10으로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 6
실시예 1에서 옥사졸린계 경화수지 12중량%를 더 사용하고, 산화촉매를 사용하지 않고, 물 62.3중량%를 사용하여 최종 코팅 조성물의 pH를 10으로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 7
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 대신 에폭시계 경화수지 9중량% 및 옥사졸린계 경화수지 12중량%를 더 사용하고, 산화촉매를 사용하지 않고, 물 56.3중량%를 사용하여 최종 코팅 조성물의 pH를 10으로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 8
실시예 1에서 수용성 열경화형 메틸레이션 멜라민 포름알데히드 수지 1중량%에 에폭시계 경화수지 3중량% 및 옥사졸린계 경화수지 4중량%를 더 사용하고, 물 68.1중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 코팅 조성물의 성분 조성(단위: 중량%)을 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
시험예
본 발명에 따른 코팅 조성물로 형성된 프라이머 코팅층을 구비한 폴리에스테르 필름의 광학 특성, 외관, 접착성을 평가하기 위해, 실시예 및 비교예에 따라 제조된 코팅 조성물을 이용하여 하기 방법으로 프라이머 코팅층이 형성된 폴리에스테르 필름을 제조하였다. 제조된 필름에 대하여 하기 측정방법에 따라 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[필름 제조 및 프라이머 코팅]
폴리에틸렌테레프탈레이트를 약 20℃로 유지된 회전 냉각드럼 상으로 용융압출하여 미연신 필름을 제작하였다. 미연신 필름에 대해 가열된 롤들과 적외선 히터로 가열하여 100~130℃에서 종방향으로 약 2~5배 연신한 후, 인라인으로 종연신된 폴리에스테르 필름의 일면에 코팅 조성물을 도포하고, 100~250℃에서 열건조하여 경화한 후, 130~150℃에서 횡방향으로 약 2~5배 연신한 후 200~260℃에서 열고정시켜 이축연신 폴리에스테르 필름을 제조하였다.
[측정방법]
(1) 전광선 투과율
시험법 JIS K 7361에 따라 헤이즈 미터(Haze meter)(NDH5000, 일본전색사)를 사용하여 각 폴리에스테르 필름의 전광선 투과율을 측정하였다.
(2) 헤이즈(Haze)
시험법 JIS K 7361에 따라 헤이즈 미터(Haze meter)(NDH5000, 일본전색사)를 사용하여 각 폴리에스테르 필름의 헤이즈를 측정하였다.
(3) 외관
암실에서 3파장 램프를 이용하여 투과 및 반사모드로 평가하되, 필름 표면에 얼룩이 없는 경우 양호(○), 약간의 얼룩이 있는 경우 보통(△), 얼룩이 많은 경우 불량(X)으로 평가하였다.
(4) 접착성
광경화형 아크릴 수지(U117-3, SKUCB사)를 #12 메이어 바로 도포하고, UV 경화기를 이용, 200mJ/㎠의 조사강도로 경화시켜 도포 두께 10~20㎛의 하드코팅층을 형성한 뒤 Cross-Hatch법으로 접착성을 평하가되, 전혀 박리되지 않은 경우 양호(○), 일부 박리된 경우 보통(△), 완전히 박리된 경우 불량(X)으로 평가하였다.
(5) 내습열성
광경화형 아크릴 수지(U117-3, SKUCB사)를 #12 메이어 바로 도포하고, UV 경화기를 이용, 200mJ/㎠의 조사강도로 경화시켜 도포 두께 10~20㎛의 하드코팅층을 형성한 뒤 60℃/90% RH 환경하에서 500시간 후 하드코팅층에 대하여, Cross-Hatch법으로 접착성을 평가, 그 위에 24㎜ 폭의 테이프(니치반 주식회사 제조 셀로테이프(등록상표) CT-24)를 붙이고, 180도의 박리각도로 급격하게 벗긴 후, 전혀 박리되지 않은 경우 양호(○), 일부 박리된 경우 보통(△), 완전히 박리된 경우 불량(X)으로 평가하였다.
Figure pat00002
상기 표 2를 참조하면, 폴리아크릴계 바인더 수지, 폴리실록산계 습윤제, 수분산 실리카졸, 히드라지드계 산화촉매, 티오시아네이트계 산화촉매, IPA 및 과량의 멜라민계 경화수지 조성물을 이용하여 제조된 필름의 경우(비교예 1) 과량의 경화제로 인해 폴리아크릴계 바인더 수지의 입자크기가 증가하여 응집됨에 따라 외관에 얼룩이 많이 발생하였고, 초기 접착 특성은 양호하나 내습열성 접착 특성은 좋지 않은 것을 알 수 있다.
또한, 폴리아크릴계 바인더 수지, 폴리실록산계 습윤제, 수분산 실리카졸, 히드라지드계 산화촉매, 티오시아네이트계 산화촉매, IPA 및 과량의 에폭시계 경화수지 조성물을 이용하여 제조된 필름의 경우(비교예 2) 비교예 1과 마찬가지로 응집된 입자가 발생함에 따라 외관에 얼룩이 많이 광 특성 및 외관, 접착 특성 모두 저하된 것을 알 수 있으며, 폴리아크릴계 바인더 수지, 폴리실록산계 습윤제, 수분산 실리카졸, 히드라지드계 산화촉매, 티오시아네이트계 산화촉매, IPA 및 과량의 옥사졸린계 경화수지 조성물을 이용하여 제조된 필름의 경우(비교예 3)에도 비교예 1과 마찬가지로 응집된 입자가 발생함에 따라 외관에 얼룩이 많아, 광 특성 및 외관, 접착 특성 모두 저하된 것을 알 수 있다.
또한, 경화수지를 다종, 다량 사용하고 산화촉매를 함유하지 않은 코팅 조성물을 이용하여 제조된 필름의 경우(비교예 4 내지 7)에는 바인더와 경화제와의 가교반응이 충분히 이루어지 않으며, 과량의 경화제 간의 반응으로 인하여 광 특성 및 외관이 저하되었으며, 접착특성 및 내습열성이 취약한 것을 알 수 있다.
또한, 폴리아크릴계 바인더 수지, 폴리실록산계 습윤제, 수분산 실리카졸, 히드라지드계 산화촉매, 티오시아네이트계 산화촉매, IPA 및 멜라민계, 에폭시계, 옥사졸린계 경화수지 모두를 사용한 코팅 조성물을 이용하여 제조된 필름의 경우(비교예 8) 비교적 양호한 광 특성 및 접착 특성을 보이나 외관 및 장기 내습열성은 다소 저하되는 현상이 발생한 것을 알 수 있다.
반면, 본 발명에 따른 성분 조성 범위의 코팅 조성물로 프라이머 코팅된 필름의 경우(실시예 1 내지 8) 외관, 접착 특성 및 내습열성이 우수하면서도 폴리에스테르 기재 필름의 광학 특성을 유지한 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층으로 형성되기 위한 코팅 조성물로서,
    폴리아크릴계 수지 1~40중량%; 경화제 0.25~15중량%; 산화촉매 0.1~5중량%; 습윤제 0.05~5중량%; 무기입자 0.01~10중량%; 알코올계 유기용제 1~20중량%; 및 물 5~97.59중량%;를 포함하고,
    상기 산화촉매를 제외한 코팅 조성물의 산도(pH)가 9~11이 되도록 하는 함량으로 산도조절제를 포함하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서
    상기 수분산형 고분자 코팅 조성물은 산도(pH)가 7~8.5인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리아크릴계 수지는 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 에틸헥실메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 아크릴산 벤질메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 토릴메타크릴레이트, o-실릴메타크릴레이트, 글리세롤메타크릴레이트, 에틸렌글리콜아크릴레이트, 에틸렌글리콜메틸아크릴레이트, 에틸렌글리콜메틸아크릴레이트, 알킬아릴메타크릴레이트, 숙시닉메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 스티렌 및 부틸아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 공중합된 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폴리아크릴계 수지는 평균 입경 10~200㎚의 입자가 상기 물을 분산매로 하여 콜로이드 상태로 분산된 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 수용성 열경화형 멜라민(melamine) 수지, 수용성 열경화형 멜라민 포름알데히드 수지, 에폭시계 경화수지, 실란 커플링제, 아지리딘(aziridine)계 경화제, 옥사졸린(oxazoline)계 경화제, 카보디이미드(carbodiimide)계 경화제 및 가려진 이소시아네이트(blocked isocyanate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산화촉매는 히드라지드계 화합물, 히드라진계 화합물, 히드록실아민계 화합물, 이미데이트계 화합물, 이미드계 화합물, 이민계 화합물, 시아네이트계 화합물, 이소시아네이트계 화합물, 이소시아나이드계 화합물 및 티오시아네이트계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 습윤제는 설포숙시네이트계 습윤제, 알킬 알코올계 습윤제, 알코올 에톡시레이트계 습윤제, 불소계 습윤제, 폴리실록산계 습윤제, 아세틸렌글리콜계 습윤제, 에틸렌글리콜계 습윤제 및 알킬렌글리콜모노알킬에테르계 습윤제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무기입자는 탈크, 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탄산바륨, 황산칼슘, 인산칼슘, 인산마그네슘, 카올린, 산화알루미늄, 산화티탄, 지르코니아, 티타니아, 마이카, 세르사이트, 코디에라이트, 게르마늄, 산화철, 이산화망간, 실리콘카바이드, 산화구리, 산화코발트, 산화니켈, 산화주석, 산화크롬, 산화아연 및 유기클레이로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    산기 산도조절제는 트리에틸아민, 트리메틸아민, 메틸아민, 테트라메틸암모늄히드록시드, 암모니아, 수산화칼륨 및 아미노메틸프로판올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수분산형 고분자 코팅 조성물.
  10. 폴리에스테르 기재 필름의 일면 또는 양면에 코팅층이 형성된 폴리에스테르 필름으로서, 상기 코팅층은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 코팅 조성물로 형성된 프라이머 코팅층인 폴리에스테르 필름.
  11. (a) 알코올계 유기용제 1~20중량%에 경화제 0.25~15중량%가 혼합된 제1 혼합용액을 준비하는 단계;
    (b) 물 5~97.59중량%에 폴리아크릴계 수지 1~40중량%, 습윤제 0.05~5중량% 및 무기입자 0.01~10중량%를 첨가 및 교반하여 제2 혼합용액을 준비하는 단계;
    (c) 상기 제2 혼합용액에 상기 제1 혼합용액 및 산도조절제를 첨가 및 교반하여 산도(pH) 9~11인 수분산 혼합액을 제조하는 단계; 및
    (d) 상기 수분산 혼합액에 산화촉매 0.1~5중량%를 첨가하여 산도(pH) 7~8.5인 수분산 혼합액을 제조하는 단계;
    를 포함하는 수분산형 고분자 코팅 조성물 제조방법.
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