KR20160058319A - 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트 - Google Patents

하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트에 관한 것으로, 플라스틱 기판과, 상기 플라스틱 기판의 일면에 형성되되, 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자로 이루어지는 제1하드코팅층 및 상기 플라스틱 기판의 타면에 형성되되, 1~2관능 광경화성 가교중합체 및 3관능 이상의 광경화성 가교중합체로 이루어지는 제2하드코팅층을 포함하여 기계적인 물성을 향상시키는 동시에 우수한 가공성을 확보할 수 있는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트를 제공한다.

Description

하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트{High hardness sheet using hard coating composition}
본 발명은 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 물성과 가공성을 향상시킬 수 있도록 한 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트에 관한 것이다.
최근 스마트폰이나 태블릿 PC와 같은 각종 IT 기기가 널리 보급되면서 디스플레이 장치에 대한 수요도 급증하고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 통상 액정 모듈 상에 유리기판을 형성하여 액정 모듈을 보호하게 된다. 그러나 유리기판은 취성이 강하기 때문에 사용 과정에서 깨지기 쉬울 뿐 아니라 제품 형상에 따른 가공이 어려워 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
이에, 최근에는 상술한 바와 같은 유리기판의 취약한 물성과 가공성을 보완하기 위해 플라스틱 기판 상에 하드코팅층을 형성한 고경도 시트가 개발되어 사용되고 있다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 고경도 시트(10)는 800㎛ 두께의 플라스틱 기판(11)과, 플라스틱 기판(11)의 상면에 형성되는 100㎛ 두께의 하드코팅층(12)을 포함하여 구성된다. 이 경우, 도 1에서 미설명 부호 13은 사용자의 사생활을 보호하기 위해 플라스틱 기판(11)의 하면에 형성되는 엿보기방지 패턴층(13)을 나타낸다.
즉, 종래기술에 따른 고경도 시트(10)는 플라스틱 기판(11)의 상면에 두꺼운 하드코팅층(12)을 형성하여 고경도를 구현한 것이다. 그러나 800㎛ 두께의 플라스틱 기판(11)에 100㎛ 수준의 하드코팅층(12)을 형성하면 후막 상태에서 하드코팅층(12)의 수축에 의해 휨 불량과 크랙이 발생하고, 내충격성이 저하되는 문제점이 있다.
참고적으로, 본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허 제10-2011-0105751호에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 경도, 투과율, 내찰상성, 내충격성 등의 제반 물성과 가공성을 동시에 향상시킬 수 있는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트를 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은 플라스틱 기판과; 상기 플라스틱 기판의 일면에 형성되되, 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자로 이루어지는 제1하드코팅층; 및 상기 플라스틱 기판의 타면에 형성되되, 1~2관능 광경화성 가교중합체 및 3관능 이상의 광경화성 가교중합체로 이루어지는 제2하드코팅층;을 포함하는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트를 제공한다.
이 경우, 상기 1~2관능 광경화성 가교중합체와 상기 3관능 이상의 광경화성 가교중합체의 비율은 광경화성 가교중합체의 총 중량을 100 중량부로 한 경우 10:90 내지 90:10인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 1~2관능 광경화성 가교중합체는 분자량이 300 이상인 단량체를 포함하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 제1하드코팅층에 대한 상기 제2하드코팅층의 두께 비율은 1.1 내지 2인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 플라스틱 기판의 양면에 각각 다른 조성물을 하드코팅함으로써 고경도, 고투명, 내찰상성, 내충격성 및 우수한 가공성을 얻을 수 있으며, 이로 인해 종래 고가이고, 가공성이 취약한 유리기판을 대체하여 모바일 기기, 디스플레이 기기, 자동차 전면 표시부, 기타 표시장치에 적용 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 고경도 시트의 적층 구조를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트의 적층 구조를 도시한 단면도.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하드코팅 조성물은 모바일 기기, 디스플레이 기기, 건축 또는 자동차 표시장치 등의 각종 디스플레이 장치용 시트에 적용되어 제반 물성을 향상시키기 위한 것으로, 고경도를 구현하기 위한 하드코팅 조성물과, 휨특성 및 내충격성을 향상시키기 위한 하드코팅 조성물로 구별된다.
고경도를 구현하기 위한 하드코팅 조성물은 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자를 포함한다.
이와 관련하여, 6관능 미만의 우레탄아크릴레이트나 3관능 미만의 모노머를 사용할 경우에는 고경도를 구현하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 무기미립자의 미사용시에는 경도가 충분히 발현되지 않을 수 있으며, 이는 후술하는 실시예(비교예 4 관련)를 통해 확인할 수 있다. 따라서 경도 향상을 위한 조성물은 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 휨특성 및 내충격성을 향상시키기 위한 하드코팅 조성물은 1~2관능 광경화성 가교중합체 및 3관능 이상의 광경화성 가교중합체를 포함한다.
1~2관능 광경화성 가교중합체는 우수한 휨특성 및 내충격성을 구현하기 위한 주요 성분으로 관능기가 3 이상이면 자외선 경화 후 가교밀도가 높아져 코팅층의 유연한 성질이 없어지므로 내충격에 취약해질 수 있다. 또한, 본 발명의 1~2관능 광경화성 가교중합체는 분자량이 300 이상인 단량체를 포함하는데, 단량체의 분자량이 300 미만이면 마찬가지로 내충격성이 저하되며, 이는 후술하는 실시예(비교예 2 관련)를 통해 확인할 수 있다. 따라서 휨특성 및 내충격성 향상을 위한 조성물에는 분자량이 300 이상인 단량체를 포함하는 1~2관능 광경화성 가교중합체가 첨가되는 것이 바람직하다.
계속하여, 3관능 이상의 광경화성 가교중합체는 본 조성물의 기본적인 기재로서 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와 3관능 이상의 모노머를 포함할 수 있다. 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와 3관능 이상의 모노머의 기능은 앞서 설명한 바와 같다.
한편, 상술한 1~2관능 광경화성 가교중합체와 3관능 이상의 광경화성 가교중합체의 비율은 광경화성 가교중합체의 총 중량을 100 중량부로 하였을 때 10:90~90:10인 것이 바람직하다.
이상으로 본 발명에 따른 하드코팅 조성물에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 따른 고경도 시트에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트의 적층 구조를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고경도 시트(100)는 플라스틱 기판(110)과, 제1하드코팅층(120) 및 제2하드코팅층(130)을 포함한다.
플라스틱 기판(110)은 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택하여 제조될 수 있으며, 두께는 특별히 제한되지 않는다.
제1하드코팅층(120)은 고경도 시트(100)의 고경도 구현을 위한 것으로 플라스틱 기판(110)의 일면에 형성되며, 앞서 설명한 본 발명의 조성물, 즉, 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자로 이루어진다. 이러한 제1하드코팅층(120)은 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자로 이루어지는 조성물을 플라스틱 기판(110)의 일면에 도포하고, 소정의 온도에서 건조시킨 후 자외선을 조사하여 경화시키는 방식으로 형성될 수 있다.
제2하드코팅층(130)은 고경도 시트(100)에 휨특성 및 내충격성을 부여하기 위한 것으로 플라스틱 기판(110)의 타면에 형성되며, 마찬가지로 앞서 설명한 본 발명의 조성물, 즉, 1~2관능 광경화성 가교중합체와, 3관능 이상의 광경화성 가교중합체로 이루어진다. 이 경우, 1~2관능 광경화성 가교중합체는 분자량이 300 이상인 단량체를 포함하고, 3관능 이상의 광경화성 가교중합체는 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와 3관능 이상의 모노머를 포함할 수 있으며, 1~2관능 광경화성 가교중합체와 3관능 이상의 광경화성 가교중합체의 비율은 광경화성 가교중합체의 총 중량을 100 중량부로 하였을 때 10:90~90:10인 것이 바람직하다. 상술한 제2하드코팅층(130)의 코팅은 제1하드코팅층(120)과 동일하게 자외선 경화 방식을 통해 이루어질 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 제1하드코팅층(120)에 대한 제2코팅층(130)의 두께는 1.1~2배의 비율을 가지는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1하드코팅층(120)의 두께가 40㎛라면 제2하드코팅층(130)의 두께는 44~80㎛일 수 있다. 왜냐하면, 제1하드코팅층(120)과 제2하드코팅층(130)은 서로 다른 조성으로 인해 경화수축 정도가 상이한데, 조성상 제1하드코팅층(120)의 경화수축이 더 크기 때문에 두께 비율이 1.1 미만이면 제1하드코팅층(120) 방향으로 휘어지고, 2 초과이면 제2하드코팅층(130) 방향으로 휘어지는 문제가 있다. 따라서 제1하드코팅층(120)에 대한 제2하드코팅층(130)의 두께 비율은 1.1~2인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 플라스틱 기판(110)의 일면과 타면에 조성이 다른 제1하드코팅층(120)과 제2하드코팅층(130)을 형성함으로써 고경도, 고투명, 내찰상성, 내충격성 및 우수한 가공성을 얻을 수 있는 바 이하에서는 이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하도록 한다. 본 발명은 아래의 실시예에 의해 보다 명확하게 이해될 수 있으나, 아래의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
하기의 [표 1]과 같이 성분, 조성, 두께를 조절하여 제1하드코팅층과 제2하드코팅층을 준비한 후 플라스틱 기판에 코팅하여 디스플레이 장치용 시트를 제조하였다.
구분 제1하드코팅층 제2하드코팅층
A B C D 두께 A B E F G 두께
실시예 1 47 18 12 23 40㎛ 40 20 20 20 - 60㎛
실시예 2 47 18 12 23 40㎛ 40 20 20 - 20 60㎛
비교예 1 47 18 12 23 40㎛ 40 20 20 20 - 40㎛
비교예 2 47 18 12 23 40㎛ 40 20 40 - - 60㎛
비교예 3 47 18 12 23 40㎛ 40 20 35 5 - 60㎛
비교예 4 60 25 15 - 40㎛ 40 20 20 20 - 60㎛
이 경우, 코팅층의 성분과, 사용된 용제 및 광개시제는 다음과 같다.
A: 6관능 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머(신나카무라 화학)
B: 6관능 아크릴레이트 모노머(신나카무라 화학)
C: 3관능 아크릴레이트 모노머(신나카무라 화학)
D: 무기나노실리카 졸(MEK-AC-2140Z, 실리카 함량 40%, 닛산화학)
E: 2관능 아크릴레이트 모노머(분자량 226, 신나카무라 화학)
F: 2관능 아크릴레이트 모노머(분자량 508, 신나카무라 화학)
G: 2관능 아크릴레이트 모노머(분자량 1600, 신나카무라 화학)
*용제 및 광개시제: 메틸이소부틸케톤(MIBK), 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PGME)를 각각 1:1의 비율로 광경화형 하드코팅 조성물의 고형분 함량이 50%가 되도록 희석한 후 광경화 개시제인 이르가큐어 184(IRGACURE 184, 시바사)를 약 3중량% 첨가하였다.
[표 1]에 따라 제조된 시트의 물성을 다음과 같은 방법으로 측정/평가하였으며, 그 결과를 하기의 [표 2]에 나타내었다.
(1) 연필경도
연필경도 측정기를 이용하여 제1하드코팅층에 대해 측정 표준 JIS K5400에 따라 1.0kg의 하중으로 3회 실시한 후 흠집이 없는 경도를 확인하였다.
(2) 내찰상성
마찰시험기에 강철솜(#0000)을 장착하여 제1하드코팅층에 대해 0.5kg의 하중으로 400회 왕복한 후 스크래치의 유무를 평가하였다.
(3) 투과율 및 헤이즈
적분구 투과반사율 측정기(기기명: CM-3700d, 코니카미놀타)를 이용하여 투과율 및 헤이즈를 측정하였다.
(4) 내광성
UVB 파장 영역의 자외선 램프(15W)에 72시간 노출 전후 투과색상 b값의 차이를 측정하였다.
(5) 내습열 컬 특성
각 시트를 150mm×150mm 시편으로 제작하여 온도 60℃ 및 습도 90%의 챔버에 96시간 동안 투입 후 꺼내어 항온항습 환경에서 4시간 방치한 다음 각 모서리가 바닥으로부터 이격되는 높이의 최대값을 측정하였다.
(6) 원통형 굴곡 테스트
직경 10cm의 원통형 만드렐을 이용하여 제1하드코팅층을 바깥쪽으로 향하게 하여 감은 후 크랙 발생 유무를 판단하여 크랙이 발생하지 않은 경우를 OK, 크랙이 발생한 경우를 ×로 표기하였다.
(7) 내충격성
각 시트의 제1하드코팅층을 위로 향하게 하여 무게 22g의 쇠구슬을 90cm 높이에서 5회 낙하시켰을 때 크랙이 발생하지 않는 경우를 OK, 크랙이 발생한 경우를 ×로 표기하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
연필경도 9H 9H 9H 9H 9H 7H
내찰상성 무 무 무 무 무 무
투과율 92.3 92.1 92.4 92.0 92.1 92.2
헤이즈 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 0.4
내광성 0.35 0.32 0.36 0.32 0.35 0.34
내습열 휨특성 0.3mm 0.3mm 2.4mm 0.3mm 0.4mm 0.3mm
굴곡 테스트 OK OK OK OK OK OK
내충격성 OK OK OK × × OK
[표 2]로부터 제1하드코팅층에 의해 경도가 향상되고, 제2하드코팅층에 의해 휨특성 및 내충격성을 만족시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
100 : 고경도 시트 110 : 플라스틱 기판
120 : 제1하드코팅층 130 : 제2하드코팅층

Claims (4)

  1. 플라스틱 기판과;
    상기 플라스틱 기판의 일면에 형성되되, 6관능 이상의 우레탄아크릴레이트와, 3관능 이상의 모노머 및 무기미립자로 이루어지는 제1하드코팅층; 및
    상기 플라스틱 기판의 타면에 형성되되, 1~2관능 광경화성 가교중합체 및 3관능 이상의 광경화성 가교중합체로 이루어지는 제2하드코팅층;을 포함하는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1~2관능 광경화성 가교중합체와 상기 3관능 이상의 광경화성 가교중합체의 비율은 광경화성 가교중합체의 총 중량을 100 중량부로 한 경우 10:90 내지 90:10인 것을 특징으로 하는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 1~2관능 광경화성 가교중합체는 분자량이 300 이상인 단량체를 포함하는 것을 특징으로 하는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1하드코팅층에 대한 상기 제2하드코팅층의 두께 비율은 1.1 내지 2인 것을 특징으로 하는 하드코팅 조성물을 이용한 고경도 시트.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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