유기실란으로 개질된 보헤마이트 나노입자를 이용한 하드코팅재료의 제조와 특성에 관한 연구

Abstract

일반적으로 PMMA(poly(methyl methacryate))는 가시광선영역에서의 투명성과 낮은 유리전이온도로 렌즈, 전자재료 및 건축재료나 자동차, 항공기에도 널리 사용되는 열가소성 폴리머이다. 그러나 PMMA의 낮은 경도의 표면으로 인해 마모성에 대한 내구력이 약하며 낮은 내용제성 및 열적 안정성을 갖는 단점이 있다. 최근에 이러한 단점을 해결하기 위해 다양한 하드코팅 물질들이 개발되고 있으며, 특히 sol-gel법을 이용하여 무기 입자를 포함하고 있는 물질들이 다양하게 응용 개발되고 있다. 본 연구에서는 나노 입자상태에서 실리카보다 표면 경도가 높은 boehmite를 사용하여 무기물의 경도와 유기물의 유연성, 소수성의 특성을 나타내는 하드코팅 재료를 제조하였다. Boehmite nanoparticle에 acryl, vinyl 그룹을 가진 유기실란 커플링제인 3-(trimethoxysilyl) propoxymethacrylate (MPTMS)와 vinyltriethoxysilane (VTES)을 sol-gel법으로 전처리하여 유기 용매에 분산성이 우수한 하드 코팅액을 제조하였으며 이러한 코팅 조성은 우수한 표면 경도를 갖는 boehmite의 특징 때문에 기존 실리카에 비해 내마모성의 향상 특징을 보이며 실란 커플링제로 인한 유기 용매에 우수한 분산성을 갖고 있다. 또한 좀더 높은 표면경도를 유도하기 위해 적절한 비율의 다관능기를 사용하여 organic networks를 형성시켜 보다 높은 표면 경도를 갖는 새로운 하드코팅 재료를 제조할 수 있었다. 이는 PMMA 기판에 우수한 부착성의 특성을 보였다. 이렇게 제조된 하이브리드 입자는 Al-O-Si의 구조를 가지며 경화 후 높은 내마모성을 지니고 있는 코팅막을 형성한다. FT-IR, NMR의 분석을 통해 내구성 박막이 형성하는 메커니즘을 규명할 수 있었고 개질입자를 제조 시 시간, 온도, 비율 등을 조절하여 유기용매에 우수한 분산성을 지니며 고경도의 코팅막을 형성하는 개질입자를 제조하였다.