Flexibility rability

(1)

AppliedChemis따，

Vol.12,No.1,May 2008,89-92

메타크릴레이트 공중합체 합성과 이를 이용한 내구성과 굴곡성이 우수한 인몰드

^PET

필름 제조에 관한 연구

길문젤.， 차은진 l ， 김남기 l ’ 이화술2

성균관대학교 과학기술연구소， l성균관대학교 화학공학과， 2선경홀로그램

(moonsunkim@empal.com*)

The Study on Synthesis of Methacrylate Copolymer and

Preparation of In-Mold PET Film with an Improving Durability and Flexibility by Th^em

Moon-Sun Kim" Eun-Jin Cha¹

’ Nam Ki Kim', and Hwa

S。이

^Lee²

Institute of Science and Technology , Sungkyunkwan University , Suwon 440-746 , Korea 'Oepartment of Chemical Engineering , Sungkyunkwan University , Suwon 440-746 , Korea

2SK Hologram, Hwasung 445-894, Korea (moonsunki_뼈empaI .com')

상그롤

소형 전자제품의 외장은 내구성 개선과 상품성을 높이기 위해 도장(도금， 도료)공정을 채택하고 있으며 특히 휴대폰 케이스의 경우 다양한 기능성과 외관성을 높이기 위해 인 체에 유해한 용제와 첨가제를 사용하고 있으며 도장 공정에서 다량의 voc 와 분진이 발 생되고 있다. 기존의 4 단계 도장공정 (사출， 중착， 접착， 알루미늄 명판 부착)을 인몰드 필름을 사용하는 경우 1 단계 공정(사출과 동시에 전사필름 부착)으로 단순화시킴으로써 대기오염 예방 및 원가 절감 효과가 기대된다[1]. 인몰드 펼름을 제조하는 방법은 주로 이 형 필 름 (releasing film) 상에 보호충(protecting layer) 및 접 착충(adhesion layer)으로 구성 되 는 전사재료(transfer material)로 구성 하거 나 또는 이 형 필름 상에 보호충， 화상잉 크층 및 접착충으로 구성되는 방법이 있다. 보호층은 필름의 구성재료로서 성형제품의 표변을 보호하면서 성형제품에 전사되는 역할을 하며 일반적으로 열경화성 수지 및 자외 선 경화형 수지가 이용된다[2]. (Fig. 1)은 일반적인 인몰드 필름의 구조이다.

내구성 보호를 위해 기존 하드코팅액 formulation을 사용하는 것이 가능하나 소형 전자 제품의 외형은 자동차 부품과는 달리 경사면과 굴콕형이 많아 접착공정에서 필름의 연신 이 발생한다. 기존 uv경화수지인 경우 연신이 거의 발생하지 않아 외관이 미려하지 않거 나 모서리에서 깨짐현상이 발생한다. 이런 문제를 해결하기 위해 W _{경화공정을 거쳐 내}

구성이 유지되면서 굴곡성이 우수한 메타크릴레이트 공중합체 수지의 합성이 필요하였다 [3].

본 연구에서는 메타크릴레이트 공중합체를 합성한 다음 분산성이 우수한 코팅액을 제 조하고 최종적으로 PET필름에 그라비아 코팅하여 인몰드 필름을 제조하였다.

89

(2)

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김문선·차은진·김남기·이화술

본 연구에서 GMA 및 뻐A 의 공중합체인 poly( GMA - co - 뻐A )를 합성하였으며 (Fig.

2) 와 같은 방법으로 진행하였다[2]. 글리시딜 메타아크릴레이트(glycidyl methacrylate, GMA, 대정화금주식회사) ，메틸 메타아크렬레이트 (methyl methacrylate, 뻐A ， 대정화금주 식회사), 부틸 아세테이트 (butyl acetate, 대정화금주식회사)의 혼합물 29.97 _{ml 와 로렬} 멀캡탄(lauryl mercaptan, 대정화금주식회사) 및 2 ， 2-아조비스이소부티로나이트렬 (2,2-azobis- isobutyronitrile, AIBN, 대정화금주식회사) 혼합물 0.21g _{반웅시켰다. 이} 반응은 약 90

t

및 질소분위기에서 1 시간 동안 반응시킨 후 1 _시간동안 90 _{·C 로 유지시} 킨 후 혼합물 A를 제조하였다. 그 다음 GMA _{및 뻐A 혼합물} 17.63 ml 와 로릴 멀캡탄 및

AIBN 혼합물 0.63g 혼합하여 반웅시켰다. 이 반웅은 90 ·C 및 질소분위기에서 반응시킨

후 통일한 온도에서 3 시간동안 유지시켰다. 반응생성물에 AIBN 0.24 g _{첨가한 후} 90

℃의 조건에서 유지시켰으며， 반응생성물은 120 t 로 온도를 상승시켜 동일한 온도 조건 에서 2 시간동안 유지하였다. 두 번째 단계의 최종생성물은 60 ·C 까지 냉각한 후 세 번 째 단계의 반웅에서 질소 도입관은 공기 도입관으로 교체하였다. 첫 번째 단계의 생성물 및 두 번째 단계의 생성물을 혼합한 후 여기에 아크릴산 (acrylic acid, AA, _{대정화금주} 식회사)과 메소퀴논 (methoquinone ， Junsei Chemical Co. Ltd., Japan) 및 트리패닐포스핀 (triphenyl- phosphine, PPH, 대정화금주식회사) 혼합물 8.18 g 교반하여 반웅시키면서 110 ·C 로 상숭시킨 후 8 시간동안 동일한 온도 조건에서 이 상태를 유지하였다. 이후 중 합을 억제하기 위하여 메소퀴논 0.03 g 첨가하였으며， 생성물은 냉각한 후 최종생성물인 비휘발성 생성물이 50% 가 되도록 에틸 아세테이트 (ethyl acetate, 대정화금주식회사)를 첨가였다. 이와 같은 과정을 통해 최종생성물인 GMA와 뻐A의 공중합체가 합성되었다 [2].

코팅액의 분산성은 zeta-potential을 측정하여 평가하였다 [4]. 합성된 공중합체와 광개 시제， 계면활성제 동을 희석하여 초음파 교반기 (Sonyfier 450, Brason Co. _{USA)로 1 차} 교반하였다. 1 차 교반된 용액들은 NaOH와 HCl 수용액으로 조절하여 pH를 변화시키면 서 2 차 교반하며 zeta potential를 측정하였다. 이 때 zeta potential은 zeta-potential &

particle-size analyzer (모델명: ELSZ-2, 제조사: Photal, Japan)를 사용하여 측정 하였 다. 제조된 코팅액은 그라비아 코터를 사용하여 인몰드 필름을 제조하였다.

결과 및 고찰

도포액은 pH 8 이 pH7 보다 (Fig. 3) 과 같이 분산성이 양호했으며 PET 필름 위에 1 urn 두께로 코팅된 공중합체는 254 nm UV 광을 이용하여 10초 동안 경화한 다음 물성을 측정 하였다 [5]. 공중합체의 Tg는 158 't이며 코팅된 필름의 신율은 1. 5%였다. 내마모성은 기 존 하드 코팅막에 비해 95% 수준이였다. (Fig. 4) 는 휴대폰 외장에 적용된 인몰드 필름 이다.

용용화학， 제 12 권 제 1호， 2008

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메타크릴레이트 공중합체 합성과 이를 이용한 내구성과 굴곡성이 우수한 인몰드 PET필름 제조에 관한 연구 91

곁를

본 연구결과를 토대로 인몰드 필름의 제조가 가능하며 합성조건의 수정 및 제조공정 연 구를 통해 외국에서 전량 수입사용하고 있는 휴대폰 케이스 외장용 인몰드 필름을 대체 할 수 있을 것으로 예상된다.

찰곡문헐

l 김문선， 박승준， 한국EH.C; 평자학회 xl. 4,37 (2006).

2.Y.Nakamura. US patent 5993588 (1999).

3. 안광덕， 강종희， 정찬문. KR patent 0124966 (1997).

4.K. Higashitani. H. Iseri. K. Okuhara A. Kage and S. Hatade . .J. Colloid Interface Sci .. 172. 383 (1995).

5. 흥진후， “

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경화코팅‘. 조선대학교 출판부， 13-25,2002.

[인톨드필톨]

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전사두께: 6.1J.lm 총두께: 44.2 J.lm

Fig. 1. Structure of in-mold film.

Applied Chemistry,Vo1.12,No.1,_2c뼈

(4)

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Fig. 2. A synthetic method for poly(GMA-co-MMA).

Fig. 3. Photographic images of blends at pH 7 and 8.

Fig. 4. The In-mold PET film for the cellular-phone.

웅용화학， 제 12 권 제 1호，2<:뼈