최근 우수한 유연성과 화학적 안정성 등을 가진 고분자 수지와 우수한 기계적 성질 등을 나타내는 무기 재료로 이루어진 나노 복합 시스템으로써 유-무기 하이브리드 코팅 필름에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 아크릴레이트 단량체로써 사용된 o-phenylphenoxyethyl acrylate (OPPEA)는 1.576의 높은 굴절률을 나타내고, Bisphenol A ethoxylate diacrylate (BAEDA)는 굴절률은 낮지만 경화된 고분자의 경도를 향상시킨다. 또한, 무기 소재로써 사용된 지르코니아는 산화지르코늄으로써 우수한 내구성과 광학특성 등을 나타낸다. 본 연구에서는 광학 특성을 향상시키기 위한 목적으로 아크릴레이트 단량체 중 BAEDA의 함량을 조절하여 필름을 제조한 뒤 연필 경도계와 아베굴절계를 이용하여 광학 특성 변화를 확인하였고, UV-vis spectrophotometer을 이용해 투과도를 비교하여 최적의 조건을 확립하였다. 그리고 실란 커플링제인 γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS)를 사용하여 지르코니아를 소수화 처리하여 아크릴레이트 단량체에 대한 분산성을 향상시키고, 개질 전후의 물에 대한 분산성 변화를 조사하여 물에 대한 친화력이 감소하였음을 확인하였고, FT-IR ATR spectrophotometer를 통해 MPS에 의해 도입된 1716 cm-1에서의 에스터 C=O 결합 peak의 존재를 통해 MPS에 의한 지르코니아 표면의 개질 반응이 진행되었음을 확인하였다. 또한, 지르코니아의 표면에 도입된 규소 원자의 존재는 X 선 형광법을 이용하여 확인하였다. 그리고 화학적으로 개질된 지르코니아를 아크릴레이트 단량체에 도입하여 광경화 필름을 제조하였을 때, 굴절률은 아크릴레이트 자체 필름보다 1.2% 향상되었음을 확인하였고, SEM/EDS mapping 분석을 통해 PET 필름에 코팅된 개질 후 지르코니아가 아크릴레이트 코팅층에 균일하게 분포되어 있음을 알 수 있었다.

백색을 띄고 물리적·화학적으로 안정한 지르코니아는 열전도도가 낮고 강도와 인성, 내식성이 우수하여 단열재, 내화물과 같은 고온 재료와 각종 산업용 구조세라믹스에 사용되고 있다. 이러한 지르 코니아를 낮은 경도 및 굴절률 등과 같은 단점을 가진 고분자 코팅제에 도입하게 되면 화학적, 전기적, 광학적인 특성이 향상된다. 이와 같이 유기 소재에 무기 소재를 혼합하여 사용하는 유-무기 하이브리드 코팅을 목적으로 본 연구에서는 지르코니아 표면에 trimethylchlorosilane(TMCS)과 hexamethyldisilazane(HMDZ)을 사용하여 실릴화반응을 통한 -CH3기를 도입하여 소수성을 나노지르코 니아 표면에 도입하였다. 소수화된 지르코니아 표면에서의 TMCS와 HMDZ에 의해 도입된 Si-CH3의 존재는 FT-IR ATR spectroscopy를 통해 확인하였고, silicon 원소의 존재를 FE-SEM/EDS와 ICP-AES 를 통해 확인하였다. 또한, 개질 전후의 지르코니아를 아크릴레이트 단량체에 분산하여 침강속도를 확인 하여 분산성이 향상되는 것을 확인하였다. 지르코니아 입자의 크기 및 분포는 입도 분석기를 통해 확인 하였으며, BET 분석을 통해 개질 반응 전후의 비표면적은 18 m2/g 정도로 큰 변화가 없었다.

Transparent organic-inorganic hybrid hard coating films were prepared by the addition of SiO2 or ZrO2, as an inorganic filler to improve the hardness property, filler was highly dispersed in the acrylic resin. To improve the compatibility in the acrylic resin, SiO2 or ZrO2 is surface-modified using various silanes with variation of the modification time and silane content. Depending on the content and kind of the modified inorganic oxide, transparent modified inorganic sols were formulated in acryl resin. Then, the sols were bar coated and cured on PET films to investigate the optical and mechanical properties. The optimized film, which has a modified ZrO2 content of 4 wt% markedly improved in terms of the hardness, haze, and transparency as compared to neat acrylate resin and acrylate resin containing modified SiO2 content of 8 wt%. Meanwhile, the low transparency and high haze of these films slowly appeared at SiO2 content above 10 wt% and ZrO2 content of 5 wt%, but the hardness values were maintained at 2H and 3H, respectively, in comparison with the HB of neat acrylate resin.

Sol-gel 코팅제는 금속 소재의 부식 억제를 위해 다양한 분야에서 활용되어지고 있다. 본 연구의 유/무기 하이브리드 코팅제는 methyl trimethoxy silane 과 alumina sol에 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane을 혼합하여 제조하였다. 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane 의 함량에 따라 sol-gel 공정으로 도장된 박막의 내식성, 경도, 그리고 열안정성을 조사하였다. Electrochemical impedance와 potentiodynamic polarization의 측정 결과로부터 도막의 내식성이 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane의 도막 내 장거리 상호작용에서 기인한 접착력 증가와 crack-free 도막의 형성에 의해 개선되었음을 알 수 있었다.

Sol-gel 코팅제는 금속 소재의 부식 억제를 위해 다양한 분야에서 활용되어지고 있다. 본 연구의 유/무기 하이브리드 코팅제는 methyl trimethoxy silane 과 alumina sol에 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane을 혼합하여 제조하였다. 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane 의 함량에 따라 sol-gel 공정으로 도장된 박막의 내식성, 경도, 그리고 열안정성을 조사하였다. Electrochemical impedance와 potentiodynamic polarization의 측정 결과로부터 도막의 내식성이 3-glycidyloxypropyl trimethoxy silane의 도막 내 장거리 상호작용에서 기인한 접착력 증가와 crack-free 도막의 형성에 의해 개선되었음을 알 수 있었다.