Organic-inorganic hybrid coating films have been used to increase the transmittance and enhance the physical properties of plastic substrates. Sol-gel organic-inorganic thin films were fabricated on polymethylmethacrylate (PMMA) substrates using a dip coater. Metal alkoxide precursor tetraethylsilicate (TEOS) and alkoxy silanes including decyltrimethoxysilane (DTMS), 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS), phenyltrimethoxysilane (PTMS), 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSPM) and vinyltrimethoxysilane (VTMS) were used to synthesize sol-gel hybrid coating solutions. Sol-gel synthesis was confirmed by the results of FT-IR. Cross-linking of the Si-O-Si network during synthesis of the sol-gel reaction was confirmed. The effects of each alkoxy silane on the coating film properties were investigated. All of the organicinorganic hybrid coatings showed improved transmittance of over 90 %. The surface hardness of all coating films on the PMMA substrate was measured to be 4H or higher and the average thickness of the coating films was measured to be about 500 nm. Notably, the TEOS/DTMS coating film showed excellent hydrophobic properties, of about 97°.

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.

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.

When a single inorganic precursor is used for the synthesis of a sol-gel coating, there is a problem of cracking on the surface of coating layer. In order to solve this problem of surface cracking, we synthesized inorganic-organic coatings that have hybrid properties of inorganic and organic materials. Sols of various ratios (1:0.07, 0.2, 0.41, 0.82, 1.64, 3.26, 6.54, 13.2) of an inorganic precursor of Tetrabutylorthotitanate (Ti(OBu)4, TBOT) and an organic precursor of γ-Methacryloxy propyltrimethoxysilane (MAPTS) were prepared and coated on stainless steels (SUS316L) by dip coating method. The binding structure and the physical properties of the synthesized coatings were analyzed by FT-IR, FE-SEM, FIB (Focused Ion Beam), and a nano-indenter. Dynamic polarization testing and EIS (electrical impedance spectroscopy) were carried out to evaluate the micro-defects and the corrosion properties of the coatings. The prepared coatings show hybrid properties of inorganic oxides and organic materials. Crack free coatings were prepared when the MAPTS ratio was above a critical value. As the MAPTS ratio increased, the thickness and the corrosion resistance increased, and the hardness decreased.

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.

UV-Curable hybrid coatings were synthesized to improve the surface properties of plastic film. Organic-inorganic coating solutions were prepared by the sol-gel method using urethane-acrylate oligomer, acrylate monomer, photo initiator and tetraethoxysilane (TEOS). Methacryloyloxypropyltrimethoxysilane(MPTMS) was used as a silane coupling agent to improve chemical interaction between inorganic phases and UV curable acrylate. In this study, the surface hardness and adhesive properties were improved with the use of inorganic component. The experimental results showed that UV-Curable hybrid films containing aliphatic urethane oligomer, hexanedioldiacrylate, trimethylolpropanetriacrylate, hydroxy dimethyl acetophenone exhibited good surface properties. Also, the optimum curing conditions were investigated.