【발명의 명칭】

다면체 올리고머 실세스퀴옥산 및 그 제조 방법 【기술분야】

관련 출원 (들)과의 상호 인용

본 출원은 2016년 3월 17일자 한국 특허 출원 제 10-2016-0032284 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며， 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다. 본 발명은 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 【배경기술】

다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (Polyhedral oligomeric silsesquioxane,

POSS)은, 3차원 구조를 가지는 실록산계 물질을 의미하는 것으로, 일반적으로는 형태의 분자식으로 표시된다.

POSS는 실리콘 -산소 결합이 무기 프레임으로서 분자의 기본 형태를 구성하게 되고, R은 다양한 유기기로 구성될 수 있어서, 유무기 하이브리드 나노 스케일 재료로 많이 연구되고 있다.

POSS는 그 분자 직경이 수 나노미터 범위이기 때문에, 양자 크기 효과 (quantum size effect), 양자 표면 효과， 양자 인터페이스 효과 등을 보이게 되는데, 이러한 양자적 특성에 의해, POSS 물질은， 열전도， 전기전도, 광학， 자성, 친수성， 친유성 등, 다양한 부분에서 특이한 물리적, 화학적 성질을 가질 수 있고, 이러한 성질을 고분자 등의 표면에 도입할 수 있게 해 주기도 한다.

특히， POSS는 기본 형태가 실리콘-산소의 결합 (실세스퀴옥산 형태)으로 이루어져 있기 때문에， 분자 구조가 물리적, 화학적으로 매우 안정하고, 내열성 및 내연성이 높다. 또한 고온 고압 조건에서는 POSS의 무기 프레임이 분해되어， 실리카 (Si0 ₂ )가 생성되면서, 별도의 코팅층을 형성할 수도 있기 때문에, 보호층으로서의 역할을 매우 층실하게 수행할 수 있다.

그리고, 이러한 POSS의 기본 실세스퀴옥산 구조에서 실리콘 원자에 다양한 작용기가 결합될 수 있어, 도입되는 유기 기의 구조에 따라， 여러 새로운 물성을 부여하기 용이하다.

【발명의 내용】

【해결하려는 과제】

본 발명은, 물질 자체로서 저굴절 특성을 가지면서도, 다양한 기재의 표면에 우수한 화학적, 기계적 물성을 구비한 코팅층 형성을 가능케 하며， 여러 가지 유기 용매에 대한 상용성이 높은, 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 및 그의 제조 방법을 제공한다.

【과제의 해결 수단】

본 _' 발명은 하기 화학식 1로 표시되는, 다면체 올리고머 실세스퀴옥산을 제공한다.

[화학식 1]

(R ¹ Si0 _{1 5} )x(R ² Si0 ₁ . ₅ ) _y (R ³ Si0 ₁ .5)z

상기 화학식 1에서，

R1 및 R2는， 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기로 , Ι ¹ 및 R ² 는 서로 상이하며，

R ³ 는 불포화 관능기이고;

X 및 y는 각각 독립적으로, 1 내지 12의 정수이고， z는 2 내지 12의 정수이다. 또한 본 발명은 하기 화학식 e로 표시되는 제 1 실란 화합물, 하기 화학식 ly로 표시되는 제 2 실란 화합물 및 하기 화학식 lz로 표시되는 거 13 실란 화합물을 포함하는 반응 흔합물을 반웅시키는 단계를 포함하는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 제조 방법을 제공한다.

[화학식 lx] R'SiX

[화학식 ly]

R ² SiX ² ₃

[화학식 lz]

R ³ -SiX ³ ₃

상기 화학식 la 내지 lz에서,

Rl 및 R2는, 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기로， R ¹ 및 R ² 는 서로 상이하며 ,

R ³ 는 불포화 관능기이고;

X ¹ 내지 X ³ 는， 각각 독립적으로， 동일하거나 상이하게, 할로겐 원자， 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기다.

【발명의 효과】

본 발명의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산은, 물질 자체로서 저굴절 특성을 가지면서도, 다양한 기재의 표면에 우수한 화학적， 기계적 물성을 구비한 코팅층 형성을 가능케 하며， 여러 가지 유기 용매에 대한 상용성이 높아, 다양한 용도로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 다른 구조의 부산물 생성을 최소화 하여, 높은 순도로 상기 다면체 올리고머 실세스퀴옥산을 합성할 수 있다.

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

본 발명의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산은 하기 화학식 1로 표시된다.

[화학식 1]

(R ^, SiOi. ₅ )x(R ² Si0 ₁ .5) _y (R ³ Si0 ₁ .5)z

상기 화학식 1에서,

R1 및 R2는, 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기로, R ¹ 및 R ² 는 서로 상이하며 ,

R ³ 는 불포화 관능기이고; X 및 y는 각각 독립적으로, 1 내지 12의 정수이고, z는 2 내지 12의 정수이다.

또한， 본 발명의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 제조 방법은， 하기 화학식 lx로 표시되는 제 1 실란 화합물， 하기 화학식 ly로 표시되는 겨 12 실란 화합물 및 하기 화학식 lz로 표시되는 제 3 실란 화합물을 포함하는 반응 흔합물을 반응시키는 단계를 포함한다.

[화학식 lx]

[화학식 ly]

R ² SiX ² ₃

[화학식 lz]

R ³ -SiX ³ ₃

상기 화학식 la 내지 lz에서，

R1 및 R2는， 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기로, R ¹ 및 R ² 는 서로 상이하며,

R ³ 는 불포화 관능기이고;

X' 내지 X ³ 는, 각각 독립적으로， 동일하거나 상이하게, 할로겐 원자, 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기다. 본 발명에서, 제 1， 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한， 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로， 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다"， "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징 , 슷자， 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자， 단계， 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다ᅳ 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나， 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며， 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 전체에서 상기 하이드로카빌기라 함은, 탄소와 수소로 이루어진 1가의 유기 작용기로, 탄소-탄소의 이중 결합 및 /또는 탄소-탄소의 삼중 결합을 포함하는 불포화 탄화수소와 포화 탄화수소를 모두 포함하는 의미이다. 상기 탄화수소는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형이거나 흑은 이들 중 2 이상의 구조를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로， 상기 탄화수소는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 구조를 포함하는 알칸 (alkane), 알켄 (alkene), 알킨 (alkyne)이거나 혹은 아렌 (arene)일 수 있고, 이들 중 1 종 이상이 다른 1 종에 치환 또는 연결된 것일 수 있다.

그리고， 본 명세서 전체에서 상기 불포화 관능기라 함은， 하이드로카빌기, 또는 헤테로하이드로카빌기가 탄소-탄소의 이중 결합 및 /또는 탄소-탄소의 삼중 결합을 포함하거나, 4원소 이하의 고리형으로， 탄소 다중 결합 첨가 반응 혹은 고리 열림 반웅에 의해 포화 형태로 전환될 수 있는 관능기를 의미한다. 이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 측면에 따른 다면체 을리고머 실세스퀴옥산은, 하기 화학식 1로 표시된다.

[화학식 1]

(R ¹ SiOi. ₅ )x(R ² Si0 ₁ .5)y(R ³ Si0 ₁ .5)z

상기 화학식 1에서，

R1 및 R2는, 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기로, R ¹ 및 R ² 는 서로 상이하며,

R ³ 는 불포화 관능기이고;

X 및 y는 각각 독립적으로, 1 내지 12의 정수이고, z는 2 내지 12의 정수이다.

발명의 일 실시예에 따르면, 상기 R ¹ 및 R ² 는, 각각 독립적으로 트리플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기, 트리플루오로프로필기， 트리플루오로부틸기, 펜타플루오로부틸기， 트리플루오로펜틸기， 펜타플루오로펜틸기, 헵타플루오로펜틸기, 트리플루오로핵실기, 펜타플루오로핵실기, 헵타플루오로핵실기， 노나플루오로핵실기， 트리플루오로헵틸기, 펜타플루오로헵틸기, 헵타플루오로헵틸기, 노나플루오로헵틸기， 도데카플루오로헵틸기， 클로로프로필기, 또는 디브로모에틸기일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 플루오르 (F)가 치환된 알킬기일 수 있다.

R ¹ 이나 R ² 는， 다면체 구조의 실세스퀴옥산에서, 실리콘 원자에 유기기의 형태로 연결된 것으로， 실세스퀴옥산 기본 골격을 중심으로 하고, 상술한 유기기가 다면체의 외부에 방사형으로 돌출되는 형태로 형성되어， 이러한 유기기의 특성을 효과적으로 발현시킬 수 있다.

특히， 할로겐 원자로 치환된 하이드로카빌기가 도입되는 경우, 별도의 공동 형성제 (pore forming agent)를 첨가하지 않더라도, 물질 자체로서 저굴절 특성을 가질 수 있게 되며, 이러한 화합물을 포함하는 조성물 등을 이용해 반사방지막 등의 광학 장치를 쉽게 제공할 수 있게 된다.

특히， 플루오르로 치환된 하이드로카빌기를 사용하는 경우, 다양한 기재의 표면에, 발수성, 발유성, 내약품성, 및 내마모성 등, 우수한 화학적, 기계적 물성을 구비한 코팅층을 형성하는 것을 가능케 한다.

이 때, 일 예로， 상기 R ¹ 은, 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 미만인 것이 바람직할 수 있으며, 다른 일 예로， 상기 R ² 는, 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 이상인, 것이 바람직할 수 있다.

하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이라 함은, 어느 수소 원자도 치환되지 않은 동일한 구조의 하이드로카빌기에서, 전체 수소 원자를 분모로 하고, 실제 상기 R ¹ 및 R ² 하이드로카빌기에서 치환된 할로겐 원자의 수를 분자로 하여, 그 치환된 비율을 %로 나타낸 것을 의미한다.

즉, 상기 R ¹ 에서, 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 미만이라 함은, 하이드로카빌기에 치환된 할로겐 원자 수가 남아있는 수소 원자의 수보다 적은 것을 의미하며, 상기 R ² 에서, 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 이상이라 함은 하이드로카빌기에 치환된 할로겐 원자 수가 남아있는 수소 원자의 수와같거나, 그보다 많은 것을 의미한다. 할로겐 원자의 치환 수가 많아질수록, 상술한 화학적, 광학적, 기계적 특성을 부여하기 용이하지만, 일반적으로 함께 사용될 수 있는 용매나 첨가제와의 상용성이 감소하게 된다.

따라서, 분자 내에 할로겐 원자 치환 수가 많은 하이드로카빌 유기 작용기와， 할로겐 원자 치환 수가 적은 하이드로카빌 유기 작용기를 동시에 도입하여, 우수한 화학적, 광학적， 물리적 특성을 유지하면서도, 다양한 유기 용매, 또는 첨가제와의 상용성을 증가시킬 수 있게 된다.

하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 미만인 경우는, 구체적으로 예를 들어， 트리플루오로프로필기, 트리플루오로부틸기， 트리플루오로펜틸기, 펜타플루오로펜틸기, 트리플루오로핵실기， 펜타플루오로핵실기, 트리플루오로헵틸기, 펜타플루오로헵틸기， 헵타플루오로헵틸기, 클로로프로필기， 또는 디브로모에틸기 등을 들 수 있으며, 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 이상인 경우는， 구체적으로 예를 들어， 트리플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기， 펜타플루오로부틸기, 헵타플루오로펜틸기， 헵타플루오로핵실기， 노나플루오로핵실기, 노나플루오로헵틸기, 또는 도데카플루오로헵틸기 등을 들 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고， 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 R ³ 는 에틸렌성 불포화 관능기 또는 에폭사이드성 불포화 관능기인 것이 바람직 할 수 있다. 상기 R ³ 는, 구체적으로 예를 들면, (메트)아크릴로일기, (메트)아크릴로일옥시기, 글리시딜기, 에폭시기, 및 비닐기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환된， 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기 또는 하이드로카빌옥시기일 수 있다. 즉, 탄소수 1 내지 30의 하이드로카빌기 또는 하이드로카빌옥시기에서, 탄소 원자에 결합된 적어도 하나의 수소가， 상술한 에틸렌성 불포화 관능기나 에폭사이드성 불포화 관능기로 치환되어， 상기 R ³ 가 불포화성 관능기의 형태로 형성될 수 있다.

이러한 관능기는, 다면체 을리고머 실세스퀴옥산 화합물에서， 다양한 종류의 기재 표면에 우수한 접착력을 부여할 수 있을 뿐 아니라， 코팅 시, 표면의 내마모성 또는 내스크래치성 등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있게 한다.

발명의 일 실시예에 따르면， 상기 화학식 1에서, 6≤ x+y+z < 30일 수 있으며 , 6≤x+y+z≤ 14 를 만족하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, x, y, z 계수가 상기 범위를 만족하게 되는 경우， 실리콘 원자 및 산소 원자가, 각 다면체 (polyhedral)의 꼭짓점 (vertex) 또는 모서리 (edge)에 위치할 수 있게 되어， 안정한 형태의 완전 축합형 구조를 형성할 수 있게 된다.

그리고, 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 X ： y 는, 약 5: 1 내지 약 1 :5인 것이 바람직할 수 있다. 즉， 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 분자 내부에서， 할로겐 원자의 치환 비율이 낮은 하이드로카빌 작용기를 구비한 실리콘 원자 부분과, 할로겐 원자의 치환 비율이 높은 하이드로카빌 작용기를 구비한 실리콘 원자 부분의 비율이 상기 범위에 드는 것이 바람직하다.

X의 비율이 y에 비해 지나치게 작아지는 경우, 다양한 유기 용매 또는 첨가제 등과의 상용성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 그 반대의 경우, 굴절률이 높아지거나, 발수성， 발유성， 내약품성 등이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 화학식 1에서 (x+y) I z의 값이 약 으 2 이상, 약 3 이하를 만족하는 것이 더 바람직할 수 있다. 다시 말해， 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 분자 내부에서, 할로겐 치환 하이드로카빌기를 구비하고 있는 실리콘 원자 부분과, 불포화 관능기를 구비하고 있는 실리콘 원자 부분의 비율이 상술한 범위에 드는 것이 바람직하다.

할로겐 치환 하이드로카빌기를 구비하고 있는 실리콘 원자 부분의 비율이 너무 낮아지는 경우에는, 할로겐 치환 하이드로카빌기를 사용하는 데에서 얻을 수 있는 상술한 화학적， 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 반대로, 불포화 관능기를 구비하고 있는 실리콘 원자 부분의 비율이 너무 낮아지는 경우에는， 기재에의 접착력이 저하되고， 내마모성 및 내스크래치성 등, 기계적 물성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

그리고, 본 발명의 다면체 을리고머 실세스퀴옥산은, 물질 자체의 굴절률이 약 1.20 내지 약 1.50으로, 저굴절 특성을 가질 수 있으며, 물질 그 자체로, 혹은 이를 포함하는 코팅 조성물의 형태로, 대상 기재에 적용하여， 반사방지막 등의 광학 장치를 쉽게 제공할 수 있게 된다. 한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 하기 화학식 lx로 표시되는 제 1 실란 화합물， 하기 화학식 ly로 표시되는 제 2 실란 화합물 및 하기 화학식 lz로 표시되는 제 3 실란 화합물을 포함하는 반웅 흔합물을 반응시키는 단계를 포함하는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 제조 방법이 제공된다.

[화학식 lx]

[화학식 ly]

R ² SiX ² ₃

[화학식 lz]

R ³ -SiX ³ ₃

상기 화학식 la 내지 lz에서，

R1 및 R2는, 적어도 하나의 수소 원자가 할로겐 원자로 치환된 탄소수 1 내지 10의 하이드로카빌기로, R ¹ 및 R ² 는 서로 상이하며 ,

R ³ 는 불포화 관능기이고;

X ¹ 내지 X ³ 는, 각각 독립적으로， 동일하거나 상이하게， 할로겐 원자， 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기다.

Si-O-Si 결합으로 형성되는 실록산 구조는 일반적으로 4가지 종류 (Q, T, D, M)로 구별하여 정의되며， 이중 [RSiO^]의 형태로 표시되는 실세스퀴옥산은, 상기 4가지 종류 중 T 단위 구조를 가지게 된다. 이러한 실세스퀴옥산은 가수 분해 중합을 이용하여 합성되고, 일반적으로는 트리알콕시실란을 이용하는 방법이 알려져 있으며, 이렇게 합성된 폴리실세스퀴옥산은 통상 높은 규칙성을 가지는 것으로 알려져 있으나, 6， 8, 10, 12량체와 같은 올리고머 실세스퀴옥산은, 케이지 구조, 사다리형 구조 혹은 불규칙적 구조가 흔재되어, 기대했던 화학적， 기계적 특성에 미치지 못하는 것으로 알려져 있다.

그러나 본 발명의 일 측면에 따른 방법에 의하면, 고순도로, 상기 규칙성이 높은 케이지 구조의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산을 제공할 수 있다.

발명의 일 실시예에 따르면, 상기 R ¹ 및 R ² 는, 각각 독립적으로, 트리플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기, 트리플루오로프로필기， 트리플루오로부틸기, 펜타플루오로부틸기, 트리플루오로펜틸기， 펜타플루오로펜틸기， 헵타플루오로펜틸기， 트리플루오로핵실기， 펜타플루오로핵실기, 헵타플루오로핵실기, 노나플루오로핵실기, 트리플루오로헵틸기 , 펜타플루오로헵틸기 , 헵타플루오로헵틸기 , 노나플루오로헵틸기, 도데카플루오로헵틸기, 클로로프로필기， 또는 디브로모에틸기등을 들 수 있으며， 더욱 바람직하게는 플루오르 (F)가 치환된 알킬기일 수 있다.

상기 화학식 lx의 제 1 실란 화합물은， 다면체 을리고머 실세스퀴옥산에 할로겐으로 치환된 하이드로카빌기를 도입하기 위한 전구체이다. 특히， 제 1 실란 화합물로 R ¹ 이 할로겐으로 치환된 탄화수소로부터 유래한 1가의 잔기인 화합물을 사용하여 다면체 을리고머 실세스퀴옥산에 저굴절, 발수， 발유， 내약품성， 미끄럼성, 내마모성 등의 특성을 부여할 수 있는 동시에, 다양한 유기 용매와의 상용성을 증가시킬 수 있다.

상기 R ¹ 은， 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 미만인 것이 바람직 할 수 있으며， 이러한 작용기를 포함하는 실란 화합물은, 구체적으로, 예를 들어， 트리플루오로프로필기, 트리플루오로부틸기, 트리플루오로펜틸기, 펜타플루오로펜틸기, 트리플루오로핵실기, 펜타플루오로핵실기， 트리플루오로헵틸기, 펜타플루오로헵틸기, 헵타플루오로헵틸기, 클로로프로필기, 또는 디브로모에틸기를 포함하는, 알콕시 실란 화합물을 들 수 있다.

그리고, 상기 화학식 ly의 게 2 실란 화합물 역시, 다면체 올리고머 실세스퀴옥산에 할로겐으로 치환된 하이드로카빌기를 도입하기 위한 전구체이며, 특히, 제 2 실란 화합물로 R ¹ 이 할로겐 치환된 탄화수소로부터 유래한 1가의 잔기인 화합물을 사용하여 다면체 을리고머 실세스퀴옥산에 저굴절, 발수, 발유, 내약품성, 미끄럼성， 내마모성 등의 특성을 부여할 수 있다.

상기 R ² 는， 하이드로카빌기 중 할로겐 원자 치환 비율이 50% 이상인 것이 바람직할 수 있으며， 이러한 작용기를 포함하는 실란 화합물은， 구체적으로, 예를 들어, 트리플루오로메틸기, 트리플루오로에틸기, 펜타플루오로부틸기 , 헵타플루오로펜틸기， 헵타플루오로핵실기 , 노나플루오로핵실기, 노나플루오로헵틸기, 또는 도데카플루오로헵틸기 등을 포함하는, 알콕시 실란 화합물을 들 수 있다.

또한, 상기 화학식 lz의 게 3 실란 화합물은, 다면체 올리고머 실세스퀴옥산에 다양한 관능기로 치환된 하이드로카빌기를 도입하기 위한 전구체로, 상기 R ³ 는 에틸렌성 불포화 관능기 또는 에폭사이드성 불포화 관능기인 것이 바람직할 수 있으며， 이러한 작용기를 포함하는 실란 화합물은， 구체적으로, 예를 들어， (메트)아크릴로일기, (메트)아크릴로일옥시기, 글리시딜기， 에폭시기， 및 비닐기 등을 포함하는, 알콕시 실란 화합물을 들 수 있다.

상술한 제 1, 제 2, 및 게 3 실란 화합물은, 각각, 상술한 화학식 1의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 화합물에서, X， y, 및 z의 계수를 가지는 각 구성 단위를 형성하기 위한 전구체 물질로, 그 내용에 대해서는, 상기 화학식 1의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 부분에서 설명한 바와 같다.

상기 일 구현예에 따른 제조 방법에서는 상기 제 1， 제 2， 및 제 3 실란 화합물을 염기 촉매 존재 하에서 반웅시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 반웅 조건에 의해, 생성물의 수율을 보다 증가시킬 수 있다.

상기 염기 촉매로는 본 발명이 속한 기술분야에 사용되는 다양한 화합물이 제한 없이 사용될 수 있다. 다만， 다양한 염기 촉매 중에서도 암모늄 수산화물을 사용하여 부반웅을 최소화하고 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 합성 수율을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 암모늄 수산화물로는 메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 에틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드 등을 사용할 수 있다. 상기 염기 촉매의 사용량은 특별히 제한 되는 것은 아니나， 전체 실란 화합물 100몰에 대하여 약 0.001 내지 약 100몰로 사용될 수 있다. 이러한 범위 내에서 부반웅을 최소화하고 고효율로 고순도의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산을 합성할 수 있다.

또한, 상기 일 구현예에 따른 제조 방법은 유기 용매 하에서 상기 반웅 흔합물을 반웅시킬 수 있다. 이에 따라， 케이지 구조를 갖는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 외의 다른 구조의 고분자량을 갖는 부산물을 생성을 더욱 억제할 수 있다. 상기 유기 용매로는 상기 실란 화합물의 반응에 영향을 미치지 않으면서도 각 실란 화합물에 대해 적절한 용해도를 나타낼 수 있는 유기 용매를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적인 예로, 디에틸에테르 또는 테트라하이드로퓨란 등의 에테르 용매가 사용될 수 있다. 상기 제 1， 제 2, 및 제 3 실란 화합물을 포함하는 반응 흔합물은 상온 적절한 시간 동안 반응시킬 수 있다. 상기 반응 시간이 특별히 한정되는 것은 아니나, 약 5 시간 내지 128 시간 동안 반웅시켜 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 수율을 증가시킬 수 있다.

상술한 방법으로 제조된 다면체 올리고머 실세스퀴옥산은 높은 순도를 가지게 되며， 또한 물질 자체로 저굴절 특성을 나타낼 수 있다. 일 예로, 상기 다면체 올리고머 실세스퀴옥산은 아베굴절계로 측정한 굴절를이 약 1.20 내지 약 1.50일 수 있다.

본 발명의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산은 디스플레이 장치의 반사 방지 필름의 저굴절층에 사용되어 매우 낮은 반사율을 구현할 수 있다. 특히, 상기 다면체 올리고머 실세스퀴옥산을 이용하면 기존의 기포를 생성하여 저굴절률을 구현하는 별도의 공정을 생략할 수 있기 때문에, 경제적이며， 품질이 우수한 반사 방지 필름을 제공할 것으로 기대된다.

이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명꾀 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며， 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.

<실시예 >

다면체 을리고머 실세스퀴옥산의 합성

[실시예 1]

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메록시실란 15g과

(노나플루오로핵실)트리메록시실란 6.3g, (3-아크릴록시프로필)트리메특시실란 12. lg 을 THF (tetrahydrofomn) 140 mL에 녹이고 5중량 ⁰ / ₀ 의 N(CH ₃ ) ₄ OH 수용액 8.2g을 첨가하였다.

이후, 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반옹 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고， 에틸 아세테이트 150mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (TNA413) 23g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-1, ATAGO사)로 측정한 굴절률은 1.414이었다.

[실시예 2]

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메톡시실란 10g과 (노나플루오로핵실)트리메록시실란 11.2g, (3- 아크릴록시프로필)트리메톡시실란 10.7g을 THF (tetrahydroforan) 120 mL에 녹이고 5중량%의 N(CH ₃ ) ₄ OH 수용액 7.5g을 첨가하였다.

이후， 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반응 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 150mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 을리고머 실세스퀴옥산 (TNA323) 22g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-l, ATAGO사)로 측정한 굴절률은 L405이었다. [실시예 3】 (3,3,3-트리플루오로프로필)트리메록시실란 8g과

(노나플루오로핵실)트리메록시실란 20.2g, (3- 아크릴록시프로필)트리메특시실란 12.9g을 THF (tetrahydrofuran) 150 mL에 녹이고 5중량 ⁰ / ₀ 의 N(C¾) ₄ OH 수용액 9g을 첨가하였다.

이후, 반응 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반응 종료 후， 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 150mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgSQ ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (TNA233) 30g을 얻었다. 아베굴절계(£ ⁾ 丁 -1 ,ᅀ丁 ( 0사)로 측정한 굴절률은 1.398이었다.

[실시예 4】

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메톡시실란 3g과

(노나플루오로핵실)트리메록시실란 20.2g, (3- 아크릴록시프로필)트리메톡시실란 9.7g을 THF (tetrahydrofuran) 110 mL에 녹이고 5중량 %의 N(CH ₃ ) ₄ OH 수용액 6.8g을 첨가하였다.

이후， 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반응 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 150mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

아후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (TNA143) 24g을 얻었다. 아베굴절계(1丁 -1, ⁽ 30사)로 측정한 굴절률은 1.394이었다.

[실시예 5]

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메톡시실란 16g과 (JH, 1, 2H, 2H-

Perfluorooctyl)trimethoxysilane 30g과 (3-아크릴록시프로필)트리메특시실란 8.6g을 146ml THF에 녹이고， 5wt% Tetramethylammonium hydroxide 수용액을 12.9g 첨가하였다.

이후， 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반옹을 진행하였다. 반웅 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 170mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (THA413) 20g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-l, ATAGO사)로 측정한 굴절률은 1.407이었다.

[실시예 6]

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메특시실란 12g과 (JH, 1， 2H, 2H- Perfluorooctyl)trimethoxysilane 17g과 (3-아크릴록시프로필)트리메특시실란 12.9g을 146ml THF에 녹이고, 5wt% Tetramethylammonium hydroxide 수용액을 9.0g 첨가하였다.

이후, 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반응을 진행하였다. 반웅 종료 후， 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 170mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 _. 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 을리고머 실세스퀴옥산 (THA323) 24g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-l , ATAGO사)로 측정한 굴절률은 1.397이었다.

[실시예 7]

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메록시실란 8g과 (1H, 1, 2H, 2H- Perfluorooctyl)trimethoxysilane 25.7g과 (3-아크릴록시프로필)트리메록시실란 12.9g을 146ml THF에 녹이고, 5wt% Tetramethylammonium hydroxide 수용액을 9.0g 첨가하였다.

이후, 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반응 종료 후， 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 170mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (THA233) 27g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-l, ATAGO사)로 측정한 굴절률은 1.389이었다. [실시예 8】 (3,3,3-트리플루오로프로필)트리메록시실란 4g과 (JH' 1, 2H, 2H- Perfluorooctyl)trimethoxysilane 34.3g과 (3-아크릴록시프로필)트리메록시실란 12.9g을 146ml THF에 녹이고， 5wt% Tetramethylammonium hydroxide 수용액을 9.0g 첨가하였다.

이후， 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반웅 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고， 에틸 아세테이트 170mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후， 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (THA143) 30g을 얻었다. 아베굴절계(∑丁 -1，ᅀ丁ᅀ ⁽ 30사)로 측정한 굴절를은 1.375아었다.

[비교예 1]

(3,3,3-트리플루오로프로필)트리메특시실란 25g과 (3- 아크릴록시프로필)트리메특시실란 16.1g을 THF (tetrahydrofuran) 180 mL에 녹이고 5중량 ⁰ /。의 N(CH ₃ ) ₄ OH 수용액 l lg을 첨가하였다.

이후， 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반응 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고， 에틸 아세테이트 200mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (TA53) 23g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-1 , ATAGO사)로 측정한 굴절률은 L425이었다.

[비교예 2]

(노나플루오로핵실)트리메록시실란 25g, (3- 아크릴록시프로필)트리메록시실란 9.5g을 THF (tetrahydrofuran) 110 mL에 녹이고 5중량 ⁰ / ₀ 의 N(CH ₃ ) ₄ OH 수용액 6.5g을 첨가하였다.

이후, 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반응 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고， 에틸 아세테이트 170mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후, 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (NA53) 23.5g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-l, ATAGO사)로 측정한 굴절를은 1.389이었다.

[비교예 3]

(1H, 1, 2H, 2H-Perfluorooctyl)trimethoxysilane 30g과 (3- 아크릴록시프로필)트리메톡시실란 9g을 102ml THF에 녹이고, 5wt% Tetramethylammonium hydroxide 수용액을 6.3g 첨가하였다 .

이후， 반웅 흔합물을 상온에서 72시간 동안 교반하며 반웅을 진행하였다. 반웅 종료 후, 용매인 THF를 감압 건조하여 제거하고, 에틸 아세테이트 170mL에 녹여 NaCl 수용액으로 부산물을 4회 추출하였다.

이후， 유기층을 MgS0 ₄ 로 건조시키고 이를 여과한 다음 여액을 감압 건조하여 액상의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 (HA62) 30g을 얻었다. 아베굴절계 (DTM-l, ATAGO사)로 측정한 굴절률은 1.380이었다. 상용성 평가

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 유기 용매에 대한 용해도를 측정하였다. 각각의 용매 10ml에 다면체 올리고머 실세스퀴옥산 0.3g을 첨가하고, 육안으로 관찰하여, 불투명성이 나타나는 경우, X로 평가하였다. 상기 실시예 및 비교예의 조건 및 상용성 평가 결과를 하기 표 1 및 2에 정리하였다.

【표 1】

실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비고 TNA413 TNA323 TNA233 TNA143 THA413 THA323

X 4 3 2 1 4 3 y 1 2 3 4 1 2

Z 3 3 3 3 3 3 용해도 O O O 0 O O (THF)

용해도 O o o O O O

(MEK)

용해도 o 0 0 O O o

(MIBK)

용해도 0 0 o O 0 o

(IPA)

굴절률 1.414 1.405 1.398 1.394 1.407 1.397

【표 2]

상기 표를 참조하면, 본 발명의 실시예의 경우, 할로겐 원자가 적게 치환된 부분, 할로겐 원자가 많이 치환된 부분, 및 관능기가 치환된 부분을 모두 포함하여, 저굴절 특성을 나타내면서도， 다양한 유기 용매에 대해 우수한 용해도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

그이 비해, 비교예의 경우, 어느 한 단량체 부분이 결핍되어， 굴절률이 높아지거나, 용매에 대한 상용성이 저하되는 문제점이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 반사방지 필름의 제조

[실시예 1-1】

하드코팅 필름의 제조

KYOEISHA의 염타입의 대전 방지 하드 코팅액 (고형분 50wt%, 제품명: LJD-1000)을 트라아세틸샐를로오스 필름에 #10 mayer bar로 코팅하고， 90 ^° C에서 1분간 건조하였다. 이후, 얻어진 도막에 150mJ/cm ² 의 자외선을 조사하여, 약 5 내지 6 두께를 갖는 하드 코팅층을 형성함으로써 하드 코팅 필름을 제조하였다. 저굴절층 형성용 광경화성 코팅 조성물의 제조

펜타에리트리를 테트라아크릴레이트 (PET A) 1.1중량부， 실시예 1에서 제조한 TNA413 2.1 중량부, 입경이 50 내지 60nm인 실리카 나노 입자가 20중량 ⁰ / ₀ 로 분산되어 있는 메틸 이소부틸 케톤 (Methyl isobutyl ketone) 용액 95.4 중량부 및 광개시제 (Irgacure 907, Ciba 사) 1.4 중량부를 흔합하였다. 그리고 이 흔합물의 함량이 12.7중량 ⁰ / ₀ 가 되도록, 메틸 이소부틸 케톤 용매를 첨가하여 희석하였다 (고형분 함량 약 3중량 ⁰ / ₀ ). 저굴절층 및 반사 방지 필름의 제조

상기에서 제조한 하드 코팅 필름의 하드 코팅층 상에 저굴절층 형성용 광경화성 코팅 조성물을 롤 코팅 방법에 의해 코팅하고, 약 80 ^° C에서 약 2분 간 건조하였다. 이후， 얻어진 도막에 고압 수은 램프를 이용하여, 200mW/cm ² 의 비편광 자외선을 조사하여 저굴절층을 형성함으로써, 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 2-1】

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신， 실시예 2의 TNA323을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 3-1]

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 실시예 3의 TNA233을 사용한 것을 제외하고는， 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 4-1】

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 실시예 4의 TNA143을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 5-1】

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 실시예 5의 THA413을 .사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 6-11

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 실시예 5의 THA323을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 7-1]

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 실시예 5의 THA233을 사용한 것을 제외하고는， 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[실시예 8-1]

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 실시예 5의 THA143을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[비교예 1-1]

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신 _: 비교예 1의 TA53을 사용한 것을 제외하고는， 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[비교예 2-1]

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신， 비교예 2의 NA53을 사용한 것을 제외하고는， 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다.

[비교예 3-1]

실시예 1의 TNA413을 사용하는 대신, 비교예 3의 HA53을 사용한 것을 제외하고는， 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 반사 방지 필름을 제조하였다. 반사율측정

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 반사 방지 필름에 대해, 가시광선 영역 (약 380 내지 약 780nm)에서 5도의 입사각으로 입사된 광에 대하여 나타나는 반사율을, Solidspec 3700 (Shimadzu)를 이용하여 측정하였다.

Haze값측정

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 반사 방지 필름에 대해， Murakami Color Research Laboratory사의 HAZEMETER HX-150을 이용하여 측정하였다. 내스크래치성 측정

상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 반사 방지 필름에 대해， 스틸 울에 하중을 걸고 24rpm의 속도로 10회 왕복하여 얻어진 반사 방지 필름의 표면을 문지르고, 육안으로 관찰되는 1cm 이하의 스크래치 1 개 이하가 관찰되는, 최대 하중을 측정하였다. 상기 측정 결과를 하기 표 3 및 4에 정리하였다.

【표 3】

【표 4]

상기 표 3 및 4를 참조하면, 비교예의 경우, 우수한 저굴절 특성을 나타내는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산을 사용하여, 우수한 저반사 특성을 구현할 수 있으면서도, 해이즈 값이 매우 낮고， 동시에, 내스크래치성 역시 매우 우수한 것을 알 수 있다.

즉， 본 발명의 다면체 올리고머 실세스퀴옥산은, 물질 자체로서 저굴절 특성을 가지고, 우수한 화학적, 기계적 물성을 구비한 코팅층 형성을 가능케 하여, 다양한 기재 표면에 반사방지층을 형성하기 위해 적용될 수 있을 것으로 생각된다.