The acrylate or methacrylate (MA) group which is often used in photo-crosslinking systems requires high energy or photoinitiator because of its low photoreactivity under 365 nm. In order to increase the photoreactivity of acrylate group at 365 nm, we designed and synthesized the α-methoxyacrylate (aMA) with controlled HOMO energy level of double bond. The compounds (Hx-aMA and Hx-MA) were synthesized from 1,6-hexandiol (Hx) via esterification reaction. The degree of conversion of the synthesized compounds were calculate from the FTIR spectral change after UV irradiation of 0 to 50 J/cm² at 365 nm. The photoreactivity of aMA crosslinker was about 3 times higher than that of MA. A high photoreactive aMA RM (reactive mesogen) can be utilize to bio-applications, display or optical component applications where the use of photoinitiators are limited.

광가교형 시스템에 많이 사용되는 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트(MA)는 일반적인 광조사 파장인 365 nm 자외선 영역에서의 낮은 광반응성으로 인해 광개시제 혹은 높은 에너지 조사가 필요하였다. 아크릴레이트의 365 nm에서의 반응성을 증가시키기 위해 분자설계를 통한 이중결합의 HOMO 에너지가 조절된 알파-메톡시아크릴레이트(aMA)를 합성하였다. 새로이 합성한 aMA의 광반응성을 조사하기 위해 일정량의 UV 조사후 FTIR 스펙트럼 변화를 관찰하였으며, 알킬기로만 이루어진 1,6-헥산다이올(Hx)을 이용하여 에스테르화 반응을 통해 화합물 HxaMA와 비교군으로서 Hx-MA를 합성하였다. 합성한 화합물에 0에서 50 J/cm²의 365 nm 자외선을 조사한 후 FTIR 스펙트럼의 변화로부터 전환율을 계산하였고, 이로부터 aMA 가교기의 광반응성이 MA에 비해 약 3배 높음을 확인하였다. 높은 광반응성의 aMA RM(reactive mesogen)은 광개시제 사용이 제한되는 바이오 응용, 디스플레이 또는 광학부품용 소재로 응용이 가능하다.

Keywords: photo-crosslinking, acrylate, photoreactivity

열이나 빛에 의해 단량체나 고분자를 경화한 후 특성 유지나 향상을 위한 연구가 많이 진행되고 있다.^1-3 이중 대표적인것이 반응성 메조겐으로 액정 물질 말단기에 빛과 열에 의해 경화가 가능한 가교기를 포함하는 화합물이다.^4,5 반응성 메조겐은 특정한 액정상에서 경화에 의해 고분자를 형성하여 액정의 배향 특성을 고정함으로써 고분자 필름에 광학, 전기적, 열적 이방성 특성을 부여한다. 이러한 특성을 이용하여 최근 디스플레이용 광보상 필름, 3D 디스플레이용 편광 필름, OLED반사 방지 필름 등 다양한 분야에 응용되고 있다.^6-10 반응성메조겐의 광가교기로서 일반적으로 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트를 널리 사용한다.^11,12 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트는 저렴한 가격과 쉬운 합성법으로 광가교 시스템에 널리 사용되는 반응기지만 광가교 파장으로 주로 이용되는 365 nm 자외선 영역에서 낮은 광반응성으로 인해, 높은 광가교 효율을 위해선 높은 에너지 조사나 광개시제의 사용이 필요하다. 하지만, 높은 에너지 조사에 의해 불안정한 단량체 및 고분자 시스템, 잔존하는 개시제(혹은 광반응 후 생성물)가 특성을 저하시키는 응용분야에서는 그 적용이 적절치 못하였다. 이는 광반응기의 365 nm에서의 낮은 반응성에 기인한 문제로 반응기의 광반응성을 증가시킴으로 해결할 수 있다.
반응기의 광반응성을 높이기 위해 아크릴레이트의 흡수영역을 장파장 영역으로 이동시키고자 하였다. 이는 HOMO 및 LUMO 에너지 준위를 조절하여 HOMO-LUMO 에너지 갭을 낮춤으로 가능하다. 이중결합의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위는 Table 1과 같이 이중결합에 치환된 치환체의 종류에 따라 달라진다.¹³ 기준이 되는 에틸렌(CH₂=CH₂)에 비하여 전자주게 그룹(EDG)인 메톡시가 치환된 경우엔 HOMO 에너지 준위가 높아진다. 반면, LUMO 에너지 준위는 큰 변화가 없어 결과적으로 HOMO-LUMO 에너지 밴드 갭을 줄일수 있다. HOMO-LUMO 에너지 밴드 갭이 줄어들면 흡수파장은 장파장으로 이동된다. 반면, 전자받게 그룹(EWG)인 나이트로가 치환된 경우엔 HOMO 에너지 준위가 낮아져서 HOMO-LUMO 에너지 밴드 갭을 증가시킨다.
본 연구에서는 반응기의 광반응성을 향상시키기 위해 전자주게 그룹인 메톡시기가 치환된 알파-메톡시아크릴레이트(aMA)를 설계하고 합성하였다. 설계한 aMA의 광반응성은 일정량의 광에너지 조사 후 변화하는 FTIR 스펙트럼으로부터 계산하였고, 대조군인 메타아크릴레이트(MA) 반응기의 결과와 비교하였다.¹⁴ KBr 펠렛에 코팅 후 광조사 전후의 FTIR스펙트럼의 분석을 위해 알킬기로만 이루어진 1,6-헥산다이올(Hx)에 에스테르화 반응을 통해 Hx-aMA와 Hx-MA를 합성하여 광반응성을 조사하였다.