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KR101956832B1 - 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로 이루어진 광학 성형품 - Google Patents

폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로 이루어진 광학 성형품 Download PDF

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KR101956832B1
KR101956832B1 KR1020160038477A KR20160038477A KR101956832B1 KR 101956832 B1 KR101956832 B1 KR 101956832B1 KR 1020160038477 A KR1020160038477 A KR 1020160038477A KR 20160038477 A KR20160038477 A KR 20160038477A KR 101956832 B1 KR101956832 B1 KR 101956832B1
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황영영
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박정준
이기재
손영욱
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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로 이루어진 광학 성형품에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은 도광판에서 요구되는 투과율, 색조 균일성이 우수하고 가공성이 우수하여, 도광판의 재료로 유용하게 사용할 수 있다.

Description

폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로 이루어진 광학 성형품{Polycarbonate resin composition and optical product composed thereof}
본 발명은 투과율이 우수하고 색조 균일성이 우수하며, 가공성이 우수한 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로 이루어진 광학 성형품에 관한 것이다.
최근에는 액정 표시 장치가 박형화 및 대형화되면서 이에 사용되는 부품들의 두께도 점점 더 얇아지고 있다. 액정 표시 장치에는 LCD 뒤에서 빛을 내는 발광체 부분인 백라이트가 장착되어 있으며, 광원의 종류 위치에 따라 빛을 확산하거나 전달하는 도광판 또는 확산판이 사용된다. 도광판도 최근 추세에 따라 그 두께가 점점 얇아지고 있으며, 실제 사용되는 도광판의 일반적인 수준은 두께가 0.5 mm 내외이지만 가장 얇은 것은 0.3 mm 정도까지도 있고 앞으로 그 두께는 더욱 얇아지는 추세에 있다.
박형화 추세에 따라 기존에 주로 사용되었던 냉음극 형광램프(CCFL)을 대신하여, 백라이트의 모서리 부분에 LED를 장착한 에지형 백라이트 유닛의 사용이 증가하고 있다. 에지형 백라이트 유닛은 모서리 부분에 장착된 광원에서 시작된 빛이 도광판을 통하여 전달되게 되고, 판내를 투과한 빛의 일부가 판의 표면에 가해진 광산란층에 의하여 산란하여 면전체가 균일하게 발광하는 면광원으로 액정표시 장치를 밝혀주게 된다. 이러한 광산란층은 도광판 표면에 도트 패턴(dot pattern)을 전사 또는 인쇄하여 성형하게 되며, 최근에는 광효율을 높이기 위하여 미세 구조의 프리즘 구조를 전사하기도 한다.
도광판은 높은 광선 투과율이 필요하기 때문에, 도광판의 재료로 아크릴계 수지인 PMMA가 사용되는 것이 일반적이었다. 아크릴계 수지는 높은 광선 투과율을 가지지만, 기계적 강도가 부족하여 박형의 도광판에 적용하기에는 적절하지 않고, 내열성이 부족하여 전자 기기에서 발생하는 열에 취약한 단점이 있다.
이러한 아크릴계 수지를 대신하여 폴리카보네이트가 주목받고 있다. 폴리카보네이트는 아크릴계 수지에 비하여 기계적 강도가 우수하여 박형 도광판의 재료로 사용할 수 있으며, 내열성 및 난연성 또한 우수하여 발열량이 큰 LED 적용 백라이트 유닛 및 조명용 기구에서 아크릴계 수지를 점차적으로 대체해 나아가고 있다. 다만, 폴리카보네이트는 아크릴계 수지에 비하여 전광선 투과율이 낮기 때문에, 폴리카보네이트의 장점은 유지하면서도 아크릴계 수지에 상응하는 광성 투과율을 가지는 것이 요구되고 있다.
이와 관련하여, 일본특허 공개번호 2008-045131는, 아크릴계 수지 중 점도평균 분자량(Mv)가 20,000 내지 60,000인 PMMA를 Mv가 15,000 내지 40,000인 폴리카보네이트에 0.1 내지 0.3 phr 범위로 배합하여 우수한 광전도성을 제시한 바가 있다. 그러나, 여전히 내열성 등의 물성이 개선될 필요가 있다.
이에 본 발명자들은 도광판의 재료로 사용할 수 있는 물질을 연구하던 중, 이하 설명할 바와 같이 폴리카보네이트와 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체를 포함하는 수지 조성물이, 광선 투과도, 내열성 등이 우수하여 도광판의 재료로 사용할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 투과율이 우수하고 색조 균일성이 우수하며, 가공성이 우수한 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 폴리카보네이트 수지 조성물로 이루어진 광학 성형품을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리카보네이트 100 중량부; 및 하기 화학식 1로 표시되는 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체 0.05 내지 5 중량부를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112016030678555-pat00001
상기 화학식1에서,
n 및 m은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고,
n+m은 20 이상 100 미만이다.
폴리카보네이트
본 발명에서 사용하는 용어 '폴리카보네이트'란, 디페놀계 화합물, 포스겐, 탄산 에스테르 또는 이들의 조합을 반응시켜 제조되는 고분자를 의미한다. 폴리카보네이트는 내열성, 내충격성, 기계적 강도, 투명성 등이 매우 우수하여, 콤팩트디스크, 투명 쉬트, 포장재, 자동차 범퍼, 자외선 차단 필름 등의 제조에 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 본 발명에서는 도광층의 재료로 사용한다.
상기 디페놀계 화합물로는, 히드로퀴논, 레조시놀, 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판('비스페놀-A'라고도 한다), 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)에테르 등을 들 수 있다. 바람직하게는 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판을 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 폴리카보네이트의 구조는 하기 화학식 2와 같다:
[화학식 2]
Figure 112016030678555-pat00002
상기 화학식2에서 p는 1이상의 정수이다.
상기 폴리카보네이트는 2종 이상의 디페놀류로부터 제조된 공중합체의 혼합물일 수도 있다. 또한 상기 폴리카보네이트는 선형 폴리카보네이트, 분지형(branched) 폴리카보네이트, 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지 등을 사용할 수 있다.
상기 선형 폴리카보네이트로는 비스페놀-A로부터 제조되는 폴리카보네이트 등을 들 수 있다. 상기 분지형 폴리카보네이트로는 트리멜리틱 무수물, 트리멜리틱산 등과 같은 다관능성 방향족 화합물을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 상기 다관능성 방향족 화합물은 분지형 폴리카보네이트 총량에 대하여 0.05 내지 2몰%로 포함될 수 있다. 상기 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지로는 이관능성 카르복실산을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 상기 카보네이트로는 디페닐카보네이트 등과 같은 디아릴카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 폴리카보네이트는 중량 평균 분자량이 14,000 g/mol 내지 30,000 g/mol이다. 상기 범위에서 박막 제품 제조시 성형성 및 작업성이 우수하다. 본 명세서에서, 중량 평균 분자량을 측정하는 방법의 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 GPC법에 의해 측정한 폴리카보네이트(표준 물질 예: 비스페놀 A형 선형 PC) 환산의 중량 평균 분자량을 사용할 수 있다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리카보네이트 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치(GPC 측정 장비 예: Agilent 1200 series)와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 25℃의 온도, 테트라하이드로퓨란 용매 및 1 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체
한편, 상기 폴리카보네이트는 기계적 성질, 전기적 성질 및 내후성이 다른 종류의 수지에 비하여 상대적으로 우수하여, 그 자체로 도광판으로 사용할 수 있다. 그러나, 도광판에서 중요하게 고려되어야 하는 광선 투과율이 다소 낮기 때문에 이를 개선할 필요가 있다. 이에 본 발명에서는, 상기 폴리카보네이트와 함께 하기 화학식 1로 표시되는 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체를 함께 사용한다.
[화학식 1]
Figure 112016030678555-pat00003
상기 화학식1에서,
n 및 m은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고,
n+m은 20 이상 100 미만이다.
본 발명에서 사용하는 용어 '폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체'는 테트라하이드로퓨란과 프로필렌옥사이드를 랜덤하게 공중합하여 제조되는 고분자를 의미한다. 이러한 관점에서, 상기 화학식 1에서 대괄호 사이의 반복 단위들은 서로 랜덤하게 배열된 것으로 이해되어야 한다.
종래 폴리옥시알킬렌 글리콜을 첨가하여 도광판에서의 광선 투과율을 개선하고자 하는 시도가 있었다. 그러나, 폴리옥시프로필렌 글리콜의 경우, 폴리카보네이트와의 상용성은 높으나 내열성이 낮기 때문에 도광판 제조시 고온으로 인하여 오히려 광선 투과율이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜의 경우, 내열성은 높은 반면 폴리카보네이트와의 상용성이 나쁘기 때문에 광선 투과율의 개선이 어렵다.
그러나, 본 발명과 같이 각각의 반복 단위를 모두 포함하는 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체는 상기 각각의 폴리옥시알킬렌 글리콜의 단점을 서로 보완하기 때문에, 내열성과 광선 투과율을 모두 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 폴리옥시프로필렌 글리콜과 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜을 사용한 비교예에 비하여, 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체를 사용한 실시예의 내열성과 광선 투과율이 모두 현저히 개선됨을 확인할 수 있었다.
상기 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체는 상기 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.05 중량부 내지 5 중량부로 포함되며, 바람직하게는 0.3 중량부 내지 1.0 중량부로 포함된다. 0.05 중량부 미만에서는 내열성과 광선 투과율의 개선 정도가 미미하고, 5 중량부 초과에서는 폴리카보네이트의 특성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체는 중량 평균 분자량이 1,000 g/mol 내지 4,000 g/mol인 것이 바람직하다. 상기 범위에서, 효과적으로 도광판의 물성이 개선될 수 있다.
에폭시기 함유 비닐계 중합체
한편, 상기 폴리카보네이트는 기계적 성질, 전기적 성질 및 내후성이 다른 종류의 수지에 비하여 상대적으로 우수하여, 그 자체로 도광판으로 사용할 수 있다. 그러나, 도광판에서 중요하게 고려되어야 하는 고온 및 고습 조건에서의 장기 색조 안정성이 낮기 때문에 이를 개선할 필요가 있다. 이에 상기 폴리카보네이트와 함께 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체를 함께 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어 '(메타)아크릴'은 아크릴과 메타크릴을 의미한다. 즉, (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체를 포함한 폴리카보네이트 수지 조성물은 고온 및 고습 조건에서 장시간 방치된 이후에도 상대적으로 우수한 색조 안정성이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체는 상기 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.001 중량부 내지 5 중량부로 포함되며, 바람직하게는 0.015 중량부 내지 2.5 중량부로 포함된다. 0.001 중량부 미만에서는 장시간의 고온, 고습 조건에서 색조 안정성이 유지되는 정도가 미미하고, 5 중량부 초과에서는 폴리카보네이트의 특성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체는 중량 평균 분자량이 1,000 g/mol 내지 10,000 g/mol인 것이 바람직하다. 상기 범위에서, 효과적으로 도광판의 물성이 개선될 수 있다.
구체적으로, 상기 에폭시기 함유 비닐계 중합체는 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함할 수 있으며, 상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위에서 상기 에폭시 작용기는 (메타)아크릴레이트 반복단위의 분지쇄 말단에 결합할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트 반복단위는 비닐계 작용기 간의 중합을 통해 형성되는 주쇄 및 상기 주쇄로부터 가지 모양으로 뻗어 나온 분지쇄를 포함할 수 있으며, 상기 에폭시 작용기는 상기 (메타)아크릴레이트 반복단위의 분지쇄의 말단에서 결합을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위는 하기 화학식3로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식3]
Figure 112016030678555-pat00004
상기 화학식3에서,
R1, R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고, R4는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이며, x는 1 내지 20의 정수이다.
상기 알킬기는, 알케인(alkane)으로부터 유래한 1가의 작용기로, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, 헥실 등이 될 수 있다. 상기 알킬렌기는, 알케인(alkane)으로부터 유래한 2가의 작용기로, 예를 들어, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기, 이소부틸렌기, sec-부틸렌기, tert-부틸렌기, 펜틸렌기, 헥실렌기 등이 될 수 있다.
상기 알킬기 또는 알킬렌기는 치환 또는 비치환될 수 있으며, 상기 '치환'이란 알킬기 또는 알킬렌기에 포함된 수소 원자가 특정 작용기로 대체되는 것을 의미한다. 상기 치환 작용기의 예가 크게 한정되는 것은 아니며, 종래 널리 알려진 다양한 작용기 또는 원자단, 예를 들어, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 탄소수 2 내지 10의 알키닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 2 내지 12의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 12의 아릴알킬기, 할로겐 원자, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 니트로기, 아마이드기, 카보닐기, 히드록시기, 술포닐기, 카바메이트기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 에폭시기 함유 비닐계 중합체는 에폭시 당량(Epoxy equivalent weight)이 100 g/mol 내지 500 g/mol, 또는 200 g/mol 내지 400g/mol일 수 있다. 이처럼 상기 에폭시기 함유 비닐계 중합체에 특정 함량의 에폭시 작용기가 포함됨에 따라, 고온 및 고습 조건에서 장시간 방치된 이후에도 우수한 색조 안정성이 유지될 수 있다.
상기 에폭시기 함유 비닐계 중합체는 방향족 비닐계 반복단위 또는 (메타)아크릴계 반복단위를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 에폭시기 함유 비닐계 중합체는 예를 들어, 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위; 방향족 비닐계 반복단위; 및 (메타)아크릴계 반복단위로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반복단위를 포함하는 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 방향족 비닐계 반복단위는 방향족 비닐계 단량체로부터 유래한 반복단위를 의미하며, 구체적으로 방향족 비닐계 단량체 간의 중합을 통해 형성되는 중합체를 구성하는 반복단위를 의미한다. 상기 방향족 비닐 단량체는 동일 분자내에 1개의 비닐성 이중결합과 1개 이상의 벤젠핵을 갖는 화합물로서, 상기 방향족 비닐 단량체의 구체적인 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 2-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 4-에틸스티렌, t-부틸스티렌, 2,5-디메틸스티렌, 1,3-디메틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 4-메톡시스티렌, 4-에톡시스티렌, 4-프로폭시스티렌, 4-부톡시스티렌, 클로로스티렌, 디클로로스티렌, 트리클로로스티렌, 비닐톨루엔, 브로모스티렌, 디브로모스티렌, 트리브로모스티렌, 비닐나프탈렌, 이소프로페닐나프탈렌, 이소프로페닐비페닐, 디비닐벤젠, 알파-메틸스티렌비닐톨루엔과 등의 화합물을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 방향족 비닐계 하기 화학식4로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식4]
Figure 112016030678555-pat00005
상기 화학식4에서,
R5 내지 R8는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며, y는 1 내지 20의 정수이다. 상기 R8 작용기는 벤젠고리내에서 비닐계 작용기가 결합하고 있는 1번 탄소를 제외한 나머지 2번 내지 6번 탄소중 적어도 1이상에 결합할 수 있다. 상기 알킬기에 대한 내용은 상기 화학식 3에서 상술한 내용을 포함한다.
상기 (메타)아크릴계 반복단위는 (메타)아크릴계 단량체로부터 유래한 반복단위를 의미하며, 구체적으로 (메타)아크릴계 단량체 간의 중합을 통해 형성되는 중합체를 구성하는 반복단위를 의미한다. 상기 (메타)아크릴계 단량체는 (메타)아크릴 작용기를 포함한 화합물을 의미하며, 그 구체적인 예가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 (메타)아크릴레이트 화합물 또는 (메타)아크릴산 화합물을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 (메타)아크릴계 반복단위는 하기 화학식5로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식5]
Figure 112016030678555-pat00006
상기 화학식5에서,
R11 내지 R14는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며, z는 1 내지 20의 정수이다. 상기 알킬기에 대한 내용은 상기 화학식 3에서 상술한 내용을 포함한다.
폴리카보네이트 수지 조성물
본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은, 폴리카보네이트 100 중량부; 및 상기 화학식 1로 표시되는 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체 0.05 내지 5 중량부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은, 폴리카보네이트 100 중량부; 상기 화학식 1로 표시되는 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체 0.05 내지 5 중량부; 및 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체 0.001 내지 5 중량부를 포함한다.
또한, 필요에 따라 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 당업계에서 통상적으로 사용되는 산화 방지제, 열 안정제, 가소제, 대전 방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격 보강제, 형광 증백제, 자외선 흡수제로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트, 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체 및 필요에 따라 첨가제를 혼합하여 제조할 수 있으며, 또는 폴리카보네이트, 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체, 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체 및 필요에 따라 첨가제를 혼합하여 제조할 수 있고, 이하 설명할 바와 같이 광학 성형품을 제조하기 위하여 용융 혼련하여 펠렛으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 용융 혼련은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법, 예컨대 리본 블렌더, 헨셀 믹서, 밴버리 믹서, 드럼 텀블러, 단축 스크루압출기, 2축 스크루 압출기, 코니더, 다축 스크루 압출기 등을 사용하는 방법에 의해 실시할 수 있다. 상기 용융 혼련의 온도는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 바람직하게는 200 내지 300의 온도로 조절할 수 있다.
광학 성형품
또한, 본 발명은 상기 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는 광학 성형품을 제공한다. 바람직하게는, 상기 광학 성형품은 도광판이다.
본 발명에서 사용하는 용어 '도광판'은, 액정 표시 장치의 백라이트 유닛의 휘도와 균일한 조명 기능을 수행하는 부품을 의미한다. 도광판으로 빛이 투과하기 때문에 투명도, 즉 광선 투과율이 우수하여야 한다. 이에 더하여, 도광판의 성형 온도 및 작동 시 높은 온도가 요구되기 때문에 높은 내열성이 요구된다.
이에 본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은 도광판에서 요구되는 광선 투과율과 내열성이 우수하기 때문에 도광판으로 유용하게 사용할 수 있다.
도광판의 제조 방법은 당업계에서 통상적으로 사용하는 방법으로 제조될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 수지 조성물의 용융 혼련물 또는 펠릿을 원료로 하여 사출 성형법, 사출 압축 성형법, 압출 성형법, 진공 성형법, 블로우 성형법, 프레스 성형법, 압공 성형법, 발포 성형법, 열 굽힘 성형법, 압축 성형법, 캘린더 성형법 및 회전 성형법 등의 성형법을 적용하여, 도광판을 제조할 수 있다.
도광판의 두께는 사용 목적에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 도광판의 형상 또한 사용 목적에 따라 평판 또는 곡면의 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은, 도광판에서 요구되는 투과율, 색조 균일성이 우수하고 가공성이 우수하여, 도광판의 재료로 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
<사용 물질>
이하 실시예 및 비교예에서 하기의 물질을 사용하였다.
- 폴리카보네이트 수지(PC)
중량 평균 분자량이 16,000 g/mol이고, MFR(300 1.2kg)이 120 g/min인 비스페놀 A형 선형 폴리카보네이트를 사용하였다.
- 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체
중량 평균 분자량이 2,000 g/mol인 NOF Corporation사의 Polycerin DCB-2000, 또는 중량 평균 분자량이 4,000 g/mol인 NOF Corporation 사의 Polycerin DCB-4000을 사용하였다.
- 에폭시기 함유 비닐계 중합체
중량 평균 분자량이 6,800 g/mol인 BASF사의 Joncryl ADR-4370F(에폭시 당량 : 285 g/mol)을 사용하였다.
- 폴리옥시프로필렌 글리콜(PPG)
NOF Corporation사의 Uniol D-2000을 사용하였다.
- 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜(PTMG)
KPX Chemical사의 PTMG 2000을 사용하였다.
- 폴리옥시프로필렌 글리콜 디스테아레이트
NOF Corporation사의 NKL 9520을 사용하였다.
- 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시에틸렌 글리콜 랜덤 공중합체
중량 평균 분자량이 1,800 g/mol인 NOF Corporation사의 Polycerin DC-1800E를 사용하였다.
<실시예 및 비교예>
하기 표 1에 기재된 바와 같은 각 성분의 함량을 혼합한 후, 2축압출기(L/D=36, φ=45, 배럴온도 240)에 시간당 80 kg 속도로 펠렛을 제조하였다.
구분 PC Polycerin DCB-2000 Polycerin DCB-4000 Joncryl ADR-4370F PPG PTMG NKL 9520 Polycerin DC-1800E
실시예 1 100 0.3 - - - - - -
실시예 2 100 0.4 - - - - - -
실시예 3 100 0.8 - - - - - -
실시예 4 100 - 0.3 - - - - -
실시예 5 100 0.3 - 0.025 - - - -
실시예 6 100 0.3 - 0.05 - - - -
실시예 7 100 0.3 - 0.075 - - - -
실시예 8 100 - 0.3 0.05 - - - -
비교예 1 100 - - - 0.3 - - -
비교예 2 100 - - - - 0.3 - -
비교예 3 100 - - - - - 0.3 -
비교예 4 100 - - - - - - 0.3
상기 제조된 펠렛을 하기의 방법으로 물성을 측정하였다.
<실험예>
* 실험예 1 : 색조 내열성(ΔYI)
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 수지 펠렛을 JSW(주) N-20C 사출성형기를 사용하여 실린더 온도 320℃에서 체류 시간 없이 사출성형하여 시편(가로/세로/두께 = 60 mm/ 40 mm/ 3 mm)을 제조하고, ASTM D1925에 의거하여 Color-Eye 7000A(X-rite社)를 이용하여 YI(320℃) 값을 측정하였다.
또한, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 수지 펠렛을, JSW(주) N-20C 사출성형기를 사용하여 실린더 온도 250℃에서 체류 시간 없이 사출성형하여 시편(가로/세로/두께 = 60 mm/ 40 mm/ 3 mm)을 제조하고, ASTM D1925에 의거하여 Color-Eye 7000A(X-rite社)를 이용하여 YI(250℃) 값을 측정하였다.
그리고, 상기 YI(320℃) 값에서 YI(250℃) 값을 뺀 값을 색조내열성(ΔYI)으로 평가하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
* 실험예 2: 장광 투과율(T%) 및 장광 색조(YI)
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 수지 펠렛을 JSW(주) N-20C 사출성형기를 사용하여 실린더 온도 320℃에서 체류 시간 없이 사출성형하여 시편(가로/세로/두께 = 150 mm/80 mm/4 mm)을 제조하고, Spectrophotometer U-4100(Hitachi社)을 이용하여 시편의 가로방향을 따라 380 내지 780㎚의 빛을 조사하여 장광 투과율(T%) 및 장광 색조(YI)를 측정하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다. 상기 장광 색조는 JIS Z 8722에 의거하여 측정하였다.
실험예1 및 2의 측정결과
구분 색조내열성(ΔYI) 장광 색조(YI) 장광 투과율(T%)
실시예 1 0.16 5.31 84.63
실시예 2 0.11 5.13 84.90
실시예 3 0.11 5.06 85.04
실시예 4 0.17 5.69 84.21
실시예 5 0.13 5.21 84.74
실시예 6 0.12 5.15 84.85
실시예 7 0.14 5.26 84.69
실시예 8 0.14 5.27 84.68
비교예 1 0.31 6.21 83.11
비교예 2 0.28 6.85 82.18
비교예 3 0.41 8.54 81.56
비교예 4 0.29 7.18 83.21
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우 열에 의한 색조 변화의 폭(ΔYI )이 0.20 미만으로 낮게 나타나, 0.25 초과로 크게 색조가 변한 비교예에 비해 우수한 색조 내열성을 가짐을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 실시예의 경우 장광 색조값이 비교예에 비해 낮게 측정되어, 가시광선 영역대에서 상대적으로 균일하면서 안정적으로 색조를 구현할 수 있으며, 장광 투과율이 비교예에 비해 높아, 도광판에 적용시 우수한 광특성을 구현할 수 있음을 확인하였다.
* 실험예 3 : 장기 색조 안정성(ΔYI')
상기 실시예1, 4 내지 8에서 얻어진 각각의 수지 펠렛을 JSW(주) N-20C 사출성형기를 사용하여 실린더 온도 320℃에서 체류 시간 없이 사출성형하여 시편(가로/세로/두께 = 60 mm/ 40 mm/ 3 mm)을 제조하고, ASTM D1925에 의거하여 Color-Eye 7000A(X-rite社)를 이용하여 초기 YI'값을 측정하였다.
이후, IEC 60068-2-78 기준에 따라 시편을 85℃온도 및 85% 습도에서 방치하고, 1일;2일;3일;4일;5일;6일이 지난 시점마다 ASTM D1925에 의거하여 Color-Eye 7000A(X-rite社)를 이용하여 YI'값을 측정하였다.
그리고, 1일;2일;3일;4일;5일;6일이 지난 시점에서의 YI'값에서 초기 YI '값을 뺀 값을 장기 색조 안정성(ΔYI')으로 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실험예3의 측정결과
구분 1일 후 2일 후 3일 후 4일 후 5일 후 6일 후
실시예 1 0.13 0.09 0.21 0.34 0.46 0.58
실시예 4 0.14 0.10 0.23 0.37 0.50 0.64
실시예 5 0.09 0.05 0.10 0.14 0.19 0.25
실시예 6 0.08 0.03 0.06 0.09 0.13 0.16
실시예 7 0.09 0.06 0.12 0.19 0.24 0.30
실시예 8 0.09 0.06 0.11 0.17 0.23 0.28
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 경우 장시간 고온, 고습 조건에서 우수한 색조 안정성이 유지됨을 확인할 수 있었다. 특히, 에폭시기 함유 비닐계 중합체인 Joncryl ADR-4370F을 함유한 실시예 5 내지 8의 경우, 6일이 경과한 후에도 색조 변화값이 0.30이하로 낮게 나타나, 우수한 색조 안정성을 나타냄을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 폴리카보네이트 100 중량부;
    하기 화학식 1로 표시되는 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체 0.05 내지 5 중량부; 및
    상기 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여, 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체 0.001 중량부 내지 5 중량부를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112018108442259-pat00007

    상기 화학식1에서,
    n 및 m은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고,
    n+m은 20 이상 100 미만이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트의 중량 평균 분자량이 14,000 g/mol 내지 30,000 g/mol인, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물:
    [화학식 2]
    Figure 112016030678555-pat00008

    상기 화학식2에서 p는 1이상의 정수이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체의 중량 평균 분자량이 1,000 g/mol 내지 4,000 g/mol인, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리옥시테트라메틸렌-폴리옥시프로필렌 글리콜 랜덤 공중합체는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.3 중량부 내지 1.0 중량부로 포함되는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 작용기는 (메타)아크릴레이트 반복단위의 분지쇄 말단에 결합하는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위는 하기 화학식3으로 표시되는 반복단위를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물:
    [화학식3]
    Figure 112018108442259-pat00009

    상기 화학식3에서,
    R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이고, R4는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기이며, x는 1 내지 20의 정수이다.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비닐계 중합체는 방향족 비닐계 반복단위 또는 (메타)아크릴계 반복단위를 더 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방향족 비닐계 반복단위는 하기 화학식4로 표시되는 반복단위를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물:
    [화학식4]
    Figure 112016030678555-pat00010

    상기 화학식4에서,
    R5 내지 R8는 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며, y는 1 내지 20의 정수이다.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴계 반복단위는 하기 화학식5로 표시되는 반복단위를 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물:
    [화학식5]
    Figure 112016030678555-pat00011

    상기 화학식5에서,
    R11 내지 R14는 각각 독립적으로 수소; 또는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이며, z는 1 내지 20의 정수이다.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체는 중량 평균 분자량이 1,000 g/mol 내지 10,000 g/mol인, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트 반복단위를 포함한 비닐계 중합체는 에폭시 당량(Epoxy equivalent weight)이 100 g/mol 내지 500 g/mol인, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 산화 방지제, 열 안정제, 가소제, 대전 방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격 보강제, 형광 증백제, 자외선 흡수제로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  15. 제1항의 폴리카보네이트 수지 조성물을 포함하는, 광학 성형품.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광학 성형품이 도광판인 것을 특징으로 하는, 광학 성형품.
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