CN112654670B - 聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品 - Google Patents

聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种显示出优异的热稳定性和光学性能的聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品。所述聚碳酸酯树脂组合物包含：聚碳酸酯树脂；和作为选择性地吸收波长为420nm以下的紫外线A的受阻胺紫外线吸收剂的[[4‑(二甲基氨基)苯基]亚甲基]丙二酸二甲酯。

Description

聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模 制品
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月20日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2018-0096966的权益，该申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。
本发明涉及一种显示出优异的热稳定性和光学性能的聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品。
背景技术
聚碳酸酯由于优异的冲击强度、数值稳定性、耐热性、透明度等而应用在各种领域中，例如电气电子产品的外部材料、汽车零部件、建筑材料、光学部件等。
随着近来聚碳酸酯应用领域的扩展，需要开发保持聚碳酸酯的独特性能而且具有改善的热稳定性和光学性能的新型聚碳酸酯。
特别地，在应用于光学产品的情况下，重要的是即使在高温条件下也保持预期程度的光学性能(优异的屏蔽效应或透射率)而产品没有变形，因此需要开发同时改善热稳定性和光学性能的技术。
因此，尝试共聚合不同结构的芳香二醇，以将具有不同结构的单体引入聚碳酸酯主链中，或使用附加添加剂来获得所需性能。然而，大多数技术的局限性在于生产成本高，并且如果提高耐化学性或耐热性，则光学性能反而可能劣化；如果改善光学性能，则耐化学性或耐热性可能劣化等。
并且，需要根据应用的产品类别来控制聚碳酸酯的透明度，例如，当应用于光学产品(例如透镜)时，需要根据使用目的降低特定波长区域的透射率。
因此，仍然需要研究和开发新型聚碳酸酯，该聚碳酸酯不仅满足根据应用产品的预期光学性能(优异的屏蔽效应或特定波长光的低透射率等)，而且还具有优异的耐热性。
发明内容
技术问题
因此，本发明的一个目的是提供一种聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品，该聚碳酸酯树脂组合物显示出优异的热稳定性和光学性能，更具体地，抑制变色和控制420nm波长的光的透射率的优异性能。
技术方案
本发明提供一种聚碳酸酯树脂组合物，包含：
聚碳酸酯树脂；和
[[4-(二甲基氨基)苯基]亚甲基]丙二酸二甲酯，作为选择性地吸收波长为420nm以下的紫外线A(UVA)的受阻胺紫外线吸收剂。
本发明还提供一种包含上述聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品。
下文中，将说明根据本发明的具体实施方式的聚碳酸酯树脂组合物和包含该聚碳酸酯树脂组合物的光学模制品。
首先，本说明书中的技术术语仅用于提及具体的实施方式，并且它们不意在限制本发明。
单数表达包括其复数表达，除非明确说明或根据上下文显而易见并非如此。
如本文所用，术语“包含”意在表示存在实际的特征、数量、步骤、构件或其组合，并且不意在排除存在或添加一个或多个其它特征、数量、步骤、构件或其组合的可能性。
并且，如本文所用，包括诸如“第一”和“第二”序数的术语仅用于将一个构件与其它构件区分开，并且本发明不限于这些序数。例如，在本发明的权利范围内，第一构件可以被命名为第二构件，并且类似地，第二构件可以被命名为第一构件。
根据本发明的一个实施方式，提供一种聚碳酸酯树脂组合物，该聚碳酸酯树脂组合物包含：聚碳酸酯树脂；和[[4-(二甲基氨基)苯基]亚甲基]丙二酸二甲酯，其作为选择性地吸收波长为420nm以下的UVA的受阻胺紫外线吸收剂。具体的受阻胺紫外线吸收剂可以具有由下面化学式A表示的结构：
[化学式A]
Figure BDA0002897695050000031
在聚碳酸酯树脂的情况下，根据应用的产品类别，需要控制聚碳酸酯的透明度，例如，当应用于光学产品(例如透镜)等时，需要根据使用目的控制或降低特定波长区域的透射率。然而，在仅为了提高屏蔽效应而使用添加剂的情况下，在高温条件下耐热性显著降低，因此在制备过程中聚合物发生改性或变色。
因此，本发明人持续研究了聚碳酸酯树脂组合物，特别是可以用于光学产品的各种添加剂，例如，紫外线吸收剂。结果发现在各种紫外线吸收剂中，例如，通过使用由化学式A表示的特定紫外线吸收剂，可以获得优异的性能，并且完成了本发明。
特别地，通过组合使用特定的紫外线吸收剂和聚碳酸酯树脂，可以非常有效地控制和降低420nm特定波长的紫外线透射率，同时可以抑制高温下的变色或改性，从而获得优异的耐热性。
因此，在使用一个实施方式的聚碳酸酯树脂组合物制备产品的情况下，即使在高温注射成型条件下，聚合物的改性或变色程度也显著低。而且，产品即使在高温环境下实际使用也可以显示出优异的性能而没有变形。特别地，在用作诸如透镜的光学模制品的情况下，可以在特定波长的紫外线区域中显示出优异的屏蔽效应，因此，可以应用于诸如通用用途、工业用途、运动用途、特殊用途等的广泛范围中。
下面，将详细说明一个实施方式的聚碳酸酯树脂组合物的每个组分。
聚碳酸酯树脂
如本文所使用的，术语“聚碳酸酯”是指通过使双酚类化合物、光气和碳酸酯或其组合反应制备的聚合物。由于聚碳酸酯树脂具有非常优异的耐热性、抗冲击性、机械强度和/或透明度，因此它被广泛用于制备光盘、透明片材、包装材料、汽车保险杠、紫外线屏蔽膜、光学透镜等。
作为双酚类化合物，可以提到对苯二酚、间苯二酚、4,4'-二羟基联苯、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(又名“双酚-A”)、2,4-双(4-羟基苯基)-2-甲基丁烷、双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、2,2-双(3-氯-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3,5-二氯-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3,5-二溴-4-羟基苯基)丙烷、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)酮、双(4-羟基苯基)醚等。优选地，可以使用4,4'-二羟基联苯、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷，并且在这种情况下，聚碳酸酯树脂可以包含由下面化学式1表示的重复单元：
[化学式1]
Figure BDA0002897695050000041
在化学式1中，a是等于或大于1的整数。
聚碳酸酯树脂可以是共聚物或者由两种以上的双酚制备的混合物的形式。并且，聚碳酸酯树脂可以是直链聚碳酸酯、支链聚碳酸酯或聚酯-碳酸酯共聚物树脂等形式。
作为直链聚碳酸酯，可以提到由双酚A等制备的聚碳酸酯。作为支链聚碳酸酯，可以提到通过使诸如偏苯三酸酐、偏苯三酸等多官能芳香族化合物与双酚和碳酸酯反应制备的支链聚碳酸酯。基于支链聚碳酸酯的总量，多官能芳香族化合物的含量可以为0.05mol％至2mol％。
作为聚酯碳酸酯共聚物树脂，可以提到通过使双官能羧酸与双酚和碳酸酯反应制备的聚酯碳酸酯共聚物树脂。作为碳酸酯，可以使用诸如碳酸二苯酯的碳酸二芳基酯、碳酸乙烯酯等。
在一个实施方式的聚碳酸酯组合物中，根据ASTM D1238，聚碳酸酯树脂可以具有5g/10min至15g/10min的熔体流动速率(MFR)。在使用具有上述范围的熔体流动速率的聚碳酸酯树脂的情况下，当与上述其它组分结合应用于产品时，可以获得优异的性能，并且一个实施方式的聚碳酸酯树脂组合物可以显示出优异的加工性能。
熔体流动速率可以根据ASTM D1238，在300℃、1.2kg负载下测量。
如果熔体流动速率小于5g/min，加工性能会劣化，因此生产率会劣化；如果超过15g/min，在相应的工艺条件下，树脂流动可能会过大，因此在成型产品中会产生表面缺陷。并且，更适当地，熔体流动速率可以是6g/10min至13g/10min，或者7g/10min至10g/10min，在这种情况下，一个实施方式的树脂组合物可以显示出更优异的加工性能和机械性能等。
并且，聚碳酸酯树脂的重均分子量可以为10,000g/mol至60,000g/mol，或者47,000g/mol至60,000g/mol，或50,000g/mol至60,000g/mol，或50,000g/mol至58,000g/mol。根据ASTM D5296，可以使用聚苯乙烯作为标准物质测量树脂的重均分子量。当聚碳酸酯树脂满足上述重均分子量范围时，一个实施方式的树脂组合物和包含该树脂组合物的光学模制品可以显示出优异的机械性能和光学性能。
上述聚碳酸酯树脂是一个实施方式的树脂组合物的主要组分，其在全部的树脂组合物中的含量可以为80重量％至99.99重量％、或90重量％至99.9重量％或95重量％至99.5重量％。因此，一个实施方式的树脂组合物可以显示出聚碳酸酯树脂的耐热性、抗冲击性、机械性能和/或透明度特性。
UV吸收剂
一个实施方式的树脂组合物包含选择性地吸收波长为420nm以下的紫外线A的受阻胺紫外线吸收剂，特别是由下面化学式A表示的[[4-(二甲基氨基)苯基]亚甲基]丙二酸二甲酯，以及上述聚碳酸酯树脂。
[化学式A]
Figure BDA0002897695050000051
作为本发明人连续实验的结果，证实通过包含显示出紫外线A吸收性能的各种紫外线吸收剂中特定的紫外线吸收剂，一个实施方式的聚碳酸酯树脂组合物可以非常有效地控制和降低特定波长为420nm的紫外线的透射率，并且可以抑制高温下的变色或改性，从而表现出优异的耐热性。
所述特定的紫外线吸收剂是产品名称为X-GUARD EV-290等的商业上已知的成分，并且这种紫外线吸收剂可以商业获得，或者可以通过具有本领域普通知识的人熟知的方法合成。
紫外线吸收剂在全部的树脂组合物中的含量可以为0.01重量％至0.5重量％或0.015重量％至0.1重量％或0.015重量％至0.05重量％。因此，一个实施方式的树脂组合物可以显示出控制420nm波长光的透射率的优异性能以及高温下的低变色性，同时不会妨碍聚碳酸酯树脂的优异的机械性能等。
同时，除了上述的聚碳酸酯树脂和紫外线吸收剂之外，一个实施方式的树脂组合物根据需要还可以包含选自本领域中商用的抗氧化剂、热稳定剂、扩链剂、成核剂、阻燃剂、润滑剂、冲击改性剂和荧光增白剂中的一种或多种添加剂。
同时，一个实施方式的树脂组合物根据ASTM D1003可以显示出30％以下、或5％至30％、或10％至30％、或20％至30％的420nm波长的紫外线的透射率。例如，这种透射率可以通过在将一个实施方式的树脂组合物注射成型为3mm的厚度、30*50mm平面尺度的矩形试样(3T注塑试样)后，使用Hunter Lab装置，在350至1050nm的透射条件下测量420nm的透射率来测量和计算。
当一个实施方式的树脂组合物满足上述透射率范围时，可以有效地屏蔽波长为420nm以下的紫外线，并且适当地控制和减少透射，因此，可以应用于例如通用用途、工业用途、运动用途、特殊用途等的各种光学模制品。
并且，一个实施方式的树脂组合物可以具有0.5以下，或0.1至0.4，或0.2至0.35的由下面通式1表示的黄色指数变化值：
[通式1]
ΔYI＝YI(340℃)-YI(285℃)
YI(X℃)表示根据ASTM D1925在相应温度X℃下测量的黄色指数值，从285℃至340℃的升温时间为20分钟。
在测量黄色指数变化值时，首先可以测量285℃的黄色指数变化值(YI(285℃))。例如，这种YI(285℃)可以在将一个实施方式的树脂组合物注射成型为3mm的厚度、30*50mm平面尺度的矩形试样(3T注塑试样)后，根据ASTM D1925，使用Hunter Lab装置，在350至1050nm的透射条件下测量。此后，将一个实施方式的组合物的温度经20分钟从285℃升高到340℃，然后，通过与YI(285℃)相同的方法测量YI(340℃)，并且根据测量值，可以测量/计算黄色指数变化值。
当一个实施方式的树脂组合物满足上述黄色指数变化值的范围时，一个实施方式的组合物可以显示出更优异的耐热性和耐热变色性，并且即使在高温下也保持优异的光学性能。因此，在用一个实施方式的树脂组合物制备光学模制品的情况下，即使在高温注射成型条件下，聚合物的变色或改性程度也可以保持较小。而且，即使在高温环境下实际使用该光学模制品也可以显示出优异的性能而不变形。
并且，一个实施方式的树脂组合物在20℃下测量的黄色指数(YI)可以为5至10或7至9。这种黄色指数除测量温度外可以通过与YI(285℃)等相同的方法测量。当一个实施方式的树脂组合物即使在室温下也满足上述黄色指数范围时，其可以显示出适合于光学模制品的优异的光学性能。
如下面实施例和比较例中证明的，作为本发明人的实验结果，确认上述性能，例如，透射率范围、黄色指数变化值和黄色指数可以通过一个实施方式的包含聚碳酸酯树脂和特定紫外线吸收剂的树脂组合物首次获得。因此，一个实施方式的组合物和包含该组合物的光学模制品可以通过满足上述性能实现耐热性和优异的光学性能(420nm的屏蔽效应)，因此，可以极佳地应用于各种领域中的光学制品如透镜。
因此，根据本发明的另一实施方式，提供包含一个实施方式的树脂组合物的光学模制品。优选地，所述光学模制品为透镜，并且适于使用在照明透镜或玻璃透镜中。
这种光学模制品除使用一个实施方式的组合物之外，可以通过本领域常用的方法制备。例如，可以将上述组分混合来获得一个实施方式的树脂组合物，然后将其熔融捏合来制备粒料，并且可以将试样注射成型为目标形状。
熔融捏合可以通过本领域常用的方法进行，例如，使用带式混合器、亨舍尔混合器、班布里混合器、筒式转鼓器(drum tumbler)、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、复合捏合机(co-kneader)、多螺杆挤出机等。可以根据需要适当控制熔融捏合的温度。
接着，使用一个实施方式的树脂组合物的熔融捏合物或粒料作为原料，可以应用注射成型、注射压缩成型、挤出成型、真空成型、吹塑成型、模压成型、加压空气成型、发泡、热弯曲、压缩成型、压延和旋转成型等。
在使用挤出成型的情况下，应用200℃至400℃的高温条件，但是由于一个实施方式的树脂组合物具有优异的耐热性，因此在熔融捏合或注射过程中几乎不发生聚合物改性或黄变。
模制品的尺寸、厚度等可以根据使用目的适当地控制，光导板的形状可以根据使用目的是平坦的或弯曲的。
有益效果
根据本发明，提供一种显示出优异的热稳定性(耐热性)、耐热变色性和光学性能的聚碳酸酯树脂组合物和光学模制品。
具体实施方式
下文中，为了更好地理解本发明提供优选的实施例。然而，提供这些实施例仅作为本发明的说明，并且本发明不因此受到限制。
实施例和比较例：聚碳酸酯树脂组合物的制备
实施例1和实施例2，比较例1至比较例7
基于100重量份的聚碳酸酯树脂组合物，以下面表1描述的含量混合每种添加剂，制备聚碳酸酯树脂组合物。
【表1】
Figure BDA0002897695050000081
表1中使用的每个组分的详细信息如下：
PC树脂：MFR(300℃，1.2kg)为8g/10min，Mw 32,000，LG化学，双酚A型直链聚碳酸酯；
PET树脂：由Hitach Chemical制造的Mw 32,000的ESPEL 9940E-37；
抗氧化剂：由ADEKA公司制造的PEP36；
EV 290：由Chempia Co.,Ltd制造的X-GUARD EV-290(紫外线吸收剂)；
Uvinul 3049：由BASF公司制造的Uvinul 3049(紫外线吸收剂)；
T326：由BASF公司制造的T326(紫外线吸收剂)；
T360：由BASF公司制造的T360(紫外线吸收剂)
LA-F70：由ADEKA公司制造的LA-F70(紫外线吸收剂)
UNINUL A PLUS：由BASF公司制造的UNINUL A PLUS(紫外线吸收剂)
扩链剂：由BASF公司制造的ADR4370F(4468)
润滑油：由NOF公司制造的PETS
实验例
对于根据实施例和比较例制备的树脂组合物，在双螺杆挤出机(L/D＝36，Φ＝45，料筒温度240℃)中以每小时55kg的速度制备粒料样品，制备的试样的性能如下测量。这种用于测量性能的试样是厚度为3mm，平面尺度为30*50mm的矩形试样(3T注塑试样)。
(1)透过率(％)
根据ASTM D 1003，使用Hunter Lab装置，在350nm至1050nm的透射条件下测量420nm的透射率，将结果示于下面表2中。
(3)黄色指数和黄色指数变化值(ΔYI)
根据ASTM D 1925，使用Hunter Lab装置，在350nm至1050nm的透射条件下测量黄色指数。首先，将在20℃下测量的黄色指数示于下面表2中。
并且，测量285℃的黄色指数(YI(285℃))，然后，将每个试样的温度经20分钟从285℃升高至340℃，然后通过与YI(285℃)相同的方法测量YI(340℃)。由测量值计算根据下面通式1的黄色指数变化值，并将结果示于下面表2中。
[通式1]
ΔYI＝YI(340℃)-YI(285℃)
【表2】
420nm的透射率(％) YI(20℃) ΔYI
实施例1 26 8 0.32
实施例2 30 8 0.31
比较例1 43 17 0.24
比较例2 48 3 0.21
比较例3 49 4 0.22
比较例4 29 22 3.5
比较例5 45 10 0.37
比较例6 26 8 4.7
比较例7 30 8 4.9
如表2所示，证实实施例1和实施例2显示出优异的耐热性及光学性能。
相反，证实在比较实例的情况下，在高温条件下，耐热性下降，黄色指数变化值显著升高，或者420nm的透射率升高，因此，它们不适于使用在光学模制品，特别是透镜中。

Claims (8)

1.一种聚碳酸酯树脂组合物，包含：
聚碳酸酯树脂；和
[[4-(二甲基氨基)苯基]亚甲基]丙二酸二甲酯，其作为选择性地吸收波长为420nm以下的紫外线A的受阻胺紫外线吸收剂，
其中，所述受阻胺紫外线吸收剂的含量为0.01重量％至0.5重量％，并且
其中，所述聚碳酸酯树脂的重均分子量为10,000g/mol至60,000g/mol。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯树脂组合物，其中，所述聚碳酸酯树脂包含由下面化学式1表示的重复单元：
[化学式1]
Figure FDA0004030533580000011
在化学式1中，a是等于或大于1的整数。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯树脂组合物，其中，所述聚碳酸酯树脂的含量为80重量％至99.99重量％。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯树脂组合物，其中，还包含选自抗氧化剂、热稳定剂、扩链剂、成核剂、阻燃剂、润滑剂、冲击改性剂和荧光增白剂中的一种或多种添加剂。
5.根据权利要求1所述的聚碳酸酯树脂组合物，其中，根据ASTM D1003，420nm波长的紫外线的透射率为30％以下，和
由下面通式1表示的黄色指数变化值(ΔYI)为0.5以下：
[通式1]
ΔYI＝YI(340℃)-YI(285℃)
YI(X℃)表示根据ASTM D1925在相应温度X℃下测量得的黄色指数值，从285℃至340℃的升温时间为20分钟。
6.根据权利要求5所述的聚碳酸酯树脂组合物，其中，在20℃下测量的黄色指数值(YI)为5至10。
7.一种光学模制品，包含权利要求1或权利要求6所述的聚碳酸酯树脂组合物。
8.根据权利要求7所述的光学模制品，其中，所述光学模制品是透镜。
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