JP5243597B2 - 導光板材料用ポリウレタンシート及びその製造方法並びに使用 - Google Patents

Description

本発明は導光板材料用ポリウレタンシート及びその製造方法並びに使用に関し、詳しくは透光性を維持しつつ、高温での寸法安定性に優れ、かつ可撓性に優れた導光板材料用ポリウレタンシート及びその製造方法並びに使用に関する。

従来、ＬＥＤバックライト用途の導光板のようなフィルム材料としては、主に光透過率に優れるＰＭＭＡ樹脂が採用されているが、薄加工が困難であり、柔軟性が劣ると共に脆いなどの欠点があるため、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリウレタンなどが用いられ始めている。

しかし、ポリカーボネートやポリエステルは硬度が高いため、柔軟性（可撓性）を求められる用途、例えばテンキーバックライトなどでは、クリック感などの性能がやや劣る欠点がある。

なお、「テンキーバックライト」とは、携帯電話のテンキー部分やノートパソコン等のテンキーの下に敷設し、テンキーを光らせる役割をする部品である。また、「クリック感」とは、テンキーなどの操作ボタンを押したときに指に伝わる、ボタンが凹む感触のことであり、クリック感が得られると、操作者は操作したことを実感しやすくなる。テンキーバックライトの材料が軟らかいと、ボタン部分の凹みに追従するのでクリック感が得られるが、硬いとボタン部分の凹みが伝わりにくくなり、クリック感が得られにくくなるので、「クリック感が劣る」と評価される。

この欠点は、薄くすることで改善できるものの、薄くなりすぎると、１．加工が難しい、２．入光量が減り機能が落ちるなどの問題がある。

一方、ポリウレタンはポリカーボネートやポリエステルに比べ硬度が低いため、ある程度の厚みがあっても柔軟性を保持できる。この場合、光学特性を得るために、脂肪族や脂環族のジイソシアネートを原料とした無黄変、難黄変タイプを用いるのが一般的であるが、熱による収縮（縮み）が起きてしまうため、８０℃以上の高温での寸法安定性が劣る。

特許文献１は、ジオールと３官能以上のポリオールを含むポリオール成分と、ジイソシアネートと３官能以上のポリイソシアネートを含むポリイソシアネート成分とからなる反応原料を混合、反応させて、ガラスやプラスチックの表面にポリウレタン保護層を形成すると、その保護膜は高度の耐摩擦性と耐汚染性に優れることを開示している。

しかし、この技術では、透光性を維持しつつ、高温での寸法安定性に優れ、かつ可撓性に優れた導光板材料用ポリウレタンシートを得ることができない問題があった。

本発明者は、この原因について、検討したところ、ポリオール成分の特定と、ポリイソシアネート成分の特定が重要であり、更に、特許文献１が開示するような有機金属系触媒や第３級アミン化合物系触媒を用いただけでは問題が解決されず、架橋剤の選定が極めて重要であり、これらの３者が有機的に結合されてはじめて上記問題が解決でき、透光性を維持しつつ、高温での寸法安定性に優れ、かつ可撓性に優れた導光板材料用ポリウレタンシートを得ることができることを見出し、本発明に至った。

特開平１−０５６７１７号公報

本発明の課題は、透光性を維持しつつ、高温での寸法安定性に優れ、かつ可撓性に優れた導光板材料用ポリウレタンシート及びその製造方法並びにその使用を提供することにある。

また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、ポリプロピレングリコールエーテル（ＭＷ（平均分子量）：５００〜１５００）と脂環式ジイソシアネートとからなるプレポリマーに、架橋剤としてポリカプロラクトントリオール（ＭＷ：３５０〜８００）を配合し、シート状に形成されたことを特徴とする導光板材料用ポリウレタンシートである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の導光板材料用ポリウレタンシートをテンキーバックライトとして使用することを特徴とする導光板材料用ポリウレタンシートの使用である。

請求項３記載の発明は、ポリプロピレングリコールエーテル（ＭＷ：５００〜１５００）に脂環式ジイソシアネートを加えてウレタンプレポリマーを製造し、該ウレタンプレポリマーに、架橋剤としてポリカプロラクトントリオール（ＭＷ：３５０〜８００）を配合し、シート状に形成することを特徴とする導光板材料用ポリウレタンシートの製造方法である。

請求項４記載の発明は、導光板材料用ポリウレタンシートがテンキーバックライトに用いられることを特徴とする請求項３記載の導光板材料用ポリウレタンシートの製造方法である。

本発明によると、透光性を維持しつつ、高温での寸法安定性に優れ、かつ可撓性に優れた導光板材料用ポリウレタンシート及びその製造方法並びにその使用を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の導光板材料用ポリウレタンシートは、ポリプロピレングリコールエーテル（ＭＷ：５００〜１５００）と脂環式ジイソシアネートとからなるプレポリマーに、架橋剤としてポリカプロラクトントリオール（ＭＷ：３５０〜８００）を配合して、シート状に形成されたものである。

ここで、平均分子量ＭＷの測定方法は、水酸基価より算出される。

本発明において、ＮＣＯ／ＯＨモル比が０．９５〜１．２０になるように、ポリカプロラクトントリオール、ウレタンプレポリマーが配合される。

本発明において上記プレポリマーの成分配合比は、ポリプロピレングリコールエーテル１００重量部に対し、脂環式ジイソシアネートは８０〜１５０重量部の範囲で配合され、好ましくは、１００〜１４０重量部の範囲である。

本発明に用いられるポリプロピレングリコールエーテルとしては、平均分子量が５００〜１５００の範囲のものが選択使用され、好ましくは、平均分子量が８００〜１２００の範囲のものが選択使用される。

ポリプロピレングリコールエーテルの分子量が上記範囲より大きすぎると透明性に劣り、小さすぎると柔軟性に劣る。

本発明に用いられる脂環式ジイソシアネートとしては、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどの脂環族ジイソシアネートが挙げられ、好ましくは、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネートである。

本発明において芳香族系ジイソシアネートを選択せず、脂環族ジイソシアネートを選択したのは、黄変せず、透明性をより長時間保つことができるからである。

また、本発明で架橋剤として用いられるポリカプロラクトントリオールとしては、平均分子量が３５０〜８００の範囲のものが選択使用され、好ましくは平均分子量が３５０〜５００の範囲のものが選択使用され、さらに好ましくは３５０〜４００の範囲のものが選択使用される。

平均分子量が３５０〜８００の範囲のポリカプロラクトントリオールを選択使用すると、高温での寸法安定性（耐熱性）及び樹脂粘度に基づく優れた製膜性を得ることができる。

平均分子量が３５０未満であると、可撓性に劣るため、本発明のように柔軟性を求められる導光板には適さない。

また、本発明において、ポリカプロラクトントリオールに予め触媒を加えて、混合したマスターバッチを架橋剤とすることも好ましい。

本発明の導光板材料用ポリウレタンシートは、その用途によって様々な厚みにすることが可能であるが、テンキーバックライト、タッチパネル等の用途を考慮すると、好ましくは厚みが０．０５〜０．３ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは０．１〜０．２ｍｍの範囲である。

本発明において、平均分子量が３５０〜８００の範囲のポリカプロラクトントリオールを選定することで、上記のように肉薄でありながら、耐熱性を有し、且つ入光量が減少することがないので、良好な機能を有する肉薄の導光板材料用ポリウレタンシートを得ることができる。

本発明においては、上記特定分子量をもつポリカプロラクトントリオールではなくエーテル系トリオールを用いた場合には、本発明の耐熱性及び樹脂粘度に基づく優れた製膜性を得ることができない。

本発明において、上記特定のポリオール成分と特定のポリイソシアネート成分からなるプレポリマーに、上記特定の架橋剤を配合することで、これらの２者（プレポリマーと架橋剤）間で枝分かれして重合していく、いわゆる三次元的なウレタン化反応による重合が起こり、有機的に結合されるため、本発明の高温での寸法安定性に優れ、かつ可撓性に優れた導光板材料用ポリウレタンシートを得ることができる。

本発明においては、触媒としてジｎ−ブチルチンジラウレートやジオクチルチンジラウレートなどの金属錯体、帯電防止剤として、アミド系やイミド系などの金属塩化合物、フェノール系やベンゾフェノン系などのＵＶ吸収剤等の添加剤を、本発明の効果を損なわない範囲で配合してもよい。

本発明の導光板材料用ポリウレタンシートを構成するポリウレタンエラストマーは、硬さ（ＪＩＳ−Ａ；デュロＡ）が７０〜９７の範囲であり、２５℃の応力−伸び曲線で降伏点がなく、分光透過率８５％以上をもつ透明無黄変タイプ熱硬化性ポリウレタンエラストマーである。

硬さが７０未満であると、柔軟になりすぎて取り扱いが難しく、耐熱性も悪化し、硬さが９７より大きいと、２５℃の応力−伸び曲線で降伏点が発生し、柔軟性が乏しい。

本発明において、応力−伸びの測定は、本発明の配合で２ｍｍ厚のシートを成形し、ＪＩＳ Ｋ６２５１のダンベル状５号形を作成して、５０ｍｍ／ｍｉｎの速度でこれを引張することによって測定される。

また、本発明の導光板材料用ポリウレタンシートは、可撓性に優れるため、動きの要求される部分にも光学的特性を持たせることが可能であり、テンキーなどでは良好なクリック感を得ることができる。

さらにシリコンなどに比べて比較的安価であり、高温での寸法変化が小さく、８５℃まで使用可能であり、耐打鍵性を有する。

また、本発明における耐打鍵性とは、触子Ｒ φ２．０ｍｍ（ウレタン）、４００ｇで２００万回の条件で打鍵試験を実施して、凹凸があっても破損がない場合を、耐打鍵性を有するとする。

本発明の導光板材料用ポリウレタンシートは、その特性から、特にテンキーバックライトに用いられることが好ましく、より好ましくは携帯電話のテンキーバックライトに用いられることが好ましい。

本発明の導光板材料用ポリウレタンシートの成形方法としては、特に限定されず、圧縮成形、射出成形、トランスファー成形あるいは押出成形など、導光板用シートを成形できるいずれの方法を用いることも可能である。

以下、実施例により本発明の効果を例証する。

実施例１
＜ポリウレタンシートの作成＞
ポリプロピレングリコールエーテル（ＭＷ：平均分子量１０００）１００重量部を８０℃に加温した後、８０℃に予熱した反応器に仕込み、攪拌しながら水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート１３７重量部を加えて、４時間反応させ、ウレタンプレポリマーを得た。このウレタンプレポリマーは、一度冷却して２５℃にもどした。

また、平均分子量３７５のポリカプロラクトントリオールに触媒ジ−ｎ−ブチルスズジラウレートを８００ｐｐｍ加え、混合し、架橋剤とした。

前述のウレタンプレポリマーと架橋剤をＮＣＯ／ＯＨ＝１．０７になるように室温で１分間混合し、５分間脱泡した後、それらをポリプロピレンシートの上に流し、ドクターブレードで、０．２ｍｍになるよう調製した。

そのシートを９０℃で１０分間加熱して半硬化させ、その後８０℃×６時間で完全に硬化させた。

得られた成形シートから、ポリプロピレンシートを剥がし、本発明の導光板材料用ポリウレタンシートを作成した。

このポリウレタンシートの物性を、下記評価方法により評価した。

＜評価方法＞
１．分光透過率（透光性の評価）
ＵＶ（紫外線）−ＶＩＳ（可視光線）スペクトルにて、波長４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍにおける透過率が、９０％以上を「○」、８５％以上９０％未満を「△」、８５％未満を「×」として評価した結果を表１に示す。

２．８５℃寸法変化（高温での寸法安定性の評価）
作成したポリウレタンシートを、０．２ｍｍ厚、５０ｍｍ×５０ｍｍ試験片とし、８５℃における寸法変化が５０ｍｍ±０．２ｍｍ以下であれば「○」とし、５０ｍｍ±０．２ｍｍ以上の場合には「×」として評価した結果を表１に示す。

３．可撓性
ＪＩＳ５号ダンベル形状にて、応力−伸び曲線（２５℃、５０ｍｍ／ｍｉｎ）において降伏点があるかどうかについて、ない場合を「○」、ある場合を「×」として評価した結果を表１に示す。

４．打鍵性
触子Ｒ φ２．０ｍｍ（ウレタン）、４００ｇで２００万回の条件で打鍵試験を実施し、凹凸及び破損がなければ「○」、凹凸があるが破損がなく、実用上問題ない場合を「△」、破損した場合を「×」として評価した結果を表１に示す。

比較例１
実施例１のポリカプロラクトントリオールの平均分子量を３００にして、同様にポリウレタンシートを作成し、実施例１と同様に評価した結果を表１に示す。

比較例２
熱可塑性無黄変ポリウレタンペレットを、型を用いてホットプレスで１９０℃、２０ＭＰａの条件下で、５分間プレスし、０．２ｍｍ厚のシートを成形し、２５℃×３５０ｈｒｓアニーリングしたものを、実施例１と同様に評価した結果を表１に示す。

比較例３
０．２ｍｍ厚の平滑透明ポリエチレンテレフタレートのシートを比較例３とし、実施例１と同様に評価した結果を表１に示す。

表１より、本発明の導光板材料用ポリウレタンシートは、分光透過率が８５％、８５℃で寸法変化をほぼ起こさず（耐熱性に優れ）、さらに可撓性に優れていることがわかる。さらに耐打鍵性試験においては、破損を起こしていないため、テンキーバックライト用導光板としての十分な機能を得ていることがわかる。

比較例１は、ポリカプロラクトントリオールの平均分子量が小さいため、可撓性に劣り、本発明の導光板材料としては使用できないことがわかる。

比較例２は、本発明の熱硬化性のものではなく、熱可塑性無黄変ポリウレタンペレットを用いているため、耐熱性に劣り（８５℃において寸法変化を起こしている）、さらに耐打鍵性試験においては、シートが破損し、テンキーバックライト用導光板としての強度が得られていないことがわかる。

比較例３は、平滑透明ポリエチレンテレフタレートのシートを用いているため、可撓性に劣っている。

Claims (4)

1. ポリプロピレングリコールエーテル（ＭＷ（平均分子量）：５００〜１５００）と脂環式ジイソシアネートとからなるプレポリマーに、架橋剤としてポリカプロラクトントリオール（ＭＷ：３５０〜８００）を配合し、シート状に形成されたことを特徴とする導光板材料用ポリウレタンシート。
2. 請求項１記載の導光板材料用ポリウレタンシートをテンキーバックライトとして使用することを特徴とする導光板材料用ポリウレタンシートの使用。
3. ポリプロピレングリコールエーテル（ＭＷ：５００〜１５００）に脂環式ジイソシアネートを加えてウレタンプレポリマーを製造し、該ウレタンプレポリマーに、架橋剤としてポリカプロラクトントリオール（ＭＷ：３５０〜８００）を配合し、シート状に形成することを特徴とする導光板材料用ポリウレタンシートの製造方法。
4. 導光板材料用ポリウレタンシートがテンキーバックライトに用いられることを特徴とする請求項３記載の導光板材料用ポリウレタンシートの製造方法。