KR0177177B1 - 광학재료 - Google Patents

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Abstract

폴리머 기준으로 다음 구조식(I)로 표시되는 제1구조단위 10 내지 95몰%와, 폴리머 기준으로 다음 구조식(II)로 표시되는 제2구조단위 90 내지 5몰%로 구성된 폴리머로 이루어지고, 폴리스티렌 환산에 의한 중량평균 분자량이 1×103내지 5×106인 수지로 이루어진 광학재료:
이 광학재료는 Tg가 120℃ 이상, 광투과율이 85% 이상이고, 그리고 펜슬경도가 H 이상이다.

Description

광학재료
본 발명은 N-(시클릭)알킬치환 말레이미드-올레핀계 공중합체로 이루어지고, 투명성, 내열성 및 표면경도가 우수한 광학재료에 관한 것이다.
종래, 광학재료로서는 통상적으로 유리가 사용되어 왔으나, 최근에는 생산성, 경량화, 비용 등의 면에서 투명성 폴리머 재료가 사용되고 있다.
이러한 폴리머 재료로는 특히, 폴리메틸 메타아크릴레이트(이하 PMMA로 생략 기재함) 및 폴리카보네이트(이하 PC로 생략기재함)를 포함한다.
그러나, PMMA는 광학특성이 우수함에도 불구하고, 약 100℃의 낮은 유리전이온도(Tg)로 인해 내열성이 불충분하므로 사용에 제한을 받는다.
PC는 Tg가 약 150℃이고 비교적 높은 내열성을 나타내지만, 표면 경도가 낮아 긁히기 쉬운 불잇점이 있으므로, 더욱 개선이 요구되어 있다.
한편, 말레이미드계 공중합체는 높은 내열성을 가지고 있기 때문에 광범위한 연구가 행해지고 있다. 예를 들면, 상기 메틸 메타아크릴레이트와 N방향족치환 말레이미드를 공중합시키는 방법이 일본 특허공보 소 제43-9753호, 일본 특허공보 제61-141715호, 소 제61-171708호 및 소 제62-109811호에 개시되어 있고; 그리고 스티렌계 수지와 N-방향족 치환 말레이미드를 공중합시키는 방법이 일본 특허공개 공보 소 제47-6891호, 소제61-76512호 및 소 제61-276807호에 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법으로 얻어진 수지는 N-방향족 치환 말레이미드 함량이 증가하면 내열성은 양호해지나, 이로 인해 메짐성, 낮은 성형성, 착색 등의 문제점이 발생하여 광학재료로서의 사용에 제한을 받는다.
상기 문제점에 대해 광범위하게 연구한 결과, N-(시클릭)알킬치환 말레이미드-올레핀계 공중합체로 이루어진 광학재료가 상기 문제점을 해결하는 것으로 판명되어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 투명성, 내열성 및 표면경도가 우수한 광학재료를 제공하는데 있다.
본 발명은 폴리머가 폴리머 기준으로 다음 구조식(I)로 표시되는 제1구조단위 10 내지 95몰%와, 폴리머 기준으로 다음 구조식(II)로 표시되는 제2구조단위 90 내지 5몰%로 구성되고, 폴리스티렌 환산에 의한 중량 평균분자량이 1×103이상 5×106이하인 수지로 이루어진 광학재료를 제공한다:
(여기서, R1은 CmH2m-1로 표시되는 표시되는 시클릭알킬기, 또는 CnH2n+1로 표시되는 직쇄상 또는 분지상 알킬기이고, m은 3 내지 8의 정수, n은 1 내지 18의 정수를 나타낸다)
(여기서, R2는 수소 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기를 나타낸다)
본 발명의 광학재료를 이루는 수지는 예를 들면 N-(시클릭)알킬 치환 말레이미드와 올레핀의 라디칼 공중합 공중으로부터 유도할 수 있다.
구성단위(I)을 부여하는 N-(시클릭)알킬치환 말레이미드는 다음 화합물을 포함한다:
N-메틸말레이미드, N-에틸말레이미드, N-n-프로필말레이미드, N-이소프로필말레이미드, N-n-부틸말레이미드, N-이소부틸말레이미드, N-s-부틸말레이미드, N-t-부틸말레이미드, N-n-펜틸말레이미드, N-n-헥실말레이미드, N-n-헵틸말레이미드, N-n-옥틸말레이미드, N-라우릴말레이미드, N-스테아릴말레이미드, N-시클로프로필말레이미드, N-시클로부틸말레이미드, N-시클로펜틸말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, N-시클로옥틸말레이미드 등.
이들은 중합공정에서 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
구성단위(II)를 부여하는 올레핀은 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐등을 포함한다. 이들은 중합 공정에서 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 에틸렌이 특히 바람직하다.
구성단위(I)의 함유량은 폴리머 전체의 10 내지 95몰%, 바람직하기는 20 내지 90몰%, 더욱 바람직하기는 25 내지 80몰%이다.
구성단위(II)의 함유물은 폴리머 전체의 5 내지 90몰%, 바람직하기는 10 내지 80몰%, 더욱 바람직하기는 20 내지 75몰%이다.
필요시, 본 발명의 목적을 성취할 수 있는 범우내에서 추가적으로 비닐 모노머를 공중합시킬 수 있다. 추가의 비닐 모노머는 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 1,3-부타디엔, 이소프렌 및 이들의 할로겐화 유도체; 메틸 메타아크릴레이트, 에틸 메타아크릴레이트, 프로필 메타아크릴레이트, 시클로헥실 메타아크릴레이트, 페닐 메타아크릴레이트 및 벤질 메타아크릴레이트 등의 메타아크릴산 에스테르 : 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트 및 벤질 아크릴레이트 등의 아크릴산 에스테르 : 비닐 아세테이트 및 비닐 벤조에이트 등의 비닐 에스테르 ; 메틸 비닐 에테르, 에틸 비닐 에테르, 프로필 비닐 에테르 및 부틸 비닐 에테르 등의 비닐 에테르; 염화비닐, 염화비닐리덴, 무수 말레인산, N-페닐말레이미드, N-카복시페닐말레이미드 및 아크릴로니트릴, 또는 이들의 2종 이상의 화합물을 포함한다.
이들 모노머의 중합은 벌크 중합법, 용액 중합법, 현탁 중합법 및 에멀션 중합법을 포함하는 공지의 중합법중 어느 것에 의해서도 실시되어질 수 있다.
중합개시제로서는 벤조일 퍼옥시드, 라우릴 퍼옥시드, 옥탄오일 퍼옥시드, 아세틸 퍼옥시드, 디-t-부틸 퍼옥시드, t-부틸큐밀 퍼옥시드, 디큐밀 퍼옥시드, t-부틸 퍼옥시아세테이트 및 t-부틸 퍼옥시드벤조이트 등의 유기과산화물; 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(2-부티로니트릴), 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 디메틸-2,2'-아조비스이소부틸레이트 및 1,1'-아조비스(시클로헥산-1-카보니트릴) 등의 아조계 개시제가 포함한다.
용액중합법에 유용한 용매로서는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 시클로헥산, 디옥산, 테트라히드로푸란, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 디메틸포름아미드, 이소프로필 알콜, 부틸 알콜 등이 포함된다.
중합온도는 개시제의 분해온도에 따라 적절하게 설정할 수 있다.
통상적으로 40 내지 350℃의 범위가 바람직하다.
또한, 상기 수지는 무수말레인산과 상기 올레핀과의 공중합체를 1급 아민을 사용하여 이미드화함으로써 얻을 수 있다.
일급 아민으로서는 메틸아민, 에틸아민, n-프로필아민, 이소프로필아민, n-부틸아민, 이소부틸아민, s-부틸아민, t-부틸아민, n-펜틸아민, n-헥실아민, n-헵틸아민, n-옥틸아민, 라우릴아민, 스테아릴아민, 시클로옥틸아민 등이 포함된다. 이들은 단독으로 또는 이들의 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
생성된 수지의 중량 평균분자량은 폴리스티렌 환산의 겔침투 크로마토그래피(GPC)에 의하여 측정할 수 있다. 본 발명 수지의 분자량은 1×103내지 5×106의 범위이고, 바람직하기는 1×104내지 1×106이다. 분자량이 5×106을 초과하는 폴리머는 성형성이 저하되고, 반면 분자량이 1×103미만인 폴리머는 파손되기 쉽다.
본 발명의 수지는 입체장애 페놀, 유기인산 에스테르와 같은 열안정제, 벤조트리아졸계, UV흡수계, 입체장애 아민계 UV 안정제, 윤활제 등을 함유할 수 있다.
또한, 본 발명의 수지는 필요시, 다른 상용가능한 수지와 혼합할 수 있다.
본 발명의 수지는 사출성형법, 압출성형법 및 압축성형법을 포함하는 통상의 성형방법에 의해 성형할 수 있다.
수득된 성형품은 광학부품, 예를 들면 광디스크등의 광학식 기록매체, 광카드, 카메라 및 비데오 등의 광학렌즈, 헤드라이트 렌즈 등의 자동차용 렌즈 및 광섬유, 조명 시설품등에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 중합체로 이루어진 광학재료는 Tg가 120℃ 이상, 바람직하기는 140℃ 이상이고, 광 투과율은 85% 이상, 바람직하기는 90% 이상이고, 펜슬 경도는 H 이상이다.
생성된 폴리머의 Tg는 시차주사비색계, DSC 200(세이꼬 덴서 K.K제품)을 사용하여 질소대기중, 10℃/분의 승온 속도에서 측정한다.
생성된 폴리머의 분해온도(Td)는 TG/DTA 200(세이꼬 덴시 K.K.제품)을 사용하여 질소대기중, 40℃/분의 승온속도에서 측정한다.
생성된 폴리머의 분자량은 GPC(HLC-802A, 도소 주식회사 제품)를 사용하여 폴리스티렌 환산에 의해 구한다.
광투과율, 펜슬경도 및 록웰 경도는 50㎜×25㎜×0.8㎜의 시험편을 사용하여, 각각 ASTM 1746, JIS K 5401 및 JIS K 7202에 준거하여 측정한다.
[실시예 1]
179g(1.0몰)의 N-시클로헥실말레이미드, 0.8g(5.0×10-3몰)의 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 및 1ℓ의 톨루엔을 교반기, 질소 도입관, 온도계 및 탈기체관이 설치된 3ℓ 오토클레이브에 넣는다. 이 오토클레이브를 질소로 여러번 퍼지한다. 에틸렌을 60℃에서 내부압력이 50㎏/㎠이 되도록 충전한다. 이 혼합물을 60℃에서 10시간 반응시킨다.
이 반응혼합물을 에탄올에 흘려넣어 폴리머를 석출시킨다. 수득한 폴리머를 톨루엔-에탄올로부터 재침전에 의해 정제시킨 후, 감압하, 60℃에서 24시간 건조시킨다. 이 폴리머의 수득량은 38g이었다.
생성된 폴리머의 원소분석결과에 의하면, N-시클로헥실말레이미드 대 에틸렌의 몰비는 48/52이었다. 이 폴리머는 중량평균 분자량(Mw)가 86000이고, Td는 404℃이었다. 이 폴리머를 250℃, 5㎏/㎠에서 압축함으로써, 무색투명한 시험편을 제조한다. 폴리머의 평가결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1 내지 3]
PMMA(ACRYPET), 미쯔비시 레이욘사 제품), PC(PANLITE, 데이진 가세이 제품) 및 폴리스티렌(DENKA STYROL, 덴끼 가가꾸 고교 제품)으로부터 실시예 1과 동일하게 시험편을 제조하여 평가한다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예로부터 명백하게 이해되듯이, 본 발명은 투명성, 내열성 및 표면강도가 우수한 광학재료를 제공한다.

Claims (5)

  1. 폴리머 기준으로 다음 구조식(I)로 표시되는 제1구조단위 10 내지 95몰%와, 폴리머 기준으로 다음 구조식(II)로 표시되는 제2구조단위 90 내지 5몰%로 구성된 폴리머로 이루어지고, 폴리스티렌 환산에 의한 중량평균분자량이 1×103이상 5×106인 수지로 이루어진 광학재료:
    (여기서, R1은 CmH2m-1로 표시되는 시클릭 알킬기, 또는 CnH2n+1로 표시되는 직쇄상 또는 분지상 알킬기이고; m은 3 내지 8의 정수; n은 1 내지 18의 정수이다)
    (여기서, R2는 수소 또는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이다)
  2. 제1항에 있어서, 폴리머가 폴리머 기준으로 제1구조단위(I) 20 내지 90몰%와, 폴리머 기준으로 제2구조단위(II) 10 내지 80몰%로 구성되는 광학재료.
  3. 제1항에 있어서, 수지가 폴리스티렌 환산에 의한 중량평균 분자량이 1×104내지 1×106인 광학재료.
  4. 제1항에 있어서, 수지가 N-(시클릭)알킬 치환 말레이미드와 올레핀과의 래디칼 공중합 공정에 의해 제조되는 광학재료.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리머가 Tg는 120℃ 이상, 광투과율은 85% 이상 및 펜슬경도가 H 이상인 광학재료.
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