KR101232262B1 - 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 헤드램프 라이트 가이드 - Google Patents

열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 헤드램프 라이트 가이드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 헤드램프 라이트 가이드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여, 블루 염료 0.001 내지 600 ppm, 평균입자 직경 1 내지 100μm인 실리콘계 광확산제 0.01 내지 5 중량부, 및 평균입자 직경 1 내지 100μm인 축광제 0.01 내지 1.0 중량부를 포함하는 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 를 포함하는 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면, 폴리카보네이트 수지에 적절한 함량으로 상기 첨가제가 포함되어 백색광을 구현할 수 있고 내열성 및 광투과율이 우수하여 자동차용 LED 헤드램프 라이트 가이드에 효과적으로 적용할 수 있다.

Description

열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 헤드램프 라이트 가이드 {Thermoplastic polycarbonate resin composition and light guide of head lamp for automobile using the same}
본 발명은 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 헤드램프 라이트 가이드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 폴리메틸메타크릴레이트(이하 PMMA)보다 내열성이 높고 백색광으로의 변환이 용이하고 빛 손실을 최소화할 수 있는 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 자동차 헤드램프 라이트 가이드에 관한 것이다.
1879년 미국의 에디슨에 의해 발명된 백열전구는 위생적이며, 밝은 인공광원의 기초로 구축되었다. 백열전구는 따뜻하고 아늑한 빛과 전등에 부속장치가 필요 없으며, 또한 조명기구와의 조합이 손쉬워서, 효율, 수명, 광색 등이 우수한 형광등의 급격한 보급에도 불구하고 수요 비중이 크다. 특히 주택에서는 아늑한 분위기 조성과 전등의 간편성 등 때문에 널리 활용되고 있으나, 형광등보다는 자체열로 인하여, 에너지 효율이 낮아 퇴출위기를 맞고 있다.
형광등은 1938년 미국의 인맨에 의하여 발명된 것으로 에너지 효율, 수명, 광색 등의 우수한 특성으로 인하여 빌딩, 공장, 상점으로부터 주택에 이르기까지 널리 쓰이고 있으나, 형광등에 포함되어 있는 수은 및 유해물질로 인하여, 대체 위협을 맞고 있다.
2000년대 들어 LED(발광다이오드)는 전구대비 1/8, 형광등대비 1/3 수준의 에너지 소비로 효율이 높으며, 수명은 50,000~100,000 시간으로 반영구적인 사용기간을 가지고 있으며, 형광등과 같은 수은, 방전용 기체를 사용하지 않으므로 환경 친화적인 조명용 광원이다. 또한 최근 자동차 안전기준에 관한 규칙에 따라 자동차에도 LED 전조등 설치가 가능하다.
하지만, LED의 단점으로는 직진적인 빛을 가지고 있기 때문에, 일반조명에 사용하기 위해서는 고휘도의 면광원으로 변경할 수 있는 광확산판이 필수적이다. 또한 이론적으로 LED 자체에서는 열이 발생하지 않아야 하지만, 현재 기술로는 형광등보다는 높은 열을 발산하고 있다.
따라서, 자동차 헤드램프 라이트 가이드에 적용하기 위해서는, 내열성이 떨어지는 PMMA, TPU 보다는 높은 열안정성을 가진 투명 열가소성 수지가 필요하다. 즉, 현재는 PMMA(유리전이온도=105도, 광투과율=92%)를 이용하여 헤드램프 LED 라이트 가이드에 적용 중이지만, 헤드램프 안의 온도가 최고 130도 이상 상승하기 때문에 잠재적으로 라이트 가이드 사출물의 외관이 변형될 수 있을 가능성이 높다. 따라서 유리전이온도가 높은 투명 열가소성 수지 적용이 필수적이므로 상기 PMMA 보다는 광투과율이 높은 폴리카보네이트(유리전이온도=145도, 광투과율=90%)가 적당하다.
그러나 기존 폴리카보네이트 수지를 이용하여 자동차의 라이트 가이드를 사출하여 LED 점등시, 노란 색(yellow color)이 발현되므로 기존 PMMA 라이트 가이드의 백색광을 구현하지 못하는 문제가 있다. 또한, 기존 사출용 폴리카보네이트 자체의 노란색을 감추기 위하여 블루 염료만을 첨가한 경우가 있는데, 이러한 폴리카보네이트 수지는 광투과율이 저하되며, 블루 빛을 조명하기 때문에 자동차 안전기준에 관한 규칙([(타)타법개정 2010.6.30 국토해양부령 제374호]을 위반할 수 있다.
또한 대한민국 특허공개 제2009-0035919호에서는 자동차 헤드램프 라이트 가이드 외면에 길이방향을 따라 노치(notch)가 형성되어 빛을 받으면 띠모양의 줄무늬 패턴을 발생시키는 라이트 가이드를 개시하고 있으며, 기존 PMMA보다는 TPU가 노치로부터 반사되는 빛의 양이 풍부하여 패턴의 선명도가 상당히 향상된다고 기재하고 있다. 하지만 상기 방법은 실제 양산적용 시 PMMA나 일반적인 폴리카보네이트가 적용되는 상황이다.
또한 유리제품이 열가소성 수지 보다 투명성 및 내열성이 뛰어나지만 비중이 6 이상으로 자동차 경량화 방향에 역행되며, 충격이 낮은 단점이 있다.
본 발명의 목적은 기존 일반적으로 사용되는 PMMA, TPU 등의 수지보다 내열성이 우수하고 또한 백색광 점등이 가능하며, 광투과율이 우수할 뿐 아니라 빛 손실을 최소화하기 위한 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 폴리카보네이트 수지 조성물을 적용하여 제조된 자동차용 LED 라이트 가이드(light guide)를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여,
블루 염료 0.001 내지 600 ppm,
평균입자 직경 1 내지 100μm인 실리콘계 광확산제 0.01 내지 5 중량부 및
평균입자 직경 1 내지 100μm인 축광제 0.01 내지 1.0 중량부
를 포함하는 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물을 이용하여 제조된 자동차용 LED 헤드램프 라이트 가이드를 제공한다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 폴리카보네이트 수지에 특정 함량의 블루염료, 실리콘계 광확산제 및 축광제를 포함하여, 기존 일반적으로 자동차의 라이트 가이드로 사용되는 PMMA, TPU 등의 열가소성 수지에 비해, 내열성이 높고 또한 LED 점등시 백색광을 발현할 수 있으며, 광투과율도 우수한 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서는 상기 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물을 라이트 가이드 제품으로 사출하여, LED 점등 시 폴리카보네이트의 고유의 투명색인 노란색 빛을 백색광으로 변환하는 동시에, 빛 손실을 최소화한 자동차용 헤드램프 LED 라이트 가이드를 제공할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 구현 예에 따르면, 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여, 블루 염료 0.001 내지 600 ppm, 평균입자 직경 1 내지 100μm인 실리콘계 광확산제 0.01 내지 5 중량부 및 평균입자 직경 1 내지 100μm인 축광제 0.01 내지 1.0 중량부를 포함하는 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물이 제공된다.
상기 폴리카보네이트 수지는 중량평균분자량이 15,000 내지 35,000인 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 폴리카보네이트 수지는 통상적인 방법을 통해 제조 가능하고 그 조건이 특별히 한정되지 않는다. 상기 폴리카보네이트 수지는 방향족 비닐계 공중합체 및 에스테르 공중합체를 포함한다. 바람직하게, 본 발명의 폴리카보네이트 수지는 서로 다른 컬러 b를 가지고 있는 1 내지 5종의 폴리카보네이트 수지를 혼합 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물에 있어서, 상기 블루염료는 백색광원을 나타내기 위하여 사용하며, 그 함량은 소량으로 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 블루염료는 상기 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여 0.001 내지 600 ppm로 사용하는 것이 바람직하고, 그 함량이 0.001 ppm 미만이면 성형품의 칼라가 황변되어지는 문제가 있고, 600 ppm을 초과하면 성형품의 칼라가 블루색으로 변하는 문제가 있다.
또한 본 발명에서 사용 가능한 블루염료(blue colorane)는 안트라퀴논계 블루염료 중 탄소수 15 내지 50으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 안료 또는 염료를 포함할 수 있다.
상기 실리콘계 광확산제 화합물은 상기 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 그 함량이 0.01 중량부 미만이면 확산성이 저하되는 문제가 있고, 5 중량부를 초과하면 투과율이 저하되는 문제가 있다.
상기 실리콘계 광확산제 화합물은 폴리디메틸 실록산 수지, 폴리디에틸 실록산 수지, 폴리디프로필 실록산 수지 또는 폴리디옥틸 실록산 수지의 말단기에 에폭시기가 치환되어 있는 실록산을 갖는 화합물이다. 또한, 이들은 단독 또는 1종 이상 혼합 사용할 수 있다.
상기 축광제(蓄光劑: phosphorescent agent)는 자외선 등의 빛을 축적하여 광 조사를 정지한 후에도 방광(放光)이라는 형태로 장시간에 걸쳐 계속 발광하는 목적으로 사용되는 물질을 의미하며, 광 여기 종료 후에는 수분 내지 수십 시간 정도의 잔광 지속성을 가지며, 이는 광 조사 정지 후에 급속하게 발광이 감쇠되는 일반적인 형광 증백제 등과는 구별되는 물질이다. 이러한 축광제는 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 사용하는 것이 바람직하고, 그 함량이 0.01 중량부 미만이면 축광시간이 짧아지는 문제가 있고, 1 중량부를 초과하면 축광시간이 길어지거나 내후성이 떨어지는 문제가 있다.
상기 축광제는 초고휘도 장축광 SrAl2O4(평균입도 8~25μm), 단축광 ZnSiCu(25~50μm), 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 축광제는 자연광이나 조명의 빛에너지를 흡수 축적함으로써 어두움 속에서도 자연발광 할 수 있다.
또한 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 필요에 따라, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위에서, 자외선 안정제, 장기열안정제, 단기열안정제, 가소제, 이형제, 착색제, 대전방지제, 난연제, 형광증백제, 광확산제 등의 첨가제를 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한 그 함량은 특별히 한정되지 않고, 이 분야에 잘 알려진 통상적인 범위 내에서 적절히 사용할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 자동차용 LED 헤드램프 라이트 가이드를 제공한다.
본 발명에서 자동차 라이트 가이드 적용 수지의 가공방법에 특별히 제한은 없으며, 사출성형, 압출 성형, 블로우 성형, 프레스 성형 등에 의해 소성(燒成) 형상으로 성형하여 라이트 가이드를 제조할 수 있다.
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은 흡습이 쉽게 될 수 있기 때문에, 사출 전에 건조된 상태에서 성형이 이루어져야 하며, LED 점등시 백색광이 발현되어야 하기 때문에 라이트 가이드의 측면 칼라의 조절이 필요하다. 또한 서로 다른 color b를 가지고 있는 1 내지 5종의 폴리카보네이트 수지를 혼합 후에 사출을 하여야 하며, 이때의 혼합성은 우수해야 한다.
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은 특정 함량의 블루염료를 사용하여 백색광을 점등할 수 있으며, 현재 적용 중인 PMMA, TPU 적용 제품에 비해 높은 내열성을 가지며, 점등 색깔을 백색광으로 나타내는 동시에, 광투과율이 우수하여 자동차용 LED 헤드램프 라이트 가이드에 적용이 가능하다.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상세히 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
[ 비교예 1 내지 4]
폴리카보네이트는 호남석유화학 Hopelex PC-1220S를 사용하였으며, PMMA는 대산 MMA의 TF-8, SAN은 LG화학의 80HF을 사용하였으며, 그리고 TPU는 동성하이켐의 5195A를 이용하여, 시편으로 사용하였다.
이때 폴리카보네이트 1은 상기 PC-1220S(color b: 2.3) 제품으로 지칭하고, 비교예 1로 사용하였다. 또한 상기 PMMA, TPU 및 SAN은 각각 비교예 2 내지 4로 사용하였다.
[ 실시예 1 내지 3]
하기 조성의 폴리카보네이트 수지를 실시예 1 내지 3의 시편으로 사용하였다.
(1) 실시예 1: 폴리카보네이트 수지(PC-1220S) 100 중량부에 대하여 블루 염료 (solvent violet 13: Diaresin社 blue G) 0.001 ppm, 실리콘계 광확산제(코오롱社 KS 200) 0.1 중량부 및 축광제(SK축광社 DIN: 초고휘도 장축광) 0.05 중량부를 혼합하여 폴리카보네이트 수지 2를 제조하였다(color b: 2.0).
(2) 실시예 2: 폴리카보네이트 수지(PC-1220S) 100 중량부에 대하여 블루 염료 (solvent violet 13: Diaresin社 blue G) 0.6 ppm, 실리콘계 광확산제(코오롱社 KS 200) 0.1 중량부 및 축광제(SK축광社 DIN: 초고휘도 장축광) 0.05 중량부를 혼합하여 폴리카보네이트 수지 3을 제조하였다(color b: 1.8).
(3) 실시예 3: 폴리카보네이트 수지(PC-1220S) 100 중량부에 대하여 블루 염료 (solvent violet 13: Diaresin社 blue G) 0.8 ppm, 실리콘계 광확산제(코오롱社 KS 200) 0.1 중량부 및 축광제(SK축광社 DIN: 초고휘도 장축광) 0.05 중량부를 혼합하여 폴리카보네이트 수지 4를 제조하였다(color b: 1.0).
[ 실험예 ]
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~4에 따라 제조된 시험편에 대하여 다음 방법으로 광학적인 결과를 측정하고, 그 결과를 다음 표 1과 표 2에 나타내었다.
<LED광원>
자체적으로 제작한 LED등으로, LED광원은 MR-16(3W)으로 사용하였다.
<조도측정 및 계산>
Custom社의 Digital Lux Meter LX-1330을 광원으로부터 직각인 약 300mm길이 위에서 라이트가이드의 점등상태에서 광원쪽과 광원반대측을 측정하여, 조도(%)를 계산하였다.
<광원반대쪽 칼라 및 광도달 길이 측정>
LED 광원쪽에서는 밝은 백색광원이 발현되기 때문에, 육안으로 관찰 하였을 때 구별이 불가능하다. 따라서, LED광원 반대쪽에서 LED광의 엷은 칼라와 광도달길이를 육안으로 확인하였다.
비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
열가소성 수지 폴리카보네이트1 PMMA TPU SAN
조도, Lux(%) 60 65 50 50
열변형온도(℃) 130 95 85 90
광원반대쪽 color yellow white yellow yellow
광도달 길이(mm) 280 300 290 270
실시예 1 실시예 2 실시예 3
폴리카보네이트2 폴리카보네이트3 폴리카보네이트4
조도, Lux(%) 50 600 55
열변형온도(℃) 130 130 130
광원반대쪽 color yellow white blue
광도달 길이(mm) 285 285 280
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3은 비교예 1 내지 4보다 열변형온도가 높으며, 광도달 길이와 조도(%)도 거의 유사하였으며, 시각적임 광원도 백색광원으로 변경시켰다.

Claims (6)

  1. 폴리카보네이트 수지 100 중량부에 대하여,
    블루 염료 0.001 ppm,
    평균입자 직경 1 내지 100μm인 실리콘계 광확산제 0.01 내지 5 중량부, 및
    평균입자 직경 1 내지 100μm인 축광제 0.01 내지 1.0 중량부를 포함하며,
    상기 블루염료는 안트라퀴논계 블루염료 중 탄소수 15 내지 50으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 안료 또는 염료를 포함하는 자동차의 헤드램프 LED 라이트 가이드용 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리카보네이트 수지는 중량평균분자량이 15,000 내지 35,000인 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘계 광확산제는 폴리디메틸 실록산 수지, 폴리디에틸 실록산 수지, 폴리디프로필 실록산 수지 또는 폴리디옥틸 실록산 수지의 말단기에 에폭시기가 치환되어 있는 실록산을 갖는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 축광제는 SrAl2O4(평균입도 8~25μm), ZnSiCu(25~50μm), 또는 이들의 혼합물이 사용되는 열가소성 폴리카보네이트 수지 조성물.
  6. 제1항 내지 제2항 및 제4 내지 5항 중 어느 한 항에 따른 열가소성 수지 조성물을 이용하여 제조된 자동차용 LED 헤드램프 라이트 가이드.
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