KR101272639B1 - 도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그의 제조방법과 용도 - Google Patents

도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그의 제조방법과 용도 Download PDF

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Abstract

투광성을 유지하면서, 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 또한 가요성이 뛰어난 도광판용 폴리우레탄 시트 및 그 제조방법과 용도를 제공하는 것이다. 본 발명의 폴리우레탄 시트는 폴리프로필렌글리콜에테르(MW(평균분자량):500∼1500)와 지환식 디이소시아네이트로 이루어진 프레폴리머에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 숫자 키패드 백라이트로서 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 폴리프로필렌글리콜에테르((MW:500∼1500)에 지환식 디이소시아네이트를 첨가하여 우레탄 프레폴리머를 제조하고, 이 우레탄 프레폴리머에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그의 제조방법과 용도 {POLYURETHANE SHEET FOR LIGHT GUIDE PANEL MATERIAL, PROCESS FOR PRODUCING SAME, AND USE OF SAME}
본 발명은 도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그의 제조방법과 용도에 관한 것으로, 상세하게는 투광성을 유지하면서 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 또한 가요성이 뛰어난 도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그의 제조방법과 용도에 관한 것이다.
종래, LED 백라이트 용도의 도광판과 같은 필름 재료로서는 주로 광투과율이 뛰어난 PMMA 수지가 사용되었지만, 얇게 가공하는 것이 곤란하여 유연성이 떨어지고 취약하다는 결점 등이 있기 때문에, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리우레탄 등이 사용되기 시작하고 있다.
그러나, 폴리카보네이트나 폴리에스테르는 경도가 높기 때문에, 유연성(가요성)이 요구되는 용도, 예를 들면 숫자 키패드 백라이트 등에서는 클릭감 등의 성능이 다소 떨어지는 결점이 있다.
'숫자 키패드 백라이트'란 휴대전화의 숫자 키패드 부분이나 노트북 등의 숫자 키패드 아래에 설치하여, 숫자 키패드를 빛나게 하는 역할을 하는 부품이다. 또한, '클릭감'이란 숫자 키패드 등의 조작 버튼을 눌렀을 때 손가락에 전달되는, 버튼이 움푹 들어가는 감촉을 말하는 것이며, 클릭감이 얻어지면, 조작자는 조작한 것을 실감하기 쉬어진다. 숫자 키패드 백라이트의 재료가 부드러우면 버튼 부분이 움푹 들어갈 때 따라 들어가므로 클릭감이 얻어지는데, 딱딱하면 버튼 부분의 움푹 들어감이 전달되기 어려워져 클릭감이 잘 얻어지지 않으므로, '클릭감이 떨어진다'로 평가된다.
이 결점은 얇게 함으로써 개선될 수 있지만, 너무 얇아지면, 1) 가공이 어렵고, 2) 입광량(入光量)이 줄어 기능이 떨어지는 등의 문제가 있다.
한편, 폴리우레탄은 폴리카보네이트나 폴리에스테르에 비해 경도가 낮기 때문에, 어느 정도 두께가 있어도 유연성을 유지할 수 있다. 이 경우, 광학특성을 얻기 위해, 지방족이나 지환족의 디이소시아네이트를 원료로 한 무황변, 난황변 타입을 사용하는 것이 일반적인데, 열로 인한 수축(줄어듬)이 일어나기 때문에, 80℃ 이상의 고온에서의 치수안정성이 떨어진다.
특허문헌 1에는 디올과 3관능 이상의 폴리올을 포함하는 폴리올 성분, 및 디이소시아네이트와 3관능 이상의 폴리이소시아네이트를 포함하는 폴리이소시아네이트 성분으로 이루어진 반응원료를 혼합 반응시켜 유리나 플라스틱의 표면에 폴리우레탄 보호층을 형성하면, 그 보호막은 고도의 내마찰성과 내오염성이 뛰어난다는 것을 개시하고 있다.
그러나, 이 기술에서는 투광성을 유지하면서, 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 또한 가요성이 뛰어난 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명자는 그 원인에 대해 검토한 결과, 폴리올 성분의 특정과 폴리이소시아네이트 성분의 특정이 중요하며, 그리고 특허문헌 1이 개시하는 바와 같은 유기금속계 촉매나 제3급아민화합물계 촉매를 사용하는 것만으로는 문제가 해결되지 않아 가교제의 선정이 매우 중요하고, 이들 3자가 유기적으로 결합되어야 비로소 상기 문제가 해결될 수 있어, 투광성을 유지하면서 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 또한 가요성이 뛰어난 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 얻을 수 있음을 발견하여, 본 발명에 이르게 되었다.
특허문헌 1 : 일본특허공개 평1-056717호 공보
본 발명의 과제는 투광성을 유지하면서 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 또한 가요성이 뛰어난 도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그 제조방법과 그 용도를 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 이하의 기재에 의해 명확해진다.
상기 과제는 이하의 각 발명에 의해 해결된다.
청구항 1에 따른 발명은 폴리프로필렌글리콜에테르(MW(평균분자량):500∼1500)와 지환식 디이소시아네이트로 이루어진 프레폴리머에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트이다.
청구항 2에 따른 발명은 청구항 1의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 숫자 키패드 백라이트로서 사용되는 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트이다.
청구항 3에 따른 발명은 폴리프로필렌글리콜에테르((MW(평균분자량):500∼1500)에 지환식 디이소시아네이트를 첨가하여 우레탄 프레폴리머(prepolymer)를 제조하고, 이 우레탄 프레폴리머에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트의 제조방법이다.
청구항 4에 따른 발명은 도광판 재료용 폴리우레탄 시트가 숫자 키패드 백라이트에 사용되는 것을 특징으로 하는, 청구항 3에 기재된 도광판 재료용 폴리우레탄 시트의 제조방법이다.
본 발명에 따르면, 투광성을 유지하면서, 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 또한 가요성이 뛰어난 도광판 재료용 폴리우레탄 시트 및 그 제조방법과 그 사용을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트는 폴리프로필렌글리콜에테르(MW(평균분자량):500∼1500)와 지환식 디이소시아네이트로 이루어진 프레폴리머(prepolymer)에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성된 것이다.
여기에서, 평균분자량(MW)의 측정방법은 수산기가로부터 산출된다.
본 발명에 있어서, NCO/OH 몰비가 0.95∼1.20이 되도록 폴리카프로락톤트리올, 우레탄 프레폴리머가 배합된다.
본 발명에 있어서 상기 프레폴리머의 성분배합비는, 폴리프로필렌글리콜에테르 100 중량부에 대해 지환식 디이소시아네이트는 80∼150 중량부의 범위에서 배합되며, 바람직하게는 100∼140 중량부 범위이다.
본 발명에 사용되는 폴리프로필렌글리콜에테르로서는 평균분자량이 500∼1500의 범위인 것이 선택 사용되며, 바람직하게는 평균분자량이 800∼1200의 범위인 것이 선택 사용된다.
폴리프로필렌글리콜에테르의 분자량이 상기 범위보다 너무 크면 투명성이 떨어지며, 너무 작으면 유연성이 떨어진다.
본 발명에 사용되는 지환식 디이소시아네이트로서는 수소첨가 디페닐메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등의 지환족 디이소시아네이트를 들 수 있으며, 바람직하게는 수소첨가 디페닐메탄디이소시아네이트이다.
본 발명에 있어서 방향족계 디이소시아네이트를 선택하지 않고 지환족 디이소시아네이트를 선택한 것은 황변이 발생하지 않고 투명성을 보다 장시간 유지할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서 가교제로서 사용되는 폴리카프로락톤트리올로서는 평균분자량이 350∼800의 범위인 것이 선택 사용되고, 바람직하게는 평균분자량이 350∼500의 범위인 것이 선택 사용되며, 더욱 바람직하게는 350∼400의 범위인 것이 선택 사용된다.
평균분자량이 350∼800의 범위인 폴리카프로락톤트리올을 선택 사용하면, 고온에서의 치수안정성(내열성) 및 수지 점도에 따른 뛰어난 제막성(製膜性)을 얻을 수 있다.
평균분자량이 350 미만이면, 가요성이 떨어지기 때문에, 본 발명과 같이 유연성이 요구되는 도광판에는 적합하지 않다.
또한, 본 발명에 있어서, 폴리카프로락톤트리올에 미리 촉매를 첨가하여 혼합한 마스터 배치를 가교제로 하는 것도 바람직하다.
본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트는 그 용도에 따라 다양한 두께로 하는 것이 가능한데, 숫자 키패드 백라이트, 터치 패널 등의 용도를 고려하면, 두께가 0.05∼0.3mm의 범위인 것이 바람직하고, 0.1∼0.2mm의 범위인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서, 평균분자량이 350∼800의 범위인 폴리카프로락톤트리올을 선정함으로써, 상기와 같이 얇은 두께이면서, 내열성을 가지며 입광량이 감소하는 일이 없으므로, 양호한 기능을 갖는 얇은 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서는 상기 특정 분자량을 갖는 폴리카프로락톤트리올이 아니라 에테르계 트리올을 사용한 경우에는 본 발명의 내열성 및 수지 점도에 따른 뛰어난 제막성을 얻을 수 없다.
본 발명에 있어서, 상기 특정의 폴리올 성분과 특정의 폴리이소시아네이트 성분으로 이루어진 프레폴리머에 상기 특정의 가교제를 배합함으로써, 이들 양자(프레폴리머와 가교제)간에 분기되어 중합되어가는, 소위 삼차원적인 우레탄화 반응에 의한 중합이 일어나서 유기적으로 결합되기 때문에, 본 발명의 고온에서의 치수안정성이 뛰어나며 가요성이 뛰어난 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 얻을 수 있다.
본 발명에서는 촉매로서의 디 n-부틸주석디라우레이트나 디옥틸주석디라우레이트(dioctyltindilaurate) 등의 금속 착체, 대전방지제로서의 아미드계나 이미드계 등의 금속염 화합물, 페놀계나 벤조페논계 등의 UV 흡수제와 같은 첨가제를 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 배합할 수도 있다.
본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 구성하는 폴리우레탄 엘라스토머는 경도(JIS-A; 듀로 A)가 70∼97의 범위이며, 25℃의 응력-신장 곡선에서 항복점이 없고, 85% 이상의 분광투과율을 갖는 투명 무황변 타입의 열경화성 폴리우레탄 엘라스토머이다.
경도가 70 미만이면, 너무 유연해져서 취급이 어렵고 내열성도 악화되며, 경도가 97보다 크면, 25℃의 응력-신장 곡선에서 항복점이 발생하며 유연성이 부족하다.
본 발명에 있어서, 응력-신장의 측정은 본 발명의 배합에서 2mm 두께의 시트를 성형하여, JIS K6251의 덤벨 형상 5호형 시험편을 작성한 후, 50mm/min의 속도로 이를 인장하여 측정함으로써 이루어진다.
또한, 본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트는 가요성이 뛰어나기 때문에, 움직임이 요구되는 부분에도 광학적 특성을 갖게 하는 것이 가능하며, 숫자 키패드 등에서는 양호한 클릭감을 얻을 수 있다.
또한 실리콘 등에 비해 비교적 저렴하며, 고온에서의 치수 변화가 작고, 85℃까지 사용가능하며, 내타건성(耐打鍵性)을 갖는다.
또한, 본 발명에서의 내타건성이란 접촉자 R φ2.0mm(우레탄), 400g으로 200만회의 조건에서 타건 시험을 실시하여, 요철이 있어도 파손이 없는 경우를 내타건성을 갖는 것으로 한다.
본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트는 그 특성으로 볼 때, 특히 숫자 키패드 백라이트에 사용되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 휴대전화의 숫자 키패드 백라이트에 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트의 성형방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 압축 성형, 사출 성형, 트랜스퍼 성형 혹은 압출 성형 등, 도광판용 시트를 성형할 수 있는 어떤 방법이든 사용가능하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 예증한다.
실시예 1
<폴리우레탄 시트의 제조>
폴리프로필렌글리콜에테르(MW:평균분자량 1000) 100 중량부를 80℃로 가온한 후, 80℃로 예열한 반응기에 투입하고, 교반하면서 수소첨가 디페닐메탄디이소시아네이트 137 중량부를 첨가하고 4시간 반응시켜 우레탄 프레폴리머를 얻었다. 이 우레탄 프레폴리머는 한번 냉각하여 25℃로 되돌렸다.
또한, 평균분자량 375의 폴리카프로락톤트리올에 촉매인 디-n-부틸주석디라우레이트를 800ppm 첨가하고 혼합하여 가교제로 하였다.
상술한 우레탄 프레폴리머와 가교제를 NCO/OH=1.07이 되도록 실온에서 1시간 혼합하여 5분간 탈포한 후, 이들을 폴리프로필렌 시트 위로 흘러보내, 닥터 블레이드(Doctor blade)로 0.2mm가 되도록 제조하였다.
그 시트를 90℃에서 10분간 가열하여 반경화시키고, 그 후 80℃×6시간으로 완전히 경화시켰다.
얻어진 성형 시트로부터 폴리프로필렌 시트를 벗겨, 본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트를 얻었다.
이 폴리우레탄 시트의 물성을 하기 평가방법에 의해 평가하였다.
<평가방법>
1. 분광투과율(투광성 평가)
UV(자외선)-VIS(가시광선) 스펙트럼으로, 400nm, 500nm, 600nm 파장에서의 투과율이 90% 이상이면 '○', 85% 이상 90% 미만이면 '△', 85% 미만이면 '×'로 하여 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
2. 85℃ 치수변화(고온에서의 치수안정성 평가)
작성한 폴리우레탄 시트를 0.2mm 두께, 50mm×50mm 시험편으로 하여, 85℃에서의 치수변화가 50mm±0.2mm 이하이면 '○'로 하고, 50mm±0.2mm 이상인 경우에는 '×'로 하여 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
3. 가요성
JIS 5호 덤벨 형상으로 응력-신장 곡선(25℃, 50mm/min)에서 항복점이 있는 지의 여부에 대해, 없는 경우를 '○', 있는 경우를 '×'로 하여 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
4. 타건성
접촉자 R φ2.0mm(우레탄), 400g으로 200만회의 조건에서 타건 시험을 실시하여, 요철 및 파손이 없으면 '○', 요철이 있는데 파손이 없고 실용상 문제가 없는 경우를 '△', 파손된 경우를 '×'로 하여 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 1
폴리카프로락톤트리올의 평균분자량을 300으로 하여 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 시트를 작성한 후, 실시예 1과 마찬가지 방식으로 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 2
열가소성 무황변 폴리우레탄 펠렛을, 몰드를 이용하여 핫 프레스로 190℃, 20MPa의 조건하에서 5분간 프레싱하여 0.2mm 두께의 시트를 성형하고, 25℃×350hrs 어닐링한 것을 실시예 1과 마찬가지 방식으로 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 3
0.2mm 두께의 평활 투명 폴리에틸렌테레프탈레이트의 시트를 비교예 3으로 하여 실시예 1과 동일한 방식으로 평가한 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3

분광투과율
 400nm △ △ △ △
500nm ○ ○ ○ ○
600nm ○ ○ ○ ○
85℃치수변화율 ○ ○ × ○
가요성 ○ × ○ ×
내타건성 △ △ × ○
표 1로부터, 본 발명의 도광판 재료용 폴리우레탄 시트는 분광투과율이 85%, 85℃에서 치수변화를 거의 일으키지 않아(내열성이 뛰어나서), 더욱 가요성이 뛰어남을 알 수 있다. 또한, 내타건성 시험에서는 파손을 일으키고 있지 않기 때문에, 숫자 키패드 백라이트용 도광판으로서의 충분한 기능을 얻고 있음을 알 수 있다.
비교예 1은 폴리카프로락톤트리올의 평균분자량이 작기 때문에 가요성이 떨어져서, 본 발명의 도광판 재료로서는 사용할 수 없음을 알 수 있다.
비교예 2는 본 발명의 열경화성의 것이 아니라 열가소성 무황변 폴리우레탄 펠렛을 사용하고 있기 때문에 내열성이 떨어지며(85℃에서 치수변화를 일으키고 있다), 또한 내타건성 시험에서는 시트가 파손되며 숫자 키패드 백라이트용 도광판으로서의 강도가 얻어지지 않고 있음을 알 수 있다.
비교예 3은 평활 투명 폴리에틸렌테레프탈레이트의 시트를 사용하고 있기 때문에, 가요성이 떨어졌다.

Claims (4)

  1. 폴리프로필렌글리콜에테르(MW(평균분자량):500∼1500)와 지환식 디이소시아네이트로 이루어진 프레폴리머에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트.
  2. 제1항에 있어서, 숫자 키패드 백라이트로서 사용되는 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트.
  3. 폴리프로필렌글리콜에테르(MW:500∼1500)에 지환식 디이소시아네이트를 첨가하여 우레탄 프레폴리머를 제조하고, 이 우레탄 프레폴리머에 가교제로서 폴리카프로락톤트리올(MW:350∼800)을 배합하여 시트 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    도광판 재료용 폴리우레탄 시트가 숫자 키패드 백라이트에 사용되는 것을 특징으로 하는 도광판 재료용 폴리우레탄 시트의 제조방법.
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