KR101961956B1

KR101961956B1 - 내열-내광성 중합체 조성물

Info

Publication number: KR101961956B1
Application number: KR1020120146074A
Authority: KR
Inventors: 크리스티 더블유 크로우; 코린 부쉘만; 알레산드로 본지오반니
Original assignee: 솔베이 스페셜티 폴리머즈 유에스에이, 엘.엘.씨.
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2019-03-25
Also published as: KR20130069487A; JP6192200B2; JP2013127067A; CN110527258A; CN103160079A

Abstract

본 발명은 1종 이상의 폴리에스테르, 1종 이상의 장애 아민 화합물, 및 포스파이트 에스테르, 포스포나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 화합물을 포함하는 중합체 조성물 및 LED 장치와 같은 제품에 관한 것이다.

Description

내열-내광성 중합체 조성물{HEAT AND LIGHT RESISTANT POLYMER COMPOSITION}

본 발명은 1종 이상의 폴리에스테르, 1종 이상의 장애 아민 화합물, 및 포스파이트 에스테르, 포스포나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 화합물을 포함하는 중합체성 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 발광 다이오드(LED) 장치의 일부와 같이, 본 발명의 조성물을 포함하는 물품을 제공한다.

LED는 전통적 광원보다 많은 장점들로 인해 수많은 분야에서 광원으로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 일반적으로 LED는 백열등 및 기타 다른 광원보다 현저하게 낮은 전력을 소비하며, 작동하는데 요구되는 전압이 낮고, 기계적 충격에 내성을 띤다. 그 결과, LED는 많은 용도에서 백열등 및 기타 다른 광원을 대체하고 있으며, 신호등, 실내 및 실외 조명, 휴대폰 디스플레이, 자동차 디스플레이, 및 손전등과 같은 서로 다른 영역에서 적용되어 왔다.

LED 부품, 이를테면 하우징, 반사체 및 반사판은 특히 탁월한 색상과 향상된 물리적 특성의 까다로운 조합이 요구된다. 이들 분야에서 세라믹을 사용하는 것이 유리할 수 있지만, 여전히 지나치게 고가이며 힘든 처리 기술이 요구된다. 따라서, 세라믹을 대체하기 위한 저렴한 재료로서 중합체 조성물을 광범위하게 연구하고 개발해 왔다. 중합체의 큰 장점 하나는 사출성형할 수 있으므로 상당한 설계 유연성이 제공된다는 점이다. LED 적용분야에는 양호한 불투명성과 뛰어난 반사성을 가진 중합체 조성물이 요구된다. LED 구성요소의 제조시 사용되는 중합체 조성물에서 눈에 띄는 한 가지 문제점은 노광시, 그리고 고온에 노출되면 황변된다는 점이다. 예를 들어, 제조시, 에폭시 또는 규소 봉합제를 경화시키기 위해 LED 구성요소는 약 180℃까지 가열된다. 또한 솔더링 동작이 수행되는 동안에 LED 구성요소는 260℃가 넘는 온도에 노출된다. 더욱이, 사용시, 자동차 부품들과 같은 LED 구성요소는 80℃가 넘는 온도에 일상적으로 놓이게 된다. 이러한 고온에의 노출은 LED 구성요소의 형성시 사용되는 중합체 조성물을 황변시킨다.

바람직하게, LED의 반사판, 간단히 말해 이들의 제조에 쓰이는 중합체 조성물은 특히, 높은 광반사도(일반적으로, 가시광선의 반사도), 높은 백색도, 양호한 가공성(예컨대, 양호한 성형성), 높은 치수안정성(특히, 낮은 선형팽창계수), 높은 기계적 강도, 높은 열변형 온도, 및 높은 내열성(고온에 노출되는 경우 낮은 탈색도 및 낮은 반사손실)을 비롯한 광범위한 요구조건들을 충족시켜야 한다.

불행히도, LED 적용분야에 사용되는 다양한 종래 중합체 조성물은 빛과 열에 노출되면 황변하는 경향이 있다.

WO 2007/033129는 폴리(1,4-사이클로헥산디메탄올 테레프탈레이트)(PCT) 조성물을 포함하는 발광 다이오드 어셈블리 하우징을 개시한다. 더 구체적으로, WO 2007/033129는 40 내지 95 중량%의 PCT, 5 내지 60 중량%의 이산화티타늄, 0 내지 40 중량%의 1종 이상의 무기 강화제 또는 충전재, 및 0 내지 3 중량%의 1종 이상의 산화안정제를 포함하는 발광 다이오드 어셈블리 하우징 조성물에 관한 것으로, 상기 중량%는 조성물의 총 중량을 기준으로 한 것이다.

당업자라면 열안정성, 성형 성능 및 반사율의 추가 개선이 LED 장치의 개발에 유리하다는 것을 인식할 것이다.

본 발명가들은, 본 폴리에스테르 조성물에 두 가지 특정 첨가제가 함유되면 열과 빛에 동시 노출되었을 때 상기 조성물의 거동이 상승적 방식으로 상당히 개선된다는 것을 발견하였다.

본 발명에 따른 폴리에스테르 조성물은 위에 언급된 요구조건들을 만족시키며, 이를 하기에 상세하게 설명하기로 한다.

제1 양태에서, 본 발명은

- 1종 이상의 폴리에스테르;

- 1종 이상의 장애 아민 화합물; 및

- 포스파이트 에스테르, 포스포나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 화합물을 포함하는 중합체 조성물에 관한 것이다.

제2 양태에서, 본 발명은 상기 중합체 조성물을 포함하는 하나 이상의 부품으로 이루어진 제품, 특히는 이러한 조성물로 제조되는 LED 장치의 부품에 관한 것이다.

본 발명에 따른 중합체 조성물은 이하 상세하게 설명되는 3가지 필수 성분을 포함한다:

폴리에스테르

"폴리에스테르"란 용어는 하나 이상의 에스테르 부분(흔히 화학식: R-(C=O)-OR로 표현됨)을 포함하는 반복단위를 50 몰% 이상, 바람직하게는 85 몰% 이상 포함한 중합체를 나타내고자 한다. 폴리에스테르는 하나 이상의 에스테르 부분을 포함하는 고리형 단량체(M_A)의 개환 중합 반응에 의해; 하나 이상의 하이드록실기와 하나 이상의 카복실산기를 포함하는 단량체(M_B)의 중축합 반응에 의해; 또는 둘 이상의 하이드록실기(디올)를 포함하는 1종 이상의 단량체(M_C) 및 둘 이상의 카복실산기(디카복실산)를 포함하는 1종 이상의 단량체(M_D)의 중축합 반응을 통해 얻을 수 있다.

단량체(M_A)의 비제한적 예로는 락타이드 및 카프로락톤이 있다.

단량체(M_B)의 비제한적 예로는 글리콜산, 4-하이드록시벤조산, 6-하이드록시나프탈렌-2-카복실산이 있다.

단량체(M_C)의 비제한적 예로는 1,4-사이클로헥산디메탄올; 에틸렌 글리콜; 1,4-부탄디올; 1,3-프로판디올; 1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 및 네오펜틸 글리콜이 있으며, 1,4-사이클로헥산디메탄올과 네오펜틸 글리콜이 바람직하다.

단량체(M_D)의 비제한적 예로는 테레프탈산, 이소프탈산, 나프탈렌 디카복실산, 사이클로헥산 디카복실산, 숙신산, 세바신산 및 아디프산이 있으며, 테레프탈산과 사이클로헥산 디카복실산이 바람직하다.

어떤 단량체를 선택하느냐에 따라 폴리에스테르는 전체가 지방족, 반-방향족, 또는 전체가 방향족일 수 있다.

본 발명의 조성물의 폴리에스테르는 공중합체이거나 단일 중합체일 수 있다.

본 발명의 조성물 내 폴리에스테르가 공중합체인 경우, 반복단위의 바람직하게는 50 몰% 이상, 더 바람직하게는 60 몰% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 70 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 80 몰% 이상, 가장 바람직하게는 90 몰% 이상이 테레프탈산의 중축합 반응을 통해 얻어진다. 더 바람직하게, 반복단위의 50 몰% 이상, 더 바람직하게는 60 몰% 이상, 더욱더 바람직하게는 70 몰% 이상, 가장 바람직하게는 80 몰% 이상이 테레프탈산과 1,4-사이클로헥실렌디메탄올과의 중축합 반응을 통해 얻어진다.

본 발명의 조성물 내 폴리에스테르가 단일 중합체인 경우, 상기 단일 중합체는 폴리글리콜라이드 또는 폴리글리콜릭산(PGA), 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리에틸렌 아디페이트(PEA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌 테레프탈레이트(PPT), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(1,4-사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 및 액정 폴리에스테르(LCP)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 바람직하게는 PBT, PTT, PEN, PET, PCT 및 LCP로 이루어진 군에서 선택된다. 더 바람직하게는 PBT, PCT 및 LCP로 이루어진 군에서 선택된다. 가장 바람직하게는 PCT(즉, 테레프탈산과 1,4-사이클로헥실렌디메탄올과의 중축합 반응을 통해 얻어지는 단일 중합체)이다.

본 발명에 따른 중합체 조성물은 2종 이상의 폴리에스테르를 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 바람직하게 폴리에스테르는 PCT 및 LCP의 블렌드, 또는 PBT 및 PCT의 블렌드 중에서 선택된다.

본원에 사용되는 폴리에스테르의 고유점도는 약 30℃의 60:40 페놀/테트라클로로에탄 혼합물 또는 이와 유사한 용매 내에서 측정하였을 때 유리하게는 약 0.6 내지 약 2 dl/g이다. 본 발명에 특히 적합한 폴리에스테르의 고유점도는 0.6 내지 1.4 dl/g이다.

본원에 사용되는 폴리에스테르의 융점은 ISO-11357-3에 따라 DSC로 측정하였을 때 유리하게는 250℃ 이상, 바람직하게는 260℃ 이상, 더 바람직하게는 270℃ 이상, 가장 바람직하게는 280℃ 이상이다. 또한, 상기 융점은 350℃ 이하, 바람직하게는 340℃ 이하, 더 바람직하게는 330℃ 이하, 가장 바람직하게는 320℃ 이하이다.

본 발명에 특히 적합한 폴리에스테르의 융점은 280℃ 내지 320℃ 범위이다.

폴리에스테르는 조성물의 총 중량을 기준으로 48 중량% 이상, 더 바람직하게는 50 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 52 중량% 이상, 가장 바람직하게는 54 중량% 이상의 양으로 존재한다.

또한 폴리에스테르는 조성물의 총 중량을 기준으로 유리하게는 90 중량% 이하, 바람직하게는 85 중량% 이하, 더 바람직하게는 80 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 75 중량% 이하, 가장 바람직하게는 70 중량% 이하의 양으로 존재한다.

폴리에스테르가 조성물의 총 중량을 기준으로 약 48 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 약 50 내지 약 70 중량%의 양으로 조성물 내에 존재할 때 탁월한 결과를 얻었다.

장애 아민 화합물

본 발명에 따른 중합체 조성물은 폴리에스테르 이외에 1종 이상의 장애 아민 화합물을 포함한다.

"장애 아민 화합물"이란 용어는 당해 기술분야(예를 들어: Plastics Additives Handbook, 5th ed., Hanser, 2001을 참조)에 잘 알려져 있는 2,2,6,6-테트라메틸 피페리딘의 유도체를 가리키고자 한다. 본 발명의 조성물 내 장애 아민 화합물은 저분자량 또는 고분자량일 수 있다.

저분자량 장애 아민 화합물의 분자량은 일반적으로 900 g/mol 이하, 바람직하게는 800 g/mol 이하, 더 바람직하게는 700 g/mol 이하, 훨씬 더 바람직하게는 600 g/mol 이하, 가장 바람직하게는 500 g/mol 이하이다.

저분자량 장애 아민 화합물의 예를 아래의 표 1에 열거하였다:

저분자량 장애 아민 화합물의 예
화학식	구조
(a1)
(a2)
(a3)
(a4)
(a5)
(a6)
(a7)
(a8)
(a9)
(a10)
(a11)
(a12)

이러한 저분자량 화합물들 중에서, 바람직하게 장애 아민은 화학식(a1), (a2), (a11) 및 (a12)에 해당되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된다. 더 바람직하게 장애 아민은 화학식(a1), (a2) 및 (a12)에 해당되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된다. 훨씬 더 바람직하게, 장애 아민은 화학식(a2)에 해당되는 화합물이다.

고분자량 장애 아민 화합물은 일반적으로 중합체성이며, 그 분자량은 일반적으로 1000 g/mol 이상, 바람직하게는 1100 g/mol 이상, 더 바람직하게는 1200 g/mol 이상, 훨씬 더 바람직하게는 1300 g/mol 이상, 가장 바람직하게는 1400 g/mol 이상이다.

고분자량 장애 아민 화합물의 예를 아래의 표 2에 열거하였다:

고분자량 장애 아민 화합물의 예
화학식	구조
(b1)
(b2)
(b3)
(b4)
(b5)
(b6)

표 2의 화학식(b1) 내지 (b6)에 있는 "n"은 중합체 내 반복단위들의 개수를 나타내며, 보통 4 이상의 정수이다.

고분자량 화합물 중에서, 바람직하게 장애 아민은 화학식(b2) 및 (b5)에 해당되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된다. 더 바람직하게 장애 아민은 화학식(b2)에 해당되는 화합물이다.

일반적으로 장애 아민 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 유리하게는 0.05 중량% 이상, 더 바람직하게는 0.1 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 0.15 중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.2 중량% 이상의 양으로 존재한다.

또한 일반적으로 장애 아민 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 유리하게는 3.5 중량% 이하, 바람직하게는 3 중량% 이하, 더 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 2.0 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 0.8 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.6 중량% 이하의 양으로 존재한다.

장애 아민 화합물이 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.05 내지 약 2 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.8 중량%, 더 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.6 중량%의 양으로 조성물 내에 존재할 때 탁월한 결과를 얻었다.

인 화합물

본 발명에 따른 중합체 조성물은, 폴리에스테르와 1종 이상의 장애 아민 화합물 외에도, 포스파이트 에스테르, 포스포나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 화합물을 포함한다.

포스파이트 에스테르는 화학식 P(OR)₃으로 표현될 수 있는 한편, 포스포나이트는 화학식 P(OR₂)R로 표현될 수 있다(식에서, 각 R은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 보통 C_1-20 알킬, C_3-22알케닐, C_6-40 사이클로알킬, C_7-40 사이클로알킬렌, 아릴, 알카릴 또는 아릴알킬 부분으로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다).

본 발명에 따른 조성물 내에 존재하는 인 화합물은 당해 기술분야에도 잘 알려져 있으며, 예를 들면 Plastics Additives Handbook, 5th ed., Hanser, 2001에 상세하게 열거되어 있다.

포스파이트 에스테르의 예를 아래의 표 3에 열거하였다:

포스파이트 에스테르의 예
화학식	구조
(α1)
(α2)
(α3)
(α4)
(α5)
(α6)
(α7)
(α8)
(α9)
(α10)
(α11)
(α12)

포스파이트 에스테르 중에서, 바람직하게 인 화합물은 화학식(α5), (α9) 및 (α12)에 해당되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된다. 더 바람직하게 인 화합물은 화학식(α5) 및 (α9)에 해당되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된다. 훨씬 더 바람직하게 포스파이트 에스테르는 화학식(α5)에 해당되는 화합물이다.

포스포나이트의 예를 아래의 표 4에 열거하였다:

포스포나이트의 예
화학식	구조
(β1)
(β1)

바람직하게, 포스포나이트는 화학식(β1)에 해당되는 화합물이다.

인 화합물은 바람직하게 포스파이스 에스테르이며, 가장 바람직하게는 전술한 바와 같은 화학식(α5)에 해당되는 포스파이트 에스테르이다.

인 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 0.3 중량% 이상, 더 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 0.7 중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.8 중량% 이상의 양으로 존재한다.

또한 인 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 5 중량% 이하, 더 바람직하게는 3 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 1.8 중량% 이하의 양으로 존재한다.

인 화합물이 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.3 내지 약 5 중량%, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 2 중량%, 더 바람직하게는 약 0.7 내지 약 1.8 중량%의 양으로 조성물 내에 존재할 때 탁월한 결과를 얻었다.

선택적 성분들

본 발명의 조성물은 위에 열거한 3가지 화합물 외에도 기타 다른 성분들을 포함할 수 있다. 특히, 중합체 조성물은 1종 이상의 강화 충전재를 더 포함할 수 있다.

강화 충전재는 당해 기술분야의 숙련자에 잘 알려져 있으며, 본 발명에 따른 조성물에 첨가시켜도 된다. 바람직하게 강화 충전재는 섬유 충전재 및 미립자 충전재 중에서 선택된다. 더 바람직하게, 강화 충전재는 광물 충전재(이를테면, 활석, 운모, 고령토, 탄산칼슘, 규산칼슘, 탄산마그네슘), 유리 섬유, 탄소 섬유, 합성 중합체 섬유, 아라미드 섬유, 알루미늄 섬유, 티타늄 섬유, 마그네슘 섬유, 탄화붕소 섬유, 암면 섬유(rock wool fiber), 강철 섬유, 규회석 등 중에서 선택된다. 훨씬 더 바람직하게, 강화 충전재는 활석, 운모, 고령토, 규산칼슘, 탄산마그네슘, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 규회석 중에서 선택된다. 더욱더 바람직하게, 강화 충전재는 유리 섬유, 규회석, 탄소 섬유, 활석, 운모 및 고령토 중에서 선택된다.

특정 부류의 섬유 충전재는 위스커(whisker), 즉 Al₂O₃, SiC, BC, Fe 및 Ni와 같은 다양한 원료로 만들어진 단결정 섬유로 구성된다. 섬유 충전재 중에서, 유리 섬유가 바람직하며; 예로는 Additives for Plastics Handbook, 2nd ed., John Murphy의 chapter 5.2.3, p.43-48에 기재되어 있는 바와 같이 촙 스트랜드(chopped strand) A-, E-, C-, D-, S- 및 R-유리 섬유들이 있다. 바람직하게 충전재는 섬유 충전재 중에서 선택된다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서 강화 충전재는 규회석 및 유리 섬유 중에서 선택된다. 규회석 및/또는 유리 섬유를 사용하였을 때 탁월한 결과를 얻었다. 유리 섬유는 원형 단면 또는 타원형 단면(플랫 섬유라고도 불림)을 가질 수 있다.

존재하는 경우, 강화 충전재는 본 발명에 따른 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게 2 중량% 이상, 더 바람직하게는 4 중량% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 5 중량% 이상, 가장 바람직하게는 10 중량% 이상의 양으로 존재한다. 또한 존재하는 경우, 강화 충전재는 본 발명에 따른 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게 40 중량% 이하, 더 바람직하게는 30 중량% 이하, 훨씬 더 바람직하게는 25 중량% 이하, 가장 바람직하게는 20 중량% 이하의 양으로 존재한다.

강화 충전재가 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5 내지 약 40 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 약 25 중량%, 더 바람직하게는 약 10 내지 약 20 중량%의 양으로 조성물 내에 존재할 때 탁월한 결과를 얻었다.

본 발명에 따른 중합체 조성물은 위에 정의한 강화 충전재와는 다른 1종 이상의 백색 안료를 또한 포함할 수 있다.

백색 안료는 바람직하게 TiO₂, ZnS₂, ZnO 및 BaSO₄로 이루어진 군에서 선택된다.

유리하게 백색 안료는 중량 평균크기(등가직경)가 바람직하게는 5μm 미만인 입자 형태로 있다. 크기가 더 크면 조성물의 특성에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 바람직하게, 입자의 중량 평균크기는 1μm 미만이다. 또한, 바람직하게 입자의 중량 평균크기는 1μm를 초과한다.

입자의 형상에 대한 특별한 제한은 없으며; 특히 원형, 층상형(flaky), 편평형 등일 수 있다.

백색 안료는 바람직하게 이산화티타늄(TiO₂)이다. 이산화티타늄의 형태에 대한 특별한 제한은 없으며, 다양한 결정 형태, 이를테면 아나타제형, 루타일형 및 모노클리닉형을 사용할 수 있다. 그러나, 높은 굴절률 및 우수한 광안정성 덕분에 루타일형이 바람직하다. 이산화티타늄을 표면처리제로 처리하거나 처리하지 않아도 된다. 바람직하게, 산화티타늄의 평균 입자크기는 0.15μm 내지 0.35μm 범위이다.

이산화티타늄 입자의 표면을 피복하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 이산화티타늄을 우선 무기 코팅으로 피복한 후, 상기 무기 코팅 위에 유기 코팅을 도포시킨다. 당해 기술분야에 공지된 임의의 방법을 이용하여 이산화티타늄 입자를 피복하여도 된다. 바람직한 무기 코팅에는 금속 산화물이 포함된다. 유기 코팅에는 카복실산, 폴리올, 알카놀아민, 및/또는 규소 화합물 중 1종 이상이 포함될 수 있다.

존재하는 경우, 바람직하게 백색 안료는 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 이상, 바람직하게는 6 중량% 이상, 더 바람직하게는 8 중량% 이상, 더욱더 바람직하게는 10 중량% 이상, 가장 바람직하게는 15 중량% 이상의 양으로 존재한다. 또한, 존재하는 경우, 바람직하게 백색 안료는 조성물의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이하, 바람직하게는 40 중량% 이하, 더 바람직하게는 35 중량% 이하, 더욱더 바람직하게는 30 중량% 이하, 가장 바람직하게는 25 중량% 이하의 양으로 존재한다.

이산화티타늄을 조성물의 총 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 양으로 사용하였을 때 탁월한 결과를 얻었다.

또한 조성물은 선택적으로 1종 이상의 중합체성 강인화제를 최대 약 15 중량%까지 함유할 수 있다. 일반적으로 강인화제는, 융점(일반적으로 200℃ 미만, 바람직하게는 150℃ 미만)이 비교적 낮고 폴리에스테르(및 선택적으로는 함유된 다른 중합체)와 반응할 수 있는 관능기가 부착되어 있는 엘라스토머일 수 있다. 폴리에스테르는 보통 카복실기와 하이드록실기을 함유하기 때문에, 강인화제는 일반적으로 카복실기 및/또는 하이드록실기와 반응할 수 있는 관능기를 포함한 것 중에서 선택된다. 이러한 관능기의 예로는 에폭시, 카복실산 무수물, 하이드록실(알코올), 카복실, 및 이소시아네이트가 있다. 바람직한 관능기는 에폭시 및 카복실산 무수물이고; 에폭시가 특히 바람직하다. 이러한 관능기를 중합체성 강인화제에 보통 "부착"시키는 방법은, 이미 존재하고 있는 중합체에 소분자를 그래프트하거나, 중합체성 강인화제 분자가 공중합 반응에 의해 만들어진 경우라면 원하는 관능기를 함유한 단량체를 공중합 반응시키는 것이다. 그래프트의 일 예로, 유리 라디칼 그래프트 기법을 이용하여 말레인산 무수물을 탄화수소 고무에 그래프트시킬 수 있다. 그 결과 그래프트된 중합체에는 카복실산 무수물 및/또는 카복실기들이 부착되어 있다.

또한 본 발명에 따른 조성물은 선택적으로 1종 이상의 핵제를 최대 약 5%까지 함유할 수 있다. 핵제의 비-제한적 예로는 벤조산나트륨 및 그로부터 유도되는 구조물, 탄소수 30 내지 50의 선형 알코올, 활석, 질화붕소, 및 LCP가 있다.

조성물은 선택적으로 자외선 안정제 또는 자외선 차단제를 최대 약 3 중량%까지 더 함유할 수 있다. 예로는 트리아졸 및 트리아진, 옥사닐라이드, 하이드록시벤조페논, 벤조에이트, 및 α-시아노아크릴레이트가 있다. 존재하는 경우, 자외선 안정제는 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 약 0.1 내지 약 3 중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1 중량%, 또는 더 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.6 중량%의 양으로 존재한다. 본 발명에 따른 조성물은 용융-혼합된 블렌드로서, 모든 중합체성 구성요소들이 서로 내부에 잘 분산되어 있으며, 모든 비-중합체성 성분들이 중합체 매트릭스에 의해 잘 분산되어 결합되어 있으므로 블렌드가 전체적으로 균일하게 통합되어 형성된다.

또한 본 발명에 따른 조성물은 위에 언급한 폴리에스테르 외에 다른 중합체, 이를테면 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리설폰, PEEK 및 폴리프탈아미드를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 조성물은 전술한 것들과는 상이한 다른 선택적 성분들, 이를테면 몰드 이형제, 가소제, 윤활제, 및 기타 다른 안정제를 포함할 수 있다.

본 발명의 중합체성 구성요소와 비-중합체성 성분을 배합하기 위해 임의의 용융-혼합 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 중합체성 구성요소와 비-중합체성 성분을 가령 단일축 또는 이축 압출기, 블렌더, 혼련기 또는 밴버리 혼합기와 같은 용융 혼합기에 한 단계를 통해 한꺼번에 첨가하거나 단계적 방식으로 첨가한 후에 용융-혼합시킬 수 있다. 중합체성 구성요소와 비-중합체성 성분을 단계적 방식으로 첨가하는 경우에는, 중합체성 구성요소 및/또는 비-중합체성 성분의 일부를 먼저 첨가하고 나머지 중합체성 구성요소와 용융-혼합시킨 후, 여기에 비-중합체성 성분을 첨가하고 잘 혼합된 조성물을 얻을 때까지 추가로 용융-혼합시킨다.

본 발명의 다른 양태는 전술된 중합체 조성물을 포함하는 제품, 특히는 LED 장치의 부품에 관한 것이다.

본원에 사용된 바와 같이, "발광 다이오드 장치" 및 "LED 장치"란 용어들은 하나 이상의 발광 다이오드, 다이오드를 전기회로에 연결할 수 있는 전기 연결부, 및 다이오드를 부분적으로 에워싸는 하우징을 포함하는 장치를 가리키고자 한다. LED 장치는 LED를 완전히 또는 부분적으로 덮는 렌즈를 선택적으로 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 조성물로부터 제조되는 제품은 당업자가 알고 있는 임의의 적합한 용융-가공법(이를테면, 사출 성형 또는 이와 유사한 방법)에 의해 본 발명의 조성물로부터 형성될 수 있다.

바람직하게 본 발명의 제품은 LED 장치의 부품들로, 이를테면 하우징, 반사체 및 반사판이다.

상기 제품은 하우징 내부에 삽입되는 LED로의 전기 연결부를 만드는데 사용가능한 금속(이를테면, 구리, 또는 은으로 피복된 구리) 리드프레임 상부에 오버몰드될 수 있다. 제품은 LED를 에워싸는 하우징 부분에 공동부를 가지며, 상기 공동부는 LED 광을 외부 방향, 렌즈(존재하는 경우) 쪽으로 반사시키는 역할을 한다. 공동부는 원통형, 원뿔형, 포물선형 또는 다른 곡선 형태일 수 있으며, 바람직하게는 매끄러운 표면을 가진다. 대안으로, 공동부 벽은 다이오드와 평행이거나 실질적으로 평행일 수 있다. 다이오드 공동부 위에는, 에폭시 또는 실리콘 재료를 포함할 수 있는 렌즈가 형성될 수 있다.

본 발명의 제품은 신호등, (비디오 디스플레이를 비롯한) 대면적 디스플레이, 비디오 스크린, 실내 및 실외 조명, 휴대폰 디스플레이 백라이트, 자동차 디스플레이, 차량 브레이크등, 차량 전조등, 노트북 컴퓨터 디스플레이 백라이트, 보행자를 위한 바닥 조명, 및 손전등과 같은 적용분야에 통합될 수 있다.

실시예

실시예들을 참조로 본 발명을 이제 설명하기로 하며, 상기 실시예들은 본 발명을 예시하고자 하는 것으로, 본 발명의 범주를 임의로 제한하고자 함이 아니다.

아래와 같은 상업적으로 입수가능한 재료들을 사용하였다:

폴리에스테르: 이스트만^TM 케미컬 프러덕츠 사(社)의 PCT 폴리에스테르

유리 섬유:

- 유리 섬유-1; OCV^TM 리인포스먼츠 사의 OCV 995

- 유리 섬유-2; OCV^TM 리인포스먼츠 사의 OCV 952A

- 유리 섬유-3: NEG(일본전기초자) 사의 T-127H.

이산화티타늄:

- TiO₂-1: 듀폰 티타늄 테크놀러지사가 시판 중인 Ti-Pure^® R-350 - 염화물 공정으로 제조하고 실리카 및 알루미나로 처리한 루타일형 TiO₂.

- TiO₂-2: 이시하라 산요 가이샤 주식회사가 시판 중인 Tipaque^® PC-3 - 염화물 공정으로 제조하고 실리카 및 알루미나로 처리한 루타일형 TiO₂.

안정제 및 첨가제:

- 인 화합물 1(PC-1): ULTRANOX^® 626은 포스파이트 에스테르 안정제 - 전술한 바와 같은 화학식(α5)의 (2,4-디-t-부틸페닐)펜타에리트리톨 디포스파이트이며, 켐츄라(Chemtura) 사가 시판 중임.

- 인 화합물 2(PC-2): IRGAFOS^® P-EPQ는 포스포나이트 안정제 - 전술한 바와 같은 화학식(β1)의 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-바이페닐]-4,4'디일비스포스포나이트이며, 시바(Ciba) 사가 시판 중임.

- 장애 아민: NYLOSTAB^® S-EED 안정제는 화학식(α2)에 해당되는 장애 아민이며, 클라리언트(Clariant) 사가 시판 중임.

- 활석: 이미 Imi Fabi L.L.C.가 시판 중인 Imi-Fabi^TM HTP-4.

- LLDPE: 다우 사가 시판 중인 선형 저밀도 폴리에틸렌 GRSN-9820 NT 7.

본 조성물의 일반 제조 과정

12개의 영역을 구비한 ZSK-26 이축 압출기의 제1 배럴에, 전술한 폴리에스테르 수지를 감량식 정량공급장치를 통해 공급하였다. 배럴 설정 온도를 240 내지 300℃로 하고, 수지를 제5 영역 앞에서 용융시켰다. 제5 영역에서는 감량식 정량공급장치를 이용하여 다른 성분들이 사이드 스터퍼(side stuffer)를 통해 공급되었다. 스크류 회전속도는 175 rpm으로 하였다. 압출물을 냉각시키고, 종래 장비를 이용하여 펠렛화하였다.

사용된 각종 성분들의 성질 및 양을 표 5에 정리하였고, 이때 표에서 각 성분의 양은 중량%로 표시하였다.

사용된 성분들의 성질 및 양
	(CE1)	(CE2)	(CE3)	(CE4)	(CE5)	(E6)	(E7)
폴리에스테르(%)	57.35	58.35	67.35	62.75	63.55	67.55	62.55
강화 충전재(%)
유리 섬유-1			10	15	15	10	15
유리 섬유-2	20
유리 섬유-3		20
백색 안료(%)
TiO₂-1			20			20
TiO₂-2	20	20		20	20		20
안정제(%)
PC-1	1.4		1.4			1
PC-2				1			1
장애 아민		0.4			0.2	0.2	0.2
기타 첨가제(%)
활석	1	1	1	1	1	1	1
LLDPE	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25

반사도 측정

시료들을 12일 동안 180℃에서 노광시킴으로써, LED 장치 내 본 발명의 조성물로 제조된 부품의 거동을 시뮬레이션하였다. 따라서, 실시예 E4 및 비교예 CE1 내지 CE3의 조성물 각각을 사용하여, 약 50mm 직경과 약 1.6mm의 두께를 가진 디스크들을 제조하였다.

400W UV F/2로 이루어진 조명기구와 Optivex^TM UV 필터가 구비된 180℃ 오븐에 상기 디스크를 12일 동안 두었다. BKY-Gardner 광검출기로 반사도를 측정하였다. 성형된 상태의 디스크의 반사율, 12일 동안 노광 및 고온(180℃) 노출된 후의 디스크의 반사율, 및 460nm 파장에서의 반사도 유지율을 표 6에 정리하였다.

반사도 유지율 측정
460nm에서의 반사율 (%)	(CE1)	(CE2)	(CE3)	(CE4)	(CE5)	(E6)	(E7)
- 성형된 상태	91.0	85.2	92.0	93.4	95.3	93.7	93.7
- 노광 및 열처리 후	57.4	44.0	59.8	58.6	55.9	64.6	62.4
반사도 유지율(%)	63	52	65	63	59	70	67

결과

놀랍게도, 본 발명에 따른 조성물 E6 및 E7의 성형된 상태에서의 반사도 유지율과 12일 동안의 노광 및 고온 노출 후의 반사도 유지율이 비교예 CE1 내지 CE5에 비해 더 높았다.

표 6에 정리된 자료에는 Ultranox^® 626 또는 Irgafos^® P-EPQ와 같은 포스파이트 에스테르 화합물과 Nylostab^® S-EED와 같은 장애 아민 화합물 사이에 관찰된 시너지 효과가 잘 나타나 있다. 본 발명에 따른 조성물은 성형 제품 그대로의 상태에서, 그리고 노광 및 열처리(LED 장치 제조시 재료가 노출되는 조건을 모방하기 위함)를 거친 동일 제품 모두에서 탁월한 광학 특성들을 달성하였다.

비교예 CE1 및 CE3은, 인 화합물 단독으로는 본 발명에 따른 실시예를 통해 얻어지는 탁월한 광학 특성들을 제공하기에 충분하지 않다는 증거를 제공한다.

비교예 CE2 및 CE5는 단독으로 존재하는 장애 아민 화합물이 장기간(12일) 동안 노광 및 고온(180℃) 노출된 조성물에 충분한 안정성을 제공하기에 충분하지 않다는 것을 분명하게 보여 준다.

인 화합물(ULTRANOX^® 626 안정제 또는 IRGAFOS^® P-EPQ)과 장애 아민 화합물(Nylostab^® S-EED) 모두가 조합된 실시예 E6 및 E7은 노광 및 고온 노출 후의 반사도 유지율 면에서 예기치 않은 결과를 얻었다. 이러한 결과는 CE1 및 CE3에서의 사용량과 비교하여 더 적은 총량의 첨가제를 사용한 경우에도 얻어졌다.

본 발명에 따른 실시예 E6 및 E7은 앞서 제시한 광범위한 요구조건들(특히 양호한 가공성, 높은 치수안정성, 높은 기계적 강도)을 충족시키는 것을 물론, 놀랍게도 노광 및 고온 처리 후의 반사도가 62%를 넘는다는 점을 특징으로 한다. 따라서 이들 조성물은 LED 구성요소의 제조용으로 뛰어난 후보이다.

Claims

- 1종 이상의 폴리에스테르;
- 1종 이상의 장애 아민 화합물; 및
- 포스파이트 에스테르, 포스포나이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 인 화합물을 포함하는 중합체 조성물이며,
상기 1종 이상의 인 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.7 내지 5 중량%의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물.
제1항에 있어서, 폴리에스테르의 반복단위의 50몰% 이상은 테레프탈산과 1,4-사이클로헥실렌디메탄올의 중축합 반응을 통해 얻어지는 것인 중합체 조성물.
제1항에 있어서, 폴리에스테르는 폴리(1,4-사이클로헥실렌디메틸렌 테레프탈레이트)인 중합체 조성물.
제1항에 있어서, 1종 이상의 장애 아민 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 2 중량%의 양으로 존재하는 것인 중합체 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 백색 안료를 더 포함하는 것인 중합체 조성물.
제5항에 있어서, 백색 안료는 TiO₂, ZnS₂, ZnO 및 BaSO₄ 중에서 선택되는 것인 중합체 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 1종 이상의 강화 충전재를 더 포함하는 것인 중합체 조성물.
제7항에 있어서, 강화 충전재는 유리 섬유, 규회석, 탄소 섬유, 활석, 운모 및 고령토 중에서 선택되는 것인 중합체 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 중합체 조성물을 포함하는 제품.
제9항에 있어서, LED 장치의 부품인 제품.