KR102013972B1

KR102013972B1 - 낮은 열팽창 계수를 갖는 특정 폴리카르보네이트로 제조된 금속화 다층 구조물

Info

Publication number: KR102013972B1
Application number: KR1020147017564A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 마이어; 마르틴 되블러; 울리히 그로써; 라팰 오저; 비르테 새미쉬; 토마스 툴케
Original assignee: 코베스트로 도이칠란드 아게
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2019-10-21
Also published as: KR20140105493A; CN103946268B; TW201336664A; US9823393B2; TWI568566B; CN103946268A; US20140329071A1; EP2785764A1; EP2785764B1; ES2603277T3; WO2013079398A1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 열가소성 물질로 제조되고 적어도 하나의 금속 층을 갖는 다층 구조물에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 특정 코폴리카르보네이트 및 적어도 하나의 무기 충전제를 포함하는 기재로 제조된 기재 층, 금속 층 및 하나 이상의 추가 층을 포함하는 적어도 3개의 층을 포함하는 다층 생성물에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 상기 다층 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

낮은 열팽창 계수를 갖는 특정 폴리카르보네이트로 제조된 금속화 다층 구조물 {METALLIZED MULTILAYER STRUCTURE MADE OF SPECIFIC POLYCARBONATES WITH LOW COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION}

폴리카르보네이트는 고내열성을 갖기 때문에, 그들은 특히 상대적으로 높은 열 응력이 예측되는 부문에서 사용된다. 특정 코폴리카르보네이트 (예를 들어, 비스페놀 A 및 비스페놀 TMC (1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산)를 기재로 한 코폴리카르보네이트)의 사용으로 내열성의 추가의 증가가 얻어질 수 있다. 따라서, 상기 폴리카르보네이트는 또한 상대적으로 높은 열 응력에 노출되는 렌즈, 반사체, 램프 커버 및 램프 하우징 등을 제조하는 데 적합하다. 이들 응용은 실제로 고수준의 열적 특성, 예를 들어 적절한 기계적 특성과 조합하여 높은 유리 전이 온도/높은 비캣(Vicat) 연화점 (내열성)을 항상 요구한다.

비스페놀 A 및 비스페놀 TMC로 제조된 코폴리카르보네이트는 바이엘 머티리얼사이언스 아게(Bayer MaterialScience AG)로부터 상표 아펙(Apec)®으로 구매가능하다.

상기 물질은 또한 추가 요건, 예를 들어 생성되는 사출 성형 부품/압출물에서의 우수한 표면 품질, 및 우수한 금속 접착력 요건뿐만 아니라 우수한 가공성 및 우수한 기계적 특성 요건을 따라야 한다.

이러한 코폴리카르보네이트의 내열성 및 기계적 특성은 사용되는 비스페놀 및 그들의 분자량의 적절한 조정에 따라 폭넓게 변동될 수 있다.

반사체 응용 부문에서는, 우수한 금속 접착력뿐만 아니라 낮은 열팽창이 흔히 유리한데, 그 이유는 높은 열팽창은 광의 집속 및 광 수율에 대해 악영향을 가질 수 있기 때문이다. 이러한 장치는 주로, 대량의 열을 종종 방출하는, 예를 들어 백열 램프의 광원의 직접적인 환경에서 반사체를 갖는다. 따라서, 반사체는 높은 열 응력, 빈번하게는 160℃ 초과에 노출된다. 이러한 이유로, 최소 선형 열팽창 계수를 갖는 물질을 사용하는 것이 또한 필요하다. 더욱이, 이러한 물질은 넓은 온도 범위에서, 특히 심지어는 160℃ 초과의 온도에서 치수적으로 안정한 것으로 의도되는데, 즉 반사체의 사용 동안 전술된 광학 변형을 피하도록 팽창 거동 및 수축 거동이 최대 등방성을 나타내어야만 한다. 다층 물품의 금속 층의 팽창 거동 및 수축 거동은 베이스 층과 유사한 것이 바람직한데, 그 이유는 그렇지 않으면 응력이 표면 휨(warpage) 및 그에 따른 훈색(iridescence)을 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 열팽창 거동의 적절한 조정은 균열, 훈색 및 압축과 같은 표면 결함을 완화시킨다.

자동차 부문에서 요즘 사용되는 반사체 커버는 흔히 편평한 투명 폴리카르보네이트 시트이다. 이는 높은 외부 가시성을 갖는 요소 (예를 들어, 반사체, 부반사체(subreflector), 프레임)의 표면 품질에 보다 엄격한 요건을 두며, 다른 중요한 인자는 승온에서의 치수 안정성, 버블 형성을 피하기 위하여 최소화된 기체 방출, 기계적 강도, 용이한 가공 및 낮은 제작 공차이다.

베이스 층을 위한 물질은 바람직하게는, 사출-성형가능하고 비캣 연화점이 160℃ 초과인 다른 열가소성 물질과 비교하여 상대적으로 저렴한 것으로 의도된다.

전술된 바와 같이, 상응하는 금속화 부분은 높은 내열성을 가져야 한다. 이는 기계적 특성 또는 광학적 특성, 예를 들어 금속 표면의 품질에 손상이 없어야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 비캣 연화점이 160℃ 초과, 특히 170℃ 초과이고, 특히 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산 유도체를 포함하는 소정의 열가소성 물질 (이들 중에 코폴리카르보네이트가 있음)로 제조된 금속화 성형물은 흔히 매우 높은 온도에서 특정 응용에 대해 부적절한 광학 품질을 나타낸다는 것이 확인되었다. 예로서, 특정 조건 하에서, 특히 플라즈마 조건 하에서 전처리되고 금속화된 이러한 유형의 성형물은 고온에서 (특히 170℃ 초과의 온도 또는 온도 피크에서) 특정 조건 하에서 버블을 형성하는 (버블의 형성 및 코팅에서의 균열) 경향을 갖는다. 이는 각각의 응용에서 상응하는 성형물에 불량을 일으킬 수 있다. 버블의 형성은 금속 표면의 균일한 외관을 손실시키며, 더욱이 광의 반사에 악영향이 있다.

또 다른 놀라운 발견은 모든 금속화 공정이 열 응력 하에서 표면에 손상을 초래하지는 않는다는 것이었다. 금속화 공정이 저주파 플라즈마 전처리 또는 DC 스퍼터링에서 일어나는 어떠한 이온 충격에도 기재를 노출시키지 않고서 단지 증기상으로부터 상응하는 금속을 적용한다면, 중합체-금속 복합재는 매우 안정하며, 열 응력 하에서도 표면 결함을 발생시키지 않는다. 사출-성형된 부품이 DC 스퍼터링 공정으로 플라즈마 내에서 코팅되었을 때 표면 결함이 일어난다. 그러나, 여기서도 역시 모든 플라즈마-보조 공정이 후속 표면 결함을 초래하는 것은 아니다. 예로서, 추가의 저주파 플라즈마 단계, 예를 들어 플라즈마 전처리가 일어나야 한다. 이 단계에서, 플라즈마는 금속의 후속 적용 또는 탑코트의 침착을 위하여 표면으로부터 오염을 제거하고 임의적으로 중합체를 활성화하는 데 사용된다. 이러한 표면-세정 및 표면-활성화 효과로 인해 이 단계는 산업 공정에서 필수적이게 된다. 경제적인 이유로, 본 발명에 따른 다층 구조물은 DC 스퍼터링 공정으로 코팅을 거칠 수 있는 것으로 의도된다 - 이를 위한 전제조건은 기재 물질이 이러한 코팅 방법에 적합하다는 것이다.

전술된 바와 같이, 열 응력 후의 표면 결함은 특히 버블이며, 이는 금속 표면을 붕괴시킨다. 열 응력 후에 금속 표면의 혼탁(clouding)이 또한 일어날 수 있다. 일어날 수 있는 또 다른 결함은 열 응력 후의 표면 훈색이다. 상기 모든 결함은 금속화 구조물이 열 응력을 받는 경우에만 일어난다 - 따라서 금속화 성형물이 표면 결함을 발생시킬지의 여부를 사전에, 즉 금속화 직후에 식별하는 것은 불가능하다.

지금까지 반사체의 제조는 대부분 열경화성 물질을 의미해 왔으며; 열가소성 물질이 또한 사용되어 왔지만 덜 빈번하였다. 후자 중에서, 주로 사용되는 무정형 열가소성 물질, 예를 들어 폴리에테르이미드 (PEI), 폴리아미드이미드 (PAI) 또는 폴리술폰, 예를 들어 폴리에테르술폰 (PES)/폴리술폰 (PSU)/폴리페닐렌 에테르술폰 (PPSU)은 높은 내지 매우 높은 비캣 연화점/유리 전이 온도(Tg)를 갖는다. 상기 무정형 고-Tg 열가소성 물질은 충전제 없이 탁월한 표면 평활도를 갖는 반사체 예비성형물(preform)을 제조하는 데 사용될 수 있다. 반사체 예비성형물은 직접 금속화될 수 있다. 그러나, 대량 생산의 단점은 언급된 무정형 고-Tg 열가소성 물질의 가격이 때때로 매우 높다는 것이다. 더욱이, 이들 고-Tg 열가소성 물질을 가공하는 것은 때때로 어렵다. 이들 중 일부는 또한 까다로운 반사체 기하학적 구조에 대해 너무 높은 열팽창 계수를 갖는다.

헤드램프 반사체는 벌크 성형 화합물(bulk moulding compound, BMC)을 주로 사용한다. 이들은 섬유-매트릭스 반제품을 포함한다. 이는 유리 단섬유 및 폴리에스테르 수지 또는 비닐 에스테르 수지로 대개 이루어지지만, 다른 강화 섬유 또는 수지 시스템이 사용될 수 있다. BMC는 열간 프레스 성형에 의해 가공되는데, 이는 짧은 주기 시간을 허용한다. 이를 위하여, BMC 조성물은 가열된 분할 금형 내로 중심에 삽입된다. 폐쇄 후, BMC는 금형 내에서 분포되게 된다. 짧은 섬유 길이로 인해, 물질은 또한 프레싱 공정 동안 얇은 리브(rib)들 및 얇은 벽들에 제공될 수 있다. 그러나, 협착부(constriction)에서 BMC가 탈혼합(demixing)될 위험이 있다. 이는 섬유가 협착부를 차단할 때 일어나며, 따라서 수지만이 전방으로 유동할 수 있다. 개별 강화 섬유는 일반적으로 유동 방향으로 배향되게 되고, 이에 따라 높은 섬유 배향이 국소적으로 일어날 수 있다. 섬유 길이가 적당히 작다면, 특별한 방법을 사용함으로써 사출-성형 공정으로 BMC를 가공하는 것이 또한 가능하다.

자동차 헤드램프, 또는 더 정확하게는 헤드램프 반사체가 열경화성 물질 (BMC)에 대한 전형적인 응용이다. 여기서는, 우수한 치수 정확도 및 내열성이 중요하다. 이 공정은 엘라스토머 사출 성형과 매우 유사하다. 열경화 가공을 위한 주기 시간은 일반적으로 최대 약 4 mm의 벽 두께에서 열가소성 물질에 대한 것보다 더 길다. 우수한 전기적 또는 기계적 특성에 대한 필요성이 없다면, 이는 대개 열가소성 물질과의 경제적인 비교에서 열경화성 물질을 불리하게 한다. 상기 열경화성 물질의 금속화는 추가의 제조 단계, 예를 들어 연마 및 래커처리를 필요로 하며, 그 결과 직접 금속화가능한 열가소성 물질과 비교하여 추가의 경제적으로 불리한 점이 생긴다.

여기서 충전제의 역할은 주로 BMC의 생산 비용을 감소시키는 것인데, 이는 덜 고가의 충전제가 섬유 및 수지의 부피를 대신한다는 점에서 그렇다. 원하는 특성, 예를 들어 증가된 난연성 또는 낮은 수축에 의해 요구될 때 추가 물질이 첨가된다. 예로서, 산화마그네슘은 가소성을 증가시키고, 카올린은 내산성을 증가시킨다.

최고 온도는 본래 조명 유닛 내에서 주로 나타난다. 따라서, 지금까지 반사체는 판금(sheetmetal)으로부터, 열경화성 물질, 예컨대 BMC로부터, 또는 금속화 사출-성형 무정형 고-Tg 열가소성 물질 (PEI, PSU, PES)로부터 제조되어 왔다. 지금까지, 사출-성형 부품이 금속화를 위해 필요로 하는 표면 품질과 결합된 엄격한 공차 요건은 비충전 무정형 고-Tg 열가소성 물질 또는 래커처리된 열경화성 물질을 사용함으로써 주로 달성되어 왔다.

또 다른 요건은 코팅하고자 하는 (거의 만곡된) 플라스틱 표면의 표면 품질에 관한 것이다. 구체적으로 말하면, 광 수율이 필수 인자인 반사체의 경우에, 최대 균질성을 갖는 매우 평활한 고-광택 표면이 코팅을 위해 제공되어야 한다. 충전제의 첨가/불량한 유동을 갖거나 너무 빨리 고화되는 플라스틱은 성형 금형의 상응하는 표면이 고-광택 연마도를 갖더라도, 경면-마무리 표면에 대한 극도로 엄격한 요건에 대해 측정했을 때, 사출 금형 내에서 거칠거나 무광택이거나 불규칙한 복제를 흔히 초래한다.

유럽 특허 EP　725　101　B2에 개시된 투명하고 무색이며 무정형인 호모폴리아미드는 약 157℃의 유리 전이 온도를 가지며, 고작해야 부반사체의 제조에 적합할 뿐이며, 더 높은 작동 온도에 노출되는 광-반사체 구성요소의 제조에는 적합하지 않다.

특허 US　6,355,723　B1은 무정형 열가소성 물질, 예컨대 폴리에테르이미드, 폴리아릴 에테르, 폴리에테르 술폰, 폴리술폰, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르 카르보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 이들 열가소성 물질의 단일상 혼합물로 제조된 사출-성형된 반사체를 개시한다. 상기 반사체에는 금속 층이 직접 제공될 수 있으며, 적어도 170℃ 내지 200℃의 유리 전이 온도 (Tg)를 갖는다. 상기 모든 반사체는 염료의 혼합으로 인한 흑색 착색을 가져서, 현저한 표면 결함이 반사체 표면의 금속화 전에 시각적 검사에 의해 검출하기가 더 용이하게 되고 반사체의 비금속화 부분으로 인한 원치 않는 광학적 효과를 억제하게 된다. 그러나, 상기 물질 및 성형물은 원하는 낮은 열팽창 계수를 갖지 않으며, 일부 경우에는 원하는 응용에 대해 너무 고가이다.

앞서 선행 기술에서 기재된 폴리카르보네이트/코폴리카르보네이트의 일반적인 단점은 그들의 팽창 계수가 과도하게 높기 때문에, 그들이, 예를 들어 반사체로서의 고온 응용에서 금속화 구성요소로서의 사용에 대해 단지 제한된 적합성을 가질 수 있거나 전혀 적합하지 않다는 것이다.

일부 폴리이미드는 매우 낮은 열팽창 계수와 조합하여 매우 높은 유리 전이 온도를 갖지만, 이들은 오렌지색 내지 갈색 외관을 갖는다. 이들 물질은 마찬가지로 매우 고가이다. 반사체에 바람직한 중합체 물질은 높은 유리 전이 온도 및 낮은 열팽창과 함께, 허용가능한 비용으로 높은 광학 표면 품질을 제공할 것이다.

금속은 다양한 방법, 예를 들어 스퍼터링 또는 증기상으로부터의 적용에 의해 중합체에 적용될 수 있다. 이들 공정은 문헌 ["Vakuumbeschichtung Bd.1 bis 5" [Vacuum coating, Volumes 1 to 5], H. Frey, VDI-Verlag Duesseldorf 1995] 또는 ["Oberflaechen- und Duennschicht-Technologie" [Technology of surfaces and thin layers] Part 1, R.A. Haefer, Springer Verlag 1987]에서 예로서 더 상세히 기술되어 있다.

더 우수한 금속 접착력을 달성하기 위하여, 그리고 기재 표면을 세정하기 위하여, 기재는 통상적으로 플라즈마 전처리를 받는다. 플라즈마 전처리는 때때로 중합체의 표면 특성을 변경시킬 수 있다. 이들 방법은 문헌 [Friedrich et al., Metallized Plastics 5&6: Fundamental and applied aspects] 및 [H. Gruenwald et al., Surface and Coatings Technology 111 (1999) 287-296]에 예로서 기술되어 있다.

추가 층, 예컨대 부식-감소 보호 사이즈가 PECVD (플라즈마 강화 화학적 증착) 또는 플라즈마 중합 공정으로 적용될 수 있다. 여기서는, 실록산을 주 기재로 한 저비점 전구체가 플라즈마 내로 기화되고, 이에 따라 활성화되어 이들은 필름을 형성할 수 있게 된다. 여기서의 전형적인 물질은 헥사메틸디실록산 (HMDSO), 테트라메틸디실록산, 데카메틸시클로펜타실록산, 옥타메틸시클로-테트라실록산 및 트리메톡시메틸실란이다.

시클로알킬리덴디페놀을 기재로 한 코폴리카르보네이트가 알려져 있으며, 다양한 간행물에 기재되어 있다.

예로서, DE　3　903　103　A1, EP　414　083　A2 및 EP　359　953　A1은 시클로알킬리덴디페놀을 기재로 한 폴리카르보네이트의 제조 및 사용을 기술한다.

또한, 시클로알킬리덴디페놀를 갖는 코폴리카르보네이트를 포함하는 조성물 및 다양한 다른 중합체 성분들에 대해 많이 기술되어 있다.

그러나, 상기 출원들 중 어느 것도 160℃ 초과/170℃ 초과의 온도에서의 금속화 성형물의 개선된 광학적 특성에 관한 것이 아니다. 마찬가지로, 낮은 열팽창 계수를 갖는 물질이 기술되어 있지 않다. 지금까지의 선행 기술은 전술된 문제를 어떻게 해결할 수 있는지를 밝히지 않는다.

따라서, 고도로 반사성인 표면을 가지며, ASTM E831에 따라 58　x　10^-6/K 미만, 바람직하게는 55　x　10^-6/K 미만, 특히 바람직하게는 53　x　10^-6/K 미만, 매우 특히 바람직하게는 50　x　10^-6/K 미만 (종방향 및 횡방향으로)의 선형 열팽창 계수를 가지며, ASTM D523에 따라 측정했을 때 800 이상 (20° 입사각 및 반사각), 바람직하게는 1000 초과 (20° 입사각 및 반사각)의 광택도(gloss level)를 가진 표면을 갖는 다층 구조물을 제공하는 것이 목적이었다. 본원에서의 표면은 장기간에 걸쳐 고온에서도 무결함 고광택 특성을 유지하는 것으로 의도된다 (열 안정성).

더욱이, 다층 구조물은 높은 용융 안정성을 갖는 기재 물질 (베이스 층)로 이루어진 것으로 의도되는데, 그 이유는 비교적 높은 비캣 연화점을 갖는 열가소성 물질의 가공 동안 상대적으로 높은 열 응력이 일어날 수 있기 때문이다. 더욱이 기재 물질은 통상 사용되는 폴리에테르이미드/폴리술폰/폴리에테르술폰보다 덜 고가인 것으로 의도된다. 더욱이, 베이스 층은 열팽창과 관련하여 최대 등방성을 나타내는 것으로 의도된다. 따라서, 종방향 열팽창과 상응하는 횡방향 값 사이의 차이 (또는 반대의 경우)는 25% 이하, 바람직하게는 20% 이하, 특히 바람직하게는 15% 이하인 것으로 의도된다. 본원에서의 베이스 층은 고내열성을 가져야만 하며, 즉 유리 전이 온도/비캣 연화점이 160℃ 초과여야만 한다.

특히 바람직한 한 실시양태에서, 반사체는 적절히 높은 열 전도도에 의해 반사체에서 흔히 일어나는 열 응력을 최소화하기 위하여 높은 열 전도도를 갖도록 의도된다. 따라서, 특정 한 실시양태에서, 열 전도도는 0.3　W/mK 초과, 바람직하게는 0.4　W/mK 초과인 것으로 의도된다.

더욱이, 본 발명에 따른 다층 구조물의 제조는 고온에서도 우수한 반사 특성을 얻기 위하여 기재 층이 특수 공정으로 코팅될 것을 필요로 한다.

더욱이, 상응하는 성형물 (기재 물질; 베이스 층)은 국소 결함이 없는 표면을 제조하기 위하여 160℃ 초과의 금형 온도에서 사출-성형 공정/열성형 공정으로 제조되어야만 한다. 원칙적으로, 높은 금형 온도에서의 고품질 표면의 제조 방법은 공지되어 있지만, 당업자는 어느 기재 물질이 이러한 유형의 공정에 적합한지, 그리고 더욱이 금속화 다층 구조물의 제조에 적합한지를 알지 못한다.

놀랍게도, 특정 충전제와 함께 특정 코폴리카르보네이트로 제조된 기재 물질을 사용함으로써 문제를 해결하였다. 본원에서는 구형/라멜라 기하구조를 갖는 특정 무기 입자가 그 목적을 달성하는 데 적합하다는 것을 알아내었다. 본원에서는, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산 유도체를 기재로 한 코폴리카르보네이트를 60 중량% 이상 포함하는 기재 물질이 특히 바람직하다.

본 발명에 따르면, 본 목적은 하기로 이루어진 다층 구조물을 통해 달성된다:

- 베이스 층 a)

- 금속 층 b)

- 하나 이상의 층 c)

- 임의적으로 하나 이상의 추가 층.

a) 160℃ 초과의 비캣 연화점을 갖는 코폴리카르보네이트로 이루어진 베이스 층. 본원에서의 기재 물질은,

바람직하게는 160℃ 초과, 바람직하게는 165℃ 초과, 특히 바람직하게는 170℃ 초과의 비캣 연화점을 가지며, 사슬 종결제 (말단 기)로서 화학식 1의 구조 단위를 포함하고:

<화학식 1>

(상기 식에서,

R1은 수소 또는 C₁-C₁₈-알킬이며; 사슬 종결제로서 다음의 것이 매우 특히 바람직하다: 페놀 또는 tert-부틸페놀 또는 n-부틸페놀, 특히 페놀 및 p-tert-부틸페놀);

화학식 2의 디페놀 단위를 적어도 하나 포함하는 코폴리카르보네이트로 이루어지고:

<화학식 2>

(상기 식에서,

R2는 C₁-C₄-알킬 (메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필 및 부틸과, 또한 이소부틸 모이어티를 포함함)이며, 바람직하게는 메틸임)이고,

n은 0, 1, 2 또는 3이며, 바람직하게는 2 또는 3임);

이는 또한 구형 또는 라멜라 기하구조를 갖는 하나 이상의 무기 충전제를, 사용되는 열가소성 물질 전체를 기준으로 5 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 15 중량% 내지 35 중량%의 양으로 포함하며; 본원에서의 층 a)의 두께는 0.1　mm 내지 6.0　mm, 바람직하게는 0.2　mm 내지 5.0　mm, 특히 바람직하게는 0.5　mm 내지 4.0　mm이다.

b) 알루미늄, 은, 크로뮴, 티타늄, 또는 팔라듐, 바람직하게는 은 또는 알루미늄, 특히 바람직하게는 알루미늄으로 제조되며, 두께가 바람직하게는 10 nm 내지 1000 nm, 바람직하게는 50　nm 내지 800　nm, 특히 바람직하게는 60　nm 내지 500　nm, 매우 특히 바람직하게는 60　nm 내지 300　nm인 금속 층. 상기 금속 층은 플라즈마 공정으로 제조되는 것이 바람직하다. 그리고,

c) 임의적으로, 바람직하게는 코팅 물질로서 헥사메틸디실록산 (CAS 107-46-0)을 사용하여 플라즈마 공정으로 제조된, 폴리실록산으로 제조된 보호 층 (이하, 탑코트(topcoat)라 불림). 탑코트의 층 두께는 10　nm 내지 200　nm, 바람직하게는 20　nm 내지 100　nm이다.

또 다른 구체적 실시양태에서는, 더욱이 또한 표면 상에의 응축물의 형성을 억제하는 존재하는 층이 있을 수 있다.

금속화 공정은 3개의 단계를 포함한다:

1. 플라즈마 전처리

2. 금속화

3. 부식-보호 층의 침착.

금속 층은 전형적으로 증기상 또는 DC-스퍼터링 (직류-전압 플라즈마에 의한 캐소드 원자화)으로부터 적용된다. 동일한 기술 장비가 전형적으로 단계 1 및 단계 3에 사용된다. 이는 또한 선행 기술이다.

화학식 2의 바람직한 디페놀 단위의 예는 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산 및 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산이며, 바람직하게는 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산이다.

본원에서는, 비스페놀 성분 전체를 기준으로 15 중량% 내지 95 중량%, 특히 25 중량% 내지 90 중량%의 화학식 2의 디페놀 단위를 포함하는 코폴리카르보네이트가 바람직하다.

화학식 2의 디페놀은 별도로 하고, 코폴리카르보네이트를 생성하기에 적합한 디히드록시아릴 화합물은 화학식 3의 화합물이다:

<화학식 3>

(상기 식에서,

Z는 방향족 모이어티이며, 이 방향족 부분은 6 내지 30개의 탄소 원자를 갖고, 하나 이상의 방향족 고리를 포함할 수 있고, 치환을 가질 수 있고, 가교 성분으로서 지방족 또는 시클로지방족 모이어티/알킬아릴 시스템 또는 헤테로원자를 포함할 수 있음).

화학식 3에서의 Z는 화학식 3a의 모이어티인 것이 바람직하다:

<화학식 3a>

(상기 식에서,

R6 및 R7은 서로 독립적으로 H, C₁-C₁₈-알킬, C₁-C₁₈-알콕시, 할로겐, 예컨대 Cl 또는 Br이거나, 각각 임의적으로 치환된 아릴 또는 아르알킬이며, 바람직하게는 H 또는 C₁ _-C₁₂-알킬이며, 특히 바람직하게는 H 또는 C₁-C₈-알킬이며, 매우 특히 바람직하게는 H 또는 메틸이고,

X는 -CO-, -O-, -S-, C1-C6-알킬렌, C₂-C₅-알킬리덴이거나, 또는 C₆-C₁₂-아릴렌인데, 이는 임의적으로 헤테로원자를 포함하는 추가 방향족 고리와 축합된 것일 수 있음).

X는 C₁-C₅-알킬렌, C₂-C₅-알킬리덴, -O-, -SO-, -CO-, -S-, -SO₂-, 이소프로필리덴 또는 산소, 특히 이소프로필리덴인 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 사용되는 코폴리카르보네이트를 생성하기에 적합한 화학식 3의 디페놀의 예는 히드로퀴논, 레조르시놀, 비스(히드록시페닐)알칸, 비스(히드록시페닐)술피드, 비스(히드록시페닐)에테르, 비스(히드록시페닐)케톤, 비스(히드록시페닐)술폰, 비스(히드록시페닐)술폭시드, [알파],[알파]'-비스(히드록시페닐)디이소프로필벤젠, 및 또한 그의 (고리-)알킬화 및 고리-할로겐화 유도체이다.

추가로 바람직한 화학식 3의 디페놀은 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)-1-페닐프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)페닐에탄, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,3-비스[2-(4-히드록시페닐)-2-프로필]벤젠 (비스페놀 M), 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)메탄, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)술폰, 2,4-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 1,3-비스[2-(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)-2-프로필]벤젠이다.

특히 바람직한 화학식 3의 디페놀은 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 (BPA), 및 2,2-비스(3-메틸-4-히드록시페닐)프로판이다.

비스페놀 A 및 비스페놀 TMC로 제조된 코폴리카르보네이트가 특히 바람직하다.

이들 및 다른 적합한 디페놀은 구매가능하며, 문헌 ["H. Schnell, Chemistry and Physics of Polycarbonates, Interscience Publishers, New York 1964, pp. 28 ff; pp. 102 ff"], 및 ["D. G. Legrand, J. T. Bendler, Handbook of Polycarbonate Science and Technology, Marcel Dekker New York 2000, pp. 72 ff"]에 예로서 기술되어 있다.

랜덤 코폴리카르보네이트가 특히 바람직하다.

열가소성 코폴리카르보네이트의 몰질량 Mw (중량-평균 Mw, 겔 투과 크로마토그래피 GPC 측정에 의해 측정됨)는 12,000 내지 120,000, 바람직하게는 15,000 내지 80,000, 특히 18,000 내지 60,000, 매우 특히 바람직하게는 18,000 내지 40,000 g/mol이다. 수평균 Mn을 사용하여 몰질량을 기술하는 것이 또한 가능하며, 이들은 마찬가지로 폴리카르보네이트에 대한 사전 보정 후에 GPC에 의해 측정된다.

본원에서의 베이스 층은 구형 또는 라멜라 기하구조를 갖는 무기 충전제를, 사용되는 열가소성 물질 전체를 기준으로 5 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 15 중량% 내지 35 중량% 포함한다. 큰 외부 및/또는 내부 표면적을 갖는 미세-입자 및/또는 다공성 형태의 구형 또는 라멜라 기하구조를 갖는 충전제가 바람직하다. 이 문맥에서, 라멜라란 3개의 치수에서 큰 차이를 갖는 편평한 구조를 의미하며, 예로서, 따라서 두께에 대한 값이 입자의 길이/폭보다 현저하게 작다. 길이/직경으로부터 도출된 몫은 또한 종횡비라 불린다. 본 발명을 위하여, 본원에서의 적합한 입자는 1000:1 내지 10:1의 종횡비를 갖는다. 본원에서 포함되는 물질은 바람직하게는 열적으로 불활성이고 무기물이며, 특히 질화물, 예컨대 질화붕소를 기재로 하거나, 산화물 또는 혼합 산화물을 포함하거나, 탄화물, 예컨대 텅스텐 탄화물 또는 탄화붕소, 분말 석영, SiO₂ 입자, 예컨대 나노입자, 무정형 SiO₂, 분쇄 모래, 유리 입자, 예컨대 유리 분말, 특히 유리 비드, 또는 흑연, 특히 고순도 합성 흑연을 포함한다. 본원에서는 특히 석영 및 합성 흑연이 바람직하다.

본 발명에서 사용될 수 있는 흑연은 전기 전도성일 수 있다. 흑연은 바람직하게는 합성 또는 천연 흑연으로부터 선택된 것이다. 합성 흑연이 특히 바람직하다. 흑연 입자의 형상은 라멜라 또는 구형일 수 있거나, 흑연은 상기 입자 형상들의 조합을 포함할 수 있다. 흑연은 바람직하게는 라멜라이다. 이 문맥에서, 라멜라란 3개의 치수에서 큰 차이를 갖는 편평한 구조를 의미하며, 예로서, 따라서 두께에 대한 값이 입자의 길이/폭보다 현저하게 작다. 라멜라는 하나의 흑연 층 또는 복수의 최밀 층들로 이루어질 수 있다. 본원에서의 최소 치수 (두께)는 1　μm 미만, 바람직하게는 500　nm 미만 및 가장 바람직하게는 200　nm 미만, 및 0.4　nm 이상, 바람직하게는 1　nm 이상이며, 여기서 종횡비는 1000:1 내지 10:1의 범위이다. 본 발명에 따른 이득은 라멜라 입자들 중 일부가 균일하게 편평한 형상을 갖지 않더라도 얻어질 수 있다. 입자의 낮은 두께에 의해, 이들은 만곡된 형상을 가질 수 있거나, 다른 변형을 가질 수 있다. 입자의 두께는 표준 방법, 예를 들어 투과 전자 현미경법에 의해 측정될 수 있다.

흑연은 개별 흑연 입자들 또는 흑연 입자들의 집합체(aggregate) 또는 응집체(agglomerate)를 포함할 수 있다. 이들 입자, 집합체 또는 응집체의 중위(median) 입자 크기 (d90%)는 바람직하게는 1 내지 160　μm, 보다 바람직하게는 5 내지 100　μm, 보다 더 바람직하게는 10 내지 60　μm이다. 또 다른 실시양태에서, 흑연의 회분 잔류물(ashing residue)은 ASTM D1506에 따라 측정했을 때 0.5 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 중량% 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 흑연의 수분 수준은 ASTM D1509-95에 따라 측정했을 때 0.5% 미만이다. 흑연의 BET 표면적은 바람직하게는 5　m²/g 이상, 특히 바람직하게는 8　m²/g 이상이다. BET 표면적은 ASTM D3037에 따라 측정된다.

흑연은 잘 알려진 흑연화 공정에 의해 제조된다. 본원에서의 출발 물질은 예로서 갈탄, 석유 및 피치, 아니면 플라스틱이다. 흑연화 동안 공기를 배제시킨 상태로 약 3000℃로 가열하는 것은 또한 무정형 탄소를 다결정질 흑연으로 전환시킨다.

흑연은 고체 형태로 사용된다. 예를 들어 스위스 CH-6743 보디오(Bodio) 소재의 팀칼 아게(TIMCAL AG)로부터, 바람직하게는 팀렉스(TIMREX) KS44 또는 팀렉스 KS150, KS 75, KS　5-75TT, KS 5-44, KS 6, 특히 바람직하게는 KS 44로 입수가능한, 압력을 수반하는 응용을 위한 구매가능한 흑연이 사용될 수 있다.

유리 비드가 사용되는 경우, 이들은 바람직하게는 4 μm 내지 120 μm의 직경을 갖는 유리 비드/유리 마이크로비드 (또는 원형 유리 구체 또는 미소구체)의 형태로 사용된다. 사용되는 유리 비드는 구매가능하며 (예에는 포터스 유럽(Potters Europe)으로부터의 제품이 있음), 이들은 예로서 4 μm 내지 25　μm의 직경을 갖는 스페리글래스(Spheriglass)5000, 12　μm 내지 48　μm의 직경을 갖는 스페리글래스3000, 및 53 μm 내지 106 μm의 직경을 갖는 스페리글래스2429로서 판매된다. 유리 비드가 더 작을수록, 그들의 중량 단위 당 개수 및 표면적은 더 크다. 본원에서의 이들 입자의 형상은 대략 구형이다. 중실 유리 비드가 포함되고 중공 유리 비드가 포함되지 않는 것이 바람직하다.

그러나, 다른 유사한 물질, 예를 들어 도자기(porcelain) 비드가 또한 적합하다. 본원에서 고려되어야 하는 인자는 본 발명에 따른 목적을 위해 붕규산염 유리 (E 유리)로 제조된 유리 비드를 사용하는 것이 특히 바람직하다는 것이다. 유리 (소다-석회 유리)는 엄격한 열적 요건으로 인해 본 발명에 부적합하다.

또 다른 실시양태에서는, 구조가 97 중량% 초과의 정도까지 석영 (SiO₂)을 기재로 한 무기 충전제를 사용하는 것이 바람직하다. 본원에서의 이들 입자의 형상은 대략 구형이다.

바람직한 실시양태에서는, 처리된 석영 모래로부터 철-무함유 분쇄 및 후속 공기압 체질을 통해 제조된 미세-입자 분말 석영이 본원에 포함된다.

0.1　μm 내지 100　μm, 바람직하게는 1　μm 내지 50　μm, 매우 특히 바람직하게는 1　μm 내지 5　μm의 D50% 입자 크기, 및 1　μm 내지 100　μm, 바람직하게는 5　μm 내지 50　μm의 D98% 값을 갖는 석영 입자가 특히 바람직하다. ISO 9277에 따라 질소 흡착에 의해 측정된 석영 입자의 BET 비표면적은 0.5 내지 10　m²/g인 것이 바람직하다. 이들 입자는 임의적으로 코팅된 입자일 수 있으며, 본원에서는 에폭시실란 사이즈, 메틸실록산 사이즈, 및 메타크릴 실란 사이즈를 사용하는 것이 바람직하다.

적합한 구매가능한 제품의 예는 쿼르쯔베르크 게엠베하(Quarzwerke GmbH) (독일 50226 프레첸 소재)로부터의 시크론(Sikron) SF 500 및 시크론 SF 800이다.

다양한 충전제들의 혼합물을 사용하는 것이 또한 가능하다.

완전 놀라운 사실은 본 발명에 따라 언급된 것들 이외의 다른 조성물을 기재로 한 유사한 구형 또는 라멜라 충전제는 설명된 기재 물질에 적합하지 않다는 것이었다. 예로서, 피로실리케이트(phyllosilicate), 예컨대 점토, 활석 또는 카올린이 본 발명의 목적에 부적합한 것으로 밝혀졌다. 열팽창 계수를 감소시키는 데 사용될 수 있는 유리 섬유가 또한 부적합하다. 따라서, 본 발명의 목적을 위하여, 적합한 물질은 열팽창 계수를 감소시키기 위해 이론적으로 사용될 수 있는 단지 매우 작은 비율의 출발 물질이다. 이들 충전제는 이전에 확인되지 않았으며, 당업자는 선행 기술로부터 그들의 정체를 끌어낼 수 없었다.

상기 층은 바람직하게는 사용되는 기재 물질의 비캣 연화점과 유사하거나 그를 초과하는 금형 온도를 사용하여 사출-성형 공정 또는 열성형 공정으로 제조된다.

또 다른 실시양태에서는, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰 또는 폴리에테르이미드를 기재로 한 추가 중합체가 기재 층 a)의 코폴리카르보네이트와 혼합된다. 본원에서의 혼합물 내의 이러한 폴리카르보네이트 함량은 사용되는 열가소성 물질 전체를 기준으로 바람직하게는 50 중량% 초과, 특히 바람직하게는 60 중량% 초과, 특히 바람직하게는 70 중량% 초과이다. 예로서 바스프 에스이(BASF SE) (독일 67056 루드빅샤펜 소재)로부터 상표 울트라손(Ultrason)® E 2010으로 입수가능한 폴리에테르 술폰 (CAS: 25608-63-3)으로서 알려진 것이 예로서 바람직하다. 폴리페닐술폰 (CAS 25608-64-4)으로서 알려진 것이 추가로 바람직한데, 이들은 솔베이 어드밴스드 폴리머즈(Solvay Advanced Polymers)로부터 상표 라델(Radel)® R (예를 들어, 라델® R 5900)로, 또는 바스프 에스이 (독일 67056 루드빅샤펜 소재)로부터 울트라손® P로 입수가능하다. 폴리에테르이미드는, 예로서 상표 울템(Ultem)® (CAS 61128-46-9) (사빅 이노베이티브 플라스틱스(Sabic Innovative Plastics))으로 알려져 있다.

상기 언급된 중합체들의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.

바람직한 한 실시양태에서, 층 b)는 플라즈마-중합된 실록산으로 이루어진 5　nm 내지 200　nm, 바람직하게는 15 nm 내지 150　nm, 매우 특히 바람직하게는 20 nm 내지 100 nm 두께의 보호 층 c)를 갖는다.

또 다른 구체적 실시양태에서는, 표면 상에의 응축물의 형성을 억제하는 층 d)가 더욱이 존재할 수 있다.

본 발명에 따른 다층 구조물은 우수한 금속화 능력과 함께 상당히 개선된 열적 특성 (비캣 연화점)을 갖는다. 표면 품질은 높은 열 응력 하에서도 유지된다. 본원에서의 기계적, 열적 및 유동학적 특성은 표준 코폴리카르보네이트 (예를 들어, Apec)와 비교할 때 변경되지 않은 상태로 유지된다. 더욱이, 이들은 필요한 낮은 선형 열팽창 계수를 갖는다. 더욱이, 기재 물질은 높은 용융 안정성을 갖는다.

기재 물질의 중합체 조성물은 저분자량 첨가제를 포함할 수 있다. 그러나, 사용되는 첨가제의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 한 실시양태에서, 중합체 조성물은 본원에서의 충전제를 특별히 제외하고는 저분자량 첨가제를 포함하지 않는다.

바람직한 열 안정화제는 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 (이르가포스(Irgafos) 168), 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)[1,1-비페닐]-4,4'-디일비스포스포나이트, 트리스옥틸포스페이트, 옥타데실3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트 (이르가녹스(Irganox) 1076), 비스(2,4-디쿠밀페닐)펜타에리트리톨디포스파이트 (도버포스(Doverphos) S-9228), 비스(2,6-디-tert-부틸-4-메틸-페닐)펜타에리트리톨디포스파이트 (ADK STAB PEP-36)이다. 이들은 단독으로 또는 혼합물 (예를 들어, 이르가녹스 B900 또는 도버포스 S-9228와 이르가녹스 B900/이르가녹스 1076)로 사용된다. 특히 바람직한 한 실시양태는 열 안정화제를 사용하지 않는다.

바람직한 이형제는 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트, 글리세롤 모노스테아레이트, 스테아릴스테아레이트 또는 프로판디올모노/디스테아레이트이다. 이들은 단독으로 또는 혼합물로 사용된다. 특정 한 실시양태는 이형제를 사용하지 않는다. 바람직한 UV 안정화제는 2-(2'-히드록시페닐)벤조트리아졸, 2-히드록시벤조페논, 치환 및 비치환된 벤조산의 에스테르, 아크릴레이트, 입체 장애 아민, 옥사미드, 및 2-(2-히드록시페닐)-1,3,5-트리아진이며, 치환된 벤조트리아졸, 예컨대 티누빈(Tinuvin) 360, 티누빈 350, 티누빈 234, 티누빈 329 또는 UV CGX 006 (시바(Ciba))이 특히 바람직하다. 특정 한 실시양태는 UV 흡수제를 사용하지 않는다.

더욱이, 착색제, 예컨대 유기 염료 또는 안료 또는 무기 안료, 또는 IR 흡수제를 개별적으로, 혼합물로, 아니면 가공 보조제와 조합하여 사용하는 것이 가능하다. 본원에서의 본 발명에 따른 조성물은 바람직하게는 이산화티타늄을 함유하지 않는다.

본 조성물은 추가의 구매가능한 중합체 첨가제, 예컨대 난연제, 난연 상승제, 적하방지제 (예를 들어, 플루오린화 폴리올레핀 및 실리콘의 물질 부류로부터의 화합물), 핵화제, 대전방지제, 예컨대 폴리알킬렌 에테르, 알킬술포네이트 또는 폴리아미드-함유 중합체를 목표 특성 프로파일의 준수가 더 이상 달성되지 않는 정도까지 조성물의 기계적 특성을 손상시키지 않는 양으로 포함할 수 있다.

적합한 첨가제의 예의 비제한적인 설명이 문헌 ["Additives for Plastics Handbook, John Murphy, Elsevier, Oxford 1999"], 및 ["Plastics Additives Handbook, Hans Zweifel, Hanser, Munich, 2001"]에서, 또는 WO 99/55772, pp. 15-25에서 확인된다.

본 발명에 따른 다층 구조물의 기재 물질에 필요한 열가소성 성형 조성물은, 공지된 방식으로 각각의 성분들을 혼합하고, 통상의 조립체, 예컨대 내부 믹서, 압출기 및 이축 시스템 내에서 200℃ 내지 380℃, 바람직하게는 240 내지 350℃의 온도에서 이들에 용융물 상태로의 배합 및 용융물 상태로의 압출 (용융물 상태로의 혼합)을 수행함으로써 생성된다.

본 중합체 조성물은 특히, 광학적, 열적 및 기계적 특성이 이용되는 구성요소들을 제조하는 데 사용되는데, 예로서 다음의 경우와 같다: 하우징, 전기 부문 및 전자기기 부문에서의 물품, 시트, 램프 홀더, 램프 커버, 및 자동차 부문에서, 예를 들어 램프 홀더 및 램프 커버, 집광기 시스템 및 광 반사체, 특히 광기전 부문에서는, 시준기, 발광 다이오드, 금속화 디스플레이 및 윈드실드; 렌즈 홀더, 광 도파관 요소, 및 LED 적용물 (소켓, 반사체, 열 싱크)의 경우; 자동차 부품, 예컨대 헤드 램프, 베젤, 인디케이터, 반사체, 태양광 반사체 및 다른 적용물.

본 발명에 따른 중합체로 제조된 압출물 및 성형물/성형 부품은 마찬가지로 본원에 의해 제공된다.

층 a)를 제조하기 위한 코폴리카르보네이트는 연속 계면 공정에 의해 생성된다. 본 발명에 따라 사용되는 코폴리카르보네이트는 원칙적으로 디페놀, 탄산 유도체 및 임의적으로 분지화제로부터 공지된 방식으로 생성된다.

폴리카르보네이트 합성을 위한 공정은 일반적 용어로 알려져 있으며 다수의 간행물에 기술되어 있다. EP　517　044　A1, WO　2006/072344　A1, EP　1　609　818　A1 및 WO　2006/072344　A1 및 그 안의 인용문헌은 예로서 폴리카르보네이트를 제조하기 위한 계면 공정 및 용융 공정을 기술한다.

사용되는 디페놀 (그리고 이는 합성에 첨가되는 모든 다른 화학물질 및 보조제에도 적용됨)은 그 자신의 합성, 취급 및 저장으로부터 유래되는 오염물에 의해 오염될 수 있다. 그러나, 최대 순도의 원료를 사용하는 것이 바람직하다.

코폴리카르보네이트의 합성은 연속적으로 수행된다. 따라서, 이 반응은 펌프부착-순환 반응기, 관형 반응기, 또는 교반식 탱크 캐스케이드 내에서 일어나거나 이들을 조합하여 일어날 수 있으며, 합성 혼합물이 그의 반응을 완료할 때까지, 즉 포스겐 또는 클로로탄산 에스테르 내의 어떠한 비누화가능한 염소도 더 이상 포함하지 않을 때까지, 수성 상과 유기 상의 탈혼합이 가능한 한 지연되는 것을 확보하기 위하여 앞서 언급된 혼합 단위가 여기서 사용되어야 한다.

사용되는 사슬 종결제의 양은 사용되는 각각의 디페놀의 몰을 기준으로 0.5　몰% 내지 10　몰%, 바람직하게는 1　몰% 내지 8　몰%, 특히 바람직하게는 2　몰% 내지 6　몰%이다. 사슬 종결제는, 바람직하게는 메틸렌 클로라이드 및 클로로벤젠의 용매 혼합물 중 (8 내지 15 중량% 농도의) 용액 형태를 취하여, 포스겐화 전에, 동안에 또는 후에 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 다층 구조물을 제조하기 위한 기재 물질로부터의 성형 부품의 제조는 바람직하게는 사출-성형 공정에 의해 일어나는데, 이 공정에서 금형 온도는 사용되는 기재 물질의 비캣 연화점과 유사한 크기 정도로 설정되어 있다 (하기 참조). 동적 금형-온도 제어로서 알려진 공정은 용융물의 사출 전에 금형 벽이 급속히 가열된다는 것을 특징으로 한다. 상승된 금형 온도 (이는 이상적으로는 사용되는 기재 물질의 비캣점에 근접하거나 그의 비캣점보다 더 높음)는 용융물의 조기 고화를 억제하며, 이에 따라 특히, 금형 표면의 더 높은 복제 정확도를 가능하게 하고 구성요소 표면의 품질을 개선한다. 놀랍게도, 이의 또 다른 결과는 기재 물질 내에 존재하는 충전제 구조가 높은 표면 광택을 달성되도록 하는 방법으로 배향되게 된다는 것이다. 금형 벽의 온도는 비캣점 +/- 20℃ (즉, 20℃의 상향 또는 하향 편차를 가짐)의 범위, 바람직하게는 +/-10℃의 범위, 특히 바람직하게는 비캣점을 초과하여 +3℃ 내지 +7℃의 범위여야 한다. 동적 금형-온도 제어는 또한, 금형 벽의 온도가 사출 공정 후에 원래의 온도로 다시 최대 속도로 감소되고, 구성요소가 금형 내에서 통상의 방법으로 탈형 온도로 냉각된다는 것을 특징으로 한다. 유도 가열을 이용한 동적 금형-온도 제어는 언급된 구성요소들을 제조하는 데 특히 적합하다.

층 a)의 금속화는 바람직하게는 DC 스퍼터링 공정으로 일어난다.

놀랍게도, 특정 공정 파라미터를 갖는 특정 공정이 안정한 금속 층을 가져온다는 것을 알아내었다. 예로서, 전처리 동안의 특정 압력 및 특정 전력 소요량(power rating)의 조합이 더 우수한 결과를 가져오는 것으로 밝혀졌다. 놀랍게도, 더 낮은 에너지는 열 처리시 후속 금속 층에서 결함의 발생을 일으킨다. 이는 예측되지 않은 것이었다. 그러나, 일반적인 금속 접착은 또한 낮은 전처리 에너지로 달성될 수 있다. 그러나, 금속 접착은, 예로서 박리 시험 (접착 테이프 박리 시험)에 의해 시험될 수 있다. 열 처리 후의 블리스터링 (버블-유사 국소 결함의 발생)은 단지 본 발명에 따른 공정에 의해 억제될 수 있다. 따라서 바람직하게는, 하기의 단계가 본 발명에 따른 다층 구조물을 제조하기 위해 사용된다:

A) 전술된 공정에 의한 베이스 층 a)의 제조.

B) 0　Hz 내지 10　MHz, 바람직하게는 0　Hz 내지 1　MHz, 매우 특히 바람직하게는 0　Hz 내지 100　KHz의 주파수, 0.4　W/cm² 내지 8.4　W/cm², 바람직하게는 0.5　W/cm² 내지 5.0　W/cm², 특히 바람직하게는 0.8 W/cm² 내지 3.3　W/cm²의 전력 소요량 및 0.04 내지 0.2　mbar, 바람직하게는 0.05 내지 0.16　mbar의 공정 기체 압력에서 공기-기재 또는 아르곤-기재 플라즈마, 바람직하게는 아르곤에 의한 중주파 여기를 사용하는 다이오드 장치에서의, 코폴리카르보네이트, 바람직하게는 비스페놀 성분 전체를 기준으로 15 중량% 내지 95 중량%, 특히 바람직하게는 25 중량% 내지 90 중량%의 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산의 중량 비율을 갖는 코폴리카르보네이트로 제조된 기재 물질을 포함하는 생성된 성형 부품 (베이스 층)의 전처리. 공정 기체는 공기, N₂, N₂O, Ar, He, O₂, 바람직하게는 공기 또는 아르곤, 특히 바람직하게는 아르곤이다. 처리 시간은 10초 내지 1000초, 바람직하게는 30초 내지 500초, 특히 바람직하게는 30초 내지 180초이다.

C) 10초 내지 1000초의 공정 시간으로, 알루미늄, 은, 크로뮴, 티타늄, 또는 팔라듐, 바람직하게는 은 또는 알루미늄, 특히 바람직하게는 알루미늄으로부터 출발하여, 5　x　10^-3 mbar의 압력에서 아르곤 플라즈마 내의 DC 마그네트론 내에서의 스퍼터링 공정으로의 성형 부품의 금속화.

금속 층의 두께는 바람직하게는 10　nm 내지 1000　nm, 바람직하게는 50 nm 내지 800　nm, 특히 바람직하게는 60 nm 내지 500　nm, 매우 특히 바람직하게는 60　nm 내지 300　nm이다.

D) B)에 기술된 기술 장비에 의한 보호 층 (이하, 탑코트라고도 불림)의 적용. 이는, 바람직하게는 10초 내지 1000초, 바람직하게는 20초 내지 500초의 공정 시간으로 코팅 물질로서 HMDSO (헥사메틸디실록산; CAS 107-46-0)를 사용하여 0.01 내지 0.30　mbar의 압력에서 일어난다. 탑코트의 층 두께는 10　nm 내지 200　nm, 바람직하게는 20　nm 내지100　nm이다. 사용되는 전력 소요량은 100 W 내지 5000 W이다.

실시예

본 발명은 발명 실시예에 기초하여 하기에 더 상세히 설명되며, 여기에 기술된 측정 방법은 달리 기술되지 않는 한 본 발명에서의 상응하는 모든 변형예에 사용된다.

용융 부피 속도(melt volume rate, MVR)는 하기에 언급된 조건 하에서 ISO 1133에 따라 측정된다.

물질:

기재 물질 1 (비교 실시예를 위한 물질)

사슬 종결제로서의 페놀과 함께, 70 중량%의 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 및 30 중량%의 비스페놀 A를 포함하고, ISO 1133에 따른 MVR이 8　cm³/(10 min) (330℃; 2.16 kg)인 코폴리카르보네이트. 이 물질의 비캣 연화점은 208℃ (ISO 306; 50 N; 120 K/h)이다.

기재 물질 2 (본 발명에 따른 다층 구조물을 위한 물질)

사슬 종결제로서의 페놀과 함께, 70 중량%의 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 및 30 중량%의 비스페놀 A를 포함하고, ISO 1133에 따른 MVR이 8　cm³/(10 min) (330℃; 2.16 kg)인 코폴리카르보네이트를 하기에 기술된 조건 하에서 20 중량%의 흑연 (스위스 CH-6743 보디오(Bodio) 소재의 팀칼 아게(Timcal AG)로부터의 팀렉스(Timrex) KS 44)과 배합하였다. 생성된 물질의 비캣 연화점은 203℃ (ISO　306; 50　N; 120　K/h)이다.

기재 물질 3 (비교 실시예를 위한 물질)

사슬 종결제로서의 페놀과 함께, 70 중량%의 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산 및 30 중량%의 비스페놀 A를 포함하고, ISO 1133에 따른 MVR이 8　cm³/(10 min) (330℃; 2.16 kg)인 코폴리카르보네이트를 하기에 기술된 조건 하에서 20 중량%의 활석 분말 (네덜란드 NL-1041 암스테르담 소재의 몬도 미네랄즈 비.브이.(Mondo Minerals B.V.)로부터의 핀탈크(Finntalc) M05SL-AW)과 배합하였다. 생성된 물질의 비캣 연화점은 198℃ (ISO 306; 50 N; 120 K/h)이다.

배합

성분들의 실시예에서 언급된 양을 사용하여, 320℃의 배럴 온도/약 340℃의 용융 온도 및 100　rpm의 회전 속도에서, 크라우스마페이 베르스토르프(KraussMaffei Berstorff)로부터의 ZE25 이축 압출기 내에서 이들 물질을 배합하였다.

시험 시편의 제조:

금속화를 위한 실시예 1 및 실시예 2에서 사용된 성형 부품 (두께 2 mm의 광학 품질로 사이드 게이팅(side gating)을 갖는 직사각형 샘플 시트)을 제조하기 위하여, 동적 금형-온도 제어를 사용하였다. 사출-성형 공정은 약 350℃의 용융 온도 및 약 201℃의 금형 온도에서 바텐펠트(Battenfeld) HM 210을 사용하였다. 과립화된 물질을 가공 전에 120℃에서 진공 건조 오븐 내에서 5시간 동안 건조시켰다. 사용된 기재 물질은 기재 물질 2를 포함한다.

비캣 연화점에 의한 내열성의 측정:

DIN　EN　ISO　306에 따른 비캣 연화점을 (1　mm²의 원형 면적을 갖는) 니들(needle)로 측정하였다. 50　N의 시험 하중(test force) (시험 하중 B)을 니들에 적용하였다. 상기 언급된 시험 시편을 120　K/h의 규정된 가열 속도에 노출시켰다. 프로브의 침입 깊이가 1 mm일 때 비캣점에 도달하였다. 이는 DIN ISO 306에 따라 측정하였다.

광택 측정:

BYK 헤이즈-광택 장비로 다양한 입사 각도에서 금속화된 샘플 시트에 대해 ASTM D523에 따라 광택을 측정하였다.

열팽창의 측정:

메틀러(Mettler) TMA　841 측정 장비 (측정 범위 23 내지 55℃)를 사용함으로써 질소 하에서 종방향 팽창 계수를 측정하였다. ASTM E831을 표준으로서 사용하였다.

이 측정에 필요한 시험 시편 (직사각형 샘플 시트)은 과립화된 물질을 130℃에서 밤새 건조시킨 후에 사출 성형함으로써 제조하였다. 각 경우에, 시험 시편을 횡방향으로 및 종방향으로 측정하였다.

용융 안정성

다양한 예열 시간 후에 용융 부피 속도 (MVR)를 측정함으로써 용융 안정성을 평가하였다.

금속화 공정:

모든 시트를 코팅 전에 50% 습도 및 23℃에서 21일 동안 저장하였다.

코팅 시스템은 진공 챔버로 구성되었으며, 여기서 시편들을 회전 시편 홀더 상에 위치설정하였다. 시편 홀더는 약 20　rpm으로 회전하였다. 시험 시편을 진공 챔버 내로 도입하기 전에, 먼지를 제거하기 위하여 이온화된 공기를 시험 시편 상에 블로잉하였다. 이어서, 시편을 갖는 진공 챔버를 p ≤　1·10^-5　mbar의 압력까지 소기(evacuate)하였다. 이어서, 발명 실시예에서 기재된 특정 압력 (공정 압력 1)에 도달할 때까지 아르곤 기체를 진입되게 하였으며, 발명 실시예에서 기재된 소정 전력 소요량 (공정 전력 소요량 1)에서 2분 동안 플라즈마를 점화시키고, 시편을 상기 플라즈마에 노출시켰다 (플라즈마 전처리). 2개의 평행 금속 전극으로 구성된 다이오드 장치를 플라즈마 공급원으로서 사용하였으며, 이것을 40　kHz의 AC 주파수에서 그리고 1000　V 초과의 전압으로 작동시켰다. 이어서, 시편을 금속화하였다. 이를 위하여, Ar 기체를 5·10^-3　mbar의 압력으로 진입되게 하였다. 6.4　W/cm²의 전력 밀도를 사용하여, 두께가 약 100　nm인 알루미늄 층을 DC 마그네트론에 의해 시편에 적용하였다. 스퍼터링 시간은 2.5분이었다. 이어서, 플라즈마 중합을 사용하여 HMDSO (헥사메틸디실록산; CAS 107-46-0)로 제조된 부식-보호 층을 적용하였다. 이를 위하여, HMDSO를 기화하였으며, 생성된 압력이 약 0.04　mbar에 이를 때까지 이 증기를 진공 챔버로 진입되게 하였다. 이어서, 1500 W에서 1분 동안 전술된 다이오드 장치에 의해 플라즈마를 점화시켜 부식-보호 층을 적용하였다.

열- 에이징 ( heat - ageing ) 후 표면 품질에 대한 시험:

이 시험은 금속화 직후에 수행하였다. 이는 금속화 후 1시간 이내에 시트에 상기 시험을 거쳤다는 것을 의미한다.

여기서는 금속화된 시트를 컨디셔닝 챔버 내에서 45℃ 및 100% 상대 습도에서 2시간 동안 저장하였다. 컨디셔닝 직후에, 시트를 170/180℃에서 오븐 내에서 1시간 동안 에이징하였다.

이어서, 금속 표면을 평가하였다.

시각적 평가:

버블 형태의 상승부(elevation), 금속 층의 혼탁, 또는 훈색을 밝혀내기 위해 표면을 연구하였다. 훈색, 혼탁, 및 버블을 나타내지 않는 시트를 "무결함"으로 특징규정지었다.

실시예 1 (본 발명에 따른 실시예)

기재 물질 2 성분의 직사각형 사출-성형 시트를 전술된 바와 같이 제조하였다.

이어서, 시험 시편을 전술된 바와 같이 금속화하였다. 여기서는 공정 압력 1이 0.09　mbar이고, 공정 전력 소요량 1이 1.67　W/cm²였다. 금속 층을 제조하기 위한/탑코트를 제조하기 위한 다른 모든 파라미터를 전술된 바와 같이 설정하였다.

표 1은 시험 (열 에이징) 결과를 나타낸다.

실시예 2 ( 비교 실시예 )

이어서, 시험 시편을 전술된 바와 같이 금속화하였다. 여기서는 공정 압력 1이 0.09　mbar이고, 공정 전력 소요량 1이 0.17　W/cm²였다. 금속 층을 제조하기 위한/탑코트를 제조하기 위한 다른 모든 파라미터를 전술된 바와 같이 설정하였다.

표 1은 시험 (열 에이징) 결과를 나타낸다.

본 발명에 따른 실시예 1은 매우 우수한 표면 품질이 특정 압력 및 특정 스퍼터링 에너지에서 얻어질 수 있다는 것을 보여준다. 대조적으로, 후속 응력 시험에서 표면에서 결함을 가져오는 금속화 조건이 존재한다.

실시예 3 ( 비교 실시예 )

기재 물질 2를 통상의 조건 하에서 가공하여 샘플 시트를 제공하였으며 (여기서는 동적 금형-온도 제어를 사용하지 않았음), 즉 사이드-게이팅을 갖고서 광학 품질로 샘플 시트를 제조하였다. 용융 온도는 300 내지 330℃이고, 금형 온도는 100℃였다. 과립화된 물질을 가공 전에 진공 건조 오븐 내에서 120℃에서 5시간 동안 건조시켰다.

이어서, 성형 부품을 실시예 1에 기술된 바와 같이 금속화하였다.

동적 금형-온도 제어에 대해 언급된 조건 하에서 제조되지 않은 성형물은 높은 광택 수준을 나타내는 것으로 관찰되지 않는다. 대조적으로, 동적 금형-온도 제어 (비캣 연화점에 근접한 금형 온도)를 사용한 실시예 1은 반사체에 필요한 높은 광택 수준을 나타낸다.

본 발명에 따른 다층 구조물의 제조에 사용된 기재 물질 2는 현저하게 더 작은 열팽창을 나타내는 것으로 관찰된다.

놀랍게도, 본 발명에 적합한 기재 물질 2는 기재 물질 3과 비교하여 현저하게 높은 용융 안정성을 나타낸다.

전체적으로, 본 발명에 따른 다층 구조물은 동적 금형-온도 제어를 갖는 사출-성형 공정에서의 복제 및 특정 코팅 공정과 조합하여 본 발명에 따른 기재 물질을 사용함으로써만 얻어지는 것으로 밝혀졌다.

Claims

적어도 하나의 기재 층, 그에 직접 결합된 하나의 금속 층, 및 금속 층 위의 적어도 하나의 보호 층을 포함하는 다층 구조물이며,
기재 층이 160℃ 초과의 DIN ISO 306에 따른 비캣(Vicat) 연화점을 갖는 코폴리카르보네이트, 및 또한 사용되는 열가소성 물질 전체를 기준으로 5 내지 50 중량%의 양의, 구형 또는 라멜라 기하구조를 갖는 하나 이상의 무기 충전제를 포함하고, 상기 충전제가 분말 석영, SiO₂ 입자, 무정형 SiO₂, 분쇄 모래, 유리 입자, 고체 유리 비드 및 합성 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
제1항에 있어서, 기재 층의 코폴리카르보네이트가 하기 화학식 2의 비스페놀 단위를 적어도 하나 포함하고, 또한 하기 화학식 1의 구조 단위를 말단 기 (사슬 종결제)로서 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
<화학식 2>

상기 식에서,
R2는 C1-C4-알킬이고,
n은 0, 1, 2 또는 3이다.
<화학식 1>

상기 식에서,
R1은 수소 또는 C1-C18-알킬, 또는 tert-부틸이다.
제1항 또는 제2항에 있어서, 비스페놀 블록의 총량을 기준으로 15 중량% 내지 95 중량%, 또는 25 중량% 내지 90 중량%가 1,1-비스(4-히드록시페닐)-3,3,5-트리메틸시클로헥산으로부터 유도된 비스페놀 블록으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기재 층이 코폴리카르보네이트 이외에도, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 또 다른 열가소성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 라멜라가 1　μm 미만의 최소 치수 (두께)를 갖는 흑연, 또는 4　μm 내지 120　μm의 직경을 갖는 유리 비드, 또는 0.1　μm 내지 100　μm의 D50% 입자 크기를 갖는 석영 입자, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 다층 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기재 층이 0.1　mm 내지 6.0　mm의 두께를 가지며, 금속 층이 10　nm 내지 1000　nm의 두께를 갖고, 또한 5　nm 내지 200　nm 범위의 두께를 갖는 보호 층을 갖는 것인 다층 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 층이 알루미늄 또는 은 층인 다층 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 실록산으로 이루어지고 5　nm 내지 200　nm의 두께를 갖는 보호 층을 또한 포함하는 다층 구조물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 램프 홀더 및 램프 커버, 집광기 시스템 및 광 반사체, 시준기, 발광 다이오드, 금속화 디스플레이 및 윈드실드, 렌즈 홀더, 광 도파관 요소, LED 적용물, 소켓, LED 반사체 또는 히트 싱크, 자동차 부품 또는 헤드 램프, 베젤, 인디케이터, 반사체, 또는 태양광 반사체를 제조하기 위한 다층 구조물.
기재 층을 사출 성형 또는 압출에 의해 형성하고, 후속 층으로 금속 층을 플라즈마 공정으로 적용하는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 따른 다층 구조물의 제조 방법.
제10항에 있어서, 플라즈마 전처리가 0.04 내지 0.15　mbar의 공정 기체 압력 및 0.8　W/cm² 내지 8.3　W/cm²의 전력 소요량(power rating)에서 0　Hz 내지 10　MHz의 주파수의 공기-기재 또는 아르곤-기재 플라즈마를 사용한 중주파 여기(medium-frequency excitation)를 이용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
제10항에 있어서, 기재 층을 동적 금형-온도 제어를 이용하는 사출-성형 공정으로 성형하고, 사출시의 금형 온도가 사용되는 기재 물질의 비캣 연화점의 +/-20℃ 이내인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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