KR102046575B1 - 폴리카보네이트 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다. 상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 우수한 광특성을 나타내 도광판의 재료로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

폴리카보네이트 수지 조성물{POLYCARBONATE RESIN COMPOSITION}
본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.
최근에는 액정 표시 장치가 박형화 및 대형화되면서 이에 사용되는 부품들의 두께도 점점 더 얇아지고 있다. 액정 표시 장치에는 LCD 뒤에서 빛을 내는 발광체 부분인 백라이트가 장착되어 있으며, 광원의 종류 혹은 위치에 따라 빛을 확산하거나 전달하는 도광판 또는 확산판이 사용된다. 도광판도 최근 추세에 따라 그 두께가 점점 얇아지고 있으며, 실제 사용되는 도광판의 두께는 0.5 mm 내외이지만 가장 얇은 것은 0.3 mm 정도이고 앞으로 그 두께는 더욱 얇아지는 추세에 있다.
박형화 추세에 따라 기존에 주로 사용되었던 냉음극 형광램프(CCFL)을 대신하여, 백라이트의 모서리 부분에 LED를 장착한 에지형 백라이트 유닛의 사용이 증가하고 있다. 에지형 백라이트 유닛은 모서리 부분에 장착된 광원에서 시작된 빛이 도광판을 통하여 전달되게 되고, 판내를 투과한 빛의 일부가 판의 표면에 가해진 광산란층에 의하여 산란하여 면전체가 균일하게 발광하는 면광원으로 액정표시 장치를 밝혀주게 된다. 이러한 광산란층은 도광판 표면에 도트 패턴(dot pattern)을 전사 또는 인쇄하여 성형하게 되며, 최근에는 광효율을 높이기 위하여 미세 구조의 프리즘 구조를 전사하기도 한다.
도광판은 높은 광선 투과율이 필요하기 때문에, 도광판의 재료로 아크릴계 수지인 PMMA가 사용되는 것이 일반적이었다. 아크릴계 수지는 높은 광선 투과율을 가지지만, 기계적 강도가 부족하여 박형의 도광판에 적용하기에는 적절하지 않고, 내열성이 부족하여 전자 기기에서 발생하는 열에 취약한 단점이 있다.
이러한 아크릴계 수지를 대신하여 폴리카보네이트가 주목받고 있다. 폴리카보네이트는 아크릴계 수지에 비하여 기계적 강도가 우수하여 박형 도광판의 재료로 사용할 수 있으며, 내열성 및 난연성 또한 우수하여 발열량이 큰 LED 적용 백라이트 유닛 및 조명용 기구에서 아크릴계 수지를 점차적으로 대체해 나아가고 있다. 다만, 폴리카보네이트는 아크릴계 수지에 비하여 전광선 투과율이 낮기 때문에, 폴리카보네이트의 장점은 유지하면서도 아크릴계 수지에 상응하는 광성 투과율을 가지는 것이 요구되고 있다.
이와 관련하여, 일본특허 공개번호 2008-045131는, 아크릴계 수지 중 점도평균 분자량(Mv)가 20,000 내지 60,000인 PMMA를 Mv가 15,000 내지 40,000인 폴리카보네이트에 0.1 내지 0.3 phr 범위로 배합하여 우수한 광전도성을 제시한 바가 있다. 그러나, 여전히 내열성 등의 물성이 개선될 필요가 있다.
이에 본 발명자들은 도광판의 재료로 사용할 수 있는 물질을 연구하던 중, 이하 설명할 바와 같이 폴리카보네이트에 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산을 조합하는 경우 광선 투과도 등을 현저하게 향상시켜 도광판의 재료로 사용할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면 폴리카보네이트 및 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산을 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물이 제공된다.
본 발명자들은 폴리카보네이트를 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산과 조합하는 경우 기존의 폴리카보네이트 수지 조성물에 비하여 우수한 광특성을 발현할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
폴리카보네이트
본 발명에서 사용하는 용어 '폴리카보네이트'란, 디페놀계 화합물, 포스겐, 탄산 에스테르 또는 이들의 조합을 반응시켜 제조되는 고분자를 의미한다. 폴리카보네이트는 내열성, 내충격성, 기계적 강도, 투명성 등이 매우 우수하여, 콤팩트디스크, 투명 쉬트, 포장재, 자동차 범퍼, 자외선 차단 필름 등의 제조에 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 본 발명에서는 도광판의 재료로 사용한다.
상기 디페놀계 화합물로는, 히드로퀴논, 레조시놀, 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판('비스페놀-A'라고도 한다), 2,4-비스(4-히드록시페닐)-2-메틸부탄, 비스(4-히드록시페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)사이클로헥산, 2,2-비스(3-클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디메틸-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디클로로-4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(3,5-디브로모-4-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)술폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 비스(4-히드록시페닐)에테르 등을 들 수 있다. 일 예로, 상기 폴리카보네이트는 4,4'-디히드록시디페닐, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판을 반응시켜 제조되는 고분자일 수 있다.
상기 폴리카보네이트는 2 종 이상의 디페놀류로부터 제조된 공중합체의 혼합물일 수도 있다. 또한 상기 폴리카보네이트는 선형 폴리카보네이트, 분지형(branched) 폴리카보네이트, 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지 등일 수 있다.
상기 선형 폴리카보네이트로는 비스페놀-A로부터 제조되는 폴리카보네이트 등을 들 수 있다. 상기 분지형 폴리카보네이트로는 트리멜리틱 무수물, 트리멜리틱산 등과 같은 다관능성 방향족 화합물을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 상기 다관능성 방향족 화합물은 분지형 폴리카보네이트 총량에 대하여 0.05 내지 2몰%로 포함될 수 있다. 상기 폴리에스테르카보네이트 공중합체 수지로는 이관능성 카르복실산을 디페놀류 및 카보네이트와 반응시켜 제조한 것을 들 수 있다. 상기 카보네이트로는 디페닐카보네이트 등과 같은 디아릴카보네이트, 에틸렌 카보네이트 등을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 폴리카보네이트는 중량 평균 분자량이 14,000 내지 30,000 g/mol이다. 상기 범위에서 박막 제품 제조시 성형성 및 작업성이 우수하다.
1,1,5,5- 테트라메틸 -3,3- 디페닐트리실록산
상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 폴리카보네이트와 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산을 포함하여 기존의 폴리카보네이트 수지 조성물에 비하여 우수한 광특성을 발현할 수 있다.
상기 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산은 폴리카보네이트 100 중량부에 0.01 내지 0.3 중량부 혹은 0.01 내지 0.2 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 황변 현상이나 금형 부착 현상을 억제하면서 이형성이 우수하며 광특성이 우수한 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공할 수 있다.
상기 폴리카보네이트 수지 조성물은 산화방지제, 내가수분해제, 휘도향상제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함할 수 있다.
산화방지제
상기 산화방지제는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 성형품의 산화를 방지하여 이들의 물성을 유지시킨다. 이러한 산화방지제로는 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 티오계 산화방지제 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
상기 페놀계 산화방지제로는 2,6-디터트부틸-4-메틸페놀, 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디터트부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄, 옥타데실-3,5-디터트부틸-4-히드록시히드로신나메이트 및 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-터트부틸페놀)로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있고, 인계 산화방지제로는 트리스(2,4-디터트부틸페닐)포스파이트 및 비스(2,4-디쿠밀페닐)펜타에리스리톨디포스파이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 사용할 수 있으며, 티오계 산화방지제로는 디라우릴 티오디프로피오네이트, 디스테아릴 티오디프로피오네이트 및 디미리스틸 티오디프로피오네이트로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상이 사용될 수 있다. 이중에서도 인계 산화방지제를 사용하여 산화 방지 효과뿐 아니라 성형성 및 광특성을 향상시킬 수 있다.
상기 산화방지제는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.15 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 산화에 의한 물성 저하 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
내가수분해제
상기 내가수분해제는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 성형품의 내가수분해성을 향상시킨다. 이러한 내가수분해제로는 에폭시기 함유 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 에폭시기 함유 중합체로는 글리시딜 (메트)아크릴레이트와 같이 에폭시 작용기와 반응성 작용기를 가진 단량체를 단독 혹은 공중합하여 측쇄에 에폭시기가 도입된 중합체, 혹은 폴리올을 에피클로로히드린 등과 반응시켜 말단에 에폭시기 도입된 중합체 등을 사용할 수 있다.
상기 에폭시기 함유 중합체로는 시판되는 것으로 BASF社에서 제조되는 Joncryl™ ADR-4370-F 등을 사용할 수 있다.
상기 내가수분해제는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.02 내지 0.2 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 성형품에 충분한 내가수분해성과 함께 색조 안정성을 부여할 수 있다.
휘도향상제
상기 휘도향상제는 폴리카보네이트의 광선 투과율을 보강하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 휘도향상제로는 옥시알킬렌 반복단위를 포함하는 중합체를 사용할 수 있다.
상기 옥시알킬렌 반복단위를 포함하는 중합체로는 고리형 지방족 에테르 화합물 혹은 지방족 디올을 알킬렌 옥사이드와 공중합하여 제조되는 중합체를 사용하거나, 혹은 폴리(알킬렌 옥사이드)의 말단을 에피클로로히드린으로 캡핑한 중합체를 사용할 수 있다. 이러한 옥시알킬렌 반복단위를 포함하는 중합체로는 시판되는 것으로 NOF Corporation 社 제조되는 Polycerin DCB-2000이나 혹은 DOW Chemical 社 제조되는 DER 732 등을 사용할 수 있다.
상기 휘도향상제는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이로부터 형성되는 성형품의 물성 저하 없이 광선 투과율을 향상시킬 수 있다.
수지 조성물
발명의 일 구현예에 따른 수지 조성물은 상술한 성분 외에도 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 통상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 비제한적인 예로, 열 안정제, 가소제, 대전 방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격 보강제, 형광 증백제 또는 자외선 흡수제 등을 추가로 포함할 수 있다.
상기 수지 조성물은 상술한 성분을 혼합하여 제조되며, 광학 성형품을 제조하기 위하여 용융 혼련하여 펠렛으로 제조될 수 있다. 상기 용융 혼련은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상적인 방법, 예컨대 리본 블렌더, 헨셀 믹서, 밴버리 믹서, 드럼 텀블러, 단축 스크루압출기, 2축 스크루 압출기, 코니더, 다축 스크루 압출기 등을 이용하는 방법에 의해 실시될 수 있다. 상기 용융 혼련의 온도는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있으며, 바람직하게는 200 내지 300℃로 조절될 수 있다.
광학 성형품
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 수지 조성물은 광학 성형품을 제공할 수 있다. 일 예로, 상기 광학 성형품은 도광판일 수 있다.
도광판은 액정 표시 장치의 백라이트 유닛 부품 중 하나로 광원으로부터 발산되는 빛을 화면 전 영역에 걸쳐 균일하게 분산시켜 주는 기능을 수행한다. 광원으로부터 발산되는 빛은 도광판을 투과하기 때문에 도광판은 투명도, 즉 광선 투과율이 우수하여야 한다. 뿐만 아니라, 도광판은 높은 온도에서 성형되며, 높은 온도에서 작동되기 때문에 우수한 고온 안정성이 요구된다.
이에 상기 일 구현예에 따른 수지 조성물을 이용하면, 상기 광선 투과율 및 고온 안정성을 충족할 수 있는 도광판을 제공할 수 있다.
도광판은 본 발명이 속한 기술분야에서 알려진 방법에 의해 제조될 수 있다. 예컨대, 수지 조성물의 용융 혼련물 또는 펠릿을 원료로 하여 사출 성형법, 사출 압축 성형법, 압출 성형법, 진공 성형법, 블로우 성형법, 프레스 성형법, 압공 성형법, 발포 성형법, 열 굽힘 성형법, 압축 성형법, 캘린더 성형법 및 회전 성형법 등의 성형법을 적용하여, 도광판을 제조할 수 있다.
도광판의 두께는 사용 목적에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 도광판의 형상 또한 사용 목적에 따라 평판 또는 곡면의 형태를 가질 수 있다.
발명의 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은 우수한 광특성을 나타내 도광판의 재료로 유용하게 사용될 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
사용 물질
이하 실시예 및 비교예에서 하기의 물질을 사용하였다.
<수지>
PC: 중량 평균 분자량이 20,000 g/mol이고, MFR (300℃ 1.2 kg)이 60 g/min인 비스페놀 A형 선형 폴리카보네이트
<실리콘 첨가제>
DPTS: 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산
KR-511: 상품명 KR-511, Shinetsu社 제조
<산화방지제>
DP9228: Cas No. 154862-43-8;
비스(2,4-디쿠밀페닐)펜타에리스리톨디포스파이트
P-168: Cas No. 31570-04-4; 트리스(2,4-디터트부틸페닐)포스파이트
<내가수분해제>
ADR4370F: 상품명 Joncryl ADR 4370-F, BASF社 제조
KD242GHF: Cas No. 25036-25-3; 상품명 KD242GHF, KUKDO chemical社 제조
<휘도향상제>
DCB2000: 상품명 Polycerin DCB-2000, NOF Corporation 社 제조
DER732: 상품명 DER 732, DOW Chemical 社 제조
실시예 및 비교예 : 폴리카보네이트 수지 조성물의 제조
PC에 하기 표 1에 기재된 바와 같은 조성으로 각각의 성분을 혼합한 후, 2축 압출기를 이용하여 L/D = 36, Φ = 45, 배럴온도 240℃의 조건에서 시간 당 80 kg 속도로 펠렛을 제조하였다.
실리콘 첨가제 산화방지제 내가수분해제 휘도향상제
DPTS KR511 DP9228 P-168 ADR4370F KD242GHF DCB2000 DER732
실시예 1 400 1500 800 3000 800
실시예 2 400 1500 400 400 3000 800
실시예 3 400 1500 400 400 3000 800
비교예 1 400 1500 800 3000 800
비교예 2 400 1500 400 400 3000 800
(단위: ㎍/g; PC 1 g에 대한 중량(단위: ㎍))
시험예 : 폴리카보네이트 수지 조성물의 물성 평가
실시예 및 비교예에서 제조한 펠렛을 가로 150 mm, 세로 80 mm, 두께 4 mm의 시편으로 사출 성형하였다.
Hitachi사의 Spectrophotometer U-4100을 이용하여 상기 시편의 두께 방향에 대한 직각 방향으로 광을 조사하여 상기 시편의 장광 투과율 및 장광 색조를 측정하였다. 그리고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
장광 색조 장광 투과율
실시예 1 8.0 82.05%
실시예 2 7.3 82.99%
실시예 3 7.8 83.65%
비교예 1 9.2 77.25%
비교예 2 9.0 78.86%
상기 표 2를 참조하면, 폴리카보네이트에 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산을 조합하는 경우 장광 색조 및 장광 투과율 모두 우수하여 이러한 조합을 통해 우수한 기계적 강도 및 전광선 투과율을 나타내면서도 박형의 도팡판을 제공할 수 있음이 확인된다.

Claims (9)

  1. 폴리카보네이트 및 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산을 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 1,1,5,5-테트라메틸-3,3-디페닐트리실록산은 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.3 중량부로 포함되는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 산화방지제, 내가수분해제, 휘도향상제 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함하는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제, 인계 산화방지제, 티오계 산화방지제 또는 이들의 혼합물인 폴리카보네이트 수지 조성물.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 산화방지제는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.01 내지 0.15 중량부로 포함되는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 내가수분해제는 에폭시기 함유 중합체인 폴리카보네이트 수지 조성물.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 내가수분해제는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.02 내지 0.2 중량부로 포함되는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 휘도향상제는 옥시알킬렌 반복단위를 포함하는 중합체인 폴리카보네이트 수지 조성물.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 휘도향상제는 폴리카보네이트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.5 중량부로 포함되는, 폴리카보네이트 수지 조성물.
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