KR102493341B1

KR102493341B1 - 폴리카보네이트 조성물 및 이로부터 형성된 광학 제품

Info

Publication number: KR102493341B1
Application number: KR1020200159263A
Authority: KR
Inventors: 양영인; 전병규; 홍무호; 조성미; 이호용; 정지혜
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2023-01-31
Also published as: KR20210070194A; KR102493342B1; CN113474416A; KR20210070196A; KR102493340B1; KR20210070195A; CN113474416B

Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 조성물 및 이로부터 형성된 광학 제품에 관한 것이다. 상기 폴리카보네이트 조성물은 기존의 노르스름한 청색광 차단 제품과 달리 낮은 황색 지수를 나타내 다양한 색상 구현이 가능하므로, 다양한 색상의 광학 제품을 제공할 수 있으며, 이 중에서도 눈에 해로운 청색광을 차단하면서 고투명성이 요구되는 안경에 매우 적합하다.

Description

폴리카보네이트 조성물 및 이로부터 형성된 광학 제품{POLYCARBONATE COMPOSITION AND OPTICAL PRODUCT FORMED THEREFROM}

본 발명은 폴리카보네이트 조성물 및 이로부터 형성된 광학 제품에 관한 것이다.

폴리카보네이트는 비스페놀 A와 같은 방향족 디올 화합물과 포스겐과 같은 카보네이트 전구체를 축중합하여 제조된다. 이렇게 제조된 폴리카보네이트는 우수한 충격강도, 수치안정성, 내열성 및 투명성 등을 가지며, 전기전자 제품의 외장재, 자동차 부품, 건축 소재, 광학 부품, 의류 소재 등 광범위한 분야에 적용된다.

특히, 폴리카보네이트의 투명한 특성으로 인해 광학 부품 관련 분야에서 폴리카보네이트의 사용 범위가 지속적으로 확대되어 가고 있는 추세이다. 광학 부품의 하나로서 안경은 다양한 파장 영역에서의 광 투과율 제어가 요구되는데, 최근 청색광이 눈에 해롭다는 사실이 알려지면서 380 내지 500 nm 영역에서 충분히 낮은 광 투과율을 나타낼 것이 요구되고 있다. 하지만, 청색광을 차단하기 위해 첨가되는 광 차단제는 폴리카보네이트로부터 제조한 광학 부품을 노르스름하여(yellowish) 투명하면서 청색광을 효과적으로 차단할 수 있는 광학 부품을 제공하기 위한 연구가 절실한 실정이다.

본 발명은 폴리카보네이트 조성물을 제공한다.

본 발명은 또한 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 광학 제품을 제공한다.

발명의 일 구현예에 따르면, 폴리카보네이트 및 광 차단제를 포함하는 폴리카보네이트 조성물로서, 하기 식 1로 계산되는 YT410이 2 내지 13이고, 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 6.35 mm인 시편에 대하여 ASTM D256에 의거하여 측정한 충격 강도가 680 내지 800 J/m인 폴리카보네이트 조성물이 제공된다.

[식 1]

YT410 = Y + T410

상기 식 1에서 Y는 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1925에 의거하여 측정한 황색 지수이며,

T410은 ASTM D1003에 의거하여 측정한 410 nm 영역에서의 투과율이다.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 광학 제품이 제공된다.

발명의 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 고유의 투명성 및 내충격성 등과 같은 제반 물성을 우수한 수준으로 유지하면서 유해성 문제 없이 청색광을 차단할 수 있다. 특히, 상기 폴리카보네이트 조성물은 기존의 노르스름한(yellowish) 청색광 차단 제품과 달리 낮은 황색 지수를 나타내 다양한 색상 구현이 가능하므로, 다양한 색상의 광학 제품을 제공할 수 있으며, 이 중에서도 눈에 해로운 청색광을 차단하면서 고투명성이 요구되는 안경에 매우 적합하다.

이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물 및 이로부터 형성된 광학 제품 등에 대해 설명하기로 한다.

발명의 일 구현예에 따르면, 폴리카보네이트 및 광 차단제를 포함하는 폴리카보네이트 조성물로서, 하기 식 1로 계산되는 YT410이 2 내지 13이고, 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 6.35 mm인 시편에 대하여 ASTM D256에 의거하여 측정한 충격 강도가 680 내지 800 J/m인, 폴리카보네이트 조성물이 제공된다.

[식 1]

YT410 = Y + T410

기존의 청색광 차단 제품들은 청색광을 차단하기 위해 첨가되는 광 차단제로 인하여 노르스름한(yellowish) 색상을 띠어 다양한 용도로 활용하기 어려운 문제가 있었다. 특히, 황색 지수와 청색광 투과율은 트레이드 오프(trade off) 관계에 있기 때문에, 청색광 차단 효율이 높을수록 제품이 노르스름해지는 문제가 발생하였다.

본 발명자들은 이에 대해 열심히 연구한 결과, 낮은 황색 지수를 가지면서 청색광 영역에서 낮은 투과율을 보이는 광학 제품을 제공할 수 있는 폴리카보네이트 조성물을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.

구체적으로, 상기 폴리카보네이트 조성물은 황색 지수가 높아지는 정도에 비하여 청색광 투과율이 급격히 낮아져 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 상기 식 1로 계산되는 YT410이 2 내지 13일 수 있다.

상기 YT410은 황색 지수 값에 410 nm 영역에서의 투과율을 더한 값으로, 동등한 수준의 청색광 투과율을 나타내더라도, 청색광 투과율이 낮아지는 정도 대비 황색 지수가 급격히 증가하는 경우 큰 값으로 나타나며, 청색광 투과율이 낮아지는 정도 대비 황색 지수는 크게 증가하지 않은 경우 작은 값으로 나타난다. 따라서, YT410의 수치가 낮을수록 황색 지수와 청색광 투과율이 모두 우수한 것으로 이해될 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 상기 식 1로 계산되는 YT410이 5 내지 13, 7 내지 13, 9 내지 13, 5 내지 12.5, 7 내지 12, 9 내지 11 또는 9 내지 10일 수 있다.

또한, 상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 상기 식 1로 계산되는 YT410이 상술한 범위 내라 하더라도 폴리카보네이트 고유의 우수한 내충격성을 나타낸다. 구체적으로, 상기 폴리카보네이트 조성물은 이로부터 형성된 두께가 6.35 mm인 시편에 대하여 ASTM D256에 의거하여 측정한 충격 강도가 680 내지 800 J/m로 나타날 수 있다. 이에 따라, 상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 폴리카보네이트 고유의 투명성 및 내충격성을 우수한 수준으로 유지하면서 청색광 차단 효과를 나타내 기존의 청색광 차단 제품의 적용 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

보다 구체적으로, 상기 폴리카보네이트 조성물은 이로부터 형성된 두께가 6.35 mm인 시편에 대하여 ASTM D256에 의거하여 측정한 충격 강도가 690 내지 800 J/m, 700 내지 800 J/m, 710 내지 800 J/m, 715 내지 800 J/m, 680 내지 750 J/m, 690 내지 730 J/m 또는 700 내지 730 J/m로 매우 높은 내충격성을 나타낼 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 하기 식 2로 계산되는 5YT420이 2.5 내지 71일 수 있다.

[식 2]

5YT420 = (5 * Y) + T420

상기 식 2에서 Y는 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1925에 의거하여 측정한 황색 지수이며,

T420은 ASTM D1003에 의거하여 측정한 420 nm 영역에서의 투과율이다.

상기 식 2로 계산되는 5YT420은 황색 지수의 5 배 값에 420 nm 영역에서의 투과율을 더한 값으로, 상기 YT410과 같이 그 수치가 낮을수록 황색 지수와 청색광 투과율이 모두 우수한 것으로 이해될 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 상기 식 2로 계산되는 5YT420이 10 내지 71, 30 내지 71, 50 내지 71, 60 내지 71, 60 내지 70, 60 내지 68, 60 내지 66, 60 내지 65 또는 61 내지 64일 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 YT410이 작은 값을 가져 낮은 청색광 투과율을 나타낼 수 있다.

구체적으로, 상기 폴리카보네이트 조성물은 이로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1003에 의거하여 측정한 420 nm 영역에서의 투과율이 0.1 내지 47 %, 0.1 내지 40 %, 0.1 내지 35 %, 0.1 내지 30 %, 0.1 내지 25 %, 0.1 내지 20 %, 15 내지 30 % 또는 20 내지 27 %로, 매우 우수한 청색광 차단 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 상기 폴리카보네이트 조성물은 이로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1003에 의거하여 측정한 410 nm 영역에서의 투과율이 0.01 내지 6.0 %, 0.01 내지 5.0 %, 0.01 내지 3.0 %, 0.01 내지 2.7 %, 1.0 내지 5.0 %, 2.0 내지 3.0 % 또는 2.0 내지 2.7 %로, 매우 우수한 청색광 차단 효과를 나타낼 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 YT410이 작은 값을 가져 낮은 황색 지수를 나타낼 수 있다.

구체적으로, 상기 폴리카보네이트 조성물은 이로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1925에 의거하여 측정한 황색 지수가 0.1 내지 11.5, 0.1 내지 10.0, 0.1 내지 9.0, 1.0 내지 10.0, 3.0 내지 9.0 또는 5.0 내지 9.0으로 매우 낮아 투명한 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 유해성 문제 없이 청색광 차단 효과를 구현할 수 있다. 이에 따라, 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에서 280 ℃에서 15 분간 방출된 총 휘발성 유기 화합물(Total Volatile Organic Compounds; TVOC)의 함량은 0 내지 210 ppm, 0 내지 200 ppm, 0 내지 150 ppm, 0 내지 120 ppm, 0 내지 100 ppm, 0 내지 70 ppm, 50 내지 150 ppm 또는 60 내지 120 ppm으로 극히 적은 유해 물질을 포함할 수 있다.

상기 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물은 폴리카보네이트 및 광 차단제를 포함하는데, 상기 광 차단제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하여 투명하면서 청색광을 효과적으로 차단할 수 있는 광학 제품을 제공할 수 있다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

R¹은 수소, 할로겐, 히드록시기 또는 시아노기이며,

R² 내지 R⁶는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이되, R² 내지 R⁶ 중 적어도 하나 이상은 할로겐, 히드록시기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이다.

상기 화학식 1에서, R¹이 할로겐일 경우 F, Cl, Br 또는 I일 수 있다. 구체적으로, 상기 화학식 1에서 R¹은 수소일 수 있다.

상기 화학식 1에서, R² 내지 R⁶ 중 적어도 어느 하나가 할로겐일 경우 F, Cl, Br 또는 I일 수 있고, R² 내지 R⁶ 중 적어도 어느 하나가 탄소수 1 내지 5의 알콕시기일 경우 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, n-부톡시기, 이소부톡시기, t-부톡시기, n-펜톡시기, 이소펜톡시기 또는 네오펜톡시기일 수 있다.

구체적으로, 상기 화학식 1에서 R² 내지 R⁶ 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이고, 나머지는 수소, 할로겐, 히드록시기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 1에서 R² 내지 R⁶ 중 2 개 내지 4 개는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이고, 나머지는 수소일 수 있다. 이때, 상기 탄소수 1 내지 5의 알콕시기는 메톡시기 또는 에톡시기일 수 있고, 바람직하게 메톡시기일 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 기존의 광 차단제 대비 소량만 사용되더라도 청색광을 효과적으로 차단할 수 있다. 일 예로, 상기 광 차단제는 폴리카보네이트 및 광 차단제의 총 중량에 대하여 0.001 내지 0.500 중량%, 0.005 내지 0.400 중량%, 0.010 내지 0.300 중량%, 0.015 내지 0.400 중량%, 0.020 내지 0.300 중량%, 0.040 내지 0.250 중량%, 0.050 내지 0.250 중량% 또는 0.050 내지 0.150 중량%로 포함될 수 있다.

상기 광 차단제로는 청색광을 효과적으로 흡수하면서 투명한 폴리카보네이트 조성물을 제공하기 위해, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독으로 사용할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 다양한 광 차단제(광 흡수제)를 추가로 포함할 수 있다.

한편, 상기 폴리카보네이트는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 포함할 수 있다.

[화학식 2]

상기 화학식 2에서,

R⁷ 내지 R¹⁰는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 또는 할로겐이고,

Z는 비치환되거나 또는 페닐로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 비치환되거나 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬렌기, O, S, SO, SO₂, 또는 CO이다.

일 예로, 상기 화학식 2에서 R⁷ 내지 R¹⁰은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 메톡시기, Cl, 또는 Br일 수 있다.

일 예로, 상기 화학식 2에서 Z는 비치환되거나 또는 페닐로 치환된 직쇄 또는 분지쇄의 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있다. 구체적으로, Z는 메틸렌기, 에탄-1,1-디일기, 프로판-2,2-디일기, 부탄-2,2-디일기, 1-페닐에탄-1,1-디일기, 또는 디페닐메틸렌기일 수 있다. 또한, Z는 시클로헥산-1,1-디일기, O, S, SO, SO₂, 또는 CO일 수 있다.

상기 화학식 2로 표시되는 반복 단위는 방향족 디올 화합물과 카보네이트 전구체를 반응하여 형성된 것일 수 있다.

비제한적인 예로, 상기 방향족 디올 화합물로는 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)에테르, 비스(4-히드록시페닐)설폰, 비스(4-히드록시페닐)설폭사이드, 비스(4-히드록시페닐)설파이드, 비스(4-히드록시페닐)케톤, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 비스페놀 A, 2,2-비스(4-히드록시페닐)부탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)시클로헥산, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-클로로페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3-메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)프로판, 1,1-비스(4-히드록시페닐)-1-페닐에탄 및 비스(4-히드록시페닐)디페닐메탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 예시할 수 있다. 그리고, 상기 카보네이트 전구체로는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디시클로헥실 카보네이트, 디페닐 카보네이트, 디토릴 카보네이트, 비스(클로로페닐) 카보네이트, 디-m-크레실 카보네이트, 디나프틸 카보네이트, 비스(디페닐) 카보네이트, 포스겐, 트리포스겐, 디포스겐, 브로모포스겐 및 비스할로포르메이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 예시할 수 있다.

상기 방향족 디올 화합물과 상기 카보네이트 전구체는, 예를 들면, 계면 중합 방식으로 중합되어 폴리카보네이트를 제공할 수 있다. 계면 중합이란, 카보네이트 전구체를 포함하는 유기 용매와 방향족 디올 화합물을 포함하는 수용액을 함께 혼합하고, 이들의 상 계면에서 중합이 일어나는 것을 의미한다.

이 경우 상압과 낮은 온도에서 중합 반응이 가능하며 분자량 조절이 용이하다. 상기 계면 중합은 산 결합제 및 유기 용매의 존재 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 계면 중합은 일례로 선중합(pre-polymerization) 후 커플링제를 투입한 다음, 다시 중합시키는 단계를 포함할 수 있고, 이 경우 고분자량의 폴리카보네이트를 얻을 수 있다.

상기 중합 온도는 0℃ 내지 40℃, 반응 시간은 10 분 내지 5 시간이 바람직하다. 또한, 반응 중 pH는 9 이상 또는 11 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 중합에 사용할 수 있는 용매로는, 당업계에서 폴리카보네이트의 중합에 사용되는 용매이면 특별히 제한되지 않으며, 일례로 메틸렌클로라이드, 클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소를 사용할 수 있다.

또한, 상기 중합은 산 결합제의 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 상기 산 결합제로 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리금속 수산화물 또는 피리딘 등의 아민 화합물을 사용할 수 있다.

또한, 상기 중합시 폴리카보네이트의 분자량 조절을 위하여, 분자량 조절제의 존재 하에 중합하는 것이 바람직하다. 상기 분자량 조절제로 탄소수 1 내지 20의 알킬페놀을 사용할 수 있으며, 이의 구체적인 예로 p-tert-부틸페놀, p-쿠밀페놀, 데실페놀, 도데실페놀, 테트라데실페놀, 헥사데실페놀, 옥타데실페놀, 에이코실페놀, 도코실페놀 또는 트리아콘틸페놀 등을 들 수 있다. 상기 분자량 조절제는, 중합 개시 전, 중합 개시 중 또는 중합 개시 후에 투입될 수 있다.

상기 폴리카보네이트는 ASTM D1238에 따른 용융 흐름 속도(MFR, Melt flow rate)가 5 내지 50 g/10min일 수 있다. 상기 범위의 용융 흐름 속도를 가지는 폴리카보네이트를 사용할 경우, 전술한 다른 성분과의 조합 사용으로 제품에 적용 시에 우수한 물성을 구현할 수 있으며, 일 구현예의 폴리카보네이트 조성물이 우수한 가공성을 나타낼 수 있다.

상기 용융 흐름 속도는 ASTM D1238에 따라 300℃에서 1.2 kg의 하중 조건으로 측정될 수 있다.

상기 용융 흐름 속도가 5 g/min 미만인 경우, 가공성이 저하되어 생산성 저하의 문제가 발생할 수 있으며, 50 g/min 초과인 경우 해당 가공 조건에서 수지 흐름이 초과하여 성형 제품에 표면 불량을 발생시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 용융 흐름 속도는 보다 적절하게는 7 내지 45 g/10min, 10 내지 40 g/10min, 15 내지 40 g/10min, 20 내지 40 g/10min, 혹은 25 내지 35 g/10min을 만족할 수 있으며, 이 경우 일 구현예의 폴리카보네이트 조성물이 보다 우수한 가공성 및 기계적 물성 등을 나타낼 수 있다.

또, 상기 폴리카보네이트는 중량 평균 분자량이 10,000 g/mol 내지 60,000 g/mol, 혹은 15,000 g/mol 내지 40,000 g/mol, 혹은 19,000 g/mol 내지 30,000 g/mol일 수 있다. 이러한 폴리카보네이트의 중량 평균 분자량은, 예를 들어, ASTM D5296의 방법에 따라, 폴리스티렌을 표준 물질로 사용하여 측정할 수 있다. 상기 폴리카보네이트가 상기 중량 평균 분자량 범위를 충족함에 따라, 일 구현예의 폴리카보네이트 조성물 및 이를 포함한 광학 제품 등은 우수한 기계적 물성 및 광학 특성을 나타낼 수 있다.

상술한 폴리카보네이트는 일 구현예의 폴리카보네이트 조성물을 주 성분으로서, 전체 폴리카보네이트 조성물의 고형분에 대해 80 내지 99.999 중량%, 90 내지 99.999 중량%, 95 내지 99.999 중량%, 99 내지 99.999 중량% 혹은 99.5 내지 99.999 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 이로써, 일 구현예의 폴리카보네이트 조성물이 폴리카보네이트 특유의 내열성, 내충격성, 기계적 강도 및/또는 투명성을 나타낼 수 있다.

상기 폴리카보네이트 조성물은 상술한 광 차단제 외에 본 발명이 속한 기술 분야에 알려진 다양한 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 폴리카보네이트 조성물은 산화 방지제, 열 안정제, 광 안정화제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격보강제, 형광증백제, 자외선 흡수제, 안료 및 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

한편, 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 광학 제품이 제공된다.

상기 광학 제품은 안경 렌즈, 도광판, LED 조명 등 다양한 광학 부품 관련 분야에 적용될 수 있다.

상기 광학 제품은 앞서 설명한 폴리카보네이트 조성물로 제조되기 때문에 황색 지수가 매우 낮아 투명한 특성을 보이면서, 청색광 투과율이 매우 낮아 우수한 청색광 차단 효과를 나타낼 수 있다.

상기 광학 제품은 매우 낮은 황색 지수 및 청색광 영역에서의 저투과율을 나타내 상술한 적용 분야 중에서도 안경 렌즈에 적용되어 투명하면서도 효과적으로 청색광이 차단된 안경을 제공할 수 있다.

상기 폴리카보네이트 조성물로부터 광학 제품을 제공하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 비제한적인 예로, 상기 폴리카보네이트 조성물에 필요에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 첨가한 후 혼합하고, 상기 혼합물을 압출기로 압출 성형하여 펠릿으로 제조한 후, 상기 펠릿을 건조시킨 다음 사출 성형기로 사출하는 방법으로 광학 제품을 제공할 수 있다.

상기 폴리카보네이트 조성물을 혼합하는 것은 용융 혼련 방식으로 실시할 수 있으며, 예컨대, 리본 블렌더, 헨셀 믹서, 밴버리 믹서, 드럼 텀블러, 단축 스크루압출기, 2축 스크루 압출기, 코니더, 다축 스크루 압출기 등을 사용하는 방법에 의해 실시할 수 있다. 상기 용융 혼련의 온도는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다.

다음으로, 상기 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 적용할 수 있다.

사출 성형법을 이용할 경우, 200 내지 400 ℃의 고온의 조건 하에 놓이게 되는데, 상기 폴리카보네이트 조성물은 내열성이 뛰어나므로, 전술한 용융 혼련 공정이나 사출 공정에서 고분자 변성이나 황변 발생이 거의 없어 바람직하다.

광학 제품의 크기, 두께 등은 사용 목적에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 이의 형상 또한 사용 목적에 따라 평판 또는 곡면의 형태를 가질 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 다른 일 구현예에 따른 광학 제품은 효과적으로 청색광을 차단하면서도 고투명성을 나타내 다양한 색상의 성형품을 용이하게 제공할 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.

실시예 1: 폴리카보네이트 조성물의 제조

비스페놀 A형 선형 폴리카보네이트(중량평균분자량: 21,100 g/mol; MFR (300℃, 1.2 kg): 30 g/10min; LG화학사 제조)에 전체 폴리카보네이트 조성물 총 중량에 대해 0.200 중량%의 2-(2,4-디메톡시벤질리덴)말로노니트릴을 첨가하여 폴리카보네이트 조성물을 제조하였다.

실시예 2 내지 4 및 비교예 1 내지 12: 폴리카보네이트 조성물의 제조

광 차단제의 종류 및 함량을 하기 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리카보네이트 조성물을 제조하였다.

	폴리카보네이트	광 차단제
	폴리카보네이트	PB-074	T326	M-T326	T329	EV-290
실시예 1	99.800	0.200
실시예 2	99.900	0.100
실시예 3	99.930	0.070
실시예 4	99.960	0.040
비교예 1	99.395		0.600			0.005
비교예 2	99.390		0.600			0.010
비교예 3	99.385		0.600			0.015
비교예 4	98.500		1.500
비교예 5	99.980					0.020
비교예 6	99.960			0.040
비교예 7	99.930			0.070
비교예 8	99.900			0.100
비교예 9	99.500			0.500
비교예 10	99.000			1.000
비교예 11	99.600				0.400
비교예 12	99.200				0.800

(단위: 중량%)

PB-074: 2-(2,4-디메톡시벤질리덴)말로노니트릴

T326: Tinuvin 326 (BASF사 제조)

M-T326: 2-tert-부틸-4-메틸-6-(5-(페닐티오)-2H-벤조[d][1,2,3]트리아졸-2-일)페놀

T329: Tinuvin 329 (BASF사 제조)

EV-290: X-GUARD EV-290 (Chempia사 제조)

시험예: 폴리카보네이트 조성물의 물성 평가

하기 기재된 방법으로 실시예 및 비교예에서 제조한 폴리카보네이트 조성물로부터 시편을 제조한 후 이의 물성을 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

1) 시편의 제조

2축 압출기(L/D=36, Φ=45, 배럴온도 240℃)에 시간당 55 kg의 속도로 폴리카보네이트 조성물을 공급하여 펠렛을 제조한 후, 이를 사출 성형하여 가로, 세로 및 두께가 50 mm, 30 mm 및 3 mm인 시편을 제조하였다.

2) 황색 지수(Yellow Index; YI) 측정

ASTM D1925에 의거하여 UltraScan PRO (HunterLab사 제조)를 이용하여 상온(20℃)에서의 YI 값을 측정하였다.

3) 투과율 측정

ASTM D1003에 의거하여 UltraScan PRO (HunterLab사 제조)를 사용하여 410 nm 및 420 nm에서의 투과율을 측정하였다.

4) 충격 강도(Notched Izod Impact Strength)

ASTM D256에 의거하여 1/4" 시편(두께 1/4 inch (6.35 mm) 시편)의 충격 강도를 측정하였다.

5) 총 휘발성 유기 화합물의 방출량(Total Volatile Organic Compounds; TVOC)

상기에서 제조한 각각의 시편을 가열 탈착 장치(heating desorption apparatus, Japan Analytical Industry 社의 JTD-505III)에 넣고 280 ℃에서 15 분간 상기 시편으로부터 방출된 휘발성 유기 화합물을 모은 후 그 함량을 GC-MS로 측정하였다.

	광 차단제 함량^*	황색 지수	410 nm에서의 투과율(%)	420 nm에서의 투과율(%)	5YT420^a)	YT410^b)	충격 강도 (J/m)	TVOC (ppm)
실시예 1	0.200	11.20	1.14	10.32	66.32	12.34	697	207
실시예 2	0.100	8.92	2.02	20.88	65.48	10.94	715	114
실시예 3	0.070	7.33	2.62	26.20	62.85	9.95	720	65
실시예 4	0.040	4.82	5.91	46.65	70.75	10.73	711	48
비교예 1	0.605	8.57	6.70	41.81	84.66	15.27	547	450
비교예 2	0.610	10.24	4.55	34.65	85.85	14.79	550	471
비교예 3	0.615	11.95	3.40	28.45	88.20	15.35	552	462
비교예 4	1.500	12.00	1.21	15.38	75.38	13.21	109	951
비교예 5	0.020	14.18	5.32	29.23	100.31	19.50	724	42
비교예 6	0.040	2.83	43.54	78.85	93.00	46.37	698	34
비교예 7	0.070	3.44	28.62	73.29	90.43	32.06	718	39
비교예 8	0.100	4.06	19.97	67.88	88.18	24.03	709	48
비교예 9	0.500	9.78	1.54	22.38	71.28	11.32	642	226
비교예 10	1.000	12.98	1.08	9.43	74.33	14.06	498	430
비교예 11	0.400	2.88	38.78	76.35	90.75	41.66	699	244
비교예 12	0.800	2.53	46.89	79.34	91.99	49.42	546	430

* 광 차단제 함량은 폴리카보네이트 조성물 고형분 중량에 대한 중량%이다.

a) 5YT420은 황색 지수의 5 배 값에 420 nm 영역에서의 투과율을 더한 값이다.

b) YT410은 황색 지수 값에 410 nm에서의 투과율을 더한 값이다.

광 차단제로 T326 및 EV-290을 함께 사용한 비교예 1 내지 3을 참조하면, 청색광 투과율을 충분히 낮추기 위해 광 차단제의 함량을 높일 경우 황색 지수가 너무 높아져, 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 5YT420이 84.66 내지 88.20이고, YT410이 14.79 내지 15.35로 매우 높은 것이 확인된다. 또한, 비교예 1 내지 3의 경우 청색광 투과율을 일정 수준으로 낮추기 위해 광 차단제를 상당량 첨가함에 따라 매우 낮은 내충격성과 높은 TVOC 값을 나타내는 것이 확인된다.

비교예 4에서는 광 차단제로 T326만 과량 사용하여 420 nm에서의 투과율을 15.38 %까지 낮추었으나, 황색 지수가 12로 매우 높아 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 5YT420이 75.38이고, YT410이 13.21로 높은 것이 확인되며, 내충격성이 매우 열악해 지고 TVOC가 급격하게 증가한 것이 확인된다.

비교예 5를 참조하면, 광 차단제로 EV-290을 사용한 경우 소량만 사용하더라도 충분히 낮은 청색광 투과율을 달성함에 따라 내충격성이 우수하고 TVOC가 적은 시편을 제공할 수 있으나, EV-290는 매우 소량만 첨가되더라도 황색 지수가 급격히 증가하여 노란빛이 강한 시편을 제공하는 것이 확인된다.

광 차단제로 M-T326을 사용한 비교예 6 내지 10을 참조하면, 광 차단제 함량 증가에 따른 청색광 투과율의 감소 정도 대비 황색 지수의 증가 정도가 더욱 커 광 차단제의 함량을 0.040 중량%에서 1.000 중량%로 조절하더라도 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 5YT420이 실시예 수준으로 낮아지지 않는 것이 확인된다. 비교예 6 내지 10에서 YT410은 실시예 수준으로 낮아지는 지점이 있긴 하지만, YT410이 11.32로 낮은 비교예 9의 폴리카보네이트 조성물은 642 J/m의 충격 강도 및 226 ppm의 TVOC를 나타내 안경 렌즈, 도광판 또는 LED 조명 등과 같이 일정 수준의 내충격성 및 TVOC를 충족하여야 하는 용도로는 활용이 어렵다.

광 차단체로 T329를 사용한 비교예 11 및 12의 경우에도 광 차단제를 실시예 대비 과량 사용하였음에도 청색광 투과율을 충분히 낮추지 못하여 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 5YT420이 90.75 내지 91.99, 그리고 YT410이 41.66 내지 49.42로 매우 높은 것이 확인된다. 또한, 비교예 11의 경우 TVOC가 높고, 비교예 12의 경우 TVOC 뿐 아니라 내충격성도 열악한 것이 확인된다.

이에 반해, 실시예 1 내지 4의 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 시편은 황색 지수와 청색광 투과율의 밸런스를 확인할 수 있는 지수인 5YT420이 62.85 내지 70.75, 그리고 YT410이 9.95 내지 12.34로 매우 낮으며, 내충격성이 우수하고 TVOC가 매우 낮은 것이 확인된다.

이로써, 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리카보네이트 조성물을 사용하면, 폴리카보네이트의 우수한 투명성 및 내충격성을 유지하면서도 청색광을 효과적으로 차단할 수 있으며, TVOC도 낮은 광학 제품을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims

폴리카보네이트 및 광 차단제를 포함하는 폴리카보네이트 조성물로서,
상기 광 차단제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고,
하기 식 1로 계산되는 YT410이 2 내지 13이고,
상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 6.35 mm인 시편에 대하여 ASTM D256에 의거하여 측정한 충격 강도가 680 내지 800 J/m인, 폴리카보네이트 조성물:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
R¹은 수소, 할로겐, 히드록시기 또는 시아노기이며,
R² 내지 R⁶는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 히드록시기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이되, R² 내지 R⁶ 중 적어도 하나 이상은 할로겐, 히드록시기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이고,
[식 1]
YT410 = Y + T410
상기 식 1에서 Y는 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1925에 의거하여 측정한 황색 지수이며,
T410은 ASTM D1003에 의거하여 측정한 410 nm 영역에서의 투과율이다.
제 1 항에 있어서, 하기 식 2로 계산되는 5YT420이 2.5 내지 71인, 폴리카보네이트 조성물:
[식 2]
5YT420 = (5 * Y) + T420
상기 식 2에서 Y는 상기 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1925에 의거하여 측정한 황색 지수이며,
T420은 ASTM D1003에 의거하여 측정한 420 nm 영역에서의 투과율이다.
제 2 항에 있어서, 상기 식 2로 계산되는 5YT420이 60 내지 66인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1003에 의거하여 측정한 420 nm 영역에서의 투과율이 0.1 내지 47 %인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1003에 의거하여 측정한 410 nm 영역에서의 투과율이 0.01 내지 6.0 %인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에 대하여 ASTM D1925에 의거하여 측정한 황색 지수가 0.1 내지 11.5인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 두께가 3 mm인 시편에서 280 ℃에서 15 분간 방출된 총 휘발성 유기 화합물의 함량은 0 내지 210 ppm인, 폴리카보네이트 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서, R¹은 수소인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, R² 내지 R⁶ 중 적어도 하나는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이고, 나머지는 수소, 할로겐, 히드록시기, 시아노기 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, R² 내지 R⁶ 중 2 개 내지 4 개는 탄소수 1 내지 5의 알콕시기이고, 나머지는 수소인, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 광 차단제는 폴리카보네이트 및 광 차단제의 총 중량에 대하여 0.001 내지 0.500 중량%로 포함되는, 폴리카보네이트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 폴리카보네이트는 하기 화학식 2로 표시되는 반복 단위를 포함하는, 폴리카보네이트 조성물:
[화학식 2]

상기 화학식 2에서,
R⁷ 내지 R¹⁰는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 또는 할로겐이고,
Z는 비치환되거나 또는 페닐로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 비치환되거나 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기로 치환된 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬렌기, O, S, SO, SO₂, 또는 CO이다.
제 1 항의 폴리카보네이트 조성물로부터 형성된 광학 제품.
제 14 항에 있어서, 상기 광학 제품은 안경 렌즈인, 광학 제품.