KR102504520B1 - 광확산 비드 및 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광확산 시트 - Google Patents

광확산 비드 및 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광확산 시트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광확산 비드에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 열적특성이 향상됨과 동시에 우수한 광학특성, 고강도의 특성을 가지는 광확산 비드 및 이를 포함하는 광확산 시트에 관한 기술이다.
보다 상세하게, 본 발명의 분산안정제와 광확산 비드는 동일한 단량체를 사용하여 제조됨으로써, 광투과도를 현저히 향상시키고 특정한 평균입경과 균일한 입도분포를 갖는 광확산 비드를 제공할 수 있다. 또한, 상기 광확산 비드를 포함하여 제조된 광확산 시트는 높은 광투과율 및 낮은 헤이즈를 지녀 향상된 광학 특성을 나타내며, 내열성이 향상되어 장시간 동안 사용하는 액정디스플레이용 백라이트, 조명장치, 간판, 또는 유리진열장 등에 적용하기 적합하다.

Description

광확산 비드 및 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광확산 시트{A LIGHT DIFFUSING BEAD, METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND LIGHT DIFFUSING SHEETS COMPRISING THEREOF}
본 발명은 열적특성이 향상됨과 동시에 우수한 광학특성, 고강도의 특성을 가지는 광확산 비드 및 이를 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제조되는 광확산 시트에 관한 기술이다.
백라이트 방식은 디스플레이 소자의 뒷면에 부착된 백라이트 유니트의 광원으로부터 발생되는 빛을 도광판을 통하여 반대편에까지 이르게 하고, 금속 증착판 또는 불투명 백색판과 같은 반사판에 반사시켜 전 면으로 광이 출사 되도록하여 디스플레이 화면의 밝기를 향상시키는 간접 조명방식이다.
이러한 기술의 일 종류로서, 광 원램프로부터 출사된 빛을 손실 없이 통과시키면서도, 균일하게 확산시키는 기능을 갖는 광확산 시트가 개발되었다. 종래의 광확산 시트는 빛을 균일하게 확산시키기 위해 광확산 시트 내부에 광확산용 입상체(粒狀體)를 분포시키는 기술적 구성에 관한 것이 다수를 이루고 있었다.
일본공개특허공보 평1-172801호에 기재된 것처럼 종래 사용되는 광확산 시트는 종래 무기물을 광확산제로 사용하여 흐림도는 높으나 광투과율이 낮다는 단점이 있어, 이를 개선하기 위해 스타이렌계 모노머 조성의 광확산 비드를 사용하였지만, 광투과율의 개선이 충분하지 못하고, 정전기 발생에 의한 먼지의 부착우려가 있다. 또한, 상기 광확산 시트는 충격강도가 약해 가공시 성형품 형태에 제약을 받게 되고, 헤이즈가 높고 열안정성이 낮다는 단점이 여전히 존재한다.
따라서 광투과도와 확산도를 동시에 증가시키면서, 백라이트의 장시간 사용에도 기계적 강도 및 내열성이 유지되는 광확산 시트의 개발이 필요한 실정이다.
일본공개특허공보 평1-172801호
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 광확산 비드 및 이의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는, 광학특성이 우수하고 헤이즈가 낮은 광확산 비드 및 광확산 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 특정한 분산안정제를 사용하여 광확산 비드를 중합하여 간단한 공정만으로 입자 크기 제어가 용이한 광확산 비드를 제공하고, 특정한 분산안정제를 사용하여 특정한 평균입경과 균일한 입도분포를 갖는 광확산 비드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광확산 비드와 분산안정제는 동일한 종류의 단량체를 사용하여 제조함으로써, 광투과도를 현저히 향상시킨 광확산 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다른 목적은 높은 유리전이온도 및 2% 무게감소온도를 갖는 우수한 열적특성을 지니는 광확산 비드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 황색도, 낮은 헤이즈 및 양호한 매트성 등의 우수한 광학특성을 갖는 광확산 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 액정디스플레이용 백라이트, 조명장치, 간판, 또는 유리진열장 등에 적용하기 적합한 광확산 비드 및 이를 제조하는 방법 및 상기 광확산 비드를 이용하여 제조된 광확산 시트를 제공하는 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 단량체, 가교제 및 분산안정제를 포함하여 중합된 광확산 비드로, 상기 단량체는 메틸메타아크릴레이트 단량체를 단독으로 사용하며, 상기 분산안정제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체를 포함하는 분산안정제용 혼합물을 중합하여 제조되는 것이며, 상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛이며 입도분포도는 1 내지 3인 광확산 비드를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112020142082441-pat00001
상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이고, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.
[화학식 2]
Figure 112020142082441-pat00002
상기 화학식 2에서 R2은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드는 구상에 가까우며 입자직경비(장경/단경)가 1.0 내지 1.2 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드는 메틸 (메타)아크릴레이트계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.001 내지 10 중량부의 분산안정제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드는 메틸 (메타)아크릴레이트계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부의 가교제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드의 유리전이온도(Tg)는 120℃이상이며, 2% 중량 감소가 발생되는 온도(2% Td)는 285℃이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드의 제조방법은
(a) 단량체, 가교제, 분산안정제를 물에 투입한 반응 혼합물을 상온에서 교반하는 단계;
(b) 반응온도를 승온하여, 중합반응을 수행하는 단계;를 포함하며,
상기 단량체는 메틸 (메타)아크릴레이트계 단량체를 단독으로 사용하며,
상기 분산안정제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체를 포함하는 분산안정제용 혼합물을 중합하여 제조되는 것이며,
상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛이며 입도분포도는 1 내지 3인, 좋게는 1 내지 2일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020142082441-pat00003
상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이고, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.
[화학식 2]
Figure 112020142082441-pat00004
상기 화학식 2에서 R2은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염 등에서 선택되는 어느 하나이다.
본 발명은 상술된 광확산 비드를 포함하여 제조된 광확산 시트를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 ASTM D1003에 의거하여 측정된 광투과율이 80 % 이상이며, 황색도(YI)가 0.01 내지 1일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 ISO 14782에 의거하여 측정된 헤이즈가 60 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 ISO 13468-1에 의거하여 측정된 황변 발생 시간이 6시간 이상일 수 있다.
본 발명은 상술된 광확산 비드와 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함하여 제조된 광확산 시트를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 폴리메타아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부의 광확산 비드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트에 있어, 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 중량평균분자량은 20,000 내지 300,000 g/mol일 수 있다.
본 발명은 상술된 광확산 비드를 포함하여 제조된 마스터배치 칩(Mater Batch Chip)를 제공할 수 있다.
본 발명은 특정한 분산안정제를 사용하여 광확산 비드를 중합함로써 간단한 공정만으로 입자 크기 제어가 용이한 광확산 비드를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 분산안정제와 광확산 비드는 동일한 종류의 단량체를 사용하여 제조되어, 광투과도를 현저히 향상시키고 특정한 평균입경과 균일한 입도분포를 갖는 광확산 비드를 제공할 수 있다.
상기 광확산 비드를 포함하여 제조된 광확산 시트는 높은 광투과율 및 낮은 헤이즈를 지녀 향상된 광학 특성을 나타내며, 내열성이 우수하여 장시간 동안 사용하는 액정디스플레이용 백라이트, 조명장치, 간판, 또는 유리진열장 등에 적용하기 적합하다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본 발명에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 분산안정제를 이용하여 제조된 광확산 비드 및 이의 제조방법 및 상기 광확산 비드를 이용하여 제조된 광확산 시트에 대하여 바람직한 실시형태 및 물성측정 방법을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 메틸메타아크릴레이트를 단독으로 단량체로 사용하고, 특정한 분산안정제를 이용하여 제조된 광확산 비드를 제공하고, 이를 이용하여 제조된 광확산 시트를 제공할 수 있다.
또한, 상기 광확산 비드와 동일한 종류의 단량체로 제조된, 폴리메틸메타크릴레이트 단독 중합체로 이루어진 광확산판에 상기 광확산 비드를 첨가하여, 높은 광투과율 및 낮은 헤이즈를 지녀 향상된 광학 특성과 우수한 내열성을 특성으로 하는 광확산 시트를 제조할 수 있다.
즉, 본 발명자는 종래기술의 문제점을 해결하고자 연구를 거듭한 결과, 간단한 중합 공정으로 입자의 크기 조절이 용이하고 입도분포가 균일하며, 유리전이온도가 향상된 특정 광확산 비드를 제조하고, 상기 광확산 비드를 이용하여 우수한 광투과도 낮는 황색도 및 헤이즈, 고내열성 및 향상된 매트성을 갖는 광확산 시트를 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 관하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드는 단량체, 가교제 및 분산안정제를 포함하여 중합된 광확산 비드로서, 상기 단량체는 메틸메타아크릴레이트 단량체를 단독으로 사용하며, 상기 분산안정제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체를 포함하는 분산안정제용 혼합물을 중합하여 제조되는 것이며, 상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛이며, 입도분포도는 1 내지 3인, 좋게는 1 내지 2인 광확산 비드일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020142082441-pat00005
[화학식 2]
Figure 112020142082441-pat00006
상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이고, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염 등에서 선택되는 어느 하나이다. 보다 구체적으로 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 3-술포프로필 아크릴레이트 포타슘 염, 3-술포프로필 메타크릴레이트 포타슘 염, 2-술포에틸 메타크릴레이트 나트륨 염 및 2-술포에틸 아크릴레이트 나트륨 염 등에서 1종 또는 2종 이상 선택될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적인 일 예로, 2-술포에틸 메타크릴레이트 칼륨염일 수 있다.
상기 화학식 2에서 R2은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염 등에서 선택되는 어느 하나이다.
상기 분산안정제의 제조시 사용되는 알킬 (메타)크릴레이트계 단량체는 당해 기술분야에 자명하게 공지된 화합물이면 제한되지 않는다. 보다 구체적으로 상기 알킬 (메타)크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소프로필 메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, t-부틸메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 메톡시에틸메타크릴레이트, 에톡시에틸메타크릴레이트, 부톡시메틸메타크릴레이트 및 히드록시에틸메타크릴레이트 등으로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상이 선택될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 더욱 좋게는 메틸메타크릴레이트일 수 있다. 광확산 비드를 제조한 단량체와 동일한 단량체인 메틸메타크릴레이트로 분산안정제를 제조할 시, 광확산 비드의 광투과도가 향상될 수 있어 더욱 좋다.
상기 분산안정제용 혼합물의 함량 범위는 상기 화학식 1의 단량체 10 내지 85 wt%, 화학식 2의 단량체 5 내지 45 wt% 및 알킬 (메타)아크릴레이트 단량체 10 내지 45 wt%로 이루어 질 수 있고, 상기 분산안정제는 상기 범위의 단량체 혼합물을 수용액 중에서 균일하게 중합한 공중합체일 수 있다.
상기 분산안정제의 중량평균분자량은 20,000 내지 300,000 g/mol일 수 있다. 구체적으로 50,000 내지 200,000 g/mol일 수 있고, 보다 구체적으로는 60,000 내지 80,000 g/mol일 수 있으나, 이에 특별히 제한을 두지 않는다.
상기 분산안정제를 이용하여 제조된 광확산 비드의 경우, 입자크기 및 입자간 엉김현상의 제어가 용이해지고, 매트성이 현저히 향상되며 황색도(yellow unit)가 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분산안정제의 함량은 제한되지 않으나, 상술한 메틸메타아크릴레이트 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.001 내지 10 중량부 포함할 수 있다. 보다 바람직하게 0.01 내지 5 중량부 포함할 수 있고, 상기 범위에서 중합 안정성을 유지할 수 있고 광확산 비드 입자의 평균 입경 및 입도분포를 제어할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 범위를 만족하는 경우, 균일한 가교 고분자 입자를 수득할 수 있고 중합 안정성이 향상될 수 있으며, 세척 및 건조 공정에서 유실을 방지할 수 있으며, 작업성이 개선되어 경제성이 향상될 수 있어 더욱 좋다.
또한, 필요에 따라 분산보조제를 더 포함할 수 있으며, 당해 기술분야에서 자명하게 공지된 분산보조제라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 구체적인 예로는 황산마그네슘, 황산나트륨, 황산암모늄 등을 사용할 수 있다.
상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛ 일 수 있다. 구체적으로 20 내지 70 ㎛ 일 수 있으며, 보다 구체적으로 30 내지 60 ㎛ 일 수 있지만, 크게 제한되는 것은 아니다. 상기 범위를 만족하는 광확산 비드를 이용하여 제조된 광확산 시트의 경우, 광확산도 및 매트성을 향상시키고 헤이즈를 감소시킬 수 있어 매우 좋을 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 범위를 만족하는 광확산 비드는 매트성 향상 효과가 현저할 수 있고, 입자 간 엉김 현상을 방지하여 투과도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 압출 공정시 입자 돌출로 인한 표면 불균형 문제가 해결될 수 있으며, 광학적 물성 저하 및 충격 강도 등의 기계적 물성이 향상될 수 있어 더욱 좋다.
상기 광확산 비드의 입도분포는 1 내지 3일 수 있으며, 구체적으로는 1 내지 2일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 광확산 비드는 입도분포가 매우 균일할 수 있고, 상기 광확산 비드를 이용하여 광확산 시트를 제조하는 경우, 무광 효과 및 일정한 외관 특성을 가지며, 광확산도 및 매트성을 향상시킬 수 있어 매우 좋다.
상기 광확산 비드의 입도분포(SPAN)는 광회절 입도분석장치 (Malvern사 Mastersizer2000)를 이용하여 측정된 것으로, 하기 식 1로 표시되는 입도분포(SPAN) 값을 도출하였다.
[식 1] 입도분포(SPAN) = (Dv90 - Dv10) / Dv50
식 1에서, Dv50은 중합을 통해 생성된 폴리머 중 입도가 중간값(medium)인 것을 나타내고, Dv90은 중합을 통해 생성된 폴리머 중 상위 10%에 해당하는 입도(소입도에서 대입도로의 90%)를 나타내고, Dv10은 중합을 통해 생성된 폴리머 중 상위 10%에 해당하는 입도 (소입도에서 대입도로의 10%)를 나타낸다.
상기 광확산 비드는 메틸메타크릴레이트 단량체를 단독으로 사용하며, 광확산성이 우수하고 헤이즈의 제어가 용이하고 중합안정성 및 열안정성이 우수한 가교 고분자 입자를 제조할 수 있다.
상기 광확산 비드의 중합법은 기존의 자유라디칼 중합법을 이용하여 괴상중합, 용액중합, 현탁중합, 유화중합으로 제조될 수 있으나 이물질에 의한 오염을 최소화함과 원하는 비드 입도를 확보함에 있어서 현탁중합이 바람직하다.
상기 광확산 비드는 가교제를 사용하여 구형구조를 갖는 광확산 비드를 제조할 수 있다. 상기 광확산 비드의 입자직경비(장경/단경)는 1.0 내지 1.2 범위일 수 있으며, 좋게는 1.0 내지 1.1 범위인 매우 구상의 형태를 가질 수 있다.
상기 가교제는 내용제성 및 내구성을 향상시키기 위하여 포함될 수 있으며 당해 기술분야에 자명하게 공지된 다관능성 단량체, 다관능성 올리고머 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 다관능성 단량체는 디비닐벤젠, 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 페타에리스리톨 트리아크릴레이트, 트리메틸렌 프로필 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 글리세롤 트리아크릴레이트, 트리메틸로프로판 에톡시 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 글리세로 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 하이드록시 펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아트릴레이트로 등으로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상이 선택될 수 있으고, 일 예로 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 가교제의 함량은 상술한 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부 포함될 수 있다. 보다 바람직하게 2 내지 8 중량부 포함될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 상기 가교제의 함량이 높을수록, 상기 광확산 비드를 이용하여 제조한 광확산 시트의 유리전이온도가 높아져 열적안정성이 향상 될 수 있다.
상기 광확산 비드의 중합법에 사용되는 중합 개시제로는 자유라디칼 중합법으로 상용의 과산화물 개시제와 아조계열의 개시제 등를 사용할 수 있으며, 일 예로 벤조일퍼옥사이드를 사용할 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 광확산 비드는 고분자의 분자량을 제어하기 위하여 사슬이동제(chain transfer agent)를 더 포함할 수 있다. 상기 사슬이동제는 당해 기술분야에 자명하게 공지된 화합물이면 제한되지 않으며, 바람직하게 하나의 티올 관능기를 가지는 (C1-C12)알킬 메르캡탄(alkyl mercaptan) 또는 2개 이상의 티올 관능기를 가지는 폴리티올 메르캡탄을 사용할 수 있고, 일 예로, n-옥틸 메르캡탄을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 비드는 목적 및 용도에 따라, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 산화방지제, UV 안정제, 열안정제, 윤활제 등을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 첨가제들은 광확산 비드의 물성을 해하지 않는 범위 내에서 적절한 함량으로 포함될 수 있으며, 예를 들면 상기 메틸메타크릴레이트 단량체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 5 중량부 포함할 수 있다.
상기 광확산 비드의 유리전이온도(Tg)는 120℃ 이상 이며, 2% 중량 감소가 발생되는 온도(2% Td)는 285℃ 이상일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 광확산 시트의 경우, 열적특성이 우수하여 장시간 사용하는 액정디스플레이용 백라이트, 조명장치, 간판, 또는 유리진열장 등에 적용할 수 있어 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광확산 비드의 제조방법을 제공할 수 있다. 상기 광확산 시트의 제조방법은
(a) 단량체, 가교제, 분산안정제를 물에 투입한 반응 혼합물을 상온에서 교반하는 단계;
(b) 반응온도를 승온하여, 중합반응을 수행하는 단계;
를 포함하며,
상기 단량체는 메틸 (메타)아크릴레이트계 단량체를 단독으로 사용하며,
상기 분산안정제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체를 포함하는 분산안정제용 혼합물을 중합하여 제조되는 것이며,
상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛이며, 입도분포도는 1 내지 3인 광확산 비드의 제조방법일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112020142082441-pat00007
상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이고, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염 등에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112020142082441-pat00008
상기 화학식 2에서 R2은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염 등에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
화학식 1 내지 2의 구체적인 화합물의 예는 앞서 상술한 바와 동일하다.
상기 (a) 단계는 단량체, 가교제, 분산안정제를 물에 투입한 반응 혼합물을 상온에서 교반하는 단계로서, 충분한 시간 및 교반속도로 용해 및 분산시키며, 이에 시간 및 교반속도는 크게 제한되지 않는다. 이때, 분산 보조제 및 사슬이동제와 개시제를 더 포함하여 분산시킬 수 있다.
상기 (a) 단계는 혼합물을 충분히 분산하기 위해 수행되며, 물에 분산된 반응 혼합물의 액적이 작고 균일하게 퍼질 수 있도록 충분히 교반할 수 있다.
일 예로, 5L 반응기 기준으로 500 rpm 이상으로 교반을 수행할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 상기 광확산 비드의 입자크기가 10 내지 100 ㎛의 범위를 만족하여 수득될 정도로의 교반을 수행할 수 있다.
상기 (b) 단계는 반응온도를 승온하여 중합반응을 수행하는 단계를 통해서 광확산 비드의 중합반응을 수행한다.
상기 (b) 단계의 중합 반응 온도는 60℃ 내지 90℃로 승온할 수 있고, 시간은 1시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (b) 단계 이후, 추가중합 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 추가중합단계는 100℃ 내지 130℃로 승온하여 30분 내지 60분간 추가 중합을 수행한 후, 30℃ 내지 50℃로 냉각할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 추가중합 단계은 중합 용액에 잔류한 모노머, 개시제 등에 대한 반응성 제거를 위해 수행될 수 있으며, 이후 얻어진 중합체는 증류수로 세척과 탈수를 반복한 후, 건조하여 최종 광확산 비드를 수득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상술한 광확산 비드를 사용하여 제조되는 광확산 시트를 제공할 수 있다. 상기 광확산 시트는 상술한 광확산 비드를 압출하여 얻어진 광확산 시트일 수 있다. 구체적으로는 상기 광확산 시트는 목적 및 용도에 따라, 당해 기술분야에서 사용되는 광확산 비드 혹은 마스터배치 칩(Master Batch Chip)을 더 포함하여 제조될 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 광확산 시트는 혼합하는 광확산 비드의 종류와 함량을 조절하여, 광원의 세기 및 구조에 따라 원하는 광확산 성능, 광투과율 및 헤이즈를 갖도록 조절하여 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 ASTM D1003에 의거하여 측정된 광투과율이 80 % 이상이며, 좋게는 85 % 이상일 수 있다. 상기 광확산 시트의 황색도(YI)는 0.01 내지 1 범위이고, 바람직하게는 0.01 내지 0.1 범위일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 광확산 시트는 현저하게 낮은 황색도로 인해 조명 커버 및 가전제품 외장재로 적용할 수 있으며, 유기 염료 또는 무기 염료를 통해 염색이 가능한 외관을 가질 수 있어 좋다. 또한, 상기 광확산 시트는 광확산 조명장치 및 액정디스플레이용 백라이트 등에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 ISO 14782에 의거하여 측정된 헤이즈가 60 이하일 수 있고, 바람직하게는 55 이하일 수 있으며, 이를 만족하는 광확산 시트는 투과율이 높아 확산제 역할을 할 수 있다.
상기 광확산 시트는 ISO 13468-1에 의거하여 측정된 황변 발생 시간이 6시간 이상일 수 있으며, 좋게는 7시간 이상, 더 좋게는 8시간 이상인 광확산 시트일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 광확산 시트는 백라이트의 장시간 사용에도 색상의 왜곡이 생기지 않고, 우수한 광확산판 역할을 수행할 수 있어 좋다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상술한 광확산 비드 및 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 포함하여 제조된 광확산 시트를 제공할 수 있다. 상기 광확산 시트는 폴리메타아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부, 구체적으로는 10 내지 30 중량부의 상기 광확산 비드를 포함할 수 있다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트 수지의 중량평균분자량은 20,000 내지 300,000 g/mol일 수 있으나, 구체적으로 50,000 내지 200,000 g/mol일 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광확산 시트는 본 발명의 일 양태에서 제조된 특정의 분산안정제와 메틸메타크릴레이트 단량체를 사용하여 제조되는 광확산 비드와 이와 동일한 계열의 메틸메타아크릴레이트 수지를 혼합하여 제조한 경우, 현저히 향상된 광투과도 및 낮은 헤이즈를 얻을 수 있고, 이는 장시간 사용하는 액정디스플레이용 백라이트, 조명장치, 간판, 또는 유리진열장 조명장치 등에 적용하기 적합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상술한 광확산 비드를 사용하여 제조되는 마스터배치 칩(Master Batch Chip)를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 광확산 비드 및 이를 이용하여 제조된 광확산 시트의 바람직한 실시형태 및 물성측정방법에 관하여 상세히 설명한다.
물성측정방법
1) 평균입경(Mode) 및 입도 분포도(SPAN) 측정
멜버른사의 마스터사이저 2000S 기기를 이용하여 실시예 및 비교예에서 제조된 광확산 비드의 평균입경(mode) 및 입도분포도(SPAN)를 측정하였다.
2) 광선 투과율(Light Transmission, LT) 및 황색도(Yellow Index, YI)
실시예 및 비교예에서 제조된 광확산 시트를 ASTM D1003에 의거하여 광투과율 및 황색도를 측정하였다.
3) 헤이즈(haze)
ISO 14782에 의해 헤이즈 투과율계(HR-100, Murakami Color Research Laboratory)를 이용하여 측정하였다.
4) 시편의 매트성
-매트성 감성평가
육안으로 관찰시 시편의 입자 분포가 고르고 만졌을 때 거칠게 느껴지면 매트성 " 양호" , 입자 분포가 불균일해 보이고 매끈하면 " 불량" , 중간 정도이면 " 중간" 으로 평가하였다.
-표면 거칠기(roughness) 평가
표면 거칠기는 측정에 사용된 Optical profiler system 은 Nano View NV-2700 (제조사 : ㈜나노시스템 코리아) 로 측정이 되었으며, 분석조건은 Objective 렌즈 20배 x 접안렌즈 1배 (F.O.V : 318um x 238um) 로 scan range 는 +- 20um 에서 측정하였다.
5) 열적특성
- 유리전이온도: DSC(Differential scanning calorimeter, TA DSC 2010)기기를 이용하여 분당 5 ℃의 속도로 25~250℃의 구간에서 측정하였다.
- 2% 중량 감소가 발생되는 온도(2% Td) : 열중량분석(Thermal
Gravimetric Analysis)를 이용하여 분당 10℃로 25℃에서 500℃로 승온하여 온도에 따른 중량 감소분을 측정하였다.
6) 내황변성
150℃, 200℃, 230℃ 조건의 컨벡션 오븐(Convection oven)에 건조된 확산 시트 10 g을 알루미늄 디쉬에 계량하여 투입하고 30분 간격으로 총 10시간 동안 샘플링하여 황변 정도를 측정한다. 황변 정도는 Hunter LAB 사의 Color quest XE를 이용하여 ISO 13468-1에 의거하여 시료의 황색도, L*, a*, b* 값을 측정할 수 있다. 기존 시료 대비 황변 발생 시간으로 내황변성을 표기한다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[제조예 1]
<분산안정제의 제조>
콘덴서를 가진 3구 플라스크에 메타크릴산 메틸 24.2g, 수산화칼륨(KOH, 순도 85%) 15.9g을 물 2,000g과 함께 넣고 질소 분위기, 상온에서 1시간 반응시켰다. 여기에 2-술포에틸 메타크릴레이트 칼륨염 180g과 물 700g을 추가로 넣고, 메타크릴산 메틸 45g, 2,2'-아조비스(2-아미디노프로판)디히드로클로라이드 (2,2' -Azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride) 0.3g을 넣고 50℃에서 중합을 시작하였다. 반응온도가 60℃에 이르면 15분 이후부터 매 6분 간격으로 메타크릴산 메틸 단량체를 4.5g씩 6회에 걸쳐 분할 투입했다. 동 온도로 총 6시간 동안 반응시킨 후 냉각시켜 5 wt% 중합체 수용액을 얻을 수 있었다.
[실시예 1]
<광확산 비드의 제조>
5리터 반응기에 증류수 3000g을 투입하고, 상기 제조예 1의 5% 수용액의 분산안정제 40g, 분산보조제로 소듐설페이트 15g을 투입하여 용해하였다. 하기 메틸메타크릴레이트 1000 g과 가교제인 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트 20g, 사슬이동제인 n-옥틸머켑탄 4.0g, 개시제로 벤조일퍼옥사이드 2.0g 투입하고 단량체 혼합물을 500rpm으로 교반하면서 수상에 분산시켰다. 상기 혼합물은 80℃에서 1시간 20 분동안 중합하였으며, 105℃로 승온하여 30분간 추가 중합을 실시한 후, 30℃로 냉각하였다. 상기 중합 반응으로 얻어진 가교 고분자 입자는 증류수로 세척과 탈수를 반복한 후 건조하였다.
[실시예 2]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 광확산 비드 제조시 중합온도를 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[실시예 3 내지 4]
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 광확산 비드 제조시 중합온도 및 반응물의조성을 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 1 내지 4]
하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 광확산 비드 제조시 단량체의 조성 및 분산안정제의 종류를 변화시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였으며, 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
<광확산 시트 제조>
폴리메틸메타크릴레이트 제품 (LG MMA사, IH830L) 80 중량%와 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 광확산 비드 20 중량%를 텀블러를 이용하여 믹싱 후 압출기를 통하여 광확산 수지 조성물 펠렛을 얻고, 상기 펠렛을 건조 후 사출기로 가로, 세로 및 두께가 70mm x 75mm x 2.5mm의 시트 형태의 시편을 제조하였다. 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
단위(g) 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
단량체 MMA 1000 1000 1000 1000 1000 500 500 700
ST - - - - - 500 500 300
가교제 20 20 40 80 20 20 20 20
분산안정제 종류 제조예1 제조예1 제조예1 제조예1 5 wt% PVA 5 wt% PVA 제조예1 메타크릴산과 메타크릴에스테르계 공중합체
함량 40 40 40 40 40 40 40 40
분산보조제 15 15 15 15 15 15 15 15
중합온도 80 75 75 70 80 80 80 80
개시제 2 2 2 2 2 2 2 2
사슬이동제 4 4 4 4 4 4 4 4
상기 표 1에서, MMA는 메틸메타아크릴레이트(methyl methacrylate) 단량체를, ST는 스타이렌(Styrene) 단랑체를, PVA는 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol)을 의미한다.
　 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
광확산 비드 평균입경(㎛) 59.5 53.7 45.8 58.9 340 200 65.1 150
입도분포도 1.84 1.8 1.37 1.28 10 9 3.5 9
입자직경비 1.08 1.07 1.05 1.02 1.32 1.30 1.25 1.21
Tg(℃) 124 125 125 131 105 95 112 106
2% Td(℃) 290 292 287 290 195 250 250 250
광확산 시트 광투과도(%) 90 90.5 90.7 90.2 88 75 77 71
헤이즈(%) 36 38 55 44 80 85 90 70
황색도(%) 0.01 0.04 0.05 0.1 1.1 1.4 1.4 1.3
내황변성(hr) 8 8 10 8 3 2 2 3
매트성 중간 양호 양호 중간 불량 불량 불량 불량
상기 표 2에서 보이는 바와 같이, 실시예 1 내지 4는 본 발명에 따른 분산안정제를 사용함으로써, 크기가 작은 가교 고분자 입자의 제조가 용이하고 균일하게 형성되어 입도 분포도가 균일하며, 평균입경이 30 내지 60 ㎛인 특징이 있는 것을 알 수 있었다.
그러나, 일반적으로 널리 사용하는 분산제를 사용한 비교예 1과 2의 경우, 상대적으로 입자의 크기가 크고 입도 분포도도 넓은 것을 알 수 있으며, 이는 가공시 일반 폴리메틸메타크릴레이트 수지와의 압출시 분산에 문제가 생길수도 있으며 최종 광확산 조명 기기의 미려함과 균일함이 저하될 우려가 있다. 이를 광확산 시트로 적용하였을 때, 황색도가 높고 손으로 만졌을 때의 매트성도 확연히 떨어짐을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1과 비교예 3을 비교하면 실시예 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 분산안정제인 제조예 1과 단량체로 MMA를 단독으로 사용할 경우, 광투과도, 내황변성이 우수하며 낮은 헤이즈와 황색도를 갖는 다는 것을 확인할 수 있었다. 비교예 3에서는 동일하게 제조예 1을 사용하였지만 ST 단량체를 혼합한 경우는 헤이즈의 상승과 내황변성이 저하됨을 확인하였다.
실시예 1 내지 4의 광확산 시트는 MMA 단량체 및 본 발명의 분산안정제를 사용한 광확산 비드를 이용하였고, 본 발명의 광확산 비드와 동일한 계열의 폴리메틸메타아크릴레이트 수지와 혼합하였기 때문에, 현저히 향상된 광투과도 및 낮은 헤이즈를 지녀 액정디스플레이용 백라이트, 조명장치, 간판, 또는 유리진열장 조명장치 등에 적용하기 적합하다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 단량체, 가교제 및 분산안정제를 포함하여 중합된 광확산 비드로서,
    상기 단량체는 메틸메타아크릴레이트 단량체를 단독으로 사용하며,
    상기 분산안정제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체를 포함하는 분산안정제용 혼합물을 중합하여 제조되는 것이며,
    상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛이며, 입도분포도는 1 내지 3이고, 상기 광확산 비드의 유리전이온도(Tg)는 120 ℃이상이며, 2% 중량 감소가 발생되는 온도(2% Td)는 285 ℃이상인 광확산 비드.
    [화학식 1]
    Figure 112022111460810-pat00009

    (상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이고, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.)
    [화학식 2]
    Figure 112022111460810-pat00010

    (상기 화학식 2에서 R2은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광확산 비드의 입자직경비(장경/단경)는 1.0 내지 1.2 범위인 광확산 비드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광확산 비드는 메틸 (메타)아크릴레이트계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.001 내지 10 중량부의 분산안정제를 포함하는 광확산 비드.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광확산 비드는 메틸 (메타)아크릴레이트계 단량체 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부의 가교제를 포함하는 광확산 비드.
  5. 삭제
  6. (a) 단량체, 가교제, 분산안정제를 물에 투입한 반응 혼합물을 상온에서 교반하는 단계;
    (b) 반응온도를 승온하여, 중합반응을 수행하는 단계;
    를 포함하는 광확산 비드의 제조방법으로서,
    상기 단량체는 메틸메타아크릴레이트 단량체를 단독으로 사용하며,
    상기 분산안정제는 하기 화학식 1, 화학식 2 및 알킬 (메타)아크릴레이트계 단량체를 포함하는 분산안정제용 혼합물을 중합하여 제조되는 것이며,
    상기 광확산 비드의 평균입경은 10 내지 100 ㎛이며, 입도분포도는 1 내지 3이고, 상기 광확산 비드의 유리전이온도(Tg)는 120 ℃이상이며, 2% 중량 감소가 발생되는 온도(2% Td)는 285 ℃이상인 광확산 비드의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure 112022111460810-pat00011

    (상기 화학식 1에서 R1은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, n은 1 내지 3에서 선택되는 정수이고, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.)
    [화학식 2]
    Figure 112022111460810-pat00012

    (상기 화학식 2에서 R2은 수소 또는 C1 내지 C3의 알킬이며, M은 리튬, 나트륨, 칼륨 및 암모늄염에서 선택되는 어느 하나이다.)
  7. 제 1항 내지 제 4항에서 선택되는 어느 한 항의 광확산 비드를 포함하여 제조된 광확산 시트.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광확산 시트는 ASTM D1003에 의거하여 측정된 광투과율이 80 % 이상이며, 황색도(YI)가 0.01 내지 1인 광확산 시트.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 광확산 시트는 ISO 14782에 의거하여 측정된 헤이즈가 60 이하인 광확산 시트.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 광확산 시트는 ISO 13468-1에 의거하여 측정된 황변 발생 시간이 6시간 이상인 광확산 시트.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 광확산 시트는 폴리메틸메타아크릴레이트 수지를 더 포함하여 제조된 광확산 시트.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 광확산 시트는 폴리메타아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 50 중량부의 광확산 비드를 포함하는 광확산 시트.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 중량평균분자량은 20,000 내지 300,000 g/mol인 광확산 시트.
  14. 제 1항 내지 제 4항에서 선택되는 어느 한 항의 광확산 비드를 포함하여 제조된 마스터배치 칩(Mater Batch Chip).
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