KR20130090372A

KR20130090372A - 폴리카보네이트 수지 조성물

Info

Publication number: KR20130090372A
Application number: KR1020130011891A
Authority: KR
Inventors: 반형민; 홍무호; 황영영; 김민정; 박정준; 권용근; 류현중
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-08-13
Also published as: KR101452087B1

Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리카보네이트 수지로서 중량평균분자량(Mw)이 상이한 2종을 적정량 배합함으로써 물성 및 가공 밸런스를 개선시켜 도광판에 적용하기에 적절한 효과가 있다.

Description

폴리카보네이트 수지 조성물 {Polycarbonate resin compositions}

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리카보네이트 수지로서 중량 평균 분자량(Mw)이 상이한 2종을 적정량 배합함으로써 물성 및 가공 밸런스를 개선시킨 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.

폴리카보네이트 수지는 내열성, 내충격성, 기계적 강도, 투명성 등이 매우 우수하여, 콤팩트디스크, 투명 쉬트, 포장재, 자동차 범퍼, 자외선차단 필름 등의 제조에 광범위하게 사용되고 있으며, 그 수요량이 급속히 증가하고 있다.

도광판용 원료로는 주로 폴리메틸메타크릴레이트가 사용되어 왔다. 폴리메틸메타크릴레이트는 가시광선 영역에서의 광투과율이 매우 높으며 복굴절이 작고 내광성이 우수하여 여러 가지 광학 부품의 원료로 사용되고 있다.

그러나, 폴리메틸메타크릴레이트는 내열성이 낮아 LED를 비롯한 전기, 전자 기기 등에서 발생하는 열에 취약하고, 전자 기기의 박막화로 인해 취약한 충격 강도로 인해 적용 하기에 한계점이 있다.

그리하여, 내열성 및 충격 강도가 우수한 폴리카보네이트 수지가 도광판에 사용되고 있는데, 종래 도광판 용도로 광전도성을 갖는 폴리카보네이트 수지로는 일본특허 2008-045141A의 상세한 설명에 개시된 바와 같이, 아크릴계 수지 중 점도평균 분자량(Mv)가 20,000 내지 60,000인 PMMA를 Mv가 15,000 내지 40,000인 PC에 0.1 내지 0.3 phr 범위로 배합하여 우수한 광전도성을 제시한 기술을 찾아볼 수 있다. 이 같은 분자량 범위를 갖는 PMMA를 사용한 예는 미국특허 7,553,893호의 상세한 설명 내에서도 찾아볼 수 있다.

그러나, 상기 선행 기술들에 따르면, 광 전도성은 개선시킨 반면 도광판의 박막화에 따른 기계적 강도와 가공성 밸런스에 대해 고찰을 하지 않았다는 문제점이 있다. 이에 기계적 강도와 가공성 밸런스가 우수하면서도 도광판 용도로 사용하기 적절할 정도의 투과율과 색조 안정성을 갖는 폴리카보네이트 수지 및 수지 조성물에 대한 기술 개발이 여전히 필요한 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 폴리카보네이트 수지로서 중량 평균 분자량(Mw)이 상이한 2종을 적정량 배합하여 사용함으로써 물성 밀 가공 밸런스를 개선시킨 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 두번째 기술적 과제는 상기 조성물을 사용하여 수득된 도광판을 제공하는 것이다.

상기 첫번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은

a) 비스페놀, 및 b) 포스겐 또는 탄산 디에스테르를 포함하여 이루어지는 폴리카보네이트 수지로서,

중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 24,900 g/mol인 제1 폴리카보네이트 수지와 중량평균분자량(Mw)이 25,000 내지 50,000 g/mol인 제2 폴리카보네이트 수지를 포함하는 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

상기 두번째 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 조성물을 사용하여 수득된 도광판을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 중량 평균 분자량(Mw)이 상이한 2종을 배합하여 조성물로서 제공함으로써 물성 및 가공 밸런스를 개선시킬 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

구체적으로 본 발명에서 폴리카보네이트 수지 조성물은 중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 24,900 g/mol인 제1 폴리카보네이트 수지와 중량평균분자량(Mw)이 25,000 내지 50,000 g/mol인 제2 폴리카보네이트 수지를 포함하는데 기술적 특징을 갖는다.

상기 제1 폴리카보네이트 수지는 중량 평균 분자량(Mw)이 10,000 내지 24,900 g/mol, 10,400 내지 24, 300, 13,000 내지 24,300 g/mol 혹은 13,000 내지 17,000 g/mol인 것이 폴리카보네이트 수지 조성물 내에서 우수한 가공성을 제공할 수 있어 바람직하다.

상기 제1 폴리카보네이트 수지는 계면 중합법이나 용융 축합 중합법으로 제조될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

한편 제2 폴리카보네이트 수지는 중량평균분자량(Mw)이 25,000 내지 50,000 g/mol, 25,100 내지 42,000 g/mol, 혹은 25,000 내지 30,000 g/mol인 것이 폴리카보네이트 수지 조성물 내에서 우수한 기계적 강도를 제공할 수 있어 바람직하다.

상기 제2 폴리카보네이트 수지는 계면 중합법이나 용융 축합 중합법으로 제조될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 제1 폴리카보네이트 수지와 제2 폴리카보네이트 수지는 일례로 a) 비스페놀, 및 b) 포스겐 또는 탄산 디에스테르를 포함하여 이루어질 수 있다.

다른 일례로, 상기 제1 폴리카보네이트 수지와 제2 폴리카보네이트 수지는 본 발명의 비스페놀 및 포스겐을 중합하여 제조된 것일 수 있다.

또 다른 일례로, 상기 제1 폴리카보네이트 수지와 제2 폴리카보네이트 수지는 본 발명의 비스페놀 및 탄산 디에스테르를 중합하여 제조된 것일 수 있다.

이들 제1 폴리카보네이트 수지와 제2 폴리카보네이트 수지의 배합비로는 제1 폴리카보네이트 수지 70 내지 99 wt%에 제2 폴리카보네이트 수지 1 내지 30 wt%를 배합하는 것이 기계적 강도와 가공성 밸런스를 감안할 때 바람직하다.

또한, 상기 수지 조성물은 산화방지제, 열 안정제, 가소제, 대전방지제, 핵제, 난연제, 활제, 충격 보강제, 형광 증백제, 자외선 흡수제로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 종래 기술에서 광 전도성을 개선시키기 위하여 사용하는 아크릴계 수지, 특히 PMMA 등을 사용하지 않고도 우수한 광 전도성을 제공할 수 있다.

이와 같이 제조된 폴리카보네이트 수지 조성물은 도광판에 적용되는 경우 기계적 강도 및 가공 밸런스를 개선할 수 있어 바람직하다.

구체적으로, 도광판에 적용시 본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물이 제1 폴리카보네이트 수지와 제2 폴리카보네이트 수지의 배합비로는 제1 폴리카보네이트 수지 70 내지 99 wt%에 제2 폴리카보네이트 수지 1 내지 30 wt%로 구성된 것이 기계적 강도와 가공성 밸런스를 감안할 때 바람직하다.

이는 제1 폴리카보네이트 수지의 함량이 70wt% 미만시 가공성이 불량할 수 있고, 99 wt% 초과시 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 또한 제2 폴리카보네이트 수지의 함량이 1 wt% 미만시 기계적 물성이 저하될 수 있고, 30 wt% 초과시 가공성이 저하될 수 있고, 나아가 충분한 광 전도성을 제공할 수 없다.

본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물에 따르면, 중량 평균 분자량(Mw)이 상이한 2종을 적정량 배합함으로써 물성 및 가공 밸런스를 개선시켜 도광판에 적용하기에 바람직한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제조예 : 중량 평균 분자량별 폴리카보네이트 수지 제조

제조예 1

20L 글라스(Glass) 반응기에 비스페놀 A(BPA) 978.4g, NaOH 32% 수용액 1,620g, 증류수 7,500g을 넣고 질소 분위기에서 BPA가 완전히 녹은 것을 확인한 후, 메틸렌클로라이드 3,650g, p-tert-부틸페놀(PTBP, p-tert-butylphenol) 107.6g을 투입하여 혼합하였다. 여기에 트라이포스겐 49g을 녹인 메틸렌클로라이드 3,650g을 1시간 동안 적하하였다. 이때, NaOH 수용액을 pH 12로 유지하였다. 적하 완료 후 15분간 숙성하였고, 트리에틸아민 10g을 메틸렌클로라이에 녹여 투입하였다. 15분 후, 1N 염산 수용액으로 pH를 3으로 맞춘 후, 증류수로 3회 수세하고 나서, 메틸렌클로라이드 상을 분리한 다음, 메탄올에 침전시켜 분말상의 폴리카보네이트 수지를 얻었다. 수득한 폴리카보네이트 수지는 PC 스텐다드(Standard)를 이용한 GPC로 분자량을 측정하여 중량 평균 분자량이 8,200 g/mol인 것을 확인하였다.

제조예 2-10

상기 제조예 1에서, 하기 표 1에서 제시한 함량에 따라 PTBP 함량을 대체하면서 다양한 중량 평균 분자량(Mw) 값을 갖는 폴리카보네이트 수지를 각각 제조하였다.

구분	제조예1	제조예2	제조예3	제조예4	제조예5	제조예6	제조예7	제조예8	제조예9
Mw (g/mol)	8,200	10,400	13,600	15,100	24,300	25,100	29,700	39,300	42,000
PTBP (g)	107.6	90.2	65.1	53.9	31.5	30.4	25.3	16.7	16.4

실시예 1-6

(폴리카보네이트 수지 조성물 제조)

하기 표 2에 제시한 조성비에 따라 동방향 이축 압출기(스크류 직경 27mm, L/D=48)로 용융혼련하여 펠렛 상태의 혼합 조성물을 제조하였다. 참고로, 실시예 1-6의 모든 조성물에는 산화 방지제(Irgafos 168) 150ppm을 사용하였다. 제조된 펠렛을 건조시킨 뒤 사출 성형기를 이용하여 시편을 제작하였다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
제1 수지	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 4	제조예 5	제조예 3
제2 수지	제조예 6	제조예 6	제조예 7	제조예 6	제조예 7	제조예 8
제1:제2 수지 (중량비)	70:30	85:15	99:1	70:30	99:1	80:20

<측정 항목>

광 투과율(%): 광 전도성의 한 평가로서, 광 투과율은 가로 150mm, 세로 100mm, 두께 3mm의 사출 시편을 제작하여 분광광도계(U-4100, Hitachi社)로 세로 방향으로 광을 조사하여 380nm에서 780nm 범위에서 5nm 단위로 측정하였다. 통상적으로 광 투과율은 90% 이상이면 도광판으로 사용 가능하며, 92% 이상일 경우 매우 양호한 수준으로 판단할 수 있다.

색조 안정성( YI ): ASTM D1925에 의거하여 황변지수 값을 측정 하였다.

충격 강도(J/m): ASTM D256에 의거하여 1/8인치 두께의 Notched 시편을 제작하여 23 ℃ 하에 측정하였다.

흐름성(g/ min ): ASTM D1238에 의거하여 300℃, 1.2kg 조건하에 측정하였다.

구분	광 투과율(%)	색조 안정성	충격강도 (J/m)	흐름성 (g/min)
실시예 1	92.7	0.45	195	201
실시예 2	93.2	0.48	190	215
실시예 3	92.6	0.43	220	163
실시예 4	92.0	0.55	240	123
실시예 5	92.2	0.51	235	138
실시예 6	92.4	0.42	210	176

비교예 1-6

상기 실시예 1-6의 (폴리카보네이트 수지 조성물의 제조)에서 상기 표 2로서 적용한 제1 수지와 제2 수지의 조성 및 함량을 하기 표 4에 제시한 조성 및 함량으로 대체한 것을 제외하고는 동일한 실험을 반복하고 얻어진 도광판에 대하여 광 투과율, 색조 안정성, 충격 강도 및 흐름성을 측정한 결과를 표 5에 정리하였다.

구분	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6
제1 수지	제조예 1	제조예 2	제조예 2	제조예 5	제조예 2	제조예2
제2 수지	제조예 6	제조예 7	-	제조예 6	제조예 9	제조예6
제1:제2 수지 (중량비)	70:30	65:35	100:0	70:30	70:30	68:32

구분	광 투과율(%)	색조 안정성	충격강도 (J/m)	흐름성 (g/min)
비교예 1	압출 불가
비교예 2	84.3	2.6	200	186
비교예 3	93.5	0.6	70	275
비교예 4	91.1	0.8	260	102
비교예 5	82.1	2.8	190	196
비교예 6	86.7	1.8	180	196

상기 표 3과 5의 결과를 대비한 결과, 본 발명에 따른 실시예 1-6 대비 비교예 1-6에서는 압출이 아예 불가한 경우(비교예 1)을 포함하여, 광 투과율이 현저히 불량하거나(비교예 2,5), 색조 안정성이 저하되거나(비교예 2, 6), 충격강도가 불량하거나(비교예 3), 흐름성이 현저하게 떨어지는(비교예 4) 것을 확인하였다.

나아가, 대비를 위하여, 본 발명에서 제시한 종류 이외의 폴리카보네이트 수지로서 TARFLON FN1700A (이데미츠사, Mw 21,400, Mv 18,000) 제품을 100 중량부 사용하고, 여기에 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA)로서 DIANAL BR83(미쯔비시 레이온사, Mv 25,000) 제품을 3 중량부 투입한 추가 실험을 수행하였다.

상기 실시예 1과 동일한 방식으로 측정한 결과, 광 투과율은 93.2%로 실시예 1-6과 유사하였으나, 색조 안정성이 0.9, 충격강도가 600 J/m, 흐름성이 40 g/min으로서 색조 안정성과 흐름성이 현저하게 저하된 것을 규명할 수 있었다.

Claims

중량평균분자량(Mw)이 10,000 내지 24,900 g/mol인 제1 폴리카보네이트 수지와 중량평균분자량(Mw)이 25,000 내지 50,000 g/mol인 제2 폴리카보네이트 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제1 폴리카보네이트 수지와 제2 폴리카보네이트 수지는 a) 비스페놀, 및 b) 포스겐 또는 탄산 디에스테르를 포함하여 이루어지는 폴리카보네이트 수지인 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제1 폴리카보네이트 수지는, 중량평균분자량(Mw)이 10,400 내지 24,300 g/mol 범위 내인 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제2 폴리카보네이트 수지는, 중량평균분자량(Mw)이 25,100 내지 42,000 g/mol 범위 내인 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
제1항에 있어서,
제1 폴리카보네이트 수지 70 내지 99 wt% 및 제2 폴리카보네이트 수지 1 내지 30 wt%의 배합비로 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리카보네이트 수지 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 폴리카보네이트 수지 조성물이 적용된, 도광판.