KR20180031475A - 표면 처리된 실리콘 미립자를 이용한 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

압출 및 사출 공정에 적용 가능하며, 뛰어난 충격성 및 내열성과 함께 광학 특성(전광선 투과율, 고확산도)이 우수한 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물이 개시된다. 본 발명은 폴리카보네이트 수지 100중량부에 대하여, 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부 및 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부를 포함하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

Description

표면 처리된 실리콘 미립자를 이용한 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물{THERMOPLASTIC POLYCARBONATE RESIN FOR THE LIGHT DIFFUSION BY THE SURFACE TREATMENT OF THE SILICON BEADS}

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물에 관한 것이다.

광을 투과시키는 투명 열가소성 수지에는 대표적으로 스타이렌계 수지, 폴리카보네이트 수지, 싸이클릭 올레핀계 수지 등이 있으며, 이들은 사출성형 또는 압출성형 등의 가공방법을 통해 LED 조명커버, 용기, 디스플레이용 시트 등 다양한 분야에 적용이 되고 있다. 특히 조명용 커버와 같이 광학적 용도로 사용되기 위해서는 전광선 투과율, 확산도 성분들이 높아야 한다. 투과율이 낮을 경우 실내가 어둡고, 고휘도의 조명을 사용해야 하며, 확산도가 낮을 경우 조명에 의한 눈부심 및 스팟 현상으로 인해 미관상 보기가 좋지 않다.

종래부터 광학 특성(전광선 투과율, 확산도)을 높이기 위해서, 가공성 및 성형 외관 등을 다양하게 조절할 수 있는 장점을 지닌 아크릴 수지, 실리콘 수지와 같은 고분자 미립자를 사용해 왔다. 하지만, 조명에 의한 눈부심 및 스팟 현상을 제거하기 위해서 광확산제를 과량 첨가할 경우 광확산 특성은 증가하나, 전광선 투과율이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 내열성이 낮은 아크릴 수지 확산제를 과량 첨가할 경우 제품의 휨 현상이 발생하는 문제가 있다.

한국등록특허 제0859498호는 열가소성 수지 및 열처리된 실리콘 미립자를 포함하는 광확산판을 개시하고 있으나, 열처리에 따른 효과로 휘도의 향상만 언급하고 있을 뿐 확산판에 중요한 광확산에 대해서는 언급하지 않고 있다.

한국등록특허 제1072280호는 폴리메틸메타크릴레이트계 수지 90.0 내지 99.95중량%와 폴리메틸메타크릴레이트계 수지와의 굴절률 차이가 0.01 내지 0.09인 평균 입자 1㎛ 내지 50㎛의 유기 입자 0.05 내지 10중량%를 첨가함으로써, 높은 전광선 투과율 및 광확산도를 발휘하는 수지 조성물을 개시하고 있으나, 폴리메틸메타크릴레이트는 폴리카보네이트에 비해 열적 특성이 좋지 않아 고온에서 지속적인 열을 받을 경우 뒤틀림 현상이 발생될 수 있어, 발열량이 높은 조명커버로 사용되기에는 한계가 있다.

한편, 한국공개특허 제2008-0106456호와 같이 휘도 향상을 위하여 빛에 방향성을 주는 방안으로서 다양한 렌즈 시트들이 개발되고 또한, 여러 장의 시트들이 일체화한 복합시트들이 개발되었으나, 이러한 시트들은 비용이나 생산성 면에서 유리할 수 있으나, 광투과성 측면은 기대에 못 미치는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 압출 및 사출 공정에 적용 가능하며, 뛰어난 충격성 및 내열성과 함께 광학 특성(전광선 투과율, 고확산도)이 우수한 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 폴리카보네이트 수지 100중량부에 대하여, 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부 및 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부를 포함하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

또한 상기 폴리카보네이트 수지는 중량평균분자량이 15,000~35,000인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

또한 상기 실리콘계 광확산제는 평균 입경이 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

또한 상기 실리콘계 광확산제는 폴리디메틸 실록산 수지, 폴리디에틸 실록산 수지, 폴리디프로필 실록산 수지, 폴리디옥틸 실록산 수지의 말단기에 에폭시기가 치환되어 있는 실록산을 갖는 화합물 및 폴리오르가노실세스퀴옥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

또한 상기 폴리실라잔 화합물은 코팅되는 실리콘계 광확산제 100중량부에 대하여 10~30중량부 포함된 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

또한 상기 폴리실라잔 화합물은 무기 퍼하이드로폴리실라잔(Inorganic Perhydropolysilazane) 또는 유기 폴리실라잔(Organic Polysilazane)인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공한다.

이러한 본 발명에 따른 폴리카보네이트 수지 조성물은 광확산용 수지 제조 시 실리콘계 광확산제 이외에도 폴리실라잔 화합물로 코팅된 광확산제를 사용함으로써, 전광선 투과율 및 광확산도 등 광학 특성이 모두 우수하게 발휘되는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공할 수 있다.

또한 표면의 거칠기가 증가한 코팅된 광확산제를 첨가해 줌으로써, 전광투 과율 특성을 떨어뜨리지 않고 고확산성을 발휘하는 효과를 구현할 수 있는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제공할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

본 발명자들은 광학산용 폴리카보네이트 수지에 있어 종래, 실리콘계 광확산제 첨가만으로는 전광선 투과율 및 광확산도 관련 광학 특성을 모두 만족시키기 어려운 문제에 직시하고 예의 연구를 거듭한 결과, 광확산용 수지 제조 시 실리콘계 광확산제 이외에도 폴리실라잔 화합물로 코팅된 광확산제를 사용함으로써, 다량의 실리콘계 광확산제를 사용하지 않더라도 전광선 투과율 및 광확산도 등 광학 특성이 모두 우수하게 발휘되는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

따라서 본 발명은 폴리카보네이트 수지 100중량부에 대하여, 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부 및 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부를 포함하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물을 개시한다. 이하, 본 발명의에 따른 광학산용 폴리카보네이트 수지 조성물의 각 구성 성분을 보다 상세히 설명한다.

(A) 폴리카보네이트 수지

본 발명에 따른 광확산용 수지 조성물을 구성하는 주요 성분 중 하나는 투명 수지로서 폴리카보네이트 수지이다.

상기 폴리카보네이트 수지는 당 업계에 알려진 통상적인 폴리카보네이트 수지를 제한없이 사용할 수 있으며, 일례로 선형 폴리카보네이트 수지, 분지형(branched) 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 카보네이트 수지일 수 있다.

또한 상기 폴리카보네이트 수지는 중량평균분자량(Mw)이 15,000~35,000 범위인 것이 바람직하나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용되는 폴리카보네이트 수지는 당 업계에 통상적으로 알려진 방법에 따라 제조된 것일 수 있으며, 이때 그 조건은 특별히 한정되지 않는다. 상기 폴리카보네이트 수지는 방향족 비닐계 공중합체 및 에스테르 공중합체를 포함한다. 일례로 각종 디하이드록시디아릴 화합물과 포스겐을 반응시키는 포스겐법, 또는 디하이드록시디아릴화합물과 디페닐카보네이트 등의 탄산에스테르를 반응시키는 에스테르 교환법에 의해서 수득되는 중합체일 수 있다. 또는 2종류 이상의 디페놀류로부터 제조된 공중합체의 혼합물일 수도 있다. 또한, 상기의 디하이드록시아릴 화합물과 통상적인 3가 이상의 페놀 화합물을 혼합하여 사용할 수도 있다.

(B) 실리콘계 광확산제

본 발명에 사용되는 실리콘계 광확산제는 폴리카보네이트 수지의 확산성 및 투과율 향상을 위해 사용되는 것으로, 상기 폴리카보네이트 수지 100중량부에 대하여 0.01~5중량부로 사용되고, 바람직하게는 0.1~1중량부로 사용될 수 있다.

상기 실리콘계 광확산제 함량이 0.01중량부 미만일 경우 확산성이 저하될 수 있고, 5중량부를 초과할 경우 투과율이 저하될 수 있다. 또한, 실리콘계 광확산제의 평균 입경은 1~10㎛ 범위인 것이 폴리카보네이트 수지의 확산성 및 투과율 향상 측면에서 바람직하다.

상기 실리콘계 광확산제 화합물로는 예컨대, 폴리디메틸 실록산 수지, 폴리디에틸 실록산 수지, 폴리디프로필 실록산 수지, 폴리디옥틸 실록산 수지의 말단기에 에폭시기가 치환되어 있는 실록산을 갖는 화합물 또는 폴리오르가노실세스퀴옥산을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합 사용될 수 있다. 여기서, 상기 폴리오르가노실세스퀴옥산으로는 예컨대, 폴리메틸실세스퀴옥산, 폴리에틸실세스퀴옥산, 폴리프로필실세스퀴옥산, 폴리부틸실세스퀴옥산 등을 들 수 있다.

(C) 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제

본 발명에서는 폴리카보네이트 수지에 광확산제 첨가 시 전광선 투과율 저하를 방지하고, 우수한 광확산성 유지를 위해 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제가 사용된다. 상기 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제는 폴리카보네이트 수지에 단독 사용될 수도 있으나, 상기 실리콘계 광확산제와 혼용 사용됨으로써 전광선 투과율 및 광확산도가 극적으로 향상된 폴리카보네이트 수지 조성물을 구현할 수 있게 된다.

상기 성분에서 피코팅체로 사용되는 실리콘계 광확산제는 상기 (B) 실리콘계 광확산제와 동일한 것이 사용될 수 있으며, 그 종류 및 바람직한 평균 입경은 상술한 바와 같다.

실리콘계 광확산제에 폴리실라잔 화합물을 코팅하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 실리콘계 광확산제를 폴리실라잔 용액으로 코팅 후 150℃의 온도에서 1시간 또는 상온에서 5시간 이상 방치하면 실리콘계 광확산제 위에 불균일한 막이 생성되어, 거칠기가 증가하게 된다.

이때, 상기 폴리실라잔 화합물은 코팅되는 실리콘계 광확산제 100중량부에 대하여 10~30중량부 포함되는 것이 바람직하고, 16~24중량부 포함되는 것이 더욱 바람직하고, 18~22중량부 포함되는 것이 가장 바람직하다. 상기 코팅되는 폴리실라잔 화합물 함량이 10중량부 미만일 경우 코팅양이 적어 원하는 정도의 광확산도를 구현하기 어려울 수 있고, 30중량부를 초과할 경우 광확산제 간 응집 현상이 발생되어 분산력 저하로 인해 광학 특성이 낮아질 수 있다.

이러한 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제는 상기 폴리카보네이트 수지 100중량부에 대하여 0.01~5중량부로 사용되고, 바람직하게는 0.1~1중량부로 사용될 수 있다. 상기 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 함량이 0.01중량부 미만일 경우 코팅되지 않은 실리콘계 광확산제로 인한 투과율 저하를 개선시키기 어려울 수 있고, 5중량부를 초과하여 과도하게 첨가할 경우 오히려 광확산성이 저하될 수 있다. 이때 상기 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제는 코팅되지 않은 실리콘계 광확산제 함량 대비 상대적으로 적은 함량으로, 구체적으로 코팅되지 않은 실리콘계 광확산제 함량이 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 중량 대비 1~3배가 되도록 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따른 폴리카보네이트계 수지 조성물은 그 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 각각의 용도에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제로는 형광증백제, 산화방지제, 이형제, 광안정제, 상용화제, 열안정제, 충격보강제, 착색제, 활제, 정전기방지제 등이 일반적으로 사용되는 범위에서 단독 또는 2종 이상 혼합되어 추가로 첨가될 수 있으며, 상기 폴리카보네이트계 열가소성 수지 100중량부에 대하여 0.1~3중량부로 첨가될 수 있다.

이상의 본 발명에 따른 광학산용 폴리카보네이트 수지 조성물은 우수한 충격성, 내열성, 압출 및 사출작업에 적용 가능한 성형성을 보유하고 있다. 또한, 높은 전광선 투과율 및 광확산도 특성을 보유하고 있어 조명용(형광등 및 LED 조명커버 등), 전기/전자제품용(디스플레이용 광확산 시트, 하우징 등), 자동차용(내·외장재, Ambient lighting guide) 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용된 폴리카보네이트 수지를 비롯한 성분의 사양은 다음과 같다.

1) 폴리카보네이트 수지

용융지수가 10g/10 min(300℃/1.2kg)이고, 중량평균분자량이 20,000~25,000인 비스페놀에이형의 폴리카보네이트(PC-1100S, 롯데케미칼)를 사용하였다.

2) 실리콘계 광확산제

폴리메틸실세스퀴옥산이 주성분으로 포함된 실리콘계 광확산제로, 입자 사이즈가 2㎛인 실리콘계 광확산제(SL-200M, 롯데첨단소재)를 사용하였다.

3) 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제

코팅용 폴리실라잔(DNF사)으로 SL-200M을 코팅한 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제를 사용하였다.

폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제의 코팅 비율에 따른 광학 특성 평가

하기 표 1에 나타낸 코팅 함량 비율로 블렌드하여 코팅된 실리콘계 광확산제를 제조하고, 폴리카보네이트 수지 100중량부에 제조된 코팅 실리콘계 광확산제를 0.5중량부 함량으로 첨가하여 시편을 제조하였고, 하기 방법에 따라 광학 특성을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 시편 제조 과정은 다음과 같다. 300℃로 가열된 이축압출기를 이용하여 열가소성 수지 조성물을 칩 상태로 만든 후 열풍건조기를 이용하여 120℃에서 4시간 건조한 후 시편 제작용 몰드를 사용하여 시편을 사출 성형하였다. 한편, 열가소성 수지 조성물의 용융 혼련 시 상기 수지 조성물의 열분해를 방지하기 위해 체류 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.

[광학 특성 측정방법]

- 전광선 투과율(T.T) : ASTM D1003에 준하여 1.0mm 두께 시편에 대해 Haze meter를 이용하여 측정하였다.

- 광확산도(D.F) : 1.0mm 두께 시편에 대해 Goniophotometer(변각광도계)를 이용하여 측정하였다.

표 2를 참조하면, 폴리실라잔 화합물의 코팅 비율이 실리콘계 광확산제 100중량부에 대하여 20중량부 수준(시료 C)에서 전광선 투과율 및 광확산도가 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.

상기와 같이, 광학 특성이 가장 우수한 것으로 확인된 코팅 비율로 제조된 코팅된 실리콘계 광확산제와 코팅되지 않은 실리콘계 광확산제를 이용하여 하기 표 3에 나타낸 조성으로 상기 시편 제조 과정과 동일한 방법으로 시편을 제조하였고, 광학 특성을 측정한 결과를 나타내었다.

표 3을 참조하면, 본 발명에 따라 광확산용 수지 제조 시 실리콘계 광확산제 이외에 폴리실라잔 화합물로 코팅된 광확산제를 최적 함량으로 조합 사용할 경우 전광선 투과율 및 광확산도 등 광학 특성이 모두 우수하게 발휘되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 함량이 코팅되지 않은 실리콘계 광확산제 함량보다 많을 경우(실시예 4 및 5) 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제만으로 처방된 경우(비교예 2)에 비해 오히려 광학 특성이 저하되는 것으로 보아, 코팅되지 않은 실리콘계 광확산제 함량이 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 함량보다 상대적으로 많이 사용되도록 하는 것이 유리한 것을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 폴리카보네이트 수지 100중량부에 대하여, 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부 및 폴리실라잔 화합물로 코팅된 실리콘계 광확산제 0.01~5중량부를 포함하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 폴리카보네이트 수지는 중량평균분자량이 15,000~35,000인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘계 광확산제는 평균 입경이 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 실리콘계 광확산제는 폴리디메틸 실록산 수지, 폴리디에틸 실록산 수지, 폴리디프로필 실록산 수지, 폴리디옥틸 실록산 수지의 말단기에 에폭시기가 치환되어 있는 실록산을 갖는 화합물 및 폴리메틸실세스퀴옥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물.
5. 제1항에 있어서,
   상기 폴리실라잔 화합물은 코팅되는 실리콘계 광확산제 100중량부에 대하여 10~30중량부 포함된 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물.
6. 제1항에 있어서,
   상기 폴리실라잔 화합물은 무기 퍼하이드로폴리실라잔(Inorganic Perhydropolysilazane) 또는 유기 폴리실라잔(Organic Polysilazane)인 것을 특징으로 하는 광확산용 폴리카보네이트 수지 조성물.