KR20230083455A

KR20230083455A - 복굴절이 개선된 성형품

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Publication number: KR20230083455A
Application number: KR1020210171460A
Authority: KR
Inventors: 노정균; 안진기; 김대식; 박정은; 김세미; 고원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 롯데케미칼 주식회사
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2023-06-12
Also published as: US20230174775A1

Abstract

본 발명은 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지 및 제1 수지와 굴절률 차이가 0.05 이하이며 투과율이 90% 이상인 제2 수지를 포함함으로써 기존의 폴리카보네이트 수지의 우수한 투과율 및 충격강도를 유지하면서 복굴절이 개선된 열가소성 수지 조성물을 포함하는 차량용 내장재 성형품에 관한 것이다.

Description

복굴절이 개선된 성형품{MOLDED ARTICLE WITH IMPROVED BIREFRINGENCE}

본 발명은 성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지에 특정한 굴절률 및 투과율을 가지는 제2 수지를 적절한 함량으로 배합함으로써 복굴절이 개선된 열가소성 수지 조성물을 포함하는 차량용 내장재 성형품에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 내장 부품 디스플레이 커버로는 유리가 주로 사용된다. 하지만, 디스플레이 커버로 적용되는 유리는 무거우면서 충격강도에 취약하고 곡면 구조의 구현이 어렵다는 단점이 있다.

이에, 디스플레이 커버를 굴절률 및 투과율이 우수하며 사출성형이 가능한 수지로 대체하여 적용하려는 시도가 계속 진행되어왔다.

폴리카보네이트 수지는 내열성, 투명성 및 충격강도가 우수한 장점이 있지만 복굴절이 발생하여 광학적 물성을 저하시키는 문제점이 있다.

이러한 복굴절은 잔류 응력과 관련되어 있으며, 사출성형공정 중 고온의 수지가 고속, 고압으로 금형에 주입되고 시간이 지남에 따라 고온의 수지가 냉각되면서 제품에 열과 압력의 이력이 남아서 형성되게 된다.

한편, 폴리카보네이트 수지의 복굴절 문제를 해결하기 위한 방법으로 폴리카보네이트 수지에 첨가제를 사용하여 단순히 유동을 증진시키거나, 음의 복굴절을 갖는 수지를 혼용하는 경우, 충격강도가 저하되는 문제점이 나타난다. 또한, 혼용 수지와 폴리카보네이트 수지 간의 상용성이 떨어져 헤이즈가 증가하게 되는 문제점이 발생된다.

그리고 폴리카보네이트 공중합체를 사용하는 경우, 폴리카보네이트의 고유 장점인 내열도가 저하되는 문제점이 발생한다.

한편, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지는 복굴절이 낮으나 충격강도가 낮기 때문에 충격강도가 요구되는 자동차 내장 부품 디스플레이 커버에는 적합하지 못하다.

따라서, 상기와 같은 배경 하에, 우수한 투과율 및 충격강도를 유지하면서 복굴절이 개선되어 자동차 내장 부품에 적용할 수 있는 열가소성 수지 조성물에 대한 개발이 지속적으로 진행되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0029874호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 폴리카보네이트 수지의 우수한 투과율 및 충격강도를 유지하면서 복굴절이 개선된 열가소성 수지 조성물을 포함하는 차량용 내장재 성형품을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.

본 발명에 따른 성형품은 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지 및 상기 제1 수지와 굴절률 차이가 0.05 이하이며 투과율이 90% 이상인 제2 수지를 포함한다.

상기 성형품은 상기 제1 수지 70 내지 90중량% 및 상기 제2 수지 10 내지 30중량%를 포함할 수 있다.

상기 제1 수지는 중량평균분자량(Mw)이 20,000 내지 35,000g/mol 일 수 있다.

상기 제1 수지는 굴절률이 1.0 내지 2.0 일 수 있다.

상기 제2 수지는 다이카복실산 성분 및 다이올 성분을 중합한 폴리에스터 수지를 포함하고, 상기 다이카복실산 성분은 테레프탈산(TPA), 다이메틸 테레프탈레이트, 아이소프탈산(IPA), 다이메틸 아이소프탈레이트, 1,4 사이클로헥산 다이카복실산, 헥사하이드로프탈산 무수물, 2,6-나프탈렌 다이카복실산, 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 퓨마르산 무수물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 다이올 성분은 네오펜틸 글리콜(NPG), 1,4-사이클로헥산 다이메탄올(CHDM) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 성형품은 ASTM D648에 의거하여 측정한 열변형온도가 116 내지 118℃일 수 있다.

상기 성형품은 ASTM D1003에 의거하여 측정한 투과율이 90 내지 94% 일 수 있다.

상기 성형품은 잔류응력이 최대인 부분과 잔류응력이 최소인 부분의 광탄성 줄무늬 광로차의 절대값이 400 이하 일 수 있다.

본 발명에 따른 성형품은 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지 및 제1 수지와 굴절률 차이가 0.05 이하이며 투과율이 90% 이상인 제2 수지를 적절한 함량으로 배합한 열가소성 수지 조성물을 포함함으로써 우수한 투과율 및 충격강도를 유지하면서 복굴절을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 수지 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.

본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30% 까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.

본 발명에 따른 성형품은 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지 및 상기 제1 수지와 굴절률 차이가 0.05 이하이며 투과율이 90% 이상인 제2 수지를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 성형품은 상기 제1 수지 70 내지 90중량% 및 상기 제2 수지 10 내지 30중량%를 포함할 수 있다.

이하 설명할 상기 열가소성 수지 조성물의 각 성분의 함량은 상기 열가소성 수지 조성물 100중량%를 기준으로 한 것임을 미리 밝힌다. 만약 그 기준이 달라지는 경우에는 항상 변경된 기준을 명시할 것이므로 통상의 지식을 가진 자라면 어떠한 구성을 기준으로 함량을 기술한 것인지 명확하게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물 및 성형품을 구성하는 각 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

(A) 제1 수지

제1 수지는 열가소성 수지 조성물의 기본 원료로서, 투과율 및 충격강도가 우수한 수지이다.

제1 수지는 폴리카보네이트 수지를 포함한다. 제1 수지는 열가소성 수지 조성물의 전체 함량을 기준으로 70 내지 90중량%로 포함될 수 있다. 이때, 제1 수지의 함량이 70중량% 미만이면 열가소성 수지 조성물이 우수한 충격강도를 얻을 수 없다.

제1 수지는 중량평균분자량(Mw)이 20,000 내지 35,000g/mol 일 수 있다. 제1 수지의 중량평균분자량(Mw)이 20,000g/mol 미만일 경우, 충격강도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있다,

제1 수지는 굴절률이 1.0 내지 2.0 일 수 있다. 구체적으로, 제1 수지의 굴절률은 1.585 일 수 있다.

(B) 제2 수지

제2 수지는 열가소성 수지 조성물에서 폴리카보네이트 수지의 복굴절 특성을 상쇄하기 위한 것이다.

제2 수지는 특정한 굴절률 및 투과율을 가진다. 상기 제2 수지의 굴절률은 상기 제1 수지의 굴절률과 차이가 0.05 이하이며, 구체적으로 굴절률이 1.535 내지 1.635 일 수 있다. 그리고 상기 제2 수지의 투과율은 90% 이상이다.

제2 수지는 열가소성 수지 조성물의 전체 함량을 기준으로 10 내지 30중량%으로 포함될 수 있다. 이때 제2 수지의 함량이 10 중량% 미만이거나 함량이 30 중량% 초과하게 되면 열가소성 수지 조성물의 복굴절 개선 효과가 미미할 수 있다.

상기 성형품은 열가소성 수지 조성물을 압출 성형, 사출 성형, 압축 성형, 발포 사출 성형, 발포 저압 사출 성형, 가스 압축 성형 등의 방법으로 성형하여 얻을 수 있다.

상기 성형품은 그 이용되는 분야에 제한이 없으나, 투과율 및 충격강도뿐만 아니라 복굴절의 특성이 중요시하게 요구되는 분야의 성형제품에 적용될 수 있다. 예를 들면, 자동차 부품, 기계부품, 전기전자 부품, 컴퓨터 등의 사무기기, 잡화 등의 디스플레이 커버류에 바람직하게 적용될 수 있다.

상기 성형품은 ASTM D648에 의거하여 측정한 열변형온도가 116 내지 118℃일 수 있다. 상기 성형품은 ASTM D1003에 의거하여 측정한 투과율이 90 내지 94% 일 수 있다. 상기 성형품은 잔류응력이 최대인 부분과 잔류응력이 최소인 부분의 광탄성 줄무늬 광로차의 절대값이 400 이하 일 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4

하기 표 1과 같이, 기재된 성분 및 함량으로 열가소성 수지 조성물을 제조하였다.

성분 (중량%)		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예4
제1수지	PC-1	70	85	90	-	80	80	100
제1수지	PC-2	-	-	-	80	-	-	-
제2수지	Co-polyester-1	30	15	-	20	-	-	-
제2수지	Co-polyester-2	-	-	10	-	-	-	-
첨가제	PS	-	-	-	-	20	-	-
	PMMA	-	-	-	-	-	20	-
	유동증진제	-	-	-	-	-		3
합계		100	100	100	100	100	100	103
[조성물 성분] (1) 제1 수지 - PC-1: 중량평균분자량(Mw)이 20,000 내지 35,000g/mol 인 폴리카보네이트 수지 - PC-2: 중량평균분자량(Mw)이 20,000g/mol 미만인 폴리카보네이트 수지 (2) 제2 수지 (굴절률이 1.535 ~ 1.635 이며, 투과율이 90% 이상) - Co-polyester-1: 폴리에스터의 다이올 성분이 1,4-사이클로헥산다이메탄올(CHDM)으로 개질된 공중합체 - Co-polyester-2: 폴리에스터의 다이올 성분이 네오펜틸글리콜(NPG)으로 개질된 공중합체 (3) 첨가제 - PS: 폴리스타이렌 수지, Formosa chemical & fiber TAIRIREX GP-5000 - PMMA: 폴리메틸메타크릴레이트 수지, LG MMA LF850 - 유동 증진제: 폴리카보네이트 수지의 유리전이온도(Tg)를 낮추는 Phenoxyphosphazene Oligomer류

실험예

실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 4에서 제조된 열가소성 수지 조성물을 물성 측정용 시편으로 제조하여 하기의 항목에 따른 평가방법에 의해 물성을 측정하였다. 그리고 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

여기서, 제작된 시편은 각각의 구성성분과 첨가제를 헨셀믹서, V 블렌더, 텀블러 블렌더, 리본 블렌더 등으로 혼합하고, 이를 일축 압출기 또는 이축 압출기를 이용하여 용융 압출하여 펠렛상으로 제조 후 사출성형을 통해 제조된 성형품이다.

[평가방법]

(1) Unnotched IZOD 충격강도: ASTM D4812에 의거하여 3.2 mm 두께 시편의 파괴/비파괴 여부를 확인하였다.

(2) HDT(Heat deflection temperature, 단위: ℃): ASTM D648에 의거하여 하중 1.8MPa의 조건에서 열변형온도를 측정하였다.

(3) 복굴절: 분석기를 이용하여, 광탄성 줄무늬 기준으로 복굴절의 유무를 하기와 같이 A, B로 평가하였다.

- A: 100mm X 100mm X 3.2mm 크기의 시편을 strain viewer에 올려놓고 측정했을 때 잔류응력이 가장 큰 부분과 작은 부분의 광탄성 줄무늬 광로차의 절대값이 400 이하

- B: 100mm X 100mm X 3.2mm 크기의 시편을 strain viewer에 올려놓고 측정했을 때 잔류응력이 가장 큰 부분과 작은 부분의 광탄성 줄무늬 광로차 절대값이 400 이상

여기서, 분석기(Analyzer)는 HK Lab사 HKL-MSV를 사용하였으며, 하기　수학식 １에　대입하여 광탄성 줄무늬 광로차를 산출하였다.

［수학식 1］

광탄성 줄무늬 광로차(nm) = N(Cycle 수)Хλ(주파장)+(λ(주파장)Х(소광각/180)

(수학식 1에서, Cycle 수는 Strain pattern 반복 위치를 의미하며 (1) ~ (4)와 같이 측정된다.

(1) Cycle 0 : 첫번째 Black ~ 첫번째 Red (1st Order Color)

(2) Cycle 1 : 첫번째 Blue ~ 두번째 Red (2nd Order Color)

(3) Cycle 2 : 두번째 Blue ~ 세번째 Red (3rd Order Color)

(4) 상기와 같은 방법으로 반복된다.

또한, 수학식 1에서 소광각은 분석기의 각도를 0에 위치시킨 후 분석기를 좌우로 회전하면서 측정 위치가 검은색으로 바뀌는 각도를 의미한다.)

(4) 투과율(단위: %): ASTM D1003에 의거하여 100mm X 100mm X 3.2mm 크기의 시편에 대해 Nippon denshoku industries사의 NDH-5000을 이용하여 측정하였다.

평가항목	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예4
Unnotched IZOD	비파괴	비파괴	비파괴	파괴	파괴	파괴	파괴
HDT	116	118	118	116	109	105	110
복굴절	A	A	A	A	B	B	B
투과율	90	92	94	92	85	77	94

표 2의 결과에 의하면, 중량평균분자량(Mw)이 20,000g/mol 미만인 폴리카보네이트 수지를 사용한 비교예 1은 충격강도가 좋지 못하여 쉽게 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 폴리카보네이트 수지의 중량평균분자량(Mw)이 열가소성 수지 조성물의 충격강도에 영향을 미친다는 점을 확인할 수 있다.

또한, 폴리카보네이트 수지에 첨가제로 폴리스타이렌 수지를 사용한 비교예 2와 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 사용한 비교예 3은 실시예에 비하여 충격강도, 열변형온도 및 투과율이 상대적으로 좋지 못하였고, 복굴절 또한 개선되지 못한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 폴리카보네이트 수지에 유동 증진제를 첨가한 비교예 4는 투과율은 우수하였으나 충격강도 및 열변형온도가 실시예에 비하여 좋지 못하며 복굴절 또한 개선되지 못한 것을 확인할 수 있었다.

반면에 표 2를 참고하면, 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 3은 각 성분들이 적절한 함량으로 혼합되어 쉽게 파괴되지 않고, 열변형온도가 116 ~ 118℃ 투과율이 90 ~ 94%, 잔류응력이 최대인 부분과 잔류응력이 최소인 부분의 광탄성 줄무늬 광로차의 절대값이 400 이하로 측정되었다.

따라서, 본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물 및 성형품은 충격강도가 우수하며, 116℃이상의 높은 내열도와 90% 이상의 높은 투과율을 가지는 동시에 저복굴절성을 나타냄으로써 기계적 특성이 우수함을 알 수 있었다.

즉, 본 발명에 따른 성형품은 폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지 및 제1 수지와 굴절률 차이가 0.05 이하이며 투과율이 90% 이상인 제2 수지를 적절한 함량으로 배합한 열가소성 수지 조성물을 포함함으로써 우수한 투과율 및 충격강도를 유지하면서 복굴절을 개선시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims

폴리카보네이트 수지를 포함하는 제1 수지; 및
상기 제1 수지와 굴절률 차이가 0.05 이하이며 투과율이 90% 이상인 제2 수지;를 포함하는 성형품.
제1항에 있어서,
상기 제1 수지 70 내지 90중량%; 및
상기 제2 수지 10 내지 30중량%;를 포함하는 성형품.
제1항에 있어서,
상기 제1 수지는 중량평균분자량(Mw)이 20,000 내지 35,000g/mol인 성형품.
제1항에 있어서,
상기 제1 수지는 굴절률이 1.0 내지 2.0인 성형품.
제1항에 있어서,
상기 제2 수지는 다이카복실산 성분 및 다이올 성분을 중합한 폴리에스터 수지를 포함하고,
상기 다이카복실산 성분은 테레프탈산(TPA), 다이메틸 테레프탈레이트, 아이소프탈산(IPA), 다이메틸 아이소프탈레이트, 1,4 사이클로헥산 다이카복실산, 헥사하이드로프탈산 무수물, 2,6-나프탈렌 다이카복실산, 프탈산 무수물, 말레산 무수물, 퓨마르산 무수물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 다이올 성분은 네오펜틸 글리콜(NPG), 1,4-사이클로헥산 다이메탄올(CHDM) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 성형품.
제1항에 있어서,
ASTM D648에 의거하여 측정한 열변형온도가 116 내지 118℃인 성형품.
제1항에 있어서,
ASTM D1003에 의거하여 측정한 투과율이 90 내지 94% 인 성형품.
제1항에 있어서,
잔류응력이 최대인 부분과 잔류응력이 최소인 부분의 광탄성 줄무늬 광로차의 절대값이 400 이하인 성형품.