WO2023128503A1 - 기계적 특성이 우수하고 광학 특성이 향상된 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 - Google Patents

기계적 특성이 우수하고 광학 특성이 향상된 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품 Download PDF

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WO2023128503A1
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weight
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polyalkylene glycol
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PCT/KR2022/021277
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권순용
장수혁
김삼중
배도영
안태진
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주식회사 삼양사
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/15—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring
    • C08K5/151—Heterocyclic compounds having oxygen in the ring having one oxygen atom in the ring
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L71/02—Polyalkylene oxides

Definitions

  • the present invention relates to a polycarbonate resin composition and a molded article containing the same, and more particularly, polycarbonate as a base resin, a polyalkylene glycol adduct of anhydrosugar alcohol derived from biomass as a plasticizer component, and polyalkylene
  • the present invention relates to a polycarbonate resin composition containing glycol and exhibiting improved optical properties while maintaining excellent mechanical properties such as tensile strength, processability, and heat resistance, and a molded article including the same.
  • Light-guides used in automobile headlamps, lighting components of various electronic devices, and housings require a resin with a high melt index in order to be manufactured with a uniform thickness, and at the same time, excellent transmittance and low yellowing. It should have index characteristics, impact resistance, etc. At the same time, as the importance of eco-friendliness has recently emerged, it is necessary to develop a resin that is eco-friendly, satisfies the above physical properties, and has improved transparency.
  • Korean Patent Registration No. 10-2234098 discloses a composition containing polycarbonate and isosorbide carboxylic acid ester having improved rheological and optical properties, but the material has a transmittance of 89% at a thickness of 4 mm. , and the YI value also exceeds 2, so there is a problem that physical properties are insufficient for use as a light guide.
  • the present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, while exhibiting improved optical properties (ie, high transmittance and low yellowing index) compared to conventional polycarbonate resin compositions while being environmentally friendly, mechanical properties such as tensile strength, processability And it is a technical task to provide a polycarbonate resin composition with excellent heat resistance and a molded article (particularly, a light guide) including the same.
  • a polycarbonate resin as a base resin (2) a polyalkylene glycol adduct of anhydrous sugar alcohol as a plasticizer component; And (3) polyalkylene glycol; based on 100 parts by weight of the total composition, the content of the polyalkylene glycol adduct of the anhydrosugar alcohol is greater than 0.5 parts by weight and less than 3 parts by weight, and the polyalkylene glycol It provides a thermoplastic resin composition having a content of less than 3 parts by weight.
  • Another aspect of the present invention provides a molded article, preferably a light guide, comprising the thermoplastic resin composition according to the present invention.
  • thermoplastic resin composition according to the present invention is environmentally friendly and exhibits improved optical properties (ie, high transmittance and low yellowing index) compared to conventional polycarbonate resin compositions, and excellent mechanical properties such as tensile strength, processability, and heat resistance
  • the molded article comprising can be suitably used for optical applications in various industries, and can be particularly suitably used as a light guide (more specifically, a light guide for automobiles, more specifically, a light guide for automobile headlamps). there is.
  • thermoplastic resin composition of the present invention includes a polycarbonate resin as a base resin; and a polyalkylene glycol adduct of anhydrous sugar alcohol as a plasticizer component.
  • An aromatic polycarbonate resin may be used as the polycarbonate resin included as a base resin in the thermoplastic resin composition of the present invention, but the type is not particularly limited as long as it can implement the technical spirit of the present invention, and is commonly used in the art.
  • a thermoplastic aromatic polycarbonate resin may be used.
  • the aromatic polycarbonate resin may be prepared from a dihydric phenol, a carbonate precursor and a molecular weight modifier.
  • the dihydric phenols as one of the monomers constituting the aromatic polycarbonate resin, may be represented by Formula 1 below.
  • X is a straight, branched or cyclic alkylene group having no functional group; Or a straight, branched or cyclic alkylene group (e.g., 1 to 10 carbon atoms) containing at least one functional group selected from the group consisting of a sulfide group, an ether group, a sulfoxide group, a sulfone group, a ketone group, a naphthyl group and an isobutylphenyl group. Representing a linear alkylene group, or a branched or cyclic alkylene group having 3 to 10 carbon atoms),
  • R 1 and R 2 are each independently a halogen atom (eg, Cl or Br), or a linear, branched or cyclic alkyl group (eg, a linear alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (more specifically, 1 to 10 carbon atoms), and 3 carbon atoms). to 20 (more specifically 3 to 10) branched alkyl groups, or C3 to 20 (more specifically 3 to 6) cyclic alkyl groups),
  • n and m independently represent an integer of 0 to 4.
  • Non-limiting examples of the dihydric phenols include bis(4-hydroxyphenyl)methane, bis(4-hydroxyphenyl)phenylmethane, bis(4-hydroxyphenyl)naphthylmethane, bis(4-hydroxy Phenyl) -(4-isobutylphenyl) methane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 1-ethyl-1,1-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 1-phenyl-1, 1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1-naphthyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1,2-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 1,10-bis (4-hydroxyphenyl) decane, 2-methyl-1,1-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A); Bisphenol A is preferably used.
  • the carbonate precursor is another monomer constituting the aromatic polycarbonate resin, and non-limiting examples thereof include carbonyl chloride (phosgene), carbonyl bromide, bis halo formate, diphenyl carbonate, dimethyl carbonate, and the like, , Preferably carbonyl chloride (phosgene) can be used.
  • the molecular weight modifier a material already known in the art, that is, a monofunctional compound similar to a monomer used in preparing a thermoplastic aromatic polycarbonate resin may be used.
  • the molecular weight regulator include phenol-based derivatives (e.g., para-isopropylphenol, para-tert-butylphenol (PTBP), para-cumylphenol, para-isooctylphenol, para-isononylphenol, etc.), aliphatic alcohols, and the like.
  • PTBP para-tert-butylphenol
  • PTBP para-tert-butylphenol
  • aromatic polycarbonate resins prepared from divalent phenols, carbonate precursors and molecular weight modifiers include linear polycarbonate resins, branched polycarbonate resins, copolycarbonate resins, and polyester carbonate resins. , These may be used alone or in combination of two or more.
  • the viscosity average molecular weight of the aromatic polycarbonate resin may be 15,000 to 40,000, more specifically 17,000 to 30,000, and more specifically 20,000 to 30,000 can be If the viscosity average molecular weight of the aromatic polycarbonate resin is less than 15,000, mechanical properties such as impact strength and tensile strength may be deteriorated, and if it exceeds 40,000, problems may arise in processing the resin due to an increase in melt viscosity.
  • the polycarbonate base resin for example, 15 parts by weight or more, 20 parts by weight or more, 30 parts by weight or more, 40 parts by weight or more, 45 parts by weight or more, 50 parts by weight or more, 55 parts by weight or more, 60 parts by weight or more, 70 parts by weight or more, 80 parts by weight or more or 90 parts by weight or more, and also 99.9 parts by weight or less, 99.8 parts by weight or less, 99.7 parts by weight or less parts by weight or less, 99.6 parts by weight or less, 99.5 parts by weight or less, 99.4 parts by weight or less, 99.3 parts by weight or less, 99.2 parts by weight or less, 99.1 parts by weight or less, or 99 parts by weight or less.
  • plasticizer component polyalkylene glycol adduct of anhydrous sugar alcohol
  • the polyalkylene glycol adduct of anhydrous sugar alcohol contained as a plasticizer component in the thermoplastic resin composition of the present invention is a compound having a polyalkylene glycol substituent attached to the terminal hydroxyl group of the anhydrous sugar alcohol.
  • the anhydrous sugar alcohol may be prepared by dehydrating natural product-derived hydrogenated sugar.
  • Hydrogenated sugar also referred to as “sugar alcohol” refers to a compound obtained by adding hydrogen to a reducing end group of sugars, and is generally HOCH 2 (CHOH) n CH 2 OH (where n is an integer from 2 to 5) ), and is classified according to carbon atoms into tetratol, pentitol, hexitol, and heptitol (4, 5, 6, and 7 carbon atoms, respectively).
  • hexitol having 6 carbon atoms includes sorbitol, mannitol, iditol, galactitol, and the like, and sorbitol and mannitol are particularly effective substances.
  • the anhydrous sugar alcohol may be monohydrosugar alcohol, dianhydrosugar alcohol, or a mixture thereof, but is not particularly limited, but dianhydrosugar alcohol may be used.
  • Monohydrosugar alcohol is anhydrosugar alcohol formed by removing one water molecule from the inside of hydrogenated sugar, and has a tetraol form with four hydroxyl groups in the molecule.
  • the type of monohydrosugar alcohol is not particularly limited, but may preferably be monohydrosugar hexitol, more specifically 1,4-anhydrohexitol, 3,6-anhydrohexitol , 2,5-anhydrohexitol, 1,5-anhydrohexitol, 2,6-anhydrohexitol, or a mixture of two or more thereof.
  • Anhydrosugar alcohol is anhydrosugar alcohol formed by removing two water molecules from the inside of hydrogenated sugar, and has a diol form with two hydroxyl groups in the molecule, and can be prepared using hexitol derived from starch. Since imudang alcohol is an eco-friendly material derived from renewable natural resources, research on its manufacturing method has been conducted with much interest for a long time. Among these dianhydrosugar alcohols, isosorbide prepared from sorbitol currently has the widest range of industrial applications.
  • the type of the dianhydrosugar alcohol is not particularly limited, but may be preferably dianhydrosugar hexitol, and more specifically, 1,4:3,6-dianhydrohexitol.
  • the 1,4:3,6-dianhydrohexitol may be isosorbide, isomannide, isoidide, or a mixture of two or more thereof.
  • the anhydrous sugar alcohol may be isosorbide.
  • the polyalkylene glycol may be polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, or a combination thereof.
  • the molecular weight (weight average molecular weight) of the polyalkylene glycol may be 500 to 5000 g/mol, and more specifically, 1000 to 4000 g/mol, but is not limited thereto.
  • polyalkylene glycol adduct of the anhydrous sugar alcohol may be represented by Formula 2 below.
  • [O-A-O] is a moiety derived from anhydrous sugar alcohol by removing hydrogen atoms from both terminal hydroxyl groups of anhydrous sugar alcohol
  • H-[X] p is independently H-[O-alkylene] p ,
  • [X'] q -H is independently [alkylene-O] q -H,
  • p and q each independently represents an integer of 2 to 15;
  • the anhydrous sugar alcohol may be isosorbide.
  • alkylene may be a linear or C3 to C8 branched alkylene having 2 to 8 carbon atoms, and more specifically, may be ethylene, propylene, butylene or a combination thereof,
  • p and q may each independently represent an integer of 2 to 12.
  • the polyalkylene glycol adduct of the anhydrous sugar alcohol may be a compound represented by Formula 3 below.
  • R 1 and R 2 each independently represent a C 2 to C 8 linear or C 3 to C 8 branched alkylene group
  • n and n represent an integer of 2 to 15 each independently.
  • R 1 and R 2 each independently represent an ethylene group, a propylene group, an isopropylene group or a butylene group, preferably R 1 and R 2 are identical to each other;
  • n and n represent an integer of 2 to 12 each independently.
  • the polyalkylene glycol adduct of the anhydrous sugar alcohol is, for example, as shown in the reaction schematic below, in the presence of a catalyst (eg, a base catalyst), both ends or one end of the anhydrous sugar alcohol ( Preferably, the hydroxyl group at both ends) and an alkylene oxide are reacted, so that the hydrogen of the hydroxyl group at both ends or one end (preferably both ends) of the anhydrous sugar alcohol is substituted with a hydroxyalkyl group, which is a ring-opening form of the alkylene oxide. It can be obtained in the form of a compound.
  • a catalyst eg, a base catalyst
  • the alkylene oxide may be a linear or C 3 to 8 branched alkylene oxide having 2 to 8 carbon atoms, and more specifically, ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, or a combination thereof can
  • the anhydrous sugar alcohol may be treated with an acid component prior to reaction with the alkylene oxide, and the reaction between the anhydrosugar alcohol and the alkylene oxide treated with the acid component is, for example, pressurized (e.g., 3 MPa or more).
  • pressurized e.g. 3 MPa or more
  • a base catalyst e.g, an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide or an alkaline earth metal hydroxide such as calcium hydroxide
  • an elevated temperature eg, 100 ° C.
  • the molar ratio of the reaction between anhydrous sugar alcohol and alkylene oxide is, for example, 1 mol or more, 2 mol or more, or 3 mol or more of alkylene oxide per 1 mol of anhydrous sugar alcohol, and also 30 mol or less, 20 mol or less, 15 mol or less, or 12 mol or less. or less, and may be, for example, 1 to 30 moles, preferably 2 to 20 moles, and more preferably 3 to 15 moles, but is not limited thereto.
  • the polyalkylene glycol adduct of the anhydrous sugar alcohol as a plasticizer component is included in an amount of more than 0.5 parts by weight and less than 3 parts by weight. If the content of the polyalkylene glycol adduct of anhydrosugar alcohol in the total 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition is 0.5 parts by weight or less, the yellow index of the composition increases, conversely, if the content exceeds 3 parts by weight, the plasticizer in the composition is crystallized permeability is lowered.
  • the polyalkylene glycol adduct of the anhydrous sugar alcohol as a plasticizer component for example, more than 0.5 parts by weight, 0.6 parts by weight or more, 0.7 parts by weight or more , 0.8 parts by weight or more, 0.9 parts by weight or more, or 1 part by weight or more, and may be included in an amount of less than 3 parts by weight, 2.9 parts by weight or less, 2.8 parts by weight or less, 2.7 parts by weight or less, 2.6 parts by weight or less, 2.5 parts by weight or less.
  • the polyalkylene glycol included in the thermoplastic resin composition of the present invention is an independent component different from the polyalkylene glycol moiety in the polyalkylene glycol adduct of the anhydrous sugar alcohol.
  • the polyalkylene glycol is an ether polymer composed of units derived from alkylene glycol, and the alkylene group may be a linear alkylene group or a branched alkylene group.
  • the polyalkylene glycol may be a polymer composed of units derived from alkylene glycol having 2 to 6 carbon atoms, and more specifically, such alkylene glycol is, for example, ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, pentylene glycol, hexylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol, neopentyl glycol, 3-methyl tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, and combinations thereof; , an alkylene glycol having 3 to 6 carbon atoms is preferably selected from, for example, propylene glycol, butylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol and combinations thereof.
  • the polyalkylene glycol may be a single alkylene glycol homopolymer or a random copolymer or block copolymer of two or more alkylene glycols.
  • polyalkylene glycol for example, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, polypentylene glycol, polyhexylene glycol, polytrimethylene glycol, polytetramethylene glycol, polypentamethylene It may be selected from glycol, polyhexamethylene glycol, and combinations thereof, and is preferably selected from polypropylene glycol, polybutylene glycol, polytrimethylene glycol, polytetramethylene glycol, and combinations thereof.
  • the polyalkylene glycol may be one end or both ends capped with an alkyl ether, aryl ether, aralkyl ether, fatty acid ester, aryl ester, aralkyl ester, etc.
  • Cargo or ester cargo can also be used together.
  • the alkyl group constituting the alkyl ether may be a linear and/or branched alkyl group, and more specifically, an alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an octyl group, and a lauryl group. group, a stearyl group, and the like. That is, in one embodiment, the polyalkylene glycol capped with alkyl ether may be methyl ether, ethyl ether, butyl ether, lauryl ether, or stearyl ether of polyalkylene glycol.
  • the aryl group constituting the aryl ether may be, specifically, an aryl group having 6 to 22 carbon atoms, 6 to 12 carbon atoms, or 6 to 10 carbon atoms, for example, a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, and the like, a phenyl group, A tolyl group etc. are preferable.
  • the aralkyl group constituting the aralkyl ether may be, specifically, an aralkyl group having 7 to 23 carbon atoms, 7 to 13 carbon atoms, or 7 to 11 carbon atoms, for example, a benzyl group, a phenethyl group, and the like, and a benzyl group. Giga is preferred.
  • the fatty acid constituting the fatty acid ester may be a linear and/or branched fatty acid, and may be a saturated or unsaturated fatty acid, more specifically, a monovalent or divalent saturated or unsaturated fatty acid having 1 to 22 carbon atoms, more specifically As, monovalent saturated fatty acids (eg, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, pentadecylic acid, arm mitic acid, heptadecylic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachidic acid, behenic acid, etc.), monovalent unsaturated fatty acids (eg, oleic acid, elaidic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, etc.), or carbon atoms of 10 It may be the above divalent fatty
  • the aryl group constituting the aryl ester may be, specifically, an aryl group having 6 to 22 carbon atoms, 6 to 12 carbon atoms, or 6 to 10 carbon atoms, for example, a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, and the like, a phenyl group, A tolyl group etc. are preferable.
  • the aralkyl group constituting the aralkyl ester may be, specifically, an aralkyl group having 7 to 23 carbon atoms, 7 to 13 carbon atoms, or 7 to 11 carbon atoms, for example, a benzyl group, a phenethyl group, and the like, and a benzyl group. Giga is preferred.
  • the number average molecular weight (Mn, g / mol) of the polyalkylene glycol may be 700 or more or 800 or more, and may also be 4,000 or less or 3,000 or less. If the number average molecular weight of the polyalkylene glycol is excessively higher than the above level, compatibility may be deteriorated, and conversely, if the number average molecular weight is excessively lower than the above level, gas may be generated during molding.
  • the number average molecular weight of the polyalkylene glycol may be a number average molecular weight calculated based on a hydroxyl value measured in accordance with JIS K1577.
  • the polyalkylene glycol is included in an amount of less than 3 parts by weight.
  • the yellow index of the composition increases, the transmittance decreases due to cloudiness of the resin, and the amount of mold attached to the mold due to gas derived from polyalkylene glycol increases. do.
  • the lower limit of the content of the polyalkylene glycol but if too small an amount is used, improvement in color or yellowing may not be sufficient, and the effect of reducing gas generation may be insufficient.
  • the polyalkylene glycol is, for example, 0.01 parts by weight or more, 0.05 parts by weight or more, 0.1 parts by weight or more, 0.15 parts by weight or more, 0.2 parts by weight or more. or 0.25 parts by weight or more, and also in an amount of less than 3 parts by weight, 2.9 parts by weight or less, 2.5 parts by weight or less, 2 parts by weight or less, 1.5 parts by weight or less, 1 part by weight or less, or 0.75 parts by weight or less. can be included
  • the polycarbonate resin composition of the present invention may further include a phosphorus-based heat stabilizer to improve color and heat resistance and discoloration resistance of the composition.
  • a known phosphorus-based thermal stabilizer may be used, and specifically, for example, phosphorus oxo acids such as phosphoric acid, phosphonic acid, phosphorous acid, phosphinic acid, and polyphosphoric acid; acidic pyrophosphate metal salts such as acid sodium pyrophosphate, acid potassium pyrophosphate, and acid calcium pyrophosphate; phosphates of Group 1 or Group 2 B metals such as potassium phosphate, sodium phosphate, cesium phosphate, and zinc phosphate; phosphate compounds, phosphite compounds, phosphonite compounds, and the like, and phosphite compounds may be preferably used in terms of discoloration resistance and continuous productivity, but are not limited thereto.
  • phosphorus oxo acids such as phosphoric acid, phosphonic acid, phosphorous acid, phosphinic acid, and polyphosphoric acid
  • acidic pyrophosphate metal salts such as acid sodium pyrophosphate, acid potassium pyrophosphate,
  • the phosphite compound may be a trivalent phosphorus compound represented by the general formula :P(OR) 3 , wherein R represents a monovalent or divalent organic group. More specifically, the phosphite compound, for example, triphenylphosphite, tris (monononylphenyl) phosphite, tris (monononyl / dinonylphenyl) phosphite, tris (2,4-di-tert- Butylphenyl) phosphite, monooctyldiphenylphosphite, dioctylmonophenylphosphite, monodecyldiphenylphosphite, didecylmonophenylphosphite, tridecylphosphite, trilauryl phosphite, tristearyl phosphite , distearylpentaerythritol
  • the phosphorus-based thermal stabilizers may be used alone or in combination of two or more.
  • the phosphorus-based heat stabilizer may be included in an amount of 0.05 parts by weight to 0.5 parts by weight in a total of 100 parts by weight of the thermoplastic resin composition of the present invention. If the phosphorus-based heat stabilizer content is too less than the above level, the effect of improving color and heat discoloration resistance may be insufficient. .
  • the amount of the phosphorus-based heat stabilizer is, for example, 0.05 parts by weight or more, 0.07 parts by weight or more, 0.1 parts by weight or more, 0.12 parts by weight or more, or 0.15 parts by weight or more. It may be included as, and may also be included in an amount of 0.5 parts by weight or less, 0.45 parts by weight or less, 0.4 parts by weight or less, 0.35 parts by weight or less, 0.3 parts by weight or less, or 0.25 parts by weight or less.
  • thermoplastic resin composition of the present invention in addition to the above-described components, additional additives may be further included as needed within a range capable of achieving the object of the present invention.
  • inorganic fillers lubricants, antioxidants, light stabilizers, hydrolysis stabilizers, release agents, colorants, UV stabilizers, antistatic agents, conductivity imparting agents, magnetic imparting agents, crosslinking agents, antibacterial agents, processing aids, antifriction agents, antiwear agents
  • a coupling agent may be added to the composition alone or in combination of two or more.
  • the antioxidant a phenol-type, phosphite-type, thioether-type or amine-type antioxidant may be used, and the release agent may include a fluorine-containing polymer, silicone oil, a metal salt of stearic acid, and montanic acid A metal salt of , montanic acid ester wax or polyethylene wax may be used.
  • benzophenone or benzotriazole and amine-type UV stabilizers may be used as the UV stabilizer, and dyes or pigments may be used as the colorant.
  • the content of the additional additive is not particularly limited, and may be used in an amount of, for example, 0.1 to 5 parts by weight, more specifically, 0.2 to 5 parts by weight, based on the total 100 parts by weight of the composition of the present invention, depending on the purpose and purpose of use. It may, but is not limited thereto.
  • thermoplastic resin composition according to the present invention is eco-friendly because it utilizes anhydrous sugar alcohol, which is a biomass-derived material, and exhibits improved optical properties (ie, high transmittance and low yellowing index) compared to conventional polycarbonate resin compositions, while exhibiting tensile strength, etc. Because of its excellent mechanical properties, processability, and heat resistance, molded products including it can be suitably used for optical applications in various industries, in particular, light guides (more specifically, light guides for automobiles, more specifically, automobile heads). Light guide for lamp) can be used very suitably.
  • thermoplastic resin composition of the present invention a molded article comprising the thermoplastic resin composition of the present invention is provided.
  • the molded article may be an extrusion molded article or an injection molded article of the thermoplastic resin composition of the present invention.
  • the molded article may be a light guide.
  • the polypropylene glycol adducts of isosorbide are prepared by adding acid-treated isosorbide and propylene oxide at 100 ° C to 140 ° C in the presence of a KOH catalyst, cooling and filtering the resulting product, and then using an ion exchange resin. It was prepared by a purification method.
  • the prepared pellets were dried in hot air at 80 ° C to 100 ° C for 4 hours, and then injection molded at a cylinder temperature of 250 ° C to 280 ° C and a mold temperature of 80 ° C to prepare specimens. It was measured by the method, and the results are shown in Table 1 below.
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Abstract

본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기본 수지로서 폴리카보네이트, 가소제 성분으로서 바이오매스 유래 물질인 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물, 및 폴리알킬렌글리콜을 포함하며, 인장강도 등의 기계적 특성, 가공성 및 내열성을 우수하게 유지하면서, 동시에 향상된 광학 특성을 나타내는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.

Description

기계적 특성이 우수하고 광학 특성이 향상된 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품
본 발명은 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 기본 수지로서 폴리카보네이트, 가소제 성분으로서 바이오매스 유래 물질인 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물, 및 폴리알킬렌글리콜을 포함하며, 인장강도 등의 기계적 특성, 가공성 및 내열성을 우수하게 유지하면서, 동시에 향상된 광학 특성을 나타내는 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품에 관한 것이다.
자동차의 헤드램프 등에 사용되는 라이트 가이드(light-guide), 각종 전자장치의 조명 구성요소, 하우징 등은 균일한 두께로 제조하기 위하여 높은 용융지수를 갖는 수지가 필요하며, 이와 동시에 우수한 투과성, 낮은 황변지수 특성, 내충격성 등을 가져야 한다. 이와 동시에 최근 친환경에 대한 중요성이 대두되면서 친환경적이며, 위 물성들을 동시에 만족하고 개선된 투명성을 갖는 수지의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국등록특허 제10-2234098호에는 개선된 레올로지와 광학특성을 갖는 폴리카보네이트 및 이소소르비드의 카르복실산 에스테르를 함유하는 조성물이 개시되어 있으나, 해당 소재는 두께 4mm 수준에서 투과도가 89% 수준에 불과하고, YI 값 또한 2를 초과하여, 라이트 가이드 용도로 사용하기에 물성이 부족하다는 문제가 있다.
또한, 대한민국등록특허 제10-1608411호의 경우, 바이오매스 유래 물질 함량이 높고 색상, 성형가공성, 내열성 및 내충격성의 물성 밸런스가 우수한 친환경 [폴리(아이소소바이드 카보네이트와 방향족카보네이트-방향족 카보네이트)]-[폴리카보네이트] 블록 공중합체를 개시하고 있으나, 이는 광학특성 향상 등 라이트 가이드 용도로서 사용하기 위한 물성 구현을 목적으로 하지 않는다.
따라서, 상기 기존 기술들의 문제점을 극복하고, 친환경성이면서도 투과도가 높고, 낮은 황변지수를 가지며 성형성, 인장강도 등의 기계적 특성 및 내열성도 우수하여 라이트 가이드 용도로 특히 적합한 수지 조성물에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 친환경성이면서도 종래의 폴리카보네이트 수지 조성물 대비 향상된 광학 특성(즉, 높은 투과도 및 낮은 황변지수)을 나타내는 동시에 인장강도 등의 기계적 특성, 가공성 및 내열성도 우수한 폴리카보네이트 수지 조성물 및 이를 포함하는 성형품(특히, 라이트 가이드)을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자, 본 발명의 일 측면은, (1) 기본 수지로서 폴리카보네이트 수지; (2) 가소제 성분으로서 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물; 및 (3) 폴리알킬렌글리콜;을 포함하며, 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물의 함량이 0.5 중량부 초과 내지 3 중량부 미만이고, 상기 폴리알킬렌글리콜의 함량이 3 중량부 미만인, 열가소성 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품, 바람직하게는 라이트 가이드를 제공한다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물은 친환경성이면서도 종래의 폴리카보네이트 수지 조성물 대비 향상된 광학 특성(즉, 높은 투과도 및 낮은 황변지수)을 나타내는 동시에 인장강도 등의 기계적 특성, 가공성 및 내열성도 우수하기 때문에, 이를 포함하는 성형품은 다양한 산업에서 광학적 용도에 적합하게 사용될 수 있으며, 특히, 라이트 가이드(보다 구체적으로는 자동차용 라이트 가이드, 보다 더 구체적으로는 자동차의 헤드램프용 라이트 가이드) 용도로서 매우 적합하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물은, 기본 수지로서 폴리카보네이트 수지; 및 가소제 성분으로서 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물;을 포함한다.
(1) 기본 수지: 폴리카보네이트 수지
본 발명의 열가소성 수지 조성물에 기본 수지로서 포함되는 폴리카보네이트 수지로는 방향족 폴리카보네이트 수지가 사용될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지가 사용될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지는 2가 페놀, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제로부터 제조될 수 있다.
상기 2가 페놀류는, 방향족 폴리카보네이트 수지를 구성하는 모노머 중 하나로서, 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022021277-appb-img-000001
상기 화학식 1에서,
X는 작용기를 갖지 않는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기; 또는 설파이드기, 에테르기, 설폭사이드기, 설폰기, 케톤기, 나프틸기 및 이소부틸페닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 작용기를 포함하는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬렌기(예컨대, 탄소수 1 내지 10의 직선형 알킬렌기, 또는 탄소수 3 내지 10의 분지형 또는 환형 알킬렌기)를 나타내고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 할로겐 원자(예컨대, Cl 또는 Br), 또는 직선형, 분지형 또는 환형 알킬기(예컨대, 탄소수 1 내지 20(보다 구체적으로는 1 내지 10)의 직선형 알킬기, 탄소수 3 내지 20(보다 구체적으로는 3 내지 10)의 분지형 알킬기, 또는 탄소수 3 내지 20(보다 구체적으로는 3 내지 6)의 환형 알킬기)를 나타내며,
n 및 m은 독립적으로, 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상기 2가 페놀류의 비제한적인 예시로는 비스(4-히드록시페닐)메탄, 비스(4-히드록시페닐)페닐메탄, 비스(4-히드록시페닐)나프틸메탄, 비스(4-히드록시페닐)-(4-이소부틸페닐)메탄, 1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-에틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 1-페닐-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1-나프틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,2-비스(4-히드록시페닐)에탄, 1,10-비스(4-히드록시페닐)데칸, 2-메틸-1,1-비스(4-히드록시페닐)프로판, 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(비스페놀 A) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 비스페놀 A를 사용할 수 있다.
상기 카보네이트 전구체는 방향족 폴리카보네이트 수지를 구성하는 또 다른 모노머로서, 그 비제한적인 예시로는 카보닐클로라이드(포스겐), 카보닐 브로마이드, 비스 할로 포르메이트, 디페닐카보네이트, 디메틸카보네이트 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 카보닐클로라이드(포스겐)를 사용할 수 있다.
상기 분자량 조절제로는 당 분야에 이미 공지되어 있는 물질, 즉 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지 제조에 사용되는 모노머와 유사한 단일작용성 물질(monofunctional compound)을 사용할 수 있다. 상기 분자량 조절제의 비제한적인 예시로는 페놀을 기본으로 하는 유도체들(예컨대, 파라-이소프로필페놀, 파라-터트-부틸페놀(PTBP), 파라-큐밀(cumyl)페놀, 파라-이소옥틸페놀, 파라-이소노닐페놀 등), 지방족알콜류 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 파라-터트-부틸페놀(PTBP)을 사용할 수 있다.
이와 같은 2가 페놀류, 카보네이트 전구체 및 분자량 조절제로부터 제조되는 방향족 폴리카보네이트 수지로는, 예를들어 선형 폴리카보네이트 수지, 분지화된 폴리카보네이트 수지, 코폴리카보네이트 수지 및 폴리에스테르카보네이트 수지 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 점도평균분자량(Mv, 25℃메틸렌클로라이드 용액에서 측정시)은 15,000 내지 40,000일 수 있고, 보다 구체적으로는 17,000 내지 30,000, 보다 더 구체적으로는 20,000 내지 30,000일 수 있다. 상기 방향족 폴리카보네이트 수지의 점도평균분자량이 15,000 미만이면 충격강도, 인장강도 등의 기계적 물성이 저하될 수 있으며, 40,000을 초과하면 용융점도의 상승으로 수지의 가공에 문제가 생길 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 상기 폴리카보네이트 기본 수지가, 예컨대, 15 중량부 이상, 20 중량부 이상, 30 중량부 이상, 40 중량부 이상, 45 중량부 이상, 50 중량부 이상, 55 중량부 이상, 60 중량부 이상, 70 중량부 이상, 80 중량부 이상 또는 90 중량부 이상의 양으로 포함될 수 있고, 또한 99.9 중량부 이하, 99.8 중량부 이하, 99.7 중량부 이하, 99.6 중량부 이하, 99.5 중량부 이하, 99.4 중량부 이하, 99.3 중량부 이하, 99.2 중량부 이하, 99.1 중량부 이하 또는 99 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
(2) 가소제 성분: 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물
본 발명의 열가소성 수지 조성물에 가소제 성분으로서 포함되는 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물은, 무수당 알코올의 말단 히드록시기에 폴리알킬렌글리콜 치환기가 부착되어 있는 형태의 화합물이다.
상기 무수당 알코올은 천연물 유래의 수소화 당을 탈수 반응시켜 제조할 수 있다. 수소화 당(“당 알코올”이라고도 함)은 당류가 갖는 환원성 말단기에 수소를 부가하여 얻어지는 화합물을 의미하는 것으로, 일반적으로 HOCH2(CHOH)nCH2OH (여기서, n은 2 내지 5의 정수)의 화학식을 가지며, 탄소수에 따라 테트리톨, 펜티톨, 헥시톨 및 헵티톨(각각, 탄소수 4, 5, 6 및 7)로 분류된다. 그 중에서 탄소수가 6개인 헥시톨에는 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 등이 포함되며, 소르비톨과 만니톨은 특히 효용성이 큰 물질이다.
상기 무수당 알코올은 일무수당 알코올, 이무수당 알코올 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 특별히 한정하지 않으나 이무수당 알코올을 사용할 수 있다.
일무수당 알코올은 수소화 당의 내부로부터 물 분자 1개가 제거되어 형성되는 무수당 알코올로서, 분자 내 하이드록시기가 네 개인 테트라올(tetraol) 형태를 가진다. 본 발명에 있어서, 상기 일무수당 알코올의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 일무수당 헥시톨일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1,4-언하이드로헥시톨, 3,6-언하이드로헥시톨, 2,5-언하이드로헥시톨, 1,5-언하이드로헥시톨, 2,6-언하이드로헥시톨 또는 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다.
이무수당 알코올은 수소화 당의 내부로부터 물 분자 2개가 제거되어 형성되는 무수당 알코올로서, 분자 내 하이드록시기가 두 개인 디올(diol) 형태를 가지며, 전분에서 유래하는 헥시톨을 활용하여 제조할 수 있다. 이무수당 알코올은 재생 가능한 천연자원으로부터 유래한 친환경 물질이라는 점에서 오래 전부터 많은 관심과 함께 그 제조방법에 관한 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 이무수당 알코올 중에서 솔비톨로부터 제조된 이소소르비드가 현재 산업적 응용범위가 가장 넓다.
상기 이무수당 알코올의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 이무수당 헥시톨일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨일 수 있다. 상기 1,4:3,6-디언하이드로헥시톨은 이소소르비드, 이소만니드, 이소이디드 또는 이들 중 2 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구체예에서, 상기 무수당 알코올은 이소소르비드일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리알킬렌글리콜은 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리알킬렌글리콜의 분자량(중량평균분자량)은 500 내지 5000g/mol일 수 있고, 보다 구체적으로는 1000 내지 4000g/mol일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
일 구체예에서, 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
H-[X]p-[O-A-O]-[X']q-H
상기 화학식 2에서,
[O-A-O]는 무수당 알코올의 양말단 히드록시기에서 수소원자를 제거한 무수당 알코올 유래 부분이고,
H-[X] p는 독립적으로 H-[O-알킬렌] p이고,
[X']q-H는 독립적으로 [알킬렌-O]q-H이고,
p 및 q는 각각 독립적으로 2 내지 15의 정수를 나타낸다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 2에서,
무수당 알코올은 이소소르비드일 수 있다.
또한 상기 알킬렌은 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 탄소수 3 내지 8의 분지형 알킬렌일 수 있고, 보다 구체적으로는, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 또는 이들의 조합일 수 있으며,
p 및 q는 각각 독립적으로 2 내지 12의 정수를 나타낼 수 있다.
일 구체예에서, 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
Figure PCTKR2022021277-appb-img-000002
상기 화학식 3에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 탄소수 3 내지 8의 분지형 알킬렌기를 나타내고,
m 및 n은 각각 독립적으로 2 내지 15의 정수를 나타낸다.
보다 구체적으로는, 상기 화학식 3에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 에틸렌기, 프로필렌기, 이소프로필렌기 또는 부틸렌기를 나타내고, 바람직하게는 R1 및 R2는 서로 동일하며,
m 및 n은 각각 독립적으로 2 내지 12의 정수를 나타낸다.
일 구체예에서, 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물은, 예컨대, 하기 반응 개략식에 나타낸 바와 같이, 촉매(예컨대, 염기 촉매)의 존재하에, 무수당 알코올의 양 말단 또는 일 말단(바람직하게는 양 말단)의 히드록시기와 알킬렌 옥사이드를 반응시켜, 무수당 알코올의 양 말단 또는 일 말단(바람직하게는 양 말단) 히드록시기의 수소가 알킬렌 옥사이드의 개환 형태인 히드록시알킬 그룹으로 치환된 형태의 화합물로 얻어질 수 있다.
Figure PCTKR2022021277-appb-img-000003
일 구체예에서, 상기 알킬렌 옥사이드는 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 탄소수 3 내지 8의 분지형 알킬렌 옥사이드일 수 있고, 보다 구체적으로는, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 부틸렌 옥사이드 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 구체예에서, 무수당 알코올은 알킬렌 옥사이드와의 반응 전에 산 성분으로 처리될 수 있으며, 산 성분으로 처리된 무수당 알코올과 알킬렌 옥사이드의 반응은, 예컨대, 가압(예를 들어, 3MPa 이상 가압)이 가능한 고압 반응기 내에서, 염기 촉매(예를 들어, 수산화나트륨, 수산화 칼륨 등의 알칼리 금속의 수산화물 또는 수산화칼슘 등의 알칼리 토금속의 수산화물)의 존재 하에, 승온된 온도 (예컨대, 100℃ 내지 180℃, 또는 120℃ 내지 160℃)에서, 예컨대, 1시간 내지 8시간 또는 2시간 내지 4시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 무수당 알코올과 알킬렌 옥사이드의 반응 몰비는, 예컨대, 무수당 알코올 1몰당 알킬렌 옥사이드 1몰 이상, 2몰 이상 또는 3몰 이상이고, 또한 30몰 이하, 20몰 이하, 15 몰 이하 또는 12몰 이하이며, 예를 들어 1몰 내지 30몰, 바람직하게는 2 내지 20몰, 보다 바람직하게는 3 내지 15몰일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 가소제 성분으로서 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물이 0.5 중량부 초과 내지 3 중량부 미만의 양으로 포함된다. 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물 함량이 0.5 중량부 이하이면, 조성물의 황색지수가 증가하고, 반대로 그 함량이 3 중량부를 초과하면, 조성물 내 가소제가 결정화되어 투과도가 낮아진다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 가소제 성분으로서 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물이, 예컨대, 0.5 중량부 초과, 0.6 중량부 이상, 0.7 중량부 이상, 0.8 중량부 이상, 0.9 중량부 이상 또는 1 중량부 이상의 양으로 포함될 수 있고, 또한 3 중량부 미만, 2.9 중량부 이하, 2.8 중량부 이하, 2.7 중량부 이하, 2.6 중량부 이하, 2.5 중량부 이하, 2.4 중량부 이하, 2.1 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1.9 중량부 이하, 1.8 중량부 이하, 1.7 중량부 이하, 1.6 중량부 이하 또는 1.5 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
(3) 폴리알킬렌글리콜
본 발명의 열가소성 수지 조성물에 포함되는 폴리알킬렌글리콜은 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물 내의 폴리알킬렌글리콜 부위와는 상이한 독립 성분이다.
상기 폴리알킬렌글리콜은 알킬렌 글리콜에서 유도되는 단위로 구성되는 에테르 중합체이며, 그 알킬렌기는 직사슬 알킬렌기 또는 분지형 알킬렌기일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 폴리알킬렌글리콜은 탄소원자수2~6의 알킬렌 글리콜로부터 유도되는 단위로 구성되는 중합체일 수 있고, 보다 구체적으로는, 이러한 알킬렌 글리콜은, 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 펜타메틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 3-메틸 테트라메틸렌 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수3~6의 알킬렌 글리콜이, 예컨대, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리메틸렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
일 구체예에서, 상기 폴리알킬렌글리콜은 단일 알킬렌 글리콜의 단독 중합체 또는 2종 이상의 알킬렌 글리콜의 랜덤 공중합체나 블록 공중합체일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 폴리알킬렌글리콜은, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리펜틸렌글리콜, 폴리헥실렌글리콜, 폴리트리메틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리펜타메틸렌글리콜, 폴리헥사메틸렌글리콜 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있으며, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리트리메틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
일 구체예에서, 상기 폴리알킬렌글리콜은 그 편말단 혹은 양 말단이 알킬에테르, 아릴에테르, 아랄킬에테르, 지방산에스테르, 아릴에스테르, 아랄킬에스테르 등으로 캡핑된 것일 수 있으며, 영향이 없고, 에테르화물 또는 에스테르화물을 같이 사용할 수도 있다.
상기 알킬에테르를 구성하는 알킬기는 선형 및/또는 분지형 알킬기일 수 있으며, 보다 구체적으로는, 탄소수1~22의 알킬기, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 옥틸기, 라우릴기, 스테아릴기 등일 수 있다. 즉, 일 구체예에서, 알킬에테르로 캡핑된 폴리알킬렌글리콜은 폴리알킬렌 글리콜의 메틸에테르, 에틸에테르, 부틸에테르, 라우릴에테르, 스테아릴에테르 등일 수 있다.
상기 아릴에테르를 구성하는 아릴기는, 구체적으로, 탄소수6~22, 탄소수6~12, 또는 탄소수6~10의 아릴기일 수 있고, 예를 들면, 페닐기, 톨릴기, 나프틸기 등일 수 있으며, 페닐기, 톨릴기 등이 바람직하다.
상기 아랄킬에테르를 구성하는 아랄킬기는, 구체적으로, 탄소수7~23, 탄소수7~13, 또는 탄소수7~11의 아랄킬기일 수 있고, 예를 들면, 벤질기, 페네틸기 등일 수 있으며, 벤질기가 바람직하다.
상기 지방산에스테르를 구성하는 지방산은 선형 및/또는 분지형 지방산일 수 있고, 포화 또는 불포화 지방산일 수 있으며, 보다 구체적으로는, 탄소수1~22의 1가 또는 2가의 포화 또는 불포화 지방산, 보다 더 구체적으로는, 1가의 포화 지방산(예를 들면, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 길초산, 카프로산, 에난트산, 카프릴산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 펜타데실산, 팔미트산, 헵타데실산, 스테아르산, 노나데칸산, 아라키드산, 베헨산 등), 1가의 불포화 지방산(예를 들면, 올레산, 엘라이드산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산 등), 또는 탄소수 10 이상의 2가의 지방산(예를 들면, 세바스산, 운데칸 이산, 도데칸 이산, 테트라데칸 이산, 탑시아산 및 데센 이산, 운데센 이산, 도데센 이산 등)일 수 있다.
상기 아릴에스테르를 구성하는 아릴기는, 구체적으로, 탄소수6~22, 탄소수6~12, 또는 탄소수6~10의 아릴기일 수 있고, 예를 들면, 페닐기, 톨릴기, 나프틸기 등일 수 있으며, 페닐기, 톨릴기 등이 바람직하다.
상기 아랄킬에스테르를 구성하는 아랄킬기는, 구체적으로, 탄소수7~23, 탄소수7~13, 또는 탄소수7~11의 아랄킬기일 수 있고, 예를 들면, 벤질기, 페네틸기 등일 수 있으며, 벤질기가 바람직하다.
일 구체예에서, 상기 폴리알킬렌글리콜의 수평균 분자량(Mn, g/mol)은 700 이상 또는 800 이상일 수 있고, 또한 4,000 이하 또는 3,000 이하일 수 있다. 폴리알킬렌글리콜의 수평균 분자량이 상기 수준보다 지나치게 높으면 상용성이 저하될 수 있고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 낮으면 성형 시에 가스가 발생할 수 있다.
상기 폴리알킬렌글리콜의 수평균 분자량은 JIS K1577에 준거해 측정한 수산기가에 기반하여 산출한 수평균 분자량일 수 있다.
본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 상기 폴리알킬렌글리콜이 3 중량부 미만의 양으로 포함된다. 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내의 폴리알킬렌글리콜 함량이 3 중량부를 초과하면 조성물의 황색지수가 증가하고, 수지의 백탁에 의해 투과도가 낮아지며, 폴리알킬렌글리콜 유래의 가스에 의한 금형 부착 물량이 증가한다. 상기 폴리알킬렌글리콜의 함량의 하한에는 특별한 제한이 없으나, 너무 적은 양이 사용되면 색상이나 황변의 개선이 충분하지 않을 수 있고, 가스 발생 감소 효과가 불충분해질 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 상기 폴리알킬렌글리콜이, 예컨대, 0.01 중량부 이상, 0.05 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 0.15 중량부 이상, 0.2 중량부 이상 또는 0.25 중량부 이상의 양으로 포함될 수 있고, 또한 3 중량부 미만, 2.9 중량부 이하, 2.5 중량부 이하, 2 중량부 이하, 1.5 중량부 이하, 1 중량부 이하 또는 0.75 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
인계 열안정제
본 발명의 폴리카보네이트 수지 조성물은, 조성물의 색상 개선 및 내열 및 내변색성 향상을 위하여, 인계 열안정제를 더 포함할 수 있다.
상기 인계 열안정제로는 공지의 것을 사용할 수 있으며,, 구체적으로 예를 들면, 인산, 포스폰산, 아인산, 포스핀산, 폴리인산 등의 인의 옥소산; 산성 피로인산 나트륨, 산성 피로인산 칼륨, 산성 피로인산 칼슘 등의 산성 피로인산 금속염; 인산 칼륨, 인산 나트륨, 인산 세슘, 인산 아연 등 제1족 또는 제2 B족 금속의 인산염; 포스페이트 화합물, 포스파이트 화합물, 포스포나이트 화합물 등을 들 수 있고, 포스파이트 화합물이 내변색성과 연속 생산성의 측면에서 바람직하게 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 구체예에서, 상기 포스파이트 화합물은 일반식 :P(OR)3로 표시되는 3가의 인 화합물일 수 있으며, 여기서 R은 1가 또는 2가의 유기기를 나타낸다. 보다 구체적으로, 상기 포스파이트 화합물은, 예를 들면, 트리페닐포스파이트, 트리스(모노노닐페닐)포스파이트, 트리스(모노노닐/디노닐페닐)포스파이트, 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트, 모노옥틸디페닐포스파이트, 디옥틸모노페닐포스파이트, 모노데실디페닐포스파이트, 디데실모노페닐포스파이트, 트리데실포스파이트, 트리라우릴포스파이트, 트리스테아릴포스파이트, 디스테아릴펜타에리트리톨디포스파이트, 비스(2,4-디-tert-부틸-4-메틸페닐)펜타에리트리톨포스파이트, 비스(2,6-디-tert-부틸 페닐)옥틸포스페이트, 2,2-메틸렌비스(4,6-디-tert-부틸 페닐)옥틸포스페이트, 테트라키스(2,4-디-tert-부틸 페닐)-4,4'-비페닐렌-디포스파이트,6-[3-(3-tert-부틸-하이드록시-5-메틸페닐)프로폭시]-2,4,8,10-테트라-tert-부틸디 벤조[d,f][1,3,2]-디옥사포스페핀 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 인계 열안정제는 1종이 단독으로 사용될 수도 있고, 2종 이상이 조합 사용될 수도 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 상기 인계 열안정제가 0.05 중량부 내지 0.5 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 조서물 내 인계 열안정제 함량이 상기 수준보다 지나치게 적으면 색상 개선 및 내열 내변색성 개선 효과가 불충분할 수 있고, 반대로 상기 수준보다 지나치게 많으면 내열 내변색성이 오히려 악화되기 쉽고 습열안정성도 저하하기 쉽다.
보다 구체적으로, 본 발명의 열가소성 수지 조성물 총 100 중량부 내에는, 상기 인계 열안정제가, 예컨대, 0.05 중량부 이상, 0.07 중량부 이상, 0.1 중량부 이상, 0.12 중량부 이상 또는 0.15 중량부 이상의 양으로 포함될 수 있고, 또한 0.5 중량부 이하, 0.45 중량부 이하, 0.4 중량부 이하, 0.35 중량부 이하, 0.3 중량부 이하 또는 0.25 중량부 이하의 양으로 포함될 수 있다.
임의의 추가 첨가제
본 발명의 열가소성 수지 조성물에는, 전술한 성분들 이외에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 필요에 따라 추가의 첨가제가 더 포함될 수 있다.
상기 추가 첨가제의 종류 및 함량은 다양한 목적에 따라 당업자가 용이하게 선택할 수 있다. 일 구체예로, 무기 충진제, 윤활제, 산화방지제, 광안정제, 가수분해안정제, 이형제, 착색제, 자외선 안정제, 대전방지제, 전도성부여제, 자성부여제, 가교제, 항균제, 가공조제, 내마찰제, 내마모제 및 커플링제를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 조성물에 첨가할 수 있다.
상기 산화방지제로는 페놀형, 포스파이트형, 티오에테르형 또는 아민형 산화방지제를 사용할 수 있으며, 상기 이형제로는 불소 함유 중합체, 실리콘 오일, 스테아린산(stearic acid)의 금속염, 몬탄산(montanic acid)의 금속염, 몬탄산 에스테르 왁스 또는 폴리에틸렌 왁스를 사용할 수 있다. 　또한 상기 자외선 안정제로는 벤조페논 또는 벤조트리아졸 및 아민형 자외선 안정제를 사용할 수 있고, 상기 착색제로는 염료 또는 안료를 사용할 수 있다.
또한, 그 외의 추가 첨가제들은 일반적으로 시중에서 판매되는 것을 사용할 수 있다. 추가 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 사용목적 및 용도에 따라 본 발명의 조성물 총 100 중량부를 기준으로, 예컨대, 0.1 내지 5 중량부의 양으로, 보다 구체적으로는 0.2 내지 5 중량부 범위 내에서 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 열가소성 수지 조성물은 바이오매스 유래 물질인 무수당 알코올을 활용하기 때문에 친환경적이며, 종래의 폴리카보네이트 수지 조성물 대비 향상된 광학 특성(즉, 높은 투과도 및 낮은 황변지수)을 나타내는 동시에 인장강도 등의 기계적 특성, 가공성 및 내열성도 우수하기 때문에, 이를 포함하는 성형품은 다양한 산업에서 광학적 용도에 적합하게 사용될 수 있으며, 특히, 라이트 가이드(보다 구체적으로는 자동차용 라이트 가이드, 보다 더 구체적으로는 자동차의 헤드램프용 라이트 가이드) 용도로서 매우 적합하게 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본 발명의 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품이 제공된다.
상기 성형품은 본 발명의 열가소성 수지 조성물의 압출 성형품 또는 사출 성형품일 수 있다.
바람직한 일 구체예에서, 상기 성형품은 라이트 가이드일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 및 비교예에서 사용된 성분들은 다음과 같다.
(A) 폴리카보네이트 수지: 삼양사의 3017 PJ
(B) 이소소르비드의 폴리프로필렌글리콜 부가물
(B-1) PI-1000 (폴리프로필렌글리콜 분자량: 1000 g/mol)
(B-2) PI-2000 (폴리프로필렌글리콜 분자량: 2000 g/mol)
(B-3) PI-4000 (폴리프로필렌글리콜 분자량: 4000 g/mol)
(C) 폴리프로필렌글리콜(Polypropyleneglycol, PPG)
(C-1) PPG-1000 (분자량: 1000 g/mol)
(C-2) PPG-2000 (분자량: 2000 g/mol)
(C-3) PPG-4000 (분자량: 4000 g/mol)
(D) 인계 열안정제(S9228PC, Dover)
상기 이소소르비드의 폴리프로필렌글리콜 부가물들은, 산 처리된 이소소르비드와 프로필렌 옥사이드를 KOH 촉매의 존재하에 100℃내지 140℃에서 부가 반응시킨 후, 결과물을 냉각 및 여과한 다음, 이온교환 수지를 이용하여 정제하는 방식에 의하여 제조되었다.
하기 표 1에 나타낸 각 실시예 및 비교예의 성분 및 함량으로 수지 조성물을 제조한 후, L/D=48 및 Φ인 이축 용융 혼련 압출기에서 용융온도 240 내지 260°C, 스크류 회전 속도 150rpm, 제 1 벤트(vent) 압력 약 -600mmHg 및 자가 공급 속도 20 kg/h의 조건 하에서 압출하였다. 압출된 스트랜드를 물에서 냉각시킨 후, 회전 절단기로 절단하여 펠렛을 제조하였다.
제조된 펠렛을 80℃내지 100℃에서 4시간 동안 열풍 건조한 후, 250℃내지 280℃의 실린더 온도와 80℃의 금형 온도로 사출 성형하여 시편을 제조하였으며, 제조된 각 시편의 물성을 하기에 명시된 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
제조된 각 시편의 물성은 하기의 방법에 의해 측정하였다.
(1) 인장강도: ASTM D638에 의거하여 평가하였다.
(2) 굴곡강도 및 탄성율: ASTM D790에 의거하여 평가하였다.
(3) 충격강도: ASTM D256 (1/8인치 두께, 노치-아이조드) 에 의거하여 평가하였다.
(4) 열변형온도: ASTM D648에 의거하여 18.6 kg/cm2의 하중으로 평가하였다.
(5) 용융지수: ASTM D1238에 의거하여 300℃의 온도 및 1.2 kgf 하중 조건에서 측정하였다.
(6) 투과도: BYK사의 Gardner i Haze Meter를 이용하여 사각 시편 (90 x 80 x 6.4 mm)을 ASTM D1003에 의거하여 투과도(%) 값을 측정하였다.
(7) YI(Yellowness Index, 황색지수): X-rite사의 분광측색계 CI 7800SE를 이용하여 사각 시편 (90 x 80 x 6.4 mm)의 YI 값을 측정하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2022021277-appb-img-000004
[표 2]
Figure PCTKR2022021277-appb-img-000005
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 경우 모두, 우수한 광학 특성(즉, 높은 투과도 및 낮은 황변지수)을 가지는 동시에 가공성(높은 용융지수), 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성율 및 충격강도와 같은 기계적 특성 및 내열성도 우수하여, 균형 잡힌 물성을 확보하여, 자동차 라이트 가이드용으로 사용하기에 적합하였다.
반면, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예들의 경우, 실시예에 비하여 광학 특성이 열악(즉, 낮은 투과도 및 높은 황변지수)하였다.

Claims (10)

  1. (1) 기본 수지로서 폴리카보네이트 수지;
    (2) 가소제 성분으로서 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물; 및
    (3) 폴리알킬렌글리콜;을 포함하며,
    조성물 총 100 중량부를 기준으로, 상기 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물의 함량이 0.5 중량부 초과 내지 3 중량부 미만이고, 상기 폴리알킬렌글리콜의 함량이 3 중량부 미만인,
    열가소성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (1) 폴리카보네이트 수지가 열가소성 방향족 폴리카보네이트 수지인, 열가소성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (2) 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물 내의 무수당 알코올이 이소소르비드인, 열가소성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (2) 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물 내의 폴리알킬렌글리콜이 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜 또는 이들의 조합인, 열가소성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (2) 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물이 하기 화학식 2로 표시되는 것인, 열가소성 수지 조성물:
    [화학식 2]
    H-[X]p-[O-A-O]-[X']q-H
    상기 화학식 2에서,
    [O-A-O]는 무수당 알코올의 양말단 히드록시기에서 수소원자를 제거한 무수당 알코올 유래 부분이고,
    H-[X] p는 독립적으로 H-[O-알킬렌] p이고,
    [X']q-H는 독립적으로 [알킬렌-O]q-H이고,
    p 및 q는 각각 독립적으로 2 내지 15의 정수를 나타낸다.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (2) 무수당 알코올의 폴리알킬렌글리콜 부가물이 하기 화학식 3으로 표시되는 것인, 열가소성 수지 조성물:
    [화학식 3]
    Figure PCTKR2022021277-appb-img-000006
    상기 화학식 3에서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 8의 선형 또는 탄소수 3 내지 8의 분지형 알킬렌기를 나타내고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 2 내지 15의 정수를 나타낸다.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (3) 폴리알킬렌글리콜이 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리펜틸렌글리콜, 폴리헥실렌글리콜, 폴리트리메틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 폴리펜타메틸렌글리콜, 폴리헥사메틸렌글리콜 및 이들의 조합으로부터 선택된 것인, 열가소성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 인계 열안정제를 더 포함하는, 열가소성 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 열가소성 수지 조성물을 포함하는 성형품.
  10. 제9항에 있어서, 라이트 가이드인 성형품.
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