열가소성 투명 수지 document_id A220623031422

열가소성 수지 시트는 각종 디스플레이 기기의 투명 시트 기판이나 디스플레이 전면 패널, 병원의 글레이징 (glazing) 등에 응용되고 있다. 이용되는 열가소성 수지로는 메타크릴 수지 (PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 (PET), 폴리카보네이트 수지 (PC), 염화 비닐 수지 (PVC) 등을 들 수 있다. PMMA 는 표면 경도, 내후성에는 뛰어나지만, 내열 변형성, 저흡수성 (低吸水性)이 부족하고, PET 는 내충격성에는 뛰어나지만, 표면 경도가 충분하지 않다. 또, PC 는 내열 변형성, 내충격성에는 뛰어나지만, 표면 경도, 내후성, 내약품성이 불충분하고, PVC 는 저비용, 난연성 등의 특징이 있지만, 내열 변형성이 부족하다는 문제가 있다. 메타크릴 수지를 공중합에 의해 개질하고 저흡수성을 부여한 메타크릴산 메틸-스티렌 공중합체 (이하 MS 수지라 약칭한다.)는 각종 디스플레이 기기의 투명 시트 기판으로서 널리 사용되고 있지만, 방향환 골격을 가지기 때문에 메타크릴 수지에 비하면 투명성이 뒤떨어져 용도가 한정되는 경우가 있었다. 또 그 치수 안정성, 내열 변형성에 관해서도 새로운 개선이 요구되고 있다. 한편, 플라스틱 렌즈나 도광판이라고 하는 사출 성형으로 제조되는 플라스틱제 광학 물품으로는, 상술한 물성 외에도 높은 용융 유동성이 요구되고 있다. 수지 자신의 용융시의 유동성을 높임으로써 금형 세부에까지 수지를 도달시켜, 캐비티 (cavity) 형상을 정밀하게 전사하기 위함이다. 용융 수지의 유동성은 수지의 구조, 분자량, 성형 온도에 의해서 어느 정도 조정할 수 있다. 그러나 수지의 일차 구조를 바꾸고, 유리 전이 온도를 저하하는 설계를 하면, 성형체의 내열 변형성을 얻을 수 없다. 분자량을 낮게 하는 것도 유동성은 개선되지만 기계 물성 면에서 한계가 있다. 성형 온도는 높을수록 용융 수지의 유동성이 높아지지만, 열 열화 (熱 劣化)에 의해 기계 물성이 저하하거나 착색하거나 휘발 성분으로부터 발생한 가스에 의해서 성형체의 외관이 불량이 되기 때문에 성형 온도의 범위는 한정된다. 특히 착색에 의한 색조의 악화는 광학 물품 용도에 있어서 가장 중대한 문제이다. 또, 성형 단재 (端材, pieces of scrap)를 회수, 파쇄하고 재성형하여 유효하게 이용하는 점으로부터도, 고도의 내열 분해성이 요구되고 있다. 지금까지 첨가제에 의해 내열 분해를 개선하는 것이 시도되고 있지만, 광학 물품 용도에서는 할 수 있는 한 첨가물 등을 배제해 광학적인 순도를 높이는 것이 필요하다. 따라서, 분해 등에 의해 착색이 일어나지 않게, 수지 자신의 내열 분해성을 개선하는 것이 요구되고 있다. 스티렌계 수지의 방향환을 수소화 (방향족 이중 결합의 수소화)하는 기술은 예부터 알려져 있어, 폴리스티렌으로부터 얻을 수 있는 폴리비닐시클로헥산은 기계 강도가 뒤떨어진다고 하는 결점은 있지만, 투명성과 내열 변형성이 뛰어난 수지이다. 그 뛰어난 투명성과 내열 변형성으로부터, 광 디스크 기판에의 응용이 검토되어 왔다 (특허문헌 1 참조). MS 수지의 방향족 이중 결합을 수소화하여 얻은 특정의 모노머 조성을 가지는 수지를 광 디스크 용도나 플라스틱 렌즈 용도에 응용한 예가 개시되어 있다 (특허문헌 2, 특허문헌 3 참조). 그러나 이들에 개시되어 있는 수지는 비닐시클로헥산 반복 단위를 전체 반복 단위의 50% 이상 포함하므로 금속과의 밀착성이 부족해, 내열 변형성이 반드시 충분한 것은 아니다. 그 때문에, 광 디스크 기판에 요구되는 성능을 충분히 발휘하지 못하는 일이 있었다. 또, 플라스틱 렌즈 등에 있어서는 기계 물성의 면에 있어서도 실용 성능을 만족하지 않는 경우가 있었다. 광학 물품의 구체적인 예로는 면 (面) 발광 장치인 백라이트형 도광판 (backlight-type light guide plate)이 있다. 20인치 이하의 도광판은 사출 성형으로 제조되는 일이 많고, 20인치를 넘는 대형의 면 발광 장치에 사용되는 도광판은 열가소성 수지 시트를 잘라서 제조되는 것이 많다. 특히 근래에는 액정 표시 장치가 대형화하여, 고휘도로 휘도 불균일 (ununiformity)이 없는 균일한 발광 성능을 가지는 면 발광 장치가 요구되고 있다. 또, 컬러 표시 요구가 높아지는 가운데, 색조 재현성이나 색조 안정성도 뛰어난 면 발광 장치가 요구되고 있는 것이 현 상황이다. 더욱 근래에는, 휘도를 향상시키기 위해 면 발광 장치는 보다 가혹한 조건하에서 조작되므로, 도광판이 열화해 착색하여, 출사광의 색조가 변화해 버리는 것이 큰 문제가 되고 있다. 이들의 해결책으로서 여러 가지의 산화 방지제나 자외선 흡수제의 첨가나, 첨가제에 의한 색조 보정이 많이 시도되고 있지만, 휘도 불균일이나 색 불균일을 초래해 버려, 세밀한 컬러 표시를 곤란하게 하고 있다. 또, 화면의 대형화에 수반하여, 더욱더 저흡수성이 요구되고 있다. 이는 수지가 흡수함으로써 뒤틀림 (warp)이 생겨 휘도 불균일이나 색 불균일에도 관계되기 때문이다. 프로젝션 텔레비전의 투과형 스크린과 같은 광학 스크린은 통상 프레넬 (Fresnel) 렌즈 시트나 렌티큘러 렌즈 시트와 같은 렌즈 유닛으로 구성되어 있다. 프레넬 렌즈 시트는 열가소성 수지 기판에 프레넬 렌즈를 형성한 것이고, 렌티큘러 렌즈 시트는 열가소성 수지 기판에 렌티큘러 렌즈를 형성한 것이다. 프레넬 렌즈는 렌즈 면을 연속상으로는 아니고 계단상으로 한 렌즈이며, 동심원상의 프리즘이라고 생각할 수도 있다. 또, 렌티큘러 렌즈는 반원통 형태의 렌즈를 세로축이 평행이 되도록 옆으로 나란히 늘어놓은 판 모양의 렌즈 어레이이다. 이러한 기판용 수지로는 투명성의 관점으로부터 아크릴계 수지가 채용되고 있고, 다층 구조의 고무 성분이 첨가된 아크릴 수지 (특허문헌 4 참조), 메타크릴산 tert-부틸시클로헥실 단위를 포함한 메타크릴계 수지 (특허문헌 5 참조), 스티렌을 36 중량% 의 비율로 공중합시킨 메타크릴산 메틸-스티렌 공중합 수지 (특허문헌 6 참조) 등이 개시되고 있다. 기판용 수지로서 예를 들면 PMMA 와 같은 흡수성이 높은 수지를 이용하면 스크린의 치수 변화가 일어나기 쉽고, 역으로 폴리스티렌과 같은 극성이 낮은 수지를 선택하면 흡수성은 작지만 표면의 밀착성이 부족하기 때문에 기판 위에 형성하는 자외선 경화형 수지제의 렌즈가 박리하는 경우가 있다. 또, 근래에는 발광원이 CRT에서 액정 표시 장치로 변하고 있어, 기판에는 복굴절성이 없는 것이 강하게 요구되고 있다. 즉, 저흡수성, 저복굴절성, 자외선 경화형 수지와의 우수한 밀착성의 밸런스가 뛰어난 기판용 수지가 요구되고 있다. 더욱이, 광학 물품의 예로서 디스플레이 장치의 전면 패널이 있다. 반사 방지 성능, 내찰상 성능 (scratch resistance), 방오 성능 (stain resistance) 등이 중요하다. 또 흡수에 의해서 뒤틀림을 일으키지 않는 것은 물론, 가시광선 영역에 있어서는 가능한 한 균질의 투과광을 얻을 수 있는 것이 필수이다. 한편, 크기가 작은 도광판과 같은 판 형상이나 복잡한 구조를 필요로 하는 광학 물품은 주로 사출 성형에 의해서 제조된다. 사출 성형에 의해서 제조되는 그 외의 광학 물품의 예로는 플라스틱 렌즈가 있다. 재료는 박육부 (薄肉部, thin-wall portion)의 전사성 (캐비티 형상의 재현성)이 양호하다고 하는 것이 중요하다. 더욱이 근래에는 광 정보 기록 매체의 기록 밀도 향상을 위해, 정보의 기록, 재생용의 레이저 파장을 짧게 하는 것, 특히 350~450nm 로 하는 것이 검토되고 있어, 이에 대응할 수 있는 렌즈가 요구되고 있다. 플라스틱 렌즈에 적절한 수지, 특히 405nm 부근의 블루 레이저에 대응할 수 있는 수지로서 비닐 지환식 탄화수소계 수지 (특허문헌 7 참조)가 개시되고 있지만, 성형성, 투명성, 내광성의 면에서 불충분하다. 또, 렌즈 형상에 문제없이 성형되었을 경우에도, 설치할 때에 렌즈의 유지 부분이 갈라지는 등, 실용상의 기계 물성의 낮음이 문제가 되고 있다. 광학 물품의 다른 구체적인 예로 광 기록 매체 기판에는 폴리카보네이트가 주로 이용되고 있지만, 광자기 기록 디스크의 대용량화나 디지털 다용도 디스크의 개발, 블루 레이저의 개발로 대표되는 기록 밀도의 고밀도화의 진전에 수반해, 복굴절이나 뒤틀림이 문제가 되고 있다. 폴리카보네이트의 대체 재료로서 수소화 폴리스티렌이 제안되고 있다 (특허문헌 8 참조). 또, 스티렌에 이소프렌이나 부타디엔 등의 공역 디엔을 블록 공중합시켜 고무 성분을 도입한 스티렌-공역 디엔 블록 공중합체의 수소화물도 보고되고 있다 (특허문헌 9 참조). 그러나 이러한 수소화 스티렌계 방향족 탄화수소 중합체는 그 수소화가 불완전하면 헤이즈 (haze)가 높아지는 경우가 있어, 광 기록 매체 기판으로서 이용하려면 문제가 있다. 특허문헌 1: 일본 특개소 63-43910 호 공보 특허문헌 2: 일본 특개평 6-25326 호 공보 특허문헌 3: 일본 특개평 4-75001 호 공보 특허문헌 4: 일본 특개평 1-128059 호 공보 특허문헌 5: 일본 특개평 2-254434 호 공보 특허문헌 6: 일본 특개평 9-302176 호 공보 특허문헌 7: 일본 특개 2001-272501 호 공보 특허문헌 8: 일본 특공평 7-114030 호 공보 특허문헌 9: 일본 특허 제 2730053 호 공보