JP2008023881A - 帯電防止性に優れた光拡散性ポリカーボネート樹脂板 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリカーボネート樹脂の透明性を損なうことなく、優れた帯電防止性、光拡散性および輝度を有し、高度な光学的性能を必要とする用途、特に液晶表示装置用バックライトなどに使用される光拡散板の提供。
【解決手段】光拡散剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる基材の少なくとも片面に、帯電防止剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる表層を共押出成形してなる光拡散性ポリカーボネート樹脂板において、・当該表層の帯電防止剤が、特定の有機スルホン酸ホスホニウム塩であり、かつ・当該帯電防止剤の含有量が、表層に使用されるポリカーボネート樹脂100重量部あたり、2.0重量部を超え10重量部以下であり、さらに、所望によってはポリカプロラクトンを、表層に使用されるポリカーボネート樹脂100重量部あたり、0.01〜15重量部含有することを特徴とする光拡散性ポリカーボネート樹脂板。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光拡散性を有するポリカーボネート樹脂からなる基材に特定構造の帯電防止剤、および所望によってはポリカプロラクトンを含有するポリカーボネート樹脂層を表層として共押出成形してなることを特徴とする光拡散性ポリカーボネート樹脂板に関する。

ポリカーボネート樹脂は、機械的特性、耐熱性、耐光性に優れている上、高い光線透過率を有する樹脂として幅広い用途に使用されている。例えばスカイドーム、トップライト、アーケード、マンションの腰板、道路側壁板の建築分野にも多量に使用されている。これらの用途の多くは乳白色の光拡散板であり、ポリカーボネート樹脂に炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化ケイ素、酸化チタン等の光拡散剤を混合する方法（特公昭５７−２４１８６、微粒子を分散させる方法（特開平０５−２５７００２）等が提案されている。

特公昭５７−２４１８６号公報 特開平０５−２５７００２号公報

この様な光拡散性ポリカーボネート樹脂板は、液晶ディスプレイ用のエッジライト方式もしくは直下型バックライト方式の面光源体やスキャナーの面光源体に用いられている。

先に述べた特公昭５７−２４１８６号公報、特開平０５−２５７００２公報記載の光拡散板は光を拡散させる部材として最低限の機能を有していが、実際に面光源体に組み込まれた際に埃の付着といった問題が発生し、使用環境の変化によって液晶画面に表示ムラが発生することがあり帯電防止性能の付与が求められていた。

一般に、ポリカーボネート樹脂に帯電防止性能を付与する方法として、導電性カーボンブラックやカーボンファイバーを配合することが行なわれている。しかし、これらは黒色を呈しているため、光拡散板といった光学用途への適用は困難であった。
また、黒色以外の用途には一般にアルカンスルホネートの金属塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩等が帯電防止剤として使用されていたが、これらをポリカーボネート樹脂に配合すると色調が白色不透明になるため、充分な光透過性が得られないため面光源体として高い輝度が得られないといった問題があった。

本発明は、面光源体に組み込まれた際に輝度を損なわずに、優れた帯電防止性を有する光拡散性ポリカーボネート樹脂板を得ることを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、光拡散性ポリカーボネート樹脂からなる基材の少なくとも片面に、特定構造の帯電防止剤および所望によってはポリカプロラクトンを含有するポリカーボネート樹脂層を共押出成形することで、優れた帯電防止性を有する光拡散性ポリカーボネート樹脂板を得ることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、光拡散剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる基材の少なくとも片面に、帯電防止剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる表層を共押出成形してなる光拡散性ポリカーボネート樹脂板において、
・当該表層の帯電防止剤が、下記一般式（１）に表される有機スルホン酸ホスホニウム塩であり、かつ
・当該帯電防止剤の含有量が、表層に使用されるポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、２．０重量部を超え１０重量部以下であり、さらに、所望によってはポリカプロラクトンを、表層に使用されるポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、０．０１〜１５重量部含有することを特徴とする光拡散性ポリカーボネート樹脂板を提供するものである。
一般式（１）

（式中、Ｒ１は炭素数１〜４０のアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２〜Ｒ５は水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基又はアリール基であり、これらは同じであっても異なっていてもよい。）

本発明の光拡散性ポリカーボネート樹脂板は、ポリカーボネート樹脂の透明性を損なうことなく、優れた帯電防止性、光拡散性および輝度を有し、高度な光学的性能を必要とする用途、とりわけ液晶表示装置用バックライトなどに使用される光拡散板に好適に用いられる。

本発明の基材および表層に使用されるポリカーボネート樹脂は、種々のジヒドロキシジアリール化合物とホスゲンとを反応させるホスゲン法、またはジヒドロキシジアリール化合物とジフェニルカーボネートなどの炭酸エステルとを反応させるエステル交換法によって得られる重合体であり、代表的なものとしては、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）から製造されたポリカーボネート樹脂が挙げられる。

上記ジヒドロキシジアリール化合物としては、ビスフェノールＡの他に、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）オクタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルメタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル−３−メチルフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシ−３−第三ブチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−ブロモフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３、５−ジブロモフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）プロパンのようなビス（ヒドロキシアリール）アルカン類、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロペンタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンのようなビス（ヒドロキシアリール）シクロアルカン類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４′−ジヒドロキシ−３，３′−ジメチルジフェニルエーテルのようなジヒドロキシジアリールエーテル類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルフィドのようなジヒドロキシジアリールスルフィド類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、４，４′−ジヒドロキシ−３，３′−ジメチルジフェニルスルホキシドのようなジヒドロキシジアリールスルホキシド類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４，４′−ジヒドロキシ−３，３′−ジメチルジフェニルスルホンのようなジヒドロキシジアリールスルホン類等が挙げられる。これらは、単独または２種類以上混合して使用される。これらの他に、ピペラジン、ジピペリジルハイドロキノン、レゾルシン、４，４′−ジヒドロキシジフェニル等を混合して使用してもよい。

さらに、上記のジヒドロキシアリール化合物と以下に示すような３価以上のフェノール化合物を混合使用してもよい。３価以上のフェノールとしてはフロログルシン、４，６−ジメチル−２，４，６−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−ヘプテン、２，４，６−ジメチル−２，４，６−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−ヘプタン、１，３，５−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−ベンゾール、１，１，１−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−エタンおよび２，２−ビス−［４，４−（４，４′−ジヒドロキシジフェニル）−シクロヘキシル］−プロパンなどが挙げられる。

表層または基材に使用されるポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量は、通常１００００〜１０００００、好ましくは１５０００〜３５０００、さらに好ましくは１７０００〜２８０００である。かかるポリカーボネート樹脂を製造するに際し、分子量調節剤、触媒等を必要に応じて使用することができる。

本発明にて使用される光拡散剤とは、高分子系および無機系など化学組成上特に制限はないが、本発明のポリカーボネート樹脂成分に光拡散剤を添加し、押出機による溶融混合など公知の方法にて分散させた際にマトリックス相と相溶しないか、あるいは相溶しにくく粒子として存在することが必要である。

光拡散剤の具体例としては、炭酸カルシウム、シリカ、シリコーン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン、リン酸チタン、チタン酸マグネシウム、チタン酸マグネシウム、マイカ、ガラスフィラー、硫酸バリウム、クレー、タルク、シリコーンゴム状弾性体、ポリメチルシルセスオキサンなどの無機系拡散剤、アクリル系、スチレン系、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ウレタン系、ナイロン系、メタクリレート−スチレン系、フッ素系、ノルボルネン系などの有機系拡散剤などが挙げられる。とりわけ、シリカ、シリコーンまたはアクリル系が好適に用いられる。

さらに、光拡散剤の粒子径としては、該拡散剤を添加することにより所望の光拡散性が得られるものであれば特に制限はないが、平均粒子径として１〜３０μｍ程度のものが好適に使用できる。１μｍ未満であると光を透過するのみで、もはや光拡散効果が得られにくくなる場合がある。一方、３０μｍを超えると、十分な光拡散効果が得られず視認性に劣る場合がある。また、粒径分布としては特に制限はないが、０．１〜１００μｍ程度であり、さらに、１．５〜２５μｍの範囲でより好適に使用できる。さらに、平均粒子径、粒径分布および種類の異なる２種類以上の光拡散剤を併用してもよく、粒径分布が一様ではなく、２つ以上の粒径分布を有するものなどを単独または併用して使用することもできる。

光拡散剤の配合量としては、基材のポリカーボネート樹脂１００重量部あたり０．１〜１０重量部が好適である。配合量が０．１重量部未満であると十分な光拡散効果が得られにくくなる場合がある。一方、１０重量部を超えると光の透過性が損なわれ、十分な光拡散性能が得られなくなる場合がある。より好ましくは、０．３〜５重量部の範囲である。

本発明にて使用される帯電防止剤は、下記一般式（１）で表される有機スルホン酸のホスホニウム塩である。
一般式（１）

（式中、Ｒ１は炭素数１〜４０のアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２〜Ｒ５は水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基又はアリール基であり、これらは同じであっても異なっていてもよい。）

上記一般式（１）で表わされる帯電防止剤の中でも特に、下記一般式（２）で表わされる帯電防止剤が好適に使用できる。
一般式（２）

本発明の表層に使用される帯電防止剤の配合量は、表層のポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、２重量部を超え１０重量部以下である。配合量が２重量部以下では帯電防止性に劣り、また１０重量部を超えると熱安定性が低下するので好ましくない。より好ましくは、２．２〜５重量部の範囲である。

本発明にて使用されるポリカプロラクトンは、ε−カプロラクトンを触媒存在下で開環重合して製造されるポリマーであり、とりわけ２−オキセパノンのホモポリマーが好適に用いられる。該ポリマーは市販品として容易に入手可能で、ダウ・ケミカル社製トーンポリマー、ソルベイ社製ＣＡＰＡなどが用いられる。ポリカプロラクトンの粘度平均分子量としては、１００００〜１０００００のものが好適で、さらに好ましくは４００００〜９００００である。

さらに、ポリカプロラクトンには、ε−カプロラクトンを開環重合させる際に、１，４−ブタンジオールなどと共存させて変性したものや分子末端をエーテルあるいはエステル基などで置換した変性ポリカプロラクトンも含まれる。このポリカプロラクトンを帯電防止剤と併用することにより、効果発現の機構は不明であるものの、帯電防止性への相乗効果が見出され、さらに透明性の低下をもたらさないという優れた効果を有する。

ポリカプロラクトンの配合量は、表層のポリカーボネート樹脂１００重量部あたり０．０１〜１５重量部である。配合量が０．０１重量部未満であると、十分な帯電防止性の相乗効果が得られないため好ましくない。一方、１５重量部を越えると、透明性の低下が起こるため好ましくない。より好ましい組成比率としては、０．１〜７重量部である。

本発明の光拡散性ポリカーボネート樹脂板において、実用上、光拡散性以外に要求される性能により、公知の各種添加剤、ポリマーなどを必要に応じて基材および／または表層に、添加することができる。例えば、長期間、光に暴露された際の樹脂成形品の変色を抑制するために、ヒンダードアミン系の耐光安定剤を、さらに、鮮やかな色調を得るために、ベンゾオキサゾール系の蛍光増白剤およびこれらを併用して添加してもよい。

本発明の光拡散性ポリカーボネート樹脂板には、上記以外の公知の添加剤、例えばフェノール系またはリン系熱安定剤［２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２−（１−メチルシクロヘキシル）−４，６−ジメチルフェノール、４，４′−チオビス−（６−ｔ−ブチル−３−メチルフェノール）、２，２−メチレンビス−（４−エチル−６−ｔ−メチルフェノール）、ｎ−オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、４，４′−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス−（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）等］、滑剤［パラフィンワックス、ｎ−ブチルステアレート、合成蜜蝋、天然蜜蝋、グリセリンモノエステル、モンタン酸ワックス、ポリエチレンワックス、ペンタエリスリトールテトラステアレート等］、着色剤［例えば染料］、充填剤［炭酸カルシウム、クレー、シリカ、ガラス繊維、ガラス球、ガラスフレーク、カーボン繊維、タルク、マイカ、各種ウィスカー類等］、流動性改良剤、展着剤［エポキシ化大豆油、流動パラフィン等］、さらには他の熱可塑性樹脂や各種耐衝撃改良剤（ポリブタジエン、ポリアクリル酸エステル、エチレン・プロピレン系ゴム等のゴムに、メタアクリル酸エステル、スチレン、アクリロニトリル等の化合物をグラフト重合してなるゴム強化樹脂等が例示される。）を必要に応じて添加することができる。

本発明における実施の形態および順序を以下に示す。
光拡散剤および基材に使用するポリカーボネート樹脂を、任意の配合量で計量し、タンブラー、リボンブレンダー、高速ミキサー等により一括混合した後、混合物を通常の一軸または二軸押出機を用いて溶融混練しペレット化させる方法、あるいは、各々の成分を別々に計量し、複数の供給装置から押出機内へ投入し溶融混合する方法、さらには、ポリカーボネート樹脂に対して、光拡散剤を高濃度に配合し、一旦溶融混合してペレット化しマスターバッチとした後、当該マスターバッチとポリカーボネート樹脂を、所望の比率により混合することもできる。
そして、これらの成分を溶融混合する際の、押出機に投入する位置、押出温度、スクリュー回転数、供給量など、状況に応じて任意の条件が選択され、ペレット化することができる。これにより、基材用のペレットが得られる。
また、帯電防止剤と表層に使用するポリカーボネート樹脂とを、任意の配合量で計量し、上記と同様の方法を用いて表層用のペレットを得ることができる。
これにより得られた基材用、表層用のペレットをそれぞれ、２から３基の一軸又は二軸押出機で溶融混錬した後、共押出用ダイの基材フィードブロック及び表層フィードブロックにそれぞれ供給し積層シートを得る。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、実施例中の「％」、「部」はそれぞれ重量基準に基づく。

尚、使用した原材料は以下のとおりである。
ポリカーボネート樹脂：
住友ダウ社製 カリバー２００−１３
（粘度平均分子量：２１５００、以下ＰＣと略記）
ポリカプロラクトン
ソルベイ社製 ＣＡＰＡ６５００Ｃ
（粘度平均分子量：５００００、以下ＰＣＬと略記）
光拡散剤：
日興リカ社製 ＭＳＰ−Ｓ０２０
（ポリメチルシルセスオキサン系拡散剤、以下ＬＤ−１と略記）
ガンツ化成社製 ＧＭ０４４９Ｓ
（アクリル系拡散剤、以下ＬＤ−２と略記）
帯電防止剤：
竹本油脂社製 Ｓ−４１８
（アルキルベンゼンスルホン酸ホスホニウム塩 以下帯電防止剤と略記）

前述の各種原料を表１〜３に示す基材又は表層材用の配合比率にて、にそれぞれタンブラーに投入し、１０分間乾式混合した後、２軸押出機（日本製鋼所社製ＴＥＸ３０α）を用いて、溶融温度２６０℃にて混錬し、基材又は表層材用のペレットを得た。

得られた基材及び表層材用のペレットをそれぞれ１２５℃×２時間の乾燥条件にて事前に乾燥を行った。
基材用押出機（田辺プラスチック社製ＶＳ４０単軸押出機（Ｌ／Ｄ＝３２、４０Φ））に事前乾燥を行なった基材用ペレットを投入し２６０℃の条件下で共押出用ダイの基材フィードブロックから供給した。また、同時に表層用押出機（プラ技研社ＰＥＸ-２５-２４型単軸押出機（Ｌ／Ｄ＝２４、２５Φ））に事前乾燥した表層用ペレットを投入し２６０℃の条件下で表層材フィードから溶融押出を行ない、共押出シートを得た。

本発明における各種評価項目及び測定方法について説明する。

１．表面固有抵抗（Ｒｓ）：
得られた共押出シートを９０×５０×２ｍｍに裁断し、２３℃、５０％相対湿度の条件で２４時間状態調節した後、超絶縁計（シシド静電気社製ＳＭＥ−８３１１）を使用し、測定電圧５００Ｖ、サンプリング時間６０秒の条件で表面抵抗値を測定した。表面固有抵抗Ｒｓが１×１０^１４未満の場合を合格とした。

２．半減期：
得られた共押出シートを９０×５０×２ｍｍに裁断し、シシド社製のスタティックオネストメーター・Ｈ−０１１０にて半減期を測定した。まず、１０ＫＶの電荷を、試験片の耐電圧が一定になるまで印加し続ける。その後、チャージを止め帯電圧の減衰を観察し、初期の帯電圧が半減するまでの時間を測定して半減期とした。半減期が１０秒以下を合格とした。

３．輝度の測定
２本の冷陰極管を裁断した共押出シート（９０×５０×２ｍｍの厚み）の裏側に配置し、ランプ間の垂直方向にある試験片表面上の輝度を測定した。尚、輝度とは、ある方向に向かう光度の、その方向に垂直な面における単位面積当たりの割合のことをいい、一般に、発光面の明るさの程度を表す[単位:(ｃｄ/ｍ^２)]。また、評価の基準としては、ランプ間輝度の測定値が２５００ｃｄ／ｍ^２以上であるものを合格（○）、２５００ｃｄ／ｍ^２未満であるものを不合格（×）とした。また、測定方法の概略を図１に示す。

表１及び表２に示すとおり、本発明の構成を満足する場合（実施例１〜１３）には、全ての評価項目において十分な性能を有していた。

一方、表３に示すとおり、本発明の構成を満足しない場合には、いずれの場合も何らかの欠点を有していた
・比較例１は、表層材料に使用する帯電防止剤の配合量が規定量に満たない場合であるが、表面固有抵抗および半減期が劣る結果となった。
・比較例２は、表層材料に使用する帯電防止剤の配合量が規定量を超える場合であるが、色相が悪くなり目標の輝度が得られない結果となった。
・比較例３は、比較例１の基材に使用した光拡散剤をＬＤ−１からＬＤ−２に変更した例であるが、表層材料に使用する帯電防止剤の配合量が規定量に満たないため、表面固有抵抗および半減期が劣る結果となった。
・比較例４は、比較例２の基材に使用した光拡散剤をＬＤ−１からＬＤ−２に変更した例であるが、表層材料に使用する帯電防止剤の配合量が規定量を超えるため、色相が悪くなり目標の輝度が得られない結果となった。
・比較例５は、表層材料に使用するポリカプロラクトンの配合量が規定量を超える場合であるが、透明性が落ちるため、目標の輝度が得られない結果となった。

本発明におけるランプ間輝度の測定方法を示す図である。

符号の説明

Ａ：輝度計
Ｂ：ランプの光線
Ｃ：光拡散板
Ｄ：ランプ（冷陰極管）

Claims (5)

1. 光拡散剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる基材の少なくとも片面に、帯電防止剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる表層を共押出成形してなる光拡散性ポリカーボネート樹脂板において、
   ・当該表層の帯電防止剤が、下記一般式（１）に表される有機スルホン酸ホスホニウム塩であり、かつ
   ・当該帯電防止剤の含有量が、表層に使用されるポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、２．０重量部を超え１０重量部以下である、
   ことを特徴とする光拡散性ポリカーボネート樹脂板。
   一般式（１）
   

   

   （式中、Ｒ１は炭素数１〜４０のアルキル基又はアリール基であり、Ｒ２〜Ｒ５は水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基又はアリール基であり、これらは同じであっても異なっていてもよい。）
2. 光拡散剤を必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる基材の少なくとも片面に、帯電防止剤およびポリカプロラクトンを必須成分として含有するポリカーボネート樹脂組成物からなる表層を共押出成形してなる光拡散性ポリカーボネート樹脂板において、
   ・当該表層の帯電防止剤が、上記一般式（１）に表される有機スルホン酸ホスホニウム塩であり、かつ
   ・当該帯電防止剤の含有量が、表層に使用されるポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、２．０重量部を超え１０重量部以下であり、かつ
   ・ポリカプロラクトンの含有量が、表層に使用されるポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、０．０１〜１５重量部であることを特徴とする光拡散性ポリカーボネート樹脂板。
3. 帯電防止剤が、下記一般式（２）に示されるアルキルベンゼンスルホン酸ホスホニウム塩を有効成分として含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光拡散性ポリカーボネート樹脂板。
   一般式（２）
   

   
4. 帯電防止剤の配合量が、表層のポリカーボネート樹脂１００重量部あたり２．２〜５重量部であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光拡散性ポリカーボネート樹脂板。
5. ポリカプロラクトンの配合量が、表層に使用されるポリカーボネート樹脂１００重量部あたり、０．１〜７重量部であることを特徴とする請求項２に記載の光拡散性ポリカーボネート樹脂板。
   
   

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