KR-20260060661-A - Multilayer Polycarbonate Sheet with Enhanced UV Protection and Impact Resistance and Method of Manufacturing the Same

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Abstract

본 발명은 자외선 차단 효과 및 투명성이 우수한 다층 폴리카보네이트 시트에 관한 것으로, 다층 구조로 인해 내충격성과 내후성이 강화되어 장시간 자외선에 노출되더라도 시트의 물리적 성질이 저하되지 않으며, 자외선 차단이 필요한 다양한 환경에서 사용될 수 있는 고성능 폴리카보네이트 시트를 제공한다.

Inventors

황지혜

Assignees

황지혜

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241025

Claims (4)

자외선 차단 성능이 우수하고 내충격성이 강화된 다층 폴리카보네이트 시트로서 (a) 폴리카보네이트와 산화아연 나노입자를 포함하는 기재층 (b) 폴리카보네이트와 자외선 안정제를 포함하는 코팅층을 포함하며 상기 코팅층은 벤조트리아졸계 자외선 차단제를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 폴리카보네이트 시트.
청구항 1에 있어서, 상기 기재층은 산화아연 나노입자의 평균 입경(D50)이 40nm에서 90nm 사이의 범위를 가지며, 코팅층의 두께가 기재층 두께의 1%에서 10% 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 다층 폴리카보네이트 시트.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 코팅층은 자외선 A(UVA) 및 자외선 B(UVB) 영역에서 자외선 투과율을 각각 5% 이하, 2% 이하로 감소시키는 기능을 가지며, 시트의 가시광선 투과율이 85% 이상인 것을 특징으로 하는 다층 폴리카보네이트 시트.
청구항 1에 있어서, 상기 기재층은 산화아연과 이산화티타늄 나노입자를 포함하며, 두 나노입자의 중량비가 1:0.5에서 1:3의 비율로 포함되는 것을 특징으로 하는 다층 폴리카보네이트 시트.

Description

자외선 차단 및 내충격성이 강화된 다층 폴리카보네이트 시트 및 제조 방법 {Multilayer Polycarbonate Sheet with Enhanced UV Protection and Impact Resistance and Method of Manufacturing the Same} 본 발명은 자외선 차단 효과 및 투명성이 우수한 다층 폴리카보네이트 시트에 관한 것으로, 다층 구조로 인해 내충격성과 내후성이 강화되어 장시간 자외선에 노출되더라도 시트의 물리적 성질이 저하되지 않으며, 자외선 차단이 필요한 다양한 환경에서 사용될 수 있는 고성능 폴리카보네이트 시트를 제공한다. 폴리카보네이트(Polycarbonate)는 열가소성 플라스틱의 한 종류로, 탁월한 투명성, 내충격성, 내열성 및 전기적 특성을 지니고 있어 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 고분자 재료이다. 폴리카보네이트는 비스페놀 A(BPA)와 포스겐(Phosgene)의 중합 반응을 통해 주로 제조되며, 이로 인해 형성된 고분자는 뛰어난 기계적 성질과 광학적 특성을 발휘한다. 폴리카보네이트 시트는 이러한 기본적인 특성 외에도 내구성, 환경 저항성, 단열성 등의 물성을 개선하기 위해 다양한 첨가제를 포함할 수 있으며, 압출 또는 공압출 방식으로 성형하여 상업적으로 널리 활용되고 있다. 특히, 공압출된 폴리카보네이트 시트는 투명한 성형품으로 버스 정류장의 칸막이, 온실 하우스, 투명 건물 외벽 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 이 시트들은 자외선 노출 환경에서 장시간 생활하는 사람을 보호하기 위한 강력한 자외선 차단 효과가 요구된다. 그러나 현재 사용되는 폴리카보네이트 제품들은 일부 자외선 파장을 흡수하지만, 에너지 밀도가 상대적으로 작은 장파장의 자외선(UVA)을 효과적으로 차단하지 못하는 한계가 있다. 특히, 온실 하우스에 사용되는 폴리카보네이트의 경우, 자외선으로부터 식물을 보호할 뿐만 아니라, 내부에서 생활하는 작업자의 건강 보호를 위해 다양한 자외선 파장을 차단해야 한다. 하지만, UV 차단제를 다량 첨가할 경우 성형품의 투명도가 감소하여 식물의 광합성을 방해할 수 있는 문제점이 있다. 따라서 성형품의 투명도를 유지하면서도, 고파장의 자외선(UVA)을 효과적으로 차단할 수 있는 폴리카보네이트 소재의 필요성이 제기되고 있다. 도1은 실시예로 제조된 제품 사진이다. 도2는 실시예로 제조될 때 사용되는 제조 기계에 대한 사진이다. 도3은 실시예로 제조된 시트의 모식도를 나타낸 것이다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미 로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므 로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존 재할 수 있음을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특 별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들어 화합물 A를 포함하는 조성물은 A 외 다른 화합물을 포함할 수 있다. 그러나 용어 "포함"은 또한, 이의 특정한 실시양태로서, 보다 제한적인 의미의 "~로 본질적/필수적으로 이루어진" 및 "~로 이루어진"을 역시 포괄하여, 예를 들어, "화합물 A를 포함하는 조성물"은 또 한, 화합물 A로 (본질적/필수적으로) 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 임의의 부재가 다른 임의의 부재 "상"에 위치하고 있다고 할 때, 이는 그러한 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재 또는 물질이 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서에서 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 바람직한 범 위 또는 바람직한 상한 값 및 바람직한 하한 값의 열거로서 주어지는 경우, 범위가 별도로 개시되는지에 상관없이 임의의 한 쌍의 임의의 위쪽 범위 한계치 또는 바람 직한 값 및 임의의 아래쪽 범위 한계치 또는 바람직한 값으로 형성될 수 있는 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치 값의 범위가 본 명세서에서 언급될 경우, 달리 기술되지 않는다면, 예를 들어, 초과, 미만 등의 한정 용 어가 없다면, 그 범위는 그 종점 값 및 그 범위 내의 모든 정수와 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급되는 특정 값으로 한정되지 않는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 온도가 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상온에서 측정한 것이다. 용어 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도이고, 예를 들면, 약 10 ℃ 내지 30℃의 범위 내의 어느 한 온도, 약 23℃ 또는 약 25℃ 정도의 온도를 의 미할 수 있다. 또한, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 본 명세서에서 온도의 단위는 ℃이다. 또한, 본 명세서에서 언급하는 물성 중에서 측정 압력이 해당 물성에 영향을 미치는 경우에는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 그 물성은 상압, 즉 대기압(약 1 기압 정도)에서 측정한 것이다. 한편, 본 발명에서 언급되는 '자외선'은 파장에 따라 자외선 A(UVA), 자외선 B(UVB), 자외선 C(UVC)로 나눌 수 있다. UVA는 320nm ~ 400nm의 장파장 자외선으로, 피부 깊숙이 침투하여 광노화를 유발할 수 있다. UVB는 280nm ~ 320nm의 중간 파장 자외선으로, 피부 화상 및 피부암의 원인이 될 수 있다. UVC는 100nm ~ 280nm의 단파장 자외선으로, 매우 강력한 에너지를 가지고 있지만 대기 중 오존층에 의해 대부분 차단되어 지표에 도달하지 않는다. 상기 3종류의 자외선은 파장이 길수록 에너지는 약해지지만, 차단율이 낮아지기 때문에 사람에게 장기간 노출되었을 때 가해지는 피해는 적지 않을 수 있다. 예를 들어, UVA(320nm ~ 400nm)는 에너지가 상대적으로 약하지만, 대기를 대부분 통과하여 피부 깊숙이 침투해 광노화와 같은 장기적인 손상을 유발할 수 있으며, UVB(280nm ~ 320nm)는 더 강한 에너지를 가지고 있으나, 일부만 대기를 통과하여 피부 화상 및 피부암 같은 치명적인 질병을 유발할 수 있다. 본 발명에서 언급되는 평균 입경(D50)은 입자 크기 분포에서 전체 입자의 50%가 해당 입경 이하인 지점을 나타내는 값으로, 입자의 크기 분포에서 중앙값을 의미한다. 이는 입자 크기 분포의 특성을 정확하게 파악하기 위해 사용되는 통계적 척도로서 이해될 수 있다. 이하 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 폴리카보네이트 시트의 자외선 차단 성능과 내구성을 강화하면서도 투명성을 유지할 수 있는 다층 구조의 폴리카보네이트 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다층 폴리카보네이트 시트는 기재층(Base Layer)과 코팅층(Coating Layer)을 포함할 수 있다. 기재층은 폴리카보네이트와 함께 제1나노입자(산화아연) 및 제2나노입자(이산화티타늄)의 서로 다른 2종류의 입자를 포함할 수 있고, 코팅층은 폴리카보네이트와 함께 UV 안정제 및 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 제1나노입자(산화아연) 및 제2나노입자(이산화티타늄)가 기재층에 동시에 포함됨으로써, 두 입자의 상호 보완적 자외선 차단 성능이 발휘되어 자외선 A(UVA)와 자외선 B(UVB) 영역에서 광범위한 자외선 차단 효과를 얻을 수 있다. 이산화티타늄은 주로 UVB 영역에서 강력한 차단 효과를 제공하며, 산화아연은 UVA 영역에서 우수한 차단 성능을 보이므로, 두 입자를 함께 사용하면 자외선 차단 성능이 극대화된다. 또한, 나노 크기의 입자를 적용함으로써 시트의 투명성을 유지하고 가시광선에 대한 높은 투과도를 확보할 수 있어, 식물 등의 생장에 미치는 영향을 최소화하면서 자외선으로부터 보호하는 효과를 제공한다. 일 구현예에서, 상기 제1나노입자의 평균 입경(D50)은 50 nm 내지 100 nm의 범위 내일 수 있고, 다른 예시에서, 55nm 이상, 60nm 이상, 65nm 이상 또는 70nm 이상이거나 95nm 이하, 90nm 이하, 85nm 이하 또는 80nm 이하일 수 있다. 또한 일 구현예에서, 상기 제2나노입자의 평균 입경(D50)은 1 nm 내지 50 nm의 범위 내일 수 있고, 다른 예시에서, 2nm 이상, 3nm 이상, 4nm 이상, 5nm 이상, 8nm 이상, 9nm 이상, 10nm 이상, 15nm 이상 또는 20nm 이상이거나 45nm 이하, 40nm 이하, 35nm 이하, 30nm 이하 또는 25nm 이하일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 제1나노입자의 평균 입경(D50)/상기 제2나노입자의 평균 입경(D50)이 1을 초과할 수 있고, 다른 예시에서 1.5를 초과, 2를 초과, 3을 초과, 4를 초과, 5를 초과 또는 10을 초과할 수 있다. 본 발명에서, 제1나노입자(산화아연)와 제2나노입자(이산화티타늄)의 평균 입경(D50)을 상이하게 설정함으로써, 자외선 A(UVA) 및 자외선 B(UVB)를 각각 최적의 방식으로 차단할 수 있다. 산화아연 입자를 포함하는 제1나노입자는 평균 입경이 50nm ~ 100nm로, 자외선 A(UVA, 320~400nm)를 흡수하는 데 더욱 효과적일 수 있다. 입자가 클수록 장파장 자외선(UVA)의 흡수 범위가 넓어져, 자외선 A를 효과적으로 차단할 수 있기 때문이다. 반면, 이산화티타늄 입자를 포함하는 제2나노입자는 1nm ~ 50nm의 작은 크기로, 자외선 B(UVB, 280~320nm)를 반사하거나 산란시키는 데 더욱 유리할 수 있다. 자외선 B는 파장이 짧아 더 작은 입자가 효과적으로 대응할 수 있으며, 이로 인해 단파장 자외선(UVB)이 시트에 흡수되거나 투과되지 않고 반사될 수