JP2006028382A - ポリビニルアセタール樹脂組成物、シート及び合わせガラス - Google Patents

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Abstract

【課題】透明性、耐湿性、柔軟性、強度に優れたポリビニルアセタール樹脂組成物およびそのシートを得、これを用いて透明性、耐貫通性及びガラスの飛散防止性に優れた合わせガラスを得る。
【解決手段】ポリビニルアセタール樹脂100質量部と、以下の条件1.〜3.を満足する、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコール10〜1000質量部とを含有してなるポリビニルアセタール樹脂組成物。
条件1.0.1≦Ha/Hp≦20
条件2.70≦Ha≦300
条件3.10≦Hp≦700
但し、Ha、Hpはそれぞれポリビニルアセタール樹脂の水酸基価、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコールの水酸基価を表す(単位:mg−KOH/g)。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリビニルアセタール樹脂組成物、その組成物を用いて製せられるシート、及び、そのシートを用いて製せられる合わせガラスに関する。尚、以下水酸基価の単位はmg−KOH/gである。
合わせガラスは、自動車のフロントガラスやサイドガラス、建築物の窓ガラスなどとして広く使用されている。これら合わせガラスは、少なくとも二枚のガラスの間に、可塑剤により可塑化されたポリビニルアセタール樹脂組成物を製膜して得られたシートを介在させて一体化させたものが知られている。
このような合わせガラスは、衝撃が加えられてガラス自体が破損しても、ガラス間に介在したシートは容易に破損せず、さらに、破損したガラスはシートに貼着したままで飛散することが少ない。従って、自動車や建築物の内部において、人体がガラスの破片によって傷害を受けることを防止できるものである。
これら合わせガラス用のシートを作製するために用いられる組成物は、ポリビニルアセタール樹脂と可塑剤とを含有するものであり、両者の相溶性が優れていることが重要である。
ポリビニルアセタール樹脂と可塑剤との相溶性は、ポリビニルアセタール樹脂のアセタール化度や可塑剤の種類等によって大きく左右されるものであるが、この両者の相溶性が悪い場合には、シート表面へ可塑剤がブリードアウトしてしまい、保管・運搬時におけるブロッキングや吸湿による白化現象(透明性低下)の問題が発生し、優れた性能の合わせガラスが得られなくなってしまう。
合わせガラスを作製する場合には、合わせガラスの端部へ、合わせガラス用のシートがはみ出した部分(トリム部分)が発生するが、従来のシートで用いられているような沸点の比較的低い可塑剤を用いると、トリム部分から可塑剤が蒸発してシートが硬くなり、トリムカット性が悪くなるという問題点がある。
さらに、一般的に、合わせガラスとしての機能を十分に発揮させるためには、シートとガラスとの接着力をある適正の範囲内に調整することが必要である。
接着力の適正な範囲内への調整は、例えば、自動車事故等においては運転者や乗客等がガラスへ衝突する時の衝撃吸収や貫通防止のために必要であり、又、例えば、建築物においては外部からの飛来物の貫通防止やガラスの飛散防止のために必要である。
即ち、シートとガラスとの接着力が小さ過ぎる場合には、ガラスがシートから剥がれ、その破片が飛散し易くなるという問題が発生し、逆に、シートとガラスとの接着力が大き過ぎる場合には、ガラスとシートとが同時に破損して、人体や外部からの飛来物等が貫通し易くなるという問題が発生するおそれがあった。
これに対し、シートとガラスとの接着力が適正な範囲内にある場合には、ガラスの破損が広範囲にわたって起こると共に、ガラスが破損すると同時にシートとガラスとの部分的な界面剥離が起こり、且つ、シートが延伸するという現象が生じるため、衝撃吸収効果や貫通防止効果が大きくなる。
これらを勘案し、従来からシートとガラスとの接着力を適正な範囲内に調整するために、ポリビニルアセタール樹脂組成物中に炭素数10〜22の脂肪族カルボン酸のナトリウム塩を含有する手段などが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特公昭48−5772号公報
これらの手段では、接着力調整剤として比較的炭素数の大きいカルボン酸の金属塩を用いているので、シートとガラスとの接着力が時間経過とともに変化するという問題点がある。即ち、初期の接着力は適正であっても、経時とともに次第に接着力が低下もしくは上昇し、衝撃を受けた時にガラスが剥離し易くなるか、逆に剥離し難くなってしまう。そこで、この接着力変化を防止するために、シートを例えば40〜50℃の雰囲気下で1〜2ケ月間保管して熟成する必要があった。しかしながら、これらのシートは、粘着性や自着性等を有するため、このような雰囲気下で長期間保管することは現実的には困難であり、又、仮に熟成を行ったとしても、接着力の経時変化を皆無にすることは出来ず、上記問題点は依然として残っていた。
このため、シートとガラスとの接着力が、初期及び経時後のいずれにおいても適正な範囲内に保持することが求められている。
本発明は、シート表面へ可塑剤がブリードアウトすることを防止し、シートの耐ブロッキング性の低下及び吸湿による白化現象が防止できるポリビニルアセタール樹脂組成物を提供するものである。更に、ポリビニルアセタール樹脂組成物を用いることにより、トリムカット性に優れ、且つ、シートとガラスとの接着力が初期及び経時後のいずれにおいても適正な範囲内に保持されているシート及びそのシートを用いて製せられる合わせガラスを提供することを課題とする。
本発明は、ポリビニルアセタール樹脂100質量部と、以下の条件1.〜3.を満足する、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコール10〜1000質量部とを含有してなるポリビニルアセタール樹脂組成物である。
条件1.0.1≦Ha/Hp≦20
条件2.70≦Ha≦300
条件3.10≦Hp≦700
但し、Ha、Hpはそれぞれ、ポリビニルアセタール樹脂の水酸基価、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコールの水酸基価を表す(単位:mg−KOH/g)。
更に本発明は、カルボン酸塩を含有してなるポリビニルアセタール樹脂組成物である。
更に本発明は、ポリビニルアセタール樹脂組成物を0.1〜10mmの厚さに成型してなるシートである。更に本発明は、少なくとも二枚のガラス板の間に、シートが挟着されていることを特徴とする合わせガラスである。
本発明によるポリビニルアセタール樹脂組成物を用いたシートは、可塑剤のブリードアウトが殆ど無く、且つ、保管時や輸送時における耐ブロッキング性に優れる。
又、このシートを、少なくとも二枚のガラス板の間に挟着して製造された合わせガラスは、トリムカット性に優れるので作業性が良く、且つ、シートとガラスとの接着力が適正な範囲内に保持されているので衝撃吸収性や耐貫通性等の合わせガラスとしての基本性能に優れ、耐湿性(耐白化性)にも優れているので、自動車用や建築用等として好適に用いられる。
ポリビニルアセタール樹脂組成物は、ポリビニルアセタール樹脂100質量部に対して、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコールを10〜1000質量部、好ましくは20〜500質量部、特に好ましくは50〜300質量部を混合して得られるものである。ポリプロピレングリコール及び/又は変性ポリプロピレングリコールが少ないと柔軟性や耐水性が低下するおそれがあり、多いと耐貫通性やガラスとの密着性が低下するおそれがある。
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールとアルデヒド類との反応で得られる環状アセタール構造を有する樹脂である。一般的には、アルデヒドとしてブチルアルデヒドを用いて製造されるポリビニルブチラール樹脂が良く使用されるが、これに限定されるものではない。
ポリビニルアセタール樹脂の製造法は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコールを熱水に溶解し、得られた水溶液を所定の温度、例えば0〜95℃に保持しておいて、酸触媒及びアルデヒドを加え、攪拌しながらアセタール化反応を進行させ、次いで反応温度を上げて熟成することにより反応を完結させ、その後、中和、水洗及び乾燥を行って粉末樹脂を得る水媒法や、メタノールやエタノール等の有機溶媒に粉体ポリビニルアルコールを懸濁させ、0〜50℃で酸触媒及びアルデヒドを加え、攪拌しながらアセタール化反応を進行させて溶液化し、次いで反応温度を上げて反応を完結させた後に中和し、ここに水等の析出溶媒を添加して、樹脂を析出させ、水洗及び乾燥を行って粉末樹脂を得る溶媒法などがある。
ポリビニルアセタール樹脂の製造に用いられるポリビニルアルコールの平均重合度は、特に限定されるものではないが、好ましくは300〜3000であり、より好ましくは500〜2500である。ポリビニルアルコールの平均重合度が小さいと、得られる合わせガラスの耐貫通性が不十分となるおそれがあり、逆にポリビニルアルコールの平均重合度が大きいと、シートの製造が難しくなるおそれがある。又、上記ポリビニルアルコールの鹸化度は、特に限定されるものではないが、70モル%以上であることが好ましい。ポリビニルアルコールの鹸化度が小さいと、得られるシートや合わせガラスの透明性や耐熱性等が不十分になるおそれがある。
ポリビニルアルコールの平均重合度及び鹸化度は、JIS K−6726「ポリビニルアルコール試験方法」に準拠して測定することが出来る。また、本発明において用いられる水酸基価は、JIS K−1557に準拠して測定される。また、ポリビニルアセタール樹脂の平均アセタール化度は、JIS K−6728「ポリビニルブチラール試験方法」に準拠して測定することが出来る。
ポリビニルアセタール樹脂は、ポリビニルアルコールに由来する残存水酸基が、水酸基価(以下、Haと表す)で、好ましくは70〜300、より好ましくは80〜250、特に好ましくは100〜200のものがよい。Haが小さすぎると、得られるシートや合わせガラスの耐熱性や耐貫通性が不十分になるおそれがあり、Haが大きすぎると、透明性や耐水性が不十分になるおそれがある。
ポリプロピレングリコール及び/又は変性ポリプロピレングリコールは、特定のポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有するものであり、ポリビニルアセタール樹脂の可塑剤として含有するものである。ここで、ポリプロピレングリコールとは、酸化プロピレンが開環付加反応をして生成するプロピレングリコール構造単位の繰り返しからなる化合物をいう。
ポリプロピレングリコールは、ポリウレタン樹脂の原料として製造されており、特に分子量と分岐度によって多種類が供給されているので、これらを選択して使用することができる。分子量としては、特に限定されないが、好ましくは100〜20,000、より好ましくは200〜15,000、特に好ましくは300〜10,000である。又、分岐度も単純に両末端に水酸基を持つ2官能のポリプロピレングリコールの他、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトール及びソルビタン等3つ以上の水酸基をもつ開始剤を用いて製造される多官能のポリプロピレングリコールを使用することができる。又、これらのポリプロピレングリコールは単独でも2種類以上を併用することも可能である。
変性ポリプロピレングリコールは、プロピレングリコール構造以外の成分は特に限定されるものではないが、プロピレングリコール構造と同様の開環付加反応によって製造されるものがあり、例えば酸化エチレンから得られるポリエチレングリコール構造、ラクトン類から得られるポリアルキレンエステル構造、ラクタム類から得られるポリアルキレンアミド構造などがある。ポリプロピレン構造の含有量が少なすぎると耐水性、柔軟性、透明性等のバランスが低下する。このため、ポリプロピレン構造は50質量%以上、好ましくは70質量%以上、特に好ましくは90質量%以上含有するものが良い。
ポリプロピレングリコール及び/又は変性ポリプロピレングリコールは、その水酸基価(以下、Hpと表す。)が10〜700、好ましくは30〜600、より好ましくは50〜500のものがよい。ここで、Hpが低すぎると透明性が低下するおそれがあり、高すぎると耐水性が低下するおそれがある。
HaをHpで割った比率Ha/Hpは、0.1〜20、好ましくは0.2〜15,より好ましくは0.3〜10の範囲のものがよい。ここで、Ha/Hpが小さい場合も大きい場合もポリビニルアセタール樹脂とポリプロピレングリコール及び/又は変性ポリプロピレングリコールとの相性や、透明性が低下するおそれがある。
ポリビニルアセタール樹脂組成物中には、カルボン酸塩を含有させることが可能である。カルボン酸塩としては、炭素数2〜30のカルボン酸の、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩及び/又はマグネシウム塩が好ましい。これらによって、得られるシートとガラスとの接着力は初期及び経時後のいずれにおいても適正な範囲内に保持されるようになり、従って衝撃吸収性や耐貫通性等に優れる合わせガラスを得ることが出来る。
炭素数2〜30のカルボン酸としては、特に限定されるものではないが、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ペンタン酸、2−エチルブタン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸及びセチル酸等が挙げられる。これらは単独でも2種以上が併用されても良い。
カルボン酸塩の含有量は、特に限定されるものではないが、ポリビニルアセタール樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01〜0.5質量部、より好ましくは0.02〜0.2質量部がよい。カルボン酸塩が少ないと十分な接着力調整効果が得られないおそれがあり、多いと得られるシートのガラスに対する接着力が低下し、耐水性や透明性が損なわれるおそれがある。
更に、本発明にかかるポリビニルアセタール樹脂組成物中には、必須成分以外の可塑剤、接着力調整剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、界面活性剤、微粉シリカ等の無機充填剤、着色剤等の各種添加剤の1種又は2種以上が含有されていても良い。
接着力調整剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、エーテル変性シリコーンオイル、エステル変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル及びアミン変性シリコーンオイル等の変性シリコーンオイル等が挙げられる。又、紫外線吸収剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、チバガイギー社製の商品名「チヌビンP」、「チヌビン320」、「チヌビン326」及び「チヌビン328」等のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤等が挙げられる。光安定剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、旭電化工業社製の商品名「アデカスタブLA−57」等のヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。酸化防止剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、住友化学工業社製の商品名「スミライザーBHT」やチバガイギー社製の商品名「イルガノックス1010」等のフェノール系酸化防止剤等が挙げられる。界面活性剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、ラウリル硫酸ナトリウムやアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。これらはいずれも、1種又は2種以上の併用で用いることができる。
次に、本発明におけるシートは、本発明にかかるポリビニルアセタール樹脂組成物を製膜して得られるものである。
シートの製膜方法は、特に限定されるものではなく、例えば、本発明にかかるポリビニルアセタール樹脂組成物を均一に混練した後、押出法、カレンダー法、プレス法、キャスティング法及びインフレーション法等により製膜してシート状にすれば良い。シートは、単層で用いられても良いし、2枚以上が積層された状態で使用しても良い。
シートの膜厚は、好ましくは0.1〜10mm、より好ましくは0.2〜8mmがよい。特に、合わせガラスに介在させるシートとして用いる場合、必要な衝撃吸収性や耐貫通性、耐候性等を考慮すると、実用的には0.3〜2.0mm程度であることが好ましい。
次に、本発明における合わせガラスは、少なくとも一対のガラス間に、これらのシートを介在させて一体化させてなることを特徴とする。
この際のガラスは、通常の無機透明ガラスのみならず、ポリカーボネート板及びポリメチルメタクリレート板等の有機透明ガラスも包含する。これらのガラスとしては、特に限定されるものではないが、例えば、フロート板ガラス、磨き板ガラス、型板ガラス、網入り板ガラス、線入り板ガラス、熱線吸収板ガラス及び着色された板ガラス等の各種無機ガラス又は有機ガラスが挙げられ、これらの1種もしくは2種以上が好適に用いられる。又、ガラスの厚みは、用途によって適宜選択されれば良く、特に制限されるものではない。
合わせガラスの製造方法は、通常の合わせガラスの場合と同様の製造方法が採用される。例えば、二枚の透明なガラス板の間に、本発明にかかるシートを介在させ、これをゴムバッグに入れ、減圧吸引しながら70〜110℃の温度で予備接着し、次いで、オートクレーブもしくはプレスを用いて、120〜150℃の温度、0.9〜1.5MPaの圧力で本接着を行い、一体化させることにより所望の合わせガラスを得ることが出来る。
本発明をさらに詳しく説明するため以下に実施例を挙げるが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。尚、実施例中の「部」は「質量部」を意味する。
(1)ポリビニルアセタール樹脂組成物の作製
デンカブチラール#3000−K(電気化学工業社製ポリビニルアセタール樹脂、Ha127、重合度830)100部に対し、可塑剤として、PPG−700(日本乳化剤社製ポリプロピレングリコール、Hp160、分子量700)80部及び接着力調整剤として2−エチルブタン酸マグネシウム0.13部(Mg濃度90ppm)を添加し、100℃で均一に攪拌混合してポリビニルアセタール樹脂組成物を得た。
(2)シートの製造
小型押出機(商品名「ラボプラストミル」、東洋精機社製)にTダイを装着し、押出温度80〜180℃、金型出口温度200℃の条件で、(1)で得られたポリビニルアセタール樹脂組成物を製膜成形し、厚さ0.8mmのシートを得た。
(3)合わせガラスの製造
(2)で得られたシートをフロートガラス(厚み2.4mm)2枚の間に挟み、真空乾燥機にて、2.7kPaの真空度下、室温から90℃まで30分で昇温し、更に90℃で30分間保持して予備接着した。次いで、予備接着された積層体をオートクレーブ中で温度150℃、圧力1.2MPaの条件で熱プレスして本接着し、合わせガラスを得た。
(4)評価及び判定基準、結果
(2)で得られたシートの性能(相溶性、耐ブロッキング性)、及び、(3)で得られた合わせガラスの性能{トリムカット性、接着力(パンメル値)、耐湿性(白化距離)}を以下の方法で評価した。
※相溶性
シートを、23℃、25%RHの雰囲気下に3日間放置した後、吸い取り紙でシート表面にブリードアウトした可塑剤を吸い取り、シミの有無を目視で観察して、以下の判定基準で相溶性を評価した。
〔判定基準〕
○‥‥シミは認められず、相溶性は良好であった
×‥‥多量のシミが認められ、相溶性は不良であった
※耐ブロッキング性
シートを10mm×25mmの長方形に裁断して2枚重ね、その上に2kgの荷重を載せて25時間放置した後、引張試験機を用いて、180度角剥離強度を測定し、以下の判定基準で耐ブロッキング性を評価した。尚、剥離強度はn=3の平均値とした。
〔判定基準〕
○‥‥剥離強度100(g/cm)未満、耐ブロッキング性良好
×‥‥剥離強度100(g/cm)以上、耐ブロッキング性不良
※トリムカット性
合わせガラスの端部からはみ出しているシート(トリム部分)をカッターナイフでカットする作業を行い、以下の判定基準でトリムカット性を評価した。
〔判定基準〕
○‥‥容易にカット出来た
×‥‥シートが硬くて、カットが困難であった
※接着力(パンメル値)
−18±0.6℃の温度下に16時間放置して調温した合わせガラスを、頭部が0.45Kgのハンマーで叩いて、ガラスの粒子径が6mm以下となるまで粉砕した。次いで、ガラスが部分剥離した後のシートの露出度を予めグレード付けされた限度見本と比較し、0〜8の値で表した。この値が大きいほどシートとガラスとの接着力が大きく、値が小さいほどシートとガラスとの接着力が小さいことを表す。
※耐湿性(白化距離)
合わせガラスを50℃−95%RHの雰囲気下に4週間放置した後に取り出して、白化している部分の距離{白化距離(mm)}を合わせガラスの周縁端部から測定した。
(実施例2〜6及び比較例1〜3)
表1に示した配合で実施例1と同様にしてポリビニルアセタール樹脂組成物を製造し、評価した。評価結果は実施例1と併せて、表2に示した。なお、デンカブチラール試作品(Ha249、重合度1720)およびデンカブチラール試作品(Ha318、重合度830)は、以下のように製造した。
※デンカブチラール試作品(Ha249、重合度1720)の製造方法
ポリビニルアルコールとして、平均重合度1720、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコールを用い、純水に投入し、加熱溶解させて、10重量%ポリビニルアルコール水溶液を作製した。
反応器下部に三つの供給口、反応器上部に一つの排出口を各々有する容積2Lの筒型ガラス製密閉反応器内に純水を満たし、撹拌し(アンカー翼、撹拌回転数300rpm)、内温を30℃に保持した。
次に、ポリビニルアルコールとして上記の10重量%ポリビニルアルコール水溶液、酸触媒として35%塩酸、アルデヒドとしてブチルアルデヒド(純度99.5%)を準備し、各々の供給速度が60kg/hr、1.9kg/hr、4.1kg/hrとなるように反応器下部から供給し、アセタール化反応を進行させ、並行して反応器上部から反応液を排出させた。
排出させた反応物(以下、しばしばスラリーと言い換える)は、別に準備した20Lの熟成槽へ送給し、その後40℃で4時間熟成させた。次いで、熟成したスラリーに水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pH7に調整した。
熟成槽の撹拌翼は三枚後退翼であり、撹拌回転数は250rpmの条件を採用した。なお、この時の反応器平均滞留時間は約2分であり、40℃で4時間熟成後のHaは249mg−KOH/gであった。
このスラリーを常温まで冷却した後、遠心分離器により含水率48重量%に脱水し、樹脂分に対して10倍量の水を添加して希釈し、30分間撹拌し、25℃の水で水洗した。
この脱水、水洗操作を二回繰り返し、得られたスラリーを再度脱水した後、乾燥して白色粉粒状のポリビニルブチラール樹脂を得た。なお、水洗に用いた水の温度はいずれも25℃であった。
得られたポリビニルブチラール樹脂のHaは249mg−KOH/gであった。
※デンカブチラール試作品(Ha318、重合度830)の製造方法
平均重合度830、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコールの10重量%ポリビニルアルコール水溶液、35%塩酸、ブチルアルデヒド(純度99.5%)の供給速度を各々60kg/hr、1.9kg/hr、3.7kg/hrで供給したこと以外は、デンカブチラール試作品(Ha249、重合度1720)の製造方法と同様に行った。得られたポリビニルブチラール樹脂のHaは318mg−KOH/gであった。
比較例1では、ポリビニルアセタール樹脂組成物自体にブツがあり、目的とするシートが得られなかった。このため、合わせガラス評価も行わなかった。比較例2および比較例3では、ポリビニルアセタール樹脂組成物の混練や製膜ができず、シートおよび合わせガラスとしての評価もできなかった。
Figure 2006028382
Figure 2006028382

Claims (4)

  1. ポリビニルアセタール樹脂100質量部と、以下の条件1.〜3.を満足する、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコール10〜1000質量部とを含有してなるポリビニルアセタール樹脂組成物。
    条件1.0.1≦Ha/Hp≦20
    条件2.70≦Ha≦300
    条件3.10≦Hp≦700
    但し、Ha、Hpはそれぞれ、ポリビニルアセタール樹脂の水酸基価、ポリプロピレングリコール及び/又はプロピレングリコール構造を50質量%以上含有する変性ポリプロピレングリコールの水酸基価を表す(単位:mg−KOH/g)。
  2. カルボン酸塩を含有してなる請求項1記載のポリビニルアセタール樹脂組成物。
  3. 請求項1又は2記載のポリビニルアセタール樹脂組成物を0.1〜10mmの厚さに成型してなるシート。
  4. 少なくとも二枚のガラス板の間に、請求項3記載のシートが挟着されていることを特徴とする合わせガラス。
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