JP2006232877A - 光拡散剤及びそれを用いた光拡散性樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレート共重合体と同等の低屈折率を有し、光拡散性能に優れ、且つ容易且つ廉価に製造できる光拡散剤を提供することにある。
【解決手段】市場で廉価入手可能なｔ-ブチルアクリレートを共重合性ビニル単量体と重合させ、ビニル系共重合体とすることで、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレート共重合体と同等の低屈折率を有し、光拡散性能に優れる安価な光拡散剤を得るに至った。
【選択図】
なし

Description

本発明は優れた光拡散性を示す光拡散剤及びそれを用いた光拡散樹脂組成物に関する。

光拡散剤は、透明なポリエステルフィルムやポリイミドフィルム上にバインダー樹脂により層状に塗布したり、透明なアクリル樹脂、ＭＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂やシクロポリオレフィンポリマーのような熱可塑性樹脂に配合して使用される。この光拡散剤は、蛍光あるいは白色光の照明カバー、バックライト式半透明の看板、ディスプレイ、電飾、内装の半透明パーティションのほか液晶ディスプレイ、液晶テレビの光拡散シートや板、プロジェクターやプロジェクションテレビのスクリーンなど多方面に使用されている。

初期の光拡散剤は無機系の二酸化チタン、硫酸バリウム、ガラスなどが用いられていたが、現在は均一な光拡散性能を有し、しかも全光透過率がよく、機械的強度に優れた有機微粒子が知られている。その例として、架橋ポリメチルメタクリレート、架橋ポリスチレン、架橋メチルメタクリレート・スチレン共重合体およびシリコンなどの有機ポリマー粉体が挙げられる。

これまで、優れた光拡散性を有し、しかも全光線透過率の高い有機ポリマー粉体の光拡散剤を得るため、有機ポリマー粒子の平均粒子径およびその分布あるいはマトリックス樹脂に対する屈折率を工夫したり、さらに粒子の形状を真球状より、異形の形状にしたもの、粒子内部に構造的な屈折率差を持たせた粒子などさまざまな工夫が凝らされてきた。例えば、透明性樹脂と光拡散剤との屈折率差に条件を付ける方法として、透明プラスチック（屈折率Ｎｓ）中に、０．０２≦｜Ｎｓ−Ｎｐ｜≦０．１で、かつ１０≦ｄ≦５０μからなる透明微粒子を最大曲げ角２〜１０°と成る濃度で分散せしめた光拡散性プラスチック（特許文献１）が、さらに３μｍ以下の粒子の混入率が５％以下である透明微粒子を最大曲げ角が４〜１０°となる濃度で分散させた光拡散性プラスチック（特許文献２）が開示されている。しかしながら、上記公報記載の光拡散性樹脂組成物を用いて成形した光拡散性材料はその光拡散性をあげるためには該光拡散性樹脂組成物を多量に添加することにより光拡散性を高めることができるが、光透過性および発光面輝度が低下するという問題があり、光透過性が高くかつ光拡散性が高い光拡散材料の開発が求められている。

一方、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレートをビニル単量体と共重合させることで低屈折率を持つ光拡散性有機微粒子を得る方法も知られている（特許文献３）。しかし、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレートは高価であり、また環境保護の立場から脱ハロゲン化が叫ばれているなか、ハロゲンを使用しない光拡散剤の開発が強く望まれている。
特開昭６０−１３９７５８号公報 特開昭６０−１８４５５９号公報 特願平１０−３４３０５６号公報

本発明は、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレート共重合体と同等の低屈折率を有し、光拡散性能、全光透過率、機械的強度に優れ、しかも安価な光拡散剤を提供することにある。

本発明者らは上記の問題を解決すべく種々検討した結果、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレートに比べて安価なｔ-ブチルアクリレート（以下、ｔ-ブチルアクリレート）を他の共重合性ビニル単量体と重合させ、ビニル系共重合体の微粒子を得ることにより、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレート共重合体と同等の低屈折率を有し、光拡散性、能全光透過率、機械的強度共に優れる安価な光拡散剤を得るに至った。
すなわち本発明は、
（１）ターシャリーブチルアクリレート５０〜９０重量％と共重合性ビニル単量体５０〜１０重量％を重合させたビニル共重合体の微粒子から成る光拡散剤、
（２）ターシャリーブチルアクリレート６０〜８０重量％と共重合性ビニル単量体４０〜２０重量％を共重合させたビニル共重合体の微粒子から成る（１）記載の光拡散剤、
（３）微粒子の平均粒子径が０．５〜１００μｍである（１）又は（２）記載の光拡散剤、
（４）重合に際して、顔料、染料、可塑剤、重合安定剤、酸化防止剤、蛍光増白剤、磁性粉、紫外線吸収剤、帯電防止剤および難燃剤からなる群から選ばれた添加剤の少なくとも一種を配合した（１）〜（３）のいずれかに記載の光拡散剤、
（５）（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散剤をバインダーによりフィルム又はシート状樹脂に塗布した光拡散フィルム又は光拡散シート及び、
（６）（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散剤をマトリックス樹脂に練りこんで成形した光拡散樹脂成形体、
である。

フッ素含有アルキル（メタ）アクリレートとは、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、ヘキサフルオロプロピルメタアクリメート、オクタフルオロペンチル（メタ）アクリレート等のフッ素を配合したフッ素含有アルキル（メタ）アクリル酸エステルであるが、例えばトリフルオロエチルメタクリレートの屈折率は１．４３７である。しかし、汎用されているフッ素含有アルキル（メタ）アクリレートは、通常メチルメタクリレート等のビニル単量体と共重合させて光拡散剤とするため、その屈折率は１．４６〜１．４９程度となる。

本発明の微粒子（ビーズ）は、ｔ-ブチルアクリレート単量体５０〜９０重量％、好ましくは６０〜８０重量％と共重合性ビニル単量体５０〜１０重量％、好ましくは４０〜２０重量％とを重合させて得られるビニル系共重合体、好ましくは架橋ビニル系共重合体の微粒子であり、ラジカル重合性モノマーを公知の懸濁重合、シード重合や分散重合に付すことにより得ることができる。

ビーズを造るための共重合性ビニル単量体としては、たとえば（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、アクリロニトリルなどｔ-ブチルアクリレート単量体以外のビニル単量体を用いることができる。また重合体の耐溶剤性を向上させるためエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどの架橋性ビニル単量体を併用することが望ましく、その使用量は重合性単量体全体に対して０．５〜３０重量％、好ましくは２〜２０重量％用である。

さらに重合に際して、前記重合性単量体中あるいは水相中には、必要に応じて顔料、染料、可塑剤、重合安定剤、酸化防止剤、蛍光増白剤、磁性粉、紫外線吸収剤、帯電防止剤および難燃剤はその他の添加剤等を配合ないし添加することもできる。
顔料としては、例えば、鉛白、鉛丹、黄鉛、カーボンブラック、群青、酸化亜鉛、酸化コバルト、二酸化チタン、酸化鉄、シリカ、チタン黄、チタンブラック等の無機顔料、イソインドリノン、キナクリドン、ジオキサンバイオレット、フタロシアニンブルー、ペリノン顔料、ペリレン顔料、不溶性アゾ顔料、溶性アゾ顔料、染色レーキ等の有機顔料が用いられる。また染料としては、例えば、ニトロソ染料、ニトロ染料、アゾ染料、スチルベンアゾ染料、ジフェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料、アクリジン染料、キノリン染料、メチン染料、ポリメチン染料、チアゾール染料、インダミン染料、インドフェノール染料、アジン染料、オキサジン染料、チアジン染料、硫化染料等が用いられる。またその他の添加剤としては、可塑剤、重合安定剤、酸化防止剤、蛍光増白剤、磁性粉、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤などを挙げることができるが、その種類や使用量、使用方法等は、従来知られている方法に従えばよい。

なお、これらの顔料、染料等の着色剤及びその他の添加剤は、重合性単量体への分散性の向上を目的として種々の方法により表面処理されたものであってもよい。表面処理方法としては、ステアリン酸、オレイン酸等の長鎖の炭化水素で処理する方法、アクリル酸、メタクリル酸等の極性基を有する重合性単量体で処理する方法、トリメチロールプロパン等の多価アルコールで処理する方法、トリエタノールアミン等のアミン類等で処理する方法、各種カップリング剤で処理する方法、あるいは着色剤またはその他の添加剤とこれらの表面の官能基と反応し得るアジリジン基、オキサゾリン基、Ｎ−ヒドロキシアルキルアミド基、エポキシ基、チオエポキシ基、イソシアネート基、ビニル基、ケイ素系加水分解基、アミノ基等の反応基を有する重合体を２０〜３５０℃の温度で反応させ、着色剤またはその他の添加剤の表面に重合体をグラフト化する方法などを挙げることができる。

ビニル単量体混合物の溶液は常法に従って重合開始剤を加えた後、重合安定剤および界面活性剤を含む水溶液に注入し、攪拌により、所望の液滴径に調整する。この混合液を攪拌下、加熱し重合反応を行い、所望の光拡散剤粒子を得ることができる。この重合反応で重合開始剤としては、たとえばベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドなどの過酸化物系開始剤、アゾビスニトリルのようなアゾビス系開始剤を用いることが出来る。その使用量はモノマーに対して、０．１〜２重量％、好ましくは、０．５〜１．０重量％である。重合安定剤はポリビニルアルコールのなどの水溶性高分子やリン酸カルシウムなどの無機系安定剤を用いることが出来る。

重合により得られた有機ポリマー微粒子は重合反応液から通常の操作により、粉体として取り出して使用される。すなわち、塩析や凍結により凝集させた後、遠心分離による方法、噴霧乾燥などによる方法を採ることができる。
微粒子の平均粒子径は、通常０．５〜１００μｍ、好ましくは１〜５０μｍである。微粒子の形状は特に限定されないが、球形、回転楕円体などが好ましい。

本発明の微粒子を、バインダーを含有する溶剤に分散後、フィルムやシートといった基材上に均一に塗布、固着することにより、光拡散フィルムやシートを製造することができる。
このフィルムやシート基材の材質は光学的に透明で、耐熱性、耐光性に優れたものがよく、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体樹脂、シクロポリオレフィンポリマー樹脂などが挙げられるが、ポリエチレンテレフタレート樹脂が好ましく用いられる。
これらの基材フィルムやシートの厚みはディスプレイの大きさに応じて通常１０〜２００μｍのものが選択される。
フィルムやシート上に設けるビーズ層の厚みは、通常１５〜１５０μｍ、好ましくは２０〜１００μｍ程度である。
微粒子をフィルムやシートに結合させる上記のバインダーとしては透明な溶剤タイプのアクリル樹脂、ポリエステル樹脂等が用いられ、乾燥時にウレタン系架橋剤などで固着される。バインダー樹脂に対する微粒子の割合は特に限定されるものではないが、光拡散性能を考慮すれば透明樹脂１００重量部に対して３０〜５００重量部、好ましくは５０〜３００重量部である。
微粒子の基板表面への塗布方法としては、ロールコート法、ディッピング法、スプレーコティング法、スピンコーティング法、ラミネート法、掛け流し法等各種の方法が行われるが特に限定されるものではない。

本発明の光拡散剤を熱可塑性又は熱硬化性マトリックス樹脂に練り込んで成形することにより、光拡散樹脂成形体を製造することができる。
これらのマトリックス樹脂としてはポリカーボネート樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸メチル樹脂などのポリ（メタ）アクリル酸アルキル樹脂、ポリスチレン樹脂、及びポリ（メタ）アクリル酸アルキル−ポリスチレン共重合樹脂、ポリエステル樹脂等透明性に優れ、耐光性がよく、剛性のある樹脂が好ましく用いられる。
マトリックス樹脂と光拡散剤は混合機で混合し、溶融混練機で混練した後、シート上に押し出すことにより光拡散樹脂成形体を得ることができる。また溶融混練後、ペレットとして取り出し、このペレットを溶融後射出成形することにより任意の形状の光拡散樹脂成形体を得ることができる。
マトリックス樹脂に対する光拡散剤の練り込み量は用途と求められる光拡散能によって選定されるが通常０．５〜１０重量部である。
さらにこのビーズを用いて塗布タイプの光拡散フィルム、シートや練り込みタイプの光拡散樹脂成形体を製造するとき、粒度分布や平均粒子径の異なる粒子を２種以上配合して使用することができる。

本発明は、フッ素含有アルキル（メタ）アクリレート共重合体と同等の低屈折率を有し、光拡散性能、全光透過性、機会的強度に優れる光拡散剤を安価に得ることができる。

以下に実施例、比較例及び試験例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、別段断りのない限り、部は重量部である。

分散容器に、脱イオン水３００部、ポリビニルアルコール２部を入れた。これとは別に、ｔ-ブチルアクリレート８０部、エチレングリコールジメタクリレート２０部及びラウリルパーオキサイド１部から単量体溶液を調製し、上記の分散容器に加えた。得られた混合液をホモミキサーを用いて分散処理し、液滴径を調整した分散液を得た。この分散液を撹拌機、温度計、環流冷却器及び窒素導入口を備えた重合反応機に注入し、窒素気流下７０℃で撹拌、次いで８０〜９０℃で３時間の重合反応を行った。
得られたポリマー粒子の分散液を濾過、洗浄、乾燥することにより平均粒子径８．４μｍ、屈折率１．４６２の球状有機微粒子を得た。収率９３％。

分散容器に、脱イオン水３００部、ポリビニルアルコール２部を入れた。これとは別に、ｔ-ブチルアクリレート７１．５部、メチルメタクリレート２８部、エチレングリコールジメタクリレート０．５部及びラウリルパーオキサイド１部から単量体溶液を調製し、上記の分散容器に加えた。得られた混合液をホモミキサーを用いて分散処理し、液滴径を調整した分散液を得た。この分散液を撹拌機、温度計、環流冷却器及び窒素導入口を備えた重合反応機に注入し、窒素気流下７０℃で撹拌、次いで８０〜９０℃で３時間の重合反応を行った。
得られたポリマー粒子の分散液を濾過、洗浄、乾燥することにより平均粒子径８．２μｍ、屈折率１．４６２の球状有機微粒子を得た。収率９３％。
［比較例１］

分散容器に、脱イオン水３００部、ポリビニルアルコール２部を入れた。これとは別に、メチルメタクリレート５５部、トリフルオロエチルメタクリレート４０部、エチレングリコールジメタクリレート５部及びラウリルパーオキサイド１部から単量体溶液を調製し、上記の分散容器に加えた。得られた混合液をホモミキサーを用いて分散処理し、液滴径を調整した分散液を得た。この分散液を撹拌機、温度計、環流冷却器及び窒素導入口を備えた重合反応機に注入し、窒素気流下７０℃で撹拌、次いで８０〜９０℃で３時間の重合反応を行った。
得られたポリマー粒子の分散液を濾過、洗浄、乾燥することにより平均粒子径８．２μｍ、屈折率１．４６２の球状有機微粒子を得た。収率９４％。
［比較例２］

分散容器に、脱イオン水３００部、ポリビニルアルコール２部を入れた。これとは別に、メチルメタクリレート９５部、エチレングリコールジメタクリレート５部及びラウリルパーオキサイド１部から単量体溶液を調製し、上記の分散容器に加えた。得られた混合液をホモミキサーを用いて分散処理し、液滴径を調整した分散液を得た。この分散液を撹拌機、温度計、環流冷却器及び窒素導入口を備えた重合反応機に注入し、窒素気流下７０℃で撹拌、次いで８０〜９０℃で３時間の重合反応を行った。
得られたポリマー粒子の分散液を濾過、洗浄、乾燥することにより平均粒子径８．２μｍ、屈折率１．４９４の球状有機微粒子を得た。収率９５％。

光拡散板の製造
（１）ポリカーボネート樹脂（ポリジオキシジフェニルメタンカーボネート、屈折率１．５８９）９９部と実施例１のビーズ１部を二軸押し出し機（池貝鉄鋼(株)製：ＰＣＭ−３０）を用いて約３００℃で混練、押し出しを行い、ペレットを得た。このペレットを射出成型機により射出成形して、２ｍｍ厚のプレートを得た。
（２）実施例１のビーズに換えて同量の実施例２、比較例１、比較例２のポリマー粒子を練り込んだ光拡散板を調製した。
［試験例］
それぞれの光拡散板について光学的性質を測定し、その結果を表１に示した。
［測定方法］
全光線透過率、ヘイズは日本電色工業株式会社製 濁度計ＮＤＨ−１００１ ＤＰを用いて測定した。輝度は、得られた光拡散板を導光板方式のバックライト装置の上に置き、株式会社ＴＯＰＣＯＮ製 輝度計ＢＭ−７を用いて測定した。

表１から明らかなように、ｔ-ブチルアクリレートを用いた実施例１及び２の微粒子は、比較例１のフッ素含有ビーズに全く遜色のない全光線透過率、ヘイズ値、輝度を示した。
一方、メチルメタクリレートとエチレングリコールジメタクリレートの共重合により得られた微粒子は、前記いずれの光特性においても劣る結果となった。

本発明の光拡散樹脂組成物は優れた光拡散性、全光透過性を有しているので、特に液晶テレビの光拡散シートや板、その他蛍光あるいは白色光の照明カバー、バックライト式半透明の看板、ディスプレイ、電飾、内装の半透明パーティション、液晶ディスプレイ、プロジェクターやプロジェクションテレビのスクリーンなど多方面への利用が可能である。

Claims (6)

1. ターシャリーブチルアクリレート５０〜９０重量％と共重合性ビニル単量体５０〜１０重量％を重合させたビニル共重合体の微粒子から成る光拡散剤。
2. ターシャリーブチルアクリレート６０〜８０重量％と共重合性ビニル単量体４０〜２０重量％を共重合させたビニル共重合体の微粒子から成る請求項１記載の光拡散剤。
3. 微粒子の平均粒子径が０．５〜１００μｍである請求項１又は２記載の光拡散剤。
4. 重合に際して、顔料、染料、可塑剤、重合安定剤、酸化防止剤、蛍光増白剤、磁性粉、紫外線吸収剤、帯電防止剤および難燃剤からなる群から選ばれた添加剤の少なくとも一種を配合した請求項１〜３記載のいずれかに記載の光拡散剤。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散剤をバインダーによりフィルム又はシート状樹脂に塗布した光拡散フィルム又は光拡散シート。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散剤をマトリックス樹脂に練りこんで成形した光拡散樹脂成形体。