JP2009228000A - メタクリル系樹脂フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】透明性、靭性、表面平滑性に優れ、表面硬度が高く、耐温水白化性を有し且つ外観(低ブツ)に優れるメタクリル系樹脂フィルムおよびそれを用いた積層体を提供する。
【解決手段】メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位を50質量%以上有するメタクリル系樹脂(A)からなる連続相100質量部に、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が23℃以下である重合体ブロック(a)30〜65質量%と共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が0℃以下である重合体ブロック(b)35〜70質量%とを有するブロック共重合体(B)1〜80質量部が分散相として含有するメタクリル系樹脂組成物からなる層を有するメタクリル系樹脂フィルム。
【選択図】なし

Description

本発明はメタクリル系樹脂フィルムに関する。より詳細には、本発明は、透明性、靭性、表面平滑性に優れ、表面硬度が高く、耐温水白化性を有し且つ外観(低ブツ)に優れるメタクリル系樹脂フィルムに関する。
メタクリル系樹脂フィルムは、透明性に優れており、美しい外観と耐候性を備えている。ところがメタクリル系樹脂フィルムは、脆弱で、撓み性または靭性に乏しいので、その使用範囲が限定されている。
メタクリル系樹脂の靭性を改良する方法として、乳化重合法によって製造した多層構造アクリルゴム粒子をメタクリル系樹脂にブレンドする方法が開示されている(特許文献1および特許文献2)。この方法は現在最も広く工業的に実施されている。この多層構造アクリルゴム粒子は、2層あるいはそれ以上の層からなり、メタクリル酸メチルを主成分とする硬質層とアクリル酸n−ブチルなどのアクリル酸エステルを主成分とする軟質層とが、実質的に交互に重なった球状構造を有している。しかしながら、この方法によって得られるメタクリル系樹脂フィルムは、多層構造アクリルゴム粒子同士の凝集で生じる塊(ゲルコロニー)に起因するブツ(フィッシュアイ)が発生しやすく、フィルムの外観が損なわれやすい。また、乳化重合法に用いた乳化剤による吸水で、温水浸漬時や屋外で用いた場合の雨上がりの気温上昇時に、フィルムが白化しやすい。このため高い透明性が要求される光学フィルムへの使用には制限がある。
また、メタクリル系樹脂の靭性を改善する他の方法として、ブタジエン−アクリル酸n−ブチル共重合体ゴムの存在下でメタクリル酸メチルを主成分とする単量体を重合する方法(特許文献3)や、部分水添共役ジエン重合体ゴムの存在下でメタクリル酸メチルを主成分とする単量体を重合する方法(特許文献4)が開示されている。しかしながら、これらの方法では、ゴム成分の分散性のコントロールが難しく、依然として外観不良を引き起こすことがあった。
また、特許文献5には、メタクリル酸メチル共重合体と酢酸ビニル共重合体とをグラフトさせて得られるブロック共重合体をメタクリル系樹脂に配合してなる組成物が提案されている。しかし、この組成物は透明性が低く、透明フィルムに向かない。
特開昭64−66221号公報 特開平03−237134号公報 特公昭45−26111号公報 WO96/032440 特開平06−345933号公報
本発明の目的は、透明性、靭性、表面平滑性に優れ、表面硬度が高く、耐温水白化性を有し且つ外観(低ブツ)に優れるメタクリル系樹脂フィルムおよびそれを用いた積層体を提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位を50質量%以上有するメタクリル系樹脂(A)からなる連続相100質量部に、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が23℃以下である重合体ブロック(a)30〜65質量%と共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が0℃以下である重合体ブロック(b)35〜70質量%とを有するブロック共重合体(B)1〜80質量部が分散相として含有するメタクリル系樹脂組成物を用いてフィルム成形したところ、透明性、表面平滑性に優れ、表面硬度が高く、耐温水白化性を有し且つ外観(低ブツ)に優れるメタクリル系樹脂フィルムが得られることを見出した。本発明は、この知見に基づきさらに検討し、完成するに至ったものである。
すなわち、本発明は、メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位を50質量%以上有するメタクリル系樹脂(A)からなる連続相100質量部に、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が23℃以下である重合体ブロック(a)30〜65質量%と共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が0℃以下である重合体ブロック(b)35〜70質量%とを有するブロック共重合体(B)1〜80質量部が分散相として含有するメタクリル系樹脂組成物からなる層を有するメタクリル系樹脂フィルムである。
また、本発明は、基材に前記のメタクリル系樹脂フィルムを積層してなる積層体である。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、全光線透過率が高いので、印刷面の保護に用いた場合でも視認性に優れている。さらに薄肉化しても、靭性に優れ、表面硬度が高いので、自動車内装材や装飾品などに用いた場合でも、傷が付いたり、割れたりといった不具合が生じにくい。また、低ブツで表面平滑性、表面光沢性に優れているので、意匠性やファッション性の要求される機器、建物、車両等に適用できる。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、メタクリル系樹脂(A)からなる連続相にブロック共重合体(B)が分散相として含有する樹脂組成物からなる層を有するものである。
(連続相)
連続相を構成するメタクリル系樹脂(A)は、メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位を50質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上有する樹脂である。
メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位以外のビニル系単量体に由来する繰り返し単位としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチルなどのメタクリル酸メチルを除くメタクリル酸アルキルエステル;アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、スチレン、α−メチルスチレン等;の一分子中にアルケニル基を一個だけ有する非架橋性単量体に由来する繰り返し単位が挙げられる。
メタクリル酸メチル/他のビニル系単量体の質量比は、50/50〜100/0、好ましくは80/20〜99/1、より好ましくは90/10〜98/2である。
メタクリル系樹脂(A)のGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)で測定された重量平均分子量は、好ましくは7万〜20万、より好ましくは8万〜15万、特に好ましくは9万〜12万である。重量平均分子量が7万未満ではメタクリル系樹脂フィルムの靭性および取り扱い性が低下傾向になる。重量平均分子量が20万を超えるとメタクリル系樹脂組成物の流動性が低下して製膜が難しくなり、製膜できたとしてもメタクリル系樹脂フィルムの表面平滑性が低下傾向になる。
さらに、本発明に用いられるメタクリル系樹脂(A)は、GPCで測定された分子量分布(=重量平均分子量/数平均分子量)が、好ましくは3.0以下、より好ましくは2.5以下、特に好ましくは2.3以下である。分子量分布が3.0を超えるとメタクリル系樹脂フィルムの靭性および製膜性が低下傾向になる。メタクリル系樹脂の分子量や分子量分布は、重合開始剤および連鎖移動剤の種類や量等を調整することによって制御できる。
(分散相)
分散相に含有されるブロック共重合体(B)は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が好ましくは23℃以下、より好ましくは0℃以下、更に好ましくは−10℃以下である重合体ブロック(a)と共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が好ましくは0℃以下、より好ましくは−10℃以下である重合体ブロック(b)とを有するものである。ガラス転移温度が低いものほど寒冷地での使用に適するようになる。
重合体ブロック(a)を構成する(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルの付加重合によって得られるものである。なお、「(メタ)アクリル」は、メタクリルまたはアクリルの意である。
メタクリル酸アルキルエステルとしては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシルなどが挙げられ、アクリル酸アルキルエステルとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル等が挙げられる。これらは1種単独で重合されていてもよいし、2種以上を組合せて共重合されていてもよい。これらの中でも、ガラス転移温度(Tg)が23℃以下の重合体ブロック(a)を与える単量体または単量体の組合せが好ましく、Tgが0℃以下の重合体ブロック(a)を与える単量体または単量体の組合せがより好ましく、Tgが−10℃以下の重合体ブロック(a)を与える単量体または単量体の組合せが更に好ましい。このような単量体としては、アクリル酸n−ブチル及び/又はアクリル酸2−エチルヘキシルが好ましく、アクリル酸n−ブチルがより好ましい。
重合体ブロック(b)を構成する共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位は、共役ジエン化合物の付加重合によって得られるものである。
共役ジエン化合物としては、1,3−ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、2,3−ジメチルブタジエン等が挙げられる。これらは1種単独で重合されていてもよいし、2種以上を組合せて共重合されていてもよい。これらの中でも、ガラス転移温度(Tg)が0℃以下の重合体ブロック(b)を与える単量体または単量体の組合せが好ましく、Tgが−10℃以下の重合体ブロック(b)を与える単量体または単量体の組合せがより好ましい。また、汎用性、経済性、取り扱い性の点から1,3−ブタジエン及び/又はイソプレンが好ましく、1,3−ブタジエンがより好ましい。
共役ジエン化合物は、1,4−付加重合するものと、1,2−又は3,4−付加重合するものとがある。共役ジエン化合物が1,4−付加重合すると分子主鎖中に炭素−炭素二重結合を有するようになる。共役ジエン化合物が1,2−又は3,4−付加重合すると分子主鎖に結合するビニル基(側鎖ビニル結合)を有するようになる。この分子主鎖中の炭素−炭素二重結合及び/又は分子主鎖に結合するビニル基は、グラフト反応や架橋反応の起点となる。共役ジエン化合物の1,2−又は3,4−付加重合の割合は反応系にエーテル類などの極性化合物を加えることにより増加させることができる。
重合体ブロック(b)中の側鎖ビニル結合量は、連続相となるメタクリル系樹脂とのグラフト反応性および分散相の架橋反応性や、メタクリル系樹脂フィルムの靭性を考慮して選択される。重合体ブロック(b)中の側鎖ビニル結合量は、10mol%〜60mol%であることが好ましく、10mol%〜50mol%であることがより好ましく、10mol%〜35mol%であることがさらに好ましい。側鎖ビニル結合量がこの範囲にあると透明性、表面平滑性、靭性、撓み性等が良好になる。なお、側鎖ビニル結合量は、共役ジエン化合物1モルの内、1,2−付加重合または3,4−付加重合した共役ジエン化合物の割合[mol%]で表される。例えば、1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(b)である場合、1H−NMRを用いて分析し、化学シフト4.7〜5.2ppm(以後、シグナルC0という。)の1,2−ビニルによるプロトン(=CH2)と、化学シフト5.2〜5.8ppm(以後、シグナルD0という。)のビニルプロトン(=CH−)の積分強度を求め、次式によって、側鎖ビニル結合量V0[%]を計算して求めることができる。
0=〔(C0/2)/{C0/2+(D0−C0/2)/2}〕×100
重合体ブロック(b)は、前述の分子主鎖中の炭素−炭素二重結合及び/又は分子主鎖に結合するビニル基を部分的に水素添加したものであってもよい。本発明の効果を維持する観点から、重合体ブロック(b)の水素添加率は70mol%未満であることが好ましく、50mol%未満であることがさらに好ましい。水素添加の方法は、特に限定されず、例えば、特公平5−20442号公報に開示された方法によって達成される。
本発明に用いるブロック共重合体(B)の全体の数平均分子量(Mn)は、メタクリル系樹脂フィルムの靭性および取り扱い性の観点から、好ましくは5,000〜1,000,000、より好ましくは10,000〜800,000、特に好ましくは50,000〜500,000である。
なお、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出したポリスチレン換算の値である。
重合体ブロック(a)と重合体ブロック(b)との質量比は、重合体ブロック(a)と重合体ブロック(b)との合計を100質量%としたときに、重合体ブロック(a)は、30〜65質量%、好ましくは40〜60質量%である。重合体ブロック(b)は、35〜70質量%、好ましくは40〜60質量%である。
ブロック共重合体(B)は、重合体ブロック(a)および重合体ブロック(b)をそれぞれ1つずつ有するものであってもよいし、重合体ブロック(a)および/または重合体ブロック(b)を2つ以上有するものであってもよい。
該ブロック共重合体の結合様式としては、a―b型ジブロック共重合体、a―b―a型トリブロック共重合体、b―a―b型トリブロック共重合体、a―b―a―b型テトラブロック共重合体やb―a―b―a型テトラブロック共重合体に代表される線状マルチブロック共重合体、(b―a―)n、(a―b―)n等で表される星型(ラジアルスター型)ブロック共重合体、a―g―bで表されるグラフト共重合体などが挙げられる。なお、nは2より大きい値である。gはグラフト結合を表す結合記号である。ブロック共重合体(B)は、重合体ブロック(a)と重合体ブロック(b)との間に傾斜連結部を有するものであってもよい。傾斜連結部は、重合体ブロック(a)の繰り返し単位の組成から、重合体ブロック(b)の繰り返し単位の組成に、漸次変化していく繰り返し単位組成を有する部分である。これらブロック共重合体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いても良い。
ブロック共重合体(B)は、その屈折率が、好ましくは1.48〜1.50、より好ましくは1.485〜1.495である。屈折率がこの範囲にあることでメタクリル系樹脂の透明性が維持される。
ブロック共重合体(B)の屈折率は、重合体を構成する繰り返し単位の種類、組成比や重合体ブロック(b)中の側鎖ビニル結合量等を選択することによって調整できる。例えば、アクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(a)と1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位からなる未水添の重合体ブロック(b)からなるジブロック共重合体では、ジブロック共重合体全体の質量に対してアクリル酸n−ブチルの含量を30〜65質量%、1,3−ブタジエンの含量を35〜70質量%にすると、ポリメタクリル酸メチルの屈折率とほぼ一致し、透明なメタクリル系樹脂フィルムを得ることができる。
ブロック共重合体(B)としては、アクリル酸n−ブチル単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックと1,3−ブタジエン単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックよりなるジブロック共重合体やラジアルスター型ブロック共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックと1,3−ブタジエン単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックよりなるジブロック共重合体やラジアルスター型ブロック共重合体、メタクリル酸メチル単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックとアクリル酸n−ブチル単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックと1,3−ブタジエン単量体に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロックよりなるトリブロック共重合体やラジアルスター型ブロック共重合体が例示される。
ブロック共重合体(B)として、星型ブロック共重合体が、分散相の機械的強度の観点から、特に好ましい。
星型ブロック共重合体は、複数の腕重合体ブロックが多官能性単量体や多官能性カップリング剤等に由来する基(カップリング剤残基)によって連結した共重合体を含むものである。
星型ブロック共重合体を構成する腕重合体ブロックは、重合体ブロック(a)及び/又は重合体ブロック(b)を有するものであれば、その結合態様によって制限されない。腕重合体ブロックとしては、a―b型のジブロック共重合体、a―b―a型のトリブロック共重合体、b―a―b型のトリブロック共重合体、a―b―a―b型のテトラブロック共重合体、重合体ブロック(a)と重合体ブロック(b)とが四つ以上結合したマルチブロック共重合体などが挙げられる。星型ブロック共重合体を構成する複数の腕重合体ブロックは、同じ種類のブロック共重合体であってもよいし、異なる種類のブロック共重合体であってもよい。
本発明では、化学構造式:
(重合体ブロック(b)―重合体ブロック(a)―)n
(式中、Xはカップリング剤残基、nは2を超える数を表す。)で表される星型ブロック共重合体が特に好ましい。
星型ブロック共重合体は、GPCにより算出したポリスチレン換算の数平均分子量において、 式:
〔星型ブロック共重合体の数平均分子量〕>2×〔腕重合体ブロックの数平均分子量〕
を満たすことが好ましい。
なお、〔星型ブロック共重合体の数平均分子量〕/〔腕重合体ブロックの数平均分子量〕の比は腕数と呼ばれることがある。
星型ブロック共重合体の数平均分子量が、腕重合体ブロックの数平均分子量の2倍を超える範囲にすることで、連続相中に分散した星型ブロック共重合体の分散相のせん断に対する機械的強度が高くなり、所望の靭性を得ることができるようになる。なお、星型ブロック共重合体の数平均分子量が、腕重合体ブロックの数平均分子量の100倍より大きいものは合成が難しいので、工業的に好ましい星型ブロック共重合体の数平均分子量は、腕重合体ブロックの数平均分子量の2倍より大きく且つ100倍以下であり、より好ましくは2.5〜50倍であり、さらに好ましくは3〜10倍である。
なお、本発明に好適に用いられるブロック共重合体(B)は、星型ブロック共重合体を主成分とするものであるが、それ以外にカップリング剤残基によって連結していない腕重合体ブロックが含まれていてもよい。星型ブロック共重合体/カップリング剤残基によって連結していない腕重合体ブロックの質量比は、20/80以上が好ましく、30/70以上がより好ましい。
ブロック共重合体(B)は、その製造方法によって特に限定されず、公知の手法に準じた方法で得られたものから採用することができる。一般に、分子量分布の狭いブロック共重合体を得る方法としては、構成単位である単量体をリビング重合する方法が採用される。
リビング重合の手法としては、例えば、有機希土類金属錯体を重合開始剤として用いて重合する方法、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として用い、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の鉱酸塩等の存在下でアニオン重合する方法、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として用い、有機アルミニウム化合物の存在下でアニオン重合する方法、原子移動ラジカル重合(ATRP)法等が挙げられる。
上記の製造方法のうち、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤として用い、有機アルミニウム化合物の存在下でアニオン重合する方法は、比較的緩和な温度条件下で、より分子量分布の狭く且つ残存単量体が少ないブロック共重合体を製造でき、工業的生産における環境負荷(主に重合温度を制御するために必要な冷凍機の消費電力)が少ないという点で好ましい。
上記のアニオン重合に用いられる有機アルカリ金属化合物としては、有機リチウム化合物が好適である。
有機リチウム化合物の具体例としては、メチルリチウム、エチルリチウム、n−プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、イソブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、n−ペンチルリチウム、n−ヘキシルリチウム、テトラメチレンジリチウム、ペンタメチレンジリチウム、ヘキサメチレンジリチウム等のアルキルリチウムおよびアルキルジリチウム;フェニルリチウム、m−トリルリチウム、p−トリルリチウム、キシリルリチウム、リチウムナフタレン等のアリールリチウムおよびアリールジリチウム;ベンジルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、トリチルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム、α−メチルスチリルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとブチルリチウムの反応により生成するジリチウム等のアラルキルリチウムおよびアラルキルジリチウム;リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジイソプロピルアミド等のリチウムアミド;メトキシリチウム、エトキシリチウム、n−プロポキシリチウム、イソプロポキシリチウム、n−ブトキシリチウム、sec−ブトキシリチウム、tert−ブトキシリチウム、ペンチルオキシリチウム、ヘキシルオキシリチウム、ヘプチルオキシリチウム、オクチルオキシリチウム、フェノキシリチウム、4−メチルフェノキシリチウム、ベンジルオキシリチウム、4−メチルベンジルオキシリチウム等のリチウムアルコキシドが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記のアニオン重合において用いられる有機アルミニウム化合物としては、例えば、下記の一般式:
AlR123
(式中、R1、R2およびR3はそれぞれ独立して置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシル基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基またはN,N−二置換アミノ基を表すか、またはR1が前記したいずれかの基を表し、R2およびR3は一緒になって置換基を有していてもよいアリーレンジオキシ基を表す。)で表される有機アルミニウム化合物が挙げられる。
この有機アルミニウム化合物の中でも、イソブチルビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−tert−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノキシ)〕アルミニウムは、取り扱いが容易であり、また、比較的緩和な温度条件下で失活することなくアニオン重合反応を進行させることができる点で特に好ましい。
上記のアニオン重合においては、必要に応じて、反応系内に、ジメチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、12−クラウン−4−エーテル等のエーテル類;トリエチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ピリジン、2,2’−ジピリジル等の含窒素化合物を、重合反応の安定のためにさらに共存させることができる。
星型ブロック共重合体は、上記のアニオン重合等によって得られたブロック共重合体の反応液に多官能性単量体を添加して共重合することによって、またはブロック共重合体の反応液に多官能性カップリング剤を添加してカップリング反応させることによって得られる。
多官能性単量体は、エチレン性不飽和基を2以上有する化合物であり、具体的には、メタクリル酸アリル、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸1,3−ブチレングリコール、ジビニルベンゼン、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートなどが挙げられる。
多官能性カップリング剤は、反応性基を3以上有する化合物であり、具体的には、トリクロロメチルシラン、テトラクロロシラン、ブチルトリクロロシラン、ビス(トリクロロシリル)エタン、テトラクロロスズ、ブチルトリクロロスズ、テトラクロロゲルマニウムなどが挙げられる。
本発明に用いられるメタクリル系樹脂組成物は、メタクリル系樹脂(A)100質量部に対して、ブロック共重合体(B)を、通常、1〜80質量部、好ましくは2〜30質量部、より好ましくは4〜20質量部で含有している。ブロック共重合体(B)が少ないとメタクリル系樹脂フィルムの靭性向上の効果が小さい。ブロック共重合体(B)が多いと、ブロック共重合体(B)が分散相を形成し難くなる。また、メタクリル系樹脂フィルムの表面硬度、剛性が低下傾向になる。さらにブツが生じやすくなり外観を損ねることもある。
ブロック共重合体(B)を含んでなる分散相の平均径は、通常、0.05〜1μm、好ましくは0.05〜0.5μm、より好ましくは0.08〜0.4μmである。分散相の平均径が小さいと取り扱い性が低下傾向になり、分散相の平均径が大きいと透明性及び表面平滑性が低下傾向になる。
分散相にはブロック共重合体(B)からなる海相とメタクリル系樹脂(A)からなる島相との海島構造を成したものが含まれていることが好ましい。該分散相の海島構造は、メタクリル系樹脂組成物の成形板をダイヤモンドナイフを用いて切り出し超薄切片を得、この切片を四酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて観察することによって確認できる。
四酸化オスミウムによる染色では、ブロック共重合体(B)中の重合体ブロック(b)が染色される。海島構造の分散相は染色された部分(ブロック共重合体(B))からなる海相と染色されていない部分(メタクリル系樹脂(A))からなる島相とで構成されている。
該島相の平均径は、通常、0.01〜0.2μm、好ましくは0.05〜0.1μmである。
成形板切片において観察される島相/海相の面積比は、好ましくは20/80以上、より好ましくは30/70〜70/30である。
また、海島構造を成した分散相の割合が、全分散相の20質量%以上であることが好ましく、30〜100質量%であることがより好ましい。
本発明に用いられるメタクリル系樹脂組成物は、その製造方法によって特に制限されない。例えば、連続相を構成するメタクリル系樹脂(A)に、分散相を構成するブロック共重合体(B)を添加し、単軸あるいは2軸の溶融押出機等において溶融混練することによって得ることができるが、ブロック共重合体(B)をメタクリル酸メチルを50質量%以上含む単量体混合物(Am)に溶解し、せん断下で単量体混合物(Am)の重合を行い、重合途中において単量体混合物(Am)の重合体の溶液相とブロック共重合体(B)の溶液相とを相反転させる方法で得ることが好ましい。
該メタクリル系樹脂組成物の好ましい製造方法では、まず、ブロック共重合体(B)を、メタクリル酸メチル50〜100質量%およびメタクリル酸メチルと共重合可能な他のビニル系単量体0〜50質量%からなる単量体混合物(Am)および必要に応じて溶剤(C)に溶解して、原料液を調製する。
単量体混合物(Am)に用いられるメタクリル酸メチルおよびメタクリル酸メチルと共重合可能な他のビニル系単量体は前記したものと同じものである。
本発明に使用する溶剤(C)は、単量体混合物(Am)、単量体混合物(Am)の重合体(すなわち、メタクリル系樹脂(A))、およびブロック共重合体(B)に対して溶解能を有するものであれば特に制限されない。例えば、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素等が望ましいものとして挙げられる。また、必要に応じて、2種類以上の溶剤を混合して用いても良い。混合溶剤を用いる場合には、単量体混合物(Am)、メタクリル系樹脂(A)およびブロック共重合体(B)を溶解できる混合溶剤であれば、単量体混合物(Am)、メタクリル系樹脂(A)およびブロック共重合体(B)を溶解できない溶剤が混合溶剤に含まれていても良い。例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ヘキサン等の炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素等が混合溶剤に含まれていてもよい。
原料液中のブロック共重合体(B)の量は、単量体混合物(Am)100質量部に対して、通常、1〜80質量部、好ましくは2〜30質量部、より好ましくは4〜20質量部である。ブロック共重合体(B)の量が1質量部未満になるとメタクリル系樹脂フィルムの靭性向上の効果が小さい。ブロック共重合体(B)の量が80質量部よりも多くなると、ブロック共重合体(B)が分散相を形成し難くなる。また、メタクリル系樹脂フィルムの弾性率が低下し、メタクリル系樹脂が本来有している優れた剛性を失うことになる。
ブロック共重合体(B)の溶解は攪拌によって促進され、30〜60℃程度に加熱することによりさらに促進される。また、原料液を調製する際、必要に応じて上記溶剤(C)を使用することができる。
原料液中の溶剤(C)の量は、単量体混合物(Am)100質量部に対して、通常、0〜100質量部、好ましくは0〜90質量部である。溶剤の量が多いほど、原料液の粘度が下がり取り扱い性が良好となるが、連鎖移動反応などの副反応を引き起こし、グラフト反応および架橋反応を阻害することがあり、生産性が低下傾向になる。
次に、原料液を重合する。原料液の重合によって、単量体混合物(Am)の重合反応が進行するのと同時に、ブロック共重合体(B)と単量体混合物(Am)との間でグラフト反応および/または架橋反応が進行する。
原料液の重合には、ラジカル重合開始剤が通常用いられる。また必要に応じて連鎖移動剤が用いられる。
重合開始剤は反応ラジカルを発生するものであれば特に限定されない。重合開始剤としては、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロヘキシルカルボニトリル等のアゾ化合物;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート等の有機過酸化物などが挙げられる。これら重合開始剤は単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、重合開始剤の添加時期や添加方法等は、所定の重合反応が進行するものであれば、特に限定されないが、重合開始時に仕込んだ重合開始剤で前段重合を行い、反応の途中で重合開始剤を追加添加して後段重合を行うことが好ましい。
連鎖移動剤としては、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、1,4−ブタンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、エチレングリコールビスチオプロピオネート、ブタンジオールビスチオグリコレート、ブタンジオールビスチオプロピオネート、ヘキサンジオールビスチオグリコレート、ヘキサンジオールビスチオプロピオネート、トリメチロールプロパントリス−(β−チオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート等のアルキルメルカプタン類;α−メチルスチレンダイマー;テルピノレン等を挙げることができる。これらは、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
原料液の重合では、重合初期から相反転が生じるまでは、原料液にせん断力を与えることが重要である。重合初期では、単量体混合物(Am)の重合が主に進行してメタクリル系樹脂が生成する。重合転化率の増加とともに、単量体混合物(Am)の重合で生成したメタクリル系樹脂の溶液相の割合が多くなり、メタクリル系樹脂の溶液相とブロック共重合体(B)の溶液相とが相分離してくる。
重合反応の進行に伴って、相全体を安定化させる為の作用が働き、撹拌によるせん断力によって、メタクリル系樹脂の溶液相とブロック共重合体(B)の溶液相とが相反転し、メタクリル系樹脂の溶液相が連続相になりブロック共重合体(B)の溶液相が分散相になる。相反転が起きると粘度が低下する。この相反転が起きる際の単量体混合物(Am)の重合転化率は、メタクリル系樹脂の溶液相とブロック共重合体(B)の溶液相の体積比、ブロック共重合体(B)の分子量、相反転前までのブロック共重合体(B)へのグラフト率、溶剤を用いた場合には溶剤量や溶剤種によって変化する。
原料液にせん断力を与えながら重合を行うための装置としては、攪拌機付きの槽型反応器、攪拌機付きの筒型反応器、静的攪拌能力を有する筒型反応器等が挙げられる。これら装置は、1基以上であっても良く、また、異なる反応器2基以上の組合せでもよい。また、重合反応器は回分式または連続式のどちらであっても良い。なお、原料液の重合は、重合初期から相反転が生じるまでは、塊状重合法または溶液重合法で行うことが好ましい。
分散相の径は、攪拌機付反応器であれば攪拌回転数などの因子によって;塔型反応器に代表される静的攪拌反応器であれば反応液の線速度、重合系の粘度、相反転前までのブロック共重合体(B)へのグラフト率など種々の因子によって制御可能である。
相反転が生じた後の重合には、塊状重合法または溶液重合法が適用できるが、これら以外に懸濁重合法、注型重合法も適用できる。
本発明においては、単量体混合物(Am)の重合転化率を70質量%以上にすることが好ましく、80質量%以上にすることがより好ましい。重合転化率がこれよりも低いと、相反転により形成したブロック共重合体(B)を含んでなる分散相内の架橋反応およびグラフト反応が十分に進行しにくい。架橋反応およびグラフト反応が十分に進行していない場合、メタクリル系樹脂組成物中の分散相は、押出機や、混練機などの機械的なせん断により容易に破壊され、衝撃強度が十分とは言えなくなると同時に、成形加工法によって機械的強度が変化する恐れがある。架橋反応及びグラフト反応をより進め、衝撃強度を高めるためには、重合開始剤を反応途中において追加添加することが好ましい。一方、重合転化率は95質量%以下であることが好ましい。95質量%を超えるとメタクリル系樹脂(A)からなる連続相の分子量分布が広くなり、靭性が低下傾向になる。
尚、重合途中におけるブロック共重合体(B)を含んでなる分散相生成の有無及び分散相の径は、重合途中の原料液の一部を抜き取り、それを懸濁重合し、得られたメタクリル系樹脂組成物のモルフォロジーを走査型電子顕微鏡で観察する方法あるいは、重合途中の原料液の一部を抜き取り、それを乾燥、脱揮することで未反応単量体、溶剤を除去し、その組成物のモルフォロジーを走査型電子顕微鏡で観察する方法により確認できる。
単量体混合物(Am)の重合転化率が70質量%〜95質量%になった後、脱揮処理して、未反応単量体及び溶剤を除去する。脱揮法としては、平衡フラッシュ方式や断熱フラッシュ方式が挙げられる。特に断熱フラッシュ方式では、好ましくは200〜300℃、より好ましくは220〜270℃の温度で脱揮を行う。200℃未満では脱揮に時間を要し、脱揮不十分なときにはメタクリル系樹脂フィルムにシルバー等の外観不良を起こすことがある。逆に300℃を超えると酸化、やけなどによってメタクリル系樹脂フィルムに色が着くことがある。脱揮に用いられる装置としては、フラッシュドラム、二軸脱揮器、薄膜蒸発器、押出機などが挙げられる。残存揮発分は0.5質量%以下が好ましく、0.4質量%以下がより好ましく、0.3質量%以下が更に好ましい。残存揮発分が0.5質量%を超えるとメタクリル系樹脂フィルムにシルバー等の外観不良が起き易くなる。
メタクリル系樹脂組成物には、必要に応じて公知の酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、滑剤、離型剤、帯電防止剤、難燃剤、染顔料、光拡散剤、柔軟性改質剤、蛍光体などを添加することができる。また、メタクリル系樹脂組成物は、通常のメタクリル樹脂(D)で希釈して使用することもできる。また、その他AS樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、AAS樹脂、MS樹脂、MBS樹脂、スチレン樹脂、ハイインパクトポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂等他の樹脂と混合して使用することもできる。
紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン類、ベンゾトリアゾール類、トリアジン類、ベンゾエート類、サリシレート類、シアノアクリレート類、蓚酸アニリド類、マロン酸エステル類、ホルムアミジン類などが挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中、メタクリル系樹脂フィルムの黄色味が抑えられるという観点から、波長380〜450nmにおけるモル吸光係数の最大値εmaxが1200dm3・mol-1cm-1以下である紫外線吸収剤が好ましく、600dm3・mol-1cm-1以下である紫外線吸収剤がより好ましく、300dm3・mol-1cm-1以下である紫外線吸収剤が特に好ましい。
なお、紫外線吸収剤のモル吸光係数の最大値εmaxの測定は、シクロヘキサン1Lに紫外線吸収剤(分子量(Mw))10.00mgを目視による観察で未溶解物がないように十分に溶解させ、この溶液を1cm×1cm×3cmの石英ガラスセルに注入し、日立製作所社製U−3410型分光光度計を用い波長380〜450nmでの吸光度を測定し、その最大値(Amax)からモル吸光係数の最大値εmaxを次式により算出した。
εmax=[Amax/(10×10-3)]×Mw
波長380〜450nmにおけるモル吸光係数の最大値εmaxが1200dm3・mol-1cm-1以下である紫外線吸収剤としては、2−エチル−2’−エトキシ−オキサルアニリド(クラリアントジャパン社;商品名サンデユボアVSU)などが挙げられる。
紫外線吸収剤の量は、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対して、好ましくは0.001〜5質量部、より好ましくは0.1〜3質量部、さらに好ましくは0.5〜2質量部である。紫外線吸収剤の量が0.001質量部未満では紫外線による樹脂劣化の抑制効果が十分に発揮されない傾向になる。5質量部を超えると成形の際に金型が汚れやすくなるので、歩留まりの低下や金型清掃などによる生産性の低下を引き起こしやすく、またシルバーの発生原因となったり、目やにが生じやすくなる。
本発明では、さらに2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン骨格を持つ化合物などヒンダートアミン類などの光安定化剤を含有させてもよい。
ヒンダードアミン類としては、例えば、コハク酸ジメチル/1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物、ポリ((6−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)イミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル)((2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペジル)イミノ)ヘキサメチレン((2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペジル)イミノ))、2−(2,3−ジ−t−ブチル−4−ヒドキシベンジル)−2−n−ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)、2−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−2−n−ブチルマロン酸ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン/2,4−ビス(N−ブチル−N−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アミノ)−6−クロロ−1,3,5−トリアジン縮合物、ビス(2,2,6,6−テトラ−メチル−4−ピペジル)セバケート、コハク酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)などが挙げられる。
光安定化剤の量は、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対して、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対して、好ましくは0.001〜0.5質量部である。
酸化防止剤としては、例えば、リン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤等が挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中で、着色による光学特性の劣化防止効果の点で、リン系酸化防止剤やヒンダードフェノール系酸化防止剤が好適に用いられる。
リン系酸化防止剤としては、例えば、2,2−メチレンビス(4,6−ジt−ブチルフェニル)オクチルホスファイト、ビス(2,6−ジt−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、トリス(2,4−ジt−ブチルフェニル)ホスファイト、テトラキス(2,4−ジt−ブチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジイルビスホスフォナイト、ビス[2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル]エチルエステル亜りん酸などが挙げられる。これらの中で、2,2−メチレンビス(4,6−ジt−ブチルフェニル)オクチルホスファイト、トリス(2,4−ジt−ブチルフェニル)ホスファイトが好ましい。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔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〕、2,4−ビス−(n−オクチル)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン、ペンタエリスリチル−テトラキス〔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〕、2,2−チオ−ジエチレンビス〔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)、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、N,N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマミド)、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルフォスフォネート−ジエチルエステル、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレイト、オクチル化ジフェニルアミン、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール、イソオクチル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネートなどが挙げられる。これらの中で、ペンタエリスリチル−テトラキス〔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〕(商品名「IRGANOX1010」、チバスペシャルケミカルズ社製)や、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、(商品名「IRGANOX1076」、チバスペシャルケミカルズ社製)が好ましい。
酸化防止剤の量は、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対して、好ましくは0.001〜1質量部、より好ましくは0.005〜0.5質量部、さらに好ましくは0.01〜0.3質量部である。酸化防止剤の量が0.001質量部未満では、成形物の高温での加熱着色を防止する効果が十分に発揮されない傾向になる。一方、酸化防止剤の量が1質量部を超えると、金型汚れによる歩留まりの低下や金型清掃などによる生産性の低下を引き起こすとともに、シルバー発生によるメタクリル系樹脂フィルムの欠点発生の原因となったり、メタクリル系樹脂フィルムに焼けが発生して色相が低下したり、メタクリル系樹脂フィルムに異物が発生したりする傾向になる。
フィルム製膜時におけるロール離型性を向上させるために離型剤を樹脂組成物に含有させてもよい。離型剤としては、高級アルコールおよび/またはグリセリンモノエステルが挙げられる。高級アルコールとしては、セチルアルコール、ステアリルアルコールなどが挙げられる。本発明に用いられるグリセリンモノエステルとしては、ステアリン酸モノグリセライド、ステアリン酸ジグリセライド等の高級脂肪酸のグリセライドなどが挙げられる。高級アルコールとグリセリンモノエステルを併用する場合、その割合は特に制限されないが、高級アルコール/グリセリンモノエステルの質量比が、好ましくは2.5/1〜3.5/1、より好ましくは2.8/1〜3.2/1である。
離型剤の量は、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対し、合計で0.5質量部以下であるのが好ましく、0.3質量部以下であることがより好ましく、0.1質量部以下であることがさらに好ましい。離型剤の量が0.5質量部を超えると、金型汚れによる歩留まりの低下や金型清掃などによる生産性の低下をもたらす傾向があるとともに、シルバー発生によるメタクリル系樹脂フィルムの欠点発生の原因となったり、押出し成形時の目やにが生じやすくなる。
高分子加工助剤は、メタクリル系樹脂組成物を成形する際において、厚さ精度および薄膜性に効果を発する。高分子加工助剤は、通常、乳化重合法により0.05〜0.5μmの粒子径を有する重合体粒子として製造することができる。該重合体粒子は、単一組成および単一極限粘度のいわゆる単層粒子であっても、また、組成または極限粘度の異なる2層以上の多層粒子であってもよい。この中でも好ましいものとしては、内層に低極限粘度の層を有し、外層に極限粘度5dl/g以上の高極限粘度の層を有する2層構造の粒子が挙げられる。高分子加工助剤の極限粘度は3〜6dl/gであり、3dl/g未満では成形性に十分な改善効果が認められない。6dl/gを超えると溶融流動性の低下を招きやすい。
高分子加工助剤を用いる場合の配合量は、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対し、0.05〜10質量部であり、好ましくは0.1〜5質量部である。高分子加工助剤が0.05質量部未満であれば成形時の厚さ精度に十分な改善効果が認められない、一方、10質量部を超えると溶融流動性の低下を招きやすい。
有機色素としては、樹脂に対しては有害とされている紫外線を可視光線に変換する機能を有するターフェニルなどが挙げられる。
光拡散剤や艶消し剤としては、ガラス微粒子、ポリシロキサン系架橋微粒子、架橋ポリマー微粒子、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
蛍光体としては、蛍光顔料、蛍光染料、蛍光白色染料、蛍光増白剤、蛍光漂白剤などが挙げられる。
また、メタクリル系樹脂組成物には、ブロック共重合体(B)以外の柔軟性改質剤を用いてもよい。他の柔軟性改質剤としては、アクリル系ゴムもしくはジエン系ゴムをコア層成分として含むコアシェル型改質剤、ゴム粒子を複数包含した改質剤などが挙げられる。他の柔軟性改質剤はいくらかの特性を改善させるために通常の使用量より少量添加することが好ましい。
メタクリル系樹脂組成物の希釈に用いられるメタクリル樹脂(D)は、メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位80質量%以上およびこれと共重合可能なビニル系単量体に由来する繰り返し単位20質量%以下から構成される。ここで共重合可能なビニル系単量体の例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル等のアクリル酸エステル単量体;メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル等のメタクリル酸エステル;酢酸ビニル、スチレン、p−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のα,β−不飽和カルボン酸;N−エチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド化合物などを挙げることができる。これらのビニル系単量体は2種以上を併用することができる。
希釈に用いられるメタクリル樹脂(D)の極限粘度は、0.3〜1.0dl/gである。メタクリル樹脂(D)の極限粘度が0.3未満の場合、得られるメタクリル系樹脂組成物を溶融成形する際の粘り強さが低下傾向になる。一方、極限粘度が1.0dl/g以上の場合、溶融成形する際の流動性が低下傾向になる。メタクリル樹脂(D)の配合量は、メタクリル系樹脂組成物100質量部に対し、好ましくは1〜100質量部であり、より好ましくは5〜70質量部である。メタクリル樹脂(D)の配合量が100質量部を超えると、得られるメタクリル系樹脂フィルムの取り扱い性が低下傾向になる。
希釈に用いられるメタクリル樹脂(D)は、上記の条件が満たされる限り、一般にメタクリル樹脂として市販されているもの、およびISO 8257−1:1997(E)「プラスチック ― ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)成形用および押し出し用材料」("Plastics - Poly(Methyl Methacrylate) (PMMA) molding and extrusion material -")に規定されている材料を包含する。
希釈に用いられるメタクリル樹脂(D)を製造するための重合法については、特に制限がなく、乳化重合、懸濁重合、塊状重合、溶液重合等の公知の重合方法を採用することができる。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、前記メタクリル系樹脂組成物をフィルム成形することによって得られる。フィルム成形法としては、溶融流延法、Tダイによる押出成形法、インフレーション成形法、ブロー成形法などの公知の成形方法を採用することができるが、経済性の点からTダイによる押出成形法が好ましい。
押出成形法によれば、透明性に優れ、改善された靭性を持ち、取扱い性に優れ、靭性と表面硬度および剛性とのバランスに優れ、延伸した時、折り曲げた時、衝撃を受けた時および/または長時間湿熱条件下に置かれた時に白化しにくいメタクリル系樹脂フィルムを得ることができる。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムを得るための方法のうち、良好な表面平滑性、良好な鏡面光沢、低ヘイズのメタクリル系樹脂フィルムが得られるという観点から、溶融されたメタクリル系樹脂組成物をTダイから溶融状態で押出し、その押出成形体の両面を鏡面ロール表面または鏡面ベルト表面に接触させて成形する工程を含む方法が好ましい。この際に用いるロールまたはベルトは、いずれも金属製であることが好ましい。このように押出成形体の両面を鏡面に接触させて成形する場合には、押出成形体両面から鏡面ロールあるいは鏡面ベルトで加圧し挟むことが好ましい。鏡面ロールあるいは鏡面ベルトによる挟み込み圧力は、高いほうが好ましく、線圧として10N/mm以上であることが好ましく、30N/mm以上であることがさらに好ましい。
また、良好な表面平滑性、良好な鏡面光沢、低ヘイズのメタクリル系樹脂フィルムが得られるという観点から、鏡面ロールあるいは鏡面ベルトの少なくとも一方の表面温度を60℃以上で且つ鏡面ロールあるいは鏡面ベルトの両方の表面温度を130℃以下とすることが好ましい。鏡面ロールあるいは鏡面ベルトの両方の表面温度が60℃未満であると得られるメタクリル系樹脂フィルムの表面平滑性が不足しヘイズが高めになる傾向にある。少なくとも一方の表面温度が130℃を超えると該メタクリル系樹脂フィルムと鏡面ロールあるいは鏡面ベルトが密着しすぎるため、鏡面ロールあるいは鏡面ベルトからメタクリル系樹脂フィルムを引き剥がす際に表面が荒れやすくなり、得られるメタクリル系樹脂フィルムの表面平滑性が低くなるか、またはヘイズが高くなる傾向になる。
押出成形法における樹脂温度は、好ましくは160〜260℃、より好ましくは220〜250℃である。溶融成形後は、メタクリル系樹脂フィルムを自然放冷に比べて急速に冷却することが好ましい。例えば、成形された直後のメタクリル系樹脂フィルムを冷却ロールに接触させて急速冷却することが好ましい。このような急速な冷却を行うことによって、メタクリル系樹脂(A)からなる連続相にブロック共重合体(B)が分散相として含有するメタクリル系樹脂フィルムを得ることができる。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムのヘイズは、厚さ100μmにおいて、好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.3%以下である。これにより、切断時や打抜時等での取扱い性に優れるとともに、表面光沢や透明性に優れる。また、液晶保護フィルムや導光フィルムなどの光学用途においては、光源の利用効率が高まり好ましい。さらに、表面賦形を行う際の賦形精度に優れるため好ましい。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムの厚さは、通常300μm以下であり、好ましくは30〜300μmである。30μmより厚いと良好な二次加工性が得られる。また、300μmより薄いと、剛性が小さくなるためラミネート性、二次加工性が良好となる。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、少なくとも一方の面に、印刷が施されていてもよい。印刷によって絵柄、文字、図形などの模様、色彩等が付与される。模様は有彩色のものであっても、無彩色のものであってもよい。印刷は、印刷層の退色を防ぐために、後述する基材と接する側に施すのが好ましい。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、その表面がJIS鉛筆硬度(厚さ100μm)で好ましくはHBまたはそれよりも硬く、より好ましくはFまたはそれよりも硬く、さらに好ましくはHまたはそれよりも硬い。表面が硬いメタクリル系樹脂フィルムを用いることにより、本発明の積層体の表面硬度も高まるため好ましい。
メタクリル系樹脂フィルムは着色されていてもよい。着色法としては、メタクリル系樹脂組成物に、顔料又は染料を含有させて成形前の樹脂組成物自体を着色する方法;メタクリル系樹脂フィルムを、染料が分散した液中に浸漬して着色させる染色法などが挙げられるが、特に限定されるものではない。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、前記メタクリル系樹脂組成物からなる単層フィルムであっても良いし、メタクリル系樹脂組成物の層と、他のメタクリル系樹脂の層を有する多層フィルムであってもよい。
例えば、メタクリル系樹脂組成物の層とゴム粒子を含有しないメタクリル系樹脂の層を積層したフィルムが挙げられる。この場合、メタクリル系樹脂組成物の層の厚さは、多層フィルム全体の厚さに対して好ましくは50%以上であり、より好ましくは60%以上である。このような多層構造のメタクリル系樹脂フィルムを製造するには、例えば、複数の押出機と、それらから押し出される樹脂を積層するためのマルチマニホールド方式やフィードブロック方式などの機構を有する公知の多層押出機を用いることができる。
本発明の積層体は、基材に、前記本発明のメタクリル系樹脂フィルムを積層してなるものである。
基材としては、各種樹脂製の成形体;金属製の成形体;木製の成形体;紙、布などの繊維製品などが挙げられる。特に、鋼板などの金属製成形体や木製成形体は、建築資材や車両資材などに使われ、好ましい。
基材としての樹脂製の成形体には、公知の樹脂が用いられる。ポリカーボネート系重合体、塩化ビニル系重合体、フッ化ビニリデン系重合体、メタクリル樹脂、MS樹脂、ABS樹脂およびAS樹脂が特に好ましいものとして用いられる。樹脂製成形体の形状は特に制限されないがシート、フィルムまたは板が好ましい。樹脂製成形体表面には印刷が施されていてもよい。印刷によって絵柄、文字、図形などの模様、色彩等が付与される。模様は有彩色のものであっても、無彩色のものであってもよい。基材としての樹脂製成形体は、押出成形法、射出成形法などの公知の成形法によって得ることができる。
積層体は、前記メタクリル系樹脂フィルムと基材とを別々に用意しておき、加熱ロール間で連続的にラミネートする方法、プレスで熱圧着する方法、圧空又は真空成形すると同時に積層する方法、接着層を介在させてラミネートする方法(ウェットラミネーション);メタクリル系樹脂フィルムに、溶融された基材用樹脂を流延する方法;基材用の樹脂とメタクリル系樹脂組成物とを共押出成形する方法;などで得ることができる。
メタクリル系樹脂フィルムと基材との熱圧着は、熱プレス機、熱ロール機などの公知の手段を用いて行うことができる。熱圧着時の温度は通常100〜200℃である。
また、メタクリル系樹脂フィルムを金型内等に設置し、溶融された基材用樹脂を前記メタクリル系樹脂フィルム上に流し込んで、樹脂製基材の成形と同時にメタクリル系樹脂フィルムを積層させることもできる。
共押出法による製造では、溶融された基材用樹脂と、溶融されたメタクリル系樹脂組成物とを、フィードブロック方式やマルチマニホールド方式などの共押出用のダイに流し入れ、それぞれを、同時に押し出す。溶融された基材用樹脂および溶融されたメタクリル系樹脂組成物のそれぞれの温度は、基材用樹脂とメタクリル系樹脂組成物との界面の乱れが少なくなるように適宜調整される。共押出された溶融樹脂は、メタクリル系樹脂フィルムの製造に関する説明において述べたのと同様に、その両面を鏡面ロール表面または鏡面ベルト表面に接触させて成形する工程を含む方法が好ましい。鏡面ロール表面または鏡面ベルト表面の温度や線圧などは、適宜選択できるが、メタクリル系樹脂フィルムの製造に関する説明において述べた条件範囲にすることが、良好な表面平滑性、良好な鏡面光沢、低ヘイズの積層体を得られると言う点で好ましい。
本発明の積層体は、表面硬度、耐候性、ハードコート処理などを行った際の密着性、靭性、表面平滑性、および透明性(ヘイズ)、並びにメタクリル系樹脂フィルムの温水等によって白化しにくいという特長を保持するという観点から、メタクリル系樹脂フィルムが最外層になるものが好ましい。
本発明の積層体は、基材とメタクリル系樹脂フィルムとの間に他の層が介在していてもよい。他の層としては、たとえば、着色されていても良い透明性に優れる熱可塑性樹脂からなる層、接着剤層が挙げられる。接着剤層に用いられる接着剤は特に制限されないが、透明性を維持するために、透明な接着剤を用いることが好ましい。
なお、他の層との密着性等を高めるために、メタクリル系樹脂フィルムおよび/または基材の表面にプラズマ処理、電子線処理、コロナ処理等の表面処理を行っても良い。
本発明の積層体におけるメタクリル系樹脂フィルムの厚さは5〜200μmであることが好ましく、50〜200μmであることがより好ましく、50〜125μmであることが特に好ましい。
本発明の積層体におけるメタクリル系樹脂フィルムの厚さが5μm未満であると、積層体の表面硬度が不足する。また、耐候性が必要な用途においては、メタクリル系樹脂フィルムに十分な量の紫外線吸収剤を保持させることができず、積層体の力学物性が経年劣化する。また、本発明の積層体におけるメタクリル系樹脂フィルムの厚さが200μmを超えると、延伸した際、折り曲げた際および/または衝撃を受けた際などにメタクリル系樹脂フィルムが破断しやすくなる。また、経済性においても不利となりやすい。
本発明の積層体は、メタクリル系樹脂フィルムの優れた透明性および表面平滑性、高い表面硬度、耐温水白化性および良好な外観(低ブツ)を持つという特長を活かして、波板、カーポート、アーケード、バルコニーなどの屋根材、壁材、高速道路のフェンス等の建材・住宅設備用途、遮音壁、銘板、液晶表示カバー、タッチパネル、表示用ダミー缶、車両窓、パチンコ台、携帯電話前面板、絶縁体等の工業・産業用途、液晶テレビ拡散板、プロジェクションTV等のフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、LCD、PTV、プロジェクションテレビ用前面板、レンズシートなどの光学用途;等に広範囲に使用することができる。
特に、本発明のメタクリル系樹脂フィルムおよび積層体は、耐温水白化性、表面硬度、耐候性に優れているため、車両内装、家具、ドア材、巾木等の建材用途に好適であり、建材用途の中でも耐水性が要求される外装、準外装用途に特に好適である。具体的に窓枠、玄関扉、雨戸、外壁に好適に用いることができる。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムは、従来のアクリル系樹脂フィルムに比べ光学部材の製造に適しており、得られるフィルムはフィッシュアイが少なく表面性や表面硬度に優れる。具体的使用例を挙げると、液晶保護板、携帯型情報端末の表面材、携帯型情報端末の表示窓保護フィルム、導光フィルム、各種ディスプレイの前面板用途に好適である。
以下に実施例を示しながら本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の例によって何ら制限されるものではない。ブロック共重合体の合成では、常法により乾燥精製した薬品を用いた。その際、重合転化率の測定や合成したブロック共重合体の分析は、以下の方法によって実施した。また、メタクリル系樹脂組成物の分析、力学及び光学測定は、以下の方法によって行った。
(1)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)およびブロック共重合体の生成率の測定
装置:東ソー社製ゲルパーミエーションクロマトグラフ(HLC−8020)
カラム:東ソー社製TSKgel G2000HHR(1本)およびGMHHR−M(2本)を直列に連結
溶離液:テトラヒドロフラン
溶離液流量:1.0ml/分
カラム温度:40℃
検出方法:示差屈折率(RI)計
検量線:標準ポリスチレンを用いて作成
(2)ガスクロマトグラフィー(GC)による仕込み単量体の重合転化率の測定
装置:島津製作所製ガスクロマトグラフ GC−14A
カラム:GL Sciences Inc.製 INERT CAP 1(df=0.4μm、0.25mmI.D.×60m)
分析条件:injection温度180℃、detector温度180℃、60℃(5分間保持)→昇温速度10℃/分→200℃(10分間保持)
(3)側鎖ビニル結合量
ブロック共重合体を重クロロホルムに溶解し試験液を得、1H−NMR(日本電子社製核磁気共鳴装置(JNM−LA400)を用いて該試験液を分析し、化学シフト4.7〜5.2ppm(以後、シグナルC0という。)の1,2−ビニルによるプロトン(=CH2)と、化学シフト5.2〜5.8ppm(以後、シグナルD0という。)のビニルプロトン(=CH−)の積分強度を求め、次式によって、側鎖ビニル結合量V0[mol%]を計算して求めた。
0=〔(C0/2)/{C0/2+(D0−C0/2)/2}〕×100
(4)核磁気共鳴スペクトル(1H−NMRスペクトル)によるブロック共重合体の分子構造の解析
機器:日本電子社製核磁気共鳴装置(JNM−LA400)
溶媒:重クロロホルム
(5)ガラス転移温度(Tg)
重合体ブロック(a)として用いたポリアクリル酸n−ブチルのガラス転移温度(Tg)は、「POLYMER HANDBOOK FOURTH Edition, VI/199頁, Wiley Interscience, New York,1998」に記載の値(−49℃)を用いた。
また、重合体ブロック(b)として用いたポリ1,3−ブタジエンのガラス転移温度(Tg)は、「ANIONIC POLYMERIZATION, 434頁, MARCEL DEKKER,Inc. 1996」に記載の1,2−ビニル結合量とTgの関係より導かれる値を用いた。
(6)屈折率(nd)
ブロック共重合体(B)が30質量%となるようトルエンに均一に溶解した。室温にて当該溶液およびトルエンの密度、屈折率を測定し、下記(式1)〜(式3)の式を用いブロック共重合体(B)の屈折率を求めた。さらに、屈折率既知のポリメタクリル酸メチル(nd=1.492)を同じ方法で測定し、この方法による屈折率測定の較正係数を求めて、ブロック共重合体(B)の屈折率を較正した。
(nd2−1)/(nd2+2)×V=r=一定・・・(式1)
3=w11+w22・・・(式2)
2=1/ρ1−1/w2(1/ρ1−1/ρ3)・・・(式3)
nd:屈折率、V:比容、r:分子屈折、w:質量分率 ρ:密度
下付き1:トルエン 下付き2:ブロック共重合体(B) 下付き3:溶液
実測:V3、nd3、V1、nd1
式(1)および式(2)出典:高分子実験学 第12巻 熱力学的・電気的および光学的性質 昭和59年 共立出版
式(3)出典:高分子実験学 第11巻 高分子溶液 昭和57年 共立出版
(7)モルフォロジー
成形品をダイヤモンドナイフを用いて切り出し超薄切片を得、この切片を四酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて観察像を写真撮影した。無作為に30個のブロック共重合体(B)を含んでなる分散相を選択し、それら分散相の径を測定し、それらの平均値で表した。
なお、上記の染色によってブロック共重合体(B)中の重合体ブロック(b)が染色され、メタクリル系樹脂組成物のモルフォロジーを観察できるようになる。本発明のメタクリル系樹脂組成物は、染色されていないメタクリル系樹脂(A)からなる連続相と染色されたブロック共重合体(B)を含んでなる分散相とを含有し、分散相には染色された部分(ブロック共重合体(B)からなる海相)と染色されていない部分(メタクリル系樹脂(A)からなる島相)との海島構造のものが含まれている。
(8)透明性の評価
ISO14782に準拠して、厚さ1mmの成形品のヘイズを測定した。
(9)表面硬度の評価
JIS K5600−5−4に準拠し、0.75Kg荷重で厚さ3mmの射出成形品で鉛筆硬度を測定した。
(10)耐温水白化性
射出成形で作成した厚さ3mmの平板の光線透過率(可視光線:600nm)を測定した。該平板を80℃の温水に12時間浸漬した。次いで室温の蒸留水に浸漬し、平板を室温まで冷却させた。水から取り出してガーゼで表面の水分をふき取り光線透過率(可視光線:600nm)を測定した。浸漬前後の光線透過率の差を求めた。
《合成例1》 ブロック共重合体(B−1)の製造
(1)攪拌機付1.5リットルのオートクレーブ容器に、トルエン801mlおよび1,2−ジメトキシエタン0.007mlを投入し、20分間窒素パージを行った。そこに濃度1.3mol/lのsec−ブチルリチウムのシクロヘキサン溶液1.9mlを加え、次いで1,3−ブタジエン97mlを加えて、30℃で3時間反応させて、1,3−ブタジエン重合体を含む反応混合物を得た。
得られた反応混合物の一部をサンプリング分析した結果、該反応混合物中の1,3−ブタジエン重合体は、数平均分子量(Mn)が48,700、分子量分布(Mw/Mn)が1.06、側鎖ビニル結合量が30mol%であり、1,3−ブタジエン重合体(重合体ブロック(b))のガラス転移温度は−77℃であった。
(2)上記(1)で得られた反応混合物を−30℃に冷却し、0.45mol/lのイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムを含有するトルエン溶液18.1mlおよび1,2−ジメトキシエタン8.1mlを添加し、10分間撹拌して均一な溶液とした。
(3)次いで、上記(2)で得られた溶液を激しく撹拌しながら、アクリル酸n−ブチル71mlを添加し、−15℃で3時間重合させた。得られた反応混合物の一部をサンプリングし、GPC(ポリスチレン換算)により分子量を分析した結果、反応混合物中のブタジエン―アクリル酸n−ブチルジブロック共重合体(腕重合体ブロック)は数平均分子量が80,000であり、その重量平均分子量/数平均分子量の比(Mw/Mn)が1.02であることが判明した。また、アクリル酸n−ブチルの重合で得られた重合体ブロック(a)のガラス転移温度は−49℃であった。
(4)上記(3)で得られた反応混合物を−15℃で保持し、激しく攪拌したまま、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート2.1mlを加え30分間重合した。次いでメタノール約1mlを添加して重合を停止させた。
(5)上記(4)で得られた反応混合物をメタノール8000mlに入れて析出させることにより、ブロック共重合体(B−1)が得られた。得られたブロック共重合体(B−1)の収率はほぼ100%であった。
得られたブロック共重合体(B−1)は、星型ブロック共重合体と腕重合体ブロックとの混合物であった。ブロック共重合体(B−1)は、GPCの面積比より算出した星型ブロック共重合体の割合が92質量%であった。
星型ブロック共重合体は、その数平均分子量(Mn)が310,000(腕数=3.88)、そのMw/Mnが1.16であった。またブロック共重合体(B−1)は、1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(b)49質量%およびアクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(a)51質量%からなるジブロック共重合体を腕重合体ブロックとして含むものであった。
ブロック共重合体(B−1)の屈折率は1.492であった。表1にブロック共重合体(B−1)の特性を示す。なお、表中のBAはアクリル酸n−ブチル、Bdは1,3−ブタジエンを意味する。
《合成例2》ブロック共重合体(B−2)の製造
(1)攪拌機付1.5リットルのオートクレーブ容器に、トルエン801mlを投入し、20分間窒素パージを行った。そこに濃度1.3mol/lのsec−ブチルリチウムのシクロヘキサン溶液1.9mlを加え、次いで1,3−ブタジエン105mlを加えて、30℃で3時間反応させて、1,3−ブタジエン重合体を含む反応混合物を得た。
得られた反応混合物の一部をサンプリング分析した結果、該反応混合物中の1,3−ブタジエン重合体は、数平均分子量(Mn)が46,700、分子量分布(Mw/Mn)が1.06、側鎖ビニル結合量が10mol%であり、1,3−ブタジエン重合体(重合体ブロック(b))のガラス転移温度は−95℃であった。
(2)上記(1)で得られた反応混合物を−30℃に冷却し、0.45mol/lのイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムを含有するトルエン溶液18.1mlおよび1,2−ジメトキシエタン8.1mlを添加し、10分間撹拌して均一な溶液とした。
(3)次いで、上記(2)で得られた溶液を激しく撹拌しながら、アクリル酸n−ブチル65mlを添加し、−15℃で3時間重合させた。得られた反応混合物の一部をサンプリングし、GPC(ポリスチレン換算)により分子量を分析した結果、反応混合物中のブタジエン―アクリル酸n−ブチルジブロック共重合体(腕重合体ブロック)は数平均分子量が79,000であり、その重量平均分子量/数平均分子量の比(Mw/Mn)が1.02であることが判明した。また、アクリル酸n−ブチルの重合で得られた重合体ブロック(a)のガラス転移温度は−49℃であった。
(4)上記(3)で得られた反応混合物を−15℃で保持し、激しく攪拌したまま、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート2.1mlを加え30分間重合した。次いでメタノール約1mlを添加して重合を停止させた。
(5)上記(4)で得られた反応混合物をメタノール8000mlに入れて析出させることにより、ブロック共重合体(B−2)が得られた。得られたブロック共重合体(B−2)の収率はほぼ100%であった。
得られたブロック共重合体(B−2)は、星型ブロック共重合体と腕重合体ブロックとの混合物であった。ブロック共重合体(B−2)は、GPCの面積比より算出した星型ブロック共重合体の割合が93質量%であった。
星型ブロック共重合体は、その数平均分子量(Mn)が308,000(腕数=3.88)、そのMw/Mnが1.16であった。またブロック共重合体(B−2)は、1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(b)53質量%およびアクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(a)47質量%からなるジブロック共重合体を腕重合体ブロックとして含むものであった。
ブロック共重合体(B−2)の屈折率は1.492であった。表1にブロック共重合体(B−2)の特性を示す。
《合成例3》ジブロック共重合体(B−3)の製造
(1)攪拌機付1.5リットルのオートクレーブ容器に、トルエン801mlおよび1,2−ジメトキシエタン0.007mlを投入し、20分間窒素パージを行った。そこに濃度1.3mol/lのsec−ブチルリチウムのシクロヘキサン溶液1.9mlを加え、次いで1,3−ブタジエン95mlを加えて、30℃で3時間反応させて、1,3−ブタジエン重合体を含む反応混合物を得た。
得られた反応混合物の一部をサンプリング分析した結果、該反応混合物中の1,3−ブタジエン重合体は、数平均分子量(Mn)が48,700、分子量分布(Mw/Mn)が1.06、側鎖ビニル結合量が30mol%であり、1,3−ブタジエン重合体(重合体ブロック(b))のガラス転移温度は−77℃であった。
(2)上記(1)で得られた反応混合物を−30℃に冷却し、0.45mol/lのイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムを含有するトルエン溶液18.1mlおよび1,2−ジメトキシエタン8.1mlを添加し、10分間撹拌して均一な溶液とした。
(3)次いで、上記(2)で得られた溶液を激しく撹拌しながら、アクリル酸n−ブチル72mlを添加し、−15℃で3時間重合させた。得られた反応混合物の一部をサンプリングし、GPC(ポリスチレン換算)により分子量を分析した結果、反応混合物中のブタジエン―アクリル酸n−ブチルジブロック共重合体(腕重合体ブロック)は数平均分子量が80,000であり、その重量平均分子量/数平均分子量の比(Mw/Mn)が1.02であることが判明した。また、アクリル酸n−ブチルの重合で得られた重合体ブロック(a)のガラス転移温度は−49℃であった。
(4)上記(3)で得られた反応混合物をメタノール8000mlに入れて析出させることにより、ブロック共重合体(B−3)が得られた。得られたブロック共重合体(B−3)の収率はほぼ100%であった。
《合成例4》ブロック共重合体(B−4)の製造
1,2−ジメトキシエタンの量を0.014mlに変え、1,3−ブタジエンの量を87mlに変え、アクリル酸n−ブチルの量を78mlに変え、且つ1,6−ヘキサンジオールジアクリレートの量を2.6mlに変えた以外は合成例1と同じ方法によって、ブロック共重合体(B−4)を得た。ブロック共重合体(B−4)は、1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位44質量%とアクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位56質量%とからなる星型ブロック共重合体を主成分として含むものであり、1,3−ブタジエンからなる重合体ブロック(b)は、ビニル結合量が49mol%、ガラス転移温度が−60℃であり、アクリル酸n−ブチルからなる重合体ブロック(a)は、ガラス転移温度が−49℃であった。ブタジエン―アクリル酸n−ブチルジブロック共重合体(腕重合体ブロック)は数平均分子量が78,000であり、その重量平均分子量/数平均分子量の比(Mw/Mn)が1.02であった。また、星型ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は400,000(腕数=5.13)、そのMw/Mnは1.14であり、GPCの面積比より算出した星型ブロック共重合体の割合は90質量%であった。ブロック共重合体(B−4)の屈折率は、1.492である。表1にブロック共重合体(B−4)の特性を示す。
《合成例5》ブロック共重合体(B−5)の製造
1,3−ブタジエンの量を158mlに変え、且つアクリル酸n−ブチルの量を28mlに変えた以外は、合成例1と同じ方法によって、ブロック共重合体(B−5)を得た。ブロック共重合体(B−5)は、1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位80質量%とアクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位20質量%とからなる星型ブロック共重合体を主成分として含むものであり、1,3−ブタジエンからなる重合体ブロック(b)は、ビニル結合量が30mol%、ガラス転移温度が−46℃であり、アクリル酸n−ブチルからなる重合体ブロック(a)は、ガラス転移温度が−49℃であった。ブタジエン−アクリル酸n−ブチルジブロック共重合体(腕重合体ブロック)は数平均分子量が69,000であり、その重量平均分子量/数平均分子量の比(Mw/Mn)が1.02であった。また、星型ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は270,000(腕数=3.91)、そのMw/Mnは1.16であり、GPCの面積比より算出した星型ブロック共重合体の割合は90質量%であった。ブロック共重合体(B−5)の屈折率は、1.507である。表1にブロック共重合体(B−5)の特性を示す。
《合成例6》ブロック共重合体(B−6)の製造
1,3−ブタジエンの量を40mlに変え、且つアクリル酸n−ブチルの量を111mlに変えた以外は、合成例1と同じ方法によって、ブロック共重合体(B−6)を得た。ブロック共重合体(B−6)は、1,3−ブタジエンに由来する繰り返し単位20質量%とアクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位80質量%とからなる星型ブロック共重合体を主成分として含むものであり、1,3−ブタジエンからなる重合体ブロック(b)は、ビニル結合量が30mol%、ガラス転移温度が−77℃であり、アクリル酸n−ブチルからなる重合体ブロック(a)は、ガラス転移温度が−49℃であった。ブタジエン―アクリル酸n−ブチルジブロック共重合体(腕重合体ブロック)は数平均分子量が69,000であり、その重量平均分子量/数平均分子量の比(Mw/Mn)が1.02であった。また、星型ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)は272,000(腕数=3.94)、そのMw/Mnは1.15であり、GPCの面積比より算出した星型ブロック共重合体の割合は90質量%であった。ブロック共重合体(B−6)の屈折率は、1.473である。表1にブロック共重合体(B−6)の特性を示す。
Figure 2009228000
《実施例1》
攪拌機及び採取管付オートクレーブに、精製されたメタクリル酸メチル57.8質量部、アクリル酸メチル3.0質量部およびトルエン35質量部を仕込み、そしてブロック共重合体(B−1)4.2質量部を添加し、30℃で8時間攪拌し、ブロック共重合体(B−1)を均一に溶解させた。次いで、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(「パーヘキサC」 日本油脂社製、水素引抜能:35%、1時間半減期温度:111.1℃)0.0375質量部およびn−オクチルメルカプタン0.1質量部を加え均一に溶解させで原料液を得た。窒素により反応系内の酸素を除去した。
原料液を、オートクレーブから一定量で排出し、温度125℃に制御された3Lの槽型反応器A(理論上の完全混合型反応器)に一定量で供給した。槽型反応器Aでの平均滞留時間45分間で重合を実施した。反応器Aの採取管より反応液を分取した。ガスクロマトグラフィーによって測定された重合転化率は44質量%であった。
ノリタケエンジニアリング社製スタティックミキサーを内装した配管部において、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(「パーヘキサC」 日本油脂社製、水素引抜能:35%、1時間半減期温度:111.1℃)が原料液全体に対して0.003質量部となるように反応器Aから一定流量で排出された液に添加し、該液は135℃に制御された5Lの槽型反応器B(理論上の完全混合型反応器)に一定流量で供給された。反応器Bでの平均滞留時間90分間で重合を実施した。反応器Bの採取管より反応液を分取した。ガスクロマトグラフィーによって測定された重合転化率は70質量%であった。
ノリタケエンジニアリング社製スタティックミキサーを内装した配管部において、t−ブチルパーオキシベンゾエート(「パーブチルZ」 日本油脂社製、水素引抜能:56%、1時間半減期温度:124.7℃)が原料液全体に対して0.02質量部となるように反応器Bから一定流量で排出された液に添加し、該液は内壁温度135℃に制御されたノリタケエンジニアリング社製スタティックミキサーを内装した管型反応器C(理論上のプラグフロー型反応器)に一定流量で供給された。管型反応器Cでの平均滞留時間10分間で重合を実施した。管型反応器Cの内圧は0.7MPaとした。管型反応器Cの排出口から反応液を分取した。ガスクロマトグラフィーによって測定された重合転化率は80質量%であった。
管型反応器Cから一定流量で排出された液は、内壁温度140℃に制御されたノリタケエンジニアリング社製スタティックミキサーを内装した管型反応器Dに一定流量で供給された。管型反応器D(理論上のプラグフロー型反応器)での平均滞留時間50分間で重合を実施した。管型反応器Dの内圧は0.7MPaとした。管型反応器Dの排出口から反応液を分取した。ガスクロマトグラフィーによって測定された重合転化率は90質量%であった。
管型反応器Dから一定流量で排出された液は230℃に加温され、260℃に制御された二軸押出機に一定流量で供給された。該二軸押出機において未反応単量体を主成分とする揮発分が分離除去されて、反応物がストランド状に押し出された。該ストランドをペレタイザーでカットし、ペレット状のメタクリル系樹脂組成物が得られた。残存揮発分は0.1質量%であった。
当該ペレット状メタクリル系樹脂組成物を射出成形にて厚さ3mmの成形板と厚さ1mmの成形板を作製して評価用の試験片とした。
該メタクリル系樹脂組成物は、メタアクリル酸メチルに由来する繰り返し単位95質量%およびアクリル酸メチルに由来する繰り返し単位5質量%からなるメタクリル系樹脂からなる連続相93質量部に、アクリル酸n−ブチルに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(a)とブタジエンに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(b)とを有するブロック共重合体(B−1)7質量部が分散相として分散してなるものであった。
電子顕微鏡で観察された分散相には、染色された海相(ブロック共重合体(B))と染色されていない島相(メタクリル系樹脂(A))とからなる海島構造を成しているものが含まれていた。分散相の面積に対して島部の面積が20%以上占めている海島構造の分散相が全分散相の20質量%以上であった。
前記ペレット状メタクリル系樹脂組成物を、リップ横幅300mmおよび上下空隙0.3mmのTダイ押出成形機を通して溶融押出し、縦方向に延伸しながら引き取って厚さ0.2mmのフィルムを連続的に製造した。
押出成形開始から10分経過時と同30分経過時との間に製造されたフィルムについて製膜性および表面平滑性の評価を行った。
(製膜性)
該フィルムの最小厚さDmin[mm]と最大厚さDmax[mm]を求め、次式で定義される厚さ変動率を求めた。
フィルムの厚さ変動率(%)={(Dmax−Dmin)/Dmin}×100
下記基準によって製膜性を評価した。
◎:厚さ変動率が5%未満であり、フィルム成形性が極めて良好である。
○:厚さ変動率が5〜20%であり、フィルム成形性がほぼ良好である。
×:厚さ変動率が20%を超え、フィルム成形性が極めて不良である。
(表面平滑性)
フィルム表面を目視により観察し以下の基準で表面平滑性を評価した。
○:表面が平滑で良好である。
×:表面に凹凸がありすりガラス状となり不良である。
(フィルム外観評価)
前記ペレット状メタクリル系樹脂組成物を、リップ横幅300mmおよび上下空隙0.2mmのTダイ押出成形機を通して溶融押出し、縦方向に延伸しながら引き取って厚さ0.05mmのフィルムを製造した。
ゲルカウンター(型式FS−5/Optical Control Systems社製)によりフィルムのブツ(フィッシュアイ)の単位面積あたりの個数を測定した。下記基準により外観評価を行った。
○:1平方メートル面積あたりの個数が10,000個未満
△:1平方メートル面積あたりの個数が10,000個以上50,000個未満
×:1平方メートル面積あたりの個数が50,000個以上
(積層成形性)
前記ペレット状メタクリル系樹脂組成物とメタクリル系樹脂(クラレ社製、パラペットHR−L)とを厚さ50μm/2mmで共押出成形して、積層フィルムを得た。
該積層フィルムを目視で観察して、フローマークおよび層界面における白化の有無を調べ、フローマークおよび層界面の白化のいずれも生じていない場合を良好(○)、フローマークおよび/または層界面の白化が生じていた場合を不良(×)として評価した。
(曲げ特性)
100μmのポリプロピレンフィルムの両面にポリウレタン系のプライマーを施し、その片面にシルクスクリーン印刷を施した。この印刷フィルムの印刷面側に、前記押出成形で得られた厚さ0.2mmのメタクリル系樹脂フィルムをエンボスロールにてラミネートして積層フィルムを得た。
この積層フィルムのポリプロピレンフィルム面にポリウレタン系接着剤を塗り、0.5mm厚の鋼板に貼り合わせて、表層にメタクリル系樹脂フィルム層を有する積層体を得た。
当該積層体を10cm×10cmの大きさに切り出し、20℃の雰囲気下で曲率半径が3mmとなるように、90度に折り曲げて4秒間保持した(90℃曲げ試験)。同様の折り曲げ試験を−10℃の雰囲気下で行った。
曲げ特性を下記の基準に従って評価した。
○:フィルムの切れ、クラックなく良好
△:フィルムのクラックが発生した
×:フィルムの切れが発生した
これらの評価結果を表2に示す。
《実施例2〜4、比較例1〜2》
実施例1において用いたブロック共重合体(B−1)を表2に示すブロック共重合体(B−2)〜(B−6)に変えた以外は、実施例1と同じ方法によって、ペレット状メタクリル系樹脂組成物を得、得られたペレット状のメタクリル系樹脂組成物を用いて、厚さ3mmの成形板と厚さ1mmの成形板を作製して評価用の試験片とした。いずれのメタクリル系樹脂組成物も残存揮発分が0.1質量%であり、分散相の面積に対して島部の面積が20%以上占めている海島構造の分散相が全分散相の20質量%以上であった。
実施例1と同じ方法でフィルムおよび積層体を得た。実施例1と同様の評価を行った。結果を表2に示す。
《比較例3》
メタクリル系樹脂50質量部に粒径0.25μmのスチレン−アクリル酸n−ブチルランダム共重合体ゴム40質量%を含有するコアシェル型重合体粒子50質量部を練り込んだ重合体組成物のペレットを用い、実施例1と同じ手法によって射出成形にて厚さ3mmの成形板と厚さ1mmの成形板を作製して評価用の試験片とした。また、実施例1と同じ方法でフィルムおよび積層体を得た。実施例1と同様の評価を行った。結果を表2に示す。
Figure 2009228000
表2に示すように、メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位を50質量%以上有するメタクリル系樹脂(A)からなる連続相に、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(a)と共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位からなる重合体ブロック(b)とを有するブロック共重合体(B)が分散相として含有してなるメタクリル系樹脂組成物からなる層を有するフィルムおよび積層体(実施例1〜4)は、比較例1〜3に比べ、表面硬度、外観(低ブツ)、透明性、表面平滑性、耐温水白化性、低温特性に優れていることがわかる。
本発明のメタクリル系樹脂フィルムおよび積層体は、美麗な外観、高い透明性および優れた耐候性などの特長を有し、さらに表面硬度、靭性、表面平滑性、外観(低ブツ)、透明性、耐温水白化性、低温特性に優れているので、看板部品、ディスプレイ部品、照明部品、インテリア部品、建築部品、輸送機器部品、電子機器部品、医療機器部品、機器関係部品、光学関係部品、交通関係部品、建材部材、家電製品用部材等に適用することができる。

Claims (12)

  1. メタクリル酸メチルに由来する繰り返し単位を50質量%以上有するメタクリル系樹脂(A)からなる連続相100質量部に、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が23℃以下である重合体ブロック(a)30〜65質量%と共役ジエン化合物に由来する繰り返し単位からなるガラス転移温度が0℃以下である重合体ブロック(b)35〜70質量%とを有するブロック共重合体(B)1〜80質量部が分散相として含有するメタクリル系樹脂組成物からなる層を有するメタクリル系樹脂フィルム。
  2. ブロック共重合体(B)が星型ブロック共重合体であり、該星型ブロック共重合体が腕重合体ブロックで構成され、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出したポリスチレン換算の数平均分子量が、式:
    [星型ブロック共重合体の数平均分子量]>2×[腕重合体ブロックの数平均分子量]
    を満たす請求項1に記載のメタクリル系樹脂フィルム。
  3. 星型ブロック共重合体が、化学構造式:
    (重合体ブロック(b)―重合体ブロック(a)―)n
    (式中、Xはカップリング残基、nは2を超える数を表す。)で表されるものである請求項2に記載のメタクリル系樹脂フィルム。
  4. ブロック共重合体(B)の屈折率が1.48〜1.50である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタクリル系樹脂フィルム。
  5. 少なくとも一方の面に、印刷が施されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタクリル系樹脂フィルム。
  6. 基材に請求項1〜5のいずれか1項に記載のメタクリル系樹脂フィルムを積層してなる積層体。
  7. 基材が熱可塑性重合体からなる層を有する請求項6に記載の積層体。
  8. 熱可塑性重合体が、ポリカーボネート系重合体、塩化ビニル系重合体、フッ化ビニリデン系重合体、メタクリル樹脂、MS樹脂、ABS樹脂およびAS樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項7に記載の積層体。
  9. 基材が熱可塑性樹脂シートに印刷を施してなる加飾シートである請求項6に記載の積層体。
  10. 基材が鋼板である請求項6に記載の積層体。
  11. 建築資材用または車両資材用である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のメタクリル系樹脂フィルム。
  12. 建築資材用または車両資材用である、請求項6〜10のいずれか1項に記載の積層体。
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