JP2010211977A - 導光板 - Google Patents

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Abstract

【課題】
吸水性が低く、耐熱性に優れるスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板を提供すること。
【解決手段】
スチレン系単量体と(メタ)アクリル酸単量体を含有するスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物であり、(メタ)アクリル酸単量体単位の含有量が5.0〜13.0質量%、メタノール可溶分が2.0質量%以下、残存単量体及び重合溶媒の合計が1000μg/g以下、重量平均分子量(Mw)が16万〜30万であるスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板を構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明はスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板に関するものである。
液晶ディスプレイのバックライトには光源を表示装置の正面に配置する直下型バックライトと側面に配置するエッジライト型バックライトがある。導光板はエッジライト型バックライトに組み込まれ、側面からの光を液晶パネルに導く役割を果たし、テレビ、デスクトップ型パーソナルコンピューター、ノート型パーソナルコンピューター、携帯電話機、カーナビゲーションなど幅広い用途で使用される。導光板にはPMMA(ポリメチルメタクリレート)に代表されるアクリル樹脂が使用されているが、吸水性が高いため、成形品に反りが発生する問題や寸法の変化が発生する場合がある。また、耐熱性の不足のため、使用環境下によっては成形品が変形することがある。それらの改良技術としては下記が挙げられる。
特開2003−75648号公報 特開2003−165885号公報 特開2004−318021号公報 特開2005−215370号公報 特開2007−204536号公報
本発明は、吸水性が低く、耐熱性に優れるスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板を提供することを課題とする。
本発明は、(1)スチレン系単量体と(メタ)アクリル酸単量体を含有するスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物であり、(メタ)アクリル酸単量体単位の含有量が5.0〜13.0質量%、メタノール可溶分が2.0質量%以下、残存単量体及び重合溶媒の合計が1000μg/g以下、重量平均分子量(Mw)が16万〜30万であるスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板、(2)スチレン系単量体中の4−t−ブチルカテコール濃度が2μg/g以下である(1)記載のスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板、(3)下記一般式〔1〕で表されるポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.03〜0.5質量%含有する(1)又は(2)記載のスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板である。
Figure 2010211977
(式中のRは、炭素原子数8〜18のアルキル基を示し、Xは整数でエチレンオキサイド単位の付加数を表し、平均付加数として1〜15である)
本発明の導光板は、吸水性が低く、耐熱性に優れるため成形品の反りや寸法変化を抑えることができ、高温環境下での成形品の変形を防ぐことができる。
本発明の導光板は、スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物を射出成形や押出成形などの成形方法で得ることができる。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体とは、スチレン系単量体と(メタ)アクリル酸系単量体とに由来する単位構造を有する共重合体である。スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体は、スチレン系単位と(メタ)アクリル酸系単位を共重合して得ることができる。スチレン系単量体とは、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン等の単独または混合物であり、好ましくはスチレンである。(メタ)アクリル酸系単量体は、アクリル酸、メタクリル酸等であり、メタクリル酸が好ましい。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体には、その他の単位構造を少量有するものも用いることができる。その他の単位構造は5%以下が好ましい。その他の単位構造としては、スチレン系単量体及び(メタ)アクリル酸系単量体と共重合可能なビニル系単量体に由来する単位構造がある。共重合可能なビニル系単量体としては、アクリロニトリル、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル等が挙げられる。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体の重合方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法等公知のスチレン重合方法が挙げられる。品質面や生産性の面では、塊状重合法、溶液重合法が好ましく、連続重合であることが好ましい。溶媒として例えばベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレン等のアルキルベンゼン類やアセトンやメチルエチルケトン等のケトン類、ヘキサンやシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素等が使用できる。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体の重合時に、必要に応じて重合開始剤、連鎖移動剤を使用することができる。重合開始剤として、有機化酸化物、例えば過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーオキシベンゾネート、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ポリエーテルテトラキス(t−ブチルパーオキシカーボネート)、エチル−3,3−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブチレート、t−ブチルパーオキシイソブチレート等が挙げられる。連鎖移動剤としては、脂肪族メルカプタン、芳香族メルカプタン、ペンタフェニルエタン、α−メチルスチレンダイマー及びテルピノーレン等が挙げられる。
重合工程を出た共重合体を含む重合溶液は、脱揮工程に移送され、未反応の単量体及び重合溶媒が除去される。脱揮工程は加熱器付きの真空脱揮槽やベント付き脱揮押出機などで構成される。脱揮工程を出た溶融状態の共重合体は造粒工程へ移送される。造粒工程では、多孔ダイよりストランド状に溶融樹脂を押出し、コールドカット方式や空中ホットカット方式、水中ホットカット方式にてペレット形状に加工される。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物中の(メタ)アクリル酸単量体単位含有量は、5.0〜13.0質量%である。好ましくは、7.0〜11.0質量%である。(メタ)アクリル酸単量体単位含有量が5.0質量%未満では導光板の耐熱性が不十分になることがある。また、(メタ)アクリル酸単量体単位含有量が13.0質量%を超えると、共重合体の製造工程で共重合体中にゲルが生成することがある。ゲルが生成すると、導光板の光学特性が悪化することがある。(メタ)アクリル酸単量体単位含有量は、重合で使用する原料中の(メタ)アクリル酸単量体濃度によって調整することができる。重合工程で複数の反応器を使用する場合は、各反応器に(メタ)アクリル酸単量体を分割添加してもよい。
(メタ)アクリル酸単量体単位含有量の測定は室温で実施した。スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物中0.5gを秤量し、トルエン/エタノール=8/2(体積比)の混合溶液に溶解後、水酸化カリウム0.1mol/Lエタノール溶液にて中和滴定を行い、終点を検出し、水酸化カリウムエタノール溶液の使用量より、(メタ)アクリル酸の質量基準の含有量を算出した。なお、電位差自動滴定装置を使用することができ、京都電子工業株式会社製AT−510により測定を行った。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物中のメタノール可溶分が2.0質量%以下である。好ましくは1.7質量%以下である。メタノール可溶分が2.0質量%を超えると、導光板の耐熱性が不十分になることがある。
メタノール可溶分とは組成物中のメタノールに可溶な成分の量である。例えば、重合過程や脱揮工程で生成するスチレンオリゴマー(スチレンダイマー、スチレントリマー)の他、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ホワイトオイル、シリコーンオイル等の各種添加剤や残存単量体及び重合溶媒等の低分子量成分が含まれる。メタノール可溶分は、重合過程で副生成するスチレンオリゴマー(スチレンダイマー、スチレントリマー)の発生量抑制、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等の各種添加剤の添加量調整、残存スチレンモノマー及び重合溶媒の量を抑えることにより低減することができる。
メタノール可溶分の測定方法を次の方法で行った。組成物1gを精秤(質量P)し、テトラヒドロフランを50mL加えて約1時間溶解する。溶解後、エタノールを5mL加え、良く混合する。次に、メタノールを400mL入れたビーカーに、組成物を溶解した液を勢い良く入れ、攪拌しながらメタノールに不溶な成分(樹脂成分)を析出させる。約15分間攪拌した後、塩酸を1滴入れて、さらに10分間攪拌する。攪拌を停止し、約10分間静置した後、ガラスフィルターで徐々にろ過してメタノール不溶分を分離し、150℃の真空乾燥機にて2時間減圧下で乾燥した後、デシケータ内で約25分間放冷し、乾燥したメタノール不溶分の質量Nを測定することで、次式によって求めた。
メタノール可溶分(質量%)=(P−N)/P×100
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物中の残存単量体及び重合溶媒の合計は1000μg/g以下である。好ましくは、700μg/g以下である。残存単量体及び重合溶媒の合計が1000μg/gを超えると導光板の耐熱性が不十分になることがある。残存単量体及び重合溶媒は、メタノール可溶分の一部であるが比較的分子量が低い成分であり耐熱性への影響が大きい。残存単量体及び重合溶媒は、揮発性が高いため、例えば、押出成形にて導光板を押出する際、ダイス出口で揮発してダイスに凝縮し、目ヤニの原因となることがある。目ヤニが押出した導光板に付着すると外観不良となる。また、射出成形の場合でも、射出成形時にガスが発生し、成形不良の原因となることがある。
残存単量体及び重合溶媒は、組成物中に残存する単量体と重合溶媒の量であり、例えば、スチレン、メタクリル酸、エチルベンゼンが挙げられる。残存単量体及び重合溶媒の量は、脱揮工程の構成や脱揮工程での条件で調整することができる。脱揮工程は、加熱器付きの真空脱揮槽を直列に2段接続した構成、または加熱器付きの真空脱揮槽とベント付き脱揮押出機を直列に接続した構成が挙げられる。加熱器付きの真空脱揮槽を直列に2段接続した構成の場合は、1段目真空脱揮槽での樹脂温度を150〜190℃に調整し、出口の残存単量体及び重合溶媒の合計量が7〜14質量%となるよう真空度を25〜100kPaの範囲で調整し、2段目の真空脱揮槽で樹脂温度を210〜240℃に調整し、真空度を0.2〜2.0kPaの範囲に調整する方法が挙げられる。
残存単量体及び重合溶媒の量は、樹脂組成物0.2gを精秤し、内部標準物質としてp−ジエチルベンゼンを含むテトラヒドロフラン10mlに溶解し、キャピラリーガスクロマトグラフを用いて以下の条件で測定した。
キャピラリーガスクロマトグラフ:GC−4000(ジーエルサイエンス株式会社製)
カラム:ジーエスサイエンス株式会社製 InertCap WAX、内径 0.25mm、長さ 30m、膜厚 50μm
インジェクション温度:180℃
カラム温度:60℃〜170℃
ディテクター温度:210℃
スプリット比:5/1
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物中のスチレンダイマーとトリマーの合計量は5000μg/g以下であることが好ましい。スチレンダイマーとトリマーの合計量は5000μg/gを超えると、メタノール可溶分が増加し、導光板の耐熱性が不十分になることがある。
スチレンダイマーとトリマーは、重合過程で重合反応時に副生成するものと、脱揮工程で熱分解により生成するものが挙げられる。重合過程で副生成するスチレンダイマーとトリマーを抑制する方法としては、重合初期で完全混合槽型の反応器を使用し、反応器内のスチレン系単量体濃度を低くし、重合開始剤を用い、低い温度で重合する方法が挙げられる。脱揮工程で生成するスチレンダイマーとトリマーを抑制する方法としては、脱揮工程での樹脂温度を下げ、滞留時間を短くする方法が挙げられる。
スチレンダイマーとトリマーの測定は、スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物200mgを2mLの1,2−ジクロロメタンに溶解し、メタノールを2mL添加して共重合体を析出させ、静置させたのち、上澄み液について、ヒューレットパッカード社製ガスクロマトグラフィーHP−5890を用いて測定した。なお詳細な条件を以下に記す。
(イ)カラム:DB−1(ht) 0.25mm×30m 膜厚0.1μm
(ロ)インジェクション温度:250℃
(ハ)カラム温度:100−300℃
(二)検出器温度:300℃
(ホ)スプリット比:50/1
(へ)内部標準物質:n−エイコサン
脱揮工程で副生成するスチレンオリゴマー(スチレンダイマー、スチレントリマー)は、スチレン系樹脂組成物の熱分解に起因するもので、脱揮工程の温度を極力下げることで低減することができる。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物の重量平均分子量(Mw)は16万〜30万である。重量平均分子量(Mw)が16万未満になると、導光板の強度が低下する場合がある。重量平均分子量(Mw)が30万を超えると共重合体の製造工程で共重合体中にゲルが生成することがある。ゲルが生成すると、導光板の光学特性が悪化することがある。また、重量平均分子量(Mw)が30万を超えると、メルトマスフローレイトが低下し、成形加工性が悪化することがある。重量平均分子量(Mw)は、重合工程の反応温度、滞留時間、重合開始剤の種類及び添加量、連鎖移動剤の種類及び添加量、重合時に使用する溶媒の種類及び量等によって制御することができる。
重量平均分子量(Mw)及びZ平均分子量(Mz)、数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、次の条件で測定した。
GPC機種:昭和電工株式会社製Shodex GPC−101
カラム:ポリマーラボラトリーズ社製 PLgel 10μm MIXED−B
移動相:テトラヒドロフラン
試料濃度:0.2質量%
温度:オーブン40℃、注入口35℃、検出器35℃
検出器:示差屈折計
本発明の分子量は単分散ポリスチレンの溶出曲線より各溶出時間における分子量を算出し、ポリスチレン換算の分子量として算出したものである。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物を製造する際、スチレン系単量体中の4−t−ブチルカテコール濃度は2μg/g以下であることが好ましい。4−t−ブチルカテコール濃度が2μg/gを超えると、導光板の黄色味が強くなることがある。市場で入手できるスチレン系単量体には、重合禁止剤として10〜30μg/gの4−t−ブチルカテコールが含まれる。スチレン系単量体中の4−t−ブチルカテコール濃度は、吸着剤として活性アルミナを使用することで低減することができる。
スチレン系単量体中の4−t−ブチルカテコール濃度の測定は次の方法で行った。分液ロートに50mlのスチレン系単量体を入れ、10mlの1N水酸化ナトリウムを加えて約2分間振とうした。2層に静置分離後、下層の液を抜き取り、分光光度計を用いて吸光度(波長486nm)を測定し、あらかじめ作成しておいた検量線より濃度を算出した。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物は、下記一般式〔1〕で表されるポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.03〜0.5質量%含有することが好ましい。
Figure 2010211977
(式中のRは、炭素原子数8〜18のアルキル基を示し、Xは整数でエチレンオキサイド単位の付加数を表し、平均付加数として1〜15である)
ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量が0.03質量%未満であると、スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体を製造する際にゲルが生成することがある。また、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量が0.5質量%を超えると、導光板の耐熱性が低下することがある。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、一般的には、上記一般式〔1〕のRで表されるアルキル基を有するアルコールに、エチレンオキサイドを付加することで合成される。このようにして得られたポリオキシエチレンアルキルエーテルは、通常アルキレンオキサイド単位の付加数に分布を有する。エチレンオキサイド単位の平均付加数は1〜15であり、好ましくは4〜12である。また、エチレンオキサイドとともにプロピレンオキサイドを付加したものであってもよい。エチレンオキサイド単位の平均付加数が1未満の場合、エチレンオキサイドが付加していないアルコールの含有量が多くなり好ましくない。エチレンオキサイド単位の平均付加数が15を越える場合、ゲル化抑制効果が不十分である。
ポリオキシエチレンアルキルエーテル含有量の測定は次の方法で行った。組成物5gを精秤し、THFに溶解する。溶解後、メタノール及び少量の塩酸でポリマー分を再沈処理し、ろ過により再沈物を除去する。ろ液を濃縮し、最終的に10mlメタノール溶液の濃縮液とし、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの定量を行った。なお、定量はポリオキシエチレンアルキルエーテル濃度既知のメタノール溶液を3点作成し、検量線を作成することで行った。
HPLC機種:日本ウォーターズ株式会社製 allianceシステム2695セパレーションモジュール
検出器:示差屈折計(RI)
カラム:東ソー株式会社製 TSKgel ODS−120T 4.6mm(ID)×15cm(L)
移動相:メタノール/水=80/20(体積比)にリン酸0.2質量%添加
流量:1.0ml/分
カラムオーブン温度:40℃
検出器温度:30℃
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物には、耐熱性を損ねない範囲でステアリン酸、エチレンビスステアリルアミド等の内部潤滑剤やヒンダートフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ラクトン系酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、帯電防止剤等の添加剤が含まれていても良い。また、外部潤滑剤としては、エチレンビスステアリルアミドが好適であり、含有量としては30〜200μg/gであることが好ましい。
紫外線吸収剤は、紫外線による劣化や着色を抑制する機能を有するものであって、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾエート系、サリシレート系、シアノアクリレート系、蓚酸アニリド系、マロン酸エステル系、ホルムアミジン系などの紫外線吸収剤が挙げられる。これらは、単独又は2種以上組み合わせて用いることができ、ヒンダートアミン等の光安定剤を併用してもよい。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物の導光板は、射出成形、押出成形、圧縮成形等、目的に応じた成形方法で成形することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物PS−1〜PS−12の製造方法)
完全混合型撹拌槽である第1反応器と第2反応器を直列に接続して重合工程を構成した。各反応器の容量は、第1反応器を39リットル、第2反応器を39リットルとした。表1に記載の原料組成にて、原料溶液を作成し、第1反応器に原料溶液を表1に記載の流量にて連続的に供給した。使用したスチレン(SM)中の4−t−ブチルカテコール濃度は表1に示す通りである。重合開始剤及び連鎖移動剤は、第1反応器の入口で表1に記載の添加濃度(原料溶液に対する質量基準の濃度)となるように原料溶液に添加混合した。表1に記載の重合開始剤及び連鎖移動剤はそれぞれ次の通りである。
重合開始剤−1 :1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂株式会社製パーヘキサCを使用した。)
重合開始剤−2 :2,2−ビス(4,4−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン(日本油脂株式会社製パーテトラAを使用した。)
連鎖移動剤 :α−メチルスチレンダイマー(日本油脂株式会社製ノフマーMSDを使用した。)
また、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(POE)は、第1反応器の入口で表1に記載の添加濃度(生成共重合体量に対する質量基準の濃度)となるように原料溶液に添加混合した。表1に記載のポリオキシエチレンアルキルエーテル(POE)は次の通りである。
ポリオキシエチレンアルキルエーテル(POE) :ポリオキシエチレンラウリルエーテル(花王株式会社製エマルゲン109Pを使用した。)
続いて、第2反応器より連続的に取り出した共重合体を含む溶液を直列に2段より構成される予熱器付き真空脱揮槽に導入し、表1に記載の樹脂温度となるよう予熱器の温度を調整し、表1に記載の圧力に調整することで、未反応スチレン、メタクリル酸及びエチルベンゼンを分離した後、多孔ダイよりストランド状に押し出しして、コールドカット方式にて、ストランドを冷却および切断しペレット化した。また、得られたペレットに外部潤滑剤として、エチレンビスステアリルアミドを100μg/gの濃度で添加しドライブレンドした。
Figure 2010211977
強度特性として曲げ強度を測定した。曲げ強度は、JIS K 7171に準拠し、試験を行った。
耐熱特性としてビカット軟化温度を測定した。ビカット軟化温度は、JIS K 7206に準拠し、昇温速度50℃/hr、試験荷重50Nで試験を行った。
流動特性としてメルトマスフローレイトを測定した。メルトマスフローレイトは、JIS K−7210に準拠し、200℃、49N荷重の条件で測定した。
光学特性として全光線透過率、ヘーズ(曇価)を測定した。全光線透過率、ヘーズ(曇価)はJIS K−7105に準拠し、測定を行った。また、YI(黄色度)は、測色色差計NDJ4000(日本電色工業株式会社製)を用い、反射法にて測定を行った。試験には、厚さ4mm、寸法50mm×75mmの射出成形試験片を用いた。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物にゲルが混入していると、射出成形を行った際、ゲルが成形品表面にスジ状の流動痕として現れる。厚さ4mm、寸法50mm×75mmの射出成形試験片を5枚用い、スジ状の流動痕の本数を数え、成形品1枚当たりの平均本数を算出し、表2のゲル発生量とした。
スチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物のペレットを温度40℃、湿度80%の状態で7日間保管し、保管後のペレット中の水分量を測定し、吸水量とした。水分量の測定はカールフィッシャー法にて行った。
(実施例1〜5、比較例1〜8)
表2に、各組成物の特性を示す。なお、比較例8では、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を用いた(住友化学株式会社製スミペックスMGSSを使用)。
Figure 2010211977
実施例では、耐熱性に優れ、吸水性が低い成形品を得ることができる。
本発明の導光板は、テレビ、デスクトップ型パーソナルコンピューター、ノート型パーソナルコンピューター、携帯電話機、カーナビゲーションなど幅広い用途で好適に用いることができる。

Claims (3)

  1. スチレン系単量体と(メタ)アクリル酸単量体を含有するスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物であり、(メタ)アクリル酸単量体単位の含有量が5.0〜13.0質量%、メタノール可溶分が2.0質量%以下、残存単量体及び重合溶媒の合計が1000μg/g以下、重量平均分子量(Mw)が16万〜30万であるスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板。
  2. スチレン系単量体中の4−t−ブチルカテコール濃度が2μg/g以下である請求項1記載のスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板。
  3. 下記一般式〔1〕で表されるポリオキシエチレンアルキルエーテルを0.03〜0.5質量%含有する請求項1又は2記載のスチレン−(メタ)アクリル酸系共重合体組成物からなる導光板。
    Figure 2010211977
    (式中のRは、炭素原子数8〜18のアルキル基を示し、Xは整数でエチレンオキサイド単位の付加数を表し、平均付加数として1〜15である)
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