JP2011190325A - 異形ウレタン系樹脂粒子、その製造方法及び光拡散フィルム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】活性水素(メタ)アクリレート単量体を含むビニル単量体100重量部に対して、多官能ラジカル重合性単量体2〜250重量部及び多官能イソシアネート10〜400重量部の割合で含む混合物由来の重合体成分を含み、非反応性有機溶媒を実質的に含まず、かつ表面に凹凸部を有することを特徴とする異形ウレタン系樹脂粒子により上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
なお、非反応性有機溶媒の非反応とは、ビニル単量体、多官能イソシアネートに含まれるビニル基やイソシアネート基との重合性を有しないという意味である。具体的な非反応性有機溶媒としては、例えば、ブタン、ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、クロロホルム、ジクロロメタン、イソオクタン、オクタン、ノナン等の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル等が挙げられる。
ビニル単量体における活性水素(メタ)アクリレート単量体の割合は、ビニル単量体100重量部中の5〜95重量部が好ましい。より好ましくは、10〜90重量部である。
耐候性に優れることから、活性水素非含有(メタ)アクリレート単量体が好ましい。
なお、異形粒子中のビニル単量体、多官能ラジカル重合性単量体及び多官能イソシアネート混合物由来の重合体成分の含有量と、対応する単量体の使用量とは、ほぼ一致している。
両性イオン界面活性剤としては、ラウリルジメチルアミンオキサイドや、リン酸エステル系又は亜リン酸エステル系界面活性剤が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレン−オキシプロピレンブロックポリマー等が挙げられる。
上記異形ウレタン系樹脂粒子を用いた光拡散フィルムの製造方法の一例を以下に述べるが、この方法のみに限定されるものではない。
ウレタン系樹脂粒子0.1gとノニオン系界面活性剤(花王社製:レオドールTW−L120)0.3%水溶液10mlを試験管に投入する。これをタッチミキサー(ヤマト科学社製:TOUCHMIXER MT−31)及び超音波洗浄器(ULTRASONIC CLEANER VS−150)を用いて予備分散させる。これを本体備え付けのISOTONII(ベックマンコールター社製:測定用電解液)を満たしたビーカー中に、緩く撹拌しながらスポイドで滴下して、本体画面の濃度計の示度を10%前後に合わせる。次に、コールターマルチサイザーIII(ベックマンコールター社製:測定装置)本体にアパチャーをセットし、Current、Gain、Polarityをアパチャーサイズに合わせた所定の条件で測定を行う。測定中は気泡が入らない程度にビーカー内を緩く撹拌しておき、樹脂粒子を10万個測定した点で測定を終了する。体積加重の平均径(体積%モードの算術平均径:体積メヂアン径)を樹脂粒子の平均粒子径として算出する。使用するアパチャーの細孔径サイズは、100μmのものを用いる。
走査型電子顕微鏡(日本電子社製:JSM−6360LV)を用いて、倍率500〜5000倍で任意の樹脂粒子を観察して、樹脂粒子表面の凹凸の有無を観察する。
エポキシ樹脂にウレタン系樹脂粒子を埋設した後、エポキシ樹脂を硬化させて、粒子含有エポキシ樹脂片を作製する。この粒子含有エポキシ樹脂片に四酸化ルテニウム染色を施したうえで、超薄切片を作製して透過型電子顕微鏡(日立製作所社製:H−7600)にて断面を観察し、相分離構造の有無及びその形状について観察する。
分散相の平均最長径(r)は、透過型電子顕微鏡(日立製作所社製:H−7600)を用い、倍率500〜10000倍で任意のウレタン系樹脂粒子の断面を観察し、分散相の最長径を20個測定して、これらを平均した値を算出する。
20mlバイヤル管中に、ウレタン系樹脂0.1gと125ppmジエチルベンゼン入りジメチルホルムアミド溶液1mlを加え、24時間放置した。その後、バイヤル管をヘッドスペースサンプラ(HTA社製:HT200H)に設置し、90℃で加熱を1時間行った。バイヤル管中の空気層2mlをガスクロマトグラフ(島津製作所社製:GC−18A)に注入し、含まれる非反応性有機溶媒(トルエン等)を定量する。
測定装置:ヘッドスペースサンプラ付ガスクロマトグラフ(HTA社製:ヘッドスペースオートサンプラHT200H、島津製作所社製:ガスクロマトグラフGC−18A)
使用カラム:ZB−WAX(0.25μm×0.25mmΦ×30m)(phenomenex社製)
検出器:PID
測定条件:カラム温度(60℃で3分間、20℃/分で100℃まで昇温、40℃/分で220℃まで昇温、220℃で30秒間)、注入口温度(150℃)、検出器温度(250℃)、カラム流量(1.6ml/min(ヘリウムガスを使用))
平滑なガラス板の上に樹脂粒子約1gを精秤し(W)、ビュレットよりアマニ油を滴下し、金属製のヘラで練り込む。これを繰り返して、最後にヘラで押さえた時にアマニ油がにじみ出す直前のアマニ油の滴下量(V)を測定する。下記の式より吸油量を算出する。
[式] 吸油量=100×V/W(ml/100g)
光拡散フィルムは、全光線透過率及びヘイズにより評価する。全光線透過率は、JISK7361により測定される。また、ヘイズは、JISK7136により測定される。なお、測定には日本電色工業社製NHD−2000を使用する。
(a−1)粒子の製造
2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(活性水素(メタ)アクリレート単量体)100重量部にアクリル酸ブチル(活性水素非含有(メタ)アクリレート単量体)100重量部、多官能ラジカル重合性単量体としてエチレングリコールジメタクリレートを15重量部、3官能のイソシアヌレート型多官能イソシアネート(旭化成社製 デュラネートTM TPA−100)を150重量部、ラジカル重合開始剤としてアゾビスバレロニトリルを1重量部、ウレタン硬化触媒として有機チタン化合物(マツモトファインケミカル社製:TC−700)0.05重量部を混合して重合性組成物とした。
水相としてイオン交換水1000重量部、ラウリル硫酸ナトリウム0.07重量部、懸濁安定剤としてピロリン酸マグネシウム35重量部添加した。
この水相中に重合性組成物を入れてホモジナイザーにて7000rpmで10分間攪拌を行った。その後、窒素雰囲気下55℃で3時間、その後、100℃に昇温して2時間、反応を行った。その後、塩酸を加え、ピロリン酸マグネシウムを溶解させ、固液分離、洗浄、乾燥することにより目的の粒子が得られた。
得られた粒子の粒子径は10μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は、図1のSEM像のとおり、粒子表面に多数の凹凸部を有する異形状であった。TEM像により粒子内部を観察したところ、粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.3μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は94ml/100gであった。
得られた粒子100重量部とアクリルバインダー(三菱レイヨン社製 ダイナールLR−102)140重量部とを混合した。得られた混合物に、トルエンとメチルエチルケトンを1:1の重量比で混合した溶剤を260重量部添加して分散液を得た。得られた分散液を遠心撹拌機により3分間撹拌して、その後、3時間放置した。放置後の分散液に硬化剤(旭化成ケミカルズ社製 デュラネートTKA100)30重量部を添加して、遠心撹拌機により3分間撹拌した。撹拌後の分散液を、塗布膜厚75μmに設定したコーターを用いてPETフィルム上に塗布することにより、PETフィルム上に塗膜を形成した。塗膜が形成されたPETフィルムを乾燥機により70℃に保った状態で1時間乾燥することにより、光拡散フィルムを得た。
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は93.0%であった。また、ヘイズ値は96.4%であった。
(a−2)粒子の製造
2−ヒドロシキシプロピルメタクリレート30重量部、アクリル酸ブチル100重量部、3官能のイソシアヌレート型多官能イソシアネート(旭化成社製 デュラネートTM TPA−100)150重量部を使用したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−2)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は10μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は表面に凹凸部を有する異形状であった。粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.4μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は87ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−2)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は93.1%であった。また、ヘイズ値は95.9%であった。
(a−3)粒子の製造
アクリル酸ブチルをメタクリル酸メチルに変更したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−3)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は11μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は表面に凹凸部を有する異形状であった。粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.3μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は89ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−3)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は92.8%であった。また、ヘイズ値は95.7%であった。
(a−4)粒子の製造
エチレングリコールジメタクリレートの使用量を40重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−4)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は10μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は表面に凹凸部を有する異形状であった。図2のTEM像のとおり、粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.3μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は90ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−4)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は92.7%であった。また、ヘイズ値は95.6%であった。
(a−5)粒子の製造
エチレングリコールジメタクリレートの使用量を200重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−5)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は11μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は、図3のSEM像のとおり、表面に凹凸部を有する異形状であった。粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.2μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は86ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−5)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は92.8%であった。また、ヘイズ値は95.7%であった。
(a−6)粒子の製造
エチレングリコールジメタクリレートの使用量を3重量部に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−6)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は11μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は表面に凹凸部を有する異形状であった。粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.4μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は84ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−6)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は93.0%であった。また、ヘイズ値は94.9%であった。
(a−7)粒子の製造
多官能ラジカル重合性単量体270重量部を使用したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−7)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は10μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は表面に凹凸のない球状であった。粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ0.2μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は67ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−7)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は92.7%であった。また、ヘイズ値は93.0%であった。
(a−8)粒子の製造
アクリル酸ブチル92重量部、メタクリル酸メチル8重量部、エチレングリコールジメタクリレート0.1重量部を使用したこと以外は実施例1と同様の方法で粒子を得た。
(b−8)粒子の評価
得られた粒子の粒子径は11μmであった。走査型電子顕微鏡で粒子を観察した結果、粒子の形状は表面に凹凸のない球状であった。粒子内には相分離構造が確認され、マトリックス相(連続相)中に分散相が粒状に存在していた。分散相の最長径を測定したところ1.1μmであった。粒子の非反応性有機溶媒の残留濃度を測定したところ1ppm以下であった。粒子の吸油量は69ml/100gであった。
実施例1と同様の方法で光拡散フィルムを得た。
(d−8)光拡散フィルムの評価
得られた光拡散フィルムの全光線透過率は92.9%であった。また、ヘイズ値は94.0%であった。
実施例1〜6及び比較例1〜2の結果について、表1にまとめて示す。
HPA:2−ヒドロキシプロピルメタクリレート(活性水素含有メタクリレート)
MMA:メタクリル酸メチル(活性水素非含有メタクリレート)
EGDMA:エチレングリコールジメタクリレート
ABN−V:アゾビスバレロニトリル
TPA−100:3官能のイソシアヌレート型多官能イソシアネート(旭化成社製 デュラネートTM TPA−100)
比較例2の評価は、多官能ラジカル重合性単量体の使用量を2重量部未満としたことが原因だと考えられる。
実施例1〜6で得られた異形粒子を塗料に使用した例を以下に述べる。
(塗料の製造)
実施例1〜6で得られたそれぞれの異形粒子5重量部と、市販の水系樹脂バインダー液(固形分30%、ALBERDINGK社製:U330)25重量部とを撹拌脱泡装置を用いて10分間混合の後、1分間脱泡することにより塗料を得た。
(塗膜の製造)
得られた塗料をクリアランス100μmのブレードをセットした塗工装置を用いて黒色ABS板上に塗布後、5時間乾燥することにより塗膜を得た。
Claims (7)
- 活性水素(メタ)アクリレート単量体を含むビニル単量体100重量部に対して、多官能ラジカル重合性単量体2〜250重量部及び多官能イソシアネート10〜400重量部の割合で含む混合物由来の重合体成分を含み、非反応性有機溶媒を実質的に含まず、かつ表面に凹凸部を有することを特徴とする異形ウレタン系樹脂粒子。
- 前記活性水素(メタ)アクリレート単量体が、分子内に1個以上のヒドロキシル基を有する請求項1に記載の異形ウレタン系樹脂粒子。
- 前記多官能ラジカル重合性単量体が、(メタ)アクリル酸エステル系単量体及び/又は芳香族系単量体からなる請求項1又は2に記載の異形ウレタン系樹脂粒子。
- 前記多官能イソシアネートが、分子内に3個以上のイソシアネート基を有する、ビュレット型、イソシアヌレート型又はアダクト型のイソシアネートである請求項1〜3のいずれか1つに記載の異形ウレタン系樹脂粒子。
- 活性水素(メタ)アクレート単量体を含むビニル単量体100重量部に対して、多官能ラジカル重合性単量体2〜250重量部及び多官能イソシアネート10〜400重量部の割合で含む混合物、ラジカル重合開始剤及びウレタン硬化触媒とを含む重合性組成物を、懸濁安定剤の存在下かつ非反応性有機溶媒の不存在下、水性媒体中で重合を行うことで表面に凹凸部を有する異形ウレタン系樹脂粒子を得ることを特徴とする異形ウレタン系樹脂粒子の製造方法。
- 前記懸濁安定剤が、難水溶性無機塩である請求項5に記載の異形ウレタン系樹脂粒子の製造方法。
- 基材フィルムとその上の光拡散層とを有し、前記光拡散層が、請求項1〜4のいずれか1つに記載の異形ウレタン系樹脂粒子とそれを分散させたバインダー樹脂の層とから構成される光拡散フィルム。
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