JP2015174997A - ブロック共重合体、フィルム、および塗料 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、熱によって樹脂自体のヘイズ値を変化させることで透過率も変化させることが可能な樹脂組成物が提案されている。
また、特許文献2には、特定のヒドロキシ末端ポリマーと、ヒドロキシ基含有炭素−炭素不飽和モノマーとを、光または熱重合反応させて得られる感熱調光材料が開示されている。この感熱調光材料は、ヒドロキシ基含有炭素−炭素不飽和モノマーが、常温では特定のヒドロキシ末端ポリマーとの間で相溶性を持つことで透明状態となり、比較的高い温度では特定のヒドロキシ末端ポリマーに溶化せず、材料全体が混濁し不透明となるものである。
特許文献1に記載のように、温めると透過率が上昇し(透明になる)、冷やすと透過率が減少する(不透明になる)感温性樹脂組成物では、上記用途には利用できない。
[1] 数平均分子量が20000以上であり、下記一般式(1)で表されるアクリル酸エステルを85質量%以上含む単量体成分を重合した重合体(A)と、アクリル酸を重合した重合体(B)とを含むブロック共重合体であって、前記重合体(A)と重合体(B)との質量比率(重合体(A)/重合体(B))が5/95〜30/70である、ブロック共重合体。
CH2=CH−COOR1 ・・・(1)
式(1)中、R1は炭素数12〜18のアルキル基である。
[2] [1]に記載のブロック共重合体を用いて形成された、フィルム。
[3] [1]に記載のブロック共重合体を含む、塗料。
本発明のブロック共重合体は、重合体(A)と重合体(B)とを含む。
なお、本発明において、可逆的付加開裂連鎖移動重合を「RAFT重合」といい、RAFT重合に用いられる連鎖移動剤を「RAFT剤」という。
重合体(A)は、下記一般式(1)で表されるアクリル酸エステル(以下、「単量体(a1)」ということがある。)を85質量%以上含む単量体成分を重合したものである。
CH2=CH−COOR1 ・・・(1)
これらアクリル酸エステルは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
単量体(a2)としては、炭素数8以下の直鎖または分岐のアルキル基を有するアクリル酸エステル、炭素数19〜22の直鎖または分岐のアルキル基を有するアクリル酸エステルなどが挙げられる。
炭素数8以下の直鎖または分岐のアルキル基を有するアクリル酸エステルとしては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ノルマルブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ターシャリーブチル、アクリル酸2−エチルヘキシルなどが挙げられる。
炭素数19〜22の直鎖または分岐のアルキル基を有するアクリル酸エステルとしては、例えばアクリル酸ノナデシル、アクリル酸イコシル、アクリル酸ヘンイコシル、アクリル酸ドコシルなどが挙げられる。
これらアクリル酸エステルは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合体(A)の数平均分子量の上限値については特に制限されないが、50000以下が好ましい。
重合体(A)の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法で測定される値である。具体的には、移動相としてテトラヒドロフラン(THF)を用い、流速1.0mL/分の条件で、ゲルパーミエーションクロマトグラフにて測定し、ポリスチレン換算した値を数平均分子量とする。
重合体(B)は、アクリル酸を重合したものである。ブロック共重合体が重合体(B)を含むことで、室温の状態でのブロック共重合体のヘイズ値と、ブロック共重合体を温めたときのヘイズ値との差が大きくなり、透過率の変化が明確となる。
重合体(A)と重合体(B)との質量比率(重合体(A)/重合体(B))は、5/95〜30/70であり、10/90〜30/70であることが好ましい。重合体(A)の比率が多すぎても少なすぎても、得られるブロック共重合体を温めてもヘイズ値が十分に上昇せず、透過率が減少しにくい。
本発明のブロック共重合体は、上述した重合体(A)と重合体(B)とを少なくとも含むが、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、重合体(A)と重合体(B)以外の重合体(以下、「他のポリマー成分」ともいう。)を含んでいてもよい。
他のポリマー成分としては、透明性に影響を与えにくい点で、炭素数8以下の直鎖または分岐のアルキル基を有するアクリル酸エステルを重合した重合体などが挙げられる。炭素数8以下の直鎖または分岐のアルキル基を有するアクリル酸エステルとしては、単量体(a2)の説明において先に例示したものが挙げられる。
ブロック共重合体は、例えばリビング重合により得られる。リビング重合としては、リビングアニオン重合、RAFT重合などが挙げられるが、特にRAFT重合が好ましい。
例えば、RAFT重合により重合体(A)と重合体(B)とからなるブロック共重合体を製造する場合、RAFT剤を用いて重合体(A)を構成する単量体成分を重合または共重合して重合体(A)を得た後、得られた重合体(A)の存在下で、重合体(B)を構成する単量体(アクリル酸)を重合してブロック共重合体を製造する。
RAFT重合に用いられる重合開始剤としては、既知のアゾ系重合開始剤や過酸化物系重合開始剤を用いることができる。
RAFT重合に用いられる溶媒については特に限定されず、公知の溶媒を用いることができる。
RAFT重合の方法としては特に限定されず、公知の方法を採用でき、例えば溶液重合法、乳化重合法、塊状重合法、懸濁重合法などが挙げられる。
以上説明した本発明のブロック共重合体は、重合体(A)と重合体(B)とを含むので、温めるとヘイズ値が増加して、透過率が減少する(曇る)。また、ブロック共重合体を冷やすとヘイズ値が減少して、透過率が増加する(透明になる)。かかる理由については定かではないが、重合体(A)と重合体(B)は相溶性の差が大きく、ミクロ相分離を起こしやすいことによるものと考えられる。
上述した温度に依存した透過率(透明性)の変化は、少なくとも−10〜100℃の温度領域において、可逆的に起こる。しかも、本発明のブロック共重合体は、特許文献2に記載のように光または熱重合反応により硬化させる必要がない。
本発明のブロック共重合体は、温度変化により透過率が変化する感熱応答性材料として好適である。本発明のブロック共重合体は、フィルム等の所望の形状に成形したり、塗料として用いたりすることができる。
例えば、本発明のブロック共重合体を用いて形成されたフィルム等を窓に貼着すれば、室内に日差しが差し込んでフィルムが温められると透過率が減少する。すなわち、窓に貼着したフィルムが曇るので日差しが室内に差し込みにくくなり、カーテンやブラインドを閉めなくても室内の温度上昇を抑制できる。また、日差しが差し込まなくなると温められたフィルムが冷えることで透過率が上昇し、フィルムが透明になるので、室内に外光を取り込むことができる。
また、本発明のブロック共重合体を用いれば、フィルムを製造する場合にも硬化の手間がないので、簡便かつ生産性よくフィルムを製造できる。
以下、これらフィルムと塗料の一例について、それぞれ説明する。
本発明のフィルムは、上述した本発明のブロック共重合体を用いて形成されたものである。
フィルムには、本発明のブロック共重合体以外の成分、例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、可塑剤、消泡剤、濡れ性調製剤、粘着付与剤、造膜剤、造膜助剤、分散剤、充填剤、表面調整剤、界面活性剤等などの添加剤が含まれていてもよい。添加剤の含有量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
また、ブロック共重合体を溶液重合法などにより製造した後、反応液に必要に応じて添加剤を加えたものを基材上に塗布し、乾燥させてフィルムを製造してもよい。
なお、本発明のブロック共重合体は、特許文献2に記載のように硬化の必要がない。よって、フィルム状に成形した後や基材上に塗布した後に、光照射や加熱による硬化の手間を省ける。
このように、本発明のフィルムは、温度によって光の透過率を調整できる。
本発明のフィルムを例えば窓に貼着すれば、上述したように、フィルムが温められると透過率が減少し、採光量が減り、カーテンやブラインドを閉めなくても室内の温度上昇を抑制できる。また、フィルムが冷えることで透過率が上昇するので、採光量を増やすことができる。
本発明の塗料は、上述した本発明のブロック共重合体を含むものである。
塗料中の本発明のブロック共重合体の含有量については特に制限されないが、塗料に含まれる全ての樹脂成分の合計100質量%中、75質量%以上が好ましい。
溶媒としては、水;アルコール、グリコールエーテル等の有機溶媒;水と有機溶媒との混合溶媒などが挙げられる。
添加剤としては、フィルムの説明において先に例示した添加剤が挙げられる。
添加剤の含有量は、本発明の効果を妨げない範囲で通常量とすることができる。
本発明の塗料は、所望の箇所(例えば窓等)に塗布することができる。例えば、本発明の塗料を窓に塗布し、乾燥させて溶媒を除去することで温度変化により透過率が変化するコーティング膜(塗膜)を窓に形成することができる。よって、コーティング膜が温められると透過率が減少し、採光量が減り、カーテンやブラインドを閉めなくても室内の温度上昇を抑制できる。また、コーティング膜が冷えることで透過率が上昇するので、採光量を増やすことができる。
しかも、コーティング膜(塗膜)を窓に形成する際に、特許文献2に記載のように、塗膜を硬化させる必要がない。よって、硬化収縮により外観が悪化するおそれもない。
1,6−ヘキサンジチオール0.902g(6.00mmol)と、二硫化炭素1.83g(24.0mmol)と、ジメチルホルムアミド11mLとを2口フラスコに投入し、マグネチックスターラーを用いて25℃で撹拌した。これに、トリエチルアミン2.49g(24.6mmol)を15分かけて滴下し、さらに25℃で3時間撹拌した。滴下終了後、フラスコ内の反応液の色が無色透明から黄色に変化したことを確認した。
引き続き、メチル−α−ブロモフェニル酢酸2.75g(12.0mmol)を15分かけて滴下し、さらに25℃で4時間撹拌した。滴下の途中で、フラスコ内に沈殿物を確認した。
ついで、反応液に、抽出溶媒(n−ヘキサン/酢酸エチル=50/50)100mLと、水50mLとを加えて分液抽出した。得られた水相に先と同じ抽出溶媒50mLを加えてさらに分液抽出した。1回目と2回目の分液抽出にて得られた有機相を混合し、これを1M塩酸50mL、水50mL、飽和食塩水50mLで順に洗浄した。洗浄後の有機相に硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、硫酸ナトリウムをろ別し、ろ液をエバポレーターで濃縮して、有機溶媒を減圧留去した。得られた濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:n−ヘキサン/酢酸エチル=80/20)にて精製して、RAFT剤(R−1)2.86g(収率80%)を黄色油状物として得た。
1H−NMR(60MHz in CDCl3):δ7.50−7.05(m,10H、ArH)、δ5.82(s,2H,CH−COO)、δ3.73(s,6H,CH3)、δ3.33(brt,4H,S−CH2)、δ1.85−1.22(m,8H,CH2).
1,6−ヘキサンジチオール0.902g(6.00mmol)を1−ドデカンチオール1.214g(6.00mmol)に変更し、二硫化炭素の量を1.83g(24.0mmol)から0.915g(12.0mmol)に変更し、トリエチルアミンの量を2.49g(24.6mmol)から1.25g(12.3mmol)に変更し、メチル−α−ブロモフェニル酢酸2.75g(12.0mmol)を(1−ブロモエチル)ベンゼン1.11g(6.00mmol)に変更した以外は、製造例1と同様にしてRAFT剤(R−2)2.25g(収率98%)を黄色油状物として得た。
1H−NMR(60MHz in CDCl3):δ7.60−7.12(m,5H、ArH)、δ5.34(q,J=6.9Hz,1H,S−CH)、δ3.34(brt,2H,S−CH2)、δ1.76(d,J=6.9Hz,3H,CH3)、δ1.70−1.05(m,20H,−CH2−)、δ0.89(brt,3H,CH3).
(分子量の測定)
数平均分子量(Mn)および質量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ法(GPC法)により下記条件にて測定した。なお、数平均分子量(Mn)および質量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算した値である。
GPCの測定条件:
GPC装置:GPC−101(昭光通商株式会社製)
カラム:Shodex A−806M×2本直列つなぎ(昭和電工株式会社製)
検出器:Shodex RI−71(昭和電工株式会社製)
移動相:テトラヒドロフラン
流速:1mL/分
ブロック共重合体またはランダム共重合体を含む反応液を、乾燥後の膜厚が300μmまたは400μmになるように、アルミニウム箔上に塗布し、60℃で乾燥させた後、得られた塗膜をアルミニウム箔から剥がし、これを評価用の樹脂シートとした。
各評価用の樹脂シートの25℃および100℃におけるヘイズ値(曇価)を、ヘイズメーター(村上色彩研究所製、「HM−65W」)を用いて測定した。
100℃におけるヘイズ値が25℃におけるヘイズ値よりも大きいほど、温度変化による透過率の変化が明確になることを意味し、20%以上大きい場合を合格とした。
<ブロック共重合体の製造>
(重合体(A)の製造)
アクリル酸オクタデシル(SA)100gと、RAFT剤(R−2)0.46gと、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(ABN−E)0.059gと、トルエン45gとを2口フラスコに投入し、フラスコ内を窒素ガスで置換しながら85℃に昇温した。その後、85℃で1時間撹拌して重合反応を行った(第一段階反応)。
反応終了後、フラスコ内にイソプロパノール(IPA)4000gを投入し、撹拌して反応物を沈殿させた後、未反応のモノマー(SA)、およびRAFT剤をろ別し、反応物を70℃で減圧乾燥してSAの単独重合体(重合体(A))を得た。
得られたSAの単独重合体(重合体(A))の数平均分子量(Mn)および質量平均分子量(Mw)を表1に示す。
アクリル酸(AA)80gと、先に得られたSAの単独重合体(重合体(A))20gと、ABN−E0.013gと、トルエン120gと、イソプロパノール(IPA)30gとを2口フラスコに投入し、フラスコ内を窒素ガスで置換しながら85℃に昇温した。その後、85℃で1時間撹拌して重合反応を行い(第二段階反応)、ブロック共重合体を含む反応液を得た。
反応液の一部を採取し、これにn−ヘキサン4000gを投入し、撹拌して反応物を沈殿させた後、未反応のモノマー(AA)、および溶媒をろ別し、反応物を70℃で減圧乾燥してブロック共重合体を反応液から取り出した。
ブロック共重合体の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)を表1に示す。
また、ブロック共重合体を含む反応液を用い、評価用の樹脂シートを作成し、ヘイズ値を測定した。結果を表1に示す。
第一段階反応における重合体(A)を構成する単量体の種類と重合条件を表1に示すように変更し、第二段階反応における重合体(A)およびAAの配合量と重合条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてブロック共重合体を製造し、各種測定を行った。結果を表1に示す。
第一段階反応における重合体(A)を構成する単量体の種類と重合条件を表2に示すように変更し、第二段階反応における重合体(A)、およびアクリル酸(AA)、アクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEA)、メタクリル酸(MAA)の配合量と重合条件を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にしてブロック共重合体を製造し、各種測定を行った。結果を表2に示す。
SAを20gと、AAを80gと、ABN−Eを0.018gと、RAFT剤(R−2)1.3gと、トルエン45gとを2口フラスコに投入し、フラスコ内を窒素ガスで置換しながら85℃に昇温した。その後、85℃で1時間撹拌して重合反応を行い、ランダム共重合体を含む反応液を得た。
反応液の一部を採取し、これにn−ヘキサン4000gを投入し、撹拌して反応物を沈殿させた後、未反応のモノマー(SA、AA)、および溶媒をろ別し、反応物を70℃で減圧乾燥してランダム共重合体を反応液から取り出した。
ランダム共重合体の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)を表3に示す。
また、ランダム共重合体を含む反応液を用い、評価用の樹脂シートを作成し、ヘイズ値を測定した。結果を表3に示す。
SA、AA、ABN−E、RAFT剤(R−2)、トルエンの配合量を表3に示すように変更した以外は、比較例11と同様にしてランダム共重合体を製造し、各種測定を行った。結果を表3に示す。
「SA」:アクリル酸オクタデシル、
「LA」:アクリル酸ドデシル、
「tBA」:アクリル酸ターシャリーブチル、
「VA」:アクリル酸ドコシル、
「EHA」:アクリル酸2−エチルヘキシル、
「SMA」:メタクリル酸オクタデシル、
「AA」:アクリル酸、
「HEA」:アクリル酸2−ヒドロキシエチル、
「MAA」:メタクリル酸、
「IPA」:イソプロパノール。
なお、各実施例の最終生成物がブロック共重合体であるかどうかは、以下のようにして判断した。
これらの結果より、SAの単独重合体(重合体(A))の分子量ピークは消失し、SAの単独重合体(重合体(A))の分子量よりもブロック共重合体の分子量が高いことが分かる。よって、実施例1では、SAの単独重合体(重合体(A))と、AAの単独重合体(重合体(B))とからなるブロック共重合体が得られたと判断した。
実施例2〜10、比較例1〜10についても、同様にして判断した。
一方、RAFT剤(R−1)はトリチオカルボナートの二量体であることから、実施例6、および比較例10で得られたブロック共重合体は、重合体(A)−重合体(B)−重合体(A)からなるトリブロック共重合体であると考えられる。
これらの結果は、各比較例のランダム共重合体およびランダム共重合体を温めてもヘイズ値が十分に上昇せず、透過率が減少しにくいことを意味する。
Claims (3)
- 数平均分子量が20000以上であり、下記一般式(1)で表されるアクリル酸エステルを85質量%以上含む単量体成分を重合した重合体(A)と、アクリル酸を重合した重合体(B)とを含むブロック共重合体であって、
前記重合体(A)と重合体(B)との質量比率(重合体(A)/重合体(B))が5/95〜30/70である、ブロック共重合体。
CH2=CH−COOR1 ・・・(1)
式(1)中、R1は炭素数12〜18のアルキル基である。 - 請求項1に記載のブロック共重合体を用いて形成された、フィルム。
- 請求項1に記載のブロック共重合体を含む、塗料。
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