JP2016169282A - メタクリル系樹脂組成物 - Google Patents

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信博 小林
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Abstract

【課題】実用上十分な光学特性を有し、耐熱性、耐湿熱性、熱安定性、及び成形加工性に優れ、機械強度も実用上十分に高い、メタクリル系樹脂組成物を提供すること。【解決手段】メタクリル酸エステル単量体単位(A):50〜99.9質量%、主鎖に環構造を有する構造単位(B):0.1〜30質量%、及び、メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C):0〜20質量%を含み、下記条件(i)を満たすメタクリル系樹脂(I)100質量部と、グリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリエーテル系化合物、脂肪酸金属塩類、トリメリット酸エステル類及びピロメリット酸エステル類から選ばれる1種又は2種以上の化合物(D)0.001〜1質量部と、を、含有するメタクリル系樹脂組成物:条件(i)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量が、6.5万〜30万である。【選択図】なし

Description

本発明は、メタクリル系樹脂組成物に関する。
近年、ディスプレイ市場の拡大に伴い、画像をより鮮明に見たいという要求が高まっており、透明性、耐熱性、強度に加え、より高度な光学特性が付与された光学材料が求められている。
アクリル樹脂は、透明性、耐候性、表面硬度に優れるため、自動車外装部分、エクステリア用品等の屋外用途に広く使用されている。また、アクリル樹脂は可視光領域の光線透過率ではガラス並以上の特性を有し、また成形後の複屈折は小さく、光学的に非常に優れた熱可塑性樹脂である。そのため、従来からアクリル樹脂は種々の光学材料として利用されており、光学用レンズや光学式ディスク、導光体、液晶ディスプレーバックライト用導光板等の光学材料として広く使用されている。
上記光学材料として、透明性、表面硬度、光学特性等の観点から、アクリル系樹脂が注目されてきている。
従来、アクリル系樹脂の中でも、特にグルタル酸無水物(例えば、特許文献1参照。)や無水マレイン酸(例えば、特許文献2参照。)等を(メタ)アクリル酸エステル単量体に共重合することにより耐熱性を改良したアクリル系樹脂が、光学材料として優れていることが提案されている。
しかしながら、上記のように耐熱性を改良したアクリル系樹脂(以下、耐熱性アクリル系樹脂と記載する場合がある。)は、汎用アクリル樹脂、すなわちメタクリル酸メチルとアクリル酸エステルの共重合体に比べて、高温成形では熱分解しやすいという欠点がある。また、成形品の大型化、薄肉化(フィルム化等)に伴い、より高温での成形及び高温で滞留時間が長くなるため、成形加工時に発泡が生じる場合があるという欠点も有しているうえ、製品の金型への密着による製品表面不良が発生する場合があった。
さらに、耐熱性アクリル系樹脂は、比較的強度が弱く、靭性が低いため、成型金型から取り出す際に剥離不良により割れが生じやすいなど、成形加工性やハンドリング性の面で生産性が劣るという問題を有している。
従来、耐熱性アクリル系樹脂の強度を向上させる技術として、グルタル酸無水物単位を含有するアクリル系樹脂に、多層構造を有する架橋弾性体を含有させる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。また、無水マレイン酸単位を含有するアクリル系樹脂にアクリルゴムを添加する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照。)。さらには、無水マレイン酸単位を含有するアクリル系樹脂に多層構造ゴム及び熱安定剤を添加する技術が開示されている(例えば、特許文献5参照。)。
特開2006−241197号公報 特開平03−023404号公報 特開2000−178399号公報 特開平05−119217号公報 特開2010−126550号公報
しかしながら、上記特許文献1及び2に開示されているアクリル系樹脂においては、耐湿熱性、熱安定性が不十分であり、また、上記特許文献3及び4に開示されているアクリル系樹脂の組成物においては、ゴム質成分の添加により耐熱性が低くなることや、熱安定性がさらに悪くなり、発泡や異物が生じ易くなるという問題を有している。
引用文献1〜4に開示されているアクリル系樹脂又はアクリル系樹脂の組成物は、特に、フィルム成形時においては、熱劣化、樹脂分解、異物の発生等が見られ、アクリル系樹脂が本来有する優れた光学特性を充分発揮することができないという問題を有している。
また、上記特許文献5に開示された技術では、熱安定剤を添加することで、ある程度の高い耐熱性を付与しつつ、優れた機械強度と成形安定性を付与することが可能となっているが、熱安定剤添加により色調が悪くなる傾向にある上、成形加工時に熱安定剤がブリードアウトする等、成形不良を起こす可能性もあるという問題を有している。
また、一般的に、耐熱性アクリル系樹脂は流動性が比較的悪く、薄肉成型片やフィルムを製造する場合には溶融温度を高くする必要があるため、より高い成形安定性が求められている。
上述した従来技術の問題点に鑑み、本発明においては、実用上十分な光学特性を有し、耐熱性、耐湿熱性、熱安定性、及び成形加工性に優れ、機械強度も実用上十分に高い、メタクリル系樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上述した従来技術の問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1]メタクリル酸エステル単量体単位(A):50〜99.9質量%、主鎖に環構造を有する構造単位(B):0.1〜30質量%、及び、メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C):0〜20質量%を含み、下記条件(i)を満たすメタクリル系樹脂(I)100質量部と、
グリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリエーテル系化合物、脂肪酸金属塩類、トリメリット酸エステル類及びピロメリット酸エステル類から選ばれる1種又は2種以上の化合物(D)0.001〜1質量部と、
を、含有するメタクリル系樹脂組成物:
条件(i)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量が、6.5万〜30万である。
[2]前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、グルタルイミド系構造単位、グルタル酸無水物構造単位、ラクトン環構造単位及びマレイミド系構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含む、[1]に記載のメタクリル系樹脂組成物。
[3]前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、マレイミド系構造単位を含む、[1]又は[2]に記載のメタクリル系樹脂組成物。
[4]前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、N−シクロヘキシルマレイミド系構造単位及び/又はN−アリール基置換マレイミド系構造単位を含む、[1]〜[3]のいずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[5]前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、N−アリール基置換マレイミド系構造単位を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[6]マレイミド系残存モノマー量が0.01質量%以上1質量%以下である、[3]〜[4]のいずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[7]前記メタクリル系樹脂(I)100質量部に対し、紫外線吸収剤0質量部〜5質量部を、さらに含む、[1]〜[6]のいずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[8]前記メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)が、アクリル酸エステル単量体、芳香族ビニル系単量体、及びシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる少なくとも一種である、[1]〜[7]のいずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[9]前記メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)が、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、スチレン、及びアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種である、[1]〜[8]のいずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[10]前記メタクリル系樹脂(I)100質量部に対し、熱安定剤0質量部〜5質量部をさらに含む、[1]〜[9]いずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物。
[11]成形体としたときのビカット軟化温度が110℃以上である、[1]〜[10]いずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
[12][1]〜[11]いずれかに記載のメタクリル系樹脂組成物からなるレンズ。
本発明によれば、耐熱性が高く、耐湿熱性、熱安定性、及び成形加工性にも優れ、成形時の離型性に優れたメタクリル系樹脂組成物を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と言う。)について、詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
なお、以下において、重合体を構成する構成単位のことを「〜単量体単位」という。
また、本実施形態のフィルム樹脂組成物構成するメタクリル系樹脂の構成材料として記載する場合は、「単位」を省略し、単に「〜単量体」と記載する場合もある。
〔メタクリル系樹脂組成物〕
本実施形態のメタクリル系樹脂組成物は、
メタクリル酸エステル単量体単位(A):50〜99.9質量%、主鎖に環構造を有する構造単位(B):0.1〜30質量%、及び、メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C):0〜20質量%を含み、下記条件(i)を満たすメタクリル系樹脂(I)100質量部と、
グリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリエーテル系化合物、脂肪酸金属塩類、トリメリット酸エステル類及びピロメリット酸エステル類から選ばれる1種又は2種以上の化合物(D)0.001〜1質量部と、
を、含有するメタクリル系樹脂組成物である。
(i)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量が、6.5万〜30万である。
(メタクリル系樹脂(I))
前記メタクリル系樹脂(I)は、
メタクリル酸エステル単量体単位(A):50〜99.9質量%、主鎖に環構造を有する構造単位(B):0.1〜30質量%、及び、メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)0〜20質量%と、
を、含有し、下記(i)の条件を満たす。
(i):ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量が、6.5万〜30万である。 なお、前記(B)成分と(C)成分の合計量を100質量%とした時に、(B)成分の含有量が45質量%以上100質量%以下であることが好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は高い耐熱性が求められ、かかる観点から、メタクリル系樹脂組成物を成形した成形体のVICAT軟化温度は110℃以上であることが好ましく、より好ましくは112℃以上、さらに好ましくは113℃以上、さらにより好ましくは115℃以上、よりさらに好ましくは117℃以上、特に好ましくは120℃以上である。
VICAT軟化温度は、ISO 306 B50に準拠して測定することができ、具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
メタクリル系樹脂(I)の各単量体成分についての詳細に記載する。
<メタクリル酸エステル単量体単位(A)>
本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)を構成するメタクリル酸エステル単量体単位(A)(以下、(A)成分と記載する場合がある。)を形成するための単量体としては、下記一般式(1)で示される単量体が好適に用いられる。
Figure 2016169282
前記一般式(1)中、R1はメチル基を表す。
2は炭素数が1〜12の基、好ましくは炭素数が1〜12の炭化水素基を表し、炭素上に水酸基を有していてもよい。
前記一般式(1)に示すメタクリル酸エステル単量体としては、特に限定されるものではないが、例えば、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、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(2−エチルヘキシル)、メタクリル酸(t−ブチルシクロヘキシル)、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸(2,2,2−トリフルオロエチル)等が挙げられ、耐熱性や取扱性、光学特性の観点から、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、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が好ましい。入手しやすさ等の観点からメタクリル酸メチルが好ましい。
前記メタクリル酸エステル単量体は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
前記メタクリル系樹脂(I)のメタクリル酸エステル単量体単位(A)は、後述する主鎖に環構造を有する構造単位(B)による、本実施形態のメタクリル系樹脂組成物に対する耐熱性付与効果の観点から、メタクリル系樹脂(I)中に50〜99.9質量%含まれており、好ましくは55〜97質量%、より好ましくは55〜95質量%、さらに好ましくは60〜93質量%、さらにより好ましくは60〜90質量%含まれている。
<主鎖に環構造を有する構造単位(B)>
本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)を構成する、主鎖に環構造を有する構造単位(B)(以下、(B)成分と記載する場合がある。)は、マレイミド系構造単位、グルタルイミド系構造単位、グルタル酸無水物構造単位、無水マレイン酸構造単位及びラクトン環構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
主鎖に環構造を有する構造単位(B)は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上の構造単位を組み合わせてもよく、共通の構造単位を有する二種以上の単量体単位を併用してもよい。
[マレイミド系構造単位(B−1)]
本実施形態の樹脂組成物用のメタクリル系樹脂(I)を構成する構造単位(B)の一例であるマレイミド系構造単位(B−1)を形成するための単量体としては、下記一般式(2)で示される単量体が好適に用いられる。
Figure 2016169282
前記一般式(2)中のR3は、水素原子、炭素数が1〜12のアルキル基、炭素数が1〜12のアルコキシ基、炭素数が6〜12のアリール基からなる群より選択されるいずれかを表し、炭素原子上に置換基を有していてもよい。
マレイミド系構造単位(B−1)を形成するための単量体の具体例としては、特に限定されるものではないが、例えば、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド;N−フェニルマレイミド、N−メチルフェニルマレイミド、N−エチルフェニルマレイミド、N−ブチルフェニルマレイミド、N−ジメチルフェニルマレイミド、N−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−メトキシフェニルマレイミド、N−(o−クロロフェニル)マレイミド、N−(m−クロロフェニル)マレイミド、N−(p−クロロフェニル)マレイミド等のN−アリール基置換マレイミドが挙げられる。
耐熱性付与、耐湿熱性の観点から、好ましくは、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−メチルフェニルマレイミド、N−(o−クロロフェニル)マレイミド、N−(m−クロロフェニル)マレイミド、N−(p−クロロフェニル)マレイミが挙げられ、入手のしやすさ、耐熱性付与の観点から、より好ましくはN−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミドが挙げられ、さらに好ましくはN−フェニルマレイミドである。
上述したマレイミド系構造単位(B−1)は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
[グルタルイミド系構造単位(B−2)] 本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)を構成する構造単位(B)の一例であるグルタルイミド系構造単位(B−2)としては、下記一般式(3)で示される単位が挙げられる。
Figure 2016169282
ここで、一般式(3)において、R21、R22は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数が1〜6の置換若しくは非置換のアルキル基を表す。当該アルキル基は、例えば水酸基で置換されていてもよい。
また、R23は、水素原子又は炭素数が1〜6の置換若しくは非置換のアルキル基、又は、炭素数が6〜18の置換若しくは非置換のアリール基を表す。
グルタルイミド系構造単位(B−2)は、前記メタクリル酸エステル単量体及び/又はメタクリル酸を共重合させた後、高温下でアンモニア、アミン、尿素又は非置換尿素反応させる方法や、ポリメタクリル酸無水物とアンモニア又はアミンを反応させる方法等の公知の方法によって得ることができる。
好ましい調製法は、アールエムコプチック(R.M.Kopchik)の米国特許第4,246,374号明細書に記載された方法等挙げられる。
[ラクトン環構造単位(B−3)]
本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)を構成する構造単位(B)の一例であるラクトン環構造単位(B−3)としては、下記一般式(4)で示される単位が挙げられる。
Figure 2016169282
前記式(4)中、R31、R32、R33は、それぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜20の有機残基を表す。なお、有機残基は酸素原子を含んでいてもよい。
ラクトン環構造単位(B−3)は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ラクトン環構造単位(B−3)の導入方法については、特に限定はされないが、例えば分子鎖中に水酸基とエステル基とを有する重合体を重合した後に、得られた重合体を、所定の触媒の存在/非存在下で加熱処理することによりラクトン環構造を重合体に導入する方法が挙げられる。
[グルタル酸無水物構造単位(B−4)]
本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)を構成する構造単位(B)の一例であるグルタル酸無水物構造単位(B−4)を形成するための単量体としては、メタクリル酸単量体が好適に用いられる。
グルタル酸無水物構造単位(B−4)の導入方法については、特に限定はされないが、例えば、メタクリル酸エステル系単量体およびメタクリル酸を共重合させ、触媒の存在または非存在下で環化させることによりグルタル酸無水物構造単位を導入する方法が挙げられる。
前記メタクリル系樹脂(I)に含まれる(B)成分としては、熱安定性、成形加工性から、グルタルイミド系構造単位(B−2)及びマレイミド系構造単位(B−1)からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含むことが好ましく、マレイミド系構造単位(B−1)を含むことがより好ましい。
入手のしやすさを考慮すると、好ましくはN−シクロヘキシルマレイミド系構造単位及び/又はN−アリール置換マレイミド系構造単位であり、少量添加での耐熱性付与効果を考慮すると、N−アリール置換マレイミド系構造単位がより好ましく、さらに好ましくはN−フェニルマレイミド系構造単位である。
[(B)成分の割合]
主鎖に環構造を有する構造単位(B)は、本実施形態の樹脂組成物の耐熱性や熱安定性付与、強度及び流動性の観点から、メタクリル系樹脂(I)中に0.1〜30質量%含まれている。
本実施形態の樹脂組成物の耐熱性・熱安定性付与の観点から、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、さらに好ましくは7質量%以上、さらにより好ましくは8質量%以上である。
また、樹脂組成物として必要な強度、流動性をバランスよく保持する観点から、前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)は、メタクリル系樹脂(I)中に、好ましくは28質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下含まれている。
[主鎖に環構造を有する構造単位(B)と、熱安定性との関係]
メタクリル系樹脂(I)中に、主鎖に環構造を有する構造単位(B)を含むことにより、メタクリル系樹脂(I)を高温環境下に置いた際、熱分解が抑制され、揮発成分の発生量を低減化できる。これにより、本実施形態の樹脂組成物の熱安定性の向上効果が得られると考えられる。
<メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)>
本実施形態の樹脂組成物用のメタクリル系樹脂(I)においては、本発明の効果を損ねない範囲で、前記(A)成分を形成するメタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)(以下、(C)成分と記載する場合がある。)を含有することができる。
メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)を使用する場合の含有量は、(B)成分による耐熱性付与効果を発揮する観点から、メタクリル系樹脂(I)中、0〜20質量%とし、0〜18質量%であることが好ましく、0〜15質量%であることがより好ましい。
(C)成分を用いる場合、本実施形態の樹脂組成物の耐熱性、光学特性の観点から、(B)成分と(C)成分の合計量を100質量%とした時に、(B)成分の含有量が45質量%以上100質量%以下であることが好ましく、(C)成分の含有量が0質量%以上55質量%以下であることが好ましい。より好ましくは、(B)成分の含有量が50質量%以上100質量%以下であり、さらに好ましくは50質量%以上90質量%以下、特に好ましくは50質量%以上80質量%以下である。
前記(C)成分を形成するための単量体としては、以下に限定されるものではないが、例えば、下記一般式(5)で表される芳香族ビニル系単量体や、一般式(6)で表されるアクリル酸エステル系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル系単量体;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のエチレングリコール又はそのオリゴマーの両末端水酸基をアクリル酸又はメタクリル酸でエステル化したもの;ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリレート等の2個のアルコールの水酸基をアクリル酸又はメタクリル酸でエステル化したもの;トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール誘導体をアクリル酸又はメタクリル酸でエステル化したもの;ジビニルベンゼン等の多官能モノマー等が挙げられる。
Figure 2016169282
前記一般式(5)中、R44は、水素原子又は炭素数が1〜6のアルキル基を表すものとし、アルキル基上に水酸基を有していてもよい。
nは、0〜5の整数を表す。
45は、水素原子、炭素数が1〜12のアルキル基、炭素数が1〜12のアルコキシ基、炭素数が6〜8のアリール基、炭素数が6〜8のアリーロキシ基からなる群から選択されるいずれかであり、R45は全て同じ基であっても、異なる基であってもよい。また、R45同士で環構造を形成してもよい。
Figure 2016169282
前記一般式(6)中、R6は水素原子であり、R7は炭素数が1〜18のアルキル基である。
前記(C)成分は、本実施形態の樹脂組成物に求められる特性に応じて、適宜材料を選択することができるが、熱安定性、流動性、機械特性、耐薬品性等の特性が特に必要な場合は、芳香族ビニル系単量体単位、アクリル酸エステル単量体単位、及びシアン化ビニル系単量体単位からなる群より選ばれる少なくとも一種が好適である。
[芳香族ビニル系単量体単位(C−1)]
芳香族ビニル系単量体単位(C−1)を形成するための単量体としては、特に限定されるものではないが、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,5−ジメチルスチレン、3,4−ジメチルスチレン、3,5−ジメチルスチレン、p−エチルスチレン、m−エチルスチレン、о−エチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、1,1−ジフェニルエチレン、イソプロペニルベンセン(α−メチルスチレン)、イソプロペニルトルエン、イソプロペニルエチルベンゼン、イソプロペニルプロピルベンゼン、イソプロペニルブチルベンゼン、イソプロペニルペンチルベンゼン、イソプロペニルヘキシルベンゼン、イソプロペニルオクチルベンゼン等が挙げられる。
これらは、本実施形態の樹脂組成物において、要求される特性に応じて適宜選択する。上記の中でも、スチレン、イソプロペニルベンゼンが好ましく、流動性付与や、重合転化率の向上による未反応モノマー類の低減等の観点から、スチレンがより好ましい。
芳香族ビニル系単量体単位(C−1)を使用する場合の含有量は、耐熱性、残存モノマー種の低減、流動性のバランスを考慮すると、(A)成分、(B)成分の合計量を100質量部とした場合に、23質量部以下であることが好ましく、より好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは18質量部以下、さらにより好ましくは15質量部以下、よりさらに好ましくは10質量部以下である。
芳香族ビニル系単量体単位(C−1)を、上述したマレイミド単量体単位(B−1)と併用する場合、その含有割合(質量比)としては、樹脂組成物を成形加工する際の加工流動性や、残存モノマー低減によるシルバーストリークス低減効果等の観点から、下記式を満足することが好ましい。
0.3≦(C−1)/(B−1)≦5
良好な色調や耐熱性を保持する観点から、上限値は5以下であることが好ましく、より好ましくは3以下、さらに好ましくは1以下である。
また、残存モノマー低減の観点から0.3以上であることが好ましく、より好ましくは0.4以上である。
上述した芳香族ビニル系単量体単位(C−1)を形成するための単量体は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
[アクリル酸エステル単量体単位(C−2)]
アクリル酸エステル単量体単位(C−2)を形成するための単量体としては、前記一般式(6)において、置換基R7が炭素数1〜18のアルキル基である化合物が挙げられ、中でも、本実施形態の樹脂組成物用のメタクリル系樹脂(I)において、耐候性、耐熱性、流動性、熱安定性を高める観点から、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸sec−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル等が好ましく、より好ましくは、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチルであり、入手しやすさの観点から、アクリル酸メチルがさらに好ましい。
アクリル酸エステル単量体単位(C−2)を使用する場合の含有量は、耐熱性及び熱安定性の観点から、(A)成分、(B)成分の合計量を100質量部とした場合に、5質量部以下であることが好ましく、より好ましくは3質量部以下である。
アクリル酸エステル単量体単位(C−2)を形成するための単量体は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
[シアン化ビニル系単量体単位(C−3)]
前記シアン化ビニル系単量体単位(C−3)を形成するための単量体としては特に制限はないが、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、シアン化ビニリデン等が挙げられ、中でも、入手のしやすさ、耐薬品性付与の観点から、アクリロニトリルが好ましい。
シアン化ビニル系単量体単位(C−3)を使用する場合の含有量は、耐溶剤性、耐熱性保持の観点から、(A)成分、(B)成分の合計量を100質量部とした場合に、15質量部以下であることが好ましく、より好ましくは12質量部以下、さらに好ましくは10質量部以下である。
上述した(C)成分を形成するための単量体の中でも、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、スチレン、及びアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種の単量体が、入手のしやすさの観点から好ましい。
[化合物(D)]
本実施形態におけるメタクリル系樹脂組成物は、上述のメタクリル系樹脂(I)に加えて、グリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリエーテル系化合物、脂肪酸金属塩類、トリメリット酸エステル類及びピロメリット酸エステル類から選ばれる1種又は2種以上の化合物(D)を含有することが必要である。
これは、樹脂組成物の成形加工時における製品の金型密着による表面不良を抑制し、良外観の成形片を得るうえで重要である。化合物(D)は、押出し、成形時における溶融混練の際に内部潤滑剤としての効果を有し、溶融時の樹脂分解を抑制することにより、ガス付着等による曇りの少ない良好な外観の成形品を連続的に提供することを可能にすると考えられる。
かかる目的で用いられるグリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類として好ましいものは、脂肪酸のアルキル部分の炭素数がC11(ラウリン酸)〜C28(モンタン酸)のモノないしジ脂肪酸エステルであり、特に好ましくはC17(ステアリン酸)〜C21(ベヘン酸)のモノ又はジ脂肪酸エステルである。これらは、得られた成形体が高温下に置かれた際の染み出し等を抑制する上で特に効果を有し、高温下で長期間の使用においても成形体に曇り等を発生させない。これらの具体的を示すと、グリセリンモノステアレート、グリセリンモノベヘネート、グリセリンジベヘネート、グリセリン−12−ヒドロキシモノステアレート、ソルビタンモノベヘネート等である。
また、ポリエーテル系化合物としては、ポリエチレングリコールやポリエチレングリコールエーテル、ポリエチレングリコールエステル類等が有効である。
また、脂肪酸金属塩類としては、脂肪酸のアルキル部分の炭素数がC11のラウリン酸からC17のステアリン酸で構成されるものが好ましく、亜鉛、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、バリウム等による金属塩が適切である。
また、トリメリット酸エステル類、ピロメリット酸エステル類としては、これらのオクチルエステル、アルキルエステル、イソノニルエステル、イソデシルエステル等が挙げられる。
これらの化合物の中で、グリセリンモノステアレートが特に好適に用いることができる。
これらの化合物の添加量は、樹脂分解の抑制、加工性の向上の観点から、メタクリル系樹脂(I)100質量部に対して0.001質量部以上である必要があり、より好ましくは0.01質量部以上、更に好ましくは0.05質量部以上、とりわけ好ましくは0.07質量部以上である。また、成形体とした場合の化合物(D)による濁りの抑制、染み出しの抑制の観点から、1質量部以下である必要があり、より好ましくは0.8質量部以下、更に好ましくは0.5質量部以下である。
<メタクリル系樹脂(I)の分子量及び分子量分布>
本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)は、重量平均分子量が6.5万以上30万以下である。メタクリル系樹脂(I)の重量平均分子量を前記範囲とすることにより、本実施形態の樹脂組成物は、機械的強度、耐溶剤性及び流動性に優れる。好ましくは6.5万以上25万以下であり、より好ましくは7万以上23万以下である。
なお、メタクリル系樹脂(I)の分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量:Mw/Mn)は、流動性と機械強度、耐溶剤性のバランスを考慮すると、1.5以上5以下であることが好ましい。より好ましくは1.5以上4.5以下、さらに好ましくは1.6以上4以下、さらにより好ましくは1.6以上3以下、よりさらに好ましくは1.5以上2.5以下である。
本実施形態の樹脂組成物のメタクリル系樹脂(I)の重量平均分子量及び数平均分子量については、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定することができる。
すなわち、予め単分散の重量平均分子量、数平均分子量及びピーク分子量が既知で試薬として入手可能な標準メタクリル樹脂と、高分子量成分を先に溶出する分析ゲルカラムとを用い、溶出時間と重量平均分子量から検量線を作成しておく。次に、得られた検量線から、測定対象であるメタクリル系樹脂の試料の重量平均分子量及び数平均分子量を求めることができる。
具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
(残存モノマー量)
本実施形態の樹脂組成物において、残存モノマーは、耐熱性、流動性、成形時加工性、及び耐傷付性のバランスを考慮すると、本実施形態の樹脂組成物中、0.1質量%〜1.5質量%であることが好ましい。より好ましくは0.1質量%〜1質量%、さらに好ましくは0.2質量%〜1質量%、さらにより好ましくは0.2質量%〜0.8質量%、よりさらに好ましくは0.3質量%〜0.8質量%である。
残存モノマー量は、ガスクロマトグラフィーで測定することができ、具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
ここでいう残存モノマーとは、樹脂に残存している単量体、すなわちメタクリル系樹脂(I)に含まれる(A)、(B)、(C)成分等を形成する単量体のことであり、ガスクロマトグラフィーで測定できる成分を指す。
また、(B)成分を形成する単量体としてマレイミド系単量体を使用する場合、色調と流動性、耐熱性、熱安定性及び耐傷付性の観点から、残存するマレイミド系単量体のモノマー含有量(以下、マレイミド系残存モノマー量、MI系残存モノマー量と記載する場合がある。)は、本実施形態の樹脂組成物中、0.01質量%〜0.5質量%であることが好ましい。より好ましくは0.02質量%〜0.5質量%、さらに好ましくは0.02質量%〜0.4質量%、さらにより好ましくは0.02質量%〜0.3質量%、よりさらに好ましくは0.03質量%〜0.25質量%である。
(メタクリル系樹脂(I)の製造方法)
以下、本実施形態の樹脂組成物用のメタクリル系樹脂(I)の製造方法について説明するが、以下に示す方法に限定されるものではない。
メタクリル系樹脂(I)は、メタクリル酸エステル単量体単位(A)、主鎖に環構造を有する構造単位(B)、及び、必要に応じてメタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)を形成するための各単量体を用い、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、沈殿重合法、乳化重合法により製造できる。好ましくは塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法が用いられ、より好ましくは溶液重合法、懸濁重合法であり、さらに好ましくは懸濁重合法が用いられる。
<溶液重合法による製造方法>
溶液重合法によりメタクリル系樹脂(I)を製造する場合、メタクリル系樹脂(I)中に残存するモノマーを除去する工程での除去効率を考慮すると、メタクリル系樹脂(I)の良溶媒である有機溶媒を用いることが好ましい。
メタクリル系樹脂(I)を構成する共重合体の溶解度を考慮して、前記有機溶媒の溶解度パラメーターδは、7.0〜12.0(cal/cm31/2であることが好ましく、より好ましくは8.0〜11.0(cal/cm31/2、さらに好ましくは8.2〜10.5(cal/cm31/2である。
溶解度パラメーターδの値や、値の求め方は、例えば、非特許文献「Journal of Paint Technology Vol.42、No.541、February 1970」中のP76−P118に記載されているK.L.Hoy著「New Values of the Solubility Parameters From Vapor Pressure Data」や、J.Brandrup他著「Polymer Handbook Fourth Edition」P−VII/675−P714等を参考にすることができる。
なお、1(cal/cm31/2は、約0.489(MPa)1/2である。
本実施形態の樹脂組成物に含まれるメタクリル系樹脂(I)の重合工程において使用する有機溶媒の添加量は、重合が進行し、生産時に共重合体や使用モノマーの析出等が起こらず、容易に除去できる量であることが好ましい。
メタクリル系樹脂(I)の重合を溶液重合法で行う場合、有機溶媒の配合量は、具体的には、配合する単量体の総量を100質量部とした場合に、10質量部以上200質量部以下とすることが好ましい。より好ましくは25質量部以上200質量部以下、さらに好ましくは50質量部以上200質量部以下、さらにより好ましくは50質量部以上150質量部以下である。
メタクリル系樹脂(I)を溶液重合で製造する場合の重合温度は、重合が進行する温度であればよいが、生産性の観点から50℃以上200℃以下であることが好ましく、より好ましくは80℃以上200℃以下である。さらに好ましくは90℃以上200℃以下、さらにより好ましくは100℃以上180℃以下、よりさらに好ましくは110℃以上170℃以下である。
また、重合時間は、必要な重合度を得ることができる時間であれば特に限定はされないが、生産性等の観点から0.5時間以上10時間以下であることが好ましく、より好ましくは1時間以上8時間以下である。
メタクリル系樹脂(I)の重合工程における、重合溶液中の溶存酸素濃度は、特に限定はされないが、10ppm以下であることが好ましい。溶存酸素濃度は、例えば、溶存酸素計 DOメーターB−505(飯島電子工業株式会社製)を用いて測定することができる。溶存酸素濃度を低下する方法としては、重合溶液中に不活性ガスをバブリングする方法、重合前に重合溶液を含む容器中を不活性ガスで0.2MPa程度まで加圧した後に放圧する操作を繰り返す方法、重合溶液を含む容器中に不活性ガスを通ずる方法等の方法を適宜選択することができる。
<懸濁重合法による製造方法>
本実施形態の樹脂組成物に含まれるメタクリル系樹脂(I)を、有機懸濁重合法や無機懸濁重合法等の懸濁重合で製造する場合には、後述する攪拌装置を用いた重合工程、洗浄工程、脱水工程、乾燥工程を経て、粒子状のメタクリル系樹脂(I)を製造することができる。
通常、水を媒体として用いる水系の懸濁重合法が好適に用いられる。
・重合工程
後述する攪拌装置を用い、当該攪拌装置中に適宜原料となる単量体、懸濁剤、必要に応じて重合開始剤、その他の添加剤を供給して重合を行い、メタクリル系樹脂のスラリーを得る。
懸濁重合法によりメタクリル系樹脂を得るための重合工程で使用する撹拌装置としては、内部に傾斜パドル翼、平パドル翼、プロペラ翼、アンカー翼、ファウドラー翼(後退翼)、タービン翼、ブルマージン翼、マックスブレンド翼、フルゾーン翼、リボン翼、スーパーミックス翼、インターミグ翼、特殊翼、軸流翼等の撹拌翼を有する撹拌装置、内部にショベル羽根を有する撹拌装置、内部にチョッパー羽根を有する撹拌装置、内部に円盤型、切欠円盤型あるいはスクリュー型等の回転ディスクを有する撹拌装置等の公知の撹拌装置が挙げられる。
重合時の攪拌速度は、用いる攪拌装置の種類、攪拌翼の攪拌効率、重合槽の容量等にも依存するが、適当な粒子径を得ることができること、粒子径が0.15mm未満の成分含有量を低減することができること、重合安定性等を考慮すると、1〜500回転/分程度であることが好ましい。
メタクリル系樹脂(I)の重合工程において、原料を添加する際の温度は、本発明の効果が発揮できる範囲であればよく、0℃以上で、使用する原料の沸点以下であることが好ましい。
高温であると、添加時に原料が揮散しやすくなることから、得られる共重合体の組成が変わってしまう可能性もある。また、使用する原材料によっては、高温での水への接触により、原材料の一部が加水分解する等、変質する可能性もあり、湿熱条件下における色調の変化が大きくなる可能性がある。0℃未満の低温であると原料添加後の昇温に時間がかかるため、ある程度の温度で原料混合物の添加を行うことが好ましい。
具体的には、0℃以上85℃以下であることが好ましく、より好ましくは10℃以上85℃以下、さらに好ましくは10℃以上80℃以下、さらにより好ましくは15℃以上70℃以下であり、よりさらに好ましくは15℃以上60℃以下である。
懸濁重合工程における温度は、生産性、凝集体の生成量を考慮すると、40℃以上90℃以下であることが好ましい。より好ましくは50℃以上85℃以下であり、さらに好ましくは60℃以上80℃以下、さらにより好ましくは65℃以上80℃以下である。
懸濁重合で製造する場合の重合時間は、重合時の発熱を効果的に抑制し、かつ、後述する凝集体発生の低減、残存モノモーの低減の観点から、好ましくは20分以上240分以下である。より好ましくは30分以上210分以下、さらに好ましくは45分以上180分以下、さらにより好ましくは60分以上180分以下、よりさらに好ましくは90分以上150分以下である。
上述した重合温度と重合時間に従い重合を行うことにより、後述する乾燥工程を経た後、安息角の小さいポリマー粒子を得ることができる。
また、残存モノマーの低減化の観点から、上記重合工程後に、重合温度よりも高い温度に昇温し、一定時間保持することが好ましい。
保持する際の温度は、重合度を上げることができるという観点から、重合温度より高い温度であることが好ましく、重合温度より5℃以上昇温することが好ましい。
昇温する場合は、得られる重合体の凝集を防ぐ観点から得られるメタクリル系樹脂(I)のガラス転移温度以下であることが好ましい。具体的には120℃以下であり、好ましくは80℃以上120℃以下、さらに好ましくは90℃以上120℃以下、さらにより好ましくは93℃以上120℃以下、よりさらに好ましくは93℃以上110℃以下である。
昇温後に当該温度に保持する時間は、残存モノマーの低減効果を考慮すると、15分以上360分以下であることが好ましく、より好ましくは30分以上240分以下、さらに好ましくは30分以上180分以下、さらにより好ましくは30分以上150分以下、よりさらに好ましくは30分以上120分以下である。
・洗浄工程
上述の重合工程を経て得られたメタクリル系樹脂(I)のスラリーは、懸濁剤除去のために、酸洗浄や水洗、アルカリ洗浄等の、洗浄工程を実施することが好ましい。
これらの洗浄工程において、洗浄操作を行う回数は、作業効率と懸濁剤の除去効率から最適な回数を選べばよく、一回でも複数回繰り返してもよい。
洗浄操作を行う際の温度は懸濁剤の除去効率や得られる共重合体の着色度合等を考慮して最適な温度を選べばよく、20〜100℃であることが好ましい。より好ましくは30〜95℃、さらに好ましくは40〜95℃である。
また、洗浄操作一回あたりの洗浄時間は、洗浄効率や安息角低減効果、工程の簡便さの観点から、10〜180分であることが好ましく、より好ましくは20〜150分である。
洗浄時に使用する洗浄液のpHは、懸濁剤除去が可能な範囲であればよいが、好ましくはpH1〜12である。
酸洗浄を行う場合のpHは、懸濁剤の除去効率や得られる共重合体の色調の観点からpH1〜5であることが好ましく、より好ましくはpH1.2〜4である。その際使用する酸としては、懸濁剤除去が可能なものであればよく、特に限定はされないが、従来公知の無機酸、有機酸を使用することができる。好適に使用される酸の一例を挙げると、無機酸としては塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、硼酸等が挙げられ、それぞれ水等で希釈された希釈溶液で使用してもよい。有機酸としては、カルボキシル基やスルホ基、ヒドロキシ基、チオール基、エノールを有するものが挙げられる。懸濁剤の除去効果や得られる樹脂の色調を考慮すると、より好ましくは硝酸、硫酸、カルボキシル基を有する有機酸である。
酸洗浄後には、得られる重合体の色調、安息角低減の観点から、更に水洗やアルカリ洗浄を行うことが好ましい。
アルカリ洗浄を行う場合のアルカリ溶液はpH7.1〜12であることが好ましく、より好ましくはpH7.5〜11、さらに好ましくはpH7.5〜10.5である。
アルカリ洗浄に使用するアルカリ性成分は、以下に限定されるものではないが、例えば、テトラアルキルアンモニウム水酸化物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等が好適に用いられる。より好適にはアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物であり、さらに好ましくは、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウムであり、さらにより好ましくは、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムであり、よりさらに好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムである。
これらのアルカリ性成分は、水等で希釈してpHを調整して使用することができる。
・脱水工程
得られたメタクリル系樹脂の重合体スラリーから重合体粒子を分離する方法としては、従来公知の方法を適用できる。
例えば、遠心力を利用して水を振り切る遠心分離機を用いる脱水方法、多孔ベルト上や濾過膜上で水を吸引除去し、重合体粒子を分離する方法等が挙げられる。
・乾燥工程
上述した脱水工程を経て得られた含水状態のメタクリル系樹脂(I)は、公知の方法により乾燥処理を施し、回収することができる。
例えば、熱風機やブローヒーター等から槽内に熱風を送ることにより乾燥を行う熱風乾燥、系内を減圧した上で必要に応じて加温することで乾燥を行う真空乾燥、得られた重合体を容器中で回転させることにより水分を飛ばすバレル乾燥、遠心力を利用して乾燥させるスピン乾燥等が挙げられる。
これらの方法は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
得られるメタクリル系樹脂(I)の含有水分量は、得られるメタクリル系樹脂(I)の取扱性、色調等を考慮すると、0.01質量%〜1質量%であることが好ましく、より好ましくは0.05質量%〜1質量%、さらに好ましくは0.1質量%〜1質量%、さらにより好ましくは0.27質量%〜1質量%である。得られるメタクリル系樹脂(I)の含有水分量は、カールフィッシャー法を用いて測定することができる。
上述した懸濁重合法を用いてメタクリル系樹脂(I)を製造する場合、得られるメタクリル系樹脂(I)は、通常、略球状であるが、一部凝集体が形成される場合がある。
前記凝集体とは、得られた重合体を1.68mmメッシュの篩に通した時に、篩の上に残る残渣物のことを指す。
凝集体がメタクリル系樹脂(I)中に残っている場合、得られるメタクリル系樹脂(I)の色調が低下する傾向にある。メタクリル系樹脂(I)中の凝集体の量は1.2質量%以下であることが好ましく、より好ましくは1.0質量%以下である。
凝集体の含有量は、1.68mmメッシュの篩に通して篩上に残ったものを80℃の乾燥オーブンで12時間乾燥させた後の重量を測定し、得られた重量を原料の合計量で除して凝集物生成量(質量%)を算出することことにより得られる。
上述した懸濁重合法を用いて得られたメタクリル系樹脂(I)の平均粒子径は、本実施形態の樹脂組成物の成形加工性やペレタイズ時の押出時の作業性等を考慮すると、0.1mm以上であることが好ましく、本実施形態の樹脂組成物の色調も考慮すると、より好ましくは0.1mm以上1mm以下であり、さらに好ましくは0.1mm以上0.5mm以下、さらにより好ましくは0.1mm以上0.4mm以下である。
メタクリル系樹脂(I)の平均粒子径は、例えば、JIS−Z8801に基づいて測定することができ、篩(東京スクリーン製JTS−200−45−44(目開き500μm),34(目開き425μm),35(目開き355μm),36(目開き300μm),37(目開き250μm),38(目開き150μm),61(受け皿))を用いて、篩い分け試験機TSK B−1を用いて振動力MAXにて10分間篩いを行ったときの各篩に残った粒子重量を測定し、重量が50%になるときの粒子径を求めることにより測定できる。
本実施形態の樹脂組成物に含まれるメタクリル系樹脂(I)を製造する各種重合方法、すなわち、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法における重合工程においては、製造する重合体の重合度を調整する目的で、重合開始剤を用いてもよい。
前記重合開始剤としては、ラジカル重合を行う場合は、以下に限定されるものではないが、例えば、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアリルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシネオデカネート、t−ブチルパーオキシピバレート、ジラウロイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、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、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン等の有機過酸化物や、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソバレロニトリル、1,1−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル等のアゾ系の一般的なラジカル重合開始剤を挙げることができる。
これらは一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
これらのラジカル重合開始剤と適当な還元剤とを組み合わせてレドックス系開始剤として用いてもよい。
これらの重合開始剤は、使用する全単量体の総量100質量部に対して、0〜1質量部の範囲で用いるのが一般的であり、重合を行う温度と開始剤の半減期を考慮して適宜選ぶことができる。
メタクリル系樹脂(I)の重合方法として、塊状重合法やキャスト重合法、懸濁重合法を選択する場合、メタクリル系樹脂(I)の着色を防止する観点から、過酸化系開始剤のラウロイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、及びt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等を特に好適に用いることができ、ラウロイルパーオキサイドが特に好適に使用される。
また、90℃以上の高温下で溶液重合法や塊状重合を行う場合には、10時間半減期温度が80℃以上で、かつ用いる有機溶媒に可溶である過酸化物、アゾビス開始剤等が好ましい。かかる重合開始剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、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、シクロヘキサンパーオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、1,1−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)、2−(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル等を挙げることができる。
これらの重合開始剤は、例えば、使用する全単量体の総量100質量部に対して、0〜1質量部の範囲で用いることが好ましい。
本実施形態の樹脂組成物に含まれるメタクリル系樹脂(I)の製造工程においては、本発明の目的を損わない範囲で、製造する重合体の分子量の制御を行うことができる。
例えば、アルキルメルカプタン類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、トリエチルアミン等の連鎖移動剤;ジチオカルバメート類、トリフェニルメチルアゾベンゼン、テトラフェニルエタン誘導体等のイニファータ等を用いることによって分子量の制御を行うことができ、さらには、これらの連鎖移動剤やイニファータの添加量を調整することにより、分子量を制御することができる。
これらの連鎖移動剤やイニファータを用いる場合、取扱性や安定性の点から、アルキルメルカプタン類が好適に用いられ、以下に限定されるものではないが、例えば、n−ブチルメルカプタン、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、n−テトラデシルメルカプタン、n−オクタデシルメルカプタン、2−エチルヘキシルチオグリコレート、エチレングリコールジチオグリコレート、トリメチロールプロパントリス(チオグリコート)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)等が挙げられる。
これらは、要求される分子量に応じて適宜添加することができるが、一般的には使用する全単量体の総量100質量部に対して0.001質量部〜3質量部の範囲で用いられる。
また、その他の分子量制御方法としては重合方法を変える方法、重合開始剤の量を調整する方法、重合温度を変更する方法等が挙げられる。
これらの分子量制御方法は、一種の方法だけを単独で用いてもよいし、二種以上の方法を併用してもよい。
(ゴム質重合体)
本実施形態の樹脂組成物は、強度付与効果を得る目的で、ゴム質重合体を含有することもできる。
ゴム質重合体としては、強度付与効果を発揮できるものであれば特に限定されるものではなく、公知の材料を使用できる。
例えば、一般的なブタジエン系ABSゴム、アクリル系、ポリオレフィン系、シリコーン系、フッ素ゴム等の多層構造を有するゴム粒子を使用することができる。本実施形態の樹脂組成物において高い透明性が求められる場合には、上述したメタクリル系樹脂(I)と近い屈折率を有するゴム質重合体を好適に用いることができ、アクリル系ゴム質重合体が特に好適に用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物におけるゴム質重合体の含有量は、耐熱性の保持、耐衝撃性の付与、流動性、及び機械特性等、求められる特性の観点から、上述したメタクリル系樹脂(I)成分100質量部に対し、1〜100質量部であることが好ましく、より好ましくは10〜100質量部、さらに好ましくは20〜100質量部である。
本実施形態において好適に使用されるゴム質重合体としては、以下に限定されるものではないが、例えば、以下の従来提案されているアクリル系ゴム質重合体を適用することができる。
<例1:特公昭60−17406号公報に開示されているゴム質重合体>
当該例1のゴム質重合体は、以下の(A)工程〜(C)工程により製造される多層構造粒子である。
(A)工程:メチルメタクリレート単独又はメチルメタクリレートとこれと共重合可能な単量体との混合物を乳化重合し、25℃以上のガラス転移点をもつ、メチルメタクリレートを主体とする重合体の分散液を得る第一層形成工程。
(B)工程:前記(A)工程により得られる生成物に重合させたときにガラス転移点が25℃以下の共重合体を形成するアルキルアクリレートと、さらにこれと共重合可能な単量体又は多官能性架橋剤と、混合物全重量に対して0.1〜5質量%の多官能グラフト剤と、を含有する混合物を加えて乳化重合させる第二層形成工程。
(C)工程:前記(B)工程により得られる生成物に重合させたときに25℃以上のガラス転移点をもつ重合体を形成するメチルメタクリレート又はこれを主体とする単量体混合物を、連鎖移動剤を段階的に増加させながら、多段階で乳化重合させる第三層形成工程。
前記多層構造粒子は、第三層の分子量が内側から外側に向かって次第に小さくなっているアクリル系ゴムからなる多層構造粒子である。
<例2:特開平8−245854公報に開示されているゴム質重合体>
当該例2のゴム質重合体は、以下のアクリル系多層構造体ポリマー粉体である。
このアクリル系多層構造体ポリマー粉体は、ポリマーの溶融開始温度が235℃以上である。内層には、単独で重合した場合のガラス転移温度Tgが25℃以下あるポリマーを含んでおり、当該内層は、少なくとも1層の軟質重合体層である。
最外層は、単独で重合した場合にTgが50℃以上であるポリマーを含む硬質重合体層である。
例2のゴム重合体は、アクリル系多層構造ポリマーの乳化ラテックスを凝固して得られる凝固粉を含むアクリル系多層構造ポリマー粉体であって、乾燥後の凝固粉の粒径212μm以下の微粉の割合が40質量%であり、かつ、乾燥後の凝固粉の水銀圧入法で測定した孔径5μm以下の空隙体積が単位面積当たり0.7cc以下である。
<例3:特公平7−68318号公報に開示されているゴム質重合体>
当該例3のゴム質重合体は、以下の(a)〜(g)の要件を具備する多層構造アクリル系重合体である。
すなわち、当該多層構造アクリル系重合体は、
(a)メチルメタクリレート90〜99質量%、アルキル基の炭素数が1〜8のアルキルアクリレート1〜10質量%及びこれらと共重合可能なα,β−不飽和カルボン酸のアリル、メタリル、又はクロチルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種からなるグラフト結合性単量体0.01から0.3質量%からなる、単量体混合物を重合して得られる最内硬質層重合体25〜45質量%と、
(b)上記最内硬質層重合体存在下に、n−ブチルアクリレート70〜90質量%、スチレン10〜30質量%及びこれらと共重合可能なα,β−不飽和カルボン酸のアリル、メタリル、又はクロチルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種からなるグラフト結合性単量体1.5〜3.0質量%からなる、単量体混合物を重合して得られる軟質層重合体35〜45質量%と、
(c)上記最内硬質層重合体及び軟質層重合体の存在下に、メチルメタクリレート90〜99質量%と、アルキル基の炭素数が1〜8である単量体1〜10質量%との混合物を重合して得られる最外硬質層重合体20〜30質量%とからなり、
(d)軟質層重合体/(最内硬質層重合体+軟質層重合体)の重量比が0.45〜0.57であり、
(e)平均粒子径が0.2〜0.3μmである、多層構造アクリル系重合体であって、さらに当該多層構造アクリル系重合体をアセトンにより分別した場合に、
(f)グラフト率が20〜40質量%であり、
(g)当該アセトン不溶部の引っ張り弾性率が1000〜4000kg/cm2である、多層構造アクリル系重合体である。
その他、ゴム質重合体としては、以下の粒子が挙げられる。
例えば、特公昭55−27576号公報、特公昭58−1694号公報、特公昭59−36645号公報、特公昭59−36646号公報、特公昭62−41241号公報、特開昭59−202213号公報、特開昭63−27516号公報、特開昭51−129449号公報、特開昭52−56150号公報、特開昭50−124647号公報等に記載の、3〜4層構造のアクリル系ゴム粒子等も使用できる。
<ゴム質重合体の層構造>
本実施形態の樹脂組成物に必要に応じて含まれるゴム質重合体は多層構造を有していることが好ましい。
ゴム質重合体が多層構造である場合当該ゴム質重合体の層の数は、多ければ多いほど、その弾性が好適な範囲に制御することが可能であるが、ゴム質重合体を含有した場合の色調等を考慮すると、中でも、三層構造以上の粒子であることが好ましく、三層構造以上のアクリル系ゴム粒子であることがより好ましい。
ゴム質重合体として、上記三層構造以上のゴム粒子を用いることにより、本実施形態の樹脂組成物の成形加工時の熱劣化や、加熱によるゴム質重合体の変形が抑制され、樹脂組成物の耐熱性や透明性が維持される傾向にある。
三層構造以上のゴム質重合体とは、ゴム状ポリマーからなる軟質層と、ガラス状ポリマーからなる硬質層とが積層した構造のゴム粒子を言い、内側から硬質層(一層目)−軟質層(二層目)−硬質層(三層目)の順に形成された三層構造を有する粒子が好ましい例として挙げられる。
硬質層を最内層と最外層に有することにより、ゴム質重合体の変形が抑制される傾向にあり、中央層に軟質成分を有することにより良好な靭性が付与される傾向にある。
三層から構成されるゴム質重合体は、例えば、多層構造グラフト共重合体により形成することができる。当該多層構造グラフト共重合体は、例えば、メチルメタクリレートと、当該メチルメタクリレートに共重合可能な単量体を用いて製造できる。
前記メチルメタクリレートと共重合可能な単量体としては、以下に限定されるものではないが、例えば、公知の(メタ)アクリル酸、メチルメタクリレート以外の(メタ)アクリレート類、スチレン、α−メチルスチレン等の単官能単量体や、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、マレイン酸ジアリル、ジビニルベンゼン等の多官能性単量体が挙げられる。
上記単量体は、必要に応じて1種又は2種以上を併用して用いることができる。
具体的に、ゴム質重合体が三層構造を有するものである場合、最内層を形成する共重合体は、メタクリル酸メチル65〜90質量%と、これと共重合可能な他の共重合性単量体10〜35質量%とを用いた共重合体であることが好ましい。
屈折率を適切に制御する観点から、上記メタクリル酸メチルと共重合可能な他の共重合性単量体は、アクリル酸エステル単量体0.1〜5質量%と、芳香族ビニル化合物単量体5〜35質量%と、共重合性多官能単量体0.01〜5質量%とを含むものであることが好ましい。
ゴム質重合体が三層構造を有する場合において、前記最内層を形成する共重合体中のアクリル酸エステル単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−へキシルが好ましい。
前記芳香族ビニル化合物単量体としては、メタクリル系樹脂(I)に使用される単量体と同様のものを用いることができるが、好ましくは、最内層の屈折率を調整して本実施形態の樹脂組成物の透明性を良好にする観点から、スチレン又はその誘導体が用いられる。
前記共重合性多官能単量体としては、特に限定されないが、好ましくは、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アリル、トリアリルイソシアヌレート、マレイン酸ジアリル、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらは1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中では(メタ)アクリル酸アリルがより好ましい。
三層から構成されるゴム質重合体の二層目、すなわち軟質層は、ゴム弾性を示すゴム状共重合体であり、樹脂組成物に優れた衝撃強度を付与するために重要である。
二層目は、例えば、アルキルアクリレートと当該アルキルアクリレートと共重合可能な単量体との共重合体や共重合性多官能単量体により形成することが好ましい。
アルキルアクリレートとしては、特に限定されず、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等が挙げられる。これらは、1種又は2種以上を併用して用いることができ、特に、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートが好ましい。
また、これらのアルキルアクリレートと共重合可能な他の単量体としては、特に限定されず、一般的な単量体を用いることができるが、二層目の屈折率を調整してメタクリル系樹脂(I)に合わせることにより透明性を良好にする観点からは、スチレン又はその誘導体が好ましく用いられる。
前記共重合性多官能単量体としては、特に限定されないが、好ましくは、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アリル、トリアリルイソシアヌレート、マレイン酸ジアリル、ジビニルベンゼン等が挙げられる。これらは1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ゴム質重合体が三層構造を有する場合において、前記最外層は、メタクリル酸メチル70〜100質量%と、これと共重合可能な他の共重合性単量体0〜30質量%とを含む共重合体により形成されていることが好ましい。
前記最外層を形成するメタクリル酸メチルと共重合可能な他の共重合性単量体としては、特に限定されないが、例えば、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−へキシルが好ましいものとして挙げられる。
ゴム質重合体が三層から構成される場合、ゴム質重合体は、架橋構造を有するゴム状重合体を含んでいてもよい。
当該架橋構造を有するゴム状重合体は、二層目に含まれていることが好ましく、多官能性単量体を共重合することにより架橋構造を形成させたゴム状重合体を適用できる。ゴム状重合体中の架橋構造は、適度なゴム弾性を与え、単量体混合物に溶解することなく、分散状態でその形態を保持することができる。
架橋構造を形成するための多官能性単量体としては、メチルメタクリレート及びメチルアクリレートと共重合可能な化合物を用いることができ、その使用量は、二層目全体に対して0.1〜5質量%であることが好ましい。
多官能性単量体の使用量が0.1質量%以上であると十分な架橋効果が得られ、5質量%以下であると適度な架橋強度がと優れたゴム弾性効果が得られる。さらに、多官能性単量体の使用量が0.1質量%以上であると、キャスト重合工程を実施した場合においても、ゴム状重合体が溶解又は膨潤することなく、ゴム状弾性体の形態を保持することができる。
更に、二層目には、後述する三層目の重合体との親和性を緊密にするグラフト結合を形成するための多官能グラフト剤を使用することが好ましい。
多官能グラフト剤とは、異なる官能基を有する多官能単量体であり、以下に限定されるものではないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸等のアリルエステル等が挙げられ、中でも、アリルアクリレート、アリルメタクリレートが好ましい。多官能グラフト剤の使用量は、二層目全体に対して0.1〜3質量%の範囲であることが好ましい。
多官能グラフト剤の使用量を0.1質量%以上とすることにより、十分なグラフト効果が得られ、3質量%以下とすることによりゴム弾性の低下を防止できる。
三層目(最外層)の重合に際しては、メタクリル系樹脂(I)との親和性を良好とするために、連鎖移動剤を用いて分子量を調整することもできる。
また、本実施形態の樹脂組成物の透明性を良好にするためには、分散されたゴム質重合体とメタクリル系樹脂(I)との屈折率を合致させる必要があるが、上述したように、二層目において、アルキルアクリレートを主成分として使用した場合、二層目の屈折率を、メタクリル系樹脂(I)と完全に一致させることは極めて困難である。屈折率を合わせるために、例えば、二層目において、アルキルアクリレートとスチレン、あるいはその誘導体を共重合した場合、ある温度領域では屈折率が略等しくなり透明性は向上するものの、温度を変化させると屈折率のズレが生じ透明性は悪化する。
これを回避する手段として、メタクリル系樹脂(I)とほぼ屈折率が一致している一層目を設ける方法が挙げられる。また、二層目の厚みを小さくすることも、本実施形態の樹脂組成物の透明性の悪化を阻止する上で有効である。
<ゴム質重合体の製造方法>
ゴム質重合体は、乳化重合により製造することができる。
具体的には、ゴム質重合体が上述したように、三層から構成される場合、乳化剤及び重合開始剤の存在下、初めに一層目の単量体混合物を添加して重合を完結させ、次に二層目の単量体混合物を添加して重合を完結させ、次いで三層目の単量体混合物を添加して重合を完結させることにより、容易にゴム質重合体(粒子)をラテックスとして得ることができる。
このゴム質重合体はラテックスから塩析、噴霧乾燥、凍結乾燥等の公知の方法によって粉体として回収することができる。
ゴム質重合体が、三層から構成される重合体である場合、三層目に硬質層を設けることで、ゴム質重合体の粒子同士の凝集を回避することができる。
<ゴム質重合体の平均粒子径>
また、ゴム質重合体の平均粒子径は、本実施形態の樹脂組成物の衝撃強度付与効果と、表面平滑性の観点から、0.03〜1μmであることが好ましい。より好ましくは0.05μm〜0.7μmであり、さらに好ましくは0.05μm〜0.5μm、さらにより好ましくは0.05μm〜0.4μm、よりさらに好ましくは0.05μm〜0.3μmである。
ゴム質重合体の平均粒子径が0.03μm以上であると、本実施形態の樹脂組成物において十分な衝撃強度が得られる傾向があり、1μm以下であると、本実施形態のフィルムの表面に、細かなさざ波状の欠陥が現れることを防止して鏡面性が得られ、さらに、加熱成形した場合に、延伸された部分において表面光沢の低下を抑制でき、透明性が確保できる。
ゴム質重合体の平均粒子径の測定方法は、従来公知の方法を用いることができるが、例えば、以下の(1)、(2)に示す方法が挙げられる。
(1)メタクリル系樹脂組成物の成形体の一部を丸鋸にて切り出した後、RuO4(ルテニウム酸)染色超薄切片法による観察用の試料を作製し、(株)日立製作所製 透過型電子顕微鏡機種:H−600型を使用して染色されたゴム粒子断面を観察後、撮影を行う。高倍率にプリントした代表的な粒子20個の直径をスケールにて測定し、粒子の直径の平均値を求めることで、ゴム粒子の平均粒子径を求める。
(2)ゴム質重合体の乳化液をサンプリングして、固形分500ppmになるように水で希釈して、UV1200V分光光度計(株式会社島津製作所製)を用いて波長550nmでの吸光度を測定し、この値から、透過型電子顕微鏡写真より粒子径を計測したサンプルについて、同様に吸光度を測定して作成した検量線を用いて平均粒子径を求める。
上記(1)、(2)の測定方法においては、いずれもほぼ同等の粒子径測定値を得ることができる。
本実施形態の樹脂組成物において、高い透明性、透明性、特に透明性の温度依存性との観点から、メタクリル系樹脂(I)の屈折率とゴム質重合体の屈折率との差が0.015以下であることが好ましく、より好ましくは0.012以下、さらに好ましくは0.01以下である。
(その他の樹脂)
本実施形態の樹脂組成物は、メタクリル系樹脂(I)の他、その他の樹脂を組み合わせて含有してもよい。
当該その他の樹脂としては、本実施形態の樹脂組成物に求められる特性を発揮できるものであれば、公知の樹脂を使用することができ、例えば、各種の熱可塑性樹脂を用いることができる。
当該熱可塑性樹脂としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シンジオタクテックポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ABS系樹脂、アクリル系樹脂、AS系樹脂、BAAS系樹脂、MBS樹脂、AAS樹脂、生分解性樹脂、ポリカーボネート−ABS樹脂のアロイ、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリアルキレンアリレート系樹脂;ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
特に、AS樹脂、BAAS樹脂は、流動性向上の観点から好ましく、ABS樹脂、MBS樹脂は、耐衝撃性向上の観点から好ましく、また、ポリエステル樹脂は耐薬品性向上の観点から好ましい。
また、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、フェノール系樹脂等は、難燃性向上の観点から好ましい。
ポリカーボネート系樹脂は、耐熱性付与、耐衝撃性付与や光学特性の調整が必要な場合に好ましい。
さらに、アクリル系樹脂は、メタクリル系樹脂(I)との相溶性が良好であり、透明性を保持したままで、流動性、耐衝撃性等の特性を調整する場合に好ましい。
前記各種熱可塑性樹脂は、一種のみを単独で用いても、二種以上の樹脂を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態の樹脂組成物において、メタクリル系樹脂(I)と、前記その他の樹脂とを組み合わせて使用する場合、これらの配合割合は、本発明の効果を発現できる範囲であればよいが、特性を付与する効果を考慮すると、メタクリル系樹脂(I)とその他の樹脂の合計量100質量%に対し、その他の樹脂の配合割合は、その他の樹脂として汎用アクリル系樹脂を配合する場合は95質量%以下であることが好ましく、より好ましくは85質量%以下、さらに好ましくは80質量%以下、さらにより好ましくは75質量%以下である。
また、その他の樹脂としてアクリル系樹脂以外の樹脂を配合する場合の配合割合は、前述のメタクリル系樹脂(I)とその他のアクリル系樹脂以外の樹脂の合計量100質量%に対し、当該アクリル系樹脂以外の樹脂を50質量%以下とすることが好ましい。より好ましくは45質量%であり、さらに好ましくは40質量%以下、さらにより好ましくは30質量%以下、よりさらに好ましくは20質量%以下である。
また、その他の樹脂を配合するときの特性付与効果を考慮すると、その他の樹脂を配合する場合の配合量の下限値としては0.1質量%以上が好ましく、より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは2質量%以上、さらにより好ましくは3質量%以上、よりさらに好ましくは5質量%以上である。
その他の樹脂の種類や含有量は、その他の樹脂と組み合わせて使用する場合に期待される効果に応じて適宜選択することができる。
(添加剤)
本実施形態の樹脂組成物には、剛性や寸法安定性等の各種特性を付与するため、所定の添加剤を添加してもよい。
添加剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤等の各種安定剤;可塑剤(パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル、パラフィン、有機ポリシロキサン、ミネラルオイル)、難燃剤(例えば、有機リン化合物、赤リン、無機系リン酸塩等のリン系、ハロゲン系、シリカ系、シリコーン系等)、難燃助剤(例えば、酸化アンチモン類、金属酸化物、金属水酸化物等)、硬化剤(ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ジエチルアミノプロピルアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、メンセンジアミン、イソホロンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、m−キシレンジアミン、m−フェヒレンジアミン、ジアミノフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、アジピン酸ジヒドラジド等のアミン類や、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のフェノール樹脂類、液状ポリメルカプタン、ポリサルファイド等のポリメルカプタン、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物、ドデシル無水コハク酸、無水トリメリット酸、無水クロレンディック酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、エチレングリコールビス(アンヒドロトリメート)等の酸無水物等)、硬化促進剤(2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等の有機ホスフィン類、ベンジルジメチルアミン、2−ジメチルアミノメチル)フェノール、2,4,6−トリス(ジアミノメチル)フェノール、テトラメチルヘキサンジアミン等の三級アミン類、トリフェニルホスファインテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリエチルアミンテトラフェニルボレート等のボロン塩、1,4−ベンゾキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチル−1,4−ベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン等のキノイド化合物等)、帯電防止剤(例えば、ポリアミドエラストマー、四級アンモニウム塩系、ピリジン誘導体、脂肪族スルホン酸塩、芳香族スルホン酸塩、芳香族スルホン酸塩共重合体、硫酸エステル塩、多価アルコール部分エステル、アルキルジエタノールアミン、アルキルジエタノールアミド、ポリアルキレングリコール誘導体、ベタイン系、イミダゾリン誘導体等)、導電性付与剤、応力緩和剤、離型剤(アルコール、及びアルコールと脂肪酸とのエステル、アルコールとジカルボン酸とのエステル、シリコーンオイル等)、結晶化促進剤、加水分解抑制剤、潤滑剤(例えば、ステアリン酸、ベヘニン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等の高級脂肪酸、及びその金属塩、エチレンビスステアロアミド等の高級脂肪酸アミド類等)、衝撃付与剤、摺動性改良剤(低分子量ポリエチレン等の炭化水素系、高級アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、ポリグリセロール、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、脂肪酸アミド、脂肪酸と脂肪族アルコールとのエステル、脂肪酸と多価アルコールとのフルエステル又は部分エステル、脂肪酸とポリグリコールとのフルエステル又は部分エステル、シリコーン系、フッ素樹脂系等)、相溶化剤、核剤、フィラー等の強化剤、流動調整剤、染料(ニトロソ染料、ニトロ染料、アゾ染料、スチルベンアゾ染料、ケトイミン染料、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/ポリメチン染料、チアゾール染料、インダミン/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、アミノケトン/オキシケトン染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料、フタロシアニン染料等の染料)、増感剤、着色剤(酸化チタン、カーボンブラック、チタンイエロー、酸化鉄系顔料、群青、コバルトブルー、酸化クロム、スピネルグリーン、クロム酸鉛系顔料、カドミウム系顔料等の無機顔料、アゾレーキ顔料、ベンズイミダゾロン顔料、ジアリリド顔料、縮合アゾ顔料等のアゾ系顔料、フタリシアニンブルー、フタロシアニングリーン等のフタロシアニン系顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、キナクリドン顔料、ペリレン顔料、アントラキノン顔料、ペリノン顔料、ジオキサジンバイオレット等の縮合多環系顔料等の有機系顔料、リン片状のアルミのメタリック顔料、ウェルド外観を改良するために使用されている球状のアルミ顔料、パール調メタリック顔料用のマイカ粉、その他ガラス等の無機物の多面体粒子に金属メッキやスパッタリングで被覆したもの等のメタリック顔料等)、増粘剤、沈降防止剤、タレ防止剤、充填剤(ガラス繊維、炭素繊維等の繊維状補強剤、さらにはガラスビーズ、炭酸カルシウム、タルク、クレイ等)、消泡剤(シリコーン系消泡剤、界面活性剤やポリエーテル、高級アルコール等の有機系消泡剤等)、カップリング剤、光拡散性微粒子、防錆剤、抗菌・防カビ剤、防汚剤、導電性高分子、ゴム質重合体等が挙げられる。
前記光拡散性微粒子としては、以下に限定されるものではないが、例えば、アルミナ、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化珪素、ガラスビーズ等の無機微粒子、スチレン架橋ビーズ、MS架橋ビーズ、シロキサン系架橋ビーズ等の有機微粒子等が挙げられる。
また、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、MS樹脂、環状オレフィン樹脂等の透明性の高い樹脂材料からなる中空架橋微粒子及びガラスからなる中空微粒子等も光拡散性微粒子として使用できる。
前記無機微粒子としては、拡散性、入手のしやすさの観点から、アルミナ及び酸化チタン等がより好ましい。
また、光拡散性微粒子は、一種のみを単独で使用してもよく、二種以上を併用してもよい。
ここで、光拡散性微粒子の屈折率は、1.3〜3.0が好ましく、より好ましくは1.3〜2.5、さらに好ましくは1.3〜2.0である。屈折率が1.3以上であると、実用上十分な散乱性が得られ、3.0以下であると、本実施形態のフィルムが、ランプ近傍の部材に用いられた際、ランプ近傍での散乱を抑制し、輝度ムラや出射光色調のムラの発生を効果的に防止することができる。
前記屈折率とは、D線(589nm)に基づく温度20℃での値である。
光拡散性微粒子の屈折率の測定方法としては、例えば、光拡散性微粒子を、屈折率を少しずつ変化させることのできる液体に浸し、液体の屈折率を変化させながら光拡散性微粒子界面を観察し、光拡散性微粒子界面が不明確になった時の液体の屈折率を測定するという方法が挙げられる。なお、液体の屈折率の測定には、アッベの屈折計等を用いることができる。
また、前記光拡散性微粒子の平均粒子径は、0.1〜20μmが好ましく、より好ましくは0.2〜15μm、さらに好ましくは0.3〜10μm、さらにより好ましくは0.4〜5μmである。
平均粒子径が20μm以下であると後方反射等による光損失が抑えられ、入光した光を効率的に発光面側に拡散させることができるため好ましい。また、平均粒子径が0.1μm以上であると出射光を拡散させることが可能となり、所望の面発光輝度、拡散性を得ることができるため好ましい。
また、本実施形態の樹脂組成物中の光拡散性微粒子の含有量は、光拡散効果の発現、面発光の均一性の観点から、メタクリル系樹脂(I)100質量部に対して0.0001〜0.03質量部が好ましく、より好ましくは0.0001〜0.01質量部である。
前記熱安定剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤が挙げられ、樹脂組成物への熱安定性付与効果の観点から、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。
熱安定剤の含有量は、熱安定性を向上させる効果が得られる量であればよく、含有量が過剰である場合、加工時にブリードアウトする等の問題が発生するおそれがあることから、メタクリル系樹脂100質量部に対して5質量部以下であることが好ましく、より好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、さらにより好ましくは0.8質量部以下、よりさらに好ましくは0.01質量部以上0.8質量部以下、特に好ましくは0.01質量部以上0.5質量部未満である。
熱安定剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−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−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、3,3’,3’’,5,5’,5’’−ヘキサ−tert−ブチル−a,a’,a’’−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート]、ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、1,3,5−トリス[(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−キシリン)メチル]−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−(4,6−ビス(オクチルチオ)−1,3,5−トリアジン−2−イルアミン)フェノール、アクリル酸2−[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ペンチルフェニル)エチル]−4,6−ジ−tert−ペンチルフェニル、アクリル酸2−tert−ブチル−4−メチル−6−(2−ヒドロキシ−3−tert−ブチル−5−メチルベンジル)フェニル等が挙げられる。
特に、ペンタエリスリトールテラキス[3−(3,5−ジ−tert−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、アクリル酸2−[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ペンチルフェニル)エチル]−4,6−ジ−tert−ペンチルフェニルが好ましい。
また、前記熱安定剤としてのヒンダードフェノール系酸化防止剤は、市販のフェノール系酸化防止剤を使用してもよく、このような市販のフェノール系酸化防止剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、イルガノックス1010(Irganox 1010:ペンタエリスリトールテトラキス[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]、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、イルガノックス1076(Irganox 1076: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、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、イルガノックス1330(Irganox 1330:3,3’,3’’,5,5’,5’’−ヘキサ−t−ブチル−a,a’,a’’−(メシチレン−2,4,6−トリイル)トリ−p−クレゾール、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、イルガノックス3114(Irganox 3114:1,3,5−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、イルガノックス3125(Irganox 3125、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、スミライザーBHT(Sumilizer BHT、住友化学製)、シアノックス1790(Cyanox 1790、サイテック製)、スミライザーGA−80(Sumilizer GA−80、住友化学製)、スミライザーGS(Sumilizer GS:アクリル酸2−[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ペンチルフェニル)エチル]−4,6−ジ−tert−ペンチルフェニル、住友化学製)、スミライザーGM(Sumilizer GM:アクリル酸2−tert−ブチル−4−メチル−6−(2−ヒドロキシ−3−tert−ブチル−5−メチルベンジル)フェニル、住友化学製)、ビタミンE(エーザイ製)等が挙げられる。
これらの市販のフェノール系酸化防止剤の中でも、当該樹脂組成物への熱安定性付与効果の観点から、イルガノックス1010、イルガノックス1076、スミライザーGS等が好ましい。これらは一種のみを単独で用いても、二種以上併用してもよい。
また、前記熱安定剤としてのリン系酸化防止剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、ビス(2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル)エチルエステル亜リン酸、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−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、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、ビス(2,4−ジクミルフェニル)ペンタエリスリトール−ジホスファイト、テトラキス(2,4−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、ジ−t−ブチル−m−クレジル−ホスフォナイト、4−[3−[(2,4,8,10−テトラ−tert−ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン)−6−イルオキシ]プロピル]−2−メチル−6−tert−ブチルフェノール等が挙げられる。
さらに、リン系酸化防止剤として市販のリン系酸化防止剤を使用してもよく、このような市販のリン系酸化防止剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、イルガフォス168(Irgafos 168:トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、イルガフォス12(Irgafos 12:トリス[2−[[2,4,8,10−テトラ−t−ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサフォスフェフィン−6−イル]オキシ]エチル]アミン、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、イルガフォス38(Irgafos 38:ビス(2,4−ビス(1,1−ジメチルエチル)−6−メチルフェニル)エチルエステル亜リン酸、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ製)、アデカスタブ329K(ADK STAB−229K、旭電化製)、アデカスタブPEP36(ADK STAB PEP36、旭電化製)、アデカスタブPEP−8(ADK STAB PEP−8、旭電化製)、Sandstab P−EPQ(クラリアント製)、ウェストン618(Weston 618、GE製)、ウェストン619G(Weston 619G、GE製)、ウルトラノックス626(Ultranox 626、GE製)、スミライザーGP(Sumilizer GP:4−[3−[(2,4,8,10−テトラ−tert−ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン)−6−イルオキシ]プロピル]−2−メチル−6−tert−ブチルフェノール、住友化学製)等が挙げられる。
これらのリン系酸化防止剤は、1種のみを単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
また、本実施形態の樹脂組成物においては、上述した熱安定剤を使用しなくてもメタクリル系樹脂(I)が、主鎖に環構造を有する構造単位(B)を含有しているので、良好な熱安定性を得ることができるが、より優れた熱安定性を得ようとする場合、メタクリル系樹脂(I)100質量部に対する熱安定剤の配合割合を(Y)/質量部とした場合に、メタクリル酸エステル系単量体単位(A)と主鎖に環構造を有する構造単位(B)の含有量の比と、熱安定剤の配合割合(Y)が、下記式(α)を満たすことが好ましい。
(Y)≧0.053×〔(A)成分含有量/(B)成分含有量〕−0.4・・・(α)
本実施形態の樹脂組成物に含まれるメタクリル系樹脂(I)は、主鎖に環構造を有する構造単位(B)を含んでいる。
当該主鎖に環構造を有する構造単位(B)を含むことにより、メタクリル系樹脂(I)が成形時等、高温条件下に曝された際、当該メタクリル系樹脂(I)の熱分解が抑制され、揮発成分発生量を低減化する効果が得られる。
すなわち、前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)の含有量を、メタクリル系樹脂(I)に含まれるメタクリル酸エステル系単量体単位(A)に対して増加させることにより、上述した熱安定剤の添加量を低減化することができる。
一方において、前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)の含有量に対して、樹脂組成物に含まれるメタクリル酸エステル単量体単位(A)の割合が多いと、メタクリル系樹脂(I)の熱分解が進むため、これを補うために熱安定剤の添加量を増加させる必要がある。
具体的に、メタクリル酸メチル(MMA)と、マレイミド系構造単位(MI)を用い、MMA/MI((A)成分含有量/(B)成分含有量に相当する。)と、実用上優れた熱安定性を得るために必要な熱安定剤の量との関係を検討した結果、上記式(α)の式が導き出され、前記式(α)の条件を満たすメタクリル系樹脂(I)及び熱安定剤量を適用することにより、実用上特に優れた熱安定性が得られることが分かった。
なお、このとき、「実用上優れた熱安定性」とは、270℃で30分間保持した際、メタクリル系樹脂が分解することによって、質量の減少量が5%以下であることを意味する。
樹脂組成物には、上記式(α)を満たすように熱安定剤を含有させれば、実用上優れた熱安定性が得られ、熱安定剤の過剰な配合を抑制することもできる。
高い熱安定性を得る観点から、より好ましくは(Y)≧0.053×〔(A)成分/(B)成分含有量〕−0.35であり、さらに好ましくは(Y)≧0.053×〔(A)成分含有量/(B)成分含有量〕−0.3であり、さらにより好ましくは(Y)≧0.053×〔メタクリル酸エステル単量体単位含有量/(B)含有量〕−0.25である。
上記範囲であれば、本実施形態の樹脂組成物をフィルムとして用いた場合等において、好適な高い熱安定性を保持することができる。
前記紫外線吸収剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾトリアジン系化合物、ベンゾエート系化合物、ベンゾフェノン系化合物、オキシベンゾフェノン系化合物、フェノール系化合物、オキサゾール系化合物、マロン酸エステル系化合物、シアノアクリレート系化合物、ラクトン系化合物、サリチル酸エステル系化合物、ベンズオキサジノン系化合物等が挙げられる。
特に、樹脂との相溶性の観点から、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾトリアジン系化合物が好ましい。これらは1種のみを単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
紫外線吸収剤は、本実施形態の樹脂組成物の良好な成形加工性を確保する観点から、20℃における蒸気圧(P)が1.0×10-4Pa以下であることが好ましく、1.0×10-6Pa以下であることがより好ましく、1.0×10-8Pa以下であることがさらに好ましい。
ここで、良好な成形加工性とは、例えば、フィルムとして成形する際、低分子化合物のロールへの付着が少ないこと等を意味する。ロールへ付着すると、さらに表面に再付着するため、外観が劣化したり、光学特性が悪化したりする原因となるため、上記蒸気圧(P)の値を満たし、良好な成形加工性を得ることが好ましい。
また、前記紫外線吸収剤の融点(Tm)は、80℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、130℃以上であることがさらに好ましく、160℃以上であることがさらにより好ましい。
前記紫外線吸収剤は、23℃〜260℃まで20℃/minの速度で昇温した場合の重量減少率が50%以下であることが好ましく、30%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましく、10%以下であることがさらにより好ましく、5%以下であることがよりさらに好ましい。
前記紫外線吸収剤の配合量は、耐熱性、耐湿熱性、熱安定性、及び成形加工性を阻害せず、本発明の効果を発揮する量であればよいが、多量に入れて過ぎた場合、加工時にブリードアウトする等の問題が発生するおそれもあることから、メタクリル系樹脂(I)100質量部に対して5質量部以下であることが好ましく、より好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、よりさらに好ましくは0.8質量部以下、さらにより好ましくは0.01質量部以上0.8質量部以下である。
〔樹脂組成物の製造方法〕 本実施形態のメタクリル系樹脂組成物を製造する方法としては、例えば、押出機、加熱ロール、ニーダー、ローラミキサー、バンバリーミキサー等の混練機を用いて混練する方法が挙げられる。
その中でも押出機による混練が、生産性の面で好ましい。
混練温度は、メタクリル系樹脂(I)や、混合する他の樹脂の好ましい加工温度に従えばよく、目安としては140〜300℃の範囲、好ましくは180〜280℃の範囲である。
〔樹脂組成物の成形方法〕
本実施形態の樹脂組成物を成形する場合、その成形方法としては、射出成形、シート成形、ブロー成形、インジェクションブロー成形、インフレーション成形、Tダイ成形、プレス成形、押出成形、発泡成形等、公知の方法を適用することができ、圧空成形、真空成形等の二次加工成形法も用いることができる。
また、加熱ロール、ニーダー、バンバリーミキサー、押出機等の混練機を用いてメタクリル系樹脂組成物を混練製造した後、冷却、粉砕し、さらにトランスファー成形、射出成形、圧縮成形等により成形を行う方法も一例として挙げることができる。
本実施形態の樹脂組成物を成形してフィルム形状として使用する場合、フィルムは、機械的流れ方向に縦一軸延伸、機械的流れ方向に直行する方向に横一軸延伸してもよく、またロール延伸とテンター延伸の逐次2軸延伸法、テンター延伸による同時2軸延伸法、チューブラー延伸による2軸延伸法等によって延伸することにより2軸延伸フィルムを製造してもよい。延伸を行うことによりフィルムの強度を向上させることができる。最終的な延伸倍率は得られた成形体の熱収縮率より判断することができる。延伸倍率は少なくともどちらか一方向に0.1%以上300%未満であることが好ましく、0.2%以上300%以下であることがより好ましく、0.3%以上300%以下であることがさらに好ましい。この範囲に設計することにより、複屈折、耐熱性、強度の観点で好ましい延伸成形体が得られる。
フィルムの延伸は、押し出し成形、キャスト成形に連続して行うことができる。なお、本実施形態の樹脂組成物からなるフィルムを光学フィルムとして用いる場合、その光学的等方性や機械的特性を安定化させるために、延伸処理後に熱処理(アニーリング)等を行うことが好ましい。
熱処理の条件は、従来公知の延伸フィルムに対して行われる熱処理の条件と同様に適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。
フィルム形状で使用する場合のフィルムの膜厚は、光学特性や強度、取扱い性を考慮して、0.01mm以上1mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.01mm以上0.5mm以下、さらに好ましくは0.01mm以上0.3mm以下、さらにより好ましくは0.02mm以上0.2mm以下、よりさらに好ましくは0.02mm以上0.1mm以上である。
〔樹脂組成物としての特性〕
本実施形態の樹脂組成物は、車両用部材用途、レンズ用途、光学フィルム用途や加飾フィルム用途等において、高温高湿条件下に曝されることもあり、優れた耐湿熱性が要求される。
また、軽量化の要求から薄肉化が求められており、それに伴い、より高い熱安定性と成形加工性が求められている。
(耐熱性)
耐熱性の指標としては、VICAT軟化温度を用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物の成形体のVICAT軟化温度は、実使用時における歪み等の不具合抑制の観点から、110℃以上であることが好ましい。より好ましくは112℃以上であり、さらに好ましくは113℃以上、さらにより好ましくは115℃以上、よりさらに好ましくは117℃以上、特に好ましくは120℃以上である。
VICAT軟化温度は、ISO 306 B50に準拠して測定を行うことができ、具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
(透明性)
透明性の指標としては、全光線透過率を用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物における全光線透過率は、用途に応じて適宜最適化すればよいが、透明性の求められる用途で使用される場合は、視認性の観点から、200μm厚みにおける全光線透過率が70%以上であることが好ましい。より好ましくは75%以上であり、さらに好ましくは80%以上である。
全光線透過率は高い方が好ましいが、実用上は94%以下でも十分に視認性を確保することができる。
全光線透過率は、例えば、下記実施例の方法により測定することができる。
(耐湿熱性)
耐湿熱性の指標としては、高温多湿条件下での形状不良発生状態の評価を用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物からなる成形体は、高温多湿条件下に置かれることがある。
耐湿熱性の評価として、本実施形態の樹脂組成物を約0.2mm厚みのフィルムに成形した試料を用いて、設定温度70℃、設定湿度95%条件下で500時間放置した場合に、反りや歪み等の不良が発生しないことが好ましい。
(耐傷付性)
耐傷付性の指標としては、鉛筆硬度を用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物は、フィルムに成形した場合に、取扱い時の表面の傷付きを防止するためにも、表面硬度として鉛筆硬度がHB以上であることが好ましい。より好ましくはF以上、さらに好ましくはH以上である。
フィルムの耐傷付性は、具体的に、後述する実施例に記載の方法により評価することができる。
(成形加工性)
成形加工性の指標としては、流動性と気泡の有無を指標として用いることができる。
一般に、軽量化のために樹脂組成物からなる成形体に対しては薄肉化が求められているが、薄肉化させるためには、成形温度を高くし、樹脂組成物の流動性を高めることが有効である。一方において、成形温度を上げることで樹脂の分解等により樹脂組成物内に気泡が発生するうえ、金型等への密着により、金型汚染や成形片の外観不良を起こすおそれがある。
本実施形態の樹脂組成物においては成形歪を解消するため、成形温度を上げて成形した場合においても、シルバー等の不具合が出ないことが好ましい。
具体的には、バレル温度280℃、約80μm厚みのフィルムを成形した際に、気泡発生等の成形不良がほとんど見られないことが好ましい。
(熱安定性)
熱安定性の指標としては、所定温度で所定時間保持したときの重量減少割合、及び熱分解開始温度を用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物を成形する場合、成形機内で樹脂が溶融状態で滞留する場合がある。その際、高温下で長時間滞留することになるため、樹脂材料が熱分解しにくいことが要求される。
具体的には、TGA(Thermogravimetric Analysis)において、約270℃で30分保持した時の重量減少割合が5%以下であることが好ましく、より好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下、さらにより好ましくは0.5%以下である。
270℃/30分間保持時の熱分解量については、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
本実施形態の樹脂組成物からなる成形体を薄肉にする必要がある場合、高温で成形を行うことが必要となり、高い熱安定性が求められる。
かかる観点から、本実施形態のメタクリル系樹脂組成物、これに含まれるメタクリル系樹脂(I)及びその他の樹脂の熱分解開始温度は、300℃以上であることが好ましい。より好ましくは310℃以上、さらに好ましくは320℃以上、さらにより好ましくは325℃以上、よりさらに好ましくは330℃以上である。
熱分解開始温度は、具体的には、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
(耐衝撃性)
耐衝撃性の指標としては、シャルピー衝撃強度を用いることができる。
本実施形態の樹脂組成物の成形体は高い衝撃強度が求められる場合がある。
具体的には、その成形体についてIOS 179/1eU規格に準拠して測定したシャルピー衝撃強度(ノッチなし)が、10kJ/m2以上であることが好ましい。より好ましくは12kJ/m2以上、さらに好ましくは14kJ/m2以上特に好ましくは15kJ/m2以上である。また、上限については特に制限はないが、50kJ/m2以下であれば実用上問題はない。
〔用途〕
本実施形態の樹脂組成物の用途としては、例えば、家庭用品、OA機器、AV機器、電池電装用途、照明機器、ハウジング用途、サニタリー用途、弾性遊戯機器用途や、ヘッドランプカバー、リアランプカバー、リアコンビランプカバー、バイザー、バグガード、計器カバー、メータパネル等の車両用部品、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、リアプロジェクションテレビ等のディスプレイに用いられる導光板、拡散板、偏光板保護フィルム、1/4波長板、1/2波長板、視野角制御フィルム、液晶光学補償フィルム等の位相差フィルム、ディスプレイ前面板、ディスプレイ基盤、レンズ、タッチパネル等が挙げられ、また、太陽電池に用いられる透明基盤等に好適に用いることができる。その他にも、光通信システム、光交換システム、光計測システムの分野において、導波路、レンズ、光ファイバー、光ファイバーの被覆材料、LEDのレンズ、レンズカバーや、他の樹脂の改質材として、好適に使用することができる。
本発明の樹脂組成物をフィルムとした場合には、例えば反射防止処理、透明導電処理、電磁波遮蔽処理、ガスバリア処理等の表面機能化処理をすることもできる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
本実施例に用いられる各測定値の測定方法は次のとおりである。
(a)アクリル系共重合体(メタクリル系樹脂)の解析
(1)繰り返し単位
重合により得られたアクリル系共重合体をCDCl3に溶解し、ブルーカー株式会社製 DPX−400装置を用い、1H−NMR、13C−NMR(測定温度:40℃)測定を実施し、(i)第一の構造単位、(ii)第二の構造単位、(iii)第三の構造単位、及び(iv)第四の構造単位の量をそれぞれ同定し、その比率から組成を確認した。
(2)ガラス転移温度
重合により得られたアクリル系共重合体のガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量計(パーキンエルマージャパン(株)製 Diamond DSC)を用いて、窒素ガス雰囲気下、α−アルミナをリファレンスとし、JIS−K−7121に準拠して、試料約10mgを常温から200℃まで昇温速度10℃/minで昇温して得られたDSC曲線から中点法で算出した。
(3)分子量
重合により得られたアクリル系共重合体の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフ(東ソー(株)製 HLC−8220)を用いて、溶媒はテトラヒドロフラン、設定温度40℃で、市販の標準PMMA換算により求めた。
(b)光学特性評価
(1)光学フィルムサンプルの作製
(1−a)プレスフィルムの成形
真空圧縮成形機((株)神藤金属工業所製 SFV−30型)を用いて、樹脂組成物を大気圧下、260℃、で25分間予熱後、真空下(約10kPa)、260℃、約10MPaで5分間圧縮してプレスフィルムを成形した。
(1−b)延伸フィルムの成形
上記プレスフィルムをインストロン社製5t引張り試験機を用いて、延伸温度(Tg+20)℃、延伸速度(500mm/分)で一軸フリー延伸して延伸フィルムを成形した。延伸倍率は、100%、200%、及び300%で延伸した。
(2)複屈折の測定
(1−b)で得られた延伸フィルムについて、大塚電子製RETS−100を用いて、回転検光子法により測定を行った。複屈折の値は、波長550nm光に対する値である。複屈折(Δn)は、以下の式により計算した。得られた値をフィルムの厚さ100μmに換算して測定値とした。
Δn=nx−ny
(Δn:複屈折、nx:伸張方向の屈折率、ny:面内で伸張方向と垂直な方向の屈折率)
複屈折(Δn)の絶対値(|Δn|)は、以下のように求めた。
|Δn|=|nx−ny|
(3)位相差の測定
(3−a)面内の位相差Re
(1−b)で得られた延伸フィルムについて、大塚電子(株)製RETS−100を用いて、回転検光子法により波長400〜800nmの範囲について測定を行った。得られた値をフィルムの厚さ100μmに換算して測定値とした。
複屈折の絶対値(|Δn|)と位相差(Re)は以下の関係にある。
Re=|Δn|×d
(|Δn|:複屈折の絶対値、Re:位相差、d:サンプルの厚み)
また、複屈折の絶対値(|Δn|)は以下に示す値である。
|Δn|=|nx−ny|
(nx:延伸方向の屈折率、ny:面内で延伸方向と垂直な方向の屈折率)
(3―b)厚み方向の位相差Rth
(1−b)で得られた延伸フィルムについて、王子計測機器(株)製位相差測定装置(KOBRA−21ADH)を用いて、波長589nmにおける位相差を測定し、得られた値をフィルムの厚さ100μmに換算して測定値とした。
複屈折の絶対値(|Δn|)と位相差(Rth)は以下の関係にある。
Rth=|Δn|×d
(|Δn|:複屈折の絶対値、Rth:位相差、d:サンプルの厚み)
また、複屈折の絶対値(|Δn|)は以下に示す値である。
|Δn|=|(nx+ny)/2−nz|
(nx:延伸方向の屈折率、ny:面内で延伸方向と垂直な方向の屈折率、nz:面外で延伸方向と垂直な厚み方向の屈折率)
(理想となる、3次元方向すべてについて完全光学的等方性であるフィルムでは、面内位相差(Re)、厚み方向位相差(Rth)が共に0となる。)
(4)光弾性係数CRの測定
(1−b)で得られた延伸フィルムについて、Polymer Engineering and Science 1999, 39, 2349−2357に詳細について記載のある複屈折測定装置を用いて、光弾性係数を測定した。
具体的には、レーザー光の経路にフィルムの引張り装置(井元製作所製)を配置し、23℃で伸張応力をかけながらその複屈折を、大塚電子(株)製RETS−100を用いて回転検光子法により波長400〜800nmの範囲について測定した。伸張時の歪速度は50%/分(チャック間:50mm、チャック移動速度:5mm/分)、試験片幅は6mmで測定を行った。複屈折の絶対値(|Δn|)と伸張応力(σR)の関係から、最小二乗近似によりその直線の傾きを求め、光弾性係数(CR)を計算した。計算には伸張応力が2.5MPa≦σR≦10MPaの間のデータを用いた。
R=|Δn|/σR
|Δn|=|nx−ny|
(CR:光弾性係数、σR:伸張応力、|Δn|:複屈折の絶対値、nx:伸張方向の屈折率、ny:面内で伸張方向と垂直な方向の屈折率)
(5)耐湿熱時耐久性の評価
(1−b)で前述した方法で成形した100%延伸フィルムを雰囲気温度80℃、湿度90%RHの恒温恒湿槽内で1000時間放置して、試験前後での光学特性変化を面内の位相差(Re)を用いて評価した。
(c)樹脂組成物の評価
(1)熱着色の尺度
ハンターの測色色差計により測定したb値を用いた。
(2)全光線透過率及びヘイズ
ASTMD1003準拠して測定した。
(3)離型性評価
東芝機械株式会社製IS−100EN射出成形機を用いて、成形温度270℃、金型温度60℃にて、厚さ3mm×幅100mm×長さ100mm試験片を作製し、ヒビ、表面荒れが発生したものを不良品と見なした。サンプル数としては、射出成形条件を一定にするために20ショット捨て打ちした後、100ショット成形して評価した。なお、成形にあたっては、ペレットを乾燥し、水分含有率0.06重量%以下で実施した。
不良品数が10個以下のものを「〇」、10個を超えるものを「×」として評価を行った。
[アクリル系共重合体]
[製造例1]メタクリル酸メチル/N−フェニルマレイミド/N−シクロヘキシルマレイミド共重合体
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素ガス導入ノズル、原料溶液導入ノズル、開始剤溶液導入ノズル、及び重合溶液排出ノズルを備えたSUS製反応器(容量0.5L)を用いた。重合反応器の圧力は、微加圧、反応温度はオイルバスで130℃に制御した。
メタクリル酸メチル(MMA)576g、N−フェニルマレイミド(N−PheMI)61g、N−シクロヘキシルマレイミド(N−CyMI)83g、メチルイソブチルケトン480gを混合した後、窒素ガスで置換して原料溶液を調製した。パーヘキサC(日油(株)製;濃度75wt%)8.63gをメチルイソブチルケトン91.37gに溶解した後、窒素ガスで置換して開始剤溶液を調製した。
原料溶液はポンプを用いて8.25ml/minで原料溶液導入ノズルから導入した。また、開始剤溶液はポンプを用いて0.08ml/minで開始剤溶液導入ノズルから導入した。30分後、重合溶液排出ノズルから抜き出しポンプを用いて500ml/hrの一定流量でポリマー溶液を排出した。
ポリマー溶液は、排出から1.5時間分は初流タンクに分別回収した。排出開始から、1.5時間後から2.5時間のポリマー溶液を本回収した。得られたポリマー溶液と、抽出溶媒であるメタノールを同時にホモジナイザーに供給し、乳化分散抽出した。分離沈降したポリマーを回収し、真空下、130℃で2時間乾燥して目的とするアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))を得た。
・組成:MMA/N−PheMI/N−CyMI=81/8/11wt%
・分子量:Mw=22.5×104;Mw/Mn=2.09
・Tg:135℃
[製造例2]
製造例1において、MMA:576g、N−PheMI:50g、N−CyMI:94gを用いた以外は、製造例1と同様の操作を行ってアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))を得た。
・組成:MMA/N−PheMI/N−CyMI=79/6/15wt%
・分子量:Mw=15.4×104;Mw/Mn=1.75
・Tg:135℃
[製造例3]
製造例1において、MMA:576g、N−PheMI:83g、N−CyMI:61gを用いた以外は、製造例1と同様の操作を行ってアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))を得た。
・組成:MMA/N−PheMI/N−CyMI=77/10/12wt%
・分子量:Mw=14.3×104;Mw/Mn=1.79
・Tg:137℃
[製造例4]
製造例1において、MMA:504g、N−PheMI:2.4g、N−CyMI:213.6gを用いた以外は、製造例1と同様の操作を行ってアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))を得た。
・組成:MMA/N−PheMI/N−CyMI=70/1/29wt%
・分子量:Mw=18.7×104;Mw/Mn=1.81
・Tg:146℃
[製造例5]メタクリル酸メチル/N−フェニルマレイミド/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン共重合体
攪拌装置、温度センサー、冷却管、窒素ガス導入ノズル、原料溶液導入ノズル、及び開始剤溶液導入ノズルを備えたガラス製反応器(容量1.0L)を用いた。重合反応器の圧力は、微加圧、反応温度はオイルバスで100℃に制御した。
メタクリル酸メチル(MMA)140g、N−フェニルマレイミド(N−PheMI)14g、N−シクロヘキシルマレイミド(N−CyMI)34g、スチレン(St)12g、メチルイソブチルケトン200gを混合した後、窒素ガスで置換して原料溶液を調製した。パーヘキサC(日油(株)製;濃度75wt%)0.32gをメチルイソブチルケトン1.00gに溶解した後、窒素ガスで置換して開始剤溶液を調整した。
原料溶液は圧送でガラス反応器内に原料溶液導入ノズルから導入した。また、開始剤溶液はシリンジで開始剤溶液導入ノズルから導入し重合反応を開始した。反応開始3時間後を反応終了点とし、ポリマー溶液を回収した。得られたポリマー溶液と、貧溶媒であるメタノールを同時にホモジナイザーに供給し、乳化分散抽出した。分離沈降したポリマーを回収し、真空下、130℃で2時間乾燥して目的とするアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))を得た。
・組成:MMA/N−PheMI/N−CyMI/St=70/5/20/5wt%
・分子量:Mw=15.6×104;Mw/Mn=2.01
・Tg:141℃
[参考例1]ポリメタクリル酸メチル重合体
製造例1において、メタクリル酸メチル960g、メチルイソブチルケトン240gのみを用いた以外は、製造例1と同様の操作を行ってポリメタクリル酸メチル重合体(PMMA)を得た。
・組成:MMA=100wt%
・分子量:Mw=10.2×104;Mw/Mn=1.89
・Tg:121℃
以上のように得られたアクリル系共重合体の組成、及び評価結果を表1に示す。
Figure 2016169282
製造例1〜5のアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))は、従来のポリメタクリル酸メチル樹脂(参考例1)に対して、耐熱性が高く、低複屈折性に優れ、その耐湿熱時耐久性が高いことが特徴である。
[樹脂組成物]
前記、アクリル系共重合体と下記化合物(D)を用いて樹脂組成物を調整し、その成形加工性を評価した。
化合物(D):グリセリンモノステアレート(理研ビタミン製 リケマールH−100)
[実施例1〜5]
表2に示すアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))(製造例1〜5)100質量部、及び表2に示される量の化合物(D)をヘンシェルミキサーで混合した後、φ15mmの二軸押出機(テクノベル社製;KZW15−45MG)を用いシリンダー温度240℃で溶融混練しペレットを得た。
次いで、射出成形機(FUNAC社製;AUTO SHOT 15A)を用いシリンダー温度240℃で射出成形し、幅10mm、長さ50mm、厚さ1mmの板状成形体を得た。該板状成形体を用いて全光線透過率、ヘイズ、b値の測定を行った。
[比較例1〜5]
化合物(D)を除いた以外、実施例1〜5と同様にしてアクリル系共重合体(メタクリル系樹脂(I))を射出成形し、実施例1〜5と同様の板状成形体を得た。
実施例1〜5、及び比較例1〜5の離型性評価結果を表2に示す。
Figure 2016169282
表2の評価において、本発明のメタクリル系樹脂(I)と化合物(D)を含む樹脂組成物が離型性に優れていることが判る。
離型性に優れる本実施形態のメタクリル系樹脂組成物は、家庭用品、OA機器、AV機器、電池電装用、照明機器、ハウジング用途、サニタリー用途、弾性遊戯機器用途や、ヘッドランプカバー、リアランプカバー、リアコンビランプカバー、バイザー、バグガード、計器カバー、メータパネル等の車両用部品、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、リアプロジェクションテレビ等のディスプレイに用いられる導光板、拡散板、偏光板保護フィルム、1/4波長板、1/2波長板、視野角制御フィルム、液晶光学補償フィルム等の位相差フィルム、ディスプレイ前面板、ディスプレイ基盤、レンズ、タッチパネル等が挙げられ、また、太陽電池に用いられる透明基盤等に好適に用いることができる。その他にも、光通信システム、光交換システム、光計測システムの分野において、導波路、レンズ、光ファイバー、光ファイバーの被覆材料、LEDのレンズ、レンズカバー用途に好適である

Claims (12)

  1. メタクリル酸エステル単量体単位(A):50〜99.9質量%、主鎖に環構造を有する構造単位(B):0.1〜30質量%、及び、メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C):0〜20質量%を含み、下記条件(i)を満たすメタクリル系樹脂(I)100質量部と、
    グリセリン脂肪酸エステル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリエーテル系化合物、脂肪酸金属塩類、トリメリット酸エステル類及びピロメリット酸エステル類から選ばれる1種又は2種以上の化合物(D)0.001〜1質量部と、
    を、含有するメタクリル系樹脂組成物:
    条件(i)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した重量平均分子量が、6.5万〜30万である。
  2. 前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、グルタルイミド系構造単位、グルタル酸無水物構造単位、ラクトン環構造単位及びマレイミド系構造単位からなる群より選ばれる少なくとも一種の構造単位を含む、請求項1に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  3. 前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、マレイミド系構造単位を含む、請求項1又は2に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  4. 前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、N−シクロヘキシルマレイミド系構造単位及び/又はN−アリール基置換マレイミド系構造単位を含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  5. 前記主鎖に環構造を有する構造単位(B)が、N−アリール基置換マレイミド系構造単位を含む、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  6. マレイミド系残存モノマー量が0.01質量%以上1質量%以下である、請求項3乃至5のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  7. 前記メタクリル系樹脂(I)100質量部に対し、紫外線吸収剤0質量部〜5質量部を、さらに含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  8. 前記メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)が、アクリル酸エステル単量体、芳香族ビニル系単量体、及びシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  9. 前記メタクリル酸エステル単量体に共重合可能なその他のビニル系単量体単位(C)が、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、スチレン、及びアクリロニトリルからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  10. 前記メタクリル系樹脂(I)100質量部に対し、熱安定剤0質量部〜5質量部をさらに含む、請求項1乃至9いずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  11. 成形体としたときのビカット軟化温度が110℃以上である、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物。
  12. 請求項1乃至11いずれか一項に記載のメタクリル系樹脂組成物からなるレンズ。
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