JP2020502324A - カルボニル含有単量体重合用気泡制御組成物 - Google Patents

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Abstract

本発明は、カルボニル含有単量体、好ましくはカルボン酸エステル単量体を総単量体の少なくとも１０％というレベルで有する任意の発熱重合反応において気泡形成を制御するための低レベルのグリコール及び短鎖ジオールを使用することに関し、ここで、この単量体は、単量体の沸点よりも高いピーク重合発熱温度を有する。グリコール及び短鎖ジオールは、重合混合物中において、カルボン酸エステル含有単量体に対して０．５〜１０重量％の量で使用される。グリコール及び短鎖ジオールは、−（Ｃ＝Ｏ）Ｏ−含有単量体と水素結合して単量体の沸点を高め、単量体の沸騰による気泡の形成を減少させ又は無くすと考えられる。本発明は、メタクリル酸メチル重合体及び共重合体をそのままの状態で又は重合体複合材料系として重合する際に特に有用である。

Description

発明の分野
本発明は、カルボニル含有単量体、好ましくはカルボン酸エステル単量体を総単量体の少なくとも１０％というレベルで有する任意の発熱重合反応において気泡形成を制御するための低レベルのグリコール及び短鎖ジオールを使用することに関し、ここで、この単量体は、単量体の沸点よりも高いピーク重合発熱温度を有する。グリコール及び短鎖ジオールは、重合混合物中において、カルボン酸エステル含有単量体に対して０．５〜１０重量％の量で使用される。グリコール及び短鎖ジオールは、−（Ｃ＝Ｏ）Ｏ−含有単量体と水素結合して単量体の沸点を高め、単量体の沸騰による気泡の形成を減少させ又は無くすと考えられる。本発明は、メタクリル酸メチル重合体及び共重合体をそのままの状態で又は重合体複合材料系として重合する際に特に有用である。
発明の背景
カルボニル含有ビニル単量体の重合は発熱反応である。反応用混合物の温度が単量体の沸点を超えると単量体が沸騰し、気泡が形成されるため望ましくない。粘性重合体系では、捕捉された気泡は重合後に固化した重合体生成物中に気泡（エアボイド）として残る。これらの気泡は、硬化した重合体の機械的特性に影響を及ぼし、その長期安定性と美観を損なう欠陥である。この問題は、最終物品が厚くなればなるほど深刻になり、その際には熱伝達がさらに制限され、発熱温度がさらに高くなる。メタクリル酸メチル単量体系の場合には、１００℃よりも高い発熱温度が気泡形成の原因となる。
ＰＭＭＡ及びＰＭＭＡ複合材料といった、カルボニル含有単量体の重合発熱を制御するための従来の方法は、冷却浴に取り囲まれた型内で重合を行うことを含む。他の戦略は、禁止剤及び連鎖移動剤の使用などの化学的方法を伴う。これらの化学的戦略は、発熱温度をうまく低下させ、気泡形成を低下させることができるが、重合体ラジカルを捕捉することによって重合の化学反応を妨害してしまい、それによって硬化時間が増加し、得られる重合体の分子量が減少するため、重合体の機械的性質に悪影響を及ぼす。重合発熱の影響を軽減し、硬化重合体中における気泡形成を低減し、さらには無くすと共に、重合体の硬化速度及び分子量に及ぼす影響を最小限にする又は全く引き起こさないための優れた戦略が必要とされている。このような戦略を特に必要とする系の一つは、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）のポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）及びその共重合体への重合である。
驚くべきことに、ＭＭＡ液体樹脂系において低レベルの１種以上のグリコール及び短鎖ジオールを添加すると、重合ＰＭＭＡ中の気泡形成が減少し、さらには無くなる。カルボニル含有単量体を含む任意のバルク重合においても同じ効果が期待される。任意の特定の理論によって限定されるものではないが、低レベルでのグリコール及び短鎖ジオールの添加は水素結合供与体として作用し、おそらくはＭＭＡ単量体と水素結合を形成することによってＭＭＡの沸点を増大させると考えられる。ＭＭＡの沸点を重合発熱温度よりも高くすることによって、気泡の形成を無くすことができる。グリコール及び短鎖ジオールの化学構造によっては、この低レベルの添加剤を組成物に添加しても、ＰＭＭＡ生成物の硬化速度及び分子量にはほとんど又は全く影響がない。
本願は（メタ）アクリル単量体、特に５１重量％を超えるメタクリル酸メチルを含有する最終重合体に焦点を当てるが、記載する原理及び技術的解決手段は、少なくとも１０％のカルボニル含有単量体を含む重合において効率的に機能すると予想される。気泡を制御する又は無くすという同一の技術的効果を達成する同一の機構が想定される。
発明の概要
本発明は、重合反応用混合物であって、
（ａ）単量体の重量を基準にして０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、より好ましくは２〜４重量％の１種以上の脂肪族グリコール及び炭素数２〜６、好ましくは３又は４の短鎖ジオールと、
（ｂ）カルボニル基含有単量体を少なくとも１０重量％、より好ましくは少なくとも２５重量％、さらに好ましくは４０重量％、さらに好ましくは少なくとも５１重量％、さらに好ましくは少なくとも７０重量％、さらに好ましくは少なくとも８０重量％、さらに好ましくは少なくとも９０重量％含む単量体組成物と
を含む重合反応用混合物に関する。
さらに、本発明は、熱可塑性物品であって、
（ａ）（メタ）アクリル重合体マトリックスと
（ｂ）前記重合体の重量に基づいて０．５〜１０重量％のグリコール及び／又はジオールと
を含み
前記物品は、含まれる気泡が１０体積％未満、好ましくは５体積％未満、より好ましくは１体積％未満、最も好ましくは０．１体積％未満である熱可塑性物品。
さらに、本発明は、低欠陥ポリ（メタ）アクリレート物品の製造方法であって、反応用混合物に、単量体の重量に基づいて０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、より好ましくは２〜４重量％の１種以上の脂肪族グリコール及び炭素数２〜６、好ましくは３又は４の短鎖ジオールを添加する工程を含む製造方法に関する。
試験管中におけるニートＭＭＡシロップ重合の発熱量プロットに及ぼす様々な量のトリトンＸ−１００の効果を示すグラフである。 図２は、様々な量のトリトンＸ−１００が試験管中におけるニートＭＭＡシロップ重合の硬化樹脂（下）の外観に及ぼす影響を示す。 図３は、様々な量のグリコールの代表例の存在下での硬化（重合）ＭＭＡシロップの気泡定量評価（気泡の面積％）測定を示す。
発明の詳細な説明
本願で列挙された全ての参考文献は、参照により本明細書において援用される。特に記載しない限り、組成物中の全ての百分率は重量％であり、全ての分子量は、特記しない限りポリスチレン基準物を使用してゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により決定される重量平均分子量として与えられる。また、ここに記載される異なる要素の組み合わせも本発明の一部とみなされる。
本明細書で使用される用語「重合」とは、単量体又は単量体混合物を重合体に転化させる方法をいう。
本明細書で使用する用語「熱可塑性重合体」とは、加熱されると液体に変わり又はさらに液状になり若しくはさらに粘性が低くなり、かつ、熱及び圧力を加えることによって新たな形状を帯びることができる重合体をいう。
本明細書で使用する用語「熱硬化性重合体」とは、硬化によって不可逆的に不融性の不溶性重合体ネットワークに変化する、軟質、固体状態又は粘性状態のプレポリマーをいう。
本明細書で使用する用語「重合体複合材料」とは、少なくとも１種類の相ドメインが連続相であり、少なくとも１種の成分が重合体である複数の異なる相ドメインを含む多成分材料をいう。
本明細書で使用する用語「開始剤」とは、単量体と反応して他の多数の単量体と連続的に結合して重合体化合物になることのできる中間化合物を形成する化学種をいう。
本明細書で使用する用語「共重合体」とは、２種以上の異なる単量体単位から形成された重合体を意味する。共重合体は、ランダム、ブロック、又はテーパー状とすることができ、かつ、直鎖、分岐鎖又は星形重合体、櫛形重合体及びコア・シェル共重合体といった限定されない任意の他の構成を有することができる。
本発明は、低濃度のグリコール及び短鎖ジオールを使用して、ニート重合体及び複合材料を含めて、カルボニル含有単量体から形成された物品の気泡を低減し、さらには無くすことに関する。
カルボニル含有単量体
本発明は、カルボニル基含有単量体を少なくとも１０重量％、より好ましくは少なくとも２５重量％、さらに好ましくは４０重量％、さらに好ましくは少なくとも５１重量％、さらに好ましくは少なくとも７０重量％、さらに好ましくは少なくとも８０重量％、さらに好ましくは少なくとも９０重量％有する単量体組成物から形成された重合体中において気泡形成を低減する又は無くすという技術的課題を解決する。１００重量％のカルボニル基含有単量体、特に１００重量％の１種以上の（メタ）アクリル単量体から形成される単独重合体又は共重合体が本発明の好ましい実施形態である。本発明を（メタ）アクリル単量体の観点から説明するが、当業者であれば、アミンが単量体単位に効果的に水素結合できる任意の単量体系に同一の技術的解決手段を適用できることが分かるであろう。
本発明において有用な（メタ）アクリル単量体としては、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル及びメタクリル酸エチル、アクリル酸ブチル及びメタクリル酸ブチル、メタクリル酸イソオクチル及びアクリル酸イソオクチル、アクリル酸ラウリル及びメタクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリル及びメタクリル酸ステアリル、アクリル酸イソボルニル及びメタクリル酸イソボルニル、アクリル酸メトキシエチル及びメタクリル酸メトキシ、アクリル酸２−エトキシエチル及びメタクリル酸２−エトキシエチル、並びにアクリル酸ジメチルアミノエチル及びメタクリル酸ジメチルアミノエチル単量体が挙げられるが、これらに限定されない。メタクリル酸及びアクリル酸などの（メタ）アクリル酸が単量体組成物に有用であることができる。
０〜９０重量％、好ましくは５０重量％未満、より好ましくは２０重量％未満の非カルボニル含有単量体も存在することができる。有用な非カルボニル含有単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリルが挙げられるが、これらに限定されず、また、単量体混合物中に低レベルの架橋剤が存在していてもよい。
本明細書で使用する用語「ＰＭＭＡ」とは、単独重合体及び少なくとも５０重量％のメタクリル酸メチル単量体単位を含有する２種以上の異なる単量体単位を有する共重合体を意味する。最も好ましくは、ＰＭＭＡ重合体は、単独重合体又は７０〜９９．９重量％、より好ましくは８０〜９９重量％のメタクリル酸メチル単位と、０．１〜３０重量％の１種以上のＣ1-8直鎖又は分岐アクリル酸アルキル単位とを有する共重合体である。好ましくは、いかなる共単量体も重合発熱温度付近又はそれを超える沸点を有するべきである。
以下の説明において、ＰＭＭＡは、本発明の原理を説明するためのモデル重合体系として使用する。当業者であれば、これらの同じ原理を、少なくとも１０重量％のカルボニル含有単量体を含有する他の重合体系に適用することができる。
本発明のＰＭＭＡの重合は、一般に、通常はまず部分重合を行って未反応の単量体、オリゴマー及び重合体を含有するシロップを形成する半バルクプロセスである。このシロップに追加の開始剤を添加し、次いでこれを型に配置し又はシート状に流延し、そこで固体重合体物品への最終重合を行う。
あるいは、全ての単量体、開始剤及び他の添加剤を最初の仕込み物に入れ、完全重合が生じるまで反応を開始させるバルクプロセスも使用できる。ＰＭＭＡ重合体の重量平均分子量は高くなければならず、これは５０，０００ｇ／ｍｏｌ超、好ましくは８０，０００ｇ／ｍｏｌ超、好ましくは１００，０００ｇ／ｍｏｌ超を意味する。分子量は、２，０００，０００ｇ／ｍｏｌまで、好ましくは３００，０００ｇ／ｍｏｌ未満とすることができる。
別の好ましい実施形態は、大部分が又は完全にＭＭＡから構成されるＰＭＭＡ重合体を単量体組成物に溶解させることを伴う。この重合体／単量体混合物は、粘性シロップ溶液の粘度制御を与えるものである。次に、このＰＭＭＡシロップを追加の開始剤と混合し、型（強化複合材料用の繊維マットの配向繊維を含むことができる）に入れ、又は長繊維に含浸させて最終重合を行い、最終熱可塑性物品を製造する。
別の実施形態によれば、ＰＭＭＡは、ＭＭＡの少なくとも１種の単独重合体と少なくとも１種の共重合体との混合物、又は少なくとも２種の異なる平均分子量を有するＭＭＡの２種の単独重合体若しくは２種の共重合体との混合物、又は異なる単量体組成を有するＭＭＡの少なくとも２種の共重合体の混合物である。
本発明の組成物を使用して重合によって形成される重合体は、熱可塑性重合体又は熱硬化性重合体のいずれかとすることができる。
グリコール及び短鎖ジオール
低レベルの脂肪族グリコール及び短鎖ジオールは、ＰＭＭＡ重合混合物に添加されてメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）単量体の沸点を増大させることができる水素結合供与体として作用する。ＭＭＡの沸点を重合発熱によって生成される反応温度よりも高くすることにより、ＰＭＭＡシロップ内の気泡の形成を減らし、さらには無くすことができる。グリコール及び短鎖ジオールは、メタクリル単量体と相溶性がなければならない。
好ましくは、グリコール及び短鎖ジオールは低濃度で使用されるため、反応速度や分子量に悪影響をほとんど又は全く及ぼさない。ジオール及びグリコールは、ＭＭＡ単量体の重量に基づいて、０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、さらに好ましくは２〜４重量％の１種以上のグリコール及び短鎖ジオール量で使用される。グリコール及び短鎖ジオールは、これらのコストが低く、しかも環境への影響が最小限であるため、本発明において水素結合供与体として特に望ましい。「短鎖」とは、２〜６個、好ましくは３又は４個の炭素数を有するジオールを意味する。気泡の形成を低減し、さらには無くすための有用なジオール及びグリコールは、親水性、疎水性、又は両親媒性であることができる。有用なグリコールとしては、グリセロール、１，２−及び１，３−プロピレングリコール、ジエチレングリコール、及びＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ製のトリトンＸ−１００（Ｃ14Ｈ22Ｏ（Ｃ2Ｈ4Ｏ）n）が挙げられるが、これらに限定されない。特に有用なオリゴエチレングリコールは、Ｈ−（Ｏ−ＣＨ2−ＣＨ2）n−ＯＨ（ｎ＝２〜５０）の構造のものである。有用なポリエチレングリコールは、ｎ＝５１〜２００のものである。疎水性グリコールは、親水性グリコールよりも気泡除去に効果的であり、親水性グリコールはわずかに濁りが多く透明度の低い物品の原因となることが分かった。特定の理論によって限定されるものではないが、この観察は、硬化ＰＭＭＡの水分量を増加させる親水性グリコールの吸湿性に関係するものであると考えられる。また、短鎖脂肪族ジオールも気泡形成に効果的であるが、疎水性グリコールよりも程度は低くなる。有用なジオールとしては、１，３−ブタンジオール及び１，４−ブタンジオールが挙げられるが、これらに限定されない。
グリコール及びジオールは、安定でありかつ反応速度にはほとんど又は全く影響を及ぼさないため、ピーク重合発熱の発生前にいつでも反応用混合物に添加することができる。反応用混合物の粘度が低い場合（重合の初期）には、形成された気泡は、低粘度の重合体低含有量反応用混合物を逃す可能性が高い。気泡形成に伴う大きな問題は、重合混合物の粘度が高くなると、気泡が重合用流体に閉じ込められてしまうことである。一般に、グリコール及びジオールは、バルク重合の開始時若しくは開始付近、又は２段階重合におけるプレポリマーシロップの開始前に添加できる。
他の添加剤
アクリル重合体において典型的に使用される衝撃改質剤などの他の添加剤を反応用混合物に添加してもよく、また重合体配合物中において典型的に使用される他の添加剤、例えば、限定されないが、安定剤、可塑剤、充填剤、着色剤、顔料、染料、酸化防止剤、帯電防止剤、界面活性剤、トナー、屈折率整合添加剤、特定の光回折、光吸収又は光反射特性を有する添加剤、難燃剤、密度低下剤、表面レベリング剤及び分散助剤、低プロファイル添加剤（アクリル、ポリ酢酸ビニル）、アクリルビーズ、低分子量アクリル加工助剤、例えば低分子量（１００，０００未満、好ましくは７５，０００未満、より好ましくは６０，０００未満の分子量）及び低粘度又は低Ｔｇアクリル樹脂（Ｔｇ＜５０℃）などを反応用混合物に添加してもよい。
ＰＭＭＡなどの重合体を単量体と溶解ポリマー及び／又はオリゴマーとを有する重合体シロップから形成する場合には、開始剤の他に、必要に応じて禁止剤、活性化剤、及び連鎖移動剤を含むことができる。
単量体が自発的に重合するのを防ぐために、禁止剤が任意に存在する。（メタ）アクリル単量体は、典型的には上で定義した１種以上の単量体であり、必要に応じて、ヒドロキノン（ＨＱ）、メチルヒドロキノン（ＭＥＨＱ）、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メトキシフェノール（トパノールＯ）及び２，４−ジメチル−６−ｔ−ブチルフェノール（トパノールＡ）などの好適な禁止剤と共に使用される。
液体（メタ）アクリルシロップは、重合活性化剤を任意に含む。
重合活性化剤又は促進剤は、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジン（ＤＭＰＴ）、Ｎ，Ｎ−ジヒドロキシエチル−ｐ−トルイジン（ＤＨＥＰＴ）、Ｂｉｓｏｍｅｒ ＰＴＥ、有機可溶性遷移金属触媒又はそれらの混合物などの第三級アミンから選択される。
存在する場合には、液体（メタ）アクリルシロップの（メタ）アクリル単量体に対する活性剤の含有量は、１００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ（重量基準）、好ましくは２００ｐｐｍ〜７０００重量ｐｐｍ、有利には３００ｐｐｍ〜４０００ｐｐｍである。
活性剤又は促進剤の存在は最終用途に依存する。「低温硬化」が必要な場合又は望まれる場合には、通常は促進剤が必要である。低温硬化とは、重合が周囲温度で行われることを意味するところ、これは、５０℃未満又は好ましくは４０℃未満を意味する。
シロップを型に添加する直前に、開始剤をＰＭＭＡシロップに添加する。開始剤は、重合を促進させるのに十分な半減期が１００℃未満のものが好ましい。好ましくは、開始剤は、ジアシルペルオキシド、ペルオキシエステル、ジアルキルペルオキシド、ペルオキシアセタール又はアゾ化合物の部類からのラジカル開始剤である。
（メタ）アクリル単量体の重合を開始させるための開始剤又は開始剤系は、好ましくは、炭酸イソプロピル、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化カプロイル、過酸化ジクミル、過安息香酸ｔ−ブチル、ｔ−ブチルペル（２−エチルヘキサノエート）、クミルヒドロペルオキシド、１，１−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔ−ブチルペルオキシイソブチレート、ｔ−ブチルペルアセテート、ｔ−ブチルペルピバレート、アミルペルピバレート、ｔ−ブチルペルオクトエート、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾビスイソブチルアミド、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）又は４，４’−アゾビス（４−シアノペンタン酸）から選択される。上記のリストから選択されたラジカル開始剤の混合物を使用することは、本発明の範囲から逸脱するものではない。
好ましくは、（メタ）アクリル単量体の重合を開始させるための開始剤又は開始剤系は、２〜２０個の炭素原子を有する過酸化物から選択される。
液体（メタ）アクリルシロップの（メタ）アクリル単量体に対するラジカル開始剤の含有量は、１００〜５００００重量ｐｐｍ（５００００ｐｐｍ＝５重量％）、好ましくは２００〜４００００重量ｐｐｍの間、有利には３００〜３００００ｐｐｍの間である。開始剤は、製造直前にシロップに添加される。
液体樹脂中の別の成分は、分子量を制御するための連鎖制限剤、例えば、γ−テルピネン、テルピノレン、及び１，４−シクロヘキサジエンであることもでき、混合物の単量体に対して０〜５００ｐｐｍ、好ましくは０〜１００ｐｐｍの含有量である。
好ましい一実施形態では、発熱又は発熱の効果を制御する１以上の追加の手段がさらに追加され、各添加剤の使用レベルをさらに低くすることができる相乗効果が得られる。これにより、当業者は、化学的性質（単独重合体、共重合体組成）、分子量要件、最終製品の厚さ及び最終用途に基づいて２以上の添加剤を組み合わせることができる。
オリゴマー及びジオールに加えて、重合発熱の効果を相乗的に制御するための他の添加剤としては、ＭＭＡの沸点も効果的に高める１００〜５０００ｐｐｍの低レベルの脂肪族アミンが挙げられる。脂肪族短鎖脂肪エステルは熱放散を助け、発生した熱を放散し、単量体の沸騰を低減させる。また、少量の連鎖移動剤を添加して、発生する熱の量をさらに低減することもできる。当業者であれば、本願における情報及び本出願人により提出された他の情報ならびに実施例に基づいて、ＭＭＡ沸点、発熱制御及び熱放散を増加させる異なる手段を容易にミックスして合致させて、個々の状況に最適な配合に到達できる。発熱効果制御の全てのレベルは、カルボニル含有単量体の合計に基づく。
プロセス
本発明の一実施形態では、ＰＭＭＡシロップを使用してＰＭＭＡ重合体又は重合体複合材料を形成する。ＭＭＡシロップは、重合体及び／又はオリゴマーが溶解した単量体から構成され、単量体の部分重合或いは重合体及び／又はオリゴマーをアクリル単量体に溶解させることによって形成される。
好ましい一実施形態では、ＰＭＭＡ単量体とＰＭＭＡ重合体とからなるＰＭＭＡシロップを繊維と組み合わせて熱可塑性複合材料を形成する。好ましくは、複合体形成用シロップ中の単量体／重合体アクリルシロップに含まれるオリゴマーは、１０重量％未満、好ましくは５重量％未満、より好ましくは１重量％未満であり、最も好ましくはオリゴマーを含まない。本明細書で使用するときに、オリゴマーとは、２〜２５個の単量体単位の重合度を意味する。
ＰＭＭＡ重合体は、（メタ）アクリル単量体又は（メタ）アクリル単量体の混合物に完全に溶解する。これにより、（メタ）アクリル単量体又は（メタ）アクリル単量体の混合物の粘度を増加させることができる。得られた溶液は、一般に「シロップ」又は「プレポリマー」と呼ばれる。液体（メタ）アクリルシロップの動的粘度値は、１０ｍＰａ．ｓ〜１００００ｍＰａ．ｓ、好ましくは５０ｍＰａ．ｓ〜５０００ｍＰａ．ｓ、有利には１００ｍＰａ．ｓ〜１０００ｍＰａ．ｓである。シロップの粘度は、レオメーター又は粘度計で簡単に測定できる。動的粘度は２５℃で測定される。液体（メタ）アクリルシロップはニュートン挙動を示すところ、これは、ずり減粘がなく、その結果として動的粘度がレオメーターのせん断又は粘度計のスピンドルの速度に依存しないことを意味する。得られるシロップのこのような粘度は、繊維質基材の繊維の正確な含浸を可能にする。
有利には、液体（メタ）アクリルシロップは、任意に添加される追加の溶媒を含まない。
ＰＭＭＡシロップは、シロップを型に入れ、開始剤を添加し、熱を加えてさらに重合を開始することによって完全に重合して固体重合体になる。型は、開放型又は閉鎖型であり、ＰＭＭＡシート（ＰＬＥＸＩＧＬＡＳ（登録商標）アクリルシート）を作成するための薄型平坦型であってよく、又は所望の最終部品の形状を有する型に配置されてもよい。
好ましい実施形態では、目的の用途に応じて、ＰＭＭＡシロップを真空注入によって型に注入し、そして定時間室温で硬化するまで放置する。
一実施形態では、型は、ＰＭＭＡ物品に埋め込まれかつＰＭＭＡ物品を強化する繊維強化材のグリッドを含むことができる。
別の実施形態では、繊維にＰＭＭＡシロップを含浸させ、次いで繊維を型に巻き付けた後に重合させて、中空繊維強化物品を形成することができる。本発明の組成物は、発熱重合中の気泡形成を低減し又は無くす。
用途
ＰＭＭＡ物品の気泡欠陥を低減し、さらには無くすことにより、機械的性質、長期安定性、透明性、及び外観が改善される。本発明のジオール又はグリコールを使用して製造されたＰＭＭＡ物品は、流延シートから風力羽根中の大型ＰＭＭＡ繊維複合材にまで及ぶ。本発明の組成物を使用して製造できる他の物品としては、自動車部品、建築及び建設用部品、医療用途、スポーツ用品が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明のグリコール及びジオールは、発熱温度が組成物中の構成（メタ）アクリル単量体の沸点よりも高い（メタ）アクリル熱可塑性又は熱硬化性樹脂中の気泡を減少させ又は無くすために使用できる。
本発明の最終製品中の気泡のレベルは、１０体積％未満、好ましくは５体積％未満、より好ましくは１体積％未満、最も好ましくは０．１体積％未満である。
好ましい用途の一つは、エポキシなどの熱硬化性樹脂に代わる繊維強化熱可塑性複合材料の形成である。アルケマ社から商品名ＥＬＩＵＭ（登録商標）で入手可能な熱可塑性複合材は、いくつかの手段、例えば、限定されないが、繊維の含浸、その後の繊維の巻き取り及び硬化、繊維／ＥＬＩＵＭ（登録商標）シロップの引き抜き、その後の硬化、及び開放型又は閉鎖型内へのＥＬＩＵＭ（登録商標）シロップの添加、その後の硬化によって繊維強化と組み合わせることができる。硬化は高温で行うことができ、又は、適切な開始剤を用いて室温で行うことができる。
繊維質基材に関しては、ストリップ、ラップ、ブレード、ロック又は断片の形態であることができるファブリック、フェルト又は不織布を挙げることができる。繊維質材料は、一次元、二次元又は三次元のいずれかの様々な形態及び寸法を有することができる。繊維質基材は、１種以上の繊維の集合体を含む。繊維が連続する場合には、その集合体はファブリックとなる。短繊維を使用して重合体複合材料を強化することもできるであろう。
一次元形態は直線状長繊維である。これらの繊維は不連続でも連続でもよい。繊維は、ランダムに配置されてもよいし、互いに平行な連続フィラメントとして配置されてもよい。繊維は、繊維の長さと直径の比であるアスペクト比によって定義される。本発明で使用される繊維は、長繊維又は連続繊維である。繊維は、少なくとも１０００、好ましくは少なくとも１５００、より好ましくは少なくとも２０００、有利には少なくとも３０００、最も有利には少なくとも５０００のアスペクト比を有する。
二次元繊維は、繊維マット又は不織補強材又はロービング織物又は繊維の束であってもよく、これらを編組することもできる。
本発明の繊維質基材は、植物繊維、木材繊維、動物繊維、鉱物繊維、合成重合体繊維、ガラス繊維、炭素繊維又はそれらの混合物から選択される。
天然繊維は、例えば、サイザル麻、黄麻、大麻、亜麻、綿、ココナッツ繊維及びバナナ繊維である。動物繊維は、例えば羊毛又は毛髪である。合成材料としては、熱硬化性重合体、熱可塑性重合体又はそれらの混合物の繊維から選択された重合体繊維を挙げることができる。重合体繊維は、ポリアミド（脂肪族又は芳香族）、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ビニルエステル製とすることができる。
鉱物繊維は、特にＥ、Ｒ又はＳ２型のガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維又はシリカ繊維から選択することもできる。
繊維強化複合物品中における繊維のレベルは、２０〜９０重量％、好ましくは４０〜８０重量％、最も好ましくは６０〜７０重量％である。
本明細書において、実施形態を明確かつ簡潔な明細書を書くことができるように説明してきたが、実施形態は、本発明から逸脱することなく様々に組み合わせ又は分離できることが分かるであろう。例えば、本明細書に記載される全ての好ましい特徴は、本明細書に記載される本発明の全ての態様に適用可能であることが分かるであろう。
本発明の態様として、次のものが挙げられる：
１．重合反応用混合物であって、
（ａ）単量体の重量を基準にして０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、より好ましくは２〜４重量％の１種以上の脂肪族グリコール及び炭素数２〜６、好ましくは３又は４の短鎖ジオールと、
（ｂ）カルボニル基含有単量体を少なくとも１０重量％、より好ましくは少なくとも２５重量％、さらに好ましくは４０重量％、さらに好ましくは少なくとも５１重量％、さらに好ましくは少なくとも７０重量％、さらに好ましくは少なくとも８０重量％、さらに好ましくは少なくとも９０重量％含む単量体組成物と
を含む重合反応用混合物。
２．前記単量体組成物が１種以上の（メタ）アクリル単量体を少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％含む、態様１に記載の重合反応用混合物。
３．前記（メタ）アクリル単量体が、少なくとも５１重量％のメタクリル酸メチル単量体と、０〜４９重量％Ｃ1〜8アクリル酸アルキルとを含む、態様１及び２に記載の重合反応用混合物。
４．前記グリコール及び短鎖ジオールが１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリトンＸ−１００（Ｃ14Ｈ22Ｏ（Ｃ2Ｈ4O）n）、構造Ｈ−（Ｏ−ＣＨ2−ＣＨ2）n−ＯＨ（ｎ＝２〜５０）のオリゴエチレングリコール、及びポリエチレングリコール（ｎ＝５１〜２００）、グリセロール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、及びエチレンジオールよりなる群から選択される、態様１〜３のいずれかに記載の重合反応用混合物。
５．前記反応用混合物が、１〜８０重量％、好ましくは１０〜６０重量％の（メタ）アクリル重合体をさらに含むシロップである、態様１〜４のいずれかに記載の重合反応用混合物。
６．前記（メタ）アクリル重合体がポリメタクリル酸メチルを含む、態様５に記載の重合反応用混合物。
７．前記反応用混合物が、単量体の総重量に基づいて、２０重量％まで、好ましくは１０重量％まで、より好ましくは５重量％までのグリコール、ジオール、連鎖移動剤及び脂肪族短鎖脂肪エステルよりなる群から選択される１種以上の追加の気泡制御物質と、１００〜５０００ｐｐｍの脂肪族第一級及び第二級アミンとをさらに含む、態様１〜６のいずれかに記載の重合反応用混合物。
８．熱可塑性物品であって、
（ａ）（メタ）アクリル重合体マトリックスと
（ｂ）前記重合体の重量に基づいて０．５〜１０重量％のグリコール及び／又はジオールと
を含み
前記物品は、含まれる気泡が１０体積％未満、好ましくは５体積％未満、より好ましくは１体積％未満、最も好ましくは０．１体積％未満である熱可塑性物品。
９．前記熱可塑性物品が、０．６〜２０重量％、好ましくは１０重量％まで、より好ましくは５重量％までのレベルのジオール、グリコール、連鎖移動剤及び脂肪族短鎖エステルよりなる群から選択される１種以上の他の発熱制御添加剤をさらに含む、態様８に記載の熱可塑性物品。
１０．前記物品が２０〜９０重量％、好ましくは４０〜８０重量％、最も好ましくは６０〜７０重量％の繊維をさらに含む、態様８又は９に記載の熱可塑性物品。
１１．低欠陥ポリ（メタ）アクリレート物品の製造方法であって、反応用混合物に、単量体の重量に基づいて０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、より好ましくは２〜４重量％の１種以上の脂肪族グリコール及び２〜６の炭素鎖長、好ましくは３又は４の炭素鎖長の短鎖ジオールを添加する工程を含む方法。
実施例
例１
まず、ＭＭＡ単量体に溶解させたＰＭＭＡを含有する２５ｇのＭＭＡシロップを、プラスチックカップ内で３ｇのＢＰＯ過酸化物開始剤（ＡＦＲ４０）及び可変量のジオール又はグリコールと混合し、その後、この混合物を試験管に移した。熱電対を試験管の中央に挿入し、ゴム製のストッパーで固定した。次に、得られた組立体を２７℃の一定温度の油浴に入れた。次に、それぞれのジオール又はグリコール量について発熱（時間／温度）曲線を作成し、対照（添加剤なし）と比較した。ピーク発熱温度を発熱プロットの最高温度とし、対応する時間（分）をピーク発熱時間とした。トリトンＸ−１００の発熱データを図１に示す。これは、硬化時間又は温度に対するグリコールの影響がほとんどないことを示す。数種のグリコールを様々なレベルで有する、気泡を示す試験管の写真を図２に示す。
気泡定量評価方法：
試験管中における硬化ニート樹脂を高解像度カメラで撮影して、試験管のデジタル写真を作成した。ＩＧＯＲ ＰＲＯ７の描画ツールを使用して、デジタル写真において、気泡が占める総体積の指標として気泡で覆われた面積を計算する方法を考案した。データ分析の不確実性［気泡定量化について推定±１０％の誤差範囲］と組み合わせた対照（添加剤なし）の実験ごとの再現性の問題により、光学的分析技術を使用した気泡評価は、添加剤効果の傾向を抽出するのに最も役立つ。利用可能なデータの予備分析から、計算された気泡体積が定性的（視覚的）評価により良好に追跡され、添加物の添加量の増加に伴って気泡体積が概して減少することが分かった。
図３及び表１に、グリコール及びジオールの様々な負荷レベルでの気泡レベルを示す。
表１：

Claims (11)

  1. 重合反応用混合物であって、
    （ａ）単量体の重量を基準にして０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、より好ましくは２〜４重量％の１種以上の脂肪族グリコール及び炭素数２〜６、好ましくは３又は４の短鎖ジオールと、
    （ｂ）カルボニル基含有単量体を少なくとも１０重量％、より好ましくは少なくとも２５重量％、さらに好ましくは４０重量％、さらに好ましくは少なくとも５１重量％、さらに好ましくは少なくとも７０重量％、さらに好ましくは少なくとも８０重量％、さらに好ましくは少なくとも９０重量％含む単量体組成物と
    を含む重合反応用混合物。
  2. 前記単量体組成物が１種以上の（メタ）アクリル単量体を少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％含む、請求項１に記載の重合反応用混合物。
  3. 前記（メタ）アクリル単量体が、少なくとも５１重量％のメタクリル酸メチル単量体と、０〜４９重量％のＣ1〜8アクリル酸アルキルとを含む、請求項２に記載の重合反応用混合物。
  4. 前記グリコール及び短鎖ジオールが１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリトンＸ−１００（Ｃ14Ｈ22Ｏ（Ｃ2Ｈ4O）n）、構造Ｈ−（Ｏ−ＣＨ2−ＣＨ2）n−ＯＨ（ｎ＝２〜５０）のオリゴエチレングリコール、及びポリエチレングリコール（ｎ＝５１〜２００）、グリセロール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、及びエチレンジオールよりなる群から選択される、請求項１に記載の重合反応用混合物。
  5. 前記反応用混合物が、１〜８０重量％、好ましくは１０〜６０重量％の（メタ）アクリル重合体をさらに含むシロップである、請求項１に記載の重合反応用混合物。
  6. 前記（メタ）アクリル重合体がポリメタクリル酸メチルを含む、請求項５に記載の重合反応用混合物。
  7. 前記反応用混合物が、単量体の総重量に基づいて、２０重量％まで、好ましくは１０重量％まで、より好ましくは５重量％までのグリコール、ジオール、連鎖移動剤及び脂肪族短鎖脂肪エステルよりなる群から選択される１種以上の追加の気泡制御物質と、１００〜５０００ｐｐｍの脂肪族第一級及び第二級アミンとをさらに含む、請求項１に記載の重合反応用混合物。
  8. 熱可塑性物品であって、
    （ａ）（メタ）アクリル重合体マトリックスと
    （ｂ）前記重合体の重量に基づいて０．５〜１０重量％のグリコール及び／又はジオールと
    を含み
    前記物品は、含まれる気泡が１０体積％未満、好ましくは５体積％未満、より好ましくは１体積％未満、最も好ましくは０．１体積％未満である熱可塑性物品。
  9. 前記熱可塑性物品が、０．６〜２０重量％、好ましくは１０重量％まで、より好ましくは５重量％までのレベルのジオール、グリコール、連鎖移動剤及び脂肪族短鎖エステルよりなる群から選択される１種以上の他の発熱制御添加剤をさらに含む、請求項８に記載の熱可塑性物品。
  10. 前記物品が２０〜９０重量％、好ましくは４０〜８０重量％、最も好ましくは６０〜７０重量％の繊維をさらに含む、請求項９に記載の熱可塑性物品。
  11. 低欠陥ポリ（メタ）アクリレート物品の製造方法であって、反応用混合物に、単量体の重量に基づいて０．５〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％、より好ましくは２〜４重量％の１種以上の脂肪族グリコール及び２〜６の炭素鎖長、好ましくは３又は４の炭素鎖長の短鎖ジオールを添加する工程を含む方法。
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