JP2600784B2 - 芳香族ビニル系樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

芳香族ビニル系樹脂成形体の製造方法

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JP2600784B2 JP63087548A JP8754888A JP2600784B2 JP 2600784 B2 JP2600784 B2 JP 2600784B2 JP 63087548 A JP63087548 A JP 63087548A JP 8754888 A JP8754888 A JP 8754888A JP 2600784 B2 JP2600784 B2 JP 2600784B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、各種レンズ、プリズム等の軽量で複屈折率
の小さい高屈折率樹脂の成形体の迅速な重合によって生
産性よく得る製造法に関する。
〈従来の技術〉 レンズ、プリズムを始めとする光学用素子は従来ガラ
スによって作られることが多かったが、ガラスは重くて
割れやすいという欠点を有しているため近年それらをプ
ラスチック化する動きが目だつ。
透明なプラスチック材料としては、ポリメチルメタク
リレート、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボ
ネート(商品名=CR39)等が代表的なものであるが、こ
れらは透明性、軽量性に優れているものの屈折率がガラ
スに比べると低いと言うことが欠点となっている。
高屈折率の樹脂は、例えばレンズにした場合、厚みを
薄くすることが出来て、製品をコンパクトにすることが
出来ると言う利点を有しているほか、球面収差等を面で
も有利となることもあって、近年は高屈折率樹脂の研究
が非常に盛んになってきている。
既存の高屈折率樹脂としては、ポリスチレン(屈折率
=1.59)が代表的なものであるが、ポリスチレンは複屈
折性が大きいために、射出成形によっては光学的性能の
良好な光学用素子を得ることは困難である。
一方、ポリメチルメタクリレートやポリジエチレング
リコールビスアリルカーボネート樹脂において行われて
いる注型重合は、複屈折の少ない光学的素子を得ること
が出来る方法であるが、この方法は一般に、メチルメタ
クリレートのように重合速度の速いものや、あるいはジ
エチレングリコールビスアリルカーボネートのように重
合時に架橋反応が進行していくものについて適用できる
方法であり、重合速度の遅いスチレン等の芳香族ビニル
系単量体に適用することは非常に困難で有り、これまで
のほとんど実用化されていなかった。
エル・イ・コールマン他、ジャーナル オブポリマー
サイエンス、(L.E.Coleman et al,Journal of Polymer
Science)第38号、第241頁、1959年発行には、スチレ
ン等の芳香族ビニル単量体とマレイミド系単量体とは、
1:1交互共重合性があることが記載されている。
さらに、芳香族ビニルとマレイミド類の共重合体の具
体例としてはまず時開昭54−93091号公報、特開昭58−1
62616号公報等にマレイミド類を遂次的、あるいは連続
的に添加して、重合体中の組成分布を低減する方法が示
されている。
特開昭61−166807号公報にはガラス繊維強化複合材料
のマトリックス樹脂として芳香族ビニル、マレイミド系
化合物および不飽和ジカルボン酸無水物の共重合体の製
造方法が示されている。特開昭59−207910号公報では、
熱可塑性樹脂の難燃性添加剤として、ブロモスチレンと
ブロモフェニルマレイミド共重合体が示されている。特
開昭61−171708号公報には、光学素子用の樹脂として、
MMAのほか芳香族ビニル及びマレイミド類との共重合体
が示されている。特開昭61−278509号公報には光ディス
ク基板用樹脂として芳香族ビニル及びマレイミド類の共
重合体が示されている。
〈本発明が解決しようとする課題〉 本来速度の遅い芳香族ビニル系単量体の重合を早く行
うことと、高屈折率でしかも複屈折が小さい樹脂の成形
体を、得ることを目的としている。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は、芳香族ビニル系単量体、芳香族ビニル系単
量体に対して0.1〜1.5倍モルのマレイミド系単量体及び
全単量体混合物当り1〜30重量%の多官能単量体から成
る単量体混合物を、ラジカル重合開始剤の存在下に注型
重合することを特徴とする芳香族ビニル系樹脂成形体の
製造方法である。
本発明において用いられる芳香族ビニル系単量体とは
芳香族環に直接炭素炭素二重結合が結合している化合物
であり、得られる樹脂を高屈折率化させるための成分で
ある。
具体的には、例えばスチレン、α−メチルスチレン、
o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチル
スチレン、モノメトキシスチレン、モノクロロスチレ
ン、ジクロロスチレン、トリクロロスチレン、モノブロ
モスチレン、ジブロモスチレン、トリブロモスチレン、
ヨードスチレン、p−(トリメチルシリルオキシ)スチ
レン等のスチレン類、ビニルナフタレン、ビニルアント
ラセン等の炭化水素系多環式芳香族ビニル化合物、N−
ビニルカルバゾール、ビニルフラン、ビニルピリジン等
の複素環式ビニル化合物等があげられる。
なかでも単量体の取扱いやすさや、精製の容易さの面
からみて、スチレン類が好ましい。
全単量体混合物中に占める比率は、35〜95重量%、な
かでも45〜90重量%の範囲内が好ましい。
この芳香族ビニル系単量体は、1種もしくは2種以上
組み合わせて使用できる。
次に、マレイミド系単量体は、芳香族ビニル系単量体
と組み合わせることによって芳香族ビニル系単量体の重
合を促進するものである。
具体的には例えば、マレイミドのほか、N−メチルマ
レイミド、N−エチルマレイミド、N−イソプロピルマ
レイミド、N−ブチルマレイミド、N−ラウリルマレイ
ミド等の脂肪族モノマレイミド類、N−シクロヘキシル
マレイミド、N−シクロペンチルマレイミド等の脂環式
モノマレイミド類、N−フェニルマレイミド、N−2−
メチルフェニルマレイミド、N−4−メチルフェニルマ
レイミド、N−2−クロロフェニルマレイミド、N−2
−メトキシフェニルマレイミド、N−キシリルマレイミ
ド、N−2,4,6−トリクロロフェニルマレイミド等の芳
香族モノマレイミド類、N,N′−スルホンビスマレイミ
ド、N,N′−エーテルビスマレイミド等の芳香族環を含
有しないビスマレイミド類、m−トリレンビスマレイミ
ド、N,N′−m−フェニレンビスマレイミド、N,N′−ジ
フェニルメタビスマレイミド等の芳香族環ビスマレイミ
ド類等が挙げられる。
これらのマレイミド類のなかで、他の単量体に対する
溶解性、樹脂の高屈折率化、及び重合の高速化の点か
ら、芳香族モノマレイミド類もしくは脂環式モノマレイ
ミド類が好ましい。
さらに樹脂の着色の面からN−2−クロロフェニルマ
レイミド、N−2−メトキシフェニルマレイミド等の2
−置換フェニルマレイミド類及び脂環式モノマレイミド
類がより好ましい。
このマレイミド系単量体は、芳香族ビニル系単量体に
対して0.1〜1.5倍モル必要である。
得られる樹脂の強度、屈折率などから好ましくは、0.
2〜1.0倍モルである。
このモル比が1.5を超えると、単量体混合物が常温で
均一な液体とならない場合が有り、得られる樹脂が脆く
成り好ましくない。
また、このモル比が0.1未満であると重合が遅くな
り、好ましくない。
このマレイミド系単量体は、1種もしくは2種以上組
み合わせて使用できる。
次に、多官能単量体は、得られる樹脂の強度を高める
ための成分であり、分子内にラジカル重合可能なビニル
基、またはビニリデン基を2個以上有する単量体であ
る。
例えば、フタル酸ビス(2−メタクリロイルオキシエ
チル)エステル、テトラブロモフタル酸ビス(2−メタ
クリロイルオキシエチル)エステル等のフタル酸誘導
体;ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ヘキサ
ンジオールジメタクリレート、グリセロールジメタクリ
レート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペ
ンタエリスリトールテトラアクリレート等の脂肪族ポリ
オールの(メタ)アクリレート誘導体;エチレングリコ
ールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメ
タクリレート、ノナエチレングリコールジメタクリレー
ト、ノナエチレングリコールジアクリレート等の(ポ
リ)エチレングリコール鎖を有する(メタ)アクリレー
ト誘導体;2,2−ビス(4−メタクリロイルオキシフェニ
ル)プロパン、2,2−ビス(4−アクリロイルオキシフ
ェニル)プロパン、2,2ビス〔4−(2−メタクリロイ
ルオキシエトキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス
〔4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキシプ
ロピルオキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔3,5−
ジブロモ−4−(2−メタクリロイルオキシエトキシ)
フェニル〕プロパン等のビスフェノールA誘導体、ある
いはイソシアヌル酸−トリス(2−ヒドロキシエチルメ
タクリレート)エステル等を挙げることが出来る。
なかでも分子内に少なくとも1個のヒドロキシル基を
有する、例えばグリセロールジメタクリレートや2,2−
ビス〔4−(3−メタクリロイルオキシ−2−ヒドロキ
シプロピルオキシ)フェニル〕プロパン、などが効果が
大きく好ましい。
これらの多官能単量体は全単量体混合物当り1〜30重
量%であり、1重量%未満ではあるいは30重量%を超え
ると効果が少ないので好ましくない。
本発明方法においては、芳香族ビニル系単量体、マレ
イミド系単量体のほか、これらと共重合可能なラジカル
重合体単量体も使用できる。
この共重合可能なラジカル重合性単量体としては例え
ば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ベ
ンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、シク
ロヘキシルメタクリレート、ボルニルメタクリレート、
ジシクロペンタニルメタクリレート、2,3−ジブロモプ
ロピルメタクリレート、モノブロモフェニルメタクリレ
ート、ジブロモフェニルメタクリレート、トリブロモフ
ェニルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類;メ
チルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルア
クリレート等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸、
アクリル酸等の不飽和酸類、無水マレイン酸、無水シト
ラコン酸等の不飽和酸無水物類等を挙げることが出来
る。
ラジカル重合開始剤としては公知の種々の開始剤が用
いられる。
例えばアゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシクロ
ヘキサンカルボニトリル等のアゾ系重合開始剤や、ラウ
ロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジ
クミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイ
ド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルハ
イドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサ
イド等の過酸化物系重合開始剤等を用いることができ
る。
本発明方法では、上記ラジカル重合開始剤を単独に用
いても重合はかなり迅速に進行するが、さらに迅速な重
合を行わせるためには、上記過酸化物系重合開始剤と還
元性物質との組合せからなるレドックス系重合開始剤、
あるいは上記過酸化物系重合開始剤と金属イオンを重合
促進剤として用いる周知の過酸化物/金属イオン系重合
開始剤を用いる。
なかでも、レドックス系重合開始剤を用いることが好
ましい。
このレドックス系重合開始剤において、上記過酸化物
系重合開始剤と組み合わせる還元性物質の具体例として
は、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジメチル−p−トル
イジン等の3級アミン類;ホルムアルデヒド、アセトア
ルデヒド等のアルデヒド類;トリメチルフォスファイ
ト、トリエチルフォスファイト等の亜リン酸エステル類
等の3価のリン化合物;p−トルエンスルフィン酸、p−
トルエンスルフィン酸エステル類等のスルフィン酸及び
その誘導体;テトラメチルチオ尿素、ジブチルチオ尿素
等のチオ尿素類;ラウリルメルカプタン、t−ドデシル
メルカプタン、2−エチルヘキシルチオグリコレート、
オクチルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、ペン
タエリストールテトラチオグリコレート、グリコールジ
メルカプトアセテート、グリコールジメルカプトプロピ
オネート、トリメチロールプロパントリスメルカプトプ
ロピオネート、2−メルカプトエタノール及びそのエス
テル類、β−メルカプトプロピオン酸及びエステル類等
のメルカプタン類等単量体混合物に可溶な還元性物質が
用いられる。
過酸化物系重合開始剤と還元性物質との比率は、酸化
−還元の当量比として前者1に対し後者0.05〜5の範囲
内で用いることが好ましい。
この比率が0.05未満であっても、また5を超えても高
速なラジカル発生効果が小さくなる。
また、これらの還元性物質のほかに補助的重合性促進
剤として、アミン、アミンのハロゲン化水素塩もしく
は、ハロゲン化第四アンモニウム、及び金属含有化合物
が任意に用いられる。
これらの成分は重合反応をさらに促進するために用い
られる。
これらのラジカル重合開始剤の使用量は通常、単量体
混合物に対して0.001〜5重量%、好ましくは0.01〜2
重量%使用される。
さらに、本発明方法においては、得られる高屈折率樹
脂成形体の物性改良のために、公知の紫外線吸収剤や、
公知の抗酸化剤を添加することも出来る。
また、注型重合時の型離れによる表面状態の荒れを防
ぐための型離れ防止剤を加えることも出来る。
本発明の注型重合法とは、ガラス、金属等の材質で構
成され、板状、レンズ状、円柱状、球状等用途に応じて
設計された形状を持つ鋳型または型枠の中へ、単量体混
合物中にラジカル重合開始剤を存在させた原料液を注入
し、必要に応じて温度及び圧力を加えて重合させること
により直接成形した重合体を得る方法である。
単量体混合物にラジカル重合開始剤を存在させると重
合が進行し始める。
従って、単量体類とラジカル重合開始剤を混合する
と、なるべく早く鋳型や型枠の中に注入する必要があ
る。
この混合注入方法としては、ラジカル重合開始剤とし
てレドックス系を用いる場合には、単量体混合物にレド
ックス系重合開始剤成分をそのまま混合してもよいが、
むしろ単量体混合物を二分割しその一部に過酸化物を混
合し、単量体混合物の他の一部に還元性物質を混合して
置くか、いずれかの単量体に過酸化物を混合し、他の単
量体に還元性物質を混合して置き鋳型や型枠の中に注入
する直前に混合するのが一般的である。
単量体類の混合についても、芳香族ビニル系単量体に
マレイミド系単量体を混合すると重合性が高くなる。
特に、両者が等モルに近い程著しいので、この様な単
量体の組成の場合には、各々の単量体は別々にしておき
一方または両方に重合開始剤を混在させて、鋳型や型枠
の中に注入する直前に両者を混合するのが好ましい。
これらの混合は、50℃以下の温度、10分以下の短時間
で行うことが好ましい。
混合時の温度が50℃より高いと混合中に部分的に重合
が進むので好ましくない。
また、混合時間が長いと混合中に重合が進むので好ま
しくない。
充分混合されるので有れば混合時間は短いほど好まし
い。
混合方法は、小さな成形体を数少く成形するには攪拌
機付容器でバッチ方式でも行えるが、大きな成形体を成
形する場合や多数の鋳型、型枠を用いて数多く成形する
には、連続的に混合する方法が好ましい。
この連続混合は、衝突混合機、ダイナミックミキサ
ー、スタチックミキサー等を用いた衆知慣用の液体の混
合方法を用いることが出来る。
本発明における注型重合は室温下で行うことも出来る
が、50℃以上150℃以下の温度で行うのが好ましい。
重合は、重合用混合物を鋳型、型枠の中に入れ所定の
温度に加熱して重合させても良いし、あらかじめ鋳型、
型枠の温度を所定の温度にしておいて重合用混合物を鋳
型、型枠の中に入れて重合させてもよい。
またこの重合は、常圧下で行うことも出来るが、重合
収縮によるひけ、空洞の発生の防止や、重合発熱による
発泡現象の防止の為に、必要に応じて加圧して行うこと
も出来る。
本発明の成形体としては、メガネ用レンズ、カメラ用
レンズ、ピックアップレンズ、フレネルレンズ等の各種
レンズ、各種プリズム類のごとき光学素子、特に屈折率
の大きいことの望ましい光学素子が適する。
〈実施例〉 以下、実施例で本発明を具体的に説明する。
なお、実施例及び比較例においておこなった物性の測
定方法は下記に示す方法に基づいて行った。
(1) 屈折率(nD)及びアツベ数(ν):((株)
島津製作所製)アッベ屈折率計により25℃における値を
測定した。なお、接触液としてはモノブロモナフタレン
を用いた。
(2) 全光線透過率(Tt):(日本精密光学(株)社
製)積分球式ヘーズメータ(型式SEP−H−2D)を用
い、ASTM;D−1003に基づき測定した。
(3) 曲げ強度:(島津製作所製)オートグラフを用
い、ASTM D−790に準拠して測定した。
(4) 比重:JIS K−6911に基づき、水中置換法によっ
て測定した。
(5) 複屈折性:得られた成形品を偏光方向が直交方
向となるように置かれた2枚の偏光フィルムの間に挟
み、複屈折現象によって成形品の全部が白く光って見え
るものを不良、成形品の一部が白く光って見えるものを
やや不良、ほとんど白く光らないものを良と判定した。
実施例1 2ステンレス製容器にスチレン630g、N−シクロヘ
キシルマレイミド270g、2,2−ビス〔4−(3−メタク
ロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)フェニ
ル〕プロパン100g、t−ブチルパーオキシベンゾエート
20g、ジメチルオクチルアミン塩酸塩1.2gを加え、均一
な原料液(X)とした。
別のステンレス製容器にスチレン630g、N−シクロヘ
キシルマレイミド270g、2,2−ビス〔4−(3−メタク
ロイルオキシ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)フェニ
ル〕プロパン100g、グリコールジメルカプトアセテート
12g、ナフテン酸銅(銅含有量10重量%)を0.008gをい
れ、均一な原料液(Y)とした。
原料液(X)約250g、原料液(Y)約250gをポンプで
ダイナミック混合機内に平均滞留時間30秒で送り込み混
合しながら、85℃に調温されたステンレス製350×350×
3mmの型枠の中に流し込んだ。
流し込み終了後、約2分で型枠内の温度は最高になっ
た。温度が85℃に下がった後型枠より成形体を取り出し
た。得られた成形体は全光線透過率(Tt)86%、屈折率
(nD)は1.567、アッベ数(ν)34、曲げ強度870Kg/c
m2、比重1.12、複屈折性は良であり、また表面状態も良
好であった。
実施例2〜14、比較例1〜3 表1に示す組成で、実施例1と同様の方法で重合を行
った。結果を表2に示す。
実施例15 200mlガラス製容器にスチレン63g、N−シクロヘキシ
ルマレイミド27g、2,2−ビス〔4−(3−メタクロイル
オキシ−2−ヒドロキシプロピルオキシ)フェニル〕プ
ロパン10g、を入れ攪拌して均一な液を得た。
この液にアゾビスイソブチロニトリル0.15gをいれ、
混合し均一な原料液を得た。
この原料液を85℃に調温されたステンレス製160×160
×3mmの型枠の中に流し込み、温浴中85℃で重合を行っ
た。
重合開始後、約9分で型枠内の温度は最高になった。
温度が85℃に下がった後型枠より成形体を取り出した。
得られた成形体は全光線透過率(Tt)90%、屈折率は
(nD)1.573、アッベ数(ν)34、曲げ強度810Kg/c
m2、比重1.11、複屈折性は良であり、また表面状態も良
好であった。
実施例16、比較例4 表1に示す組成で、実施例15と同様の方法で重合を行
った。結果を表2に示す。
(表1の注釈) 表1の略号の意味は以下の通りである。
St:スチレン ClSt:p−クロロスチレン EPMI:N−(2、6−ジエチルフエニル)マレイミド CHMI:N−シクロヘキシルマレイミド CPMI:N−(2−クロロフエニル)マレイミド 4G:テトラエチレングリコールジメタクリレート 9G:ノナエチレングリコールジメタクリレート BisG:2,2−ビス〔4−(3−メタクリロイルオキシ−2
−ヒドロキシプロピルオキシ)フェニル〕プロパン GMR:グリセロールジメタクリレート HD:ヘキサンジオールジメタクリレート MMA:メチルメタクリレート 開始剤: 開始剤B:アゾビスイソブチロニトリル0.15 ピーク温度時間:型枠内に原料液注入後、型枠内温度が
最大を示すでの時間。
〈発明の効果〉 本発明方法によって強度の大きい芳香族ビニル系高屈
折率樹脂の成形体を迅速な重合によって生産性よく得る
ことが出来る。
この高屈折率樹脂の成形体は、比重が1.10〜1.25程度
でガラス(比重2.5程度)製に比べて軽量である。
また複屈折率も低いため、レンズ、プリズム等の光学
用素子として良好な性能を呈する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横尾 和宏 愛媛県新居浜市惣開町5番1号 住友化 学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−215706(JP,A) 特開 昭62−247301(JP,A) 特開 昭61−246210(JP,A) 特開 昭62−199604(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】芳香族ビニル系単量体、芳香族ビニル系単
    量体に対して0.1〜1.5倍モルのマレイミド系単量体及び
    全単量体混合物当たり1〜30重量%の分子内にラジカル
    重合可能なビニル基、またはビニリデン基を2個以上有
    する多官能単量体からなる単量体混合物を、ラジカル重
    合開始剤の存在下に注型重合することを特徴とする芳香
    族ビニル系樹脂成形体の製造方法。
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