JP2994434B2 - 気泡入り有機ガラス成形品の製造法 - Google Patents

気泡入り有機ガラス成形品の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【発明の目的】 [産業上の利用分野] 本発明は、各種光散乱材料乃至光反射材料として有用
な均一な気泡入り有機ガラス板の製造法に関する。 [従来の技術] (1) 背景 ポリメチルメタクリレートは、優れた光線透過性及び
耐候性を有するところから、開発以来60年を経た今日で
も、装飾材、電灯のシエード、看板、水槽、透光性屋根
材等の産業材料から、コンタクトレンズ、人工水晶体な
どの医療用用途に到るまで極めて広く利用されている。
特に、本材料の端面から光線を入射させることにより光
路中の障害物(例えば気泡、孔、溝、窪み等)の形状に
応じて発光させようとするエッジライティングの技法
は、今後の発展が期待される重要な用途の一つである。 (2) 従来技術の問題点 そこで本材料の内部に小気泡を含有させる技術が工夫
され、 例えば特公昭52−16138号公報に見られる如く、ア
クリル樹脂板に対し適当量の水分を吸収させた後、加熱
して発泡させる方法。 重合用材料(有機ガラスのモノマー若しくはプレポ
リマー又はそれらの混合物)中に空気を吹き込みつつ重
合させる方法。 重合反応を促進させることにより、気化したモノマ
ーによる発泡を利用する方法。 重合用材料中に発泡剤を添加する方法。 などが提案されている。 しかしの方法によると、得られた発泡シートの表面
が加熱時に発生した泡により凹凸化して表面平滑性が失
われるのみでなく、発生した泡の内壁も不平滑で光沢に
乏しいので、エッジライティング用には利用できない。
またの方法によると、気泡が浮上するため、均一な気
泡入り板材が得られない。更にの方法によっても気泡
の形成状態には均一性がなく、気泡の形状、大きさ、位
置がバラバラである。最後のの方法でも成績は略々
と同じである。 以上総じるに、公知のどの方法によっても、エッジラ
イティング用に利用できる程の均斉な気泡入り有機ガラ
ス板を得るのは困難である。 [発明が解決しようとする課題] そこで本発明が解決を意図する課題は、エッジライテ
ィング用、シェード、面型照明材料などとして利用する
ことができる均整な(密度、大きさ、形状等の略々均し
い)気泡入り有機ガラス板を取得するための新規な手段
を開発することである。
【発明の構成】
(1) 概念 従来、透明な有機ガラス成形品を得ようとするとき、
注型用原料を増粘させると共に、重合収縮によるヒケを
小さくする目的で、原料モノマー、プレポリマー又はそ
れらの混合物中に相当する有機ガラスビーズを添加する
のは慣用の成形技術であるが、この場合は注型成形品中
に不規則に気泡が発生するのを防止するため、面圧8kg/
cm2以上に加圧するのが常識であって、故意に気泡を形
成させる目的で加圧程度を低めるという発想は全く顧み
られたことはなかった。 しかるに、上の公知注型成形時の加圧を廃止して略々
常圧条件下に重合させると、意外なことに、殆ど均整な
気泡入り有機ガラス成形品が得られ、この気泡入り成形
品は、エッジライティング用、シェード用、面型照明材
料等として好適に利用できるものであることが知られ
た。 (2) 概要 本発明は、以上の知見に基づくもので、その要旨は、
空気連行剤として有機ガラスのビーズを添加しかつこれ
を溶解・膨潤させた有機ガラスモノマー若しくはプレポ
リマー又はそれらの混合物を略々常圧下に型内で重合さ
せて気泡入り有機ガラス板を得ることを特徴とする気泡
入り有機ガラス成形品の製造法に存する。以下、発明の
構成に関連する事項につき項分けして説明する。 (3) 有機ガラス成形用注型材料 本発明において、有機ガラス成形用の注型成形用材料
としては、メチルメタクリレート、メチルメタクリレー
ト・スチレンコポリマー又はスチレン等の透明なポリマ
ーを与えるビニル系モノマー、プレポリマー又はそれら
の混合物が、単独で又は併用して使用される。しかし成
形品の透明度及び耐候性を考慮すれば、メチルメタクリ
レートのモノマー、プレポリマー又はそれらの混合物の
採択が望ましい。モノマーとプレポリマーとの混合物に
適当な重合開始剤(例えばAIBN等)及び要すればその他
の助剤を混合したものは俗に“シロップ”と呼ばれ、最
も一般的に利用される。 本発明では、上の注型用材料は、必須的に相当する有
機ガラス(ポリマー)のビーズを含む。ここにモノマ
ー、プレポリマー又はそれらの混合物(以下「注型用樹
脂」と総称する)に対するビーズの混合比率(重量比)
は、70:30〜20:80、好ましくは60:40〜25:75である。ビ
ーズの量が上記下限値より少ないと、常圧下に重合させ
ても殆ど透明な成形品が得られ、逆にビーズ量が上限値
より増えると、ビーズと注型用樹脂との混合物の流動性
が失われ、注型が困難となる。 なお、ここに使用するビーズは、成るべく真球形のも
のが望ましい。制御された重合条件下に製造された有機
ガラス粒子は、顕微鏡下における測長基準となるほどの
形状及び大きさの整った球状を呈するので、本発明の目
的上最適である。 (4) 成形法 本発明による成形品は、所定の形状を有する型内で、
有機ガラスビーズを含む、相当する注型用樹脂及び重合
触媒を主とする液状材料を重合、硬化させることにより
得られる。従って、具体的に以下のような製法の類型が
ある。 (a)有機ガラスビーズと、予め触媒等の添加剤を配合
した注型用樹脂の脱気物とを混合しながら注型用型内に
仕込み、外部から加熱して該ビーズの溶解及び膨潤を促
進しつつ重合させる方法。 (b)予め触媒等の添加剤を配合した注型用樹脂の脱気
物を注型用型内に仕込んだ後、ビーズを型内へ充填し、
以下(a)と同様に硬化させる方法。 (c)予めビーズを低温状態に保たれた型内に充填し、
該型内を減圧に保ちながら低温下に冷モノマーを注入
し、以後(a)と同様に硬化させる方法。 本発明では、目的とする成形品の気泡的な均整度、内
包される気泡の大きさ及び密度並びに成形品の厚さなど
に応じて以上の各方法を適宜採択できる。 (a)の方法によれば、モノマーに対するビーズの混
合比を自由に変化させることができるのみならず、成形
品中の気泡分布を略々均一化することができる。これに
反し、型枠内の注型材料に対しビーズを、又はビーズに
対し注型材料を夫々添加する(b)又は(c)の方法で
は、ビーズと注型材料(殊にモノマー)との比重差のた
め、気泡分布の均一な成形品を得るのが多少困難であ
る。但し(b)の方法でもビーズの充填率を上記好適比
の上限である75%付近に迄高めると、成形品中の気泡分
布を殆ど均斉化することができる。更に(c)の方法に
よると、ビーズの充填量比を62.5%程度にまですること
ができるが、ビーズの充填中にゲル化が起こり易いの
で、10cm角程度の比較的小型の気泡入り成形品の製造に
は適するが、より大型の成形品を得る目的には適しな
い。 従って、実用上最も汎用性があると思われるのは、
(a)の有機ガラスビーズと、予め触媒等の添加剤を配
合した注型用樹脂の脱気物とを混合しながら注型用型内
に仕込む方法である。なお、この(a)方法に限らず、
注型材料とビーズとの混合物のゲル化を回避するため、
重合系設定時の温度(仕込み温度)は可及的低温である
のが好ましい。 注型用型としては、板状成形品を得る目的には二枚の
磨きガラス板をポリ塩化ビニル等の柔軟なガスケットを
介して並列させた「セル」が広く利用される。しかし弧
状、円筒状、角筒状その他の異形成形品を得る目的に
は、相当する型を準備しておく必要がある。但し、本発
明に係る気泡入り有機ガラス成形品の主たる使用形態は
種々の輪郭を持つ板状であるから、セルを用いて板状に
成形したものが汎用性において最も高い。 気泡径は0.1〜2.0m/mφの範囲内にあるのが好適であ
るが、一般に、成形時の圧力が高くなる程、生成する気
泡径が小さくなり、かつ使用した有機ガラスビーズの粒
径が大きくなる程、生成する気泡の径が大となると共
に、気泡数が減少する。また注型材料中のプレポリマー
及びポリマー(有機ガラス粒子由来)の濃度が高くなれ
ばなる程、気泡の径が小となる。さらに、重合温度が高
くなるにつれ気泡数が多くなる傾向がある。それ故、実
際の気泡入り有機ガラス成形品の製造に際しては、目的
に応じて使用有機ガラスビーズの粒径、添加量(注型用
材料との配合比)、反応温度等の諸条件を管理しながら
行うのが好ましい。特に、成形時の圧力は気泡径に重要
な影響を及ぼすので、略々常圧下に行われるのが好適で
ある。 (5) 用途 本発明による気泡入り有機ガラス成形品は、内部の気
泡が入射光を反射する性質を有するから、光反射材料と
して有用であって、例えば面型照明材料、非透視性窓
材、電灯用シェード、エッジライティング用形象表示材
等の用途に広く利用されることができる。例えば、比較
的気泡密度の低い気泡入り有機ガラス板材の端面から光
を入射させると、入射光が板材と直角の方向へ反射され
る結果、板材の全面が発光するから、トレース、レント
ゲンフィルムの観察などの目的に好適な面型照明材料と
なる。なおこの際、本板材の他面は鏡により光の損失を
抑えておくのが好ましい。 また、上記気泡入り有機ガラス板材を適宜の形状に切
り抜いたものを表示すべき文字、図形、模様、記号など
の形象に応じてセル内に配置したのち、注型材料を流し
込んで硬化させると、気泡部分が文字、図形等に応じて
偏在するエッジライティング用の有機ガラス板が得られ
る。なお、この場合適宜の形状に切り抜かれた該気泡入
り板材を埋設する代わりに透明な無機又は有機ガラス板
の表面に貼着しても殆ど同じ効果が得られるから、埋設
に比し生産性を著増させることができる。 [作用] 本発明の方法で使用される有機ガラスビーズは、粒子
自体微量の空気を溶存する他、その表面に存在する微細
なクラックやボイドにも多少の空気が付着又は吸着され
ている。従って、該ビーズが注型用材料中へ添加される
と、その溶解や膨潤に伴って該同伴空気が気泡の核とな
り、次第に大きな気泡に成長する。周知の有機ガラス注
型成形技術でも、ビーズの添加により同様の現象が起こ
っていると考えられるが、この場合は気泡の発生を極力
抑制するため必須的に加圧が行われており、この点、硬
化を意図的に常圧下に行って気泡の生成を抑制しない本
発明とは技術思想を異にする。 適当な条件が選択される限り、生成した気泡の大きさ
及び分布密度は殆ど一定であって、しかも気泡の内壁は
平滑である。その結果、入射光の反射が平均的に起こる
ので、エッジライティングによる照度が一定であると共
に、優れた表示乃至装飾効果が得られる。 [実施例] 以下、実施例により発明実施の態様を説明するが、例
示は単に説明用のもので、発明思想の制限又は限定を意
味するものではない。 実施例1(方法(a)) メチルメタクリレート(MMA)モノマー100重量部(以
下同様)に重合開始剤(AIBN)等0.1部を混合した後、
約30mmHgに吸引、脱気した。この触媒添加モノマーに、
平均粒径270μm粒状のポリメチルメタクリレート(PMM
A)(住友化学工業(株)製《スミペックスRBMH》,以
下同様)60部を混合し、開放系内で撹拌した。撹拌につ
れ樹脂粒子は次第に溶解し、見掛け上粘稠なスラリー状
となった。 別に、予め洗浄、乾燥させた二枚の磨きガラス板を内
径5mmの間隙を隔てて並立させ、周囲をポリ塩化ビニル
製ガスケットで閉塞した型枠を用意し、該型枠内に上記
スラリーを流し込んだ後、注入口を封止後、恒温槽中で
55〜60℃で重合させた後、120℃の恒温槽中で熱処理し
て重合を完結させた。 得られた重合物を徐々に40℃まで徐冷してアニールし
た後、型枠を分解して硬化した気泡入り有機ガラス板
(粗発明製品)を取り出し、周縁部をカット後、切断端
面を水冷しながら研磨することにより、目的の気泡入り
有機ガラス板を得た。 この製品には、平均径約1mmφの気泡が均一に分布し
ており、そのまま面型照明材料、シェード、非透視性窓
材として、またこれをレーザーカッターを用いて切り抜
くことにより、エッジライティング用装飾板又は表示板
における文字、記号、図形などの形象材として利用でき
る。 実施例2(方法(b)) 実施例1と同様の型枠内へ、メチルメタクリレート
(MMA)モノマー100部にAIBN0.1部及び他の添加剤を添
加し、撹拌混合して溶解させた後、脱気した注型材料を
仕込み、型枠の上部開放端から実施例1で用いたPMMAビ
ーズを連続的に流し込み、型枠の高さの95%まで充填し
た後、型枠の開放端を封止した。 次いで、型枠を55〜60℃に調温された恒温槽内で予備
重合させた後、120℃の熱風循環式オーブン内にて重合
を完結させ、その後、徐々に40℃まで冷却してアニール
した。 その後、型を解体して成形物を取り出し、周縁部を常
法通りカットすることにより、目的の気泡入り有機ガラ
ス板を得た。 実施例3(方法(c)) 実施例1と同様の型枠内へ実施例1で使用したビーズ
を均一に充填した後、開口部を封止した。 次いで、上方のガスケットに小孔を穿ち、この孔に脱
気用ノズルを挿入して脱気後、該ノズルを通して冷いMM
Aモノマー(AIBN等の添加剤を混合済み)を注入し、孔
を封止後、以下前例と同様に重合させることにより、所
望の気泡入り有機ガラス板を得た。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は、エッジライティング
用、シェード、面型照明材料などとして利用することが
できる均整な(密度、大きさ、形状等の略々均しい)気
泡入り有機ガラス板を取得するための新規な手段を提供
できたことを通じて関連産業及び民生の振興及び向上に
寄与する。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気連行剤として有機ガラスのビーズを添
    加しかつこれを溶解・膨潤させた有機ガラスモノマー若
    しくはプレポリマー又はそれらの混合物を略々常圧下に
    型内で重合させて気泡入り有機ガラス板を得ることを特
    徴とする気泡入り有機ガラス成形品の製造法。
  2. 【請求項2】有機ガラスモノマー若しくはプレポリマー
    又はそれらの混合物と有機ガラスビーズとの量比が、7
    0:30〜20:80、好ましくは60:40〜25:75で或る請求項1
    記載の製造法。
  3. 【請求項3】型内への有機ガラスのビーズを添加した有
    機ガラスモノマー若しくはプレポリマー又はそれらの混
    合物の仕込みを低温下に行う請求項1記載の製造法。
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