JP3067210B2 - 反応硬化性組成物および固形表面材料 - Google Patents

反応硬化性組成物および固形表面材料

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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、充填剤入りアクリル樹脂(acrlylic)固形
表面材料に関する。さらに詳細には、本発明は、充填剤
とアクリル樹脂マトリックスとの間に有効な結合を有す
るそのような材料に関する。
種々の特許が、充填剤入りアクリル樹脂固形表面材料
における充填剤とマトリックスとの結合を達成するため
の望ましさ(desirability)および手段について異なる
ことを教示している。
米国特許第4,251,576号[オズボーン(Osborn)ら、
(1981)]は、強固な結合のためにシランを使用するこ
とを教示しており、国際出願公開公報第89/05310号(WO
89/05310)[フランク(Frank)ら、(1989)]は、充
填剤が亀裂生長促進剤として作用し、したがって、粒子
をマトリックスから部分的に結合解除すること(decoup
ling)により、初期の亀裂生長を停止する効果が得られ
るようになる、という理論に基づいて、結合をゆるめる
のに有用な他のシランを教示している。シラン結合剤
は、そのような製品での機械的特性を促進するのに有用
であり得るにもかかわらず、それらは、水が存在すると
温度サイクルにより白化(whitening)を生じる可能性
もある。これらの文献は、本発明の技術分野において当
業界により認められている方法が使用できることを開示
している点について、これらを引用することにより本明
細書の一部を構成するものとする。
「ゼレック(Zelec)」という材料「デュポン(DuPon
t)製」として知られている異なるリン酸エステルが、
米国特許第3,847,865号[ダギンス(Duggins)、(197
4)]の充填剤入りアクリル系樹脂において用いられ
た。
米国特許第5,079,279号[ハヤシ(Hayashi)ら,(19
92)]は、特定のリン酸モノエチルおよびジエチル混合
エステルを用いて、アクリル樹脂マトリックスを含む種
々の充填剤入りポリマーの強度を改善することを提案し
ている。その結果、反応硬化性配合物(mixes)は高分
子量その他の特性を有し、脱泡、金型の充填(filling
molds)、流し込み、ポンプ汲み上げ、および管路圧送
(line pressure)が困難になる。
このような充填剤入りポリマー系を、さらに効果的な
添加剤を用いることにより改善することが望ましい。
欧州特許第449,456号[スリーボンド社(Three Bond
Co.,Ltd)(1991)]は、本発明で用いられるリン酸エ
ステル結合剤を開示しているが、これは、シアノアクリ
レート接着剤等の異なる用途のためのものである。
発明の要旨 本発明は、硬化性成分と、該硬化性成分を硬化するた
めの重合開始剤と、アルミナ三水和物を含む無機充填剤
と、一般式: [CH=C(R)-COO(CH(R)CH(R)O)]-PO(OH) (式中、R1=HまたはCH3であり;R2=HまたはCH3であ
り;R3=CH3またはHであり;R2はR3と同一ではなく;nは
2〜8であり、;xは1または2であり、かつx+y=3
である。) を有するメタクリル酸またはアクリル酸のリン酸エステ
ルとを含有する反応硬化性樹脂組成物を提供する。この
ため、ポリプロピレングリコールは頭−頭配置または頭
−尾配置となっている。好ましくは、nは3〜7であ
り、最も好ましくは平均5である。
発明の詳細な説明 本発明の充填剤入りアクリル樹脂製品は、20〜80重量
%、好ましくは35〜70重量%、場合によってはさらに好
ましくは約65重量%のアルミナ三水和物(ATH)を含有
し、炭酸カルシウム等の他の充填剤および助剤(adjuva
nts)が存在してもよい。キャスティング用の組成物
は、好ましくは、当業界で公知であるように、開始剤お
よびメチルメタクリレートに溶解した約20%のポリメチ
ルメタクリレート(PMMA)のシロップを含む。本明細書
における部、比率およびパーセントは、特に指示しない
限り、重量によるものである。
水酸基(hydroxy)含有メタクリレート、アクリレー
トおよび他のビニル系化合物のリン酸エステルは、充填
剤入りビニル(アクリル樹脂)系において非常に効果的
な結合剤である(モノ及びジ)リン酸エステルの混合物
を生じる。著しく改善された機械的特性(例えば、曲げ
特性および引張特性、耐疲労性、熱湯安定性、耐衝撃
性、温水/冷水循環白化耐性、および熱誘発応力亀裂耐
性等)は、これらのエステルの添加により実現される。
破断した表面の走査電子顕微鏡写真は充填剤が結合して
いることを示し、充填剤100部当たりわずか0.2部を添加
するだけで、改善された特性を示す。上述のリン酸エス
テルは、「純粋な」(neat)状態で(すなわちin situ
で)、充填剤(例えば、アルミナ三水和物、すなわちAT
H)と液体シロップ(例えば、メチルメタクリレート・
モノマーに溶解した20%のポリエチルメタクリレート)
とのキャスティング・スラリーに、および硬化剤中に、
過酸化物またはアゾ開始剤を用いて添加され、その結
果、十分に分散した低粘度の流動体が得られ、これらの
流動体は、強化された特性を有する無傷のキャスティン
グを生じる。これらのリン酸エステルの添加は、剤混合
物が有効となるには予備加水分解または相当な時間およ
び高温を必要とするシラン結合とは対照的に、直ちに作
用する。さらに、米国特許第5,079,279号の実施例は、
重合を行う前に、予備加熱および長い混合を必要とす
る。
以下の実施例は、得られたキャスティングの、屈曲靭
性(flex toughness)の増加により測定した場合の、リ
ン酸エステルの選択例の結合活性を実証する。
用いたリン酸エステルは、以下のとおりである。
A.ポリプロピレングリコールメタクリレート(ポリプロ
ピレンオキサイド)のセグメントが平均で5個)[例え
ば、サルトマー(Sartomer)604(Sartomer Co.製)]
と五酸化リンとの反応から得られる混合エステル。
B.ポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオ
キサイドのセグメントが平均で6〜7個)[例えば、ブ
レマー(Blemmer)Pe350(日本油脂(株)製)]と五酸
化リンとの反応から得られる混合(モノおよびジ)エス
テル。
C.ポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオ
キサイドのセグメントが平均で5個)[例えば、シポマ
ー(Sipomer)HEM−5(Rhone−Poulenc製)]と五酸化
リンとの反応から得られる混合エステル。
D.米国特許第5,079,279号の混合モノおよびジエチレン
エステル。
参考例1、2および3は、これらのエステル類の特性
のものの製造方法および使用方法を示す。
ATH、シロップ、リン酸エステル、PMAおよび水を含有
する配合物を、室温で10分間にわたって混合する。
次いで、重合ガマ(resin kettle)内の配合物は、閉
じこめられ、かつ溶け込んで空気を25mmHgで排気し、そ
れと同時に、減圧下で水酸化物スラリーを隔膜(septu
m)を通して上記配合物に注入する。該配合物の温度が
機械的混合による熱によって30℃に達したら、GDMAを表
1に示すように30秒後に導入し、真空を55破り、該配合
物を重合ガマから金型または型(form)へ移す。室温の
開始剤系は反応を開始し、約128℃のピーク温度が約9
分で達成される。硬化した固形キャスティングを金型内
で5分間にわたってゆっくり冷却し、次いで、該金型か
ら取り外す。該キャスティングを、次いで室温まで冷却
する。該キャスティングは、傷がなく、かつ優れた表面
テクスチャーを有しており、これを切断してブランク・
ロッド(blank rods)にし、このロッドを次いでロール
機にかけて、薄いロッドを得る。
以下の実施例および表は本発明を説明する。
表2は、ASTM D−790による曲げ特性をまとめたも
のであり、実施例1〜3および比較例1の結果を示す。
上記の表は、実施例1〜3では、比較例1と比較し
て、破断までの仕事において50%以上改善された靭性
(toughness)を示し、したがって、結合活性があるこ
とを実証している。走査電子顕微鏡写真から、結合が確
認される。
以上の実施例および比較例は、粒径の小さなATH(8
ミクロン)中のリン酸エステルの結合活性、およびこの
活性のシラン結合に対する比較を示す。
上記組成物からの製品キャストの曲げ特性を表4にま
とめる。
本発明のリン酸エステルを用いる実施例4は、対照で
ある比較例2と比較して33%以上高い破断までの仕事を
示し、かつ、シランで被覆した比較例3と比較して8%
の改善を示す。
曲げ特性におけるリン酸エステル濃度の効果は、表5
に示す。
これらの組成物は、実施例1および2と同一のATH、
シロップ、PMA、水、水酸化カルシウムおよびGDMAの含
有量である。
このシリーズは、さまざまの量のリン酸エステルAを
有する。
これより、ATH100部当たりわずか0.32部のリン酸エス
テル(実施例5)でも強化された活性を示すことがわか
る。
比較例5および6は、炭酸カルシウムを充填したアク
リル樹脂におけるリン酸エステル活性の効果を示す。量
および成分は、炭酸カルシウムがATHの代わりに用いら
れ、かつリン酸エステルが表示したものである以外は、
実施例1〜4と同一である。
表7は、ATHとシロップとのスラリー中でのリン酸エ
ステルAの分散剤活性を示す。粘度は、水酸化カルシウ
ムおよびGDMA促進剤を添加する前の(すなわち、ATH、
シロップ、水、PMAのスラリーを有する)実施例1およ
び比較例1についてのものである。
実施例6と7、および比較例9と10は、それぞれ、ペ
ンタブチルリン酸エステルAと、構造式: を有するジエチル組成物(diethyl composition)をベ
ースとする別のリン酸エステルDとを用いたものから
の、2種の異なる速度における、粘度の低下を示す。
各組の試験での組成は、650gのATH、332.7gの20%PMM
Aシロップ、および3.73gのEDMAを有していた。粘度試験
は、#4スピンドルを備えたブルックフィールド型DV−
2粘度計で、表示したRPMで1分間にわたって行った。
結果は表8に示す。エステル濃度は、グラムと、充填剤
100部当たりの部(pphf)との両方で示す。
参考例1〜3は、本発明で用いられるリン酸エステル
の製造方法を記載する。
参考例1 730g(1.97モル)のサルトマー(Sartomer)SR604樹
脂および0.2gの700%亜リン酸に、100g(0.70モル)の
無水リン酸を、3〜4時間かけて、2リットル容の樹脂
製フラスコに空気雰囲気下で添加した。撹拌および冷却
を用いて、30〜40℃の温度を維持した。この混合物を1
時間撹拌し、次いで45℃に(撹拌しながら)12時間にわ
たって加熱した。得られた酸性リン酸エステル(acid p
hosphate)に、14g(0.81モル)の水を添加して、ピロ
リン酸エステルを好ましいモノエステルに転化した。こ
の加水分解工程は、通常は60℃で4〜12時間である。し
かし、加水分解は、室温で貯蔵しても継続する。次に、
約1,000ppmの重合阻害剤(例えば、p−メトキシフェノ
ール等)を添加する。生成物(約844g)は、明黄色〜山
吹色(golden yellow)の液体である。
参考例2 357g(1.02モル)のブレマー(Blemmer)Pe350(日本
油脂社製)に、50g(0.35モル)の無水リン酸を、空気
雰囲気下で、温度を40℃以下に保ちながら、ゆっくり添
加した。次いで、この混合物を2〜3時間にわたって40
℃で撹拌して、全部の無水リン酸を反応させた。400gの
暗色の、ほとんど黒色の液体の生成物は、145の酸価を
有しており、これを充填剤入りアクリル樹脂製品におい
て試験した。
参考例3 156g(0.51モル)のローヌ・プーラン(Rhone−Poule
nc)製のシポマー(Sipomer)HEM−5に、25g(0.18モ
ル)の無水リン酸を、空気雰囲気下で、温度を30℃付近
に保ちながら、ゆっくりと添加した。この混合物を、次
いで、5.5時間にわたって50℃で撹拌して、全部の無水
リン酸を反応させた。180gの明るい褐色かかった橙色の
液体の生成物は、145の酸価を有していた。
参考例2および3の結果 参考例2および3の物理的利点は、充填剤入りアクリ
ル樹脂製品に添加した場合に見いだされる。エチレンオ
キサイド付加物とプロピレンオキサイド付加物とは疎水
性/親水性特性に差違があり、参考例1はより疎水性が
強い(純粋な成分としては主に水不溶性である)。した
がって、最終的に得られる充填剤入りポリマー組成物の
水吸収特性だけでなく塗布特性においても、一方の付加
物が他方の付加物に対して利点を有するであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08K 3/00 C08K 3/00 C08L 43/02 C08L 43/02 // C08F 230/02 C08F 230/02 (C08K 3/00 3:22 3:26 3:36) C04B 111:54 (72)発明者 フリッシア,レイモンド,ミッチェル アメリカ合衆国 14120−2357 ニュー ヨーク州 ノース トナワンダ タング ルウッド ドライブ 1344 (72)発明者 マクブライド,エドワード,フランシス アメリカ合衆国 19808−2513 デラウ ェア州 ウィルミントン フォークラン ド ロード 2927 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 33/12 C04B 24/04 C04B 26/06 C08F 2/44 C08F 265/06 C08L 43/02 C08F 230/02 C08K 3/22 C08K 3/26 C08K 3/36

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】硬化性成分と、該硬化性成分を硬化するた
    めの重合開始剤と、アルミナ三水和物と、一般式: [CH=C(R)-COO(CH(R)CH(R)O]-PO(OH) (式中、R1=HまたはCH3であり;R2=HまたはCH3であ
    り;R3=CH3またはHであり;R2はR3と同一ではなく;nは
    2〜8であり、;xは1または2であり、かつx+y=3
    である。) を有するメタクリル酸またはアクリル酸のリン酸エステ
    ルとを含有する反応硬化性樹脂組成物。
  2. 【請求項2】アルミナ三水和物以外の無機充填剤をさら
    に含有することを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  3. 【請求項3】前記アルミナ三水和物以外の無機充填剤
    が、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウムおよびシリカ
    からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特
    徴とする請求項2に記載の組成物。
  4. 【請求項4】R1およびR2がそれぞれCH3であることを特
    徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
  5. 【請求項5】nが平均5であることを特徴とする請求項
    4に記載の組成物。
  6. 【請求項6】前記リン酸エステルの量が、アルミナ三水
    和物を含む無機充填剤に対して0.1〜0.48重量%である
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の
    組成物。
  7. 【請求項7】請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成
    物を成形し、かつ硬化して得られることを特徴とする人
    工大理石。
  8. 【請求項8】請求項1〜6のいずれか1項に記載の成分
    を混合し、反応させることを特徴とする樹脂組成物の硬
    化方法。
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