JP4345523B2 - 不飽和ポリエステル樹脂の硬化方法 - Google Patents

Description

本発明は、不飽和ポリエステル樹脂の硬化特性を維持しながら、硬化時における揮発性有機化学物質（以下、ＶＯＣと略する場合もある。）の発生の抑制方法に関する。

不飽和ポリエステル樹脂は、関連機器、浄化槽、自動車部品、電気部品から外装材など広範囲にわたって使用されている。
不飽和ポリエステル樹脂には、スチレン、メタクリル酸メチルなどのビニル単量体、（メタ）アクリロイル基を有するオリゴマ−や不飽和ポリエステルオリゴマーなどの不飽和結合を有する化合物が含まれているため、光や酸素などにより経時的に劣化が進み易い。
また、これを硬化させる際、揮発性有機化学物質（ＶＯＣ）が発生し、硬化物自体も着色するという問題があった。

近年ではシックハウス症候群などの点から建築関連材料に含まれるＶＯＣの人体への影響問題が取り上げられ、行政府からも建築材料へのＶＯＣに対する指針が出されるようになってきた。そのため、建築材料として用いられる不飽和ポリエステル樹脂において、硬化時に発生するホルムアルデヒドなどのＶＯＣを抑制することが必要になってきている。

不飽和ポリエステル樹脂にはヒドロキノン、ｐ−ベンゾキノン、ｐ−ｔ−ブチルカテコールヒドロキノン、ｐ−メトキシフェノールなどの重合禁止剤やジ−ｔ−ブチルフェノール、ｔ−ブチルクレゾールなどの酸化安定剤が添加されている。しかし、重合禁止剤や酸化安定剤を添加しても、保存時における重合反応の抑制や硬化物の着色防止には効果が得られるものの、ＶＯＣの増加抑制にはほとんど効果はなかった。

そこで、不飽和ポリエステル樹脂を硬化する場合にホルムアルデヒドなどのＶＯＣの発生を抑制するため、アルデヒド吸着剤を不飽和ポリエステル樹脂に混合する技術が開示されている（特許文献１参照）。
しかし、吸着剤の使用は、硬化物の機械的特性に影響を与えるので好ましくはない。また、コストアップに繋がり問題点があった。
他に、ＶＯＣ発生の抑制手段としては硬化工程を不活性ガスの存在下あるいは減圧下で行う方法があるが、抑制効果は不十分であった。

アセト酢酸エステルはビニルエステル樹脂の硬化促進剤として知られている（特許文献２参照）。しかし、アセト酢酸エステルを不飽和ポリエステル樹脂に添加したとき、硬化時に発生するホルムアルデヒド等のＶＯＣ発生を抑制できる本発明の効果は知られていなかった。
特開平１１−１９７５０２号公報（５頁） 特開平１１−４９８３０号公報（５〜６頁）

本発明の目的は、不飽和ポリエステル樹脂の硬化特性を保ちながら、硬化時における揮発性有機化学物質（ＶＯＣ）の発生の抑制方法を提供することにある。

本発明者らは、前述した問題点に鑑み、鋭意検討した結果、不飽和ポリエステル樹脂にアセト酢酸エステルを添加して硬化することで、ホルムアルデヒドなどのＶＯＣの発生を抑制できることを見出して本発明を完成するに至った。

即ち、第１の発明は、不飽和ポリエステル樹脂にシクロへキサノンパーオキサイド若しくはアセチルアセトンパーオキサイド（不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．０１〜５重量部）及びアセト酢酸メチル若しくはアセト酢酸エチル（不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．０１〜５重量部）を添加し、硬化することを特徴とする、揮発性有機化学物質の発生の抑制方法である。

第１の発明によると、硬化特性を保ちながら、硬化時におけるホルムアルデヒドなどのＶＯＣの発生を抑制できる。その結果、不飽和ポリエステルの硬化物中に残留するＶＯＣ量が減少するので、建築関連材料に使用してもシックハウス症候群などの問題が低減される。

本発明は、不飽和ポリエステル樹脂に対してアセト酢酸エステルを添加し、硬化することを特徴とする不飽和ポリエステル樹脂の硬化方法である。この際、アセト酢酸エステルは、硬化時におけるＶＯＣの発生抑制剤として働く。具体的には、硬化時に、ホルムアルデヒドや、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒドなどのアルデヒド類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、スチレンオキサイドなどのエポキシ化合物、カルボン酸化合物、これらの重合物などのＶＯＣの発生を抑制する。

アセト酢酸エステルとしては具体的には、例えばアセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物として使用される。
本発明において、アセト酢酸エステルの不飽和ポリエステル樹脂に対する添加量は、不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．１〜５重部の範囲である。

本発明において、不飽和ポリエステル樹脂の硬化時には、ラジカル重合開始剤を硬化剤として使用する。ラジカル重合開始剤としては、不飽和ポリエステル樹脂の硬化反応を十分に進行でき、常温から高温までの広い温度範囲で使用できることからケトンパーオキシドが適している。具体的には、メチルエチルケトンパーオキサイド、シクロへキサノンパ
ーオキサイドを１種または２種以上の混合物で使用する。
さらにケトンパーオキサイド以外に他のラジカル重合開始剤を含んでもよく、例えば、ｔ−アミルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）ペルオキシジカーボネート、ｔ−ブチルペルオキシベンゾエート、ラウロイルパーオキサイド、ジイソプロピルペルオ
キシジカーボネート、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルペルオキシピバレート、ｔ−ブチルペルオキシネオデカノエート、ｔ−ペルオキシジイソブチレート、クメンハイドロパーオキサイドなどのラジカル重合開始剤を使用できる。

ラジカル重合開始剤の使用量は、不飽和ポリエステル樹脂に対して、０．１〜５重量％の範囲である。

ラジカル重合開始剤はその取扱い性を高めるために、希釈して使用することもできる。希釈剤としては、例えば、ジメチルフタレート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジブチルサクシネート、ジブチルアジペート、ジオクチルマレート、ジブチルフマレート、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル化合物、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルなどのアルキレングリコールモノアルキルエーテル、オクタン、イソパラフィン、ノルマルパラフィンなどの脂肪族炭化水素、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などの１種または２種以上の混合物を使用できる。

本発明において、不飽和ポリエステル樹脂は、不飽和二塩基酸と多価アルコ−ル、さらに必要に応じて飽和二塩基酸を特定の割合で加熱脱水縮合反応させることによって得られる不飽和ポリエステル樹脂成分をラジカル重合性単量体に溶解させた液状樹脂である。不飽和ポリエステル樹脂は建築基材に汎用され、シックハウス症候群の原因となっている。
不飽和ポリエステル樹脂は、例えば、これに硬化剤を添加しロールやニーダーなどの混練機を用いて混合し、所望の形状の金属製、ガラス製、プラスチック製などの型中に入れて加熱処理し硬化・成型される。本発明を用いて、混合する際にアセト酢酸エステルを添加すると、硬化時のＶＯＣの発生を抑制でき成形物を得ることができる。さらに不飽和ポリエステル樹脂を圧縮成形、トランスファー成形、射出圧縮成形などの各種機械成形法を用いることにより硬化・成形をする際、また、不飽和ポリエステル樹脂をレジコン成形、波板や平版の連続成形、フィラメントワインディング成形、ＳＭＣやＢＭＣなどの公知の成形方法により硬化・成型する際も本発明を用いると同様の効果が得られる。

不飽和ポリエステル樹脂成分の原料である不飽和二塩基酸としては、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物として使用される。多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、ビスフェノールＡ、水添ビスフェノールＡなどが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物として使用される。
飽和二塩基酸としては、無水フタル酸、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、コハク酸、アジピン酸などが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物として使用される。

不飽和ポリエステル樹脂にはラジカル重合性単量体が含まれている。含まれる単量体は、例えば、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、ｔ−ブチルスチレン、クロロスチレン、ジビニルベンゼンなどのスチレン誘導体；メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｓ−ブチル（メタ）アクリレート、ｉ−ブチル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルへキシル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、グリセロイルモノ（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、２−メトキシエチル（メタ）アクリレートなどのメタクリル基またはアクリル基を有する単量体；ジアリルフタレートなどのアリルエステルが挙げられ、これらの１種または２種以上の混合物として使用される。

不飽和ポリエステル樹脂に含まれるラジカル重合性単量体の量は通常２０〜７０重量％である。ラジカル重合性単量体の量が少ないと不飽和ポリエステル樹脂の粘度が高くなるので作業性が低下するおそれがあり、ラジカル重合性単量体の量が多いと不飽和ポリエステル樹脂の硬化物の機械的特性が低下するおそれがある。

特に、ラジカル重合性単量体としてスチレン、メチルメタクリレート、ジアリルフタレートを含む不飽和ポリエステル樹脂は、硬化時にＶＯＣが発生し易いことから、本発明の不飽和ポリエステル樹脂の硬化方法の対象として好適である。
不飽和ポリエステル樹脂は市販されており、例えば、エポラックＧ−１１０Ａ（商品名、日本触媒（株）製、オルソフタル酸系不飽和ポリエステル）、ポリマール４３８２（商品名、武田薬品工業（株）製、オルソフタル酸系不飽和ポリエステル）、ポリマール６６９１（商品名、武田薬品（株）製、イソフタル酸系不飽和ポリエステル）、リゴラック（商品名、昭和高分子（株）製）、ポリライト（商品名、大日本インキ化学工業（株）製）、ユピカ（商品名、日本ユピカ（株）製）が挙げられる。

また、本発明は、不飽和ポリエステル樹脂に、硬化促進剤、酸化防止剤、重合禁止剤や充填剤などが添加されていても適用することができる。
不飽和ポリエステル樹脂に添加される硬化促進剤は、例えば、ジメチルアニリン、ジエチルアニリンなどの芳香族第三級アミンや、ナフテン酸コバルトやナフテン酸銅などの金属石鹸が挙げられ、ラジカル重合開始剤の種類、使用量によっても異なるが、不飽和ポリエステル樹脂に対して、通常０．０１〜５重量％、好ましくは０．１〜３重量％の範囲で添加される。
なお、硬化促進剤として一般に使用されるバナジウム化合物は硬化時の温度制御が難しく、作業時の安全性の点に問題があるので、これを添加した不飽和ポリエステル樹脂は本発明の対象には適さない。

不飽和ポリエステル樹脂に添加される酸化防止剤は、例えば２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾ−ル、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、ブチル化ヒドロキシアニソールなどのモノフェノール系化合物；２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）などのビスフェノール系化合物；ジラウリル３，３’−チオジプロピオネート、ジミリスチル３，３’−チオジプロピオネート、ジステアリル３，３’−チオジプロピオネート、テトラブチルスズなどのイオウ系化合物が挙げられ、これらは１種または２種以上の混合物で添加される。酸化防止剤の添加量は、不飽和ポリエステル樹脂において、通常１０〜２００００ｐｐｍの範囲にある。
不飽和ポリエステル樹脂に添加される重合禁止剤は、例えばメトキシフェノール、ヒドロキノン、ｐ−ベンゾキノン、ｔ−ブチルカテコールなどの化合物が挙げられ、これらは１種または２種以上の混合物で添加される。重合禁止剤の添加量は、不飽和ポリエステル樹脂において、通常１０〜２００００ｐｐｍの範囲にある。
不飽和ポリエステル樹脂に添加される充填剤は、例えば炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、ガラス粉、タルクなどが挙げられ、これらは１種または２種以上の混合物で添加される。その添加量は不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して２０〜１００重量部の範囲にある。

さらに、本発明は不飽和ポリエステル樹脂に、上記以外の他の添加剤が含まれていても適用できる。
このような他の添加剤としては、ジイソシアネート類、酸化マグネシウムなどの増粘剤；有機および無機の染顔料からなる着色剤；ガラス繊維、炭素繊維などの補強剤；ステアリン酸亜鉛などの離型剤；ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、架橋ポリスチレン、飽和ポリエステル、酢酸ビニル・スチレンブロックコポリマ−、粉末状の不飽和ポリエステル樹脂硬化物など従来公知の低収縮剤；紫外線吸収剤；着色剤；離型剤；界面活性剤；抗菌剤などが挙げられる。

本発明の不飽和ポリエステル樹脂の硬化方法は、不飽和ポリエステル樹脂にアセト酢酸エステルを添加した後、硬化剤であるラジカル重合開始剤を添加して、これを加熱して熱硬化することが好ましい。なお、活性エネルギー線の照射により光硬化することもできる。
不飽和ポリエステル樹脂にアセト酢酸エステルを添加する時期は、硬化する直前でかまわないが、保存用に不飽和ポリエステル樹脂にアセト酢酸エステルを添加した不飽和ポリエステル樹脂をあらかじめ作製してもかまわない。不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して、アセト酢酸エステルを０．０１〜１０重量部添加した不飽和ポリエステル樹脂は、保存安定性もよく、本発明の使用に適している。

硬化の条件としては、空気中ないし不活性ガス雰囲気下で、−１０〜１８０℃、好ましくは２０〜１５０℃の温度範囲で、１分〜１０時間、好ましくは１分〜１時間程度の硬化時間が好ましい。
特に、不飽和ポリエステル樹脂を室温以下の低温度域で硬化するときは、ＶＯＣが大気に放出されにくく、硬化物に残留する。本発明は、ＶＯＣの発生を抑制できるので、不飽和ポリエステル樹脂を低温度領域での硬化する際に適している。

以下、本発明を実施例および比較例により詳細に説明する。
なお表中の略記号は次の通りである。
Ｇ−１１０ＡＬ；日本触媒（株）製オルソフタル酸系不飽和ポリエステル、商品名：ポリホープＧ−１１０ＡＬ、
ＣａＣＯ_３；炭酸カルシウム、
ＭＥＫＰ；日本油脂（株）製メチルエチルケトンパーオキサイド、商品名：パーメックＮ、
ＣＨＰ；日本油脂（株）製シクロへキサノンパーオキサイド、商品名：パーヘキサＨ、
ＡＡＰ；日本油脂（株）製アセチルアセトンパーオキサイド、商品名：パーキュアＡ、
ＮＣ；ナフテン酸コバルト、
ＡＭ；アセト酢酸メチル、
ＡＥ；アセト酢酸エチル、
ＡＡ；アセト酢酸ｉｓｏ−アミル

１）硬化特性の測定方法
ＪＩＳ−Ｋ−６９０１を準用する１８ｍｍ試験管法で得られた硬化発熱曲線に基づいて各特性値を次の基準で求めた。
ＧＴ：油浴に浸漬後、浴温からさらに５℃上昇するまでの時間（分）、
ＣＴ：油浴に浸漬後、最高温度に到達するまでの時間（分）、
ＰＥＴ：硬化時の最高発熱温度（℃）

２）揮発性物質の測定法（ＪＩＳ−Ｋ−０３０３の準用）
実施例で混合物を硬化した後、室温で１日放置した硬化物を乳鉢にて粉砕した。これをアセトニトリル溶液（２，４−ジニトロヒドラジン（２，４−ＤＮＰＨ）を３．０ｇ／リットル含む。ＶＯＣは２，４−ＤＮＰＨと反応し、ヒドラゾン化合物を形成し、ＵＶ検出器にて検出される。）２０ｍｌに硬化物１．２ｇを入れ、４０℃、４日間をかけて抽出を行なった。次に、液体クロマトグラフィーによりＶＯＣであるホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトンおよびスチレンオキサイドを定量した。
液体クロマトグラフィーの条件は、
カラム：ＴＳＫ−ＧＥＬ１２０Ａ（４．６ｍｍ×２５０ｍｍ）、
溶離液：アセトニトリル／水（５０／５０、体積／体積）混合溶媒、
検出器：ＵＶ検出器（３６０ｎｍ）である。
また、硬化前の不飽和ポリエステル樹脂に含まれる各ＶＯＣ量の測定は、不飽和ポリエステル樹脂をそのまま前述のアセトニトリル溶液に入れ、ＶＯＣを抽出した後、液体クロマトグラフィーにより同様に定量した。

参考例１
表１に示される混合物を所定量１８ｍｍ試験管中に入れ、恒温槽中、６０℃、２４時間の条件で硬化させて硬化物を得た。
その際、硬化特性を測定し、ＧＴ（分）、ＣＴ（分）、ＰＥＴ（℃）を求めた。また硬化前の不飽和ポリエステル樹脂および硬化後の硬化物の各ＶＯＣ量を測定した。それらの結果を表２に示す。

参考例２〜３、実施例４〜５、参考例６〜９
表１に示される混合物を参考例１と同様に硬化させて硬化物を得た。
その際、硬化特性を測定し、ＧＴ（分）、ＣＴ（分）、ＰＥＴ（℃）を求めた。また硬化前の不飽和ポリエステル樹脂および硬化後の硬化物の各ＶＯＣ量を測定した。それらの結果を表２に示す。

比較例１〜３
表３に示されるアセト酢酸エステルを含まない混合物を実施例１と同様に硬化させて硬化物を得た。
その際、硬化特性を測定し、ＧＴ（分）、ＣＴ（分）、ＰＥＴ（℃）を求めた。また硬化前の不飽和ポリエステル樹脂および硬化物の各ＶＯＣを測定した。それらの結果を表４に示す。

実施例４〜５と比較例２、３とを比較した場合でも同様な本発明の効果が確認できた。
また、実施例５のように硬化剤にアセチルアセトンパーオキサイドを含む場合には、硬化後にホルムアルデヒドが検出されず、硬化時にアセト酢酸エステルとアセチルアセトンパーオキサイドを組み合わせて使用するとより効率的にホルムアルデヒドなどのＶＯＣの発生を抑制できることがわかった。

Claims (1)

1. 不飽和ポリエステル樹脂にシクロへキサノンパーオキサイド若しくはアセチルアセトンパーオキサイド（不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．０１〜５重量部）及びアセト酢酸メチル若しくはアセト酢酸エチル（不飽和ポリエステル樹脂１００重量部に対して０．０１〜５重量部）を添加し、硬化することを特徴とする、揮発性有機化学物質の発生の抑制方法。