JP4911881B2 - 不飽和ポリエステル樹脂組成物並びにこれを含有する成形材料及び成形品 - Google Patents
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Description
従来、バインダー樹脂と繊維フィラー等とを含む繊維含有複合材料(繊維強化複合材料)は、プラスチックの有する易加工性、非腐食性に機械的強度を付加しうることから、人工大理石、キッチンカウンター、洗面台、浴槽、浴室洗い場等のユニットバス部材に代表される住設機器、建築材料、車両用部材等に広く利用されている。
以下に本発明を詳述する。
上記不飽和ポリエステル(A)は、二塩基酸を含む多塩基酸及び多価アルコールにより形成される構成単位を有するものであることが好ましく、二塩基酸を含む多塩基酸及び多価アルコールを公知の方法により縮合重合することによって得られるものであることが好適である。上述のジシクロペンタジエンによる変性は、不飽和ポリエステル(A)の製造の際にジシクロペンタジエン(DCPD)を付加反応させる事により行われる事が好ましく、このような変性によりジシクロペンタジエン骨格を導入する事が出来る。不飽和ポリエステルをジシクロペンタジエンで変性する方法としては(1)多塩基酸、多価アルコール、ジシクロペンタジエンを必要量、全量を一度に仕込み、120〜140℃で2〜3時間反応させた後190〜210℃で必要な分子量となるまでエステル化を進める方法と(2)多塩基酸にジシクロペンタジエンを1時間以上かけて滴下、120〜140℃で1時間以上反応させ、その後所定量の多塩基酸、多価アルコールを加え190〜210℃まで昇温、エステル化を進める方法、及び、(3)多塩基酸と多価アルコールを120〜140℃で1〜2時間反応させてモノエステルを生成させ、次にジシクロペンタジエンを1時間以上かけて滴下、更に1時間反応を続けた後、190〜210℃まで昇温、エステル化を進める方法等があるがいずれの方法でも良い。後述のように本発明で使用する不飽和ポリエステル(A)は不飽和二塩基酸により形成される構成単位が70モル%以上であることが好ましいことから、重合性単量体(B)との相溶性が比較的悪い場合があるが、ジシクロペンタジエンによる変性により不飽和ポリエステル(A)と重合性単量体(B)との相溶性を向上させ、重合性単量体(B)の量を減じることができる。これにより収縮率の低減、残留単量体の放散量低下、耐熱水性向上、機械的強度向上ができる。
上記二塩基酸においては、該二塩基酸の全量を100モル%とすると、不飽和二塩基酸を70モル%以上含有することが好ましい。70モル%未満では、加熱加圧成形時に充分な発熱量が得られないために、低収縮化剤の効果が充分に発揮されないおそれがあり、収縮率増大による成形クラック発生、成形品表面光沢低下等の不具合が発生するおそれがある。また、硬化速度が低下するために金型内保持時間の延長が必要となるとともに、残留重合性単量体の増加による耐熱性、耐熱水性、機械的強度低下も発生しやすくなるおそれがある。より好ましくは、85モル%以上である。また、不飽和二塩基酸の含有量の上限値としては、100モル%が好ましい。
すなわち本発明の不飽和ポリエステル樹脂組成物において、不飽和ポリエステル(A)が、二塩基酸を含む多塩基酸及び多価アルコールにより形成される構成単位を有するものであり、該二塩基酸により形成される構成単位100モル%中に、不飽和二塩基酸により形成される構成単位70〜100モル%と飽和二塩基酸により形成される構成単位30〜0モル%とを含んでなることは、好ましい実施形態の一つである。
上記単官能ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、ビニルトルエン、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルへキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸アルキル(炭素原子数12又は13)、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロへキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチルベンジルクロライド塩、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸トリフルオロエチル、(メタ)アクリル酸ヘプタデカフルオロデシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸メトキシポリエチレングリコール等の単官能(メタ)アクリルモノマー、下記式(1)で示されるジシクロペンタジエン系化合物等が挙げられる。
上記硬化剤としては、公知の有機過酸化物が使用できる。このような有機過酸化物としては、例えば、キュメンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルイソプロピルパーオキシカーボネート、1,1−ジブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサノン、t−ブチルパーオキシ−2−エチルへキサノエート、アミルパーオキシ−p−2−エチルヘキサノエート、2−エチルヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−へキシルパーオキシベンゾエート等が挙げられ、成形温度に応じて単独又は2種以上の硬化剤を組みあわせて使用される。添加剤量は通常不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対して0.5〜5重量部が好適である。
上記有機充填材としては、公知の再生繊維、合成繊維、天然繊維が挙げられ、例えば、レーヨン等からなる再生繊維、ナイロン6、ナイロン66等の脂肪族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、アクリル繊維(PAN)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ビニロン等の合成繊維、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリオキシメチレン(POM)等のいわゆる耐熱性の高い高分子からなる繊維、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル、ポリイミド等のいわゆる高弾性率、高強度な高分子からなる繊維、ジュート繊維、竹繊維等の天然繊維等が挙げられる。
上記無機充填材としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ガラスバルーン、シリカ、溶融シリカ、アエロジル(商品名)、クレー、マイカ、水酸化マグネシウム、寒水等が挙げられる。これらのうちでは無機充填材を用いることが好ましいが、有機充填材と併用してもよい。
また充填材としてアエロジル(商品名)を使用する場合には、不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対して、5重量部以下用いることが好ましい。より好ましくは、2重量部以下であり、更に好ましくは、1重量部以下である。
上記充填材がこのような範囲で含有されていると、成形時に発生する収縮を低く抑えられ成形体の耐衝撃性等の機械的強度をより優れたものとすることができる。
上記アクリルポリマーは、特開平5−171022号公報に記載されるアクリルポリマーを好ましく用いることもでき、例えば、メチルメタクリレートを主成分とするアクリルポリマーであって、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレー卜等の他の(メタ)アクリル系モノマー、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の多官能架橋モノマーを共重合したものが挙げられる。このようなアクリルポリマーは、メチルメタクリレートの含有量が90質量%以上であることが好ましく、多官能架橋モノマーの含有量が5質量%以下であることが好ましい。
このような増粘剤は、1種単独で又は2種以上を併用することができる。また、このような増粘剤は、不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対して、0.5〜20重量部用いることが好適であり、好ましくは、金属酸化物や金属水酸化物の場合には0.5〜5重量部、アクリルパウダーの場合には1〜20重量部の範囲で用いられる。
上記着色剤としては、例えば、酸化チタン、カーボンブラック、弁柄、フタロシアニンブルー等の公知の顔料が用いられる。着色剤の添加量は特に限定されるものではなく、成形品の用途により適宜設定される。不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対して30部以内で使用されることが多い。
上記柄剤としては、例えば、酸化アルミニウム、PETフィルム、マイカ、セラミック及びそれらを着色剤、表面処理剤等でコーティングしたもの、メッキ処理したもの、熱硬化性樹脂と無機フィラーと着色剤等とを熱硬化させて粉砕したもの等が挙げられる。
このように本発明の不飽和ポリエステル樹脂組成物を含有する成形材料もまた、本発明の一つである。
(合成例1)
温度計、窒素ガス導入管、還流冷却器及び攪拌機を備えたフラスコを反応器とした。この反応器に、イソフタル酸15モル、プロピレングリコール30モル、ネオペンチルグリコール35モルを仕込んだ。次に上記の内容物を窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら、170〜180℃の温度範囲で反応させると共に、反応物の酸価を所定の方法によって、随時測定した。そして該酸価が10mgKOH/gとなった時点で、上記の反応物に、無水マレイン酸85モル、プロピレングリコール20モル、ジシクロペンタジエン10モルを添加混合し、110〜130℃の温度範囲で3時間反応させた後、180〜200℃に昇温し、8時間反応させた。これにより、不飽和ポリエステル(a)を得た。この不飽和ポリエステルの酸価は27.0mgKOH/gであった。
JIS K6911 4.3に記載の方法に準拠して測定した。
合成例1と同じ装置に、イソフタル酸50モル、ネオペンチルグリコール50モル、プロピレングリコール51モルを仕込んだ。次に上記の内容物を窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら、200〜210℃の温度範囲で反応させると共に、反応物の酸価を所定の方法によって、随時測定した。そして該酸価が10mgKOH/gとなった時点で、冷却し、上記の反応物に、マレイン酸50モルを添加し、再び210〜220℃の温度範囲で反応させた。これにより、不飽和ポリエステル(b)を得た。この不飽和ポリエステルの酸価は26.7mgKOH/gであった。
不飽和ポリエステル(a)50重量部にメチルメタクリレート10重量部、ビニルトルエン40重量部、重合禁止剤としてのハイドロキノンを0.01重量部添加し、均一に混合した。この不飽和ポリエステル樹脂100重量部に対してポリスチレン粉末8重量部、ポリエチレン粉末2重量部、硬化剤としてTBPB(t−ブチルパーオキシベンゾエート)を1.0重量部、炭酸カルシウム(日東粉化社製:NS#200)を80重量部、水酸化アルミニウム(住友化学社製:CW−308)80重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛を5重量部、増粘剤として酸化マグネシウム1.0重量部、グレートナー5重量部及び補強繊維として25.4mm長に切断したガラスロービングをガラス含有率が成形材料の25%になるように添加し、公知の含浸機でSMC(シートモールディングコンパウンド)を製造した。このSMCを40℃で24時間熟成させ、タックフリーの成形可能な硬さに調節した。
物性測定方法は次の通りである。
<硬化収縮率>
JIS K6911に記載の方法に準拠して測定した。
<光沢度>
JIS K7105 5.2に準拠して、入射角60度、検出角60度の条件で行った。
<平滑性>
目視にて評価した。
評価基準:
良好:平滑性に問題無し。
不良:平滑性に問題あり。(巣穴、ガラスパターン、ソリ等)
95℃に保った湯浴中に成形品より切り出した50mm角の試験片を浸漬し、300時間経過後、表面の膨れ、クラックの発生の有無を目視で確認した。
重合性単量体として、スチレンを使用した場合は、成形後1日間、25℃で保管した後に残留スチレン量、スチレン放散量を測定した。
残留スチレン量は成形品を粉砕し、ジクロロメタン溶液で24時間抽出し、ガスクロマトグラフィーを使用して内部標準法で測定した(検出限界10ppm)。
熱硬化性樹脂組成物の成形体から試験片を切りだし、小型チャンバー法により捕集した気体をガスクロマトグラフ質量分析装置によりその試験片から気中放散スチレンを測定した。具体的にはJIS A1901(小型チャンバー法−建築材料の揮発性有機化合物(VOC)、ホルムアルデヒド及び他のカルボニル化合物放散測定法)の(附属書2(参考)小型チャンバーの例(20L))に記載されている手順に基づき、測定温度28℃、湿度50%、換気回数0.5回/hr、試料負荷率2.2m2/m3で測定を実施した。
不飽和ポリエステル(a)50重量部にベンジルメタクリレート10重量部、ビニルトルエン40重量部、重合禁止剤としてのハイドロキノンを0.01重量部添加し、均一に混合した。以下実施例1と同様の手順でSMCを製造した。その評価結果を表1に記載した。
不飽和ポリエステル(a)50重量部にフェノキシエチルメタクリレート10重量部、ビニルトルエン40重量部、重合禁止剤としてのハイドロキノンを0.01重量部添加し、均一に混合した。以下実施例1と同様の手順でSMCを製造した。その評価結果を表1に記載した。
不飽和ポリエステル(a)50重量部にメチルメタクリレート7重量部、スチレン3重量部、ビニルトルエン40重量部、重合禁止剤としてのハイドロキノンを0.01重量部添加し、均一に混合した。以下実施例1と同様の手順でSMCを製造した。その評価結果を表1に記載した。成形品中の残留スチレン量は10ppm以下で、スチレン放散速度は3μg/m2・hr(表面)、8μg/m2・hr(裏面)と極めて小さい値を示した。
不飽和ポリエステル(a)50重量部にメチルメタクリレート20重量部、ビニルトルエン30重量部、重合禁止剤としてのハイドロキノンを0.01重量部添加し、均一に混合した。以下実施例1と同様の手順でSMCを製造した。その評価結果を表2に記載した。耐熱水性試験において試験片表面に膨れの発生あり、耐熱水性の低下が認められた。
実施例1において不飽和ポリエステル(a)を不飽和ポリエステル(b)に替えた以外は同一の手順でコンパウンドを練ると粘度が高くハンドリングが困難であった。そこで実施例1において、不飽和ポリエステル(a)50重量部を不飽和ポリエステル(b)45重量部に、ビニルトルエン添加量を40重量部から45重量部に替えた以外は同一の手順でSMCを製造した。その評価結果を表2に記載した。収縮率が上昇し、成形品の光沢低下が認められ、表面平滑性にも劣っていた。
実施例1においてビニルトルエン40重量部をスチレン40重量部に替えた以外は同一の手順でSMCを製造した。その評価結果を表2に記載した。成形品外観は良好であったが、成形品中の残留スチレン量は380ppm、スチレン放散速度は340μg/m2・hr(表面)、710μg/m2・hr(裏面)と高い値であった。
比較例3で得られたSMCを成形時の金型温度を145/130℃から155/140℃に替えて成形した。その評価結果を表2に記載した。成形品外観は良好であったが、成形品中の残留スチレン量及び、放散速度は減少する傾向を示したものの、残留スチレン量190ppm、スチレン放散速度は150μg/m2・hr(表面)、290μg/m2・hr(裏面)と高い値であった。
実施例4のメチルメタクリレート7重量部、スチレン3重量部、ビニルトルエン40重量部をスチレン8重量部、ビニルトルエン42重量部に変更した以外は同一の手順でSMCを製造した。その評価結果を表2に記載した。成形品外観は良好であったが、残留スチレン量45ppm、スチレン放散速度は25μg/m2・hr(表面)、60μg/m2・hr(裏面)と比較的高い値であった。
Claims (5)
- 不飽和ポリエステル(A)を重合性単量体(B)に溶解させて得られる不飽和ポリエステル樹脂(C)を含有する不飽和ポリエステル樹脂組成物であって、
該不飽和ポリエステル樹脂(C)は、スチレン含有量が不飽和ポリエステル(A)と重合性単量体(B)との合計質量の5.0質量%以下であり、
該不飽和ポリエステル(A)は、多塩基酸100モル%に対してジシクロペンタジエン5〜50モル%により変性してなるものであり、
該重合性単量体(B)は、重合性単量体(B)全質量に対するベンゼン環濃度が6.0ミリモル/g以上であり、
該不飽和ポリエステル樹脂(C)における不飽和ポリエステル(A)と重合性単量体(B)との質量比(不飽和ポリエステル(A)/重合性単量体(B))は、70/30〜35/65であり、
該不飽和ポリエステル(A)は、二塩基酸を含む多塩基酸及び多価アルコールにより形成される構成単位を有するものであり、該二塩基酸により形成される構成単位100モル%中に、不飽和二塩基酸により形成される構成単位70〜100モル%と飽和二塩基酸により形成される構成単位30〜0モル%とを含んでなり、
該不飽和ポリエステル樹脂組成物は、更に、低収縮化剤を含む
ことを特徴とする不飽和ポリエステル樹脂組成物。 - 前記重合性単量体(B)は、重合性単量体(B)全質量に対する(メタ)アクリロイル基濃度が3.0ミリモル/g以下であることを特徴とする請求項1記載の不飽和ポリエステル樹脂組成物。
- 前記低収縮化剤は、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、架橋ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル−ポリスチレンブロックコポリマー、アクリル/スチレンの多相構造ポリマー、架橋/非架橋の多相構造ポリマー、及び、SBS(ゴム)からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1又は2記載の不飽和ポリエステル樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の不飽和ポリエステル樹脂組成物を含有することを特徴とする成形材料。
- 請求項4記載の成形材料を加熱加圧成形して得られることを特徴とする成形品。
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