JP5192143B2 - シラップ用(メタ)アクリレート共重合体およびその樹脂組成物 - Google Patents
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Description
アクリル樹脂は板状等に加工する際、(メタ)アクリレートモノマーを含む組成物を鋳型に注入し、鋳込重合する方法が知られている。この鋳込重合の際、鋳型からの漏れ等の防止、硬化速度の向上、硬化収縮の低減を得るために、該組成物の粘度を調整することが行なわれている。この場合、シラップと呼ばれる粘調な液体を用いて調整されることが多い。
アクリル樹脂製造用シラップの製造法としては、別に製造したポリメタクリル酸メチルなどのポリマーを原料モノマーに溶解させる方法と、原料モノマーの一部を部分的に重合し、原料モノマーに溶解させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このような脂環式炭化水素置換基を持つ(メタ)アクリレート類のモノマーを用いてシラップを製造する場合、ポリメタクリル酸メチルや、トリシクロデカン構造をもつメタクリル酸エステルのポリマーは、脂環式炭化水素置換基を持つ(メタ)アクリレート類モノマーに溶け難いため、高温にしたり、ニーダーなどを必要としなければならないなどの欠点がある。また、このようなメタクリル系ポリマーは、脂環式炭化水素置換基を持つ(メタ)アクリレート類モノマーに溶け難いので、硬化物の色相等が不十分であったり、また、熱や紫外線のあたる用途においては、一層、硬化物の色相が悪化すると言った欠点がある。
また、光デスク基板にアダマンタン基を有するメタクリレートを主体とする共重合体を用いることが知られている(例えば、特許文献3参照)。 しかしながら、このような共重合体に用いることができるシラップは知られていない。
1.(A)(メタ)アクリレート変性シリコーンオイル、アルキル(メタ)アクリレート、モノアルキレングリコール(メタ)アクリレートおよびポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートから選ばれる一種以上の(メタ)アクリレート化合物1〜60質量%と、(B)炭素数6以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物99〜40質量%とから得られたことを特徴とするシラップ用(メタ)アクリレート共重合体。
2.(B)成分が、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボニル基およびジシクロペンタニル基から選ばれる一種以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物である上記1のシラップ用(メタ)アクリレート共重合体。
3.(B)成分が、アダマンチル基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物である上記2のシラップ用(メタ)アクリレート共重合体。
4.アクリル樹脂製造用シラップに用いられる上記1〜3のいずれかのシラップ用(メタ)アクリレート共重合体。
6.(C)(メタ)アクリレートモノマーが、炭素数6以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物である上記5の(メタ)アクリレート樹脂組成物。
7.(C)(メタ)アクリレートモノマーが、アダマンチル基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物である上記6の(メタ)アクリレート樹脂組成物。
8.上記5〜7の(メタ)アクリレート樹脂組成物を硬化させて得られたことを特徴とする(メタ)アクリレート樹脂硬化物。
また、ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートは、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコール(メタ)アクリレート等、片末端に(メタ)アクリレートを持つ化合物である。このような化合物は、熱による黄変に対する耐性に優れる点で好ましい。具体的にはメトキシジエチレングリコールメタクリレート(新中村化学工業株式会社、M−20G) 、メトキシポリエチレングリコール#400メタクリレート(新中村化学工業株式会社、M−90G )、メトキシポリエチレングリコール#1000メタクリレート(新中村化学工業株式会社、M−230G)、フェノキシエチレングリコールメタクリレート(新中村化学工業株式会社、PHE−1GM)等が挙げられる。
水溶性アゾ化合物の具体的な化合物としては、2,2'-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジヒドロクロライド、2,2'-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジサルフェートジハイドレート、2,2'-アゾビス(メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロライド、2,2'-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]ハイドレート、2,2'-アゾビス[2-[1-(2-ヒドロキシエチル)-2-イミダゾリン-2-イル]プロパン]ジヒドロクロライド、2,2'-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]、2,2'-アゾビス(1-イミノ-1-ピロロリジノ-2-エチルプロパン)ジヒドロクロライド、2,2'-アゾビス[2-メチル-N-[1,1-ビス(ヒドロキシメチル)-2-ヒドロキシエチル]プロピオンアミド]、2,2'-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド]が挙げられる。
重合の際には、ポリマー中の(B)炭素数6以上の脂環式炭化水素基をもつ(メタ)アクリル化合物成分の含有量が50質量%以上になることが好ましく、更に好ましくは55質量%以上である。50重量%以上とすることにより優れた剛性や耐熱性を有する共重合体が得られる。
重合によって生成するポリマーの分子量(Mw)は、通常、1000〜5,000,000であり、好ましくは10,000〜2,000,000である。1,000以上であると、硬化時のハンドリングに適した、シラップの粘度を得ることが容易であり、2,000,000以下であると、(メタ)アクリレート化合物への溶解が容易になる。
溶媒を使用した場合には、重合後に蒸留や減圧、貧溶媒による沈殿、濾過を行い、溶媒を除去しておくことが好ましい。この際、残留する溶媒量としては通常5質量%以下であり、好ましくは1質量%以下である。5%質量以下とすることにより、硬化させる際に発泡等の発生を回避することができる。
上記の重合により生成した共重合体に対し、(メタ)アクリル化合物などの重合性化合物を加えてシラップにすることができる。
なお、共重合体を溶解させる際には、溶解を助けるため、砕いて粒子径を小さくすることや、加熱することも有用である。
本発明の(メタ)アクリレート樹脂組成物に用いられる(C)(メタ)アクリレートモノマーとしては、特に限定はなく、例えば、前記の(A)成分や(B)成分が挙げられる。これらの中では、炭素数が6以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレートが耐熱性、耐候性の点で好ましく、例えばシクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、1−アダマンチル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。また、直鎖状又は分岐状の炭素数6〜20のアルキル基がエステル結合した(メタ)アクリレートが 耐候性、靭性の点で好ましく、例えばn−ヘキシル、2−エチルヘキシル、n−オクチル、ドデシル、ステアリルから選択されるアルキル基の(メタ)アクリレートが挙げられる。
本発明の(メタ)アクリレート樹脂組成物に用いられる(C)(メタ)アクリレートモノマーとして、炭素数が6以上の脂環式炭化水素基を持つ(メタ)アクリレートが好ましく、例えばシクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、1−アダマンチル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
本発明においては脂環式炭化水素基の炭素数が6以上のものを用いることにより優れた耐熱性が得られる。また、エステル置換基が脂環式炭化水素基であり、芳香族等を含有しないので紫外線による劣化を引き起こしにくい。
本発明において(メタ)アクリレート樹脂組成物に用いられる(C)(メタ)アクリレートモノマーとして、アダマンチル基をエステル結合した(メタ)アクリレート化合物を用いることが、耐熱性、耐候性の点から、特に好ましい。
2官能以上の(メタ)アクリル基を持つ化合物としては、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、アルコキシ化ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジメタクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(400)ジメタクリレート、ポリエチレングリコール(400)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、ポリプロピレングリコール(400)ジメタクリレート、エトキシ化(4)ビスフェノールAジアクリレート、1,3−ジブチレンジオールジメタクリレート、1,3−ジブチレンジオールジアクリレート、エトキシ化(10)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシ化(2)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシ化(4)ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化(4)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシ化(30)ビスフェノールAジメタクリレート、トリシクロデカンメタノールジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、プロポキシ化(2)ネオペンチルグリコールジアクリレート、アルコキシ化脂肪酸ジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールペンタアクリレート、エトキシ化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化(9)トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化(3)グリセリルトリアクリレート、高プロポキシ化(55)グリセリルトリアクリレート、エトキシ化(15)トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ジメチロールプロパンテトラアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ペンタアクリレートエステル、1,3−アダマンタンジオールジメタクリレート、1,3−アダマンタンジオールジアクリレート、1,3−アダマンタンジメタノールジメタクリレート、1,3−アダマンタンジメタノールジアクリレートなどが挙げられる。
本発明の(メタ)アクリレート樹脂組成物における前述のシラップ用(メタ)アクリレート共重合体の割合は1〜60質量%であり、5〜40質量%とすることが好ましい。シラップ用(メタ)アクリレート共重合体の割合を1質量%以上とすることにより、硬化時のハンドリングに適した粘度を得ることや、硬化収縮を低減することができる。また、60質量%以下とすることにより、良好な耐熱性、耐候性を得ることができる。
本発明の(メタ)アクリレート樹脂組成物における粘度の好ましい範囲は、レオメータを用い25℃で測定した値において100mPa・sから100Pa・sであり、一層好ましくは200mPa・sから10Pa・sである。100mPa・s以上であると硬化時に使用する型からの漏れや、硬化物のバリ、塗布した場合のタレが防止され、ハンドリングや成形性が良好になる。100Pa・s以下であると、型への注入や塗布が容易になる。
本発明の(メタ)アクリレート樹脂組成物は、2段階以上の温度条件により硬化することも可能である。その場合、1段目は0〜160℃、2段目は1段目より5〜150℃程度高い温度で行うことが好ましい。また、一段目は光硬化、二段目を熱硬化にすることもできる。2段階で硬化することで、成形体中の未反応モノマーを低減することや、歪みを低減することが可能である。
このようにして得られた本発明の(メタ)アクリレート樹脂硬化物、特に脂環状のエステル置換基を持つ(メタ)アクリレート化合物の硬化物は、透明性に優れ、紫外線や熱に対して安定した特性を有しており、レンズ、照明、自動車、ディスプレー、光半導体関連材料等に好適に使用できる。
なお、各実施例および比較例において得られた硬化物の物性評価方法は以下の通りである。
試料として肉厚3mmの試験片を用いてJIS K7105に準拠して測定した(単位%)。測定装置はHGM−2DP(スガ試験機株式会社)を用いた。
また、140℃の恒温槽にサンプルを100時間置き、その前後の全光線透過率の差(%)をΔ全光線透過率とした。
黄変度(YI)の測定を試料として肉厚3mmの試験片を用いてJIS K7105に準拠して測定した。測定装置はSZ−optical SENSOR(日本電色工業(株)製)を用い、次の耐候性試験を行った。
ΔYI1:耐候性試験機(ジャスコインタナショナル製 solarbox1500e)を用い、500W/m2の出力で100時間、試料に紫外光を照射し、紫外光照射前後のYIを測定して、その差をΔYI1とした。
ΔYI2:140℃の恒温槽にサンプルを100時間置き、その前後のYIの差をΔYI2とした。
トルエン150ml、1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)32g、メトキシポリエチレングリコール#400メタクリレート(新中村化学工業株式会社製、M−90G)18g及び2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(和光純薬工業(株)製)0.027gをガラス容器に取り、窒素雰囲気下、80℃で2時間反応を行なった。得られた溶液に過剰のメタノールを加え、共重合体を析出させた後、80℃で4時間真空乾燥を行なった。得られた共重合体は26gであった。
1H−NMRによる分析から、1−アダマンチルメタクリレートおよびメトキシポリエチレングリコール#400メタクリレートに由来するモノマーユニットはそれぞれ72質量%、28質量%、GPCによる分子量(Mw)はポリスチレン換算で250000であった。
得られた共重合体2gに1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)5.6g、ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、9G)2.4g、を加え、90℃に加熱し、共重合体を溶解させた。この溶液を室温にしてから、さらに、1,1−ビス(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン(日本油脂株式会社製、パーヘキサHC)0.04グラムおよび、及びビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカルボネート(日本油脂(株)製、パーロイルTCP)0.04gを加えて混合し、硬化性組成物とした。
この硬化性組成物の粘度をレオメーター(Reometrics社のRMS−800)を用い25℃にて測定した結果、5000mPa・sであった。これを、2枚のガラス板に3mm厚みのテフロン(登録商標)製スペーサーを挟み込んで作成したセルに流し込み、オーブンにて70℃で3時間、次いで160℃で1時間加熱を行った後、室温に冷却することで、無色透明な板状硬化物を得た。得られた硬化物の物性評価の結果を第1表に示す。
トルエン150mlに、1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)25g、ステアリルメタクリレート(三菱レイヨン株式会社製、アクリエステルS)25g、2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(和光純薬工業(株)製)0.027を加え、窒素雰囲気下、80℃で2時間反応を行なった。
得られた溶液に過剰のメタノールを加え、共重合体を析出させた後、80℃で4時間真空乾燥を行なった。得られた共重合体は30gであった。1H−NMRによる分析から、この共重合体中に含有される1−アダマンチルメタクリレートおよびステアリルメタクリレートに由来のモノマーユニットは、それぞれ59質量%、41質量%、GPCによる分子量(Mw)はポリスチレン換算で277000であった。
この共重合体22gに、1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)38.5g、ステアリルメタクリレート(三菱レイヨン株式会社製、アクリエステルS)、38.5g、ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、9G)11gを加え、90℃に加熱し、共重合体を溶解させた。
得られた溶液を室温にしてから、さらに1,1-ビス(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン(日本油脂株式会社製、パーヘキサHC)0.47gおよび、及びビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカルボネート(日本油脂(株)製、パーロイルTCP)0.47gを加えて混合し、硬化性の樹脂組成物とした。この樹脂組成物の粘度は25℃にて1000mPa・sであった。
この樹脂組成物を2枚のガラス板に3mm厚みのテフロン(登録商標)製スペーサーを挟み込んで作成したセルに流し込み、オーブンにて70℃で3時間、次いで160℃で1時間加熱を行った後、室温に冷却することで、無色透明な板状硬化物を得た。得られた硬化物の物性評価の結果を第1表に示す。
実施例1で得られた共重合体0.7gに1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)6.5g、ポリブチレングリコールジメタクリレート(三菱レイヨン株式会社製、アクリエステルPBOM)2.8g、を加え、90℃に加熱し、共重合体を溶解させた。この溶液を室温にしてから、さらに、1,1−ビス(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン(日本油脂株式会社製、パーヘキサHC)0.04グラムおよび、及びビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカルボネート(日本油脂(株)製、パーロイルTCP)0.04gを加えて混合し、硬化性組成物とした。
この硬化性組成物の粘度は25℃にて250mPa・sであった。これを、2枚のガラス板に3mm厚みのテフロン(登録商標)製スペーサーを挟み込んで作成したセルに流し込み、オーブンにて70℃で3時間、次いで160℃で1時間加熱を行った後、室温に冷却することで、無色透明な板状硬化物を得た。得られた硬化物の物性評価の結果を第1表に示す。
トルエン45mlに、1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)10g、メチルメタクリレート(メルク社製)5g及び2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(和光純薬工業(株)製)0.02gをガラス容器に取り、窒素雰囲気下、65℃で3時間反応を行なった。得られた溶液に過剰のメタノールを加え、共重合体を析出させた後、80℃で4時間真空乾燥を行なった。得られた共重合体は4.0gであった。
1H−NMRによる分析から、1−アダマンチルメタクリレートおよびメチルメタクリレートに由来するモノマーユニットはそれぞれ75質量%、25質量%、GPCによる分子量(Mw)はポリスチレン換算で164000であった。
得られた共重合体3.0gに1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)15.3g、ポリブチレングリコールジメタクリレート(三菱レイヨン株式会社製、アクリエステルPBOM)7.8gを加え、120℃に加熱し、共重合体を溶解させた。この溶液を室温にしてから、さらに、1,1−ビス(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン(日本油脂株式会社製、パーヘキサHC)0.1グラムおよび、及びビス(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカルボネート(日本油脂(株)製、パーロイルTCP)0.1gを加えて混合し、硬化性組成物とした。
この硬化性組成物の粘度は25℃にて1100mPa・sであった。これを、2枚のガラス板に3mm厚みのテフロン(登録商標)製スペーサーを挟み込んで作成したセルに流し込み、オーブンにて70℃で3時間、次いで160℃で1時間加熱を行った後、室温に冷却することで、無色透明な板状硬化物を得た。得られた硬化物の物性評価の結果を第1表に示す。
トルエン45ml、1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)16gに対し、2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)(和光純薬工業(株)製)0.02gを加え、窒素雰囲気下、80℃で3時間。反応を行なった。得られた溶液に過剰のメタノールを加え、ポリマーを析出させた後、80℃で4時間真空乾燥を行なった。得られたポリマーは13.8gであった。GPCによる分子量(Mw)はポリスチレン換算で110000であった。
このポリマー2.0gに1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社)5.4g、ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、9G)2.4g、を加え、120℃に加熱したが、ポリマーはモノマーに溶解しなかった。
ポリメタクリル酸メチル(アルドリッチ製、Mw120000)2.0gに1−アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業株式会社製)5.6g、ポリエチレングリコール#400ジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、9G)2.4gを加え、120℃に加熱したが、ポリマーはモノマーに溶解しなかった。
(1)本発明によりシラップ用(メタ)アクリレート共重合体を製造して1−アダマンチルメタアクリレートなどの炭素数6以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物を含有する(メタ)アクリレートモノマーに用いた実施例1〜4において共重合体に対して優れた溶解性を示し、紫外線や熱に対する安定性に優れたアクリル樹脂が得られる。
(2)これに対して、(A)成分を含有しない比較例1および、ポリメタクリル酸メチルをシラップに用いた比較例2においては、重合体に対する溶解性がなく、紫外線や熱に対する安定性に優れたアクリル樹脂が得られない。
Claims (4)
- (C)アダマンチル基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物と、シラップ用(メタ)アクリレート共重合体1〜60質量%を含有する(メタ)アクリレート樹脂組成物であって、
該シラップ用(メタ)アクリレート共重合体が、(A)(メタ)アクリレート変性シリコーンオイル、アルキル(メタ)アクリレート、モノアルキレングリコール(メタ)アクリレートおよびポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートから選ばれる一種以上の(メタ)アクリレート化合物1〜60質量%と、(B)炭素数6以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物99〜40質量%とから得られたことを特徴とする、(メタ)アクリレート樹脂組成物。 - (B)成分が、アダマンチル基、ノルボルニル基、イソボニル基およびジシクロペンタニル基から選ばれる一種以上の脂環式炭化水素基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物である請求項1に記載の(メタ)アクリレート樹脂組成物。
- (B)成分が、アダマンチル基がエステル結合した(メタ)アクリレート化合物である請求項2に記載の(メタ)アクリレート樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の(メタ)アクリレート樹脂組成物を硬化させて得られたことを特徴とする(メタ)アクリレート樹脂硬化物。
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