JP5419081B2 - Thermoplastic composite material - Google Patents

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Description

本発明は、熱可塑性複合材料に関する。   The present invention relates to a thermoplastic composite material.

無機材料はそれぞれの特徴や要求特性を考慮し、様々なタイプのものが工業用に使用されている。例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素等のケイ素系セラミックス類は機械的強度や化学的安定性、熱的安定性に優れた材料である。しかしこれらの無機材料は一般に成形加工性に乏しく、硬くてもろい。また、有機重合体との密着性も悪く、その用途が制限されている。   Various types of inorganic materials are used for industrial purposes in consideration of their respective characteristics and required characteristics. For example, silicon-based ceramics such as silicon carbide and silicon nitride are materials having excellent mechanical strength, chemical stability, and thermal stability. However, these inorganic materials are generally poor in moldability and may be hard. Moreover, the adhesiveness with an organic polymer is also bad and the use is restrict | limited.

他方、有機重合体は一般に成形加工性や柔軟性には優れているものの硬度や熱的安定性は無機材料と比較するとかなり劣る。このため、無機材料と有機重合体の特性を相補い、長所を活かす材料の開発が切望されている。   On the other hand, organic polymers are generally excellent in moldability and flexibility, but hardness and thermal stability are considerably inferior to those of inorganic materials. For this reason, development of a material that complements the characteristics of an inorganic material and an organic polymer and takes advantage of the advantages is eagerly desired.

その一手段としてガラス繊維、ガラスビーズ、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム等の無機系の強化剤や充填剤を有機重合体に混合、分散させる物性改質が広く行われている。このような有機−無機複合材料は、無機材料が有する硬度、強度、耐熱性、耐候性等の優れた特性を有機重合体に付与する目的で検討されている。   As one means, physical property modification is widely performed by mixing and dispersing inorganic reinforcing agents and fillers such as glass fibers, glass beads, silica, alumina, and calcium carbonate in an organic polymer. Such organic-inorganic composite materials have been studied for the purpose of imparting excellent properties such as hardness, strength, heat resistance, and weather resistance of inorganic materials to organic polymers.

しかし、無機材料と有機重合体は一般に非相溶であり、分散状態をミクロに制御することは容易ではない。また、改質効果を上げるためには無機材料をより細かく、より多く、できるだけ均質に分散することが重要であるが、無機材料は微粒子になるほど凝集が起こりやすく、均質分散が困難となる。更に無機材料の添加量には限界があり、一定量を超えると良好な複合材料が得られなくなり、成形性が悪くなったり、もろくなったり、クラックが生じやすくなる傾向がある。   However, inorganic materials and organic polymers are generally incompatible, and it is not easy to control the dispersion state to be microscopic. Further, in order to increase the modification effect, it is important to disperse the inorganic material in a finer, more and as homogeneous manner as possible. However, as the inorganic material becomes finer, aggregation tends to occur and homogenous dispersion becomes difficult. Furthermore, there is a limit to the amount of inorganic material added, and if it exceeds a certain amount, a good composite material cannot be obtained, and the moldability tends to be poor, brittle, or cracks tend to occur.

このようなことから高性能な有機−無機複合材料を作製するためには、無機材料と有機重合体を単に混合、分散するだけでは困難であり、新しい技術の開発が必要である。高性能な有機−無機複合材料を作製する技術のひとつとして有機重合体と無機元素を直接結合させる研究が行われている。この方法では、ナノサイズの無機材料が均質に微分散しやすくなるだけでなく、機械強度などのその他の諸物性も大幅に向上できる可能性があると考えられる。   For this reason, in order to produce a high-performance organic-inorganic composite material, it is difficult to simply mix and disperse the inorganic material and the organic polymer, and it is necessary to develop a new technology. As one of the techniques for producing a high-performance organic-inorganic composite material, research for directly bonding an organic polymer and an inorganic element has been conducted. This method is considered to not only facilitate uniform and fine dispersion of nano-sized inorganic materials, but also significantly improve other physical properties such as mechanical strength.

そのひとつに金属アルコキシド化合物を主原料としてゾル−ゲル反応を用いることによりSi、Ti、Zr等の無機元素を材料骨格に導入し、有機重合体と無機材料が均質に微分散した材料の開発が盛んに行われている。しかしながら、ゾル−ゲル法はアルコキシ金属化合物類の加水分解、縮合反応によって合成されるため、生成する水やアルコールなどの揮発成分を除去することが必要で、必然的に薄膜での使用に限定される。また、無機物には水酸基やアルコキシ基が残存し、実使用時に発泡などの問題が生じる。   One of these is the development of materials in which inorganic elements such as Si, Ti and Zr are introduced into the material skeleton by using a sol-gel reaction with a metal alkoxide compound as the main raw material, and the organic polymer and inorganic material are homogeneously finely dispersed. It is actively done. However, since the sol-gel method is synthesized by hydrolysis and condensation reaction of alkoxy metal compounds, it is necessary to remove volatile components such as water and alcohol to be generated, and is inevitably limited to use in thin films. The In addition, a hydroxyl group or an alkoxy group remains in the inorganic substance, and problems such as foaming occur during actual use.

このように、有機重合体とナノ無機粒子を直接結合させた材料であっても基板上に塗布して固める硬化法やゾル−ゲル法によって有機無機複合材料を合成することが一般的で、成形品の形状、成形方法や有機重合体の種類が極めて限定的であった。   In this way, it is common to synthesize organic / inorganic composite materials by a curing method or sol-gel method in which an organic polymer and nano-inorganic particles are directly bonded to each other, which are applied onto a substrate and hardened. The shape of the product, the molding method and the type of organic polymer were extremely limited.

これら問題を解決する方法として、あらかじめ合成されたナノサイズの微粒子表面に反応性化合物を結合させて有機重合体と結合させる方法が種々検討されている。   As a method for solving these problems, various methods have been studied in which a reactive compound is bonded to the surface of nano-sized fine particles synthesized beforehand and bonded to an organic polymer.

例えば、特許文献1ではカーボンブラック微粒子と、そのカーボンブラック表面の官能基と反応する反応性基を有するポリマーを溶融混練することで、カーボンブラックとポリマーが共有結合で繋がれた複合材料を作製できることが報告されている。   For example, in Patent Document 1, a composite material in which carbon black and a polymer are connected by a covalent bond can be produced by melt-kneading carbon black fine particles and a polymer having a reactive group that reacts with a functional group on the surface of the carbon black. Has been reported.

また、特許文献2では、リビングラジカル重合の開始基をナノ無機粒子顔料表面に結合させた後、リビングラジカル重合を行うことでナノ無機粒子表面上から有機重合体を成長させ、複合体を作製する手法が報告されている。   In Patent Document 2, a living radical polymerization initiating group is bonded to the surface of a nano-inorganic particle pigment, and then an organic polymer is grown from the surface of the nano-inorganic particle by performing living radical polymerization to produce a composite. Methods have been reported.

特開2000−154327号公報JP 2000-154327 A 特開2006−16488号公報JP 2006-16488 A

しかしながら、特許文献1においては、全ての官能基を溶融混合工程で反応させることは困難で分子量が安定しない問題があった。また、成形体となった後で残存官能基が光や熱などの影響によって反応し、複合体がゲル化する、あるいは発泡する問題が生じるため、熱可塑性材料としての使用には問題があった。   However, Patent Document 1 has a problem that it is difficult to react all functional groups in the melt mixing step and the molecular weight is not stable. In addition, there is a problem in use as a thermoplastic material because the remaining functional group reacts under the influence of light, heat, etc. after forming a molded body, and the composite gels or foams. .

特許文献2においては、ナノ無機粒子表面上に高密度で有機重合体を結合させることが可能で、ナノ無機粒子の分散性に優れる複合材料が得られるが、開始基を有するナノ無機粒子の合成、洗浄などの操作が煩雑で大量合成プロセスを構築することは困難である。また、各ポリマー鎖の一方の末端は、ナノ無機粒子に固定化されているため、他のポリマー鎖との絡み合いが小さくもろい複合材料となる。そのため、複合体自身あるいは他樹脂へ混合した場合でも、その成形体の強度に問題が生じる。   In Patent Document 2, it is possible to bind an organic polymer at a high density on the surface of nano-inorganic particles, and a composite material having excellent dispersibility of nano-inorganic particles can be obtained. Synthesis of nano-inorganic particles having an initiating group It is difficult to construct a mass synthesis process due to complicated operations such as washing. In addition, since one end of each polymer chain is fixed to the nano-inorganic particles, the entanglement with the other polymer chain is small and brittle. Therefore, even when the composite itself or another resin is mixed, there is a problem in the strength of the molded body.

もっとも簡便な有機重合体とナノ無機粒子の複合化法は、ラジカル反応性二重結合がナノ無機粒子表面に結合した表面修飾ナノ無機粒子の存在下で、有機重合物をラジカル重合で合成することで複合材料を作製する方法である。例えば、Polymer.49.5636(2008)では、ラジカル反応性二重結合を表面に結合したシリカ粒子の存在下で、リビングラジカル重合をすることで、有機重合体とナノ無機粒子が結合した複合材料が得られることが報告されている。   The simplest method of combining organic polymers and nano-inorganic particles is to synthesize organic polymers by radical polymerization in the presence of surface-modified nano-inorganic particles with radical-reactive double bonds bonded to the surface of the nano-inorganic particles. This is a method for producing a composite material. For example, Polymer. In 49.5636 (2008), a composite material in which an organic polymer and nano-inorganic particles are bonded can be obtained by living radical polymerization in the presence of silica particles having a radical reactive double bond bonded to the surface. Has been reported.

しかしながら、表面修飾ナノ無機粒子を調整するときに不純物が生成するため、不純物を除去する煩雑な操作が必要となる。また、不純物を除去した場合においても、ナノ無機粒子表面に反応性官能基が残存するため、加熱乾燥や成形加工の工程でゲル化する、あるいは成形体が発泡するなどの問題があるため、熱可塑性複合材料として使用することは困難であった。   However, since impurities are generated when the surface-modified nano-inorganic particles are prepared, a complicated operation for removing the impurities is required. In addition, even when impurities are removed, reactive functional groups remain on the surface of the nano-inorganic particles, causing problems such as gelation in the process of heat drying or molding, or foaming of the molded product. It was difficult to use as a plastic composite material.

これらの問題のため、ナノ無機粒子を使用した複合材料では、成形加工が困難で、薄膜での使用に限定されるため、ナノ材料の適用範囲が極めて限定的であった。   Because of these problems, the composite material using nano-inorganic particles is difficult to be processed and is limited to use in a thin film, so that the application range of the nano-material is extremely limited.

そこで、本発明の目的は、溶融成形した場合でも無機材料が熱可塑性樹脂中に均質に分散することが可能で、ゲル化や発泡等も実用上問題のない程度まで低減されている熱可塑性複合材料の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermoplastic composite in which an inorganic material can be homogeneously dispersed in a thermoplastic resin even when melt-molded, and gelation and foaming are reduced to such a level that there is no practical problem. It is to provide a method for manufacturing a material.

本発明は、以下の[1]〜[10]に関する。
[1]カップリング剤で表面修飾されたナノ無機粒子の存在下で、遊離の開始剤によりラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させて熱可塑性樹脂を形成させる、熱可塑性複合材料の製造方法であって、前記表面修飾の反応を生じる前記カップリング剤及びナノ無機粒子の官能基のうち当該反応を生じていない残存官能基を、前記リビングラジカル重合の前又は後に、クエンチ剤の官能基と反応させる、製造方法。
[2]前記ラジカル重合性モノマーは、(メタ)アクリル酸エステルである、[1]記載の製造方法。なお、(メタ)アクリルとは、アクリル又はメタクリル(メタアクリルと表記する場合がある)をいい、同様の化合物も同義である。
[3]前記カップリング剤は、ラジカル反応性二重結合を有するカップリング剤である、[1]又は[2]記載の製造方法。
[4]前記ナノ無機粒子は、ケイ素、チタン、ジルコニウム又はアルミニウムの酸化物からなる、平均直径が50nm以下のナノ無機粒子である、[1]〜[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]前記リビングラジカル重合は、原子移動ラジカル重合である、[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]前記リビングラジカル重合は、可逆的付加解裂連鎖移動重合である、[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[7]前記リビングラジカル重合における前記ラジカル重合性モノマーの転化率が、60%以上95%以下である、[1]〜[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]ラジカル重合性モノマーを重合してなる重合体中に平均粒子径が100nm以下のナノ無機粒子が分散された複合材料であって、重合体の数平均分子量Mnが10,000〜500,000g/molで、分子量分布Mw/Mnが1.1〜1.5の範囲にあることを特徴とする、[1]〜[7]のいずれかに記載の製造方法で製造された熱可塑性複合材料。
[9]空気下、200℃1時間の加熱により発泡を生じない[8]記載の熱可塑性複合材料。
[10][8]又は[9]記載の熱可塑性複合材料からなる成形品。
The present invention relates to the following [1] to [10].
[1] A method for producing a thermoplastic composite material, wherein a radically polymerizable monomer is living radically polymerized with a free initiator in the presence of nano-inorganic particles surface-modified with a coupling agent to form a thermoplastic resin. Then, the functional group of the coupling agent that causes the surface modification reaction and the remaining functional group that does not cause the reaction among the functional groups of the nano-inorganic particles are reacted with the functional group of the quenching agent before or after the living radical polymerization. ,Production method.
[2] The production method according to [1], wherein the radical polymerizable monomer is a (meth) acrylic acid ester. In addition, (meth) acryl means acryl or methacryl (it may be described as methacryl), and the same compound is also synonymous.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the coupling agent is a coupling agent having a radical reactive double bond.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the nano-inorganic particles are nano-inorganic particles having an average diameter of 50 nm or less made of an oxide of silicon, titanium, zirconium, or aluminum.
[5] The production method according to any one of [1] to [4], wherein the living radical polymerization is atom transfer radical polymerization.
[6] The production method according to any one of [1] to [4], wherein the living radical polymerization is reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization.
[7] The production method according to any one of [1] to [6], wherein a conversion rate of the radical polymerizable monomer in the living radical polymerization is 60% or more and 95% or less.
[8] A composite material in which nano-inorganic particles having an average particle size of 100 nm or less are dispersed in a polymer obtained by polymerizing a radical polymerizable monomer, and the number average molecular weight Mn of the polymer is 10,000 to 500, The thermoplastic composite produced by the production method according to any one of [1] to [7], wherein the molecular weight distribution Mw / Mn is in the range of 1.1 to 1.5 at 000 g / mol material.
[9] The thermoplastic composite material according to [8], wherein foaming is not caused by heating at 200 ° C. for 1 hour in air.
[10] A molded article comprising the thermoplastic composite material according to [8] or [9].

本発明では、有機重合物とナノ無機粒子がゲル化せずに複合化し、溶融成形した場合でもナノ無機粒子の凝集が抑制されて透明であり、加熱による発泡等の問題が生じない熱可塑性複合材料の製造方法が提供される。   In the present invention, the organic polymer and the nano-inorganic particles are combined without gelation, and even when melt-molded, the nano-inorganic particles are suppressed from agglomeration and are transparent, and the thermoplastic composite does not cause problems such as foaming due to heating. A method of manufacturing the material is provided.

本発明で合成される熱可塑性複合材料は、リビングラジカル重合で合成されることによって、ゲル化が抑制され、重合物とナノ無機粒子間の結合が形成されることによって、溶融混練してもナノ無機粒子が微分散した状態で存在する。また、ゾル−ゲル法で問題となる揮発成分による成形品の発泡も無いことから、溶融成形が可能で、ナノ複合材料の適用範囲が広がり、厚膜で複雑な形状の有機無機の熱可塑性複合材料を得ることができる。   The thermoplastic composite material synthesized in the present invention is synthesized by living radical polymerization, so that gelation is suppressed and a bond between the polymer and nano-inorganic particles is formed. Inorganic particles are present in a finely dispersed state. In addition, since there is no foaming of molded products due to volatile components, which is a problem in the sol-gel method, melt molding is possible, the range of application of nanocomposites is widened, and organic and inorganic thermoplastic composites with thick films and complex shapes Material can be obtained.

実施例1で示したコロイダルシリカ12wt%含有ポリメタアクリル酸メチル複合材料を射出成形した後のTEM写真である。2 is a TEM photograph after injection molding the 12 wt% colloidal silica-containing polymethyl methacrylate composite material shown in Example 1. FIG. 実施例2で示したコロイダルシリカ31wt%含有ポリメタアクリル酸メチル複合材料を射出成形した後のTEM写真である。6 is a TEM photograph after injection molding the 31 wt% colloidal silica-containing polymethyl methacrylate composite material shown in Example 2. FIG.

本発明は、カップリング剤で表面修飾されたナノ無機粒子の存在下で、遊離の開始剤によりラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させて熱可塑性樹脂を形成させる、熱可塑性複合材料の製造方法に関するが、以下の(1)及び/又は(2)を実施することを特徴としている。
(1)ナノ無機粒子をカップリング剤で表面修飾させた後、この表面修飾の反応を生じるカップリング剤及びナノ無機粒子の官能基のうち当該反応を生じていない残存官能基を、クエンチする(クエンチ剤の官能基と反応させる)。
(2)カップリング剤で表面修飾されたナノ無機粒子の存在下で、遊離の開始剤によりラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させて熱可塑性樹脂を形成させた後、表面修飾の反応を生じるカップリング剤及びナノ無機粒子の官能基のうち当該反応を生じていない残存官能基を、クエンチする(クエンチ剤の官能基と反応させる)。
The present invention relates to a method for producing a thermoplastic composite material, in which a radically polymerizable monomer is living radically polymerized with a free initiator in the presence of nano-inorganic particles surface-modified with a coupling agent to form a thermoplastic resin. However, it is characterized by implementing the following (1) and / or (2).
(1) After nano-inorganic particles are surface-modified with a coupling agent, the remaining functional groups that have not caused the reaction are quenched among the coupling agent that causes a reaction of the surface modification and the functional groups of the nano-inorganic particles ( React with quencher functional groups).
(2) A cup that undergoes a surface modification reaction after forming a thermoplastic resin by living radical polymerization of a radically polymerizable monomer with a free initiator in the presence of nano-inorganic particles surface-modified with a coupling agent. Among the functional groups of the ring agent and nano-inorganic particles, the remaining functional group that has not caused the reaction is quenched (reacted with the functional group of the quenching agent).

なお、(1)(2)のいずれにおいても、クエンチされる官能基は、表面修飾に関与する官能基であり、例えば、カップリング剤に表面修飾に関与しない官能基が存在していても、当該官能基はクエンチする必要はない。   In any of (1) and (2), the functional group to be quenched is a functional group involved in surface modification. For example, even if a functional group not involved in surface modification is present in the coupling agent, The functional group need not be quenched.

まず、本発明で使用されるナノ無機粒子について説明する。ナノ無機粒子はそのサイズがナノ領域であれば(すなわち平均粒径がナノメータのオーダーにあれば)よく、ナノ無機粒子を構成する化学種は任意である。   First, the nano inorganic particles used in the present invention will be described. The nano-inorganic particles only have to be in the nano-range (that is, if the average particle size is on the order of nanometers), and the chemical species constituting the nano-inorganic particles are arbitrary.

ナノ無機粒子としては、ナノ無機粒子表面に表面修飾化合物(カップリング剤、クエンチ剤)と反応する官能基を有しているものであるか、酸や塩基、プラズマ照射等で処理をして当該官能基を結合させたものを使用してもよい。   The nano-inorganic particle has a functional group that reacts with the surface modification compound (coupling agent, quenching agent) on the surface of the nano-inorganic particle, or is treated with acid, base, plasma irradiation, etc. You may use what combined the functional group.

例えば、Si、Ti、Zr、Al等の酸化物、窒化物、元素単体、金属、合金等の無機物であってよい。無機酸化物の具体例としては、酸化ケイ素(シリカ、シルセスキオキサン類)、酸化チタン(チタニア)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)等が挙げられる。また、カーボンナノチューブ、フラーレン、カーボンブラック等の炭素材料であってもよい。   For example, oxides such as Si, Ti, Zr, and Al, nitrides, elemental elements, metals, and alloys may be used. Specific examples of the inorganic oxide include silicon oxide (silica, silsesquioxanes), titanium oxide (titania), zirconium oxide (zirconia), aluminum oxide (alumina), and the like. Moreover, carbon materials, such as a carbon nanotube, fullerene, and carbon black, may be sufficient.

ナノ無機粒子の形状や結晶系はいかなるものでもよく、大きさ(平均粒径)は好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下、更に好ましくは20nm以下である。100nmより大きいと、光学材料として使用した時に、光の散乱などの問題が発生する場合がある。また、小さすぎると該微粒子を構成する物質固有の特性が変化する可能性が
あるため、1nm以上のものが好ましい。
The nano inorganic particles may have any shape or crystal system, and the size (average particle size) is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and even more preferably 20 nm or less. If it is larger than 100 nm, there may be a problem such as light scattering when used as an optical material. Moreover, since the characteristic characteristic of the substance which comprises this microparticle | fine-particle may change when too small, the thing of 1 nm or more is preferable.

これらのナノ無機粒子は、2種類以上組み合わせて使用してもよい。さらにその特性において、導体、半導体、絶縁体、磁性体等の各種のものでもよい。   These nano inorganic particles may be used in combination of two or more. Furthermore, in the characteristic, various things, such as a conductor, a semiconductor, an insulator, and a magnetic body, may be used.

ナノ無機粒子を表面修飾する表面修飾化合物としては、カップリング剤と、クエンチ剤の2種類に分けられる。   The surface modifying compound for modifying the surface of the nano-inorganic particles can be classified into two types: a coupling agent and a quenching agent.

カップリング剤としては、ナノ無機粒子表面と反応する官能基を有するシラン系、チタン系、アルミニウム系のカップリング剤であり、ラジカル反応性二重結合を有していてもよい。カップリング剤は、ナノ無機粒子表面と反応する官能基とラジカル反応性二重結合の両方を有するものが特に好適である。   The coupling agent is a silane-based, titanium-based, or aluminum-based coupling agent having a functional group that reacts with the nano-inorganic particle surface and may have a radical reactive double bond. As the coupling agent, those having both a functional group that reacts with the nano-inorganic particle surface and a radical reactive double bond are particularly suitable.

例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリクロロシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジクロロシラン、3−メタクリロキシプロピルジメチルクロロシラン、3−メタクリロキシエチルイソシアネート等が好適なカップリング剤として使用される。これらのカップリング剤は、ナノ無機粒子と直接結合していてもよく、直接結合したカップリング剤と結合して、2個以上連結したものでもよい。カップリング剤によっては、加水分解を促進するために水を導入してもよく、ナノ無機粒子表面との反応を促進させるために、触媒を使用してもよい。   For example, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyldimethylmethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrichlorosilane, 3-methacryloxypropylmethyldichlorosilane, 3-methacryloxy Propyldimethylchlorosilane, 3-methacryloxyethyl isocyanate and the like are used as suitable coupling agents. These coupling agents may be directly bonded to the nano inorganic particles, or may be bonded to two or more directly bonded coupling agents. Depending on the coupling agent, water may be introduced to promote hydrolysis, and a catalyst may be used to promote the reaction with the nano-inorganic particle surface.

クエンチ剤としては、表面修飾ナノ無機粒子および/またはカップリング剤に残存する官能基と反応する化合物が使用される。具体的には、ナノ無機粒子表面のシラノール基、カップリング剤のシラノール基、シリルメトキシ基、シリルクロライド基、イソシアネート基、アミノ基、カルボン酸基、水酸基、エポキシ基、ホスホニウム基、スルホニウム基、あるいはウレタン結合などがクエンチされる官能基としてあげられる。   As the quenching agent, a compound that reacts with the functional group remaining on the surface-modified nano-inorganic particles and / or the coupling agent is used. Specifically, the silanol group on the surface of the nano inorganic particles, the silanol group of the coupling agent, silylmethoxy group, silyl chloride group, isocyanate group, amino group, carboxylic acid group, hydroxyl group, epoxy group, phosphonium group, sulfonium group, or Examples of functional groups that can be quenched include urethane bonds.

クエンチ(「クエンチ反応」と呼ぶ場合もある)とは、上記(1)及び/又は(2)のタイミングで、上記の様な加熱、光、あるいは水などの影響で反応する可能性がある官能基を、反応しない状態にすることをいう。   Quenching (sometimes referred to as “quenching reaction”) is a function that may react under the influence of heating, light, or water as described above at the timing of (1) and / or (2). This means that the group is left unreacted.

一般的に無機酸化物とラジカル反応性カップリング剤の反応をおこなった場合、無機表面の全ての水酸基を反応させることは極めて困難であって水酸基は一部残存する。また、カップリング剤の種類によっては、水酸基やアルコキシ基などの官能基が表面修飾無機酸化物に残存する。また、未反応のカップリング剤は、ナノ無機粒子表面と反応しやすい官能基を残存したまま重合過程で有機重合体に取り込まれる。これら残存官能基は、加熱乾燥、加熱加工する工程や、成形体が吸湿することなどによってアルコールや水などを生成し、成形体が発泡する要因となる。また、複合材料がゲル化したり、ナノ無機粒子が凝集する要因にもなりうる。そのため、本発明の熱可塑性複合材料として使用する場合は、クエンチを行って、この反応を抑制することが極めて重要となる。   In general, when an inorganic oxide reacts with a radical reactive coupling agent, it is extremely difficult to react all the hydroxyl groups on the inorganic surface, and some of the hydroxyl groups remain. Depending on the type of coupling agent, functional groups such as hydroxyl groups and alkoxy groups remain on the surface-modified inorganic oxide. In addition, the unreacted coupling agent is taken into the organic polymer in the polymerization process while leaving functional groups that easily react with the nano-inorganic particle surface. These remaining functional groups generate alcohol, water, and the like due to heat drying, heat processing, and moisture absorption of the molded body, and cause the molded body to foam. In addition, the composite material may be gelled or the nano inorganic particles may be aggregated. Therefore, when used as the thermoplastic composite material of the present invention, it is extremely important to quench and suppress this reaction.

クエンチ剤となりうる化合物としては、立体障害が小さく、ナノ無機粒子表面の官能基および/またはカップリング剤の官能基との反応性が高い化合物が好適に使用される。例えば、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシリルクロライドなどが挙げられる。   As the compound that can be a quenching agent, a compound that has a small steric hindrance and a high reactivity with the functional group on the surface of the nano-inorganic particles and / or the functional group of the coupling agent is preferably used. Examples thereof include hexamethyldisilazane and trimethylsilyl chloride.

ナノ無機粒子表面やカップリング剤の官能基が−Si−OHであった場合のクエンチ剤との反応を示すと、ヘキサメチルジシラザンとの間では、−Si−OH+(CHSi−NH−Si(CH=−Si−O−Si(CH+(CHSi−NHという反応が生じると考えられ、トリメチルシリルクロライドとの間では、−Si−OH+Cl−Si(CH=−Si−O−Si(CH+HClという反応が生じると考えられる。 When the reaction with the quenching agent when the surface of the nano-inorganic particles or the functional group of the coupling agent is —Si—OH, between the hexamethyldisilazane and —Si—OH + (CH 3 ) 3 Si— NH—Si (CH 3 ) 3 = —Si—O—Si (CH 3 ) 3 + (CH 3 ) 3 Si—NH 2 is considered to occur, and there is —Si—OH + Cl— with trimethylsilyl chloride. It is considered that a reaction of Si (CH 3 ) 3 = —Si—O—Si (CH 3 ) 3 + HCl occurs.

クエンチ剤は、2種類以上併用してもよい。また、クエンチ反応によって発生する塩酸などの酸と反応する化合物、例えばトリエチルアミンなどを併用して用いることもできる。更にこの反応は、ナノ無機粒子をラジカル反応性カップリング剤で表面処理した後に行うこともできるし、重合後に行うこともできる。   Two or more quenching agents may be used in combination. In addition, a compound that reacts with an acid such as hydrochloric acid generated by a quench reaction, such as triethylamine, may be used in combination. Furthermore, this reaction can be performed after the nano inorganic particles are surface-treated with a radical reactive coupling agent, or can be performed after polymerization.

表面改質ナノ無機粒子を調整する方法としては、ナノ無機粒子が凝集しない条件で行われることが好ましい。例えば、本出願で使用しているコロイダルシリカの有機溶媒分散液を表面修飾する場合は、コロイダルシリカの重量比率が50wt%以下、好ましくは40wt%以下で反応することが好ましい。また、超音波照射、マイクロ波照射などを実施してもよい。反応条件は、表面修飾化合物とナノ無機粒子表面との反応性に依存するため、適宜最適な表面修飾条件を選択することができる。   The method for adjusting the surface-modified nano-inorganic particles is preferably performed under the condition that the nano-inorganic particles do not aggregate. For example, when surface-modifying the organic solvent dispersion of colloidal silica used in the present application, it is preferable that the reaction is performed at a colloidal silica weight ratio of 50 wt% or less, preferably 40 wt% or less. Further, ultrasonic irradiation, microwave irradiation, or the like may be performed. Since the reaction conditions depend on the reactivity between the surface modification compound and the nano-inorganic particle surface, optimal surface modification conditions can be selected as appropriate.

ナノ無機粒子と表面修飾化合物とを溶媒中で反応させる際、溶媒は特に限定されず、ナノ無機粒子と表面修飾化合物を溶解または分散させることのできるものを任意に使用可能である。無機酸化物の表面修飾反応を行う場合、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n‐プロパノールなどのアルコール系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系溶媒;ジメチルスルホキシド;ジメチルホルムアミド;クロロホルム、ジクロロメタンなどのハロゲン系溶媒;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソールなどのエーテル系溶媒;ベンゼン、トルエンなどの芳香族系溶媒;ペンタン、ヘキサン、オクタン、2‐エチルヘキサン、シクロヘキサンなどの炭化水素系溶媒などを挙げることができる。これらのうち生成する表面修飾無機酸化物の分散性が良好である点で、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒、ジメチルホルムアミドが好ましい。   When the nano inorganic particles and the surface modification compound are reacted in a solvent, the solvent is not particularly limited, and any one that can dissolve or disperse the nano inorganic particles and the surface modification compound can be arbitrarily used. When carrying out the surface modification reaction of inorganic oxides, for example, water; alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, n-propanol; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone; dimethyl sulfoxide; dimethylformamide; chloroform Halogen solvents such as dichloromethane; ether solvents such as diethyl ether, tetrahydrofuran and anisole; aromatic solvents such as benzene and toluene; hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, octane, 2-ethylhexane and cyclohexane Can be mentioned. Of these, alcohol-based solvents, ketone-based solvents, and dimethylformamide are preferred because the dispersibility of the surface-modified inorganic oxide formed is good.

カップリング剤およびクエンチ剤でナノ無機粒子表面を修飾した後、粒子表面と反応していない遊離のカップリング剤、クエンチ剤、あるいはクエンチされた化合物が存在している場合は、洗浄除去することができる。洗浄方法としては、ナノ無機粒子同士が凝集しない条件で行われることが好ましい。例えば、ヘキサンなどの貧溶媒を表面修飾ナノ無機粒子分散液に加えて、表面修飾ナノ無機粒子を沈殿させ、上澄みを除去する操作を数回繰り返すことで、不純物のない表面修飾ナノ無機粒子が得られる。   After modifying the nano-inorganic particle surface with a coupling agent and quenching agent, if there are free coupling agents, quenching agents, or quenched compounds that have not reacted with the particle surface, they can be washed away. it can. The cleaning method is preferably performed under the condition that the nano-inorganic particles do not aggregate. For example, by adding a poor solvent such as hexane to the surface-modified nano-inorganic particle dispersion, and precipitating the surface-modified nano-inorganic particles and removing the supernatant several times, surface-modified nano-inorganic particles free of impurities can be obtained. It is done.

遊離のラジカル反応性カップリング剤が存在している場合でも、クエンチによって反応性官能基が反応しない状態になっているものであれば、洗浄精製することなく、そのまま重合に使用することができる。例えば、コロイダルシリカとカップリング剤である3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシランの反応の後、トリメチルシリルクロライドなどのクエンチ剤で処理することによって、カップリング剤のメトキシシラン部位を反応しない状態にすることができるため、有機重合物中に遊離のカップリング剤が取り込まれた場合でもゲル化や発泡などの問題が生じない。この場合、経済的にも極めて好ましい。   Even when a free radical-reactive coupling agent is present, it can be used for polymerization as it is without washing and purification as long as the reactive functional group is not reacted by quenching. For example, after the reaction between colloidal silica and the coupling agent 3-methacryloxypropyldimethylmethoxysilane, the methoxysilane portion of the coupling agent may be left unreacted by treating with a quenching agent such as trimethylsilyl chloride. Therefore, problems such as gelation and foaming do not occur even when a free coupling agent is incorporated into the organic polymer. In this case, it is very preferable economically.

次に、熱可塑性複合材料について説明する。   Next, the thermoplastic composite material will be described.

本発明における熱可塑性複合材料は、好適には、ナノ無機粒子の表面がラジカル反応性二重結合で修飾された表面修飾ナノ無機粒子の存在下で、遊離の開始剤からモノマーをリビングラジカル重合することで合成することができる。   The thermoplastic composite material in the present invention is preferably a living radical polymerization of a monomer from a free initiator in the presence of a surface-modified nano-inorganic particle whose surface is modified with a radical reactive double bond. Can be synthesized.

遊離の開始剤とは、開始剤がナノ無機粒子表面に共有結合や配位結合で固定化されていないことを意味する。リビングラジカル重合の開始剤をナノ無機粒子表面に固定化した後、ポリマーを合成する方法も知られているが、一つのナノ無機粒子に重合物が結合した複合体同士の結合が殆ど無く、またポリマー同士の絡み合いが少ないため成形体としての強度を保つことが困難である。   A free initiator means that the initiator is not immobilized on the nano-inorganic particle surface by a covalent bond or a coordinate bond. A method of synthesizing a polymer after immobilizing the living radical polymerization initiator on the surface of the nano-inorganic particles is also known, but there is almost no binding between the complexes in which the polymer is bonded to one nano-inorganic particle, Since there is little entanglement between polymers, it is difficult to maintain the strength as a molded body.

本発明における熱可塑性複合材料については、各ポリマー鎖の長さがほぼ均一な重合物を合成することができるリビングラジカル重合で合成されるため、ポリマー鎖の長さで複合体同士の結合を制御することが可能である。また、二分子停止反応がほとんど起こらないため、複合体同士の過剰な結合を制御でき、ゲル化せずに複合材料を合成することが可能となる。   The thermoplastic composite material in the present invention is synthesized by living radical polymerization that can synthesize a polymer with almost uniform length of each polymer chain, so the bond between the composites is controlled by the length of the polymer chain. Is possible. In addition, since the bimolecular termination reaction hardly occurs, excessive binding between the complexes can be controlled, and the composite material can be synthesized without gelation.

一方、フリーラジカル重合で合成した場合は、二分子停止反応が頻発することで、表面修飾ナノ無機粒子が架橋点となって超高分子量体、いわゆるゲルが生成する。ゲルが複合材料中に存在すると、機械強度、溶融流動性、光学特性等に問題が生じるだけでなく、製造工程でも反応槽に付着するなどの問題が生じるため本発明の熱可塑性複合材料としては好ましくない。そのため、二分子停止反応が起こらない条件で重合することが重要となる。   On the other hand, when synthesized by free radical polymerization, the bimolecular termination reaction occurs frequently, and the surface-modified nano-inorganic particles become cross-linking points to generate ultrahigh molecular weight substances, so-called gels. When the gel is present in the composite material, not only problems such as mechanical strength, melt flowability, optical properties, etc., but also problems such as adhesion to the reaction vessel occur in the production process. It is not preferable. Therefore, it is important to polymerize under conditions that do not cause a bimolecular termination reaction.

生成するゲルに関しては、二つの方法で検知することができる。一つ目の方法は、まず重合液をメタノールなどの貧溶媒に加えて複合材料を析出させ、室温で乾燥後、テトラヒドロフランなどの良溶媒中に溶解・分散させ、約0.1wt%液を調整する。この溶液を0.2ミクロンの細孔を有するフィルターを透過させた時に、不溶分がある、もしくは目詰まりする、あるいは透過前と透過後の分子量が変化する場合は、ゲルが重合中に生成したと判断できる。   The resulting gel can be detected in two ways. In the first method, the polymerization solution is first added to a poor solvent such as methanol to precipitate a composite material, dried at room temperature, and then dissolved and dispersed in a good solvent such as tetrahydrofuran to prepare an approximately 0.1 wt% solution. To do. When this solution was passed through a filter having 0.2 micron pores, gel was formed during polymerization if there was insoluble matter or clogging or if the molecular weight before and after permeation changed. It can be judged.

実際に、フリーラジカル重合で合成された複合材料は、数平均分子量Mnが200万以上のゲルが生成するため、フィルターを透過させた後、このゲルが除去されることで分子量が変化する。もう一つの方法は、析出させた複合材料を140℃で真空乾燥し、230℃以上の温度で射出成形した後、上記方法と同様に希釈液を作製し、フィルターを透過させることでゲルの生成を判断できる。実際に、クエンチをしない場合などは、残存官能基が溶融混練過程で反応してゲルが生成する。これら両方の方法で、ゲルが生成していることを判断した。   Actually, a composite material synthesized by free radical polymerization generates a gel having a number average molecular weight Mn of 2 million or more, and thus the molecular weight is changed by removing the gel after passing through a filter. Another method is to vacuum-dry the deposited composite material at 140 ° C., injection-mold it at a temperature of 230 ° C. or higher, and then create a diluting solution in the same manner as above, and pass through a filter to form a gel. Can be judged. Actually, when quenching is not performed, the remaining functional group reacts in the melt-kneading process to generate a gel. It was determined that a gel was formed by both methods.

発泡に関しては下記二つの方法で判断した。第一の方法は、140℃で真空乾燥することで得られた複合材料を、熱プレス機で加熱した時に直径2mm以下の微発泡が多数存在する場合を発泡と定義した。240℃に予備加熱した熱プレス機へ複合材料を導入して、4分間無加圧で加熱し、1mm厚の型枠を用いて5分間、5MPaで加圧した後、室温まで冷却した状態で観察した。クエンチ処理と表面改質ナノ無機粒子の精製のどちらも行っていない複合材料では、微発泡が観察された。また、5〜6回熱プレス操作を繰り返すと、発泡しない複合材料となった。加熱されることによって残存官能基が反応し、揮発成分が生成することで発泡したためと考えられる。第二の方法は、230℃以上の温度で射出成形することで作製した3mm厚の成形品を空気下、200℃で1時間加熱した状態で発泡を観察した。これら両方の方法で、発泡していることを判断した。   The foaming was judged by the following two methods. The first method was defined as foaming when a composite material obtained by vacuum drying at 140 ° C. had many fine foams having a diameter of 2 mm or less when heated by a hot press. In a state where the composite material was introduced into a hot press preheated to 240 ° C., heated without pressure for 4 minutes, pressurized with 5 MPa using a 1 mm-thick mold for 5 minutes, and then cooled to room temperature. Observed. Microfoaming was observed in composites that had not been quenched and purified of surface modified nano-inorganic particles. Moreover, when the hot press operation was repeated 5 to 6 times, a composite material that did not foam was obtained. This is probably because the remaining functional groups reacted by heating and foamed by generating volatile components. In the second method, foaming was observed in a state where a molded product having a thickness of 3 mm produced by injection molding at a temperature of 230 ° C. or higher was heated in air at 200 ° C. for 1 hour. It was judged that foaming occurred by both of these methods.

本発明において、リビングラジカル重合で合成される重合物は、射出成形や押出し成形加工が容易である点で、数平均分子量Mnが10,000〜500,000g/molで、分子量分布Mw/Mnが1.1〜1.5であることが好ましい。重合物が500,000より大きいと、その複合材料は更に大きな分子量となり、溶融流動性が極端に低下する恐れがある。また、10,000より小さいと成形体として十分な強度が得られない可能性がある。分子量分布は、複合体同士の過剰な結合を抑制するために、二分子停止反応が起こりにくい条件で合成されるため、必然的に1.5以下となる。1.5より大きい場合は、何らかの停止反応が重合中に起こっている可能性があるため、複合材料がゲル化する可能性が高くなる。ここで数平均分子量Mnと重量平均分子量Mwはゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により決定される値であり、分子量分布はMw/Mnとして計算される値である。また、重合物の分子量は、公知のJ.Polym.Sci,Polymer.Physics,40,2667(2002)に記述されているように、HF溶液で処理した後、ポリマーのみをGPCで測定することで確認することができる。   In the present invention, the polymer synthesized by living radical polymerization has a number average molecular weight Mn of 10,000 to 500,000 g / mol and a molecular weight distribution Mw / Mn of that is easy for injection molding and extrusion molding. It is preferable that it is 1.1-1.5. When the polymer is larger than 500,000, the composite material has a higher molecular weight, and the melt fluidity may be extremely lowered. On the other hand, if it is less than 10,000, there is a possibility that sufficient strength as a molded article cannot be obtained. The molecular weight distribution is inevitably 1.5 or less because the molecular weight distribution is synthesized under the condition that the bimolecular termination reaction is unlikely to occur in order to suppress excessive binding between the complexes. If it is greater than 1.5, there is a possibility that some termination reaction has occurred during the polymerization, so that the composite material is more likely to gel. Here, the number average molecular weight Mn and the weight average molecular weight Mw are values determined by gel permeation chromatography (GPC) analysis, and the molecular weight distribution is a value calculated as Mw / Mn. In addition, the molecular weight of the polymer is known from J.I. Polym. Sci, Polymer. As described in Physics, 40, 2667 (2002), after treatment with an HF solution, only the polymer can be measured by GPC.

リビングラジカル重合法としては、主に3種の方法が知られている。具体的には、ニトロキシラジカルを使用する方法(NMP;例えば特開昭60−89452号公報)、原子移動ラジカル重合法(ATRP;例えば特表平10−509475号公報)、可逆的付加解裂連鎖移動法(RAFT;例えば国際公開第98/01478号パンフレット)がある。重合開始剤の汎用度、適用可能なモノマーの種類の多さ、重合温度等の点から、原子移動ラジカル重合法(以下「ATRP」と称す)と可逆的付加解裂連鎖移動法(以下「RAFT」と称す)がより好ましい。   As the living radical polymerization method, three methods are mainly known. Specifically, a method using a nitroxy radical (NMP; for example, JP-A-60-89452), an atom transfer radical polymerization method (ATRP; for example, JP-T-10-509475), reversible addition cleavage There is a chain transfer method (RAFT; for example, WO 98/01478). The atom transfer radical polymerization method (hereinafter referred to as “ATRP”) and the reversible addition-fragmentation chain transfer method (hereinafter referred to as “RAFT”) from the viewpoint of versatility of the polymerization initiator, the variety of applicable monomers, polymerization temperature, and the like. Is more preferred).

また、近年、重合速度の改善、操作の簡便性などを目的として還元剤を添加してATRP系中に生成した2価銅を連続的に活性な1価銅に還元するARGET ATRP法が報告されている(例えば、Angew Chem,Int Ed,45(27),4482(2006))。この還元剤の添加によって2価銅と1価銅の割合が平衡に保たれるため、モノマーが消費されても充分な重合速度が維持される。更に、適切な還元剤を添加すれば、使用する銅の量が0.1モル%以下程度にまで減少できるため、好ましい重合法である。この手法で使用される還元剤は、金属を含む金属触媒がラジカル成長種を発生させる活性な状態に還元できるものを適宜選択すればよい。   In recent years, the ARGET ATRP method has been reported in which a divalent copper produced in an ATRP system is continuously reduced to active monovalent copper by adding a reducing agent for the purpose of improving the polymerization rate and ease of operation. (For example, Angew Chem, Int Ed, 45 (27), 4482 (2006)). Since the ratio of divalent copper and monovalent copper is kept in equilibrium by the addition of the reducing agent, a sufficient polymerization rate is maintained even when the monomer is consumed. Furthermore, if an appropriate reducing agent is added, the amount of copper to be used can be reduced to about 0.1 mol% or less, which is a preferable polymerization method. What is necessary is just to select suitably the reducing agent used by this method that the metal catalyst containing a metal can reduce | restore to the active state which generates a radical growth seed | species.

重合は、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などの各種の方法で行うことができる。   The polymerization can be performed by various methods such as solution polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization.

溶媒は、表面修飾ナノ無機粒子の分散性と重合触媒の溶解性が良好な溶媒が好ましい。溶媒は、2つ以上組み合わせて使用しても良い。   The solvent is preferably a solvent having good dispersibility of the surface-modified nano inorganic particles and good solubility of the polymerization catalyst. Two or more solvents may be used in combination.

溶媒の使用量は、例えば、モノマー仕込み量100質量部に対して0〜2000質量部の範囲内が好ましく、10〜1000質量部の範囲内がより好ましい。重合を精密に短時間で合成する場合は、50〜300質量部の範囲内が最も好適である。これら各範囲の上限値は、重合速度低下の抑制、重合制御の点で意義がある。また下限値は、溶液粘度の制御の点で意義があり、実際に50質量部以下の溶媒量では、適切な転化率に達する前に溶液粘度が急激に上昇する問題が生じる。   The amount of the solvent used is, for example, preferably in the range of 0 to 2000 parts by mass and more preferably in the range of 10 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the monomer charge. When synthesizing the polymerization precisely in a short time, the range of 50 to 300 parts by mass is most preferable. The upper limits of these ranges are significant in terms of suppressing polymerization rate reduction and controlling polymerization. The lower limit is significant in terms of controlling the solution viscosity. In practice, when the amount of solvent is 50 parts by mass or less, the solution viscosity rapidly increases before reaching an appropriate conversion rate.

重合開始剤は、一般的にリビングラジカル重合の開始剤基として知られている基を有する化合物が好適に使用できる。例えば、ATRPでは、一般にハロゲン化アルキル基もしくはハロゲン化スルホニル基を有する化合物を開始剤として使用している。また、RAFTでは、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)などが使用される。本研究で使用される開始剤は、ナノ無機粒子表面に共有結合で固定化されたものでは無く、重合系中に遊離の状態で存在するものを使用する。   As the polymerization initiator, a compound having a group generally known as an initiator group for living radical polymerization can be preferably used. For example, in ATRP, a compound having a halogenated alkyl group or a halogenated sulfonyl group is generally used as an initiator. In RAFT, azobisisobutyronitrile (AIBN) or the like is used. The initiator used in this study is not one that is covalently immobilized on the nano-inorganic particle surface, but one that exists in the polymerization system in a free state.

重合には触媒を使用することが好ましい。ATRPの場合、触媒の種類は、一般的に知られている各種のものの中から、重合法に応じて適宜選択すればよい。例えば、重合法としてATRPを用いる場合は、Cu(0)、Cu、Cu2+、Fe、Fe2+、Fe3+、Ru2+、Ru3+等の金属を含む金属触媒を使用できる。分子量や分子量分布の高度な制御を達成する為には、特にCu+を含む1価の銅化合物あるいは0価の銅が好ましい。その具体例としては、Cu(0)、CuCl、CuBr、Cu2O等が挙げられる。触媒の使用量は、重合開始剤1モルに対して、通常0.01〜100モル、好ましくは0.01〜50モル、更に好ましくは0.01〜10モルである。 It is preferable to use a catalyst for the polymerization. In the case of ATRP, the type of catalyst may be appropriately selected from various commonly known types according to the polymerization method. For example, when ATRP is used as the polymerization method, a metal catalyst containing a metal such as Cu (0), Cu + , Cu 2+ , Fe + , Fe 2+ , Fe 3+ , Ru 2+ , Ru 3+ can be used. In order to achieve a high degree of control of molecular weight and molecular weight distribution, monovalent copper compounds containing Cu + or zero-valent copper are particularly preferred. Specific examples thereof include Cu (0), CuCl, CuBr, Cu2O and the like. The amount of the catalyst to be used is generally 0.01-100 mol, preferably 0.01-50 mol, more preferably 0.01-10 mol, per 1 mol of the polymerization initiator.

また、上述した金属触媒には、通常は有機配位子が使用される。金属への配位原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子、リン原子、硫黄原子等が挙げられる。中でも、窒素原子、リン原子が好ましい。有機配位子の具体例としては、2,2’−ビピリジンおよびその誘導体、1,10−フェナントロリンおよびその誘導体、テトラメチルエチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、トリス(ジメチルアミノエチル)アミン(Me6TREN)、トリス(2−ピリジルメチル)アミン、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等が挙げられる。アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類の重合を行う場合は、2,2’−ビピリジンおよびその誘導体が好ましい。   Moreover, an organic ligand is usually used for the metal catalyst described above. Examples of the coordination atom to the metal include a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom, and a sulfur atom. Of these, a nitrogen atom and a phosphorus atom are preferable. Specific examples of the organic ligand include 2,2′-bipyridine and derivatives thereof, 1,10-phenanthroline and derivatives thereof, tetramethylethylenediamine, pentamethyldiethylenetriamine, tris (dimethylaminoethyl) amine (Me6TREN), tris ( 2-pyridylmethyl) amine, triphenylphosphine, tributylphosphine and the like. 2,2'-bipyridine and its derivatives are preferred when polymerizing acrylic esters and methacrylic esters.

金属触媒と有機配位子とは、別々に添加して重合系中で混合させてもよいし、予め混合して重合系中へ添加してもよい。特に、銅化合物を使用する場合は、前者の方法が好ましい。   The metal catalyst and the organic ligand may be added separately and mixed in the polymerization system, or may be mixed in advance and added to the polymerization system. In particular, when using a copper compound, the former method is preferable.

RAFT法では、触媒として連鎖移動剤となるジチオカルボン酸エステルといった有機硫黄化合物を使用することができる。   In the RAFT method, an organic sulfur compound such as a dithiocarboxylic acid ester serving as a chain transfer agent can be used as a catalyst.

重合温度は、例えば、ATRP法、RAFT法を用いる場合は、通常−50℃〜200℃、好ましくは0℃〜150℃、更に好ましくは20℃〜130℃である。アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類の重合を行う場合は、50〜130℃で行うと、比較的短時間で精密重合することができる。   For example, when the ATRP method or the RAFT method is used, the polymerization temperature is usually −50 ° C. to 200 ° C., preferably 0 ° C. to 150 ° C., more preferably 20 ° C. to 130 ° C. When polymerizing acrylic acid esters and methacrylic acid esters, precise polymerization can be carried out in a relatively short period of time when carried out at 50 to 130 ° C.

重合は、モノマーの転化率が60%以上の状態で行われることが好ましい。転化率が60%より低いと経済的に問題があり、また95%より高いと、リビングラジカル重合においても、二分子停止反応が起こるため、ゲルが生成する可能性が高くなる。好ましくは、70〜95%、更に好ましくは80〜95%である。   The polymerization is preferably performed in a state where the monomer conversion is 60% or more. When the conversion rate is lower than 60%, there is an economical problem. When the conversion rate is higher than 95%, a bimolecular termination reaction occurs also in the living radical polymerization, so that the possibility of forming a gel increases. Preferably, it is 70 to 95%, more preferably 80 to 95%.

本発明で用いられるラジカル重合性モノマーとしては、ATRP法、RAFT法で重合可能な付加重合性単量体であれば良く、例えば、エチレン;ブタ−1,3−ジエン、2−メチルブタ−1,3−ジエン、2−クロロブタ−1,3−ジエンのようなジエン類;スチレン、α−メチルスチレンなどのスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどのメタクリル酸エステル類;2−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどの(メタ)アクリル酸誘導体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルのようなビニルエステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルなどのビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルケトン類、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾル、N−ビニルインドール、N-ビニルピロリドンなどのN-ビニル化合物;アリルアルコール、塩化アリル、酢酸アリル、塩化ビニル、塩化ビニリデンのようなアリル化合物;フッ化ビニル、フッ化ビニリデンなどのフッ素アルキル基を有する化合物等が挙げられ、これらは単独で使用しても良いし、また2種類以上を併用しても良い。ラジカル重合において好ましいのは、スチレン、アクリロニトリル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、酢酸ビニルおよび塩化ビニルである。透明性のあるハイブリッド材料を作製する場合は、メタクリル酸メチル、アクリル酸メチルなどの(メタ)アクリル酸エステル類とスチレン類が特に好ましい。   The radical polymerizable monomer used in the present invention may be any addition polymerizable monomer that can be polymerized by ATRP method or RAFT method. For example, ethylene; buta-1,3-diene, 2-methylbuta-1, Dienes such as 3-diene and 2-chlorobuta-1,3-diene; styrenes such as styrene and α-methylstyrene; acrylates such as methyl acrylate and butyl acrylate, methyl methacrylate and methacrylic acid Methacrylic acid esters such as ethyl; (meth) acrylic acid derivatives such as 2-hydroxyethyl methacrylate, acrylamide, methacrylamide, acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl benzoate and vinyl butyrate Esters; vinyl methyl ether, vinyl ethyl Vinyl ethers such as ether; N-vinyl compounds such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone, vinyl ketones, N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl pyrrolidone; allyl alcohol, allyl chloride, Examples include allyl compounds such as allyl acetate, vinyl chloride, and vinylidene chloride; compounds having a fluorine alkyl group such as vinyl fluoride and vinylidene fluoride. These may be used alone or in combination of two or more. You may use together. Preferred in the radical polymerization are styrene, acrylonitrile, methyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, butyl methacrylate, vinyl acetate and vinyl chloride. When producing a transparent hybrid material, (meth) acrylic acid esters such as methyl methacrylate and methyl acrylate and styrenes are particularly preferable.

熱可塑性複合材料を構成する熱可塑性樹脂は、ブロック、グラフト、スター、ラダー型等の種々の構造をとっても良い。その場合、リビングラジカル重合以外の重合法との併用であっても良い。目的に応じて、重合物の構造やコモノマーを選択することによって、ナノ無機粒子の分散や機械強度の向上等の物性向上ができる。   The thermoplastic resin constituting the thermoplastic composite material may take various structures such as a block, graft, star, and ladder type. In that case, it may be used in combination with a polymerization method other than living radical polymerization. By selecting the polymer structure and comonomer according to the purpose, it is possible to improve physical properties such as dispersion of nano-inorganic particles and improvement of mechanical strength.

特に、ブロックポリマーでゴム成分を導入することは、硬くて脆くなりやすい複合材料の機械強度を改善するためには好ましい。例えば、メタクリル酸メチルとアクリル酸ブチルのブロックポリマーは、自己組織的にミクロ相分離構造を形成することから、透明性を保ったまま耐衝撃性等の機械強度が改善される。   In particular, it is preferable to introduce a rubber component with a block polymer in order to improve the mechanical strength of a composite material that is hard and brittle. For example, a block polymer of methyl methacrylate and butyl acrylate forms a microphase-separated structure in a self-organizing manner, so that mechanical strength such as impact resistance is improved while maintaining transparency.

また、ブロックポリマーとナノ無機粒子との複合化において、どちらか一方のブロックセグメントとナノ無機粒子が主に結合することで、ナノ無機粒子の配列を制御することもできる。例えば、リビングラジカル重合で合成した末端にハロゲンが結合したポリメタクリル酸メチルを開始剤として、表面修飾ナノ無機粒子存在下でアクリル酸ブチルを重合することで、ポリアクリル酸ブチルがナノ無機粒子と複合化し、ポリメタクリル酸メチルセグメントは複合化していないブロックポリマーを得ることができる。このブロック複合材料は、組成比を変えることによって海島構造、ラメラ構造、シリンダー構造等の相分離構造を形成することが可能で、ナノ無機粒子を局所的に配列させることができる。ナノ無機粒子がポリアクリル酸ブチルセグメントと複合化した場合は、機械強度の向上等に有効であり、ポリメタクリル酸メチルと複合化した場合は、硬度、ガラス転移温度の向上、耐傷付性、機械強度の改善等に有効である。また、どちらの場合も少量のナノ無機粒子で、複合化による効果を選択的に向上させることができることから、経済的にも優れた方法である。   Moreover, in the composite of the block polymer and the nano-inorganic particles, the arrangement of the nano-inorganic particles can be controlled by mainly binding one of the block segments and the nano-inorganic particles. For example, polybutyl acrylate is compounded with nano-inorganic particles by polymerizing butyl acrylate in the presence of surface-modified nano-inorganic particles using polymethyl methacrylate with halogen bonded to the terminal synthesized by living radical polymerization. Thus, a block polymer in which the polymethyl methacrylate segment is not complexed can be obtained. This block composite material can form a phase separation structure such as a sea-island structure, a lamellar structure, or a cylinder structure by changing the composition ratio, and nano-inorganic particles can be locally arranged. When nano-inorganic particles are compounded with polybutyl acrylate segments, they are effective for improving mechanical strength, and when compounded with polymethyl methacrylate, they are improved in hardness, glass transition temperature, scratch resistance, mechanical properties, etc. It is effective for improving the strength. In either case, the effect of the composite can be selectively improved with a small amount of nano-inorganic particles, which is an economical method.

この他にも、ナノ無機粒子との親和性の高い親水性の置換基や、ホスホニウム基、スルホニウム基を有するモノマーをグラフトし、分散性・相溶性を向上する事もできる。
またグラフトされるポリマー鎖にはエポキシ基、イソシアネート基などの反応性の置換基を持たせても良く、ポリマーをグラフトした後に、ポリマー鎖に導入された反応性の置換基を利用して様々な反応を行う事ができる。
更に、熱可塑性複合材料には必要に応じて、酸化防止剤、金属不活性剤、燐系加工安
定剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、蛍光増白剤などの安定剤、または架橋剤、連鎖移動剤、核剤、滑剤、可塑剤、充填剤、強化剤、顔料、染料、難燃剤、帯電防止剤などの添加剤、または界面活性剤などのナノ無機粒子分散補助剤を本発明の効果を損なわない範囲内で添加してもよい。
In addition, it is possible to improve the dispersibility and compatibility by grafting a hydrophilic substituent having high affinity with the nano-inorganic particles, or a monomer having a phosphonium group or a sulfonium group.
In addition, the polymer chain to be grafted may have a reactive substituent such as an epoxy group or an isocyanate group. After grafting the polymer, various reactive substituents introduced into the polymer chain may be used. The reaction can be performed.
In addition, for thermoplastic composite materials, stabilizers such as antioxidants, metal deactivators, phosphorus processing stabilizers, UV absorbers, UV stabilizers, fluorescent whitening agents, or crosslinking agents, chaining agents, and chaining agents are optionally added. Additives such as transfer agents, nucleating agents, lubricants, plasticizers, fillers, reinforcing agents, pigments, dyes, flame retardants, antistatic agents, and nano-inorganic particle dispersion aids such as surfactants are effective for the present invention. You may add within the range which does not impair.

本発明における熱可塑性複合材料の成形法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、キャスト成形等、一般の熱可塑性樹脂材料の成形法を採用することができる。
本発明で得られる熱可塑性複合材料は、硬化性複合材料やゾルゲル法による複合材料などの従来の薄膜分野以外にも、成形体として光学材料、電子材料、接着剤、ハードコート等の分野で好適に利用できる。特に、熱可塑性複合材料の優れた光学特性を利用した光学部品、例えば、レンズ、光導波路、光ディスク、反射防止膜、導電膜などに好適に利用される。
As a molding method of the thermoplastic composite material in the present invention, a general thermoplastic resin material molding method such as injection molding, extrusion molding, compression molding, cast molding or the like can be employed.
The thermoplastic composite material obtained by the present invention is suitable as a molded body in the fields of optical materials, electronic materials, adhesives, hard coats, etc., in addition to conventional thin film fields such as curable composite materials and composite materials by the sol-gel method. Available to: In particular, it is suitably used for optical parts utilizing the excellent optical properties of thermoplastic composite materials, such as lenses, optical waveguides, optical disks, antireflection films, and conductive films.

本発明を実施例に基づいて説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。   The present invention will be described based on examples. The present invention is not limited to these.

[分析方法]
(1)分子量(Mn、Mw、Mw/Mn)
東ソー社製のHLC−8020にカラム(TSKgel GMHXL、40℃)を2本接続し、RI検出器が取り付けてあるGPC装置で測定した。テトラヒドロフランを移動相に用い、アルファメチルスチレンダイマーを内部標準とした。分子量の計算は、ポリメタクリル酸メチルスタンダード(東ソー社製)を使って検量線を作成し、ポリメタクリル酸メチル換算にて行った。
[Analysis method]
(1) Molecular weight (Mn, Mw, Mw / Mn)
Two columns (TSKgel GMHXL, 40 ° C.) were connected to HLC-8020 manufactured by Tosoh Corporation, and measurement was performed with a GPC apparatus equipped with an RI detector. Tetrahydrofuran was used as the mobile phase and alphamethylstyrene dimer was used as the internal standard. The molecular weight was calculated in terms of polymethyl methacrylate by creating a calibration curve using polymethyl methacrylate standard (manufactured by Tosoh Corporation).

(2)ガラス転移温度(Tg)
パーキンエルマー社製のDSC−7を使って、JIS−K−7121に準拠して求めた。具体的には、窒素下、10℃/minで室温から250℃まで昇温し、その後10℃/minで室温まで戻し、再び10℃/minで250℃まで昇温した。2度目の昇温過程で測定されるガラス転移温度をTgとした。
(2) Glass transition temperature (Tg)
It calculated | required based on JIS-K-7121 using DSC-7 made from Perkin Elmer. Specifically, the temperature was raised from room temperature to 250 ° C. at 10 ° C./min under nitrogen, then returned to room temperature at 10 ° C./min, and again raised to 250 ° C. at 10 ° C./min. The glass transition temperature measured in the second temperature raising process was defined as Tg.

(3)熱可塑性複合体中のナノ無機粒子重量測定
島津製作所製の熱重量測定装置TGA−50を使って、1%酸素含有窒素気流下で25℃から20℃/minで500℃まで加熱し、その温度で1時間放置した後の重量を測定した。
(3) Measurement of the weight of nano-inorganic particles in the thermoplastic composite Using a thermogravimetric measuring device TGA-50 manufactured by Shimadzu Corporation, the sample was heated from 25 ° C. to 500 ° C. at 20 ° C./min under a nitrogen stream containing 1% oxygen. The weight after standing at that temperature for 1 hour was measured.

(4)透過型電子顕微鏡(TEM)
Leica社製のREICHRT ULTRACUT Sで、厚さ約45nmの超薄切片を作製し、JEOL社製のJEM−2100で観察した。
(4) Transmission electron microscope (TEM)
An ultrathin section having a thickness of about 45 nm was prepared with REICHRT ULTRACUT S manufactured by Leica, and observed with JEM-2100 manufactured by JEOL.

(5)全光線透過率
スガ試験機社製の積分球式測定装置を使って、JIS−K−7361−1に準拠して求めた。
(5) Total light transmittance It calculated | required based on JIS-K-7361-1 using the integrating sphere type measuring apparatus by Suga Test Instruments.

[合成方法]
シリカは、コロイダルシリカ30wt%の酢酸ブチル分散液である日産化学社製NBAC−STを使用した。ジルコニアは、コロイダルジルコニア20wt%のメチルエチルケトン分散液である日産化学社製OZ−S30Kを使用した。シリカ、ジルコニアともに表面水酸基の量は、2.18mmol/gと仮定して計算した。
[Synthesis method]
As the silica, NBAC-ST manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., which is a butyl acetate dispersion of colloidal silica 30 wt%, was used. As zirconia, OZ-S30K manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., which is a colloidal zirconia 20 wt% methyl ethyl ketone dispersion, was used. For both silica and zirconia, the amount of surface hydroxyl groups was calculated assuming 2.18 mmol / g.

表面改質ナノ無機粒子の合成方法
[合成例1;表面改質コロイダルシリカの合成方法]
窒素置換した1Lフラスコに、30分間窒素バブリングしたNBAC−ST(327.9g)と、カップリング剤である3−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン(以下、MSと示す。9.4ml、43.8mmol、コロイダルシリカ表面水酸基量の20mol%)を導入して、室温で24時間撹拌することでMS表面改質コロイダルシリカ分散液を合成した。
Method for synthesizing surface-modified nano-inorganic particles
[Synthesis Example 1: Method for synthesizing surface-modified colloidal silica]
NBAC-ST (327.9 g), which was bubbled with nitrogen for 30 minutes, and 3-methacryloxypropyldimethylmethoxysilane (hereinafter, referred to as MS) 9.4 ml, 43.8 mmol, were added to a 1 L flask purged with nitrogen. MS surface-modified colloidal silica dispersion was synthesized by introducing 20 mol% of the amount of hydroxyl group on the colloidal silica surface and stirring for 24 hours at room temperature.

[合成例2;コロイダルシリカとカップリング剤の反応]
カップリング剤を3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(以下、TSと示す。10.4ml、43.8mmol、コロイダルシリカ表面水酸基量の20mol%)に変えた以外は、合成例1と同様な方法でTS表面改質コロイダルシリカ分散液を合成した。
[Synthesis Example 2: Reaction of colloidal silica and coupling agent]
The same method as in Synthesis Example 1 except that the coupling agent was changed to 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (hereinafter referred to as TS. 10.4 ml, 43.8 mmol, 20 mol% of the surface hydroxyl amount of colloidal silica). A TS surface modified colloidal silica dispersion was synthesized.

[合成例3;コロイダルシリカとカップリング剤の反応]
カップリング剤を3−メタクリロキシプロピルジメチルクロロシラン(以下、CSと示す。9.5ml、43.8mmol、コロイダルシリカ表面水酸基量の20mol%)を導入して、24時間加熱還流した以外は、合成例1と同様な方法でCS表面改質コロイダルシリカ分散液を合成した。
[Synthesis Example 3; Reaction of Colloidal Silica and Coupling Agent]
Synthesis Example except that 3-methacryloxypropyldimethylchlorosilane (hereinafter referred to as CS. 9.5 ml, 43.8 mmol, 20 mol% of the surface hydroxyl amount of colloidal silica) was introduced as a coupling agent and heated under reflux for 24 hours. 1 was used to synthesize a CS surface-modified colloidal silica dispersion.

[合成例4;コロイダルジルコニアとカップリング剤の反応]
OZ−S30K(501.7g)に変えた以外は、合成例1と同様な方法でMS表面改質コロイダルジルコニア分散液を合成した。
[Synthesis Example 4; Reaction of colloidal zirconia and coupling agent]
An MS surface-modified colloidal zirconia dispersion was synthesized in the same manner as in Synthesis Example 1 except that OZ-S30K (501.7 g) was used.

[合成例5;クエンチ反応]
合成例1で調整したMS表面改質コロイダルシリカ分散液に、窒素下、トリメチルシリルクロライド(2.8ml、21.9mmol)、トリエチルアミン(3.1ml、21.9mmol)を加えて、室温で12時間攪拌することで、残存官能基のクエンチ反応を行った。
[Synthesis Example 5; quench reaction]
Trimethylsilyl chloride (2.8 ml, 21.9 mmol) and triethylamine (3.1 ml, 21.9 mmol) were added to the MS surface-modified colloidal silica dispersion prepared in Synthesis Example 1 under nitrogen and stirred at room temperature for 12 hours. As a result, the remaining functional group was quenched.

[合成例6;クエンチ反応]
合成例2で調整したTS表面改質コロイダルシリカ分散液に、窒素下、トリメチルシリルクロライド(16.7ml、131.2mmol)、トリエチルアミン(18.3ml、131.2mmol)を加えた以外は、合成例5と同様な方法で残存官能基のクエンチ反応を行った。
[Synthesis Example 6; quench reaction]
Synthesis Example 5 except that trimethylsilyl chloride (16.7 ml, 131.2 mmol) and triethylamine (18.3 ml, 131.2 mmol) were added to the TS surface-modified colloidal silica dispersion prepared in Synthesis Example 2 under nitrogen. The residual functional group was quenched by the same method as described above.

[合成例7;クエンチ反応]
合成例3で調整したCS表面改質コロイダルシリカ分散液に、窒素下、ヘキサメチルジシラザン(9.1ml、43.8mmol)を加えた以外は、合成例5と同様な方法で残存官能基のクエンチ反応を行った。
[Synthesis Example 7; quench reaction]
The remaining functional groups were synthesized in the same manner as in Synthesis Example 5 except that hexamethyldisilazane (9.1 ml, 43.8 mmol) was added under nitrogen to the CS surface-modified colloidal silica dispersion prepared in Synthesis Example 3. A quench reaction was performed.

[合成例8;クエンチ反応]
合成例4で調整したMS表面改質コロイダルジルコニア分散液にした以外は、合成例5と同様な方法で残存官能基のクエンチ反応を行った。
[Synthesis Example 8; quench reaction]
The residual functional group was quenched by the same method as in Synthesis Example 5 except that the MS surface-modified colloidal zirconia dispersion prepared in Synthesis Example 4 was used.

[合成例9;表面改質コロイダルシリカの精製]
合成例5でクエンチ処理したMS表面改質コロイダルシリカ分散液50mlを、メタノール/水400ml(3/1wt%)に導入して、表面改質コロイダルシリカを沈殿させた。遠心分離機で分離後、上澄み液を除去し、酢酸ブチルを30ml加えて、超音波照射させながら再分散させた。次に、ヘキサン400mlを加えて、再沈殿させた。酢酸ブチルで分散、ヘキサンで沈殿させる操作を5回繰り返した後、最後に上澄み液を除去し酢酸ブチルを加えて、コロイダルシリカが28wt%の表面改質コロイダルシリカ酢酸ブチル分散液を調整した。
[Synthesis Example 9; Purification of surface-modified colloidal silica]
50 ml of the MS surface-modified colloidal silica dispersion liquid quenched in Synthesis Example 5 was introduced into 400 ml (3/1 wt%) of methanol / water to precipitate the surface-modified colloidal silica. After separation with a centrifuge, the supernatant was removed, 30 ml of butyl acetate was added, and redispersed while being irradiated with ultrasonic waves. Next, 400 ml of hexane was added to cause reprecipitation. The operation of dispersing with butyl acetate and precipitating with hexane was repeated 5 times, and finally the supernatant was removed and butyl acetate was added to prepare a surface-modified colloidal silica butyl acetate dispersion containing 28 wt% colloidal silica.

[合成例10;表面改質コロイダルシリカの精製]
合成例6でクエンチ処理したTS表面改質コロイダルシリカ分散液を使用した以外は、合成例9と同様な方法でコロイダルシリカが30wt%の表面改質コロイダルシリカ酢酸ブチル分散液を調整した。
[Synthesis Example 10; Purification of surface-modified colloidal silica]
A surface-modified colloidal silica butyl acetate dispersion having a colloidal silica content of 30 wt% was prepared in the same manner as in Synthesis Example 9 except that the TS surface-modified colloidal silica dispersion subjected to quench treatment in Synthesis Example 6 was used.

[合成例11;表面改質コロイダルシリカの精製]
合成例7でクエンチ処理したCS表面改質コロイダルシリカ分散液を使用した以外は、合成例9と同様な方法でコロイダルシリカが30wt%の表面改質コロイダルシリカ酢酸ブチル分散液を調整した。
[Synthesis Example 11; Purification of surface-modified colloidal silica]
A surface-modified colloidal silica butyl acetate dispersion having a colloidal silica content of 30 wt% was prepared in the same manner as in Synthesis Example 9, except that the CS surface-modified colloidal silica dispersion subjected to quench treatment in Synthesis Example 7 was used.

[合成例12;表面改質コロイダルジルコニアの精製]
合成例8でクエンチ処理したMS表面改質コロイダルジルコニア分散液を使用した以外は、合成例9と同様な方法でコロイダルジルコニアが30wt%の表面改質コロイダルジルコニア酢酸ブチル分散液を調整した。
[Synthesis Example 12; Purification of surface-modified colloidal zirconia]
A surface-modified colloidal zirconia butyl acetate dispersion having a colloidal zirconia content of 30 wt% was prepared in the same manner as in Synthesis Example 9 except that the MS surface-modified colloidal zirconia dispersion liquid quenched in Synthesis Example 8 was used.

[実施例1]
ATRPによる熱可塑性複合材料の合成方法
全ての実験は、窒素下で行った。また、コロイダルシリカ分散液、コロイダルジルコニア分散液、モノマー、溶媒は、30分間窒素バブリングして、酸素を除去したものを使用した。
[Example 1]
Methods for synthesizing thermoplastic composites with ATRP All experiments were performed under nitrogen. Moreover, the colloidal silica dispersion liquid, the colloidal zirconia dispersion liquid, the monomer, and the solvent used nitrogen-bubbling for 30 minutes to remove oxygen.

3Lフラスコに塩化第一銅(2.2g、15.0mmol、モノマーに対して2500ppm)、2,2’−ビピリジン(4.7g、30.0mmol、モノマーに対して5000ppm)を加えて窒素置換を行った。アニソール593mlを加えた後、このフラスコを80℃の湯浴に浸し、触媒を溶解させた。次に、アルミナカラムを通して重合禁止剤を除去したメタクリル酸メチル(641.0ml、6.0mol)と酢酸ブチル489mlを加えた後、合成例5で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル分散液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)と開始剤p−トルエンスルホニルクロライド(以下、p−TsClと示す。2.3g、12.0mmol)のアニソール溶液10mlを順に加えて、反応を開始した。溶媒であるアニソールと酢酸ブチルは、各々モノマーに対して100wt%になるように導入し、モノマー/開始剤の比は500/1に調整した。
46時間後、転化率83%で重合を停止した。得られた複合材料液をメタノールに注いでポリマーを析出させ数回洗浄した後、140℃で12時間真空乾燥させた。複合材料中のコロイダルシリカ量は12wt%、Tgは125℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は91%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは51,000g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.15であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
図1は、実施例1のコロイダルシリカ12wt%含有ポリメタアクリル酸メチル複合材料を射出成形した後のTEM(透過型電子顕微鏡)写真である。
To a 3 L flask, add cuprous chloride (2.2 g, 15.0 mmol, 2500 ppm with respect to the monomer), 2,2′-bipyridine (4.7 g, 30.0 mmol, 5000 ppm with respect to the monomer) and replace with nitrogen. went. After adding 593 ml of anisole, the flask was immersed in a hot water bath at 80 ° C. to dissolve the catalyst. Next, methyl methacrylate (641.0 ml, 6.0 mol) from which the polymerization inhibitor was removed through an alumina column and 489 ml of butyl acetate were added, and then a butyl acetate dispersion 238 of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 5 was obtained. .1 g (66.7 g as surface-modified colloidal silica) and 10 ml of anisole solution of initiator p-toluenesulfonyl chloride (hereinafter referred to as p-TsCl; 2.3 g, 12.0 mmol) were added in this order to start the reaction. did. The solvents, anisole and butyl acetate, were introduced so as to be 100 wt% with respect to each monomer, and the monomer / initiator ratio was adjusted to 500/1.
After 46 hours, the polymerization was stopped at a conversion rate of 83%. The obtained composite material liquid was poured into methanol to precipitate a polymer and washed several times, followed by vacuum drying at 140 ° C. for 12 hours. The amount of colloidal silica in the composite material was 12 wt%, Tg was 125 ° C., and the total light transmittance of a 3 mm-thick molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. was 91%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 51,000 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.15. Neither fine foaming nor gel was observed.
1 is a TEM (transmission electron microscope) photograph after injection molding of 12 wt% colloidal silica-containing polymethylmethacrylate composite material of Example 1. FIG.

[実施例2]
表面改質コロイダルシリカについて、合成例5で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液を833.3g(表面改質コロイダルシリカとして233.3g)に変えた以外は、溶媒であるアニソールと酢酸ブチルは、各々モノマーに対して100wt%、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した48時間での転化率は85%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は31wt%、Tgは130℃で、ノズル温度250℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは53,200g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.18であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
図2は、実施例2で示したコロイダルシリカ31wt%含有ポリメタアクリル酸メチル複合材料を射出成形した後のTEM(透過型電子顕微鏡)写真である。
[Example 2]
With respect to the surface-modified colloidal silica, anisole and butyl acetate as the solvents were used except that the butyl acetate solution of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 5 was changed to 833.3 g (233.3 g as surface-modified colloidal silica). Were 100 wt% with respect to each monomer and the monomer / initiator ratio was 500/1, and composite materials were obtained in the same manner as in Example 1.
The conversion in 48 hours after the polymerization was stopped was 85%, the amount of colloidal silica in the composite material was 31 wt%, Tg was 130 ° C., and all of the 3 mm thick molded products obtained by injection molding at a nozzle temperature of 250 ° C. The light transmittance was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 53,200 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.18. Neither fine foaming nor gel was observed.
FIG. 2 is a TEM (transmission electron microscope) photograph after injection-molding the 31 wt% colloidal silica-containing polymethylmethacrylate composite material shown in Example 2.

[実施例3]
表面改質コロイダルシリカについて、合成例5で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液を1.3kg(表面改質コロイダルシリカとして400.0g)使用して、溶媒であるアニソールと酢酸ブチルを、モノマーに対して100wt%/170wt%に変えた以外は、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
[Example 3]
For the surface-modified colloidal silica, 1.3 kg of the butyl acetate solution of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 5 (400.0 g as the surface-modified colloidal silica) was used, and anisole and butyl acetate as solvents were used. Except for changing to 100 wt% / 170 wt% with respect to the monomer, the monomer / initiator ratio was 500/1, and a composite material was obtained in the same manner as in Example 1.

重合を停止した48時間での転化率は65%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は51wt%、Tgは135℃で、ノズル温度250℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は88%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは41,100g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.24であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。   The conversion in 48 hours after the polymerization was stopped was 65%, the amount of colloidal silica in the composite material was 51 wt%, Tg was 135 ° C., and all of the 3 mm thick molded products obtained by injection molding at a nozzle temperature of 250 ° C. The light transmittance was 88%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 41,100 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.24. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例4]
開始剤p−TsCl(0.6g、3.0mmol)を変えて、モノマー/開始剤の比を2000/1にした以外は、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した55時間での転化率は71%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は12wt%、Tgは126℃で、ノズル温度250℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは153,600g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.32であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
[Example 4]
A composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ratio of the monomer / initiator was changed to 2000/1 by changing the initiator p-TsCl (0.6 g, 3.0 mmol).
The conversion rate in 55 hours after the polymerization was stopped was 71%, the amount of colloidal silica in the composite material was 12 wt%, Tg was 126 ° C., and the entire 3 mm molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 250 ° C. The light transmittance was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after the treatment with HF was 153,600 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.32. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例5]
合成例1で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液を使用して、重合終了後にトリメチルシリルクロライド(2.8ml、21.9mmol)、トリエチルアミン(3.1ml、21.9mmol)を加えて、室温で12時間攪拌した以外は、溶媒であるアニソールと酢酸ブチルは、各々モノマーに対して100wt%、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
[Example 5]
Using the butyl acetate solution of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 1, trimethylsilyl chloride (2.8 ml, 21.9 mmol) and triethylamine (3.1 ml, 21.9 mmol) were added after the polymerization was completed. Except for stirring for 12 hours, anisole and butyl acetate as solvents were 100 wt% with respect to each monomer, and the monomer / initiator ratio was 500/1, and a composite material was obtained in the same manner as in Example 1. .

重合を停止した48時間での転化率は88%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は13wt%、Tgは125℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは49,900g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.17であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。   The conversion in 48 hours after the polymerization was stopped was 88%, the amount of colloidal silica in the composite material was 13 wt%, Tg was 125 ° C., and all of the 3 mm thick molded products obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. The light transmittance was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 49,900 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.17. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例6]
表面改質コロイダルシリカを、合成例8で調製した表面改質コロイダルジルコニアの酢酸ブチル溶液(333.3g、表面改質コロイダルジルコニアとして66.7g)に変えた以外は、溶媒であるアニソールと酢酸ブチルは、各々モノマーに対して100wt%、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した46時間での転化率は78%で、複合材料中のコロイダルジルコニア量は22wt%、Tgは127℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は83%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは43,200g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.26であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
[Example 6]
Anisole and butyl acetate as solvents except that the surface-modified colloidal silica was changed to a surface-modified colloidal zirconia butyl acetate solution (333.3 g, 66.7 g as surface-modified colloidal zirconia) prepared in Synthesis Example 8. Were 100 wt% with respect to each monomer and the monomer / initiator ratio was 500/1, and composite materials were obtained in the same manner as in Example 1.
The conversion in 46 hours after the polymerization was stopped was 78%, the amount of colloidal zirconia in the composite material was 22 wt%, Tg was 127 ° C., and all of the 3 mm thick molded products obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. The light transmittance was 83%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 43,200 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.26. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例7]
表面改質コロイダルシリカを、合成例7で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル分散液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)に変えた以外は、溶媒であるアニソールと酢酸ブチルは、各々モノマーの100wt%、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した48時間での転化率は83%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は29wt%、Tgは131℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは51,100g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.20であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
[Example 7]
Anisole and butyl acetate as solvents except that the surface-modified colloidal silica was changed to 238.1 g of the surface-modified colloidal silica butyl acetate dispersion prepared in Synthesis Example 7 (66.7 g as surface-modified colloidal silica). Were 100 wt% of the monomer and the monomer / initiator ratio was 500/1, and a composite material was obtained in the same manner as in Example 1.
The conversion in 48 hours after the polymerization was stopped was 83%, the amount of colloidal silica in the composite material was 29 wt%, Tg was 131 ° C., and all of the 3 mm thick molded products obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. The light transmittance was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 51,100 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.20. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例8]
表面改質コロイダルシリカを、合成例6で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル分散液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)に変えた以外は、溶媒であるアニソールと酢酸ブチルは、各々モノマーの100wt%、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した48時間での転化率は87%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は28wt%、Tgは126℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは54,200g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.21であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
[Example 8]
Anisole and butyl acetate as solvents except that the surface-modified colloidal silica was changed to 238.1 g of a butyl acetate dispersion of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 6 (66.7 g as surface-modified colloidal silica). Were 100 wt% of the monomer and the monomer / initiator ratio was 500/1, and a composite material was obtained in the same manner as in Example 1.
The conversion rate in the 48 hours after the polymerization was stopped was 87%, the amount of colloidal silica in the composite material was 28 wt%, Tg was 126 ° C, and the entire 3 mm molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C was used. The light transmittance was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 54,200 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.21. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例9]
RAFTによる熱可塑性複合材料の合成方法
3Lフラスコに合成したRAFT試薬4−シアノ−4−(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニルペンタン酸(4.8g、12.0mmol)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)(以下、AIBNと示す。0.4g、2.4mmol)を加えて窒素置換を行った。酢酸ブチル489.5ml、アルミナカラムを通して重合禁止剤を除去したメタクリル酸メチル(641.0ml、6.0mol)を加えた後、合成例7で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液222.2g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)を加えて、このフラスコを60℃の湯浴に浸し、反応を開始した。溶媒である酢酸ブチルは、モノマーの100wt%になるように導入し、モノマー/RAFT試薬/開始剤の比は500/1/0.2に調整した。
[Example 9]
Method for synthesizing thermoplastic composites by RAFT RAFT reagent 4-cyano-4- (dodecylsulfanylthiocarbonyl) sulfanylpentanoic acid (4.8 g, 12.0 mmol), 2,2′-azobis (isobutyrate) synthesized in a 3 L flask (Nitrile) (hereinafter referred to as AIBN, 0.4 g, 2.4 mmol) was added to perform nitrogen substitution. After adding 489.5 ml of butyl acetate and methyl methacrylate (641.0 ml, 6.0 mol) from which the polymerization inhibitor was removed through an alumina column, 222.2 g of a butyl acetate solution of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 7 (66.7 g as surface-modified colloidal silica) was added and the flask was immersed in a 60 ° C. hot water bath to initiate the reaction. The solvent, butyl acetate, was introduced so as to be 100 wt% of the monomer, and the ratio of monomer / RAFT reagent / initiator was adjusted to 500/1 / 0.2.

40時間後、転化率64%で重合を停止した。得られた複合材料液をメタノールに注いでポリマーを析出させ、数回洗浄した後、140℃で12時間真空乾燥させた。複合体中のコロイダルシリカ量は14wt%、Tgは126℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは50,000g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.16であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。   After 40 hours, the polymerization was stopped at a conversion rate of 64%. The obtained composite material liquid was poured into methanol to precipitate a polymer, washed several times, and then vacuum-dried at 140 ° C. for 12 hours. The amount of colloidal silica in the composite was 14 wt%, Tg was 126 ° C., and the total light transmittance of a 3 mm-thick molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 50,000 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.16. Neither fine foaming nor gel was observed.

[実施例10]
表面改質コロイダルシリカを、合成例11で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液(857.1g、表面改質コロイダルシリカとして257.1g)に変えた以外は、溶媒である酢酸ブチルは、モノマーの100wt%、モノマー/RAFT試薬/開始剤の比は500/1/0.2で、実施例5と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した45時間での転化率は69%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は31wt%、Tgは131℃で、ノズル温度250℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは52,800g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.11であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
[Example 10]
Except for changing the surface-modified colloidal silica to a butyl acetate solution of surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 11 (857.1 g, 257.1 g as surface-modified colloidal silica), butyl acetate, which is a solvent, A composite material was obtained in the same manner as in Example 5 with 100 wt% of monomer and the ratio of monomer / RAFT reagent / initiator being 500/1 / 0.2.
In 45 hours after the polymerization was stopped, the conversion rate was 69%, the amount of colloidal silica in the composite material was 31 wt%, the Tg was 131 ° C., and the entire 3 mm thick molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 250 ° C. The light transmittance was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 52,800 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.11. Neither fine foaming nor gel was observed.

[比較例1]
フリーラジカル重合(以下、FRPと示す。)による熱可塑性複合体の合成方法
3LフラスコにAIBN(3.9g、24.0mmol)、を加えて窒素置換を行った。酢酸ブチル722.3ml、アルミナカラムを通して重合禁止剤を除去したメタアクリル酸メチル(641.0ml、6.0mol)を加えた後、合成例5で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)を加えて、このフラスコを80℃の湯浴に浸し、反応を開始した。溶媒である酢酸ブチルは、モノマーの125wt%になるように導入し、モノマー/開始剤の比は100/0.4に調整した。
[Comparative Example 1]
Method for synthesizing thermoplastic composite by free radical polymerization (hereinafter referred to as FRP) AIBN (3.9 g, 24.0 mmol) was added to a 3 L flask, and nitrogen substitution was performed. After adding 722.3 ml of butyl acetate and methyl methacrylate (641.0 ml, 6.0 mol) from which the polymerization inhibitor had been removed through an alumina column, 238. butyl acetate solution of surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 5 1 g (66.7 g as surface-modified colloidal silica) was added and the flask was immersed in an 80 ° C. hot water bath to initiate the reaction. The solvent, butyl acetate, was introduced so as to be 125 wt% of the monomer, and the monomer / initiator ratio was adjusted to 100 / 0.4.

6時間後、転化率85%で重合を停止した。得られた複合材料液をメタノールに注いでポリマーを析出させ、数回洗浄した後、140℃で12時間真空乾燥させた。複合材料中のコロイダルシリカ量は11wt%、Tgは125℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は90%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは32,600g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.92であった。また、微発泡は観察されなかったが、ゲルは観察された。   After 6 hours, the polymerization was stopped at a conversion rate of 85%. The obtained composite material liquid was poured into methanol to precipitate a polymer, washed several times, and then vacuum-dried at 140 ° C. for 12 hours. The amount of colloidal silica in the composite material was 11 wt%, Tg was 125 ° C., and the total light transmittance of a 3 mm-thick molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. was 90%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 32,600 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.92. Moreover, although fine foaming was not observed, gel was observed.

[比較例2]
表面改質コロイダルシリカを、合成例1で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)に変えた以外は、比較例1と同様な方法で複合材料を得た。
重合を停止した6時間での転化率は83%で、複合材料中のコロイダルシリカ量は13wt%、Tgは123℃で、ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は88%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは38,800g/mol、分子量分布Mw/Mnは2.10であった。また、微発泡、ゲルともに観察された。
[Comparative Example 2]
The surface-modified colloidal silica was replaced with 238.1 g of a butyl acetate solution of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 1 (66.7 g as surface-modified colloidal silica) in the same manner as in Comparative Example 1. A composite material was obtained.
The conversion rate in 6 hours after the polymerization was stopped was 83%, the amount of colloidal silica in the composite material was 13 wt%, Tg was 123 ° C., and all of the 3 mm thick molded products obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. The light transmittance was 88%. The number average molecular weight Mn of the polymer after the treatment with HF was 38,800 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 2.10. Both fine foaming and gel were observed.

[比較例3]
表面改質コロイダルシリカを使用しない以外は、アニソールと酢酸ブチルの溶媒は各々モノマーの100wt%、モノマー/開始剤の比は500/1で、実施例1と同様な方法でポリメタクリル酸メチルを得た。
重合を停止した48時間での転化率は85%、Tgは121℃で、ノズル温度230℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は92%であった。得られたポリマーの数平均分子量Mnは50,200g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.14であった。また、微発泡、ゲルともに観察されなかった。
[Comparative Example 3]
Except not using surface-modified colloidal silica, the solvent of anisole and butyl acetate was 100 wt% of the monomer and the monomer / initiator ratio was 500/1, and polymethyl methacrylate was obtained in the same manner as in Example 1. It was.
In 48 hours after the polymerization was stopped, the conversion rate was 85%, Tg was 121 ° C., and the 3 mm-thick molded product obtained by injection molding at a nozzle temperature of 230 ° C. had a total light transmittance of 92%. The number average molecular weight Mn of the obtained polymer was 50,200 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.14. Neither fine foaming nor gel was observed.

[比較例4]
表面改質コロイダルシリカを、クエンチ反応を実施していない合成例1で調製した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)に変えた以外は、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
複合材料中のコロイダルシリカ量は11wt%、Tgは125℃であった。ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は89%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは57,500g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.21であった。また、微発泡、ゲルともに観察された。
[Comparative Example 4]
Implementation was performed except that the surface-modified colloidal silica was changed to 238.1 g of a butyl acetate solution of the surface-modified colloidal silica prepared in Synthesis Example 1 in which the quench reaction was not performed (66.7 g as the surface-modified colloidal silica). A composite material was obtained in the same manner as in Example 1.
The amount of colloidal silica in the composite material was 11 wt%, and Tg was 125 ° C. The total light transmittance of a molded article having a thickness of 3 mm obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. was 89%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 57,500 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.21. Both fine foaming and gel were observed.

[比較例5]
合成例2の表面改質コロイダルシリカをクエンチ処理せずに、合成例9と同様な洗浄を行うことで調整した表面改質コロイダルシリカの酢酸ブチル溶液238.1g(表面改質コロイダルシリカとして66.7g)に変えた以外は、実施例1と同様な方法で複合材料を得た。
複合材料中のコロイダルシリカ量は13wt%、Tgは125℃であった。ノズル温度240℃で射出成形して得られた3mm厚成形品の全光線透過率は89%であった。HFで処理した後のポリマーの数平均分子量Mnは54,100g/mol、分子量分布Mw/Mnは1.28であった。また、微発泡、ゲルともに観察された。





[Comparative Example 5]
238.1 g of a butyl acetate solution of surface-modified colloidal silica prepared by washing in the same manner as in Synthesis Example 9 without quenching the surface-modified colloidal silica of Synthesis Example 2 (66. A composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 7g).
The amount of colloidal silica in the composite material was 13 wt%, and Tg was 125 ° C. The total light transmittance of a molded article having a thickness of 3 mm obtained by injection molding at a nozzle temperature of 240 ° C. was 89%. The number average molecular weight Mn of the polymer after treatment with HF was 54,100 g / mol, and the molecular weight distribution Mw / Mn was 1.28. Both fine foaming and gel were observed.





本発明の製造方法により得られる熱可塑性複合材料は、ハードコートなどの従来の分野以外にも、成形体として光学材料、電子材料、接着剤等の分野で好適に利用できる。   The thermoplastic composite material obtained by the production method of the present invention can be suitably used in the fields of optical materials, electronic materials, adhesives and the like as molded articles, in addition to conventional fields such as hard coating.

Claims (10)

カップリング剤で表面修飾されたナノ無機粒子の存在下で、遊離の開始剤によりラジカル重合性モノマーをリビングラジカル重合させて熱可塑性樹脂を形成させる、熱可塑性複合材料の製造方法であって、
前記表面修飾の反応を生じる前記カップリング剤及びナノ無機粒子の官能基のうち当該反応を生じていない残存官能基を、前記リビングラジカル重合の前又は後に、クエンチ剤の官能基と反応させる、製造方法。
A method for producing a thermoplastic composite material, wherein in the presence of nano-inorganic particles surface-modified with a coupling agent, a radically polymerizable monomer is living radically polymerized with a free initiator to form a thermoplastic resin,
Production of reacting the functional group of the quenching agent before or after the living radical polymerization, among the functional groups of the coupling agent and nano-inorganic particles causing the surface modification reaction, before or after the living radical polymerization Method.
前記ラジカル重合性モノマーは、(メタ)アクリル酸エステルである、請求項1記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the radical polymerizable monomer is a (meth) acrylic acid ester. 前記カップリング剤は、ラジカル反応性二重結合を有するカップリング剤である、請求項1又は2記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the coupling agent is a coupling agent having a radical reactive double bond. 前記ナノ無機粒子は、ケイ素、チタン、ジルコニウム又はアルミニウムの酸化物からなる、平均直径が50nm以下のナノ無機粒子である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。   The said nano inorganic particle is a manufacturing method as described in any one of Claims 1-3 which is a nano inorganic particle which consists of an oxide of silicon, titanium, zirconium, or aluminum and whose average diameter is 50 nm or less. 前記リビングラジカル重合は、原子移動ラジカル重合である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。   The said living radical polymerization is a manufacturing method as described in any one of Claims 1-4 which is atom transfer radical polymerization. 前記リビングラジカル重合は、可逆的付加解裂連鎖移動重合である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。   The said living radical polymerization is a manufacturing method as described in any one of Claims 1-4 which is reversible addition cleavage chain transfer polymerization. 前記リビングラジカル重合における前記ラジカル重合性モノマーの転化率が、60%以上95%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claims 1-6 whose conversion rate of the said radically polymerizable monomer in the said living radical polymerization is 60% or more and 95% or less. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法で製造された熱可塑性複合材料であって、
ラジカル重合性モノマーを重合してなる重合体中に平均粒子径が100nm以下のナノ無機粒子が分散されており、該重合体の数平均分子量Mnが10,000〜500,000g/molであり、分子量分布Mw/Mnが1.1〜1.5の範囲にある、熱可塑性複合材料。
A thermoplastic composite material produced by the production method according to any one of claims 1 to 7,
Nano-inorganic particles having an average particle size of 100 nm or less are dispersed in a polymer obtained by polymerizing a radical polymerizable monomer, and the number average molecular weight Mn of the polymer is 10,000 to 500,000 g / mol, A thermoplastic composite material having a molecular weight distribution Mw / Mn in the range of 1.1 to 1.5.
空気下、200℃1時間の加熱により発泡を生じない請求項8記載の熱可塑性複合材料。   The thermoplastic composite material according to claim 8, wherein foaming does not occur by heating at 200 ° C for 1 hour in air. 請求項8又は9記載の熱可塑性複合材料からなる成形品。
A molded article comprising the thermoplastic composite material according to claim 8 or 9.
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