JP5863673B2 - アクリルアクリレート樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
(メタ)アクリロイル基に変換可能な官能基を有する単量体(A)1〜100重量%と、(メタ)アクリロイル基に変換可能な官能基を有しない単量体(B)99〜0重量%を重合して、アクリル樹脂Pを得る。
アクリル樹脂Pに、(メタ)アクリロイル基に官能基変換するための単量体(C)を反応させ、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qを得る。
1.水酸基を有する単量体:N−メチロールアクリルアミド、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等
2.カルボキシル基を有する単量体:(メタ)アクリル酸、アクリロイルオキシエチルモノサクシネート等
3.エポキシ基を有する単量体:グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート等
4.アジリジニル基を有する単量体:2−アジリジニルエチル(メタ)アクリレート、2−アジリジニルプロピオン酸アリル等
5.アミノ基を有する単量体:(メタ)アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等
6.スルホン基を有する単量体:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等
7.イソシアネート基を有する単量体:2,4−トルエンジイソシアネートと2−ヒドロキシエチルアクリレートの等モル付加物のような、ジイソシアネートと活性水素を有するラジカル重合性単量体の付加物、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレート等
中でも、単量体(A)としては、塗工時や加工時の着色、耐侯性等の観点から、エポキシ基を有する単量体、水酸基を有する単量体が好ましく、エポキシ基を有する単量体がより好ましい。
(4−エテニルフェニル)メチル]オキシラン、4−(グリシジルオキシ)スチレン、4−ビニルエポキシシクロへキサン、ジグリシジルフマレート、ジエポキシシクロヘキシルメチルフマレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートが挙げられる。
ハロゲン化アルケン類;アリルメタクリレート、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、モノエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ジビニルベンゼンなどの多官能性モノマーが挙げられる。これらの単量体(B)は単独で、または2種類以上を併用して使用することができる。中でも、塗工時や加工時の着色や耐侯性、耐擦傷性、耐磨耗性等の観点から、(メタ)アクリル酸エステル類が好ましい。
=〔(仕込み原料総重量×固形成分比率−水・単量体以外の原料総重量)/仕込み単量体重量〕×100 (数式1)
体積平均粒子径は、マイクロトラックMT3000II(日機装(株)製)を用いて測定した。
<アクリル樹脂P−1の製造>
H型撹拌機を備えた8リットルガラス製反応器に脱イオン水200重量部、懸濁助剤であるリン酸水素2ナトリウム0.5重量部を仕込んだ。次に250rpmで攪拌しながら、反応器にラウロイルパーオキサイド0.95重量部を溶解させたメタクリル酸メチル60重量部、メタクリル酸グリシジル40重量部、チオグリコール酸2−エチルヘキシル0.35重量部からなるモノマー混合液を加え、反応器内を窒素置換しながら60℃に昇温して重合を開始した。初期懸濁安定剤は添加しなかった。60℃到達後60分経過時点で後期懸濁安定剤としてノニオン系水溶性高分子であるアデカプルロニックF−68(株式会社ADEKA製、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体)を0.06重量部添加した。この時点での重合転化率は42%であった。その後60℃でさらに60分反応させた後、80℃に昇温し、3時間攪拌し、重合を完結させた。得られた重合体を、樹脂量の3倍量の脱イオン水を用いた水洗を4回実施し、乾燥することでビーズ状の懸濁重合体粒子(アクリル樹脂P−1)を得た。アクリル樹脂P−1の平均粒子径は665μm、Mwは225000、Mw/Mn=3.9であった。
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器にメチルエチルケトン270重量部、アクリル樹脂P−1 100重量部を加え、300rpmで攪拌しながら、窒素ガス、および窒素/酸素混合ガス(酸素含有量9%)気流下にて70℃に昇温した。70℃到達後、アクリル樹脂P−1がメチルエチルケトンに溶解したのを確認したあと、攪拌数を250rpmに調整し、窒素気流下、及び窒素/酸素混合ガスをメチルエチルケトン溶液中にバブリングしながら、H−TEMPO 0.12重量部、アクリル酸20.3重量部、N,N−ジメチルベンジルアミン9.62重量部を加え、反応を開始した。反応開始から440分後、N,N−ジメチルベンジルアミン1.20重量部を加え、さらに100分間攪拌することにより、側鎖にアクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−1を得た。なお、水酸化カリウムによる中和滴定で残存しているアクリル酸を定量することにより、グリシジル基とアクリル酸の反応はほぼ100%進んでいることも確認した。
80℃×1分乾燥で溶媒を揮発させた後、指で表面を触り、タックがあるかどうかを以下の基準で評価した。
○:べたつきがない、×:べたつきがある。
コーティングフィルムの透明性を以下の基準で目視判定した。
○:透明である、×:濁りがある。
磨耗試験機を用いて、スチールウール(#0000)を200g荷重下で20往復させた。磨耗試験前後の透明性の変化を目視判定し、耐磨耗性とした。
○:試験前後で透明性の悪化が少なく、耐磨耗性に優れる、×:試験前後で透明性が悪化し、耐磨耗性が劣る。
得られた積層シートを促進耐侯性試験JIS K7102に準拠し、サンシャインウェザーオメーター(スガ試験機製、型式:WEL−SUN−HC(H))を用いブラックパネル温度63℃、水スプレーを60分中12分間の条件で5000時間暴露した後の外観を目視評価した。
○:良好、×:白化またはクラック有り
・硬化収縮(体積収縮率)
実施例1で得たアクリルアクリレート樹脂Q−1のメチルエチルケトン溶液に対して、イルガキュア184をポリマー純分100重量部に対して3重量部添加し、ガラス板上に膜厚9μmのバーコーターで塗布し、乾燥機で80℃×1分乾燥後、UV硬化装置(LC−6B、フュージョンUVシステムズ・ジャパン(株))を用いて積算光量467mJ/cm2の紫外線を照射して、アクリルアクリレート樹脂Q−1の硬化物を作成した。得られた硬化物の硬化前後の23℃での比重を比重計で測定し、体積収縮の度合いを判定した。
○:体積収縮が小さい、×:体積収縮が大きい
・接着強度
実施例1で得たアクリルアクリレート樹脂Q−1 45重量部、アクリロイルモルフォリン10重量部、フェノキシエチルアクリレート20重量部、イソボルニルアクリレート15重量部、ビニルカプロラクタム5重量部、イルガキュア184 5重量部を、攪拌機を備えた反応容器に仕込み、50〜60℃で攪拌し、接着剤組成物を調製した。次に60μm厚のアプリケーターバーを用いて200μm厚の塩ビシート上に塗布した上に、20μm厚の透明な塩化ビニルフィルムを気泡が入らないように張り合わせた。これを450mJ/cm2の透明フィルム側から紫外線を照射して硬化し、T−peel試験片とLap−Shear試験片を作成した。その試験片を用い、23℃、相対湿度50%の環境中でT−peel強度とLap−Shear強度を評価した。
○:接着強度が良好、×:接着強度が劣る
上記評価結果を表1に示した。
<アクリル樹脂P−2の製造>
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器にメチルエチルケトン50重量部を入れ、80℃に昇温した。窒素雰囲気下でメタクリル酸メチル60重量部、メタクリル酸グリシジル40重量部、アゾビスイソブチロニトリル0.5重量部、n−オクチルメルカプタン4重量部からなるモノマー混合液を3時間かけて滴下した。その後、メチルエチルケトン80重量部とアゾビスイソブチロニトリル0.2重量部の混合物を加え、さらに4時間重合させることで、アクリル樹脂P−2のメチルエチルケトン溶液を得た。得られたアクリル樹脂P−2のMwは3700、Mw/Mn=1.8であった。
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器にメチルエチルケトン140重量部、上述のアクリル樹脂P−2のメチルエチルケトン溶液230重量部(ポリマー純分で100重量部)を加え、300rpmで攪拌しながら、窒素ガス、および窒素/酸素混合ガス(酸素含有量9%)気流下にて70℃に昇温した。70℃到達後、攪拌数を250rpmに調整し、窒素気流下、及び窒素/酸素混合ガスをメチルエチルケトン溶液中にバブリングしながら、H−TEMPO 0.12重量部、アクリル酸20.3重量部、N,N−ジメチルベンジルアミン9.62重量部を加え、反応を開始した。反応開始から440分後、N,N−ジメチルベンジルアミン1.20重量部を加え、さらに100分間攪拌することにより、側鎖にアクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−2を得た。なお、水酸化カリウムによる中和滴定で残存しているアクリル酸を定量することにより、グリシジル基とアクリル酸の反応はほぼ100%進んでいることも確認した。
<アクリル樹脂P−3の製造>
H型撹拌機を備えた8リットルガラス製反応器に脱イオン水200重量部、懸濁助剤であるリン酸水素2ナトリウム0.5重量部を仕込んだ。次に250rpmで攪拌しながら、反応器にラウロイルパーオキサイド0.95重量部を溶解させたメタクリル酸メチル90重量部、メタクリル酸グリシジル10重量部、チオグリコール酸2−エチルヘキシル0.20重量部からなるモノマー混合液を加え、反応器内を窒素置換しながら60℃に昇温して重合を開始した。初期懸濁安定剤は添加しなかった。60℃到達後80分経過時点で後期懸濁安定剤としてノニオン系水溶性高分子であるアデカプルロニックF−68(株式会社ADEKA製、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体)を0.06重量部添加した。この時点での重合転化率は40%であった。その後60℃でさらに65分反応させた後、80℃に昇温し、3時間攪拌し、重合を完結させた。得られた重合体を、樹脂量の3倍量の脱イオン水を用いた水洗を4回実施し、乾燥することでビーズ状の懸濁重合体粒子(アクリル樹脂P−3)を得た。アクリル樹脂P−3の平均粒子径は500μm、Mwは179000、Mw/Mn=2.2であった。
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器にメチルエチルケトン270重量部、アクリル樹脂P−3 100重量部を加え、300rpmで攪拌しながら、窒素ガス、および窒素/酸素混合ガス(酸素含有量9%)気流下にて70℃に昇温した。70℃到達後、アクリル樹脂P−3がメチルエチルケトンに溶解したのを確認したあと、攪拌数を200rpmに調整し、窒素気流下、及び窒素/酸素混合ガスをメチルエチルケトン溶液中にバブリングしながら、H−TEMPO 0.5重量部、アクリル酸5.07重量部、N,N−ジメチルベンジルアミン0.219重量部を加え、反応を開始した。反応開始後、系の粘度が増加するとともに攪拌数を徐々に上げ、最終的に670rpmまで上げた。N,N−ジメチルベンジルアミン追加から420分間攪拌することにより、側鎖にアクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−3を得た。なお、水酸化カリウムによる中和滴定で残存しているアクリル酸を定量することにより、グリシジル基とアクリル酸の反応はほぼ100%進んでいることも確認した。
<アクリル樹脂P−4の製造>
H型撹拌機を備えた8リットルガラス製反応器に脱イオン水200重量部、懸濁助剤であるリン酸水素2ナトリウム0.5重量部を仕込んだ。次に250rpmで攪拌しながら、反応器にラウロイルパーオキサイド0.95重量部を溶解させたメタクリル酸メチル80重量部、メタクリル酸グリシジル20重量部、チオグリコール酸2−エチルヘキシル0.25重量部からなるモノマー混合液を加え、反応器内を窒素置換しながら60℃に昇温して重合を開始した。初期懸濁安定剤は添加しなかった。60℃到達後80分経過時点で後期懸濁安定剤としてノニオン系水溶性高分子であるアデカプルロニックF−68(株式会社ADEKA製、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体)を0.06重量部添加した。この時点での重合転化率は40%であった。その後60℃でさらに60分反応させた後、80℃に昇温し、3時間攪拌し、重合を完結させた。得られた重合体を、樹脂量の3倍量の脱イオン水を用いた水洗を4回実施し、乾燥することでビーズ状の懸濁重合体粒子(アクリル樹脂P−4)を得た。アクリル樹脂P−4の平均粒子径は550μm、Mwは240000、Mw/Mn=3.1であった。
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器に1−メトキシー2−プロパノール400重量部、アクリル樹脂P−4 100重量部を加え、300rpmで攪拌しながら、窒素ガス、および窒素/酸素混合ガス(酸素含有量9%)気流下にて115℃に昇温した。115℃到達後、アクリル樹脂P−4が1−メトキシー2−プロパノールに溶解したのを確認したあと、攪拌数を300rpmに調整し、窒素気流下、及び窒素/酸素混合ガスを1−メトキシー2−プロパノール溶液中にバブリングしながら、H−TEMPO 0.5重量部、アクリル酸10.141重量部、N,N−ジメチルベンジルアミン0.439重量部を加え、反応を開始した。反応開始後、650分間攪拌することにより、側鎖にアクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−4を得た。なお、水酸化カリウムによる中和滴定で残存しているアクリル酸を定量することにより、グリシジル基とアクリル酸の反応はほぼ100%進んでいることも確認した。
<側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−5の合成>
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器に1−メトキシー2−プロパノール390重量部、アクリル樹脂P−4 100重量部を加え、300rpmで攪拌しながら、窒素ガス、および窒素/酸素混合ガス(酸素含有量9%)気流下にて115℃に昇温した。115℃到達後、アクリル樹脂P−4が1−メトキシー2−プロパノールに溶解したのを確認したあと、攪拌数を300rpmに調整し、窒素気流下、及び窒素/酸素混合ガスを1−メトキシー2−プロパノール溶液中にバブリングしながら、H−TEMPO 0.5重量部、アクリル酸12.169重量部、N,N−ジメチルベンジルアミン0.439重量部を加え、反応を開始した。反応開始後、610分間攪拌することにより、側鎖にアクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−5を得た。なお、水酸化カリウムによる中和滴定で残存しているアクリル酸を定量することにより、グリシジル基とアクリル酸の反応はほぼ100%進んでいることも確認した。
<アクリル樹脂P−5の製造>
H型撹拌機を備えた8リットルガラス製反応器に脱イオン水200重量部、懸濁助剤であるリン酸水素2ナトリウム0.5重量部を仕込んだ。次に250rpmで攪拌しながら、反応器にラウロイルパーオキサイド0.95重量部を溶解させたメタクリル酸メチル85重量部、メタクリル酸グリシジル15重量部、チオグリコール酸2−エチルヘキシル0.20重量部からなるモノマー混合液を加え、反応器内を窒素置換しながら60℃に昇温して重合を開始した。初期懸濁安定剤は添加しなかった。60℃到達後75分経過時点で後期懸濁安定剤としてノニオン系水溶性高分子であるアデカプルロニックF−68(株式会社ADEKA製、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体)を0.06重量部添加した。この時点での重合転化率は38%であった。その後60℃でさらに65分反応させた後、80℃に昇温し、3時間攪拌し、重合を完結させた。得られた重合体を、樹脂量の3倍量の脱イオン水を用いた水洗を4回実施し、乾燥することでビーズ状の懸濁重合体粒子(アクリル樹脂P−5)を得た。アクリル樹脂P−5の平均粒子径は500μm、Mwは209000、Mw/Mn=2.5であった。
半月板状攪拌機を備えた200mlガラス製反応器に1−メトキシー2−プロパノール390重量部、アクリル樹脂P−5 100重量部を加え、300rpmで攪拌しながら、窒素ガス、および窒素/酸素混合ガス(酸素含有量9%)気流下にて115℃に昇温した。115℃到達後、アクリル樹脂P−5が1−メトキシー2−プロパノールに溶解したのを確認したあと、攪拌数を300rpmに調整し、窒素気流下、及び窒素/酸素混合ガスを1−メトキシー2−プロパノール溶液中にバブリングしながら、H−TEMPO 0.5重量部、アクリル酸9.127重量部、N,N−ジメチルベンジルアミン0.329重量部を加え、反応を開始した。反応開始後、540分間攪拌することにより、側鎖にアクリロイル基を有するアクリル樹脂Q−6を得た。なお、水酸化カリウムによる中和滴定で残存しているアクリル酸を定量することにより、グリシジル基とアクリル酸の反応はほぼ100%進んでいることも確認した。
Claims (7)
- (メタ)アクリロイル基に変換可能な官能基を有する単量体(A)1〜100重量%と(メタ)アクリロイル基に変換可能な官能基を有しない単量体(B)99〜0重量%との懸濁重合により、重量平均分子量(Mw)が1万以上であるアクリル樹脂Pを製造した後、アクリル樹脂Pと単量体(C)を反応させることでアクリル樹脂Pの側鎖に(メタ)アクリロイル基を導入することを含み、
単量体(A)がエポキシ基を含有する単量体を含み、単量体(C)がカルボキシル基を含有する単量体を含み、
アクリル樹脂Pを懸濁重合で製造するのに際し、アクリル樹脂Pを構成する単量体に対して350ppm以下の初期懸濁安定剤の存在下で重合を開始した後、重合転化率が20〜90%になった時点で後期懸濁安定剤を添加し、
前記初期懸濁安定剤がノニオン系水溶性高分子、及び/または水難溶性の無機微粒子であることを特徴とする、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。 - 初期懸濁安定剤がノニオン系水溶性高分子であることを特徴とする、請求項1に記載の、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。
- 初期懸濁安定剤を使用せずに重合を開始することを特徴とする、請求項1または2に記載の、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。
- ノニオン系水溶性高分子がポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロック共重合体であることを特徴とする、請求項1または2に記載の、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。
- アクリル樹脂Pの重量平均分子量(Mw)が8万以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。
- アクリル樹脂Pの多分散度(Mw/Mn)が1.8以上であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。
- (メタ)アクリル酸エステルのみからなる単量体の懸濁重合によりアクリル樹脂Pを製造することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の、側鎖に(メタ)アクリロイル基を有するアクリルアクリレート樹脂Qの製造方法。
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