JP6910378B2 - 成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、透明性を損なうことなく、耐衝撃性に優れる成形体およびその製造方法を提供することである。
[1] 樹脂を含む成形体であって、
前記成形体は、広角X線回折測定により得られる方位角分布曲線に基づき、下記式(1)および下記式(2)により求められるヘルマンの配向度fが0.006以上であり、かつヘイズが10%未満であり、
前記樹脂は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位と、ポリロタキサン化合物に由来する構造単位とを有し、
前記ポリロタキサン化合物は、
前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、
前記環状分子によって串刺し状に包接される直鎖状分子と、
前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子の脱離を防止するための封鎖基とを有する、成形体。
(式中、I(φ)は広角X線回折測定により得られる方位角分布曲線における方位角度φでの輝度を表す。)
[2] 前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基が(メタ)アクリロイル基である、[1]に記載の成形体。
[3] 前記末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体が(メタ)アクリル酸エステルである、[1]または[2]に記載の成形体。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の成形体を含む自動車用材料。
[5] [1]〜[3]のいずれかに記載の成形体を含む表示窓保護板。
[6]樹脂を含む成形体の製造方法であって、
前記樹脂は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位と、ポリロタキサン化合物に由来する構造単位とを有し、
前記ポリロタキサン化合物は、
前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、
前記環状分子によって串刺し状に包接される直鎖状分子と、
前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子の脱離を防止するための封鎖基とを有し、
前記製造方法は、前記樹脂のガラス転移温度より30℃低い温度以上、かつ前記樹脂の熱分解温度未満で、前記樹脂を延伸する工程を含む、成形体の製造方法。
「(メタ)アクリル酸」とは、メタクリル酸またはアクリル酸を指し、「(メタ)アクリロイル基」とは、メタクリロイル基またはアクリロイル基を指す。
「エチレン性不飽和」化合物とは、−CR=CH2(ただし、Rは置換されていてもよいヒドロカルビル基を表す。)で表される基を有する化合物である。例えば、エチレン性不飽和カルボン酸とは、前記−CR=CH2(ただし、Rはヒドロカルビル基を表す。)で表される基を有するカルボン酸を指す。
「ヒドロカルビル基」とは、炭化水素から1個の水素原子を除いた1価の基を指す。
「付加重合」は、連鎖重合の一つである。付加重合では、重合開始剤等により成長活性種(ラジカル、カチオン、アニオン)が生成され、この活性種に対する単量体の連鎖的な攻撃により反応が進行する。付加重合は、開始反応、成長反応、移動反応、および停止反応の素反応からなる反応である。
「ポリロタキサン化合物」とは、前記末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体の該炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、前記環状分子によって串刺し状に包接される直鎖状分子と、前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子の脱離を防止するための封鎖基とを有する化合物である。
「ポリロタキサン」とは、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有さない環状分子である環状分子Aと、前記環状分子Aによって串刺し状に包接される直鎖状分子と、前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子Aの脱離を防止するための封鎖基とを有する化合物である。
本発明に係る成形体は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位と、ポリロタキサン化合物に由来する構造単位とを有する樹脂(以下、樹脂Pともいう。)を含む。
末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物、シアン化ビニル化合物、エチレン性不飽和カルボン酸ヒドロキシアルキルエステル、エチレン性不飽和スルホン酸エステル、エチレン性不飽和カルボン酸アミド、エチレン性不飽和カルボン酸、エチレン性不飽和スルホン酸、エチレン性不飽和アルコールまたはそのエステル、エチレン性不飽和エーテル化合物、エチレン性不飽和アミン化合物、エチレン性不飽和シラン化合物、ハロゲン化ビニル、脂肪族共役ジエン系化合物等が挙げられる。末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記アクリル酸エステルとしては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基、炭素原子数3以上12以下のシクロアルキル基、および炭素原子数6以上12以下のアリール基からなる群より選ばれる少なくとも一種の基を有するものが好ましく、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられる。前記アクリル酸エステルは、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記メタクリル酸エステルとしては、炭素原子数1以上12以下のアルキル基、炭素原子数3以上12以下のシクロアルキル基、および炭素原子数6以上12以下のアリール基からなる群より選ばれる少なくとも一種の基を有するものが好ましく、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル等が挙げられる。前記メタクリル酸エステルは、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ポリロタキサン化合物とは、前記末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体の該炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、前記環状分子によって串刺し状に包接される直鎖状分子と、前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子の脱離を防止するための封鎖基とを有する化合物である。
図1は、前記ポリロタキサン化合物の基本構造を概念的に示す模式図である。図1において、ポリロタキサン化合物1は、直鎖状分子3と、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子2と、直鎖状分子3の両末端に配置された封鎖基4とを有する。
直鎖状分子3が環状分子2の開口部を貫通して、環状分子2によって包接されている。図1に示される状態、すなわち、直鎖状分子3が環状分子2の開口部を貫通している状態を、本明細書では「直鎖状分子が串刺し状に包接されている」と定義する。
炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基としては、例えば、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基等が挙げられ、好ましくは、メタクリロイル基である。なお、水酸基は、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基に包含されない。炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子は、上記官能基を1つ有していても、2種以上有していてもよく、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基以外の基を有していてもよい。
直鎖状分子の例としては、例えば、ポリビニルアルコール;ポリビニルピロリドン;ポリ(メタ)アクリル酸;セルロース系樹脂(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等);ポリアクリルアミド;ポリエチレンオキサイド;ポリエチレングリコール;ポリプロピレングリコール;ポリビニルアセタール系樹脂;ポリビニルメチルエーテル;ポリアミン;ポリエチレンイミン;カゼイン;ゼラチン;でんぷん等;の他、以上に示した重合体(樹脂)の共重合体が挙げられる。
直鎖状分子の他の例としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびその他オレフィン系単量体との共重合体等のポリオレフィン系樹脂;ポリエステル樹脂;ポリ塩化ビニル樹脂;ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体等のポリスチレン系樹脂;ポリメチルメタクリレート、(メタ)アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体等の(メタ)アクリル系樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリウレタン樹脂;塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体;ポリビニルブチラール樹脂;の他、以上に示した重合体(樹脂)の誘導体または変性体が挙げられる。
直鎖状分子のさらに他の例としては、例えば、ポリイソブチレン;ポリテトラヒドロフラン;ポリアニリン;アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂);ナイロン等のポリアミド類;ポリイミド類;ポリイソプレン、ポリブタジエン等のポリジエン類;ポリジメチルシロキサン等のポリシロキサン類;ポリスルホン類;ポリイミン類;ポリ無水酢酸類;ポリ尿素類;ポリスルフィド類;ポリフォスファゼン類;ポリケトン類;ポリフェニレン類;ポリハロオレフィン類;の他、以上に示した重合体(樹脂)の誘導体等が挙げられる。
直鎖状分子は、好ましくはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、またはポリプロピレンであり、より好ましくはポリエチレングリコールである。
直鎖状分子は、前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有していてもよい。
ある実施形態において、直鎖状分子の重量平均分子量は、好ましくは21000以上100000以下であり、より好ましくは25000以上100000以下である。
重量平均分子量が上記の範囲の直鎖状分子を有するポリロタキサン化合物を用いることで、より耐衝撃性に優れる成形体を得ることができる。また、直鎖状分子の重量平均分子量を適切に選択することにより、成形体の透明性を向上させ得る。
直鎖状分子の重量平均分子量は、例えば、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で、分子量が既知の直鎖状分子を標準試薬として用い、溶出時間と分子量から検量線を作成することで、測定することができる。前記直鎖状分子は、溶媒に溶解させて用い、検出器にはRI検出器を用いる。
封鎖基としては、例えば、ジニトロフェニル基類(2,4−ジニトロフェニル基、3,5−ジニトロフェニル基等)、ジアルキルフェニル基類、シクロデキストリン類の構造を有する基、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類の構造を有する基、ピレン類の構造を有する基、置換ベンゼン類の構造を有する基(アルキルベンゼン、アルキルオキシベンゼン、フェノール、ハロベンゼン、シアノベンゼン、安息香酸、アミノベンゼン等の構造を有する基)、置換されていてもよい多核芳香族類の構造を有する基、ステロイド類の構造を有する基、およびこれらの誘導体または変性体の構造を有する基等が挙げられる。
封鎖基は、好ましくはジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類の構造を有する基、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類の構造を有する基、またはピレン類の構造を有する基であり、より好ましくはアダマンタン基類である。
ポリロタキサン化合物の製造方法としては、例えば、
(i)塩基性化合物または触媒存在下で、ポリロタキサンと、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する化合物(以下、化合物Xと称する。)とを反応させる方法、および
(ii)炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子を用いて、特許第3475252号公報、国際公開第2009/136618号公報、特許第3968414号公報等に記載の方法により製造する方法
等が挙げられる。
ポリロタキサンの直鎖状分子および封鎖基の例示は、前述のポリロタキサン化合物における直鎖状分子および封鎖基と同様である。
化合物Xと反応し得るクラウンエーテル類や環状シロキサン類として、特許第3968414号公報や特開平6−299119号公報に記載の化合物も挙げられる。ポリロタキサンは、環状分子Aを1種または2種以上有していてもよい。
環状分子Aとしては、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、またはγ−シクロデキストリンが好ましく、α−シクロデキストリンがより好ましい。
化合物Xとしては、より具体的には、ビニル基、アクリロイル基、およびメタクリロイル基からなる群より選ばれる基を少なくとも一つ有する塩化物、ビニル基、アクリロイル基、およびメタクリロイル基からなる群より選ばれる基を少なくとも一つ有するイソシアネート化合物、ビニル基、アクリロイル基、およびメタクリロイル基からなる群より選ばれる基を少なくとも一つ有するイソチオシアネート化合物、ビニル基、アクリロイル基、およびメタクリロイル基からなる群より選ばれる基を少なくとも一つと水酸基とを有する化合物等が挙げられる。
前記(i)で用いる触媒としては、例えば、ジラウリン酸ジブチルスズ、オクチル酸スズ、オクチル酸ビスマス、オクチル酸亜鉛、オクチル酸鉛、デカン酸ビスマス、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N,N',N'−テトラメチルエチレンジアミン等が挙げられる。
脂肪族イソシアネートとしては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、1,2−ブチレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、2,4,4−または2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトヘキサン酸メチル(慣用名:リジンジイソシアネート)等の脂肪族ジイソシアネート;2,6−ジイソシアナトヘキサン酸2−イソシアナトエチル、1,6−ジイソシアナト−3−イソシアナトメチルヘキサン、1,4,8−トリイソシアナトオクタン、1,6,11−トリイソシアナトウンデカン、1,8−ジイソシアナト−4−イソシアナトメチルオクタン、1,3,6−トリイソシアナトヘキサン、2,5,7−トリメチル−1,8−ジイソシアナト−5−イソシアナトメチルオクタン等の脂肪族トリイソシアネート等を挙げることができる。脂肪族イソシアネートは、1種のみを用いてもよく、2種以上用いてもよい。
また、直鎖状分子として水酸基を有する化合物を含むポリロタキサン化合物を用いた場合、化合物X(必要に応じて化合物Y)は、環状分子Aだけでなく直鎖状分子と反応する。これにより、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する直鎖状分子とを含むポリロタキサン化合物を得ることができる。
官能基の数が過度に少ないと末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体との反応が十分に進行せず、成形体の透明性が損なわれるおそれがある。また、官能基の数が過度に多いと成形体の外観が悪くなるおそれがある。
シクロデキストリン類を有するポリロタキサンに含まれる水酸基が有する水素原子の数(すなわち、水酸基価)は、JIS K 0070に基づいて測定することができる。
環状分子がシクロデキストリン類以外である場合においても、ポリロタキサン化合物において、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基の数は、上記の範囲内であることが好ましい。
樹脂Pは、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位と、ポリロタキサン化合物に由来する構造単位とを有する樹脂である。
樹脂Pにおけるポリロタキサン化合物に由来する構造単位の含有量は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位とポリロタキサン化合物に由来する構造単位との合計量100質量%に対して、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上50質量%以下であることがさらに好ましい。
また、樹脂Pにおける末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位の含有量は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位とポリロタキサン化合物に由来する構造単位との合計量100質量%に対して、97質量%以下であることが好ましく、50質量%以上95質量%以下であることが好ましく、50質量%以上90質量%以下であることがさらに好ましい。
末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位の含有量、およびポリロタキサン化合物に由来する構造単位の含有量を、上記の範囲にした樹脂Pを用いることで、透明性を損なうことなく、耐衝撃性に優れる成形体を得ることができる。
前記重合開始剤としては、アゾ系開始剤(例えば、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等)、過酸化物系開始剤(ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等)、有機過酸化物とアミン類とを組み合わせたレドックス系開始剤等が挙げられる。樹脂Pの製造においては、透明性に優れる成形体が得られるように、使用する末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に応じて、適切な重合方法(光照射、加熱等)や重合開始剤の種類等が適宜選択される。
重合時に前記重合開始剤を使用する場合、前記重合開始剤の使用量は、重合時に使用する前記末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体と前記ポリロタキサン化合物の合計量100質量部に対して、好ましくは0.01質量部以上1質量部以下であり、より好ましくは0.01質量部以上0.5質量部以下である。
樹脂Pの熱分解温度は、例えば260℃以上であり、成形体の耐熱性の観点から、好ましくは280℃以上である。
以下、樹脂Pのガラス転移温度をガラス転移温度Tgbともいう。
樹脂Pのガラス転移温度Tgbは、JIS K 7121に基づき、DSC(示差走査熱量測定)によって求められる中間点ガラス転移温度である。
樹脂Pの熱分解温度は、JIS K 7120に基づき、TGA(熱重量測定)によって求められる第一次開始温度である。
本発明に係る成形体は樹脂Pを含むものであり、透明性および耐衝撃性に優れ得る。
前記成形体は、耐衝撃性の観点から、樹脂Pを50質量%以上含むことが好ましく、70質量%以上含むことがより好ましく、90質量%以上含むことがさらに好ましい。最も好ましくは、前記成形体は、樹脂Pからなる(樹脂Pの含有量:100質量%)。前記成形体における樹脂Pの含有量は、100質量%未満、95質量%以下、または90質量%以下であってもよい。
前記添加剤としては、例えば、耐候性向上のための紫外線吸収剤(ヒンダードアミン系化合物等)、変色や黄変防止のための酸化防止剤(フェノール系化合物、リン系化合物等)、分子量制御のための連鎖移動剤(メチルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタンのような直鎖または分岐したアルキルメルカプタン化合物等)、難燃性付与のための難燃剤、着色剤等が挙げられる。
本発明に係る成形体は、耐衝撃性の観点から、ヘルマンの配向度fが好ましくは0.008以上であり、より好ましくは0.010以上である。
本発明に係る成形体は通常、ヘルマンの配向度fが1.0以下であり、成形体の寸法安定性の観点から、好ましくは0.6以下であり、より好ましくは0.2以下である。
本発明に係る成形体は、ヘルマンの配向度fが好ましくは0.006以上1.0以下であり、より好ましくは0.008以上0.6以下であり、さらに好ましくは0.010以上0.2以下である。
例えば特定の条件での延伸処理により、0.006以上のヘルマンの配向度fを成形体に付与することができる。
ヘルマンの配向度fは、広角X線回折(WAXD:Wide Angle X−ray Diffraction)により求められる。成形前の寸法に対する成形後の寸法の比が最大となる方向(MD)を長辺、成形前の寸法に対する成形後の寸法の比が最小となる方向(ND)を短辺とする長方形の板を成形体から切り出し、これを測定用試料とする。得られた測定用試料の厚みは約1mmとする。
下記のX線回折装置を用い、得られた測定用試料のMDの長辺とNDの短辺とを有する面に対して垂直な方向から、下記のX線出力条件でX線を測定用試料の一方のMDの長辺とNDの短辺とを有する面に照射し、透過法での回折像の撮像およびダイレクトビームの透過光強度ASの測定を行う。
X線回折装置:(株)リガク製の「NANO−Viewer」
X線出力条件:Cuターゲット、40kV、20mA
例えば、延伸速度を大きくするほど、ヘルマンの配向度fは大きくなる傾向があり、延伸温度を低くするほどヘルマンの配向度fは大きくなる傾向がある。また、プレス延伸法により成形体を製造する場合、厚み方向の延伸倍率を大きくするほどヘルマンの配向度fは大きくなる傾向があり、延伸後の冷却工程において、冷却速度が速いほどヘルマンの配向度fは大きくなる傾向がある。
本発明に係る成形体は、透明性の観点から、ヘイズが好ましくは6%以下であり、より好ましくは4%以下である。
本発明に係る成形体は、ヘイズが0.01%以上又は0.1%以上であってもよい。
本発明に係る成形体を加工して、所望する製品、部品(部材)を得てもよい。
本発明に係る成形体は、前記板、シートまたはフィルムから裁断された板片、シート片またはフィルム片であってもよい。
自動車用材料としては、例えば、リアランプカバーや、フロントガラス、サイドガラス、リアガラス等の自動車用窓等が挙げられる。
表示窓保護板とは、文字情報や画像情報等を表示するための窓(ディスプレイ)が存在する電子機器に使用するものであり、前記窓(ディスプレイ)を保護するものである。前記電子機器としては、携帯電話、スマートフォン、パソコン、タブレット、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯型ゲーム、ポータブルオーディオプレイヤー等が挙げられる。
本発明に係る成形体の製造方法は、樹脂Pを、前記樹脂Pのガラス転移温度より30℃低い温度以上、かつ前記樹脂Pの熱分解温度未満で延伸する工程を含む。
本発明に係る成形体の製造方法は、前記本発明に係る成形体を製造するための方法として好適である。
末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体およびポリロタキサン化合物を重合して樹脂Pを製造する工程と、
得られた樹脂Pを、該樹脂Pのガラス転移温度以上に加熱する工程と、
加熱した樹脂Pを、樹脂Pのガラス転移温度より30℃低い温度以上、かつ樹脂Pの熱分解温度以下で延伸する工程と、
を含む。
末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体およびポリロタキサン化合物を重合する方法としては、例えば、ガラスセルを用いた注液重合法(キャスト重合法)等が挙げられる。
前記成形体の製造方法は、延伸する工程により得られた成形体(延伸成形体)を、延伸時の負荷をかけた状態で、延伸する工程時の温度未満、かつ樹脂Pのガラス転移温度未満に冷却する工程をさらに含むことができる。
前記成形体の製造方法は、加熱する工程の前に、または加熱する工程を実施しながら、樹脂P以外の樹脂、前述の添加剤等の他の配合成分と、樹脂Pとを混合または混練する工程をさらに含むことができる。
前記成形体が樹脂Pと樹脂P以外の樹脂とを含む場合、前記樹脂Pのガラス転移温度、前記樹脂Pの熱分解温度はそれぞれ、樹脂Pと樹脂P以外の樹脂との混合物または混練物のガラス転移温度、樹脂Pと樹脂P以外の樹脂との混合物または混練物の熱分解温度と読み替えられる。
末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体およびポリロタキサン化合物を重合して樹脂Pを製造する工程と、
得られた樹脂Pを成形して未延伸成形体を製造する工程と、
得られた未延伸成形体を、樹脂Pのガラス転移温度以上に加熱する工程と、
加熱した未延伸成形体を、樹脂Pのガラス転移温度より30℃低い温度以上、かつ樹脂Pの熱分解温度以下で延伸する工程と、
を含む。
末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体およびポリロタキサン化合物を重合する方法としては、例えば、乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法等が挙げられる。
未延伸成形体を製造するための成形方法としては、例えば、押出成形法、射出成形法、熱板プレス成形法等が挙げられる。
未延伸成形体の形状は特に制限されないが、好ましくは板状、シート状またはフィルム状である。
前記成形体の製造方法は、延伸する工程により得られた成形体(延伸成形体)を、延伸時の負荷をかけた状態で、延伸する工程時の温度未満、かつ樹脂Pのガラス転移温度未満に冷却する工程をさらに含むことができる。
前記成形体の製造方法は、未延伸成形体を製造する工程の前に、樹脂P以外の樹脂、前述の添加剤等の他の配合成分と、樹脂Pとを混合または混練する工程をさらに含むことができる。
前記成形体が樹脂Pと樹脂P以外の樹脂とを含む場合、前記樹脂Pのガラス転移温度、前記樹脂Pの熱分解温度はそれぞれ、樹脂Pと樹脂P以外の樹脂との混合物または混練物のガラス転移温度、樹脂Pと樹脂P以外の樹脂との混合物または混練物の熱分解温度と読み替えられる。
延伸温度とは、延伸する工程の金型温度(ダイ温度)または、延伸槽の槽内温度の温度をいう。
延伸温度は、樹脂Pのガラス転移温度をTgb(℃)とするとき、(Tgb−30)℃以上(Tgb+90)℃以下であることが好ましく、(Tgb−25)℃以上(Tgb+80)℃以下であることがより好ましく、(Tgb−20)℃以上(Tgb+60)℃以下であることがさらに好ましく、(Tgb−15)℃以上(Tgb+40)℃以下であることがなおさらに好ましく、(Tgb−10)℃以上(Tgb+30)℃以下であることが特に好ましい。延伸温度が過度に低いと、白化し成形体の外観が悪くなるおそれがあり、また、割れが生じて成形体の外観が悪くなるおそれがあり、延伸時の温度が高いと、樹脂Pが十分に配向せず、ヘルマンの配向度fが0.006以上とならないおそれがあるとともに、より耐衝撃性に優れる成形体が得られにくいおそれがある。
成形体の透明性および耐衝撃性の観点から好ましい1つの実施形態において延伸温度は、Tgbより大きく、好ましくは(Tgb+10)℃以上又は(Tgb+20)℃以上である。この好ましい1つの実施形態において延伸温度は、樹脂Pの熱分解温度以下であり、好ましくは(Tgb+90)℃以下であり、より好ましくは(Tgb+80)℃以下であり、さらに好ましくは(Tgb+60)℃以下であり、なおさらに好ましくは(Tgb+40)℃以下であり、特に好ましくは(Tgb+30)℃以下である。
成形体の透明性および耐衝撃性の観点から好ましい1つの実施形態において延伸温度は、80℃を超える温度であり、好ましくは90℃以上であり、より好ましくは95℃以上であり、さらに好ましくは100℃以上である。この好ましい1つの実施形態において延伸温度は、樹脂Pの熱分解温度以下であり、好ましくは(Tgb+90)℃以下であり、より好ましくは(Tgb+80)℃以下であり、さらに好ましくは(Tgb+60)℃以下であり、なおさらに好ましくは(Tgb+40)℃以下であり、特に好ましくは(Tgb+30)℃以下である。
厚み方向の延伸倍率が大きすぎると、得られる成形体の外観が悪くなったり、寸法安定性に劣ったりするおそれがある。
厚み方向の延伸倍率とは、延伸前の厚み(すなわち、樹脂または未延伸成形体の厚み)/延伸後の成形体の厚みである。延伸倍率が小さいとヘルマンの配向度fが0.006以上とならないおそれがあるとともに、耐衝撃性に優れる成形体が得られにくいおそれがある。
厚み方向とは、延伸される対象の厚みを示す方向であり、通常、該対象の最も面積が広い面に対して垂直な方向である。例えば、プレス延伸法では、圧力を加える方向が厚み方向であり、一軸延伸法や二軸延伸法では、引張方向に垂直な方向が厚み方向である。
JIS K 7121に基づき、DSC(示差走査熱量測定)を用いて中間点ガラス転移温度を測定し、これをガラス転移温度とした。
JIS K 7120に基づき、流入ガスとして乾燥空気を用いたTGA(熱重量測定)によって第一次開始温度を測定し、これを熱分解温度とした。
得られた成形体について、ヘルマンの配向度fを広角X線回折(WAXD:Wide Angle X−ray Diffraction)により求めた。成形前の寸法に対する成形後の寸法の比が最大となる方向(MD)を長辺、成形前の寸法に対する成形後の寸法の比が最小となる方向(ND)を短辺とする長方形の板を成形体から切り出し、これを測定用試料とした。得られた測定用試料の厚みは約1mmとした。
下記のX線回折装置を用い、得られた測定用試料のMDの長辺とNDの短辺とを有する面に対して垂直な方向から、下記のX線出力条件でX線を測定用試料の一方のMDの長辺とNDの短辺とを有する面に照射し、透過法での回折像の撮像およびダイレクトビームの透過光強度ASの測定を行った。
X線回折装置:(株)リガク製の「NANO−Viewer」
X線出力条件:Cuターゲット、40kV、20mA
得られた成形体から横50mm×縦50mm、厚み3mmの大きさの試験片を切り出し、光を入射させ、JIS K 7136に準拠したヘイズメーターを用いてヘイズを測定し、成形体の透明性を評価した。
また、目視による白濁の有無によっても成形体の透明性を評価した。
JIS K 7111に基づき、得られた成形体から横10mm×縦8mm×厚さ3mmの大きさのノッチなし試験片を5本切り出し、それぞれの試験片についてフラットワイズ衝撃を加える試験を行った。
5本中すべての試験片に破断があった場合をBとし、1本以上の試験片に破断していないものがあった場合をAと評価した。
(1)ポリロタキサン化合物の製造
α−シクロデキストリン、重量平均分子量35000のポリエチレングリコール(PEG)、およびアダマンタン基類を有するポリロタキサンと、ε−カプロラクトンとを反応させて得られた、重量平均分子量が70万の「セルム(登録商標)スーパーポリマーSH3400P(アドバンスト・ソフトマテリアル(株)製)」340gを、脱水したメタクリル酸メチル1300mLに室温で溶解させた。メタクリロイルオキシエチルイソシアネート6.8mLを添加し、触媒としてジラウリン酸ジブチルスズを、メタクリロイルオキシエチルイソシアネート100質量部に対して1質量部添加した。その後、80℃で12時間撹拌し、ポリロタキサン化合物を得た。
得られたポリロタキサン化合物において、炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基の数は、ポリロタキサンに含まれる水酸基が有する水素原子の数100%に対して、11.1%である。
上記(1)で得られたポリロタキサン化合物10質量部、メタクリル酸メチル89.9質量部、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1質量部を添加し混合した。次いで、2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔が4mmのセルに、得られた混合物を流し込み、空気を熱媒とする重合槽中で、60℃にて5時間、次いで120℃にて40分加熱して重合させ、厚み4mmの板状の樹脂を得た。樹脂のガラス転移温度は、113℃であった。樹脂の熱分解温度は、200℃以上であった。樹脂の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
上記(2)で得られた樹脂を80mm×80mmのサイズ(厚みは4mm)に切り出し、140℃の恒温槽で40分加熱した。次いで、ダイを140℃に加熱したプレス機(株式会社神藤金属工業所製 単動圧縮成形機 NSF−70型 締め圧力70トン)を用いて、3mmの厚みになるまでプレス延伸を行った。延伸後ただちにプレス機のダイ内に通水してダイを冷却し、圧力をかけたままおよそ6分で50℃まで冷却することで、成形体を得た。
延伸工程における厚み方向の延伸倍率は1.3倍である。なお、厚み方向の延伸倍率とは、板状の樹脂のプレス延伸前の厚み/プレス延伸後の厚みにより算出された値である。成形体の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔を6mmにすることによって厚み6mmの板状の樹脂を得た後、厚み方向の延伸倍率を2.0倍にして延伸工程を実施したこと以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
樹脂の透明性を目視で確認したところ、透明であった。成形体の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔を8mmにすることによって厚み8mmの板状の樹脂を得た後、厚み方向の延伸倍率を2.7倍にして延伸工程を実施したこと以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
樹脂の透明性を目視で確認したところ、透明であった。成形体の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
延伸工程における恒温槽温度を100℃、ダイ温度を100℃にしたこと以外は実施例3と同様にして成形体を得た。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔を8mmにすることによって厚み8mmの板状の樹脂を得た後、該板状の樹脂を3枚重ね、得られた積層樹脂に対して、厚み方向の延伸倍率を8.0倍にして延伸工程を実施したこと以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
ポリロタキサン化合物を添加せず、メタクリル酸メチル99.9質量部、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1質量部を用いたこと以外は実施例2と同様にして成形体を得た。
樹脂の透明性を目視で確認したところ、透明であった。成形体の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、透明性および耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔を8mmにすることによって厚み8mmの板状の樹脂を得た後、厚み方向の延伸倍率を2.7倍にして延伸工程を実施したこと以外は、比較例1と同様にして成形体を得た。
樹脂の透明性を目視で確認したところ、透明であった。成形体の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
樹脂の製造において、ポリロタキサン化合物10質量部の代わりに、上記セルム(登録商標)スーパーポリマーSH3400Pを10質量部を用いたこと、および2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔を6mmにすることによって厚み6mmの板状の樹脂を得た後、厚み方向の延伸倍率を2.0倍にして延伸工程を実施したこと以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
得られた樹脂および成形体は不透明であった。
2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔を3mmにすることによって厚み3mmの板状の樹脂を得たこと、および延伸工程を実施しなかったこと以外は、実施例1と同様にして成形体を得た。
樹脂の透明性を目視で確認したところ、透明であった。成形体の透明性を目視で確認したところ、透明であった。
得られた成形体のヘルマンの配向度f、ヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
(1)ポリロタキサン化合物の製造
α−シクロデキストリン、重量平均分子量35000のポリエチレングリコール(PEG)、およびアダマンタン基類を有するポリロタキサンと、ε−カプロラクトンとを反応させて得られた、重量平均分子量が70万の「セルム(登録商標)スーパーポリマーSH3400P(アドバンスト・ソフトマテリアル(株)製)」340gを、脱水したメタクリル酸メチル1300mLに室温で溶解させた。メタクリロイルオキシエチルイソシアネート6.8mLを添加し、触媒としてジラウリン酸ジブチルスズを、メタクリロイルオキシエチルイソシアネート100質量部に対して1質量部添加した。その後、室温で5日間撹拌し、ポリロタキサン化合物を得た。
上記(1)で得られたポリロタキサン化合物10質量部、メタクリル酸メチル89.9質量部、および2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1質量部を添加し混合した。次いで、2枚のガラス板と軟質ポリ塩化ビニル製ガスケットとから構成される空隙の間隔が4mmのセルに、得られた混合物を流し込み、空気を熱媒とする重合槽中で、70℃にて3時間、次いで120℃にて40分加熱して重合させ、厚み4mmの板状の樹脂を得た。得られた樹脂のガラス転移温度は、78℃であった。
得られた樹脂を、23℃で1.2倍に一軸延伸することで成形体を得た。
得られた成形体のヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
セルム(登録商標)スーパーポリマーSH3400Pの代わりに、α−シクロデキストリン、重量平均分子量20000のポリエチレングリコール(PEG)、およびアダマンタン基類を有するポリロタキサンと、ε−カプロラクトンとを反応させて得られた、重量平均分子量が40万の「セルム(登録商標)スーパーポリマーSH2400P(アドバンスト・ソフトマテリアル(株)製)、水酸基価76mgKOH/g)」を用いたこと以外は比較例5と同様にして樹脂を得た。樹脂のガラス転移温度は、80℃であった。
得られた樹脂を、23℃で1.1倍に一軸延伸することで成形体を得た。
得られた成形体のヘイズおよび耐衝撃性を測定、評価した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- 樹脂を含む成形体であって、
前記成形体は、広角X線回折測定により得られる方位角分布曲線に基づき、下記式(1)および下記式(2)により求められるヘルマンの配向度fが0.006以上であり、かつヘイズが10%未満であり、
前記樹脂は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位と、ポリロタキサン化合物に由来する構造単位とを有し、
前記ポリロタキサン化合物は、
前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、
前記環状分子によって串刺し状に包接される直鎖状分子と、
前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子の脱離を防止するための封鎖基とを有する、成形体。
(式中、I(φ)は広角X線回折測定により得られる方位角分布曲線における方位角度φでの輝度を表す。) - 前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基が(メタ)アクリロイル基である、請求項1に記載の成形体。
- 前記末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体が(メタ)アクリル酸エステルである、請求項1または2に記載の成形体。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の成形体を含む自動車用材料。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の成形体を含む表示窓保護板。
- 樹脂を含む成形体の製造方法であって、
前記樹脂は、末端に炭素−炭素二重結合を有する単量体に由来する構造単位と、ポリロタキサン化合物に由来する構造単位とを有し、
前記ポリロタキサン化合物は、
前記炭素−炭素二重結合と付加重合し得る官能基を有する環状分子と、
前記環状分子によって串刺し状に包接される直鎖状分子と、
前記直鎖状分子の末端に配置され、前記環状分子の脱離を防止するための封鎖基とを有し、
前記製造方法は、前記樹脂のガラス転移温度より30℃低い温度以上、かつ前記樹脂の熱分解温度未満で、前記樹脂を延伸する工程を含む、成形体の製造方法。
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