JP7215924B2 - ナノセルロース含有樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ナノセルロースを含有する樹脂組成物等に関する。
透明樹脂材料は加工性が優れている反面、無機ガラスと比べると弾性率や硬度が低く、ディスプレイ等の最表面に用いられる場合には傷つきやすいという難点がある。ハードコートの技術により表面硬度を改善することは可能となっており、透明樹脂には高弾性率化が求められる。
また、セルロースナノファイバー(CNF)のようなナノセルロースが知られているが、通常、ナノサイズの細いミクロフィブリルで構成されており、種々の用途展開が期待される材料である。
例えば、特許文献1では、セルロースナノファイバー分散液中で、エチレン性不飽和単量体を共重合させ、セルロースナノファイバーとエチレン性不飽和単量体からなる共重合体を含有する複合体を製造する技術が開示されている。
また、特許文献2では、熱可塑性アクリル樹脂とセルロースエステル樹脂、および、平均繊維径4~200nmのセルロースナノファイバーを含有することを特徴とする光学フィルムが開示されている。
特開2016-155897号公報 特開2010-197680号公報
本発明の目的は、ナノセルロースを含有する新規な組成物(樹脂組成物)を提供することにある。
このような中、本発明者は、重合体とナノセルロースを含む樹脂組成物で、重合体に対するナノセルロースの含有割合が0.1質量%以上10質量%以下であり、重合体に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合を90質量%より多くすることで、新規な樹脂組成物(複合材料)が得られること等を見出し、さらに鋭意検討を重ねて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、次の発明等を含む。
[1]ナノセルロースおよび重合体を含む樹脂組成物であって、重合体に対するナノセルロースの含有割合が0.1質量%以上10質量%以下であり、重合体に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合が90質量%より多い樹脂組成物。
[2]前記重合体が主鎖に環構造を有する重合体を含む[1]に記載の樹脂組成物。
[3]前記重合体が環構造を1質量%以上有する重合体である[1]または[2]に記載の樹脂組成物。
[4]前記重合体の重量平均分子量が7万以上30万以下である[1]~[3]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[5]JIS Z 8729に準拠して、光路長10mmの石英セルを用いて測定したYIが1.7以下である[1]~[4]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[6]有機溶剤を5質量%以上含有する[1]~[5]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[7]樹脂組成物の25℃における溶液粘度が0.05Pa・s以上50Pa・s以下である[6]に記載の樹脂組成物。
[8][1]~[5]のいずれかに記載の樹脂組成物を含むフィルム。
[9]100μm換算のb*値が1.0以下である[8]に記載のフィルム。
[10]100μm換算の内部ヘイズが0.5以下である[8]または[9]に記載のフィルム。
[11]弾性率が1GPa以上である[8]~[10]のいずれかに記載のフィルム。
[12][6]または[7]に記載の樹脂組成物を溶液流延法によって成形する成形体の製造方法。
[13]前記成形体がフィルムである[12]に記載の成形体の製造方法。
本発明では、ナノセルロースを含有する新規な組成物(樹脂組成物)を提供できる。
このような組成物では、重合体とナノセルロースを含む樹脂組成物において、重合体に対するナノセルロースの含有割合が0.1質量%以上10質量%以下であり、重合体に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合を90質量%より多くすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となった。
特に、このような優れた物性は、意外なことに、ナノセルロースの含有割合が小さくても、実現しやすい。
また、このような組成物では、ナノセルロースを含んでいても、透明性や耐熱性を損なうことがない。そのため、透明性や耐熱性を維持しつつ、上記のような物性を実現しうる。
<組成物>
本発明の組成物(樹脂組成物)は、ナノセルロースおよび重合体を含む樹脂組成物であって、重合体に対するナノセルロースの含有割合が0.1質量%以上10質量%以下であり、重合体に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合が90質量%より多い樹脂組成物である。本発明の組成物(樹脂組成物)は、ナノセルロースおよび(メタ)アクリル系重合体を含むことが好ましい。このような組成物とすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
本明細書において、「樹脂」の語は、重合体よりも広い概念を示す。樹脂は、1種又は2種以上の重合体を含んでいてもよく、必要に応じて、重合体以外の材料をさらに含んでいてもよい。
・ナノセルロース
本発明の組成物は、ナノセルロースを含む。
ナノセルロースは、ナノサイズ(ナノレベル)のセルロース系材料ということができる。
このようなナノセルロースとしては、例えば、セルロースナノファイバー(CNF)、セルロースナノクリスタル(CNC)(又はセルロースナノウィスカー(CNW))などが挙げられる。ナノセルロースとしては、セルロースナノファイバーが好ましい。セルロースナノファイバーを用いることで、得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
ナノセルロースは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
なお、ナノセルロースは、原料や製法などに応じて分類しうる。
例えば、CNFは、植物由来のセルロースのミクロフィブリル(又はその構成繊維)を原料とするものであってもよく、バクテリアセルロース(BC)(バクテリアナノファイバー(バクテリアCNF))、リグノセルロースナノファイバー(LCNF)、電界紡糸法により得られるCNFなども含まれる。
BCは、微生物が作るCNF(バクテリア由来のCNF)であり、通常、植物由来のセルロースとは、純度や構造(径や網目構造)において異なる。
LCNFは、リグニンを含有するCNF(リグニン被覆CNF)である。
また、電界紡糸法(エレクトロスピニング法)により得られるCNFは、電圧を印加しつつ、セルロース系材料の溶液を紡糸することで得られるCNFである。この方法では、溶液を使用するため、セルロース誘導体(前記例示の誘導体、例えば、セルロースアセテートなど)のナノファイバーを得ることもできる。
ナノセルロース(CNFなど)は、変性(改質、修飾)されていてもよい。変性の態様は、その目的に応じて選択でき、例えば、疎水化、官能基の導入などが挙げられる。具体的な変性としては、酸変性[例えば、カルボキシル化(カルボキシメチル化など)、リン酸化、硫酸又はスルホン化など]、エステル又はアシル変性(アセチル化など)、アミン変性、アミド変性、エポキシ変性、フルオレン変性などが挙げられる。なお、酸基やアミン基は塩を形成していてもよい。この内、疎水化処理が施されているナノセルロースが好ましい。疎水化処理が施されているナノセルロースを用いることで、得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
なお、変性方法は、変性の態様などに応じて適宜選択でき、特に限定されない。例えば、セルロース(骨格)が有するヒドロキシル基を利用して変性(例えば、ハロゲン化カルボン酸と反応させるなど)してもよい。
本発明では、ナノセルロースの中でも、特に、CNFを好適に使用してもよい。そのため、ナノセルロースは、少なくともCNFを含んでいてもよい。
ナノセルロースの径(繊維径)は、その種類等に応じて選択でき、特に限定されないが、平均径(平均繊維径)で、例えば、1~800nm、2~500nm、3~300nm、4~200nmなどであってもよく、4~100nm、10~50nmなどであってもよい。ナノセルロースの平均繊維径は20nm以下であることが好ましい。このようなナノセルロースを用いることで、得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
ナノセルロースの長さもまた、その種類等に応じて選択でき、特に限定されない。例えば、CNFの長さ(繊維長)は、平均繊維長で、100nm以上、300nm以上、500nm以上、1000nm以上、3000nm以上、5000nm以上などであってもよい。
また、CNCの長さは、平均長で、例えば、5nm以上、10nm以上、50nm以上、100nm以上(例えば、100~500nm)などであってもよい。
なお、径や長さは、慣用の方法、例えば、顕微鏡(電子顕微鏡など)などで測定しうる。
ナノセルロースは、結晶領域を有していてもよい。結晶領域を有するナノセルロースにおいて、結晶領域の割合は、例えば、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上などであってもよい。
また、ナノセルロース(結晶領域を有するナノセルロース)において、非晶領域の割合は、例えば、80%以下、70%以下、60%以下、50%以下、40%以下などであってもよく、1%以上、3%以上、5%以上などであってもよい。
なお、結晶・非晶領域は、慣用の方法、例えば、X線回折、構造解析(電子顕微鏡やNMRにより構造解析など)などにより、観察・測定しうる。
ナノセルロースは、市販品を利用してもよく、慣用の方法により合成したものを使用してもよい。
・重合体
本発明の樹脂組成物にはナノセルロースおよび重合体が含まれる。重合体に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合は、90質量%より多いことが好ましい。例えば、91質量%以上(例えば、92質量%以上)、好ましくは93質量%以上(例えば、94質量%以上)、さらに好ましくは95質量%以上(例えば、96質量%以上)であってもよく、97質量%以上(例えば、98質量%以上)、99質量%以上(例えば、99.5質量%以上)、99.9質量%以上(例えば、99.99質量%以上)であってもよい。このような組成物とすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
重合体は、主鎖に環構造を有する重合体を含むことが好ましい。主鎖に環構造を有する重合体を含むことで、透明性を維持しつつ、耐熱性と弾性率がより高い組成物やフィルムとすることが出来る。
環構造の含有割合は、用途や所望の物性等に応じて選択でき、特に限定されないが、例えば、重合体中、0.1質量%以上(例えば、0.5質量%以上)程度の範囲から選択でき、1質量%以上、好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であってもよく、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上などであってもよい。重合体が環構造を1質量%以上有する重合体であることが特に好ましい。このような重合体であれば、透明性を維持しつつ、耐熱性と弾性率がより高い組成物やフィルムとすることが出来る。
環構造の含有割合(又はその上限値)は、特に限定されず、例えば、重合体中、90質量%以下、80質量%以下、70質量%以下、60質量%以下、55質量%以下、50質量%以下、45質量%以下、40質量%以下、35質量%以下などであってもよい。
環構造の含有割合が大きくなると、耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、寸法安定性などの点で好ましい。
一方、環構造の含有割合が大きくなりすぎると、脆くなったり、透明性低下、光弾性係数の絶対値増加などにつながる可能性がある。
このような観点から、環構造は、少なすぎず大きくなりすぎない、適度な含有割合としてもよい。
重合体の重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、例えば、10000以上(例えば、10000~1000000)、好ましくは20000以上(例えば、25000~500000)、さらに好ましくは30000以上(例えば、50000~300000)であってもよい。特に好ましい範囲としては、例えば、7万以上30万以下であり、下限は8万以上、9万以上、10万以上、11万以上が挙げられ、上限は29万以下、28万以下、25万以下が挙げられる。
また、重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、特に限定されないが、例えば、1~10(例えば、1.1~7.0)、好ましくは1.2~5.0(例えば、1.5~4.0)程度であってもよく、1.5~3.0程度であってもよい。
なお、分子量(及び分子量分布)は、例えば、GPCを用い、ポリスチレン換算により測定してもよい。
重合体のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、例えば、70℃以上(例えば、80~200℃)、好ましくは90℃以上(例えば、100~180℃)、さらに好ましくは100℃以上(例えば、105~160℃)程度であってよく、110℃以上(例えば、115~150℃)とすることもできる。
重合体は、特に限定されず、後述する(メタ)アクリル系重合体や他の重合体を含むことが可能である。また、重合体の製造方法としては、特に限定されず、公知の重合体の製造方法を用いることが出来る。例えば、有機溶媒中でビニル単量体などの単量体を重合させることで重合体を得ることが出来る。
・(メタ)アクリル系重合体
本発明の樹脂組成物には(メタ)アクリル系重合体が含まれることが好ましい。(メタ)アクリル系重合体を構成するアクリル樹脂は、通常、(メタ)アクリル単位[(メタ)アクリル系単量体由来の単位(構造単位)]を有していてもよい。本発明の組成物(樹脂組成物)は、ナノセルロースおよび(メタ)アクリル系重合体を含むことが好ましい。
(メタ)アクリル系単量体には(メタ)アクリル酸およびその誘導体が含まれ、(メタ)アクリル系単量体のα位またはβ位にはアルキル基(好ましくは、炭素数1~4のアルキル基)が結合していてもよく、当該アルキル基は、水素原子の少なくとも一部が、ヒドロキシル基またはハロゲン基で置換されていてもよい。(メタ)アクリル系単量体由来の単位に含まれるカルボン酸の形態は特に限定されず、遊離酸、エステル、塩、酸アミド等の形態が挙げられる。
(メタ)アクリル単位として、少なくとも(メタ)アクリル酸エステル由来の単位を有している。(メタ)アクリル酸エステル由来の単位を与える(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸のエステル結合の酸素原子に直鎖状、分岐状または環状の脂肪族炭化水素基や芳香族炭化水素基が結合した(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
直鎖状または分岐状の脂肪族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸sec-ブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸イソアミル、(メタ)アクリル酸n-ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸へプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ペンタデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルが挙げられる。(メタ)アクリル酸アルキルのアルキル基は、C1-18アルキル基が好ましく、C1-12アルキル基がより好ましい。なお本明細書において、「C1-18」や「C1-12」との記載は、それぞれ「炭素数1~18」、「炭素数1~12」を意味する。
環状の脂肪族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロブチル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等の(メタ)アクリル酸シクロアルキル;(メタ)アクリル酸イソボルニル等の架橋環式(メタ)アクリレート等が挙げられる。(メタ)アクリル酸シクロアルキルのシクロアルキル基は、C3-20シクロアルキル基が好ましく、C3-12シクロアルキル基がより好ましい。
芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トリル、(メタ)アクリル酸キシリル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸ビナフチル、(メタ)アクリル酸アントリル等の(メタ)アクリル酸アリール;(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アラルキル;(メタ)アクリル酸フェノキシエチル等の(メタ)アクリル酸アリールオキシアルキル等が挙げられる。(メタ)アクリル酸アリールのアリール基は、C6-20アリール基が好ましく、C6-14アリール基がより好ましい。(メタ)アクリル酸アラルキルのアラルキル基は、C6-10アリールC1-4アルキル基が好ましい。(メタ)アクリル酸アリールオキシアルキルのアリールオキシアルキル基は、C6-10アリールオキシC1-4アルキル基が好ましく、フェノキシC1-4アルキル基がより好ましい。
(メタ)アクリル酸エステルは、ヒドロキシル基、ハロゲン基、アルコキシ基、エポキシ基等の置換基を有していてもよい。このような(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル;(メタ)アクリル酸クロロメチル、(メタ)アクリル酸2-クロロエチル等の(メタ)アクリル酸ハロゲン化アルキル;(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル等の(メタ)アクリル酸アルコキシアルキル;(メタ)アクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル酸エポキシアルキル等が挙げられる。(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルと(メタ)アクリル酸エポキシアルキルのアルキル基は、C1-12アルキル基が好ましい。(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルのアルコキシアルキル基は、C1-12アルコキシC1-12アルキル基が好ましい。
(メタ)アクリル系重合体(又は(メタ)アクリル系重合体の構成単位)中の(メタ)アクリル酸エステル単位の含有割合は、例えば、10質量%以上(例えば、20質量%以上)の範囲から選択でき、好ましくは30質量%以上(例えば、40質量%以上)、さらに好ましくは50質量%以上(例えば、55質量%以上)であってもよく、60質量%以上、70質量%以上などであってもよい。
(メタ)アクリル系重合体がメタクリル酸エステル単位を含む場合、(メタ)アクリル系重合体(又は(メタ)アクリル系重合体の構成単位)中のメタクリル酸エステル単位の含有割合は、例えば、10質量%以上の範囲から選択でき、20質量%以上、好ましくは30質量%以上(例えば、40質量%以上)、さらに好ましくは50質量%以上(例えば、55質量%以上)であってもよく、60質量%以上、70質量%以上などであってもよい。
(メタ)アクリル系重合体がメタクリル酸エステル単位を含む場合、(メタ)アクリル酸エステル単位中のメタクリル酸エステル単位の含有割合は、例えば、10質量%以上(例えば、20質量%以上)、好ましくは30質量%以上(例えば、40質量%以上)、さらに好ましくは50質量%以上(例えば、60質量%以上)であってもよく、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上などであってもよい。
(メタ)アクリル系重合体がメタクリル酸アルキルエステル単位を含む場合、(メタ)アクリル酸エステル単位中のメタクリル酸アルキルエステル単位の含有割合は、例えば、10質量%以上(例えば、20質量%以上)、好ましくは30質量%以上(例えば、40質量%以上)、さらに好ましくは50質量%以上(例えば、60質量%以上)であってもよく、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上などであってもよい。
なお、(メタ)アクリル系重合体がメタクリル酸メチル単位を含む場合、(メタ)アクリル酸エステル単位中のメタクリル酸メチル単位の含有割合は、例えば、10質量%以上(例えば、20質量%以上)、好ましくは30質量%以上(例えば、40質量%以上)、さらに好ましくは50質量%以上(例えば、60質量%以上)であってもよく、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上などであってもよい。
なお、(メタ)アクリル系重合体は、必要に応じて、(メタ)アクリル単位以外の他の重合性単量体(モノマー)由来の単位を含んでいてもよい。このような他のモノマーとしては、例えば、酸基含有モノマー(メタクリル酸、アクリル酸など)、スチレン系モノマー[例えば、スチレン、ビニルトルエン、置換基(例えば、ハロゲン基、アルコキシ基、アルキル基、ヒドロキシ基等)を有するスチレン(例えば、α―メチルスチレン、クロロスチレン等)、スチレンスルホン酸又はその塩等]、ビニルエステル(例えば、酢酸ビニル等)、不飽和ニトリル(例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、オレフィン系モノマー(例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブチレン、1-オクテン等のC2-10アルケン)、アミド基含有ビニル系単量体[例えば、(メタ)アクリルアミド、N-置換(メタ)アクリルアミド(例えば、N-メチル(メタ)アクリルアミドなどのN-アルキル(メタ)アクリルアミド;N-シクロヘキシル(メタ)アクリルアミドなどのN-シクロアルキル(メタ)アクリルアミド;N-フェニル(メタ)アクリルアミドなどのN-アリール(メタ)アクリルアミド;N-ベンジル(メタ)アクリルアミドなどのN-アラルキル(メタ)アクリルアミドなど)など]、2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸エステル(例えば、2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸エチルなどのアルキルエステル)などが挙げられる。他のモノマーは、1種又は2種以上組み合わせて他のモノマー由来の単位を構成してもよい。(メタ)アクリル単位以外の他の重合性単量体(モノマー)由来の単位の量は特に限定されないが、例えば重合体に対して20質量%以下、好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体は、環構造(環状構造)を有することが好ましく、主鎖に環構造を有する(メタ)アクリル系重合体であることが好ましい。
(メタ)アクリル系重合体の環構造の含有割合が大きくなると、耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、寸法安定性などの点で好ましい。
一方、(メタ)アクリル系重合体の環構造の含有割合が大きくなりすぎると、脆くなったり、透明性低下、光弾性係数の絶対値増加などにつながる可能性がある。
このような観点から、環構造は、少なすぎず大きくなりすぎない、適度な含有割合としてもよい。
なお、アクリル樹脂が環構造を有することにより、アクリル樹脂において種々の物性(例えば、耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、酸素や水蒸気のバリヤ性、光学特性、寸法安定性、形状安定性など)を、付与、改善又は向上しうる。
環構造としては、例えば、環状イミド構造(例えば、マレイミド構造、グルタルイミド構造など)、環状無水物構造(例えば、無水マレイン酸構造、無水グルタル酸構造など)、環状アミド構造(例えば、ラクタム構造など)、環状エステル構造(例えば、ラクトン環構造など)などが挙げられる。
(メタ)アクリル系重合体は、1種又は2種以上の環構造を有していてもよい。なお、2種以上の環構造を有する場合、2種以上の環構造は、同系統の環構造(例えば、2種以上の環状イミド構造など)であってもよく、異なる系統の環構造(例えば、環状イミド構造とラクトン構造との組み合わせなど)であってもよい。
グルタルイミド構造及び無水グルタル酸構造としては、例えば、以下の式(1)で表される構造が挙げられる。
Figure 0007215924000001
(式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子またはアルキル基であり、Rは水素原子又は置換基であり、Xは酸素原子又は窒素原子である。Xが酸素原子のときn=0であり、Xが窒素原子のときn=1である。)
式(1)のR及びRにおいて、アルキル基としては、例えば、C1-8アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、n-ヘキシル基、イソへキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基等)等が挙げられる。
およびRは、特に、水素原子またはC1-4アルキル基であるのが好ましい。
式(1)のRにおいて、置換基としては、例えば、炭化水素基等が挙げられる。
炭化水素基としては、例えば、脂肪族基、脂環族基、芳香族基などが挙げられる。なお、炭化水素基は、さらにハロゲン等の置換基を有していてもよい。
式(1)のRにおいて、脂肪族基としては、例えば、C1-10アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、n-ヘキシル基、イソへキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、n-オクチル基、2-エチルヘキシル基等)等が挙げられる。これらのアルキル基のなかでも、C1-4アルキル基、特にメチル基が好ましい。
式(1)のRにおいて、脂環族基としては、例えば、C3-12シクロアルキル基(例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)が挙げられる。これらのシクロアルキル基のなかでも、C3-7シクロアルキル基、特にシクロヘキシル基が好ましい。
式(1)のRにおいて、芳香族基としては、例えば、C6-20芳香族基[例えば、C6-20アリール基(例えば、フェニル基、o-トリル基、m-トリル基、p-トリル基、2,3-キシリル基、2,4-キシリル基、2,5-キシリル基、2,6-キシリル基、3,4-キシリル基、3,5-キシリル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、ビナフチル基、アントリル基等)、C7-20アラルキル基(例えば、ベンジル基等)等]が挙げられる。これらの芳香族基のなかでも、フェニル基およびトリル基が好ましい。
代表的には、式(1)において、RおよびRがそれぞれ独立して水素原子またはメチル基、Rが、C1-10アルキル基、C3-12シクロアルキル基又はC6-20芳香族基であってもよく、好ましくは、RおよびRがそれぞれ独立して水素原子またはメチル基、Rが、C1-4アルキル基、C3-7シクロアルキル基、C6-20アリール基又はC7-20アラルキル基であってもよく、さらに好ましくは、RおよびRがそれぞれ独立して水素原子またはメチル基、Rが、メチル基、シクロヘキシル基、フェニル基又はトリル基であり、最も好ましくは、RおよびRがそれぞれ独立して水素原子またはメチル基、Rがシクロヘキシル基又はフェニル基であってもよい。
なお、環構造は、式(1)で表わされる構造を1種又は2種以上有していてもよい。
特に、環構造が、式(1)で表される構造を有する場合、環状非無水物構造であるグルタルイミド構造(すなわち、式(1)において、Xが窒素原子である構造)を有するのが好ましい。
なお、無水グルタル酸構造(すなわち、式(1)において、Xが酸素原子である構造)は、加水分解したり、酸価が大きくなって耐水性や耐熱水性を低下させたり光学特性を変動させる虞がある。そのため、環構造は、無水グルタル酸構造を実質的に有していないか、含んでいても少ないのが好ましい場合がある。
無水マレイン酸構造及びマレイミド構造としては、例えば、以下の式(2)で表される構造が挙げられる。
Figure 0007215924000002
(式中、R、Rは互いに独立して水素原子またはメチル基であり、Rは水素原子又は置換基であり、Xは酸素原子または窒素原子である。Xが酸素原子のときn=0であり、Xが窒素原子のときn=1である。)
式(2)のRにおいて、置換基としては、例えば、炭化水素基等が挙げられる。
当該炭化水素基としては、例えば、脂肪族基{例えば、アルキル基[例えば、C1-6直鎖アルキル基(例えば、メチル基、エチル基等)、C1-6分岐アルキル基(例えば、イソプロピル基等)等のC1-6アルキル基等]等}、脂環族基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のC3-20シクロアルキル基等)、芳香族基{例えば、C6-20芳香族基[例えば、C7-20アラルキル基(例えば、ベンジル基等)、C6-20アリール基(例えば、フェニル基等)]}などが挙げられる。なお、炭化水素基は、さらにハロゲン等の置換基を有していてもよい。
が酸素原子のとき、式(2)により示される環構造は無水マレイン酸構造となる。
一方、Xが窒素原子のとき、式(2)により示される環構造はマレイミド構造となる。
式(2)において、Xが窒素原子のとき、好ましくは、R及びRがそれぞれ独立して水素原子、RがC3-20シクロアルキル基又はC6-20芳香族基であってもよく、より好ましくはR及びRがそれぞれ独立して水素原子、Rがシクロヘキシル基、ベンジル基またはフェニル基であってもよい。
環構造は、式(2)で表わされる構造を1種又は2種以上有していてもよい。
特に、環構造が、式(2)で表される構造を有する場合、環状非無水物構造であるマレイミド構造(すなわち、式(2)において、Xが窒素原子である構造)を有するのが好ましい。
なお、無水マレイン酸構造(すなわち、式(2)において、Xが酸素原子である構造)は、加水分解したり、酸価が大きくなって耐水性や耐熱水性を低下させたり光学特性を変動させる虞がある。そのため、環構造は、無水マレイン酸構造を実質的に有していないか、含んでいても少ないのが好ましい場合がある。
ラクトン環構造としては、特に限定されず、例えば、4から8員環であってもよいが、環構造の安定性に優れることから5員環又は6員環であることが好ましく、6員環であることがより好ましい。
ラクトン環構造は、例えば、特開2004-168882号公報に開示される構造であってもよいが、例えば、以下の式(3)で表される構造などが挙げられる。
Figure 0007215924000003
(式中、R、R及びRは、互いに独立して、水素原子または置換基である。)
式(3)において、置換基としては、例えば、炭化水素基等の有機残基等が挙げられる。
当該炭化水素基としては、例えば、脂肪族基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基などのC1-20アルキル基、エテニル基、プロペニル基などのC2-20不飽和脂肪族炭化水素基等)、芳香族基(例えば、フェニル基、ナフチル基などのC6-20芳香族炭化水素基等)等が挙げられる。
前記炭化水素基は、酸素原子を含んでいてもよく、水素原子の一つ以上が、水酸基、カルボキシル基、エーテル基及びエステル基から選ばれる少なくとも1種類の基により置換されていてもよい。
式(3)において、好ましくは、Rが水素原子またはメチル基、R及びRがそれぞれ独立して水素原子またはC1-20アルキル基であってもよく、より好ましくは、Rが水素原子またはメチル基、R及びRがそれぞれ独立して水素原子またはメチル基であってもよい。
環構造は、式(3)で表わされる構造を1種又は2種以上含んでいてよい。
ラクタム環構造としては、特に限定されず、例えば、以下の式(4)で表されるピロリジノン環構造などが挙げられる。
ピロリジノン環構造は、基本骨格として5員環のアミド環構造(環状アミド構造)を有する。この環状アミド構造は、5員環のラクタム構造(γ―ラクタム構造)でもある。主鎖にピロリジノン環構造を有するとは、5員環であるピロリジノン環構造の基本骨格を構成する5つの原子のうち少なくとも1つの原子、典型的にはアミド結合(―N(R)CO-)を構成しない3つの炭素原子が当該重合体の主鎖に位置し、主鎖を構成することを意味する。
Figure 0007215924000004
(式中、R10~R12は、それぞれ独立して、水素原子または置換基である。)
式(4)のR10において、置換基としては、例えば、炭化水素基又は-NHCOR13基(R13は、水素原子又は炭化水素基)等が挙げられる。
10又はR13における炭化水素基としては、例えば、脂肪族基、脂環族基、芳香族基等が挙げられる。
脂肪族基としては、例えば、C1-18アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等のC1-18直鎖又は分岐アルキル基等)等が挙げられる。
脂環族基としては、例えば、C3-18シクロアルキル基(例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)等が挙げられる。
芳香族基としては、例えば、C6-20芳香族基[例えば、C6-20アリール基(例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基等)、C7-20アラルキル基(例えば、ベンジル基等)等]が挙げられる。
10としては、特に、水素原子、C1-18直鎖アルキル基(例えば、メチル基等)等が好ましい。
また、R13としては、特に、水素原子、C1-18直鎖アルキル基(好ましくは、C1-12直鎖アルキル基、より好ましくは、C1-4直鎖アルキル基等)、C6-20アリール基(例えば、フェニル基等)、C3-18シクロアルキル基(好ましくは、C3-12シクロアルキル基、より好ましくは、C3-6シクロアルキル基等)等が好ましい。
式(4)のR11において、置換基としては、例えば、-COOR14基(R14は、水素原子又は炭化水素基)等が挙げられる。
14における炭化水素基としては、例えば、R10又はR13で例示の炭化水素基等が挙げられる。
また、R14の特に好ましい態様も、R13の特に好ましい態様と同じである。
式(4)のR12において、置換基としては、例えば、-COR15基(R15は、水素原子又は炭化水素基)等が挙げられる。
15における炭化水素基としては、例えば、R10又はR13で例示の炭化水素基等が挙げられる。
また、R15の特に好ましい態様も、R13の特に好ましい態様と同じである。
(メタ)アクリル系重合体が有する環構造は、所望の物性(例えば、耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、酸素や水蒸気のバリヤ性、光学特性、寸法安定性、形状安定性など)等に応じて適宜選択してもよい。例えば、耐熱性などの観点から、環構造は、ラクトン環構造、環状イミド構造(例えば、N-アルキル置換マレイミド構造、グルタルイミド構造等)、環状無水物構造(例えば、無水マレイン酸構造、無水グルタル酸構造等)を好適に含んでいてもよい。
また、耐水性や耐熱水性などの観点から、環構造は、環状非無水物構造[例えば、ラクトン環構造、環状イミド構造(特に、グルタルイミド構造、マレイミド構造)]を好適に含んでいてもよい。
さらに、表面硬度、耐溶剤性、バリヤ特性、光学特性などの観点から、環構造は、ラクトン環構造、グルタルイミド構造、無水グルタル酸構造などを好適に含んでいてもよい。
特に、環構造は、少なくともラクトン環構造を含有してもよい。ラクトン環を有する(メタ)アクリル系重合体とナノセルロースとを組み合わせることで、バランス良い複合材料を効率よく得やすい。例えば、このような組み合わせにより、透明性、低着色度(黄色味、YI)、耐候性を維持しつつ、耐熱性、硬度(強度)、表面硬度、寸法安定性などとのバランス良い組成物が得られうる。また、耐溶剤性(例えば、アルコール系溶媒、トルエンなどの炭化水素系や芳香族系溶媒などに対する耐溶剤性)が良い組成物が得られ易い。
(メタ)アクリル系重合体の環構造の含有割合は、用途や所望の物性等に応じて選択でき、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル系重合体中、0.1質量%以上(例えば、0.5質量%以上)程度の範囲から選択でき、1質量%以上、好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であってもよく、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上などであってもよい。(メタ)アクリル系重合体中が環構造を1質量%以上有することが特に好ましい。このような態様であれば、透明性を維持しつつ、耐熱性と弾性率がより高い組成物やフィルムとすることが出来る。
(メタ)アクリル系重合体の環構造の含有割合(又はその上限値)は、特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル系重合体中、90質量%以下、80質量%以下、70質量%以下、60質量%以下、55質量%以下、50質量%以下、45質量%以下、40質量%以下、35質量%以下などであってもよい。
(メタ)アクリル系重合体の環構造の含有割合が大きくなると、耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、寸法安定性などの点で好ましい。
一方、(メタ)アクリル系重合体の環構造の含有割合が大きくなりすぎると、脆くなったり、透明性低下、光弾性係数の絶対値増加などにつながる可能性がある。
このような観点から、(メタ)アクリル系重合体の環構造は、少なすぎず大きくなりすぎない、適度な含有割合としてもよい。
なお、これらの上限値と下限値とを適宜組み合わせて適当な範囲(例えば、1~70質量%、3~60質量%、5~50質量%、5~40質量%など)を設定してもよい(以下同じ)。
特に、(メタ)アクリル系重合体が、グルタルイミド構造及び/又は無水グルタル酸構造を有する場合、グルタルイミド構造及び/又は無水グルタル酸構造の含有割合は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上であってもよく、90質量%以下、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体が、無水マレイン酸構造及び/又はマレイミド構造を有する場合、無水マレイン酸構造及び/又はマレイミド構造の含有割合は、例えば5~90質量%、好ましくは5~60質量%、よりこの好ましくは10~50質量%、さらに好ましくは10~30質量%であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体が、ラクトン環構造を有する場合、ラクトン環構造の含有割合は、例えば、1~80質量%、好ましくは3~70質量%、さらに好ましくは5~60質量%(例えば、10~50質量%)であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体が、ラクタム環構造を有する場合、ラクタム環構造の含有割合は、例えば、1~80質量%、好ましくは5~70質量%、さらに好ましくは10~50質量%程度であってもよい。
なお、環構造の含有割合を格別大きくすることで、所望の物性(例えば、耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、光学特性、寸法安定性、形状安定性など)を得やすくなる可能性がある一方で、他の物性を低下させる可能性がある。
本発明では、(メタ)アクリル系重合体とナノセルロースとを組み合わせることにより、(メタ)アクリル系重合体における環構造の含有割合を格別大きくしなくても、このような物性を効率よく維持(物性の低下を抑制)しつつ、所望の物性を付与、向上又は改善しうる。
(メタ)アクリル系重合体の重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、例えば、10000以上(例えば、10000~1000000)、好ましくは20000以上(例えば、25000~500000)、さらに好ましくは30000以上(例えば、50000~350000)であってもよい。特に好ましい範囲としては、例えば、7万以上30万以下であり、下限は8万以上、9万以上、10万以上、11万以上が挙げられ、上限は29万以下、28万以下、25万以下が挙げられる。
また、(メタ)アクリル系重合体の分子量分布(Mw/Mn)は、特に限定されないが、例えば、1~10(例えば、1.1~7.0)、好ましくは1.2~5.0(例えば、1.5~4.0)程度であってもよく、1.5~3.0程度であってもよい。
なお、分子量(及び分子量分布)は、例えば、GPCを用い、ポリスチレン換算により測定してもよい。
(メタ)アクリル系重合体のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、例えば、70℃以上(例えば、80~200℃)、好ましくは90℃以上(例えば、100~180℃)、さらに好ましくは100℃以上(例えば、105~160℃)程度であってよく、110℃以上(例えば、115~150℃)とすることもできる。
なお、(メタ)アクリル系重合体が、共重合体であるとき、共重合の形態は特に限定されず、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体などであってもよい。
例えば、(メタ)アクリル系重合体は、環構造を有しているため、通常、共重合体と言えるが、環構造の導入形態は、特に限定されず、環構造の種類等に応じて選択でき、ランダムに導入されていてもよく、ブロック、交互、グラフトなどのように導入されていてもよい。
なお、環構造を有する(メタ)アクリル系重合体は、市販品であってもよく、合成したものを使用してもよい。合成方法としては、公知の方法を利用できる。
例えば、環構造として、グルタルイミド構造を有するアクリル樹脂は、(メタ)アクリル酸エステル単位を含むアクリル樹脂をイミド化する方法などの公知の方法(例えば、特開2006-309033号公報、特開2006-317560号公報、特開2006-328329号公報、特開2006-328334号公報、特開2006-337491号公報、特開2006-337492号公報、特開2006-337493号公報、特開2007-009182号公報などに記載の方法)により得ることができる。
無水グルタル酸構造を有するアクリル樹脂は、例えば、隣接する(メタ)アクリル酸エステル単位及び(メタ)アクリル酸単位間で分子内脱アルコール反応させる方法(例えば、特開2006-283013号公報、特開2006-335902号公報、特開2006-274118号公報に記載の方法等)により得ることができる。
無水マレイン酸構造やマレイミド構造を有するアクリル樹脂は、例えば、無水マレイン酸及び/又はマレイミド系モノマー[例えば、マレイミド;N-アルキルマレイミド(例えば、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミドなどのN-C1-10アルキルマレイミド)、N-シクロアルキルマレイミド(例えば、シクロヘキシルマレイミドなどのN-C3-20シクロアルキルマレイミド)、N-アリールマレイミド(例えば、N-フェニルマレイミドなどのN-C6-10アリールマレイミド)、N-アラルキルマレイミド(例えば、N-ベンジルマレイミドなどのN-C7-10アラルキルマレイミド)などのN-置換マレイミドなど]と、アクリル樹脂を構成するモノマー((メタ)アクリル酸エステルなど)とを共重合することにより得ることができる。
ラクタム環構造を有するアクリル樹脂は、例えば、ラクタム系単量体[例えば、N-ビニルピロリドン系単量体(例えば、N-ビニルピロリドン、N-ビニル-4-ブチルピロリドン、N-ビニル-4-プロピルピロリドン、N-ビニル-4-エチルピロリドン、N-ビニル-4-メチルピロリドン、N-ビニル-4-メチル-5-エチルピロリドン、N-ビニル-4-メチル-5-プロピルピロリドン、N-ビニル-5-メチル-5-エチルピロリドン、N-ビニル-5-プロピルビロリドン、N-ビニル-5-ブチルピロリドンなど)、N-ビニルカプロラクタム系単量体(例えば、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニル-6-メチルカプロラクタム、N-ビニル-6-プロピルカプロラクタム、N-ビニル-7-ブチルカプロラクタムなど)など]と、アクリル樹脂を構成するモノマー((メタ)アクリル酸エステルなど)とを共重合することにより得ることができる。
(メタ)アクリル系重合体は、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有するポリマー鎖(A)と、(メタ)アクリル系単量体由来の単位と主鎖に環構造を有する単位を有するポリマー鎖(B)とを有する共重合体であってもよい。以下、この共重合体を「共重合体(P)」と称する場合もある。
共重合体(P)は、ジエンまたはオレフィン系ポリマー鎖(A)と環構造を有する(メタ)アクリルポリマー鎖(B)とが共重合した構造を有する。共重合の形式は限定されないが、ジエンまたはオレフィン系ポリマー鎖(A)に、環構造を有する(メタ)アクリルポリマー鎖(B)がグラフトしたグラフト共重合体であることが好ましい。以下、ジエンまたはオレフィン系ポリマー鎖(A)を単に「ポリマー鎖(A)」と称し、環構造を有する(メタ)アクリルポリマー鎖(B)を単に「ポリマー鎖(B)」と称する場合がある。
環構造を有する(メタ)アクリルポリマー鎖(B)は、通常、硬くて脆い樹脂を与えるが、これをジエンまたはオレフィン系ポリマー鎖(A)と共重合させ、ポリマー鎖(B)の組成を適切に制御することで、耐熱性と機械的強度を兼ね備えた共重合体(P)を得ることができる。また、製造の際に、ゲル化物の発生の少ないものとすることができる。このようにして得られた共重合体(P)は、ジエンまたはオレフィン成分を有しているにもかかわらず、高い透明性を有するものとなる。また、共重合体(P)は、(メタ)アクリル系重合体にブレンドしてもこれらの特性を損なうことはなく、分散性が優れるために透明性を損なうこともない。
共重合体(P)からフィルムを形成する際には、延伸処理などの配向処理を施さなくても、高強度かつ高耐熱性のフィルムを得ることができる。そのため、所望の光学特性を有するフィルムを容易に得ることができる。例えば、高強度、高耐熱性、高透明性を備えているため、等方性フィルムや低位相差フィルムを効率よく形成できる。一方、環構造に起因して、容易に異方性を発現させることができるため、延伸処理などの配向処理により、位相差フィルムを形成することもできる。また、光学フィルムとした際に異物や外観不良の少ないものとすることができる。
共重合体(P)に含まれるポリマー鎖(A)について説明する。ポリマー鎖(A)は、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を少なくとも有する。ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位は共重合体(P)中でソフト成分として機能する。ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位が含まれることにより、共重合体(P)の透明性を確保しつつ、共重合体の機械的強度(例えば衝撃強度等)を高め、硬脆さを低減することができる。
ジエンとしては、1,3-ブタジエン(別名:ブタジエン)、2-メチル-1,3-ブタジエン(別名:イソプレン)、1,3-ペンタジエン、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、2,5-ジメチル-1,5-ヘキサジエン(別名:ジイソブテン)等のアルカジエンが好ましく用いられ、なかでも1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエンがより好ましい。オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、イソブテン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-テトラデセン、1-オクタデセン等のモノオレフィンが好ましく用いられ、なかでも炭素-炭素二重結合がα位にあるアルケンであるα-オレフィンがより好ましい。これらジエンおよびオレフィンの炭素数は、2以上が好ましく、3以上がより好ましく、また20以下が好ましく、10以下がより好ましく、6以下がさらに好ましい。ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位は、これらジエンおよび/またはオレフィンが重合することにより形成される単位として規定される。オレフィン由来の単位は、オレフィンの(共)重合によって実際に形成されるものに限らず、ジエン由来の単位が水素化されることによって形成されてもよい。
ポリマー鎖(A)は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン-1、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-ブテン共重合体等のオレフィン(共)重合体;ポリイソプレン、ポリブタジエン、イソプレン-ブタジエン共重合体等のジエン(共)重合体;エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、イソブテン-イソプレン共重合体等のオレフィンとジエンの共重合体を主鎖の構造中に含む。オレフィン(共)重合体としてはα-オレフィン(共)重合体が好ましく、ジエン(共)重合体としては共役ジエン(共)重合体が好ましく、オレフィンとジエンの共重合体としてはα-オレフィンと共役ジエンの共重合体が好ましい。これらの中でもポリイソプレン、イソブテン-イソプレン共重合体等のα-オレフィンと共役ジエンの共重合体や、ポリエチレン、ポリプロピレンがより好ましい。
ポリマー鎖(A)は、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位に加え、さらに他の不飽和単量体由来の単位を有していてもよい。他の不飽和単量体は、重合性二重結合を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等の不飽和カルボン酸およびそのエステル;スチレン、ビニルトルエン、メトキシスチレン、α-メチルスチレン、2-ビニルピリジン等の芳香族ビニル化合物;ビニルトリメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメトキシシラン等のビニルシラン等が挙げられる。ポリマー鎖(A)は、これら他の不飽和単量体とジエンおよび/またはオレフィンとの共重合体であってもよい。ポリマー鎖(A)中のジエンおよび/またはオレフィン由来の単位の含有割合は、例えば、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上がより好ましく、50質量%以上がさらに好ましく、55質量%以上がさらにより好ましく、また90質量%以下が好ましく、86質量%以下がより好ましく、83質量%以下がさらに好ましい。
ポリマー鎖(A)が他の不飽和単量体由来の単位を有する場合、ポリマー鎖(A)は、ジエンおよび/またはオレフィンと他の不飽和単量体とのランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよく、グラフト共重合体であってもよい。これらの中でも、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位のソフト成分としての機能が好適に発現する点から、ブロック共重合体であることが好ましい。この場合、ポリマー鎖(A)は、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有する重合体ブロック(a1)と他の不飽和単量体由来の単位を有する重合体ブロック(a2)とを有するものとなる。
ポリマー鎖(A)が他の不飽和単量体由来の単位を有する重合体ブロック(a2)を有するものである場合、共重合体(P)の機械的強度を確保しつつ透明性を高めることが容易な点から、重合体ブロック(a2)は芳香族ビニル単量体由来の単位から構成されることが好ましい。この場合、ポリマー鎖(A)において、重合体ブロック(a1)がソフト成分として機能し、重合体ブロック(a2)がハード成分として機能するものとなる。
重合体ブロック(a2)を与える芳香族ビニル単量体は、芳香環にビニル基が結合した化合物であれば特に限定されず、例えば、スチレン、ビニルトルエン、メトキシスチレン、α-メチルスチレン、α-ヒドロキシメチルスチレン、α-ヒドロキシエチルスチレン等のスチレン系単量体;2-ビニルナフタレン等の多環芳香族炭化水素環ビニル単量体;N-ビニルカルバゾール、2-ビニルピリジン、ビニルイミダゾール、ビニルチオフェン等の芳香族複素環ビニル単量体等が挙げられる。これらの中でも、スチレン系単量体が好ましい。スチレン系単量体には、スチレンのみならず、スチレンの重合性二重結合炭素またはベンゼン環に任意の置換基が結合したスチレン誘導体も含まれ、当該置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、アミノ基、ニトロ基、スルホ基等が挙げられる。スチレンに結合したアルキル基とアルコキシ基は、炭素数1~4が好ましく、炭素数1~2がより好ましく、スチレンに結合したアルキル基とアルコキシ基は、水素原子の少なくとも一部がヒドロキシル基またはハロゲン基で置換されていてもよい。
ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有する重合体ブロック(a1)と、芳香族ビニル単量体由来の単位を有する重合体ブロック(a2)とを有するポリマー鎖(A)としては、例えば、スチレン-ブタジエンブロック共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体の水添物(例えば、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-ブタジエン/ブチレン-スチレンブロック共重合体)、スチレン-イソプレンブロック共重合体、スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体の水添物(例えば、スチレン-エチレン/プロピレン-スチレンブロック共重合体)等が挙げられる。
ポリマー鎖(A)が、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有する重合体ブロック(a1)と、芳香族ビニル単量体由来の単位を有する重合体ブロック(a2)とを有する場合、ポリマー鎖(A)は、重合体ブロック(a1)の両側に重合体ブロック(a2)が結合していることが好ましい。このようにポリマー鎖(A)を構成することにより、ポリマー鎖(A)がエラストマーとして機能し、共重合体の機械的強度をより高めることができる。この場合、ポリマー鎖(A)は、トリブロック共重合体であってもよく、マルチブロック共重合体であってもよく、ラジアルブロック共重合体であってもよいが、ポリマー鎖(A)の特性制御が容易であり、また共重合体(P)中へのポリマー鎖(B)の導入が容易な点から、トリブロック共重合体であることが好ましい。
ポリマー鎖(A)が、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有する重合体ブロック(a1)と、芳香族ビニル単量体由来の単位を有する重合体ブロック(a2)とを有する場合、重合体ブロック(a1)は、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位に加え、さらに他の不飽和単量体由来の単位を有していてもよい。この場合の他の不飽和単量体としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等の不飽和カルボン酸およびそのエステル;スチレン、ビニルトルエン、メトキシスチレン、α-メチルスチレン、2-ビニルピリジン等の芳香族ビニル化合物;ビニルトリメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメトキシシラン等のビニルシラン等が挙げられる。重合体ブロック(a1)は、これら他の不飽和単量体とジエンおよび/またはオレフィンとの共重合体であってもよい。なお、重合体ブロック(a1)はジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を主成分として含むことが好ましく、重合体ブロック(a1)100質量%中、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位の含有割合が50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上がさらに好ましい。重合体ブロック(a1)は、実質的にジエンおよび/またはオレフィン由来の単位のみから構成されていてもよく、例えばジエンおよび/またはオレフィン由来の単位が99質量%以上であってもよい。
ポリマー鎖(A)が、ジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有する重合体ブロック(a1)と、芳香族ビニル単量体由来の単位を有する重合体ブロック(a2)とを有する場合、重合体ブロック(a2)は、芳香族ビニル単量体由来の単位に加え、さらに他の不飽和単量体由来の単位を有していてもよい。この場合の他の不飽和単量体としては、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等の不飽和カルボン酸およびそのエステル;スチレン、ビニルトルエン、メトキシスチレン、α-メチルスチレン、2-ビニルピリジン等の芳香族ビニル化合物;ビニルトリメトキシシラン、γ-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメトキシシラン等のビニルシラン等が挙げられる。重合体ブロック(a2)は、これら他の不飽和単量体と芳香族ビニル単量体との共重合体であってもよい。なお、重合体ブロック(a2)は芳香族ビニル単量体由来の単位を主成分として含むことが好ましく、重合体ブロック(a2)100質量%中、芳香族ビニル単量体由来の単位の含有割合が70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましい。重合体ブロック(a2)は、実質的に芳香族ビニル単量体由来の単位のみから構成されていてもよく、例えば芳香族ビニル単量体由来の単位が99質量%以上であってもよい。
ポリマー鎖(A)中、重合体ブロック(a2)の含有割合は10質量%以上であることが好ましく、14質量%以上がより好ましく、17質量%以上がさらに好ましく、また55質量%以下が好ましく、50質量%以下がより好ましく、45質量%以下がさらに好ましい。これにより、ポリマー鎖(A)がソフト成分とハード成分をバランス良く有するものとなり、共重合体(P)の機械的強度を確保しつつ、透明性を高めることが容易になる。同様の観点から、ポリマー鎖(A)中、重合体ブロック(a1)の含有割合は45質量%以上であることが好ましく、50質量%以上がより好ましく、55質量%以上がさらに好ましく、また90質量%以下が好ましく、86質量%以下がより好ましく、83質量%以下がさらに好ましい。
ポリマー鎖(A)の重量平均分子量は、0.1万以上が好ましく、0.5万以上がより好ましく、1万以上がさらに好ましく、3万以上がさらにより好ましく、また50万以下が好ましく、30万以下がより好ましく、20万以下がさらに好ましく、10万以下がさらにより好ましい。ポリマー鎖(A)の重量平均分子量をこのような範囲とすることで、共重合体(P)の強度と透明性を確保しやすくなる。
共重合体(P)に含まれるポリマー鎖(B)について説明する。ポリマー鎖(B)は、(メタ)アクリル系単量体由来の単位を少なくとも有し、環構造を有するものである。ポリマー鎖(B)はポリマー鎖(A)にグラフトしていることが好ましく、従って、共重合体(P)はグラフト共重合体であり、当該グラフト共重合体のグラフト鎖としてポリマー鎖(B)を有することが好ましい。ポリマー鎖(B)によって、共重合体(P)の透明性を高めることができる。
ポリマー鎖(B)の(メタ)アクリル系単量体由来の単位(以下、「(メタ)アクリル単位」と称する場合がある)は、(メタ)アクリル系単量体を重合することによりポリマー鎖(B)に導入することができる。(メタ)アクリル系単量体には(メタ)アクリル酸およびその誘導体が含まれ、(メタ)アクリル系単量体のα位またはβ位にはアルキル基(好ましくは、炭素数1~4のアルキル基)が結合していてもよく、当該アルキル基は、水素原子の少なくとも一部が、ヒドロキシル基またはハロゲン基で置換されていてもよい。(メタ)アクリル系単量体由来の単位に含まれるカルボン酸の形態は特に限定されず、遊離酸、エステル、塩、酸アミド等の形態が挙げられる。
ポリマー鎖(B)は、(メタ)アクリル単位として、少なくとも(メタ)アクリル酸エステル由来の単位を有している。(メタ)アクリル酸エステル由来の単位を与える(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸のエステル結合の酸素原子に直鎖状、分岐状または環状の脂肪族炭化水素基や芳香族炭化水素基が結合した(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
直鎖状または分岐状の脂肪族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸sec-ブチル、(メタ)アクリル酸tert-ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸イソアミル、(メタ)アクリル酸n-ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸へプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ペンタデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル等の(メタ)アクリル酸アルキルが挙げられる。(メタ)アクリル酸アルキルのアルキル基は、C1-18アルキル基が好ましく、C1-12アルキル基がより好ましい。なお本明細書において、「C1-18」や「C1-12」との記載は、それぞれ「炭素数1~18」、「炭素数1~12」を意味する。
環状の脂肪族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸シクロプロピル、(メタ)アクリル酸シクロブチル、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル等の(メタ)アクリル酸シクロアルキル;(メタ)アクリル酸イソボルニル等の架橋環式(メタ)アクリレート等が挙げられる。(メタ)アクリル酸シクロアルキルのシクロアルキル基は、C3-20シクロアルキル基が好ましく、C3-12シクロアルキル基がより好ましい。
芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トリル、(メタ)アクリル酸キシリル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸ビナフチル、(メタ)アクリル酸アントリル等の(メタ)アクリル酸アリール;(メタ)アクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アラルキル;(メタ)アクリル酸フェノキシエチル等の(メタ)アクリル酸アリールオキシアルキル等が挙げられる。(メタ)アクリル酸アリールのアリール基は、C6-20アリール基が好ましく、C6-14アリール基がより好ましい。(メタ)アクリル酸アラルキルのアラルキル基は、C6-10アリールC1-4アルキル基が好ましい。(メタ)アクリル酸アリールオキシアルキルのアリールオキシアルキル基は、C6-10アリールオキシC1-4アルキル基が好ましく、フェノキシC1-4アルキル基がより好ましい。
(メタ)アクリル酸エステルは、ヒドロキシル基、ハロゲン基、アルコキシ基、エポキシ基等の置換基を有していてもよい。このような(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル;(メタ)アクリル酸クロロメチル、(メタ)アクリル酸2-クロロエチル等の(メタ)アクリル酸ハロゲン化アルキル;(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル等の(メタ)アクリル酸アルコキシアルキル;(メタ)アクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル酸エポキシアルキル等が挙げられる。(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルと(メタ)アクリル酸エポキシアルキルのアルキル基は、C1-12アルキル基が好ましい。(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルのアルコキシアルキル基は、C1-12アルコキシC1-12アルキル基が好ましい。
ポリマー鎖(B)は、(メタ)アクリル単位に加えて、主鎖に環構造を有する単位(以下、「環構造単位」と称する場合がある)を有している。ポリマー鎖(B)が主鎖に環構造を有することで、共重合体(P)の耐熱性を高めることができる。また、耐溶剤性、表面硬度、接着性、酸素や水蒸気のバリヤ性、各種の光学特性の向上も期待できる。さらに、共重合体(P)やこれを含む樹脂組成物をフィルムやシートにした場合に、高温高湿度条件下での寸法安定性や形状安定性を高めることができる。このように形成したフィルムは、延伸することによって、ポリマー鎖(B)の環構造に由来して大きな位相差を発現させることができ、位相差フィルムとしての適用が可能となる。この特徴は、共重合体(P)やこれを含む樹脂組成物を、位相差フィルムまたは位相差フィルムの機能を有する偏光子保護フィルムなどの光学フィルムへの適用を可能とする。
環構造としては、例えば、前述の式(1)~(4)で表される環状イミド構造(例えば、マレイミド構造、グルタルイミド構造など)、環状無水物構造(例えば、無水マレイン酸構造、無水グルタル酸構造など)、環状アミド構造(例えば、ラクタム構造など)、環状エステル構造(例えば、ラクトン環構造など)などが挙げられる。
ポリマー鎖(B)中の環構造単位の含有割合は特に限定されないが、ポリマー鎖(B)中、環構造単位の含有割合は3質量%以上が好ましく、4質量%以上がより好ましく、5質量%以上がさらに好ましく、また50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下がさらに好ましい。このように環構造単位の含有割合を調整することにより、フィルムに耐熱性と機械的強度の両方をバランス良く付与することができる。フィルムにより高い耐熱性や機械的強度を付与する場合は、ポリマー鎖(B)中の構造単位の含有割合を10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、あるいは25質量%以上とすることもできる。
ポリマー鎖(B)の主鎖の環構造は、(メタ)アクリル系単量体の一部または全部を環構造内に含んでいてもよく、(メタ)アクリル系単量体とは別に導入された環構造であってもよい。(メタ)アクリル系単量体の一部または全部を環構造内に含ませる場合には、例えば、隣接する(メタ)アクリル系単量体由来の単位の2個のカルボン酸基を酸無水物化、イミド化などによって連結すればよい。また隣接する(メタ)アクリル系単量体由来の単位のうち一方がヒドロキシル基やアミノ基などのプロトン性水素原子含有基を有する場合には、この一方の(メタ)アクリル系単量体由来の単位のプロトン性水素原子含有基と他方の(メタ)アクリル系単量体由来の単位のカルボン酸基とが縮合することでも、環構造を形成できる。環構造を(メタ)アクリル系単量体由来の単位とは別に導入する場合は、例えば、(メタ)アクリル系単量体と、環構造内に重合性二重結合を有する単量体とを共重合すればよい。
本発明に含まれる(メタ)アクリル系(メタ)アクリル系重合体の製造方法は公知の方法を用いることが出来る。メタ)アクリル系重合体はジエンおよび/またはオレフィン由来の単位を有するポリマー鎖(A)と(メタ)アクリル系単量体由来の単位と主鎖に環構造を有する単位を有するポリマー鎖(B)とを有する共重合体については、特に限定されず、WO2018/131670に記載の製造方法を用いることが出来る。
共重合体(P)の重量平均分子量(Mw)は、特に限定されないが、例えば、10000以上(例えば、10000~1000000)、好ましくは20000以上(例えば、25000~500000)、さらに好ましくは30000以上(例えば、50000~300000)であってもよい。特に好ましい範囲としては、例えば、7万以上30万以下であり、下限は8万以上、9万以上、10万以上、11万以上が挙げられ、上限は29万以下、28万以下、25万以下が挙げられる。
また、共重合体(P)の分子量分布(Mw/Mn)は、特に限定されないが、例えば、1~10(例えば、1.1~7.0)、好ましくは1.2~5.0(例えば、1.5~4.0)程度であってもよく、1.5~3.0程度であってもよい。
なお、分子量(及び分子量分布)は、例えば、GPCを用い、ポリスチレン換算により測定してもよい。
共重合体(P)のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、例えば、70℃以上(例えば、80~200℃)、好ましくは90℃以上(例えば、100~180℃)、さらに好ましくは100℃以上(例えば、105~160℃)程度であってよく、110℃以上(例えば、115~150℃)とすることもできる。
[他の重合体]
重合体は、少なくとも(メタ)アクリル系重合体を含んでいればよく、(メタ)アクリル系重合体のみで構成してもよく、必要に応じて、他の重合体((メタ)アクリル系重合体の範疇に属さない樹脂)を含んでいてもよい。
他の重合体としては、所望の物性等に応じて適宜選択でき、特に限定されず、熱可塑性樹脂であってもよく、硬化性樹脂であってもよく、これらを組み合わせてもよい。
具体的な他の重合体としては、例えば、オレフィン系重合体(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)など)、ハロゲン系重合体(例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどのハロゲン化ビニル系重合体)、スチレン系重合体[例えば、ポリスチレン、スチレン系共重合体(例えば、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンブロック共重合体、アクリレート-スチレン-アクリロニトリル共重合体など)など]、ポリエステル系重合体(例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの芳香族ポリエステル)、ポリアミド系重合体(例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド610などの脂肪族ポリアミド系重合体)、ポリアセタール系重合体、ポリカーボネート系重合体、ポリフェニレンオキシド系重合体、ポリフェニレンスルフィド系重合体、ポリエーテルエーテルケトン系重合体、ポリスルホン系重合体、ポリエーテルスルホン系重合体、ゴム質重合体[例えば、ゴム(ポリブタジエン系ゴム、アクリル系ゴムなど)を配合したスチレン系重合体、セルロース系重合体(セルロース誘導体)としては、セルロースエステル[例えば、セルロースアセテート(セルロースジアセテート、セルローストリアセテート)、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどのセルロースアシレート]、セルロースエーテル[例えば、アルキルセルロース(例えば、メチルセルロース、エチルセルロースなど)、ヒドロキシアルキルセルロース(例えば、ヒドキシエチルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロースなど)、カルボキシアルキルセルロース(例えば、カルボキシメチルセルロースなど)]、シアノエチルセルロースなどが挙げられる。重合体は単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
他の重合体は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
重合体が他の重合体を含む場合、他の重合体の含有割合は、重合体中、例えば、10質量%未満(例えば、0.01質量%以上10質量%未満)の範囲から選択でき、8質量%以下(例えば、0.1質量%以上8質量%未満)、好ましくは6質量%以下(例えば、0.1質量%以上6質量%未満)であってもよく、5質量%以下(例えば、2~45質量%)、3質量%以下(例えば、3~35質量%)、2質量%以下、1質量%以下などであってもよい。下限は0.01質量%以上であってもよく、0.1質量%以上が好ましい。
なお、アクリルの特性(透明性などの光学特性、硬度など)を効率よく発現するという観点から、他の重合体を含む場合でも、他の重合体(特に、非アクリル系の他の重合体)の割合は小さいのが好ましい。
重合体において、(メタ)アクリル系重合体の含有割合は、90質量%より多いことが好ましい。例えば、91質量%以上(例えば、92質量%以上)、好ましくは93質量%以上(例えば、94質量%以上)、さらに好ましくは95質量%以上(例えば、96質量%以上)であってもよく、97質量%以上(例えば、98質量%以上)、99質量%以上(例えば、99.5質量%以上)、99.9質量%以上(例えば、99.99質量%以上)であってもよい。
なお、(メタ)アクリル系重合体が多い方が、環構造を有するアクリルの特性(耐熱性、硬度(強度)、耐溶剤性、表面硬度、光学特性、寸法安定性、形状安定性など)が発現しやすい点で好ましい。
・組成物
本発明の組成物は、上記の通り、重合体とナノセルロースとを少なくとも含む。
本発明の樹脂組成物は、組成物に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合が90質量%より多いことが好ましい。例えば、91質量%以上(例えば、92質量%以上)、好ましくは93質量%以上(例えば、94質量%以上)、さらに好ましくは95質量%以上(例えば、96質量%以上)であってもよく、97質量%以上(例えば、98質量%以上)、99質量%以上(例えば、99.5質量%以上)、99.9質量%以上(例えば、99.99質量%以上)であってもよい。このような組成物とすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
組成物において、重合体に対するナノセルロースの含有割合は0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。重合体(又は(メタ)アクリル系重合体)に対してナノセルロースの含有割合の上限は、10質量%以下が好ましく、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは7質量%以下であってもよく、6質量%以下、5質量%以下、4質量%以下などであってもよい。重合体(又は(メタ)アクリル系重合体)に対してナノセルロースの含有割合の下限は、0.1質量%以上が好ましく、より好ましくは0.2質量%以上、さらに好ましくは0.3質量%以上であってもよく、0.4質量%以上、0.5質量%以上、0.7質量%以上などであってもよい。このような組成物とすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
本発明の組成物中のナノセルロースの含有割合は、0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。組成物中のナノセルロースの含有割合の上限は、10質量%以下が好ましく、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは7質量%以下であってもよく、6質量%以下、5質量%以下、4質量%以下などであってもよい。組成物中のナノセルロースの含有割合の下限は、0.1質量%以上が好ましく、より好ましくは0.2質量%以上、さらに好ましくは0.3質量%以上であってもよく、0.4質量%以上、0.5質量%以上、0.7質量%以上などであってもよい。このような組成物とすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
本発明では、ナノセルロースの割合を比較的小割合としても、十分な物性が得られうる。
特に、透明性、低溶融粘度、低溶液粘度、低着色度(黄色味、YI)、熱安定性、脆くなりにくい等の点で、ナノセルロースの割合を、比較的小さく[例えば、重合体に対して、10質量%以下、さらには、5質量%以下、3質量%以下などに]してもよい。
一方、本発明では、ナノセルロースの割合を大きく[例えば、重合体に対して、50質量%以上、さらには、70質量%以上、100質量%以上などに]することもできる。このように大きくすることで、組成物において、ナノセルロースの持つ特性(例えば、高弾性率、高強度、凝集力、チクソ性、バリヤ性など)を効率良く発現ないし発揮しうる。
組成物は、必要に応じて、所望の物性が得られる範囲で、他の成分(重合体及びナノセルロース以外の成分)を含んでいてもよい。
他の成分としては、特に限定されないが、例えば、慣用の添加剤(例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤、安定剤、補強材、界面活性剤、帯電防止剤、分散剤、難燃剤、帯電防止剤、充填剤、可塑剤、滑剤など)を含んでいてもよい。
組成物は、他の成分を単独で又は2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
本発明の樹脂組成物はナノセルロースおよび(メタ)アクリル系重合体を含むことが好ましい。組成物[又は成形体(後述)]は、樹脂成分として、アクリル樹脂の骨格と環構造の骨格を有する(メタ)アクリル系重合体を含んでいることが好ましく、この(メタ)アクリル系重合体に由来する所定の物性を有する。
本発明では、このような(メタ)アクリル系重合体とナノセルロースとを組み合わせることにより、当該物性(例えば、強度、硬度など)を向上又は改善しうる。
また、本発明の組成物の他の態様では、新たな物性を付与ないし発現しうる。例えば、(メタ)アクリル系重合体に、ナノセルロースを組み合わせる(さらにはその量を調整する)ことにより、複屈折ないし位相差を調整(変動)でき、光学的等方性の組成物を得ることもできる。
さらに、本発明の組成物の他の態様では、ある物性を損なうことなく(維持しつつ)、別の物性を付与、向上又は改善しうる。例えば、(メタ)アクリル系重合体とナノセルロースとを組み合わせても、透明性や高耐熱性といった物性を損なうことなく、強度や硬度といった別の物性を向上又は改善しうる。
以下に、本発明の組成物が実現しうる物性の具体例を例示する。
本発明の組成物のJIS Z 8729に準拠して、光路長10mmの石英セルを用いて測定したYIは、1.7以下であることが好ましい。より好ましくは1.6以下、1.5以下であり、特に好ましくは1以下である。組成物のYIをこの範囲とすることで、溶液製膜などの成膜により好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
組成物のガラス転移温度は、(メタ)アクリル系重合体の構成モノマーや環構造の種類、さらにはその割合などにもよるが、例えば、70℃以上(例えば、80~200℃)、好ましくは90℃以上(例えば、100~180℃)、さらに好ましくは100℃以上(例えば、105~160℃)程度であってよく、110℃以上(例えば、115~150℃)とすることもできる。
組成物の透明性は、(メタ)アクリル系重合体における環構造の割合、添加剤の種類やその使用の有無及び割合などに応じて選択できる。例えば、厚み100μmの未延伸フィルムにおける(組成物を厚み100μmの未延伸フィルムとしたときの)内部ヘイズが、1以下(例えば、0.8以下)、好ましくは0.7以下(例えば、0.6以下)、さらに好ましくは0.5以下(例えば、0.4以下)程度であってもよく、0.3以下、0.2以下にすることもできる。
また、厚み100μmの未延伸フィルムにおいて(組成物を厚み100μmの未延伸フィルムとしたときの)全光線透過率は、例えば、80%以上、好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは91%以上であってもよい。
組成物の硬度は、例えば、厚み100μmの未延伸フィルムにおいて(組成物を厚み100μmの未延伸フィルムとしたとき)、50μm平面圧子を用いて測定されたユニバーサル硬度で、3N/mm以上(例えば、3.5~20N/mm)、好ましくは4N/mm以上(例えば、4.5~15N/mm)、さらに好ましくは5N/mm以上(例えば、5.5~10N/mm)であってもよく、6N/mm以上、7N/mm以上などとすることもできる。
硬度が大きい程、ハードコートの材料の選択肢が増える、用途によってはハードコート不要になる等の点で好ましい。
また、厚み100μmの未延伸フィルムにおいて(組成物を厚み100μmの未延伸フィルムとしたとき)、50μm平面圧子を用いてユニバーサル硬度を測定した際の最大変形量(最大深度)は、0.3μm以下(例えば、0又は検出限界~0.28μm)、好ましくは0.25μm以下(例えば、0.01~0.22μm)、さらに好ましくは0.2μm以下(例えば、0.03~0.18μm)などであってもよく、0.17μm以下(例えば、0.05~0.16μm)、0.15μm以下(例えば、0.08~0.15μm)などであってもよい。
深度が小さい程、変形し難いため、ハードコートの材料の選択肢が増える、用途によってはハードコート不要になる等の点で好ましい。
厚み100μmの未延伸フィルムにおいて(組成物を厚み100μmの未延伸フィルムとしたとき)、対面角136°のビッカース圧子を用いて測定されたマルテンス硬度は、例えば、150N/mm以上(例えば、170~400N/mm)、好ましくは180N/mm以上(例えば、190~350N/mm)、さらに好ましくは200N/mm以上(例えば、203~300N/mm)などであってもよく、205N/mm以上(例えば、208~250N/mm)、210N/mm以上などとすることもできる。
硬度が大きい程、ハードコートの材料の選択肢が増える、用途によってはハードコート不要になる等の点で好ましい。
組成物の引張弾性率は、例えば、1GPa以上(例えば、1.5~30GPa)、好ましくは2GPa以上(例えば、2.5~20GPa)、さらに好ましくは3GPa以上(例えば、3.3~15GPa)であってもよく、3.5GPa以上(例えば、3.8~10GPa)などとすることもできる。
組成物の60~100℃における線熱膨張係数は、(メタ)アクリル系重合体における環構造の種類や割合などにもよるが、500ppm/K(500×10-6/K)以下程度の範囲から選択してもよく、400ppm/K以下(例えば、0~300ppm/K)、好ましくは300ppm/K以下(例えば、1~250ppm/K)、さらに好ましくは200ppm/K以下(例えば、5~180ppm/K)程度であってもよく、150ppm/K以下(例えば、10~140ppm/K)、130ppm/K以下(例えば、20~120ppm以下)、110ppm/K以下(例えば、50~110ppm/K)などであってもよい。
線膨張係数が小さいほど、ディスプレイやレンズなど使用環境化での変化が小さくなり、そりや光学的歪みが発生しにくいなどの点で好ましい。
組成物の応力光学係数(Cr)は、(メタ)アクリル系重合体における環構造の種類や割合などに応じて選択できる。例えば、光学等方性の組成物(光学等方性の発現)を想定する場合、組成物のCrは、その絶対値で15×10-11/Pa以下、好ましくは10×10-11/Pa以下、さらに好ましくは5×10-11/Pa以下、最も好ましくは3×10-11/Pa以下であってもよい。
また、光学異方性の組成物(光学異方性の発現)を想定する場合、組成物のCrは、その絶対値で20×10-11/Pa以上、好ましくは50×10-11/Pa以上、さらに好ましくは150×10-11/Pa以上、最も好ましくは300×10-11/Pa以上であってもよい。
組成物の光弾性係数(Cd)は、(メタ)アクリル系重合体における環構造の種類や割合などに応じて選択できる。例えば、光学等方性の組成物(光学等方性の発現)を想定する場合、組成物のCdは、その絶対値で、5×10-12/Pa以下、好ましくは3×10-12/Pa以下、さらに好ましくは2×10-12/Pa以下、最も好ましくは1×10-12/Pa以下であってもよい。
なお、厚み100μmの未延伸フィルムは、後述の実施例に記載の方法で作製する。具体的には、組成物とジクロロメタンを攪拌混合したドープ(ドープ液)、PETフィルムにアプリケーターを使用して塗り広げた後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させ、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、厚み100μmの未延伸フィルムを得た。
本発明の組成物は、有機溶剤を含むことが好ましい。有機溶媒は炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒、セロソルブ系溶媒、アルコール系溶媒、ニトリル系溶媒およびハロゲン系溶媒から選ばれる1種以上の溶媒であることが好ましい。有機溶剤としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール等のエーテル系溶媒;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のエステル系溶媒;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール等のアルコール系溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;クロロホルム、塩化メチレン等のハロゲン系溶媒などが上げられる。これらの溶媒は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。本発明においては炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、およびハロゲン系溶媒がより好ましい。組成物が有機溶剤を含むことで、樹脂組成物はフィルムの溶液流延法に用いられるフィルム製造用ドープとして好適に用いることが出来る。(以下、本発明の組成物が有機溶剤を含む場合には、フィルム製造用ドープとして好適に用いられるため、本明細書中ではドープ液とも記載する。)
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、本発明の組成物中の有機溶剤の含有割合は、1質量%以上99質量%以下が好ましい。有機溶剤を含む組成物中の有機溶剤の含有割合の上限は、95質量%以下が好ましく、より好ましくは90質量%以下、さらに好ましくは85質量%以下であってもよい。有機溶剤を含む組成物中の有機溶剤の含有割合の下限は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、さらに好ましくは20質量%以上であってもよく、30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上などであってもよい。このような組成とすることで、樹脂組成物はフィルムの溶液流延法に用いられるフィルム製造用ドープとして好適に用いることが出来る。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、本発明の組成物中のナノセルロースの含有割合は、0.01質量%以上10質量%以下が好ましい。有機溶剤を含む組成物中のナノセルロースの含有割合の上限は、10質量%以下が好ましく、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは7質量%以下であってもよく、6質量%以下、5質量%以下、4質量%以下などであってもよい。有機溶剤を含む組成物中のナノセルロースの含有割合の下限は、0.01質量%以上が好ましく、より好ましくは0.03質量%以上、さらに好ましくは0.05質量%以上であってもよく、0.08質量%以上、0.11質量%以上、0.15質量%以上などであってもよい。このような組成物とすることで、用いて得られるフィルムの弾性率が向上すると共に、溶液製膜することで光学フィルムに用いるに好ましい高透明、低着色のフィルムを得ることが可能となる。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、本発明の組成物中の重合体の含有割合は、1質量%以上70質量%以下が好ましい。有機溶剤を含む組成物中の重合体の含有割合の上限は、70質量%以下が好ましく、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下であってもよく、45質量%以下、40質量%以下、35質量%以下などであってもよい。有機溶剤を含む組成物中の重合体の含有割合の下限は、1質量%以上が好ましく、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であってもよく、10質量%以上、15質量%以上、などであってもよい。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、本発明の組成物中の(メタ)アクリル系重合体の含有割合は、1質量%以上70質量%以下が好ましい。有機溶剤を含む組成物中の(メタ)アクリル系重合体の含有割合の上限は、70質量%以下が好ましく、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下であってもよく、45質量%以下、40質量%以下、35質量%以下などであってもよい。有機溶剤を含む組成物中の(メタ)アクリル系重合体の含有割合の下限は、1質量%以上が好ましく、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であってもよく、10質量%以上、15質量%以上、などであってもよい。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、樹脂組成物の25℃における溶液粘度が0.05Pa・s以上50Pa・s以下であることが好ましい。樹脂組成物の25℃における溶液粘度の上限は、40Pa・s以下が好ましく、より好ましくは質30Pa・s以下、さらに好ましくは20Pa・s以下であってもよく、10Pa・s以下、5Pa・s以下などであってもよい。樹脂組成物の25℃における溶液粘度の下限は、0.05Pa・s以上が好ましく、より好ましくは0.1Pa・s以上、さらに好ましくは0.15Pa・s以上などであってもよい。このような溶液粘度とすることで、樹脂組成物はフィルムの溶液流延法に用いられるフィルム製造用ドープとして好適に用いることが出来る。樹脂組成物の25℃における溶液粘度は、JIS Z 8803の規定に準拠して測定される。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、JIS K7361に準拠し、光路長10mmの石英セルを用いて測定した透過率は、80%以上であることが好ましい。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、JIS K7136に準拠し、光路長10mmの石英セルを用いて測定したヘイズは、10%以下、8%以下、5以下、3以下、2以下、1以下であることが好ましい。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、本発明の樹脂組成物はフィルムの溶液流延法に用いられるフィルム製造用ドープであることが好ましい。ドープは、適宜、光安定剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、艶消し剤、光拡散剤、着色剤、染料、顔料、帯電防止剤、熱線反射材、滑剤、可塑剤、紫外線吸収剤、安定剤、フィラー等の公知の添加剤を含有するものであってもよい。
本発明では、組成物の光学特性を調整でき、例えば、光学的等方性の組成物を得ることもできるし、光学的異方性の組成物を得ることも可能である。
本発明の組成物の製造方法は、重合体及びナノセルロースを少なくとも含有する限り特に限定されない。例えば、重合体とナノセルロースと(さらに必要に応じて他の成分)を混合することで製造してもよい。
混合方法も特に限定されず、例えば、溶融混合であってもよく、適当な溶媒の存在下で混合してもよい。
溶媒の存在下で混合する方法としては、重合体及びナノセルロースを溶媒に混合してもよく、予め、重合体を含む混合液とナノセルロースを含む混合液とを調製し、これらの混合物を混合してもよい。
また、ナノセルロースの存在下で、重合体の構成モノマーを重合することで、組成物を製造することもできる。
この際、ナノセルロースが、重合体の構成モノマーと反応して結合可能な官能基や重合性基を有していると、重合体とナノセルロースとを結合させることもできる。
例えば、エチレン性不飽和結合を有するナノセルロースの存在下で、重合体の構成モノマー(例えば、メタクリル酸メチルなどの(メタ)アクリル酸エステルを含むモノマー)を重合することで、これらの共重合体として、重合体とナノセルロースとの組成物を得ることができる。
なお、官能基や重合性基は、ナノセルロースが有するヒドロキシル基を介して導入していてもよい。例えば、エポキシ基を有するモノマー(例えば、グリシジル(メタ)アクリレートなど)と、ナノセルロースとを反応させることで、重合性基を有するナノセルロースを得ることができる。
本発明の組成物が有機溶剤を含む場合、重合体及び/またはナノセルロースの溶剤への分散方法としては、従来公知の方法を広く適用できる。例えば、重合体及び/またはナノセルロースを溶剤に投入し、適宜剪断及び/または熱を掛けながら攪拌し、直接分散させる方法、重合体及びナノセルロースを同時に溶剤に投入して適宜剪断および/または熱を掛けながら攪拌して分散または溶解させ、直接ドープを作製する方法、あるいは、複数の重合体及び/またはナノセルロースを予め混合し、好ましくは加熱溶融させた上で適宜剪断力を加えて溶融混練し、樹脂組成物(例えば、ペレット状の樹脂組成物)を作製した後に該樹脂組成物を溶剤に分散させる方法、などが例示されるが、これに限定されるものではない。
これらの重合体の溶剤への分散方法においては、一次粒子が凝集あるいは溶着したものを、好ましくは一次粒子の状態にばらけさせることになるので、本発明に用いる重合体の要件を満たすことに加えて、適宜、溶剤の作用(膨潤による可塑化)、熱による作用(可塑化)、そして剪断力により、凝集あるいは溶着した一次粒子同士を解砕させる作用を重合体に効果的に付与することが好ましい。これらの作用を付与することにより、本発明のドープ中で重合体が十分に良好に分散し、本発明のアクリル系樹脂フィルムを製造する際に、異物やフィッシュアイの形成、透明性の低下などの悪影響を回避することができる。
<成形体>
本発明には、前記組成物を含む(前記組成物を含む)成形体(成形品)が含まれる。
このような成形体の形状は、特に限定されず、二次元的形状[例えば、フィルム(又はシート)など]、三次元的形状(例えば、ブロック状など)などのいずれであってもよい。
成形体は、発泡体(発泡成形体)であってもよい。
成形体(成形品)は、前記組成物と同様の物性を有していてもよい。このような物性値は、前記と同様の範囲から選択できる。例えば、成形品(フィルムなど)において、ガラス転移温度は、例えば、70℃以上(例えば、80~200℃)、好ましくは90℃以上(例えば、100~180℃)、さらに好ましくは100℃以上(例えば、105~160℃)程度であってよく、110℃以上(例えば、115~150℃)とすることもできる。弾性率は、例えば、1GPa以上(例えば、1.5~30GPa)、3GPa以上(例えば、3.3~15GPa)などであってもよく、60~100℃における線熱膨張係数は、300ppm/K以下(例えば、1~250ppm/K)、150ppm/K以下、100ppm/K以下などであってもよい。
本発明は前記組成物を含むフィルムであることが好ましく、光学用途向けの光学フィルムであることが好ましい。
本発明の樹脂組成物を含むフィルムの100μm換算の内部b*値は1.0であることが好ましい。より好ましくは0.9以下、さらに好ましくは0.8以下0.7以下であってもよく、特に好ましくは0.5以下がよい。フィルムの内部b*値はJIS Z 8729の規定に準拠して測定される。
本発明の樹脂組成物を含むフィルムの100μm換算の内部ヘイズは1.0以下であることが好ましい。より好ましくは0.5以下、さらに好ましくは0.4以下であってもよく、特に好ましくは0.3以下がよい。フィルムの内部ヘイズはJIS K7136の規定に準拠して測定される。
本発明の樹脂組成物を含むフィルムの弾性率は1GPa以上であることが好ましい。2GPa以上が好ましく、より好ましくは3GPa以上、さらに好ましくは3.5GPa以上であってもよく、4.0GPa以上などであってもよい。フィルムの弾性率は、後述する実施例に記載する方法を用いて測定することができる。
本発明の樹脂組成物を含むフィルムのマルテンス硬度は150N/mm以上であることが好ましい。180N/mm以上が好ましく、より好ましくは200N/mm以上、さらに好ましくは205N/mm以上であってもよく、210N/mm以上などであってもよい。フィルムのマルテンス硬度は、後述する実施例に記載する方法を用いて測定することができる。
<成形体の製造方法>
インフレーション法、T-ダイ法、カレンダー法、切削法、流延法、エマルジョン法、ホットプレス法等の製造法が使用できるが、着色抑制、異物欠点の抑制、ダイラインなどの光学欠点の抑制などの観点から流延法による溶液流延法が好ましい。
・ドープの製造工程
溶液流延法に用いるドープを製造する方法として、ナノセルロース存在下で単量体を重合する工程の後に、乾燥させ得た樹脂組成物を再度有機溶剤に溶解する工程を経ても良いし、乾燥せずに重合体濃度を調整しドープとして使用しても良い。
・流延工程
本発明の製造方法において、流延工程を設けることが好ましい。
流延工程では、溶解工程で調製したドープ組成物を、支持体上に流延して膜状とし、これを乾燥して流延膜を形成することが好ましい。膜形成方法としてはダイコーター、ドクターブレードコーター、ロールコーター、コンマコーター、リップコーター等が好ましいが、これらの例に限定されずに通常使用される種々の方法が可能である。この流延工程は、ドープ組成物を、送液ポンプ(例えば、加圧型定量ギヤポンプ、ダイヤフラムポンプなど)を通して塗工部に送液し、無限に移送する無端の金属ベルト(例えばステンレスベルト)、あるいは回転する金属ドラム等の金属支持体、あるいは工程フィルム等の支持体上の流延位置に、ドープ組成物を流延する工程であることが好ましい。塗工部としては、口金部分のスリット形状を調整出来、膜厚を均一にし易い加圧ダイが好ましい。加圧ダイには、コートハンガーダイやTダイ等があり、何れも好ましく用いられる。金属支持体の表面は鏡面とすることで表面平滑性に優れたフィルムとすることができるが、要求される特性を得るために凹凸状の支持体に塗工し、その凹凸形状を転写させてもよい。製膜速度を上げるために加圧ダイを金属支持体上に2基以上設け、ドープ組成物量を分割して重層してもよい。あるいは複数のドープ組成物を同時に流延する共流延法によって積層構造の流延膜を得ることも好ましい。
ドープ組成物を流延する際に、2種類以上のドープ組成物を同時積層共流延又は逐次積層共流延させることもできる。更にこの2つの共流延を組み合わせても良い。同時積層共流延を行う際には、フィードブロックを取り付けた流延ダイを用いても良いし、マルチマニホールド型流延ダイを用いても良い。共流延により多層からなるフィルムは、空気面側の層の厚さと支持体側の層の厚さとの少なくともいずれか一方が、フィルム全体の膜厚の0.5%~30%であることが好ましい。更に、同時積層共流延を行う場合には、ダイスリットから支持体にドープ組成物を流延する際に、高粘度ドープ組成物が低粘度ドープ組成物により包み込まれることが好ましい。
この流延工程において、逐次で共流延を行ってもよい。
・乾燥工程
次に、こうして得た流延膜を乾燥することが好ましい。その際、通常は流延膜金属支持体上で加熱し、金属支持体から流延膜が剥離可能になるまで溶媒を蒸発させることが好ましい。溶媒を蒸発させるには、流延膜側から風を吹かせる方法及び/または金属支持体の裏面から液体により伝熱させる方法、輻射熱により表裏から伝熱する方法等があるが、裏面液体伝熱の方法が、乾燥効率がよく好ましい。またそれらを組み合わせる方法も好ましい。裏面液体伝熱の場合は、ドープ組成物に用いた主たる有機溶媒または最も低い沸点を有する有機溶媒の沸点以下で加熱するのが好ましい。なお、塗工直後の流涎膜に対して風を吹かせた場合には表面が荒れるなど平面性に悪影響を及ぼすため、裏面液体伝熱の方法が好ましく用いられる。また、その際は乾燥エアー中で実施することが、結露防止の観点からも好ましい。
・剥離工程
本発明の製造方法において、剥離工程を設けることが好ましい。
剥離工程では、流延工程で形成された成形体を支持体から剥離することが好ましい。剥離された成形体は予熱工程に送られることが好ましい。支持体上での成形体の剥離時残留溶媒量は、乾燥条件や支持体の長さ等により設定されるが、本発明においては、5~60質量%の範囲で剥離することが好ましい。さらには10~40質量%の範囲で剥離することが好ましい。ここで残留溶媒量は成形体の全固形分に対する溶媒の含有割合である。
・剥離後の乾燥工程
剥離された成形体は、流れ方向に対し左右端部を把持しながら搬送して乾燥させてもよい。この場合、フィルムの加熱と溶媒蒸発に伴うフィルム幅の変化に追随すべく、左右クリック間隔を適宜調整することが好ましい。また、乾燥装置内に複数配置したロールに交互に通して搬送しながら乾燥させてもよい。この場合は搬送張力によってフィルムが伸びることを防ぐため、5kg/m幅以下の張力で搬送することが好ましい。
また、乾燥炉は異なる温度区間を複数用いてもよい。残存溶媒量に応じた乾燥条件とすることで、効率的な乾燥が行えるだけでなく、シワやスジ等の不具合を抑制して平面性に優れたフィルムとすることができる。
本発明の製造方法において、予熱工程を設けてもよい。このような予熱工程を設けることで、寸法安定性が優れた成形体を得ることができる。また、シワの発生が少なく、良好な面状の成形体を得ることができる。
本発明の製造方法において、熱処理工程を設けてもよい。熱処理温度をこの範囲内に設定することで溶媒の乾燥を十分に行え、寸法安定性に優れる成形体を製造することができる。
・延伸工程
本発明の成形体が光学フィルムとして用いられる場合、幅方向に延伸されることが好ましい。このとき、流延膜の残留溶媒量は1%未満となっていることが好ましい。
延伸倍率は、105%~300%であることが好ましく、110%~200%であることがさらに好ましい。延伸倍率が105%以上であれば良好な面状が得られ、300%以下であれば光学フィルムが破断する可能性が少ない。
また、延伸工程における光学フィルムの表面温度は、熱処理工程での温度より低く、かつ、光学フィルムのTg+10℃~Tg+100℃であることが好ましく、Tg+20~Tg+60℃であることがさらに好ましい。光学フィルムのTg+10℃以上であれば光学フィルムの寸法安定性が悪化しないほか、光学フィルムの透明性も良好なものが得られやすい。
光学フィルムのTg+100℃以下であればテンター離脱後にシワが発生しにくく、ロールの巻き姿が悪化しにくい。
延伸工程は、熱処理工程を行った後、一度光学フィルムをロール状に巻き取ってから、オフラインにて延伸工程をロールから巻きだした光学フィルムに対して行ってもよい。延伸工程の後、光学フィルムがテンターから離脱するまでの間に、フィルムの表面温度はTg以下に冷却されていることが好ましい。
また、フィルムのテンター把持部への融着を防止するため、把持部の温度はTg以下に冷却されていることが好ましい。
本発明の樹脂組成物を含むフィルムは、未延伸フィルムであってもよく、延伸フィルムであってもよい。延伸フィルムは、一軸延伸フィルムであってもよく、二軸延伸フィルムであってもよく、特に二軸延伸フィルムであってもよい。二軸延伸フィルムは、同時二軸延伸フィルムおよび逐次二軸延伸フィルムのいずれでもよい。また、延伸フィルムの遅相軸の方向は、フィルムの流れ方向であってもよく、幅方向であってもよく、更には任意の方向であってもよい。
フィルムの厚さは、特に限定されず、用途等によって適宜調整できるが、例えば、1~500μm、好ましくは3~300μm、さらに好ましくは5~200μm程度であってもよい。フィルムの厚さはJIS K 7130の規定に準拠して測定される。
<成形体の用途>
本発明における成形体は、種々の用途に適用でき、例えば、光学用途に好適に用いてもよい。
具体的な用途の例を挙げると、例えば、フィルム用途[例えば、保護フィルム(光学用保護フィルムなど)、光学フィルム(光学シート)など]、レンズ用途(光学レンズなど)、カバー用途(レンズカバーなど)、発泡体(発泡成形体)用途(例えば、緩衝材、保温・断熱材、制振材、防音材、シール材、パッキング材など)などの各種用途が挙げられる。
保護フィルムとしては、例えば、各種光ディスク(VD、CD、DVD、MD、LD等)基板の保護フィルム、液晶表示装置用の偏光板に用いる偏光子保護フィルムなどが挙げられる。
光学フィルム(光学シート)としては、例えば、位相差フィルム、ゼロ位相差フィルム(面内、厚み方向位相差が限りなく小さい)、視野角補償フィルム、光拡散フィルム、反射フィルム、反射防止フィルム、防眩フィルム、輝度向上フィルム、タッチパネル用導電フィルム、拡散板、導光体、位相差板、ゼロ位相差板、プリズムシート、最表面カバーウインドウ用フィルムなどが挙げられる。
・偏光子保護フィルム
特に、成形体(フィルム)は、液晶表示装置(LCD)等の画像表示装置が備える偏光板に用いる偏光子保護フィルムであってもよい。フィルムは、通常、そのまま偏光子保護フィルムとして使用してもよい。
・偏光板
本発明は、前記フィルムを備えた偏光板も含有する。
すなわち、前記フィルムは、偏光子保護フィルムとして用いて、偏光板に使用することができる。
偏光板の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法に従ってよい。例えば、偏光子の少なくとも片面に、常法を用いて前記フィルムを貼り合わせることにより、偏光板を得ることができる。当該貼り合わせは、前記フィルムの偏光子に接合する側をアルカリ鹸化処理し、偏光子の少なくとも片面に完全鹸化型ポリビニルアルコール水溶液を塗布した後、本発明のフィルムと偏光子とを貼り合わせることにより、好適に実施することができる。
前記偏光子とは、一定方向の偏光波のみを通す素子である。本発明において使用される偏光子としては、特に限定されず、従来公知のものを使用することができ、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム等が挙げられる。ポリビニルアルコール系フィルムとしては、ヨウ素を染色させたものと、二色性染料を染色させたものを使用することができる。
前記ポリビニルアルコール系フィルムは、例えば、ポリビニルアルコール水溶液を製膜し、これを一軸延伸させて染色するか、染色した後一軸延伸してから、好ましくはホウ素化合物を用いて耐久性処理を行ったもの等を好適に使用することができる。
また、偏光子の膜厚は、1~80μm、1~40μmが好ましく、1~20μmがより好ましい。
・画像表示装置
本発明には、前記フィルムを備えた画像表示装置も含有する。このような画像表示装置において、本発明のフィルムの用途(機能)は特に限定されず、例えば、偏光板を備えた画像表示装置において、当該偏光板(偏光子保護フィルム)を構成してもよい。
本発明において、画像表示装置の製造方法は特に限定されず、従来公知の方法に従ってよい。画像表示装置としては、液晶表示装置(LCD)等が好ましい。
本発明のフィルムを備えた偏光板を備えた液晶表示装置は、例えば、液晶セル及びその両面に配置された偏光板からなり、本発明のフィルムを液晶セルに接するように配置することが好ましい。また、液晶表示装置には、常法を用いて、プリズムシート、拡散フィルムをさらに積層することが好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
なお、各種物性は、次のようにして測定・評価した。
[重合反応率、重合体組成分析]
重合反応時の反応率および重合体中の特定単量体単位の含有率は、得られた重合反応混合物中の未反応単量体の量をガスクロマトグラフィー(島津製作所製、装置名:GC-2014)を用いて測定して求めた。
[重量平均分子量および数平均分子量]
重量平均分子量Mwおよび数平均分子量Mnは、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、ポリスチレン換算により求めた。測定に用いた装置および測定条件は以下の通りである。
システム:東ソー製GPCシステムHLC-8220
測定側カラム構成:
・ガードカラム(東ソー製、TSKguardcolumn SuperHZ-L)
・分離カラム(東ソー製、TSKgel SuperHZM-M)2本直列接続
リファレンス側カラム構成:
・リファレンスカラム(東ソー製、TSKgel SuperH-RC)
展開溶媒:クロロホルム(和光純薬工業製、特級)
展開溶媒の流量:0.6mL/分
標準試料:TSK標準ポリスチレン(東ソー製、PS-オリゴマーキット)
カラム温度:40℃
[ガラス転移温度(Tg)]
ガラス転移温度は、JIS K 7121の規定に準拠して求めた。具体的には、示差走査熱量計(リガク社製、Thermo plus EVO DSC-8230)を用い、窒素ガス雰囲気下、約10mgのサンプルを常温から200℃まで昇温(昇温速度20℃/分)して得られたDSC曲線から、始点法により評価した。リファレンスには、α-アルミナを用いた。
[YI(樹脂組成物)]
黄色度(YI)はJIS Z 8729の規定に準拠して求めた。具体的には分光色差計(日本電色工業株式会社製:Colormeter ZE6000)の透過モードでサンプル3gをクロロホルム17gに溶解し15質量%の溶液を、光路長10mmの石英セルを用いて測定した。
[YI(ドープ液)]
黄色度(YI)はJIS Z 8729の規定に準拠して求めた。具体的には分光色差計(日本電色工業株式会社製:Colormeter ZE6000)の透過モードで、光路長10mmの石英セルを用いて測定した。
[粘度]
ドープ液の粘度は、JIS Z 8803の規定に準拠し、BHII型粘度計(東機産業株式会社製)を用いて25℃にて測定した。
[ヘイズ(ドープ液)]
ドープ液のヘイズはJIS K7136の規定に準拠して求めた。具体的には、ヘイズメーター(日本電色工業社製、NDH―1001DP)を用いて、光路長10mmの石英セルを用いて測定した。
[フィルムの厚さ]
フィルムの厚さは、デジマチックマイクロメーター(ミツトヨ製)により求めた。
[内部ヘイズ]
ヘイズはJIS K7136の規定に準拠して求めた。具体的には、ヘイズメーター(日本電色工業社製、NDH―1001DP)を用いて、光路長10mmの石英セルに1,2,3,4-テトラヒドロナフタリン(テトラリン)を満たし、その中にフィルムを浸漬して測定し、100μmあたりの内部ヘイズ値として算出した。
[全光線透過率]
全光線透過率はJIS K7361の規定に準拠して求めた。具体的には、ヘイズメーター(日本電色工業社製、NDH-1001DP)を用いて測定した。
[内部b*値]
黄色度(YI)はJIS Z 8729の規定に準拠して求めた。具体的には分光色差計(日本電色工業株式会社製:Colormeter ZE6000)を用いて、光路長10mmの石英セルに1,2,3,4-テトラヒドロナフタリン(テトラリン)を満たし、その中にフィルムを浸漬して測定し、100μmあたりの内部b*値として算出した。
[マルテンス硬さおよび弾性率(ヤング率)]
マルテンス硬度および弾性率(ヤング率)は、樹脂又は樹脂組成物を熱プレス成形して得た未延伸フィルム(厚さ100μm)に対して、超微小硬度計(フィッシャーインストルメンツ社製、フィッシャースコープHM-2000)を用い、ISO-14577-1に準拠した方法により評価し、マルテンス硬さおよび弾性率(ヤング率)を同時に測定した。
評価は、未延伸フィルムをガラス基板に固定した状態で実施した。測定条件は、四角錐型のビッカース圧子(対面角a=136°)を使用;最大試験荷重3mN;荷重付加時のアプリケーション時間20秒;クリープ時間5秒;荷重減少時のアプリケーション時間20秒;測定温度室温;とし、3回測定した値を平均化して求めた。
[CNFトルエン分散液(T1)の調整]
CNF(第一工業製薬製、CNF N-03、固形分5質量%のメタノール分散体、平均繊維径3nm)をトルエンで希釈し、超音波で30分攪拌混合し、固形分1質量%のCNFトルエン分散液を調整した。
[CNFトルエン分散液(T2)の調整]
CNF(第一工業製薬製、CNF N-03、固形分5質量%のメタノール分散体、平均繊維径3nm)をトルエンで希釈し、超音波で30分攪拌混合し、固形分3質量%のCNFトルエン分散液を調整した。
<実施例1>
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入管を備えた反応器に、メタクリル酸メチル(MMA)100部、n-ドデシルメルカプタン(nDM)0.03部、CNFトルエン分散液(T1)を100部、トルエン20部を仕込み、これに窒素を通じつつ75℃まで昇温させた。その後開始剤としてt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエート(アルケマ吉富社製、ルペロックス575)を0.09部加えるとともに、1部のトルエンに希釈した0.018部のt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエートを2時間かけて一定速度で滴下しながら75-85℃で溶液重合を行い、さらに4時間熟成を行った。これによりCNFとアクリル系重合体からなる樹脂組成物を含有した重合反応液が得られた。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は97%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物(A-1)を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は17.1万、ガラス転移温度は105℃、YIは0.9であった。
次に樹脂組成物A-1を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-1を作製した。ドープ液の粘度は0.4Pa・s、ヘイズは0.4%、YIは1.0であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-1を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-1を得た。フィルムC-1の100μm換算の内部ヘイズは0.2、100μm換算の内部b*値は0.4、弾性率は4.5GPa、マルテンス硬さは225N/mmであった。
<比較例1>
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入管を備えた反応器に、メタクリル酸メチル(MMA)100部、n-ドデシルメルカプタン(nDM)0.03部、重合溶媒としてトルエン100部を仕込み、これに窒素を通じつつ75℃まで昇温させた。その後開始剤としてt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエート(アルケマ吉富社製、ルペロックス575)を0.09部加えるとともに、1部のトルエンに希釈した0.018部のt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエートを2時間かけて一定速度で滴下しながら75-85℃で溶液重合を行い、さらに4時間熟成を行った。これによりMMAが重合したアクリル系重合体を含む重合反応液が得られた。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は98%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、アクリル系重合体(A-2)を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.1万、ガラス転移温度は105℃、YIは0.3であった。
次に樹脂組成物A-2を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-2を作製した。ドープ液の粘度は0.3Pa・s、ヘイズは0.2%、YIは0.4であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-2を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-2を得た。フィルムC-2の100μm換算の内部ヘイズは0.1、100μm換算の内部b*値は0.1、弾性率は3.6GPa、マルテンス硬さは179N/mmであった。
<実施例2>
比較例1で作製したアクリル系重合体(A-2)1部を4部のトルエンに溶解させ、CNFトルエン分散液T1を1部加えて、2時間攪拌混合により溶解させた。その後2.6kPa、140℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-3を得た。
得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.1万、ガラス転移温度は105℃、YIは1.8であった。
次に樹脂組成物A-3を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-3を作製した。ドープ液の粘度は0.4Pa・s、ヘイズは0.9%、YIは1.8であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-3を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-3を得た。フィルムC-3の100μm換算の内部ヘイズは0.4、100μm換算の内部b*値は0.8、弾性率は4.2GPa、マルテンス硬さは221N/mmであった。
<比較例2>
比較例1で作製したアクリル系重合体(A-2)1部を4部のトルエンに溶解させ、CNFトルエン分散液T2を6.7部加えて、2時間攪拌混合により溶解させた。その後2.6kPa、140℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-4を得た。
得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.1万、ガラス転移温度は105℃、YIは4.5であった。
次に樹脂組成物A-4を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-4を作製した。ドープ液の粘度は1.0Pa・s、ヘイズは8.1%、YIは5.1であった。ドープ液を目視で確認したところ一部凝集物が確認された。
次にPETフィルムにドープ液B-4を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-4を得た。フィルムC-4は外観でCNFが不均一に凝集した部位が確認された。100μm換算の内部ヘイズは4.0、100μm換算の内部b*値は3.2であった。
<実施例3>
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入管を備えた反応器に、MMA83.5部、2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(MHMA)12部、n-ドデシルメルカプタン(nDM)0.07部、CNFトルエン分散液T1を100部、トルエン20部を仕込み、これに窒素を通じつつ75℃まで昇温させた。その後開始剤としてt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエート(アルケマ吉富社製、ルペロックス575)を0.09部加えるとともに、スチレン(St)4.5部と1部のトルエンに希釈した0.018部のt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエートとを2時間かけて一定速度で滴下しながら75-85℃で溶液重合を行い、さらに4時間熟成を行った。ここに環化触媒としてリン酸ステアリル0.07部を加え、70-85℃の温度で2時間環化反応を行った。これにより、MMAとMHMAとStから重合形成され、主鎖にラクトン環構造を有するアクリル系共重合体とCNFとからなる樹脂組成物を含有した重合反応液が得られた。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は97%、MHMAの転化率は96%、Stの転化率は99%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-5を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は15.6万、ガラス転移温度は122℃、YIは0.8であった。
次に樹脂組成物A-5を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-5を作製した。ドープ液の粘度は0.4Pa・s、ヘイズは0.9%、YIは1.0であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-5を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-5を得た。フィルムC-5の100μm換算の内部ヘイズは0.2、100μm換算の内部b*値は0.4、弾性率は4.9GPa、マルテンス硬さは242N/mmであった。
<実施例4>
CNFトルエン分散液T2を1部、トルエンを40部用いた以外は実施例3と同様にして、主鎖にラクトン環構造を有するアクリル系共重合体とCNFとからなる樹脂組成物を含有した重合反応液を得た。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は96%、MHMAの転化率は95%、Stの転化率は99%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-6を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.2万、ガラス転移温度は122℃、YIは1.0であった。
次に樹脂組成物A-6を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-6を作製した。ドープ液の粘度は0.4Pa・s、ヘイズは0.9%、YIは1.1であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-6を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-6を得た。フィルムC-6の100μm換算の内部ヘイズは0.3、100μm換算の内部b*値は0.4、弾性率は5.5GPa、マルテンス硬さは251N/mmであった
<比較例3>
CNFトルエン分散液を使用せず、トルエンを100部使用した以外は実施例3と同様にして、主鎖にラクトン環構造を有するアクリル系共重合体からなる樹脂組成物を含有した重合反応液を得た。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は96%、MHMAの転化率は96%、Stの転化率は99%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-7を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.0万、ガラス転移温度は122℃、YIは0.3であった。
次に樹脂組成物A-7を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-7を作製した。ドープ液の粘度は0.3Pa・s、ヘイズは0.2%、YIは0.4であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-7を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-7を得た。フィルムC-7の100μm換算の内部ヘイズは0.1、100μm換算の内部b*値は0.1、弾性率は4.0GPa、マルテンス硬さは199N/mmであった。
<実施例5>
比較例3で作製したアクリル系重合体(A-7)1部を4部のトルエンに溶解させ、CNFトルエン分散液T1を1部加えて、2時間攪拌混合により溶解させた。その後2.6kPa、140℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-8を得た。
得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.0万、ガラス転移温度は122℃、YIは1.8であった。
次に樹脂組成物A-8を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-8を作製した。ドープ液の粘度は0.4Pa・s、ヘイズは0.9%、YIは1.9であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-8を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-8を得た。フィルムC-8の100μm換算の内部ヘイズは0.3、100μm換算の内部b*値は0.9、弾性率は4.6GPa、マルテンス硬さは234N/mmであった。
<実施例6>
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入管を備えた反応器に、MMA77.3部、N-フェニルマレイミド(PMI)18.5部、n-ドデシルメルカプタン(nDM)0.03部、CNFトルエン分散液T1を100部、トルエン20部を仕込み、これに窒素を通じつつ75℃まで昇温させた。その後開始剤としてt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエート(アルケマ吉富社製、ルペロックス575)を0.07部加えるとともに、スチレン(St)4.2部と1部のトルエンに希釈した0.014部のt-アミルパーオキシー2-エチルヘキサノエートとを3時間かけて一定速度で滴下しながら75-85℃で溶液重合を行い、さらに4時間熟成を行った。これにより、MMAとPMIとStから重合形成され、主鎖にマレイミド環構造を有するアクリル系共重合体とCNFとからなる樹脂組成物を含有した重合反応液が得られた。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は96%、PMIの転化率は98%、Stの転化率は99%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-9を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は16.9万、ガラス転移温度は137℃、YIは1.2であった。
次に樹脂組成物A-9を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-9を作製した。ドープ液の粘度は0.5Pa・s、ヘイズは0.9%、YIは1.2であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-9を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-9を得た。フィルムC-9の100μm換算の内部ヘイズは0.2、100μm換算の内部b*値は0.4、弾性率は4.4GPa、マルテンス硬さは230N/mmであった。
<比較例4>
CNFトルエン分散液を使用せず、トルエンを100部使用した以外は実施例6と同様にして、主鎖にマレイミド環構造を有するアクリル系共重合体からなる樹脂組成物を含有した重合反応液を得た。重合反応液中の残存単量体量より算出したMMAの転化率は97%、PMIの転化率は99%、Stの転化率は100%であった。
次に得られた重合反応液にメチルエチルケトン(MEK)を200部加えて希釈した後、大量のメタノール中に攪拌しながらゆっくり添加した。その後沈殿した白色の固体を取り出し、2.6kPa、120℃で約1時間乾燥し溶媒を除去することで、樹脂組成物A-10を得た。得られた樹脂組成物の重量平均分子量は15.7万、ガラス転移温度は137℃、YIは0.5であった。
次に樹脂組成物A-10を1部とジクロロメタン4部を混ぜて、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分20質量%のドープ液B-10を作製した。ドープ液の粘度は0.4Pa・s、ヘイズは0.2%、YIは0.6であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-10を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚500μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-10を得た。フィルムC-10の100μm換算の内部ヘイズは0.1、100μm換算の内部b*値は0.1、弾性率は3.9GPa、マルテンス硬さは195N/mmであった。
<実施例7>
実施例1で作製したアクリル系重合体(A-1)1部を2.6部のトルエンに溶解させ、1分間手振り後、60分間攪拌混合して、固形分28質量%のドープ液B-11を作製した。
ドープ液の粘度は4.5Pa・s、ヘイズは0.5%、YIは1.2であった。ドープ液を目視で確認したところ均一に分散しており、またその後一晩静置してもドープ液の外観に変化は見られなかった。
次にPETフィルムにドープ液B-11を垂らし、アプリケーターを使用して膜厚350μmに塗り広げた。その後、PETフィルムごと乾燥機に入れ40℃で30分、60℃で30分乾燥させた後、塗布したフィルムをPETから剥離させた。得られたフィルムがカールしないように上下に広幅の山型クリップを取り付け乾燥機に吊るした後、100℃で12時間乾燥させ、フィルムC-11を得た。フィルムC-11の100μm換算の内部ヘイズは0.2、100μm換算の内部b*値は0.4、弾性率は4.5GPa、マルテンス硬さは229N/mmであった。
上記実施例1-7および比較例1-4における樹脂組成物、ドープおよびフィルムの物性を表1に示す。
Figure 0007215924000005
上記結果から明らかなように、本発明の組成物により高透明、低着色、高弾性率な特徴を有する複合材料を得ることができた。
またナノセルロースを組成物中せいぜい約1~3重量%という少量含有させるだけで、実現できたことも、意外であった。
本発明によれば、新規な組成物を提供できる。このような組成物は、光学フィルムなどを形成しうる。

Claims (12)

  1. ナノセルロースおよび重合体を含む樹脂組成物であって、重合体に対するナノセルロースの含有割合が0.1質量%以上10質量%以下であり、重合体に対する(メタ)アクリル系重合体の含有割合が90質量%より多く、さらに、有機溶剤を5質量%以上含有する樹脂組成物。
  2. 前記重合体が主鎖に環構造を有する重合体を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 前記重合体が環構造を1質量%以上有する重合体である請求項1または2に記載の樹脂組成物。
  4. 前記重合体の重量平均分子量が7万以上30万以下である請求項1~3のいずれかに記載の樹脂組成物。
  5. JIS Z 8729に準拠して、光路長10mmの石英セルを用いて測定したYIが1.7以下である請求項1~4のいずれかに記載の樹脂組成物。
  6. 樹脂組成物の25℃における溶液粘度が0.05Pa・s以上50Pa・s以下である請求項1~5のいずれかに記載の樹脂組成物。
  7. 請求項1~のいずれかに記載の樹脂組成物を含むフィルム。
  8. 100μm換算のb*値が1.0以下である請求項に記載のフィルム。
  9. 100μm換算の内部ヘイズが0.5以下である請求項またはに記載のフィルム。
  10. 弾性率が1GPa以上である請求項のいずれかに記載のフィルム。
  11. 請求項1~6のいずれかに記載の樹脂組成物を溶液流延法によって成形する成形体の製造方法。
  12. 前記成形体がフィルムである請求項11記載の成形体の製造方法。
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