JP7348974B2 - 有機重合体微粒子 - Google Patents
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Description
なお通常、硫酸アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤は、反応懸濁液から微粒子を回収する際に必要不可欠である。これを用いないと、微粒子の回収が事実上困難となる為である。しかし、凝集剤の添加は当然であって特徴ではない為、凝集剤を使用していても、その使用が敢えて明記されることは少ない。本発明では、硫酸アルミニウム等の凝集剤の使用の記載を省略しているのではなく、あえて凝集剤を使用しない点に特徴がある。
またさらに、検討を進めたところ、有機重合体微粒子の疎水性を若干下げた場合でも、特定の酸化防止剤又はその由来成分を粒子中に含有させておけば、フィルムからの有機重合体微粒子の脱落を抑制できることも見出し、本発明を完成した。
[沈降開始時間]
断面積5cm2以上、10cm2以下のガラス製容器に液温20℃の脱イオン水20mLを満たしたものを用意し、0.02±0.005gの有機重合体微粒子を静かに水面上に浮かべ、1つ目の粒子が沈降を開始するまでの時間を沈降開始時間とする。
[沈降開始時間]
断面積5cm2以上、10cm2以下のガラス製容器に液温20℃の脱イオン水20mLを満たしたものを用意し、0.02±0.005gの有機重合体微粒子を静かに水面上に浮かべ、1つ目の粒子が沈降を開始するまでの時間を沈降開始時間とする。
また、本発明の有機重合体微粒子の質量平均粒子径は、1.0μm以上、15μm以下であることが好ましい。
また、本発明の有機重合体微粒子の製造方法は、前記酸化防止剤の全量100質量部中、50質量部以上がヒンダードフェノール系酸化防止剤であることが好ましい。
本発明の有機重合体微粒子の製造方法は、前記酸化防止剤としてのヒンダードフェノール系酸化防止剤と前記重合開始剤とを、比率(ヒンダードフェノール系酸化防止剤/重合開始剤)0.2以上、10以下を満足する範囲で用いて前記懸濁重合を行っても良い。
さらに、樹脂フィルムを少なくとも一層と、基材フィルムとを含む積層フィルムも本発明の好ましい態様である。
本発明の有機重合体微粒子は、二官能性モノマーで架橋された(メタ)アクリル系ポリマー(以下、「架橋(メタ)アクリル系ポリマー」)から形成されるものであり、その疎水性を向上すること、中でも表面の親水化傾向を抑制し、かつAl含有量を低減することで、樹脂フィルム延伸時や摩擦後においても樹脂フィルムとの密着性を維持し、樹脂フィルムからの有機重合体微粒子の脱落を抑制することができる。
[沈降開始時間]
断面積5cm2以上、10cm2以下のガラス製容器に液温20℃の脱イオン水20mLを満たしたものを用意し、0.02±0.005gの有機重合体微粒子を静かに水面上に浮かべ、1つ目の粒子が沈降を開始するまでの時間を沈降開始時間とする。
また上記沈降開始時間は、少なくとも2回測定し、その平均を取るものとする。
ましくは1.1g/cm3以上、より好ましくは1.15g/cm3以上である。また密度の上限は、例えば、1.3g/cm3以下、好ましくは1.2g/cm3以下である。また、粒子径状は、真球、多孔質、突起、楕円など球形を基本とし、粒子表面に性能を損なわない程度の修飾がされたものであっても良い。
Al含有量は、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定することができる。
また有機重合体微粒子における硫黄元素の含有量は、硫黄原子の量に換算して300ppm以下が好ましく、200ppm以下がより好ましく、100ppm以下がさらに好ましく、10ppm以下がよりさらに好ましく、1ppm未満であることが特に好ましい。
前記(A)(メタ)アクリル系モノマーとしては、1種又は2種以上を使用でき、(メタ)アクリル酸;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等のモノアルキル(メタ)アクリレート類;テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート等のモノ環状エーテル含有アクリレート類;等が挙げられる。
(A)(メタ)アクリル系モノマーとしては、モノアルキル(メタ)アクリレート類が好ましく、粒子の形成が容易である観点からは、メチル(メタ)アクリレートが特に好ましい。また、(メタ)アクリル系モノマーとしては、メタクリル系モノマーが好ましい。
また、前記2つの重合性官能基の間の最短直鎖を構成する元素の数は、2以上であることが好ましく、より好ましくは3以上であり、15以下であることが好ましく、より好ましくは9以下である。また、これらの元素に含まれる酸素原子の個数は、4個以下であることが好ましく、より好ましくは3個以下であり、2個以上であることが好ましい。さらに、疎水性を向上する観点から、(B1)二官能架橋性モノマー1分子に含まれる酸素原子の個数が少ない方が好ましい。
に好ましくは2~5、最も好ましくは2または3である。エチレングリコール単位の繰り返し数が少ないほど融点が低くなり、常温でも液体になって、取り扱い性が向上する。
中でも、二官能架橋性モノマーとしては、アルカンジオールジ(メタ)アクリレートが好ましい。
(B1)二官能架橋性モノマーは、(B)全架橋性モノマーの80質量%以上であることが好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、特に好ましくは98質量%以上であり、100質量%であることが最も好ましい。
また、(A)(メタ)アクリル系モノマーと、(B1)二官能架橋性モノマーの合計は、有機重合体微粒子を構成する全モノマー中、80質量%以上であることが好ましく、より好ましくは90質量%以上、さらに好ましくは95質量%以上、特に好ましくは98質量%以上であり、100質量%であることが最も好ましい。
。
本発明の有機重合体微粒子を樹脂フィルムに用いる場合、上記範囲の質量平均粒子径の有機重合体微粒子を適宜用いることができる。中でも樹脂フィルムの厚みに応じて粒子径を変化させることが好ましく、有機重合体微粒子の質量平均粒子径を樹脂フィルムの厚みの10倍以下(好ましくは8倍以下、より好ましくは6倍以下)とすることが好ましく、下限は特に限定されないものの、0.1倍以上(好ましくは0.5倍以上、より好ましくは1倍以上)であってもよい。樹脂フィルムの厚みに対する有機重合体微粒子の質量平均粒子径の値を上記範囲とすることで、摩擦係数を抑制しつつ、フィルムからの粒子の脱落を抑制できるため、フィルム生産時に脱落した有機重合体微粒子によりフィルム製造装置が汚染され、フィルムの生産性や生産されたフィルムの透明性に及ぼす悪影響を低減することができる。
上記粒子径は、コールター原理を使用した精密粒度分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター社製の「コールターマルチサイザーIII型」)により測定できる。粒子径は
質量平均粒子径(Dw)と数平均粒子径(Dn)として測定され、質量平均粒子径の変動係数(CV値)は、下記式に従って算出できる。
平均粒子径(Dw)の変動係数(%)=(平均粒子径(Dw)の標準偏差σ/平均粒子径(Dw))×100
なお、有機重合体微粒子の粒径(Dw、Dn)、その比(Dn/Dw)、変動係数(CV)などを所定の範囲にするため、必要に応じて分級をしてもよい。分級としては、湿式分級、乾式分級のどちらでも使用できる。湿式分級については例えば、重合後の重合液を金属製のメッシュを通すことなどにより可能であり、乾式分級は、重合後、さらに乾燥、粉砕した後の粒子を、適切な分級装置を使用して行うことができる。
上記本発明の有機重合体微粒子は、上記(A)(メタ)アクリル系モノマーと(B1)二官能架橋性モノマーとを、重合開始剤及び酸化防止剤の存在下で懸濁重合し、少なくともアルミニウム系凝集剤を加えることなく固液分離して重合体を回収することにより製造できる。
重合開始剤の量を抑制することで、残留する重合開始剤の反応残渣の量を抑制することができ、得られる重合体微粒子の疎水性を向上できる。また重合開始剤の量を抑制し、酸化防止剤を共存させることで、重合反応が抑制され、(A)(メタ)アクリル系モノマーと(B1)二官能架橋性モノマーの重合が均等に進みやすくなる結果、得られる有機重合体微粒子表面の親水化傾向が抑制される。
このため、重合開始剤は、(A)(メタ)アクリル系モノマーと(B1)二官能架橋性モノマーの合計100質量部に対して、2.5質量部以下であり、より好ましくは1.8質量部以下、さらに好ましくは1.6質量部以下、特に好ましくは1.5質量部以下であって、0.1質量部以上であり、好ましくは0.2質量部以上である。
また酸化防止剤は、(A)(メタ)アクリル系モノマーと(B1)二官能架橋性モノマーの合計100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、より好ましくは0.2質量部以上であり、特に好ましくは0.3質量部以上であり、1質量部以下であり、より好ましくは0.7質量部以下である。
周知慣用されるアルミニウム系凝集剤であって、本発明で具体的に使用を回避されるものとしては、例えば、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム等のアルミニウム塩;アルミニウム錯体;等である。
懸濁重合の際には、まず、上記(A)(メタ)アクリル系モノマーと(B1)二官能架橋性モノマー、及び必要に応じて(B2)他の架橋性モノマーや(C)他のモノマーとを、溶媒と分散、懸濁させることによりモノマー懸濁液を得ることができる。得られたモノマー懸濁液中のモノマーを重合させることで、有機重合体微粒子の懸濁液を得ることができる。
前記重合開始剤は、単独で用いても2種以上を組み合わせてもよい。2種以上を組み合わせる場合、10時間半減期温度が異なる重合開始剤を組み合わせるのが好ましい。半減期温度が異なる重合開始剤を組み合わせると、重合途中の昇温段階、又は高温での熟成時間中に半減期温度が高い側の開始剤が分解し、より重合が進む。
10時間半減期温度が異なる重合開始剤を組み合わせる場合、10時間半減期温度が最も低い重合開始剤の10時間半減期温度は、例えば、40~80℃の範囲にあるものが好ましく、50~70℃の範囲にあるものがより好ましく、50~65℃の範囲にあるものが最も好ましい。例えば、ラウリルパーオキサイド(10時間半減期温度61.6℃)が具体例として挙げられる。
10時間半減期温度が異なる重合開始剤を組み合わせる場合、10時間半減期温度が最も高い重合開始剤の10時間半減期温度は、前記最も低い重合開始剤に比べて、例えば、5℃以上、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上高いことが推奨される。例えば10時間半減期温度が最も低い重合開始剤としてラウリルパーオキサイド(10時間半減期温度61.6℃)を選んだ場合、10時間半減期温度が最も高い重合開始剤としては、t-ヘキシルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート(商品名:パーヘキシルO(登録商標))(10時間半減期温度69.9℃)、1,1-ジ(t-ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン(商品名:パーヘキサHC(登録商標))(10時間半減期温度87.1℃)などを選択できる。
このような酸化防止剤を粒子に添加することにより、粒子の疎水性をさらに高めることが可能となり、フィルムからの粒子の脱落をより高度に防止できる。
酸化防止剤としてラジカル捕捉作用を有するものを用いると、重合反応の進行が妨げられるため、通常であれば、重合反応を進める為には重合開始剤量を増やす必要がある。本発明では、重合開始剤量をあえて減らすことで、有機重合体微粒子の疎水性を高めており、注目される。
前記ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、具体的には、ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート](商品名:Irganox(登録商標)1010)、オクタデシル-3-(3,5-ジ-tert-ブチル-1-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、N,N’-へキサン-1,6-ジイルビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオンアミド]、ベンゼンプロパン酸,3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシ,C7-C9側鎖アルキルエステル、3,3’,3”,5,5’,5”-ヘキサ-tert-ブチル-a,a’,a”-(メシチレン-2,4,6-トリル)トリ-p-クレゾール、カルシウムジエチルビス[[[3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル]メチル]ホスホネート]、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3-(5-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-m-トリル)プロピオネート]、ヘキサメチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,3,5-トリス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス[(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-キシリル)メチル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、N-フェニルベンゼンアミンと2,4,4-トリメチルベンゼンとの反応生成物、ジエチル[[3,5‐ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル]メチル]ホスホネート、2,4-ジメチル-6-(1-メチルペンタデシル)フェノール、オクタデシル-3-(3,5-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2’,3-ビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニル]プロピオノヒドラジド等;が挙げられる。
前記カチオン性界面活性剤としては、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等のアルキルアミン塩;ラウリルトリメチルアルキルアンモニウムクロリド等の4級アンモニウム塩等が例示できる。
前記非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、オキシエチレン-オキシプロピレンブロックコポリマー等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、ラウリルジメチルアミンオキシド等が挙げられる。
中でも、重合安定性、懸濁安定性が良好である観点から、アニオン性界面活性剤が好ま
しく、ポリオキシアルキレンアリールエーテル硫酸塩がより好ましい。
また、溶媒は、固形分(モノマー懸濁液から溶媒を除いた成分)100質量部に対して、100質量部以上であることが好ましく、より好ましくは120質量部以上、さらに好ましくは135質量部以上であり、200質量部以下であることが好ましく、より好ましくは160質量部以下、さらに好ましくは150質量部以下である。
剤の分解の目安となる温度であるが、重合温度が前記範囲にあると、重合開始剤の分解が適度に進行し、得られる粒子における重合開始剤の残存量が低減されると同時に、重合安定性も良好である。特に使用する重合開始剤がラウリルパーオキサイドの場合、ラウリルパーオキサイドの10時間半減期温度が62℃であることから、重合温度は64~66℃とすることが好ましい。
固液分離の方法としては、濾過、遠心分離、それらの組み合わせから最適な方法を選択出来る。
さらに、乾燥後の有機重合体微粒子は、必要に応じて、解砕してもよい。解砕は、10~40℃で行うことが好ましく、粉砕圧は0.1~0.5MPaであることが好ましい。
上述のように本発明の有機重合体微粒子は、樹脂からの脱落が抑制され樹脂用添加剤として有用であり、本発明の有機重合体微粒子と樹脂とを含むマスターバッチも本発明の範囲に含まれる。本発明の有機重合体微粒子は、樹脂との親和性が高いため、樹脂に対する有機重合体微粒子の配合量を高くすることができ、かつ有機重合体微粒子をマスターバッチに加工することで、得られる樹脂組成物や樹脂フィルム中における有機重合体微粒子の配合量の調整が容易となり、有機重合体微粒子の分散状態をより均一にして、有機重合体微粒子の偏析を抑制することができる。
0質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上、特に好ましくは85質量%以上であり、99質量%以下であることが好ましく、より好ましくは95質量%以下である。
また、ヒンダードフェノール系酸化防止剤は、酸化防止剤中20~80質量%が好ましく、より好ましくは30~70質量%、さらに好ましくは40~60質量%である。
さらに酸化防止剤は、マスターバッチ中の樹脂100質量部に対して0.1質量部以上であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部以上、さらに好ましくは0.8質量部以上であり、7質量部以下であることが好ましく、より好ましくは4質量部以下、さらに好ましくは2質量部以下、特に好ましくは1.5質量部以下である。
調製されたマスターバッチは、通常、粉末状あるいはペレット状に加工される。
本発明の有機重合体微粒子と樹脂とを含む樹脂フィルム(以下、「微粒子含有樹脂フィルム」という場合がある。)も本発明の範囲に包含される。本発明の有機重合体微粒子は、親水化が抑制されたものであり、かつAl含有量が低減されたものであるため、これを用いることで、フィルム製造時やフィルム摩擦後にも有機重合体微粒子の脱落が抑制された微粒子含有樹脂フィルムを得ることができる。
前記微粒子含有樹脂フィルムに用いる樹脂(以下、「マトリックス樹脂」ともいう。)としては、前記マスターバッチに用いる樹脂として例示した範囲から選択できる。なおマスターバッチに加工してから樹脂フィルムを製造する場合、マトリックス樹脂は、マスターバッチに用いる樹脂と同じであっても異なっていてもよい。
脱落率(%)=脱落数/(粒子数+脱落数)
ここで、前記脱落数は、拡大倍率500倍の走査型電子顕微鏡像において、270μm×200μmの領域に含まれる粒子脱落痕の数を数え、25領域についてその粒子脱落痕の数を平均して得られた値とする。また、粒子数は、粒子脱落痕の数を測定した領域と同
じ領域に含まれる有機重合体微粒子に由来する突起の数を数え、同様に25領域についてその粒子数を平均して得られた値とする。
前記有機重合体微粒子の粒子脱落痕及び有機重合体微粒子に由来する突起は、図1に示す様に区別可能である。
成形直後の微粒子含有樹脂フィルムからの脱落率は、3%以下であることが好ましく、より好ましくは2.5%以下であり、さらに好ましくは1.5%以下である。
[摩擦試験]
底面幅63.5mm、底面長さ63.5mm、重さ200gのおもりに微粒子含有樹脂フィルムを固定し、上面に微粒子含有樹脂フィルムを固定した測定台の上に、微粒子含有樹脂フィルム同士が接触するように微粒子含有樹脂フィルムを固定したおもりを置く。その後、おもりを150mm/分の速度で同方向に滑らせる。おもりを20回滑らせた領域を測定領域とする。
なお微粒子含有樹脂フィルムの両面で結晶成長の度合いに差があり、平滑さが異なる場合、摩擦試験には、結晶成長が少ない(より平滑な)面を使用する。
ましく、より好ましくは0.3以下、さらに好ましくは0.2以下であり、例えば0.01以上であることが好ましい。
また、前記微粒子含有樹脂フィルムの動摩擦係数μkは、0.3以下であることが好ま
しく、より好ましくは0.2以下、さらに好ましくは0.15以下であり、例えば0.01以上であることが好ましい。
コア層(基材フィルム)に用いる樹脂は、前記マスターバッチに用いる樹脂として例示した範囲から選択される。また、コア層(基材フィルム)に用いる樹脂は、微粒子含有樹脂フィルムに用いる樹脂と同じであっても異なっていてもよく、同じであることが好ましい。コア層(基材フィルム)には、有機重合体微粒子が含まれていても、含まれていなくてもよい。
また、積層フィルム中に含まれる有機重合体微粒子は、0.01質量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、5質量%以下であることが好ましく、より好ましくは2質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
前記微粒子含有樹脂フィルムを製造するための樹脂組成物も、本発明の技術的範囲に包含される。
前記マスターバッチは、有機重合体微粒子が高濃度に含まれており、さらに樹脂と混合し、希釈することで、所期の有機重合体微粒子濃度の樹脂組成物を得ることができる。この際用いる樹脂としては、上記マスターバッチに用いる樹脂と同じであっても異なっていてもよい。特に、生産性、加工性の観点から、ポリオレフィン樹脂であることが好ましく、より好ましくはポリプロピレン樹脂であり、さらに好ましくはプロピレンに由来する単位が好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上のポリプロピレン樹脂であり、特に好ましくはポリプロピレンのみからなるホモポリマーである。マスターバッチを用いることで、有機重合体微粒子の分散性が良好な樹脂組成物を得ることができる。
マスターバッチを用いる場合、希釈に用いられる樹脂は、マスターバッチ1質量部に対して、2質量部以上、200質量部以下となることが好ましく、より好ましくは3質量部以上、150質量部以下、さらに好ましくは5質量部以上、100質量部以下である。
未延伸フィルム(キャストフィルム)の厚みは、例えば、1μm以上、1mm以下であることが好ましい。未延伸の微粒子含有樹脂フィルムの厚みは、1μm以上、900μm以下であることが好ましく、より好ましくは10μm以上、700μm以下、さらに好ましくは15μm以上、500μm以下である。
また微粒子含有樹脂フィルム(微粒子添加スキン層)と基材フィルム(コア層)とを積層する場合、これらを積層した未延伸の積層フィルムの厚みは、例えば、100μm以上、1mm以下であることが好ましく、より好ましくは200μm以上、500μm以下、さらに好ましくは250μm以上、400μm以下である。
もよく、二軸が好ましい。二軸延伸する場合、逐次二軸延伸してもよく、同時二軸延伸してもよい。延伸倍率は、縦軸、横軸とも1~5倍が好ましく、2~4倍がより好ましい。
さらに、延伸後の微粒子含有樹脂フィルムの厚みは、例えば、0.1μm以上であることが好ましく、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは0.7μm以上であり、50μm以下であることが好ましく、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下、よりいっそう好ましくは5μm以下、特に好ましくは3μm以下である。
また、微粒子含有樹脂フィルム(微粒子添加スキン層)と基材フィルム(コア層)とを積層する場合、これらを積層した延伸後の積層フィルムの厚みは、5μm以上であることが好ましく、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは15μm以上であり、100μm以下であることが好ましく、より好ましくは50μm以下であり、さらに好ましくは30μm以下である。
各種測定及び評価は以下の方法に従って行った。
Alの定量は高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定した。
測定する有機重合体微粒子0.5g±0.05gを白金るつぼに入れ、ホットプレート上で加熱し炭化させた。白金るつぼごと磁性るつぼに入れ電気炉で700℃に昇温し灰化させた。電気炉から取り出した白金るつぼに硝酸を加え加熱しながら残渣を溶解したものを超重水で20mlにメスアップした。ブランクについては同様の作業を空の白金るつぼで行った。サンプル溶液を適宜希釈し、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置:iCAP
6500 DU0 (Thermo Fisher Scientific製)でAlを定量した。
上記装置によるAlの定量限界は2.67ppbであり、ブランクのAl量は15ppbであった。
硫黄原子の定量は高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定した。
測定する有機重合体微粒子0.5g±0.05gを白金るつぼに入れ、ホットプレート上で加熱し炭化させた。白金るつぼごと磁性るつぼに入れ電気炉で700℃に昇温し灰化させた。電気炉から取り出した白金るつぼに硝酸を加え加熱しながら残渣を溶解したものを超重水で20mlにメスアップした。ブランクについては同様の作業を空の白金るつぼで行った。サンプル溶液を適宜希釈し、高周波誘導結合プラズマ発光分析装置:iCAP
6500 DU0 (Thermo Fisher Scientific製)でSを
定量した。
上記装置による硫黄の定量限界は4.05ppbであり、ブランクの硫黄量は30ppbであった。
有機重合体微粒子0.1gを、界面活性剤(「ネオぺレックス(登録商標)G15」、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム塩、花王(株)製)0.5gに分散し、次に前記分散粘性液に脱イオン水15gを加えたのちに超音波をあて、粒子が分散している状態の有機重合体微粒子分散液を調製し、精密粒度分布測定装置(ベックマン・コールター製の「コールターマルチサイザーIII型」、アパーチャ50μm)を使用して、30,000
個の粒子の粒子径を測定し、質量基準の平均粒径および粒子径の変動係数を求めた。
粒子径の変動係数(%)=(σ/d)×100
ここで、σは粒子径の標準偏差、dは、質量基準の平均粒子径を示す。
有機重合体微粒子の熱分解開始温度は、熱分析装置(DTG-50M、(株)島津製作所製)を使用して、試料量15mg、昇温速度10℃/分(最高到達温度500℃)、空気中、流量20mL/分の条件で測定した。まず、精密天秤を使用して、規定のアルミカップに15mgの試料を計り取り、このアルミカップを熱分析装置の所定の位置にセットし、空気が規定流量(20mL/分)流れるように調整し、装置が安定した後、昇温を開始した。このとき得られたTG曲線のベースライン(水平線部)の延長線と、質量減少部分(右下がりの斜線部)の接線との交点を有機重合体微粒子の熱分解開始温度とした。
断面積5cm2以上、10cm2以下のガラス製容器に恒温槽を使用して20℃に調整した液温20℃の脱イオン水20mLを満たしたものを用意し、0.02±0.005gの有機重合体微粒子を静かに水面上に浮かべ、1つ目の粒子が沈降を開始するまでの時間を沈降開始時間とした。
カールフィッシャー容量滴定方式自動水分測定装置 KF-07型(三菱化学(株)製)で粒子の含水率の測定を行った。滴定剤はアクアミクロンSS-Z 3mg(三菱化学(株)製)を使用し、滴定剤の力価検定は脱イオン水を用いて行った。十分に粉砕した乾燥粉砕粒子約0.1gをメタノール液中で分散しながら上記滴定剤を使用して測定した。
なお、測定に供する乾燥粉砕粒子は、含水率1%以下の有機重合体微粒子をスーパージェットミルSJ-500(日清エンジニアリング(株)製)を使用し常温下で粉砕圧0.3MPaにて粉砕したものとした。得られた乾燥粉砕粒子の質量基準の平均粒子径は、重合終了後の重合液中の有機重合体微粒子の測定値とから±0.2μm以内の範囲にあり、かつ変動係数が、重合液中の有機重合体微粒子から±2.5%以内の範囲であった。
実施例1~6、比較例1~4で得られた二軸延伸フィルム(BOPP)を用いて摩擦係数を測定した。Tダイ押出成形機((株)創研製)から成形されたフィルムを巻き取ってキャストフィルムを作製する際、巻き取りロールに触れる側と、その逆の面(エアー面と呼ぶ)で冷却速度の違いが存在しており、ロール面側の方が、冷却速度が速い為に結晶成長が抑えられていた。このため、出来上がりのキャストフィルムはロール面側がつるつるしており、エアー面側が大きな結晶成長が見られてざらざらしていた。摩擦係数(COF)の測定では、ロール面側を測定対象とした。
摩擦係数測定装置として(株)島津製作所製オートグラフAG-Xを使用した。摩擦係数測定用の治具として、ロードセル容量50N、専用の摩擦係数測定台(幅200mm×
長さ355mm)、移動おもり(寸法 幅63.5mm×長さ63.5mm×厚さ6.4mm、質量 200g)を使用した。
フィルム中心部分の12cm×12cmのエリアと12cm×18cmのエリアとを測定に使用した。すなわちフィルム中心部から12cm×18cmの試料1枚と、12cm×12cmの試料1枚とをカットした。そして12cm×18cmの試料を、摩擦抵抗測定面となるロール面側を上にして測定台に固定し、試料の4隅をセロハンテープで留めた。また12cm×12cmの試料で、そのロール面側が外側にくるように移動おもりをくるみ、セロハンテープで固定した。
試料でくるまれた移動おもりをクロスヘッドに接続し、測定台に張り付けたフィルム上で速度150mm/minで滑らせ、走行抵抗を測定し、以下の静摩擦係数と動摩擦係数を決定した。
静摩擦係数(μs)=移動おもり始動時の最大引張試験力/(移動おもり質量×重力加
速度)
動摩擦係数(μk)=移動おもり走行時の平均引張試験力/(移動おもり質量×重力加
速度)
走行距離は100mmとし、動摩擦係数を求める距離は走行開始点から30mmから90mmとした。
摩擦係数測定は20回連続して行い、最初の4回の測定値から摩擦係数の平均値を求めた。
なお走行抵抗を20回測定した後のフィルムを、下記の脱落数のカウントでの摩擦試験後フィルムサンプルとした。
得られた摩擦試験後フィルムサンプルと摩擦試験を行っていないフィルムサンプルの表面をSEM(走査型電子顕微鏡)VK-8500((株)キーエンス製)を使用し、加速電圧5kVで観察(二次電子像)を行った。
各フィルムサンプルについて、500倍視野で270μm×200μmの領域を25枚撮影した。各撮影画像に含まれる粒子数(有機重合体微粒子に由来する突起の数)と脱落数(粒子脱落痕)をそれぞれ数え、下記式に基づき、脱落数を求めた。なお摩擦試験を行っていないフィルムサンプルでの脱落数及び粒子数から摩擦試験前(延伸時)の脱落率が求まり、摩擦試験後フィルムサンプルでの脱落数及び粒子数から摩擦試験後の脱落率が求まる。
脱落率(%)=脱落数/(粒子数+脱落数)
SEM画像では、図1に示すように脱落粒子の痕を明瞭に観察できるので脱落数は容易にカウント出来る。
Irganox(登録商標)1010の定量は、高速液体クロマトグラフィー(High performance liquid chromatograpphy、HPLC)を用いて行った。測定条件は下記に示したとおりである。
カラム:(株)資生堂製 CAPCELL PAK C18 TYPE MG5μm Size 4.6mmI.D.×250mm
カラム温度:40℃
溶離液:メタノール/アセトニトリル=50/50
検出器:UV 280nm
流量:1mL/min
サンプル調整、サンプル測定、及び酸化防止剤濃度の計算は、下記に示したとおりである。
(1)サンプル調整
・Irganox(登録商標)1010標準サンプル
Irganox(登録商標)1010 (チバ・スペシャリティケミカルズ(株)製)の
アセトニトリル溶液を作製する。濃度約10~100ppmの中で数点作成する。
・有機重合体微粒子サンプル
有機重合体微粒子1gをクロロホルム10mLに分散させ、室温にて1日間撹拌する。撹拌後の分散液を0.45μm以下の孔径のフィルターでろ過し、ろ液を収集する。ろ液を濃縮し、アセトニトリルで希釈してサンプル液とする。
(2)サンプル測定
Irganox(登録商標)1010標準サンプル、有機重合体微粒子サンプルを室温にて測定する。Irganox(登録商標)1010標準サンプル(ピーク位置約8.4~8.5min)の測定結果に従って、検量線を作成する。この検量線を用いて、有機重合体微粒子サンプル中に含まれるIrganox(登録商標)1010を定量する。
有機重合体微粒子の作製
攪拌機、不活性ガス導入管、還流冷却器および温度計を備えたフラスコに、ポリオキシエチレンジスチリルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(商品名「ハイテノール(登録商標)NF-08」、第一工業製薬(株)製)3.6部を溶解した脱イオン水523部を仕込んだ。そこへ予め調製しておいた、モノマーとしてのメタクリル酸メチル(MMA)252部、エチレングリコールジメタクリレート(EGDMA)108部、重合開始剤としてのラウリルパーオキシド(LPO)3.6部(モノマー質量に対し1質量%)、及び酸化防止剤としてのヒンダードフェノール系酸化防止剤(BASFジャパン製、商品名「Irganox(登録商標)1010」、ペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート])1.8部(モノマーに対して0.5質量%)を仕込み、T.K.ホモミクサー MARK II
model 2.5(プライミクス(株)製)を用い、5000rpmで10分間攪拌して均一な懸濁液とした。
得られた乾燥有機重合体微粒子は乾燥により凝集しているので、スーパージェットミルSJ-500(日清エンジニアリング(株)製)を使用し常温下で粉砕圧0.3MPaにて粉砕した。これにより凝集のない有機重合体微粒子を得た。
さらに、得られた有機重合体微粒子10部と、ポリプロピレンペレット(ノバテック(登録商標) FY4 日本ポリプロ(株)製)90部、酸化防止剤としてのIrganox(登録商標)1010 0.5部、及びIrgafos(登録商標)168 0.5部とを、同方向回転二軸混練押出機((HK-25D)(株)パーカーコーポレーション製)を用いて混合して212℃で溶融混練をし、水冷しストランドを得た。適宜切断することで有機重合体微粒子が10%入ったポリプロピレンマスターバッチを作製した。
ト9部を使用、コア層にはポリプロピレンペレットのみを180部使用した。キャストフィルムの厚みは微粒子添加スキン層がいずれも16μm、コア層が288μmとなり、合計厚みが320μmのキャストフィルムを得た。
なお、Tダイ押出成形機((株)創研製)から成形されるフィルムは、キャストフィルムを作製する際に巻き取って得られ、巻き取りロールに触れる側はロール面と呼ばれ、その逆の面はエアー面と呼ばれる。一般的にロール面側の方が、冷却速度が速い為に結晶成長が抑えられ、出来上がりのキャストフィルムのロール面側は、なめらかでありエアー面側は大きな結晶成長が見られ、ロール面側と比較して凹凸のある表面となる。
モノマーの組成、及び重合開始剤の使用量を表1に示す通りとなるように変更したこと以外は実施例1と同様にして、有機重合体微粒子を製造した。乾燥後の有機重合体微粒子の含水率はいずれも1%以下であった。さらに、実施例1と同様にして、フィルムを製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
また、実施例3で得られた有機重合体微粒子のAl含有量を測定したところ、30ppb未満であった。
モノマー組成、及び重合開始剤の使用量は実施例2と同様にして、有機重合体微粒子を製造した。乾燥後の有機重合体微粒子の含水率は1%以下であった。得られた乾燥有機重合体微粒子は乾燥により凝集しているので、スーパージェットミルSJ-500(日清エンジニアリング(株)製)を使用し、常温下で粉砕圧0.3MPaにて粉砕した。これにより凝集のない有機重合体微粒子を得た。得られた微粒子は、分級機TC―15(日清エ
ンジニアリング(株)製)を使用し、主に1μm以下の微小粒子を取り除くことを行った
。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
重合開始剤の使用量は7.2部に変更した以外は、実施例2と同様にして、有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
重合開始剤としてパーヘキシルO(登録商標)(t-ヘキシルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート(日油(株)製)を3.6部追加して使用した以外は、実施例2と同様にして、有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
重合開始剤としてパーヘキサHC(登録商標)(1,1-ジ(t-ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン(日油(株)製)を3.6部追加して使用した以外は、実施例2と同様にして、有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
2官能性架橋モノマーとして1,4-ブタンジオールジメタアクリレートを使用し、重合開始剤を7.2部に変更した以外は実施例2と同様にして、有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
酸化防止剤の添加をしないこと以外は実施例3と同様にして有機重合体微粒子を製造した、乾燥後の有機重合体微粒子の含水率は1%以下であった。得られた乾燥有機重合体微粒子は乾燥により凝集しているので、スーパージェットミルSJ-500(日清エンジニアリング(株)製)を使用し、常温下で粉砕圧0.3MPaにて粉砕した。これにより凝集のない有機重合体微粒子を得た。
この有機重合微粒子100質量部に対して、ヒンダードフェノール系酸化防止剤であるirganox(登録商標)1010を0.5部添加し、乳鉢にて混合し、酸化防止剤添加有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
モノマーの組成を表1に示す通りとなるように変更したこと以外は実施例1と同様にして、重合反応を完了させた。その後、反応液(懸濁液)を70℃から80℃に冷却し、0.6%硫酸アルミニウム水溶液を25部添加して30分間以上攪拌した。その後50℃以下になるまで冷却し得られた反応液を濾過して、重合生成物を濾取し、これを熱風乾燥機(ヤマト科学(株)製)で80℃15時間以上乾燥して有機重合体微粒子を得た。
得られた乾燥有機重合体微粒子は乾燥により凝集しているので、スーパージェットミルSJ-500(日清エンジニアリング(株)製)を使用し常温下で粉砕圧0.3MPaにて粉砕した。これにより凝集のない有機重合体微粒子を得た。さらに、実施例1と同様にして、フィルムを製造した。
また、得られた有機重合体微粒子のAl含有量を測定したところ、比較例2の有機重合体微粒子では42.3ppm、比較例3の有機重合体微粒子では32.8ppmであった。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈
降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
使用する酸化防止剤をAO-412S(商品名)(2,2ビス((3ドデシルチオ)1-オキソプロピルメチル)プロパン-1,3ジイルビス3-(ドデシルチオ)プロピネート((
株)ADEKA製)を1.44部、irganox(登録商標)1010を0.36部 使用した以外は実施例2と同様にして有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、硫黄原子含有量、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
モノマー組成をMMA356.4部、EGDMAを3.6部に変更した以外は実施例1と同様にして有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤を添加しないこと以外は実施例3と同様にして有機重合体微粒子を製造した。
得られた有機重合体微粒子の平均粒子径、変動係数、平均粒子径比(Dn/Dw)、沈降開始時間、熱分解開始温度、フィルムの摩擦係数(μs、μk)、摩擦試験前後のフィルム脱落率を表2に示す。
「EGDMA」はエチレングリコールジメタクリレート、
「1.6HX」は1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、
「3EG」はトリエチレングリコールジメタクリレート、
「1.4BGDMA」は1,4-ブタンジオールジメタクリレート、
「TMPTMA」はトリメチロールプロパントリメタクリレート、
「LPO」はラウロイルパーオキサイド、
「パーヘキシルO(登録商標)」はt-ヘキシルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート、
「パーヘキサHC(登録商標)」は1,1-ジ(t-ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン、
「Irganox(登録商標)1010」はペンタエリスリトールテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、
「AO-412S(商品名)」は2,2ビス((3ドデシルチオ)1-オキソプロピルメチル)プロパン-1,3ジイルビス3-(ドデシルチオ)プロピネートをそれぞれ意味するも
のとする。
Claims (13)
- 二官能架橋性モノマーで架橋された(メタ)アクリル系ポリマーであって、
前記二官能架橋性モノマーに基づく構造単位が、前記架橋された(メタ)アクリル系ポリマー中、5質量%以上、35質量%以下であり、
下記沈降開始時間が16秒以上であり、
高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定されるAl含有量が1ppm以下であり、
高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法により測定される硫黄原子含有量が300ppm以下であり、
かつ、ヒンダードフェノール系酸化防止剤又はその由来成分を0.2質量%以上含むことを特徴とする有機重合体微粒子。
[沈降開始時間]
断面積5cm2以上、10cm2以下のガラス製容器に液温20℃の脱イオン水20mLを満たしたものを用意し、
0.02±0.005gの有機重合体微粒子を静かに水面上に浮かべ、1つ目の粒子が沈降を開始するまでの時間を沈降開始時間とする。 - 前記二官能架橋性モノマーが(メタ)アクリロイル基を2個有するモノマーである請求項1に記載の有機重合体微粒子。
- 質量平均粒子径が、1.0μm以上、15μm以下である請求項1又は2に記載の有機重合体微粒子。
- フィルム用アンチブロッキング剤として用いられる請求項1~3のいずれかに記載の有機重合体微粒子。
- (メタ)アクリル系モノマーと二官能架橋性モノマーの合計100質量部を、0.1質量部以上、2.5質量部以下の重合開始剤、及び0.2質量部以上、1質量部以下の酸化防止剤の存在下(ただし、0.2質量部以上のヒンダードフェノール系酸化防止剤の存在下)で懸濁重合し、
前記懸濁重合後、アルミニウム系凝集剤を加えることなく固液分離して重合体を回収することを特徴とする、質量平均粒子径が10μm未満である有機重合体微粒子の製造方法であって、
前記二官能架橋性モノマーは、前記懸濁重合で得られる架橋(メタ)アクリル系ポリマーの5質量%以上35質量%以下となる量である製造方法。 - 前記酸化防止剤の全量100質量部中、50質量部以上がヒンダードフェノール系酸化防止剤である請求項5に記載の製造方法。
- 前記酸化防止剤としてのヒンダードフェノール系酸化防止剤と前記重合開始剤とを、比率(ヒンダードフェノール系酸化防止剤/重合開始剤)0.2以上、10以下を満足する範囲で用いて前記懸濁重合を行う請求項5に記載の製造方法。
- 請求項1~4のいずれかに記載の有機重合体微粒子と、樹脂とを含むマスターバッチ。
- 前記樹脂がポリオレフィン系樹脂である請求項8に記載のマスターバッチ。
- 請求項1~4のいずれかに記載の有機重合体微粒子と樹脂とを含む樹脂フィルム。
- 前記有機重合体微粒子の含有率が、0.01質量%以上、10質量%以下である請求項10に記載の樹脂フィルム。
- 厚みが0.1μm以上、1mm以下である請求項10または11に記載の樹脂フィルム。
- 請求項10~12のいずれかに記載の樹脂フィルムを少なくとも一層と、基材フィルムとを含む積層フィルム。
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