JPWO2012144644A1 - 環状オレフィン系樹脂の架橋体及びその製造方法 - Google Patents

環状オレフィン系樹脂の架橋体及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体を電子線などで架橋して環状オレフィン系樹脂の架橋体を調製する。前記環状オレフィンは二環式オレフィンを含む。前記環状オレフィンの割合は、鎖状オレフィンと環状オレフィンとの合計に対して15モル%を超え、かつ40モル%以下である。前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体のガラス転移温度が20〜80℃であるか、結晶化度が1%以下である。この架橋体はヘーズが2%以下であってもよい。本発明の架橋体は、ヘーズの低い高度な透明性を保持しながら、耐熱性と柔軟性とを両立できる。

Description

本発明は、透明性と耐熱性と柔軟性とを併せ持ち、電気・電子機器又は光学機器などの各種分野に利用できる環状オレフィン系樹脂の架橋体及びその製造方法に関する。
環状オレフィン系樹脂は、透明性、耐薬品性、防湿性、機械的特性などに優れるため、レンズや光記録材料などの光学部品、プリント基板やコネクターなどの電気又は電子用部品、薬品用容器や注射器などの医薬又は医療機器用品、ビーカーや光学用セルなどの実験器具、自動車部品などの各種分野に利用されている。しかし、利用分野が拡がる一方で、環状オレフィン系樹脂は、柔軟性が低く、成形性が充分でない上に、ガラス転移温度は高いものの、軟化温度が低いという特徴も有するため、用途に応じて種々の改良が検討されている。
例えば、プリント配線板の金属層と密着させるための樹脂組成物として、特開2005−47991号公報(特許文献1)には、環状オレフィン系樹脂100重量部に対して、有機過酸化物0.3〜2.5重量部、架橋助剤7〜30重量部及び無機フィラー5〜100重量部を分散させた架橋性樹脂組成物が開示されている。この文献では、前記架橋性樹脂組成物を加熱処理して架橋することにより、めっき密着性及びはんだ耐熱性が高い架橋成形品が得られる。
また、光学レンズや光学フィルムなどの光学材料や医療材料として、特開2006−274164号公報(特許文献2)には、環状オレフィン系重合体からなる成形体に、加速電圧50kV以上、照射線量50〜1000kGy、照射部の表面温度(Tg−50)〜(Tg+70)℃で放射線を照射する方法が開示されている。この文献では、環状オレフィン系重合体に放射線を照射することにより分子量分布を拡げて成形性を向上させることが記載されている。また、前記環状オレフィン系重合体は、環状オレフィン単位を10モル%以上含む重合体であり、100℃以上のガラス転移温度を有することが好ましいと記載されている。実施例では、ガラス転移温度58〜140℃の環状オレフィン系重合体に対して、照射部の表面温度75〜180℃でβ線を照射して変形のない成形体を製造している。なお、この文献には、架橋については記載されていない。
しかし、これらの成形体では、柔軟性が低いため、柔軟性を要求される用途には利用できない。さらに、この方法ではβ線などの放射線を高温下で照射しているが、通常の放射線照射装置には加温装置が付属していないため、生産性が低い。特に、架橋密度が高く、耐熱性や耐久性の高い架橋体の製造は困難である。また、特許文献2の実施例2では、四環式オレフィンで形成され、かつガラス転移温度が58℃である環状オレフィン系重合体(APEL8008T)をβ線で照射したシートが製造されているが、このシートでも、透明性と耐熱性と適度な柔軟性とを両立できない。特に、透明性を要求される光学素子(特に電子機器など)の封止材料などでは、光学素子保護の観点から高温での加熱が困難であるため、30〜80℃程度で軟化可能な適度な柔軟性(低温溶融性又は軟化性)が要求されるが、このシートでも、このような柔軟性は充足していない。また、四環式オレフィンは、嵩高い構造であるため、低温での適度な柔軟性(低温溶融性又は軟化性)が要求される場合、エチレン含量を多くする必要があるが、エチレン含量を多くすると、不可避的にエチレン連鎖部が結晶性を示し、ヘーズが増加し、光学用途には適さなくなる。一方、ヘーズを低減するためにはガラス転移温度を高くする必要があるものの、低温での適度な柔軟性(低温溶融性又は軟化性)を失ってしまう。さらに、ガラス転移温度を低下させると、必然的に耐熱性も低下するため、両者はトレードオフの関係にあり、これらの特性の両立が困難であることが当業者の技術常識であった。
また、特開平11−340590号公報(特許文献3)には、熱可塑性ノルボルネン系樹脂100重量部に対して、このノルボルネン系樹脂との放射線架橋性に優れた樹脂5〜400重量部及び放射線架橋助剤0.1〜20重量部を含む樹脂組成物を成形したシートに導電性金属箔を有し、放射線架橋構造を有するプリント配線板用積層板が開示されている。この文献では、熱可塑性ノルボルネン系樹脂をポリブタジエンなどの放射線架橋性樹脂と架橋させることにより、高いはんだ耐熱性を付与し、金属箔と緊密に一体化させている。
しかし、この樹脂組成物では、放射線架橋性樹脂が必須であり、ノルボルネン系樹脂の特性が低下する。さらに、放射線の照射により組成物が変形する。
一方、フィルム、シート、容器、包装材料、自動車部品、電気・電子部品、建築材料、土木材料などの様々な分野で使用できる材料として、特許第3274702号公報(特許文献4)には、ガラス転移温度が30℃以下である環状オレフィン系共重合体を含有する層と、合成高分子、天然高分子、金属、金属酸化物及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも一種の材料からなる層又は成形体とからなる多層材料が提案されている。この文献の実施例では、結晶化度1%、ガラス転移温度2℃又は3℃、融点81℃又は73℃の環状オレフィン共重合体フィルムと、LLDPEシート、ナイロン6シート、ポリイミドシート又はアルミニウム板とが熱ラミネートされている。
しかし、ガラス転移温度の低い環状オレフィン系共重合体は、耐熱性が不足し、例えば、フィルム成形後の最終製品の使用工程で高温に曝されれば、容易に変形が生じる。
さらに、特開平6−345885号公報(特許文献5)には、α−オレフィンと環状オレフィンとを付加重合してなる共重合体[a]、環状オレフィン類を開環重合してなる重合体[b]、その開環共重合体[c]、並びにこれらの水素添加物[a’]、[b’]及び[c’]からなる群から選ばれる、ガラス転移温度(Tg)が50℃以上である一以上の環状オレフィン系樹脂を、電子線又は放射線によって処理して得られる環状オレフィン系樹脂架橋体が開示されている。この文献には、α−オレフィンと環状オレフィンとのモル%は、80:20〜99.9:0.1であると記載されている。また、ガラス転移温度は−30〜45℃(特に−30〜40℃)が好ましく、結晶化度は0〜40%(特に0〜25%)が好ましいと記載されている。さらに、実施例では、ノルボルネン含量10.1モル%、ガラス転移温度4℃、結晶化度2.0%のエチレン−ノルボルネン共重合体、又はノルボルネン含量5.6モル%、ガラス転移温度1℃、結晶化度4.3%のエチレン−ノルボルネン共重合体を、γ線で照射してシートを製造している。
しかし、このシートは、エチレン鎖が多く結晶性を発現し、透明性が低い。そのため、輸液バッグなどの医療、包装、食品分野での使用を目的としており、透明性は低く、特に、光学素子などの分野で要求される透明性は有していない。さらに、このシートは、前記分野における十分な弾性、柔軟性を付与することを目的としており、弾性が高すぎ、適度な柔軟性を有していない。
特開2005−47991号公報(請求項1、段落[0066][0106]) 特開2006−274164号公報(請求項1、段落[0009][0022][0034]、実施例) 特開平11−340590号公報(請求項1、段落[0041]) 特許第3274702号公報(特許請求の範囲、段落[0019]、実施例) 特開平6−345885号公報(特許請求の範囲、段落[0001][0005][0066][0069][0086]、実施例)
従って、本発明の目的は、ヘーズの低い高度な透明性を保持しながら、耐熱性と柔軟性(特に低温軟化性)とを両立できる環状オレフィン系樹脂の架橋体及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、透明性が高く、耐水性や耐候性(特に耐光性)、耐薬品性などの耐久性(安定性)にも優れた環状オレフィン系樹脂の架橋体及びその製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、防湿性や機械的特性にも優れた環状オレフィン系樹脂の架橋体及びその製造方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、透明性、耐熱性及び柔軟性(特に低温軟化性)に優れた環状オレフィン系樹脂の架橋体を簡便に製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、特定の鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体を電子線などで架橋することにより、ヘーズの低い高度な透明性を保持しながら、耐熱性と柔軟性とを両立できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の架橋体は、鎖状オレフィンと環状オレフィンとを重合成分とする鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の架橋体であって、前記環状オレフィンが二環式オレフィンを含み、前記環状オレフィンの割合が、前記鎖状オレフィンと前記環状オレフィンとの合計に対して15モル%を超え、40モル%以下であり、かつ前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体のガラス転移温度が20〜80℃である。
本発明には、鎖状オレフィンと環状オレフィンとを重合成分とする鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の架橋体であって、前記環状オレフィンが二環式オレフィンを含み、前記環状オレフィンの割合が、前記鎖状オレフィンと前記環状オレフィンとの合計に対して15モル%を超え、40モル%以下であり、かつ前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の結晶化度が1%以下である架橋体も含まれる。
これらの本発明の架橋体において、前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の結晶化度は0.5%以下であってもよい。本発明の架橋体は、JIS K7136に準拠したヘーズが2%以下(特に0.1〜1.5%)であってもよい。前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体のガラス転移温度は30〜50℃程度であってもよい。本発明の架橋体において、前記環状オレフィンはノルボルネン類であり、かつ鎖状オレフィンと環状オレフィンとのモル比は、鎖状オレフィン/環状オレフィン=84/16〜75/25程度であってもよい。また、本発明の架橋体は、JIS K7127に準拠した厚み100μmにおける破断伸度が10%以上(特に100〜400%)であってもよい。さらに、トルエンを用いて3時間還流させる方法で測定したゲル分率が5重量%以上(特に70重量%以上)であってもよい。本発明の架橋体は、温度25℃での貯蔵弾性率が100〜4000MPa、温度80℃での貯蔵弾性率が0.01〜10MPa、架橋点間分子量が8000〜30000であってもよい。本発明の架橋体は、架橋性基を有する樹脂及び架橋剤を実質的に含有しない架橋体であってもよい。本発明の架橋体は、電子線架橋体であってもよい。本発明の架橋体は、シート状であり、かつ光学素子の封止材料であってもよい。
本発明には、鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体を電子線又は放射線で架橋して前記架橋体を製造する方法も含まれる。この方法において、加熱することなく、電子線で架橋してもよく、特に、加速電圧150kV以上及び照射線量200kGy以上の電子線で架橋してもよい。
なお、本明細書において、「柔軟性」又は「適度な柔軟性」とは、ゴムやエラストマーなどの常温又は室温付近で伸張又は変形可能な軟性又は弾性を意味するのではなく、常温又は室温付近では硬質(非弾性)であるものの、比較的低温(例えば、30〜80℃、好ましくは40〜70℃、さらに好ましくは45〜60℃程度)で軟化する特性を意味する。具体的に、「低温軟化性」とは、30〜80℃程度の温度で軟化し、軟化後の弾性率が軟化前に比べて100分の1以下になることを意味する。
本発明では、特定の鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体が電子線などで架橋されているため、ヘーズの低い高度な透明性を保持しながら、耐熱性と柔軟性(特に低温軟化性)とを両立できる。さらに、この架橋体は、透明性が高く、耐水性や耐候性(特に耐光性)、耐薬品性などの耐久性にも優れている上に、防湿性や機械的特性にも優れている。また、本発明では、透明性、耐熱性及び柔軟性に優れた環状オレフィン系樹脂の架橋体を簡便に製造できる。
本発明の架橋体は、鎖状オレフィンと環状オレフィンとを重合成分とする環状オレフィン系樹脂(鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体)の架橋体である。
(環状オレフィン系樹脂)
本発明における環状オレフィン系樹脂(未架橋環状オレフィン系樹脂)は、鎖状オレフィンと環状オレフィンとを重合成分として含む。
鎖状オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテンなどの鎖状C2−10オレフィン類などが挙げられる。これらの鎖状オレフィンは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの鎖状オレフィンのうち、好ましくはα−鎖状C2−8オレフィン類であり、さらに好ましくはα−鎖状C2−4オレフィン類(特に、エチレン)である。
環状オレフィンは、環内にエチレン性二重結合を有する重合性の環状オレフィンであり、二環式オレフィンを含む。代表的な二環式オレフィンとしては、例えば、置換基を有していてもよいノルボルネン(2−ノルボルネン)、置換基を有していてもよいオクタリン(オクタヒドロナフタレン)などが例示できる。前記置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、シアノ基、アミド基、ハロゲン原子などが例示できる。これらの置換基は、単独で又は二種以上組み合わせてもよい。
具体的に、二環式オレフィンとしては、例えば、2−ノルボルネン;5−メチル−2−ノルボルネン、5,5−ジメチル−2−ノルボルネン、5−エチル−2−ノルボルネン、5−ブチル−2−ノルボルネンなどのアルキル基(C1―4アルキル基)を有するノルボルネン類;5−エチリデン−2−ノルボルネンなどのアルケニル基を有するノルボルネン類;5−メトキシカルボニル−2−ノルボルネン、5−メチル−5−メトキシカルボニル−2−ノルボルネンなどのアルコキシカルボニル基を有するノルボルネン類;5−シアノ−2−ノルボルネンなどのシアノ基を有するノルボルネン類;5−フェニル−2−ノルボルネン、5−フェニル−5−メチル−2−ノルボルネンなどのアリール基を有するノルボルネン類;オクタリン;6−エチル−オクタヒドロナフタレンなどのアルキル基を有するオクタリンなどが例示できる。
これらの二環式オレフィンは、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの二環式オレフィンのうち、ノルボルネンやアルキル基(メチル基、エチル基などのC1−4アルキル基)を有するノルボルネンなどのノルボルネン類が好ましい。
環状オレフィンは、二環式オレフィンを含んでいればよく、さらに単環式オレフィン及び/又は三環以上の多環式オレフィンを含んでいてもよい。単環式オレフィンとしては、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどの環状C4−12シクロオレフィン類などが挙げられる。多環式オレフィンとしては、例えば、ジシクロペンタジエン;2,3−ジヒドロジシクロペンタジエン、メタノオクタヒドロフルオレン、ジメタノオクタヒドロナフタレン、ジメタノシクロペンタジエノナフタレン、メタノオクタヒドロシクロペンタジエノナフタレンなどの誘導体;6−エチル−オクタヒドロナフタレンなどの置換基を有する誘導体;シクロペンタジエンとテトラヒドロインデン等との付加物、シクロペンタジエンの3〜4量体などが挙げられる。
本発明では、環状オレフィンとして二環式オレフィンを含むが、二環式オレフィン(特に、ノルボルネンなどの前記ノルボルネン類)が適度な嵩高さを有する構造であるためか、鎖状オレフィンと特定の割合で組み合わせて架橋すると、これまでのポリマーでは実現できなかった特性(すなわち、低温軟化性と耐熱性と透明性とを両立する特性)を有する新規なポリマーが得られる。環状オレフィン全体に対して二環式オレフィン(特にノルボルネン類)の割合は10モル%以上であってもよく、例えば、30モル%以上、好ましくは50モル%以上、さらに好ましくは80モル%以上(特に90モル%以上)であり、二環式オレフィン単独(100モル%)であってもよい。二環式オレフィンの割合が少なく、三環以上の多環式オレフィン(特に、四環以上の多環式オレフィン)の割合が多くなると、硬質となり、低温軟化性と耐熱性とを両立できない。また、二環式オレフィンの割合が少なく、単環式オレフィンの割合が多くなっても、低温軟化性と耐熱性とを両立できない。
鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体において、透明性と柔軟性とを両立する点から、鎖状オレフィン(特に、エチレンなどのα−鎖状C2−4オレフィン)と環状オレフィン(特に、ノルボルネンなどの多環式オレフィン)との割合(モル比)は、環状オレフィンの割合が、鎖状オレフィンと環状オレフィンとの合計に対して15モル%を超え、かつ40モル%以下である。本発明では、環状オレフィンの割合を前記範囲とすることにより、柔軟性と耐熱性とのバランスに優れるとともに、ヘーズ(特に内部ヘーズ)の発生を抑制でき、透明性を向上できる。
さらに、鎖状オレフィンと環状オレフィンとの割合(モル比)は、例えば、鎖状オレフィン/環状オレフィン=84/16〜65/35(例えば、84/16〜75/25)、好ましくは83/17〜70/30、さらに好ましくは81/19〜73/27(特に80/20〜75/25)程度である。透明性や耐熱性が重要な場合、両者の割合は、例えば、鎖状オレフィン/環状オレフィン=80/20〜62/38、好ましくは79/21〜65/35、さらに好ましくは78/22〜65/35(特に75/25〜67/33)程度であってもよい。特に、透明性と耐熱性と低温軟化性とを両立できる点から、両者の割合は、鎖状オレフィン/環状オレフィン=84/16〜75/25、好ましくは82/18〜77/23、さらに好ましくは82/18〜78/22(特に81/19〜79/21)程度であってもよい。環状オレフィンの割合が少なすぎると、ヘーズが発生し、多すぎると、柔軟性が低下する。
他の共重合性単量体としては、例えば、ビニルエステル系単量体(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなど);ジエン系単量体(例えば、ブタジエン、イソプレンなど);(メタ)アクリル系単量体[例えば、(メタ)アクリル酸、又はこれらの誘導体((メタ)アクリル酸エステルなど)など]などが例示できる。これらの他の共重合性単量体は単独で又は二種以上組み合わせてもよい。これらの他の共重合性単量体の含有量は、共重合体に対して、例えば、5モル%以下、好ましくは1モル%以下である。
鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体は、付加重合により得られた樹脂であってもよく、開環重合(開環メタセシス重合など)により得られた樹脂であってもよい。また、開環メタセシス重合により得られた重合体は、水素添加された水添樹脂であってもよい。鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の重合方法は、慣用の方法、例えば、メタセシス重合触媒を用いた開環メタセシス重合、チーグラー型触媒を用いた付加重合、メタロセン系触媒を用いた付加重合(通常、メタセシス重合触媒を用いた開環メタセシス重合)などを利用できる。
鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体は非晶性であり、結晶化度は0〜3%、好ましくは0〜1%、さらに好ましくは0〜0.5%(特に0〜0.1%)程度である。本発明では、共重合体が非晶性であるため、透明性(導光性)に優れており、架橋体におけるヘーズの発生を抑制できる。特に、環状オレフィン(特にノルボルネン類)と鎖状オレフィンとを所定の割合で組み合わせた架橋体は、結晶化度が略0%(例えば、0.5%以下、好ましくは0.1%以下、さらに好ましくは0%)の非晶性であり、内部ヘーズがほとんど認められないため、優れた透明性を示す。尚、このように本発明の架橋体は結晶化度が略0%の非晶性あるが、下記の測定方法で結晶化度を測定した場合には、ベースラインの取り方により、結晶質部分が僅かに認められる場合もある。
結晶化度は、X線回折法を用い、結晶質部分(ピーク)と非晶質部分(ハロー)のフィッティングを行い、各積分強度を以下の式に代入して結晶化度を算出できる。なお、式中、Xは結晶性散乱積分強度(結晶質部分に由来する散乱積分強度)を示し、Yは非晶性散乱積分強度(非晶質部分に由来する散乱積分強度を示す。
結晶化度(%)=[X/(X+Y)]×100。
鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体(架橋前)のガラス転移温度(Tg)は10〜100℃程度の範囲から選択できるが、適度な柔軟性を付与できる点から、好ましくは20〜80℃(例えば、25〜55℃)、さらに好ましくは25〜75℃(特に30〜45℃)程度である。さらに、柔軟性(特に低温軟化性)と耐熱性とを高度に両立する点から、環状オレフィン(特にノルボルネン類)と鎖状オレフィンとを前記割合で組み合わせることにより、ガラス転移温度は、例えば、15〜50℃(例えば、30〜50℃)、好ましくは20〜40℃(例えば、30〜40℃)、さらに好ましくは25〜35℃(特に30〜35℃)程度である。さらに、透明性の点から、30℃を超える範囲であってもよく、例えば、31〜50℃、好ましくは32〜45℃、さらに好ましくは33〜40℃程度であってもよい。
鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の数平均分子量は、例えば、1000〜150000、好ましくは5000〜120000、さらに好ましくは10000〜100000(特に20000〜90000)程度である。
なお、ガラス転移温度及び融点は、単量体の割合、単量体の置換基、重合体の分子量などを調整して制御することができる。
(他のオレフィン系樹脂)
前記環状オレフィン系樹脂に加えて、前記環状オレフィン系樹脂と架橋可能な他のオレフィン系樹脂が含まれていてもよい。本発明では、他のオレフィン系樹脂を用いることにより、架橋密度を調整して柔軟性や耐熱性を制御できる。他のオレフィン系樹脂としては、前記環状オレフィン系樹脂と架橋可能であれば、特に限定されず、鎖状オレフィン系樹脂、前記環状オレフィン系樹脂以外の環状オレフィン系樹脂(他の環状オレフィン系樹脂)などが挙げられる。
鎖状オレフィン系樹脂としては、前記環状オレフィン系樹脂の項で例示された鎖状オレフィン、特に、エチレンやプロピレンなどのα−鎖状C2−4オレフィン(特にエチレン)を含む重合体が挙げられる。鎖状オレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ(メチルペンテン−1)樹脂などが挙げられる。これらの鎖状オレフィン系樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの鎖状オレフィン系樹脂のうち、低、中又は高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレンなどのポリエチレン系樹脂が好ましい。
他の環状オレフィン系樹脂としては、前記環状オレフィン系樹脂において、環状オレフィンの割合が、鎖状オレフィンと環状オレフィンとの合計に対して40モル%を超える環状オレフィン系樹脂が使用できる。鎖状オレフィンと環状オレフィンとの割合(モル比)は、例えば、前者/後者=50/50〜0/100、好ましくは40/60〜10/90程度である。他の環状オレフィン系樹脂も、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの他の環状オレフィン系樹脂のうち、ノルボルネンとエチレンとの割合が前記範囲であるノルボルネン−エチレン共重合体などが好ましい。
他のオレフィン系樹脂のガラス転移温度は、オレフィン系樹脂の種類に応じて、−150℃〜200℃程度の範囲から選択でき、環状オレフィン系樹脂のガラス転移温度を調整するために、環状オレフィン系樹脂よりもガラス転移温度の高い他の環状オレフィン系樹脂(例えば、100℃を超えるガラス転移温度、120〜200℃程度)や、環状オレフィン系樹脂よりもガラス転移温度の低いポリエチレン系樹脂(例えば、10℃未満のガラス転移温度、例えば、−110〜0℃、好ましくは−80〜−5℃、さらに好ましくは−50〜−10℃程度)などを用いてもよい。
他のオレフィン系樹脂の数平均分子量は、例えば、5000〜300000、好ましくは10000〜200000、さらに好ましくは15000〜150000程度である。
環状オレフィン系樹脂と他のオレフィン系樹脂との割合(重量比)は、環状オレフィン系樹脂/他のオレフィン系樹脂=100/0〜50/50、好ましくは99/1〜60/40、さらに好ましくは95/5〜70/30程度であってもよく、透明性の点から、他のオレフィン系樹脂の割合は20重量%以下であってもよく、例えば、100/0〜80/20(特に100/0〜90/10)程度であってもよい。
(架橋体)
本発明の架橋体は、前記環状オレフィン系樹脂を架橋することにより得られ、適度な柔軟性を有するともに、高い耐熱性も有している。通常、軟質樹脂は、ガラス転移温度が低く、柔軟ではあるものの、耐熱性が充分でない。すなわち、樹脂において、柔軟性(特に低温軟化性)と耐熱性とはトレードオフの関係にあり、両者を同時に成立するのは極めて困難であった。これに対して、本発明では、環状オレフィンの割合を適度に調整した特定の環状オレフィン系樹脂を電子線などで架橋することにより、適度な柔軟性と耐熱性とを両立させたことを特徴とする。
架橋体のガラス転移温度は10〜100℃程度の範囲から選択でき、例えば、15〜90℃、好ましくは20〜80℃、さらに好ましくは25〜75℃(特に25〜50℃)程度である。このように、本発明では架橋後もガラス転移温度の上昇が少なく、架橋前のガラス転移温度との温度差は50℃以下であってもよく、例えば、0〜40℃、好ましくは0〜30℃、さらに好ましくは0〜20℃(特に0〜10℃)程度であり、架橋後も高い柔軟性を保持している。特に、本発明では、環状オレフィン(特にノルボルネン類)と鎖状オレフィンとを前記割合で組み合わせることにより、低温軟化性を発現できるガラス転移温度に調整でき、ガラス転移温度は、例えば、25〜55℃、好ましくは30〜50℃、さらに好ましくは30〜45℃(特に30〜40℃)程度であってもよい。
さらに、架橋体は、JIS K7127に準拠した引張試験(厚み100μmのフィルム)において、破断伸度が10%以上程度であってもよく、例えば、50〜1000%、好ましくは80〜500%(例えば、100〜500%)、さらに好ましくは100〜400%(特に250〜350%)程度であってもよい。さらに、本発明の架橋体は、弾性変形性を示すため、前記引張試験において、降伏点を示さないのが好ましい。
本発明では、架橋体の耐熱性は、140〜150℃における線熱膨張係数で示すことができる。具体的には、140〜150℃における線熱膨張係数は2000ppm/℃以下(例えば、1〜2000ppm/℃)であってもよく、例えば、5〜1000ppm/℃、好ましくは10〜800ppm/℃、さらに好ましくは50〜500ppm/℃(特に100〜400ppm/℃)程度である。本発明では、140〜150℃の高温でも架橋体は溶融することなく、適度な線熱膨張係数を示しており、優れた耐熱性を保持している。
本発明の架橋体は、耐熱性と柔軟性(特に低温軟化性)とを両立させるために、適度に架橋されている。架橋体における架橋の度合いは、トルエンを用いて3時間還流させる方法で測定したゲル分率で示すことができる。架橋体のゲル分率は、例えば、5重量%以上であってもよく、例えば、10〜99重量%(例えば、30〜98重量%)、好ましくは50〜97重量%、さらに好ましくは80〜95重量%(特に85〜93重量%)程度であってもよい。詳細には、ゲル分率は、実施例で記載の測定方法で測定できる。なお、本発明では、架橋密度は、電子線や放射線の照射条件などに制御できるが、環状オレフィンの割合を特定の範囲に調整することにより(特に、環状オレフィンと鎖状オレフィンとを前記割合に調整することにより)、ゲル分率を70重量%以上、好ましくは80重量%以上(特に85重量%以上)にも調整できる。その結果、架橋体の架橋密度は高くなり、耐熱性や耐久性は向上するが、環状オレフィンの割合が適度に調整されているためか、適度な柔軟性を保持している。
本発明の架橋体(特に、環状オレフィンと鎖状オレフィンとを前記割合で組み合わせた共重合体の架橋体)は、温度25℃での貯蔵弾性率が100〜4000MPa、好ましくは500〜3000MPa(例えば、750〜2500MPa)、さらに好ましくは1000〜2000MPa(例えば、1200〜1800MPa)程度である。また、温度50℃での貯蔵弾性率は、5〜500MPa、好ましくは10〜300MPa(例えば、20〜280MPa)、さらに好ましくは30〜250MPa(例えば、50〜220MPa)程度である。さらに、温度80℃での貯蔵弾性率は、0.01〜10MPa、好ましくは0.1〜8MPa(例えば、0.5〜7.5MPa)、さらに好ましくは1〜7MPa(例えば、2〜7MPa)程度である。このような特性を有する重合体は、室温付近(20〜25℃程度)では、機械的強度が大きく、30〜80℃程度では、流動性が高い。なお、上記80℃での貯蔵弾性率を「1」としたとき、80℃での貯蔵弾性率に対して25℃での貯蔵弾性率は、例えば、0.05×10〜10×10(例えば、0.1×10〜5×10、好ましくは0.2×10〜1×10、さらに好ましくは0.3×10〜0.7×10程度)である。架橋体の貯蔵弾性率は、実施例に記載の方法で測定できる。
また、本発明の架橋体(特に、環状オレフィンと鎖状オレフィンとを前記割合で組み合わせた共重合体の架橋体)は、架橋点間分子量が大きく、例えば、8000〜30000、好ましくは9000〜25000(例えば、9500〜20000)、さらに好ましくは10000〜18000(例えば、10000〜16000)程度である。このような大きな架橋点間分子量は、架橋体が低い架橋密度で緩く架橋した構造を有していることを示している。そのため、加熱すると架橋体は熱可塑性樹脂のように挙動して流動するものの、所定の温度以上になると架橋体の流動及び変形が架橋により規制され、熱可塑性樹脂と異なり耐熱性を有する。そのため、架橋点間分子量が小さすぎると、流動性が低下し、架橋点間分子量が大きすぎると、流動変形に対する耐熱性が低下する。なお、架橋体の架橋点間分子量は、慣用の方法、例えば、ゴム弾性理論を利用した代表的な方法により求めることができる。この方法では、下記式により架橋点間分子量を算出できる。
G=(ρRT)/M
(式中、Gは剪断弾性率(単位Pa)、ρは密度(g/m)、Rはガス定数(8.314J/K/モル)、Tは絶対温度(K)、Mは架橋点間分子量(g/モル)を示す)
前記剪断弾性率Gはゴム状平坦域(例えば、140℃、角周波数0.1Hz)における貯蔵弾性率により測定できる(貯蔵弾性率の測定方法は上記と同様である)。また、密度ρはアルキメデス法で測定でき、成書「Polymer Engineering and Science, MID-JULY, 1990, Vol.30, No13, P753-761」に記載された重合体の密度を参照することもできる。
本発明の架橋体は、透明性にも優れており、ヘーズ(曇価)が、JIS K7105に準拠した方法において、例えば、5%以下であってもよく、好ましくは2%以下(例えば、0〜2%)、さらに好ましくは0.1〜1.5%(特に0.2〜1%)程度である。本発明では、環状オレフィン系樹脂中における環状オレフィンの割合が適度に調整されているため、前述のように適度な柔軟性と高い耐熱性とを両立するとともに、環状オレフィン系樹脂が非晶性を示すためか、透明性又は導光性も高く、ヘーズの発生を抑制できる。
本発明において、ヘーズは厚みは100μm程度で測定できる。なお、ヘーズは、測定試料(フィルム)の表面の凹凸などに起因する外部ヘーズとフィルム内に存在する微結晶に起因する内部ヘーズとがある。本発明の場合、内部ヘーズはほとんど無く、フィルム表面の外部ヘーズにより2%以下程度のヘーズを示す場合があるが、内部ヘーズがほとんど無いため、厚みを厚くした場合でもヘーズは大きくはならない。
本発明の架橋体の全光線透過率は、JIS K7105に準拠した方法(厚み100μm)において、例えば、80%以上、好ましくは80〜99%、さらに好ましくは85〜98%(特に90〜95%)程度であってもよい。
さらに、605nmにおける光強度に対する454nmにおける光強度の比(454nm/605nm)は、3.0以上であってもよく、例えば、3.0〜3.7、好ましくは3.1〜3.7、さらに好ましくは3.2〜3.7程度である。
本発明の架橋体の形態は、特に制限されないが、フィルムの形態であるとき、フィルムの厚みは、20〜400μm、好ましくは30〜350μm、さらに好ましくは40〜300μm(例えば、50〜200μm)程度であってもよく、100μm以上(例えば、100〜400μm)、好ましくは150μm以上(例えば、200〜350μm)程度であってもよい。
本発明の架橋体は、慣用の添加剤、例えば、架橋剤、架橋促進剤、架橋助剤、酸化防止剤、熱安定剤、光安定材、紫外線吸収剤などの安定化剤、可塑剤、帯電防止剤、難燃剤などを含有していてもよい。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
本発明の架橋体は、架橋性基(例えば、エチレン性不飽和結合を有する基など)を有する樹脂を実質的に含んでいなくてもよい。さらに、本発明の架橋体は、電子線を用いて架橋するため、架橋剤、架橋促進剤、架橋助剤を実質的に含んでいなくてもよい。
(架橋体の製造方法)
本発明の架橋体は、前記環状オレフィン系樹脂を架橋することにより得られ、架橋の方法は特に限定されず、紫外線などの活性光線やベータ(β)線やガンマ(γ)線、X線などの放射線(特にガンマ線)などであってもよいが、制御し易く、前記特性を有する新規な架橋体を調製し易い点から、高エネルギー線(電子線やガンマ線)で架橋することにより製造してもよい。特に、電子線で架橋すると、加熱による酸化を抑制できるためか、黄変などを防止でき、透明性に優れた架橋体が得られる。本発明では、高エネルギーである電子線を用いるため、架橋剤や架橋促進剤(助剤)が不要であり、安定性の高い架橋体を効率良く製造できる。特に、電子線の照射において、加熱することなく、常温(例えば、10〜30℃程度の温度)で環状オレフィン系樹脂を架橋でき、架橋密度も向上できる。
電子線の照射方法として、例えば、電子線照射装置などの露光源によって、電子線を照射する方法が利用できる。照射量(線量)は、環状オレフィン系樹脂の厚みにより異なるが、例えば、10〜500kGy(グレイ)(例えば、100〜400kGy)程度の範囲から選択できるが、架橋密度を高めて耐熱性を向上させる点から、200kGy以上であってもよく、例えば、200〜500kGy、好ましくは220〜450kGy、さらに好ましくは230〜430kGy(特に250〜400kGy)程度であってもよい。
加速電圧は、10〜1000kV(例えば、100〜500kV)程度の範囲から選択できるが、耐熱性を向上させる点から、150kV以上であってもよく、例えば、160〜400kV、好ましくは170〜300kV、さらに好ましくは180〜250kV程度であってもよい。
ガンマ線の照射方法として、例えば、ガンマ線照射装置などの露光源によって、ガンマ線を照射する方法が利用できる。照射量(線量)は、環状オレフィン系樹脂の厚みにより異なるが、例えば、10〜500kGy(グレイ)(例えば、100〜400kGy)程度の範囲から選択できるが、架橋密度を高めて耐熱性を向上させる点から、200kGy以上であってもよく、例えば、200〜500kGy、好ましくは220〜450kGy、さらに好ましくは230〜430kGy(特に250〜400kGy)程度であってもよい。
なお、電子線や放射線の照射は、空気中で行ってもよく、必要であれば、不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなど)雰囲気中で行ってもよい。なお、本発明では、電子線やガンマ線の照射後も環状オレフィン系樹脂の変形は抑制される。
本発明の架橋体は、環状オレフィン系樹脂を慣用の成形方法、例えば、射出成形法、押出成形法、ブロー成形法、真空成形法、異型成形法、インジェクションプレス法、プレス成形法、ガス注入成形法、圧縮成形法、トランスファー成形法などにより、用途に応じた形状(フィルム又はシート状、各種三次元形状など)に成形した後、架橋することにより所望の形状を有する成形体を得ることができる。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例で得られた環状オレフィン系樹脂や試験片の特性は、以下の方法で測定した。
(ガラス転移温度及び融点)
示差走査熱量計(セイコー電子工業(株)製「DSC6200」)を用い、窒素気流下、昇温速度10℃/分で測定を行った。
(ゲル分率)
500mgの試験片を秤り取って冷却管を備えた100mlのナス型フラスコに入れ、さらにトルエン50mlを加えて、還流温度にて3時間攪拌した。その後、混合液を濾過し、濾過残渣を減圧乾燥後、計量してゲル分率を求めた。
(結晶化度)
得られたフィルムについて、X線回折装置(XRD、(株)リガク製「RINT1500」)を用いて広角X線測定を行った。詳しくは、CuKαを用いて2θ=0°〜60°の範囲で回折ピーク測定を行った。
(ヘーズ)
実施例で得られた試験片について、JIS K 7136に準拠して、ヘーズメーター(日本電色工業(株)製、NDH−500)を用いて、ヘーズを測定した。
(引張試験)
実施例で得られた試験片について、流れ(MD)方向にJIS2号ダンベル片(幅6mm)を打ち抜き、23℃/50%RH、引張速度500mm/分で引張試験を行った。
(光強度比、出射光色相)
実施例で得られた試験片を厚さ200μm、幅2cm、長さ8cmの短冊状に切り出した。その短冊の切り出した端部から白色LED(日亜化学工業(株)製、商品名:NSPB500S)により白色光を入射させ、フィルム中を透過(光路長:8cm)し、もう一方の端部から出射した光を分光光度計(浜松ホトニクス(株)製、マルチチャンネル分光器:PMA−11)を使用して可視光スペクトルを測定した。また、目視によって出射光の色相を確認した。今回使用した白色LEDは454nmに青色LEDに由来するピークを持ち、500nm以降の長波長に蛍光物質による幅広いスペクトルが見られた。白色LED単体の454nmと青色の補色である605nmとの光強度比は3.7であった。光強度比が3.7に近いものほどスペクトルの再現性が良い、優れた導光性能を有するといえる。
光強度比=454nmにおける光強度/605nmにおける光強度。
(線膨張係数)
実施例で得られた試験片について、JIS K7197に準拠して、熱機械的分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製、EXSTAR TMA/SS7100)を用いて、140℃から150℃の線膨張係数を測定した。
(粘弾性測定)
実施例及び比較例の試験片について、幅5mm、長さ50mmに切り出し、動的粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株)製、RSA−III)を用い、チャック間距離20mm、昇温速度5℃/分及び角周波数10Hzの条件で、貯蔵弾性率(E’)を測定した。
(架橋点間分子量)
架橋点間分子量は、前記粘弾性測定で得られた温度140℃、角周波数0.1Hzでのデータを、前記架橋点間分子量の算出式(G=(ρRT)/M)に代入して算出した。なお、密度ρ(g/m)は1.02とした。
製造例1(環状オレフィン系樹脂A)
窒素雰囲気下、室温において30リットルのオートクレーブに、トルエン15リットル、トリイソブチルアルミニウム(TIBA)15ミリモル、四塩化ジルコニウム0.75ミリモル、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)硼酸アニリニウム0.75ミリモルをこの順番に投入し、続いてノルボルネンを70重量%含有するトルエン溶液1.8リットルを加えた。50℃に昇温した後、エチレン分圧が5kgf/cmになるように、連続的にエチレンを導入しつつ、60分間の反応を行った。反応終了後ポリマー溶液を15リットルのメタノール中に投入し、ポリマーを析出させた。このポリマーを濾別、乾燥し、環状オレフィン系樹脂A(エチレン−ノルボルネン共重合体A)を得た。収量は3.12kg、重合活性は46kg/gZr(ジルコニウム1g当りの収量)であった。
13C−NMRにおいて、エチレン単位にもとづくピークとノルボルネン単位の5及び6位のメチレンにもとづくピークの和(30ppm付近)と、ノルボルネン単位の7位メチレン基にもとづくピーク(32.5ppm付近)との比から求めたノルボルネン含量は8.6モル%であった。ガラス転移温度は−1℃、融点は80℃、結晶化度は10%であった。
比較例1
製造例1で得られた環状オレフィン系樹脂Aを用いて、小型押出機((株)プラスチック工学研究所製、20mmφ、L/D=25)に巾150mmのTダイを取り付け、押出温度200℃、チルロール温度10℃、引取速度を調整し、厚み100μmのフィルム状試験片を作製した。得られた試験片に、窒素雰囲気中、常温で、EB照射装置(岩崎電気(株)製「TYPE;CB250/15/180L」)を用いて、加速電圧200kV、線量350kGyで電子線を照射して架橋した。白色LEDを導光させてみたが、結晶性ポリマーであるためレイリー散乱が起こり、試験片からの出射光は橙色に着色していた。
実施例1
環状オレフィン系樹脂Aの代わりに、環状オレフィン系樹脂(Topas Advanced Polymers GmbH社製、商品名「TOPAS9903」、数平均分子量69000、ガラス転移温度33℃、ノルボルネン含量20モル%、結晶化度0%)を用いて、加速電圧200kV、線量250kGyで電子線を照射する以外は比較例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。さらに、温度25℃での貯蔵弾性率は1480MPa、80℃での貯蔵弾性率2.99MPa、架橋点間分子量13000であった。
実施例2
加速電圧200kV、線量350kGyの条件で電子線を照射する以外は、実施例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。さらに、温度25℃での貯蔵弾性率は1520MPa、80℃での貯蔵弾性率3.04MPa、架橋点間分子量11000であった。
実施例3
加速電圧200kV、線量150kGyの条件で電子線を照射する以外は、実施例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。さらに、温度25℃での貯蔵弾性率は1510MPa、80℃での貯蔵弾性率2.98MPa、架橋点間分子量15000であった。
実施例4
環状オレフィン系樹脂Aの代わりに、環状オレフィン系樹脂(Topas Advanced Polymers GmbH社製、商品名「TOPAS9506」、数平均分子量66000、ガラス転移温度70℃、ノルボルネン含量32モル%、結晶化度0%)を用いる以外は比較例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。
実施例5
電子線照射の代わりに、ガンマ線照射装置(Nordion社「JS10000HD」、線源コバルト−60、大気下、常温(庫内温度40℃)を用いて線量350kGyで照射する以外は、実施例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。さらに、温度25℃での貯蔵弾性率は1500MPa、80℃での貯蔵弾性率3.06MPa、架橋点間分子量11000であった。
比較例2
環状オレフィン系樹脂Aの代わりに、環状オレフィン系樹脂(Topas Advanced Polymers GmbH社製、商品名「TOPAS8007」、数平均分子量51000、ガラス転移温度80℃、ノルボルネン含量42モル%、結晶化度0%)を用いる以外は比較例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。
比較例3
環状オレフィン系樹脂Aの代わりに、環状オレフィン系樹脂(Topas Advanced Polymers GmbH社製、商品名「TOPAS6013」、ガラス転移温度130℃、ノルボルネン含量50モル%、結晶化度0%)を用いて、加速電圧200kV、線量250kGyで電子線を照射する以外は比較例1と同様にして、フィルム状試験片を作製した。試験片からの出射光は非晶性ポリマーであるため白色であった。
比較例及び実施例におけるモノマー組成比及び電子線照射条件を表1に示し、比較例及び実施例で得られた試験片の特性を評価した結果を表2及び表3に示す。
Figure 2012144644
Figure 2012144644
Figure 2012144644
表2及び表3の結果から明らかなように、本発明の架橋体は、透明性が高く、機械的特性にも優れている。
本発明の架橋体は、各種分野の成形材料、例えば、光学材料、電気・電子材料、電気絶縁材料、自動車部品材料、医療材料、建築・土木材料などに利用できる。さらに、本発明の架橋体は、耐熱性と柔軟性とを両立でき、透明性にも優れるため、各種の電気・電子機器又は光学機器、例えば、携帯機器、家電機器、制御機器などのスイッチ部材として利用できる。具体的には、携帯電話、遊技機器、モバイル機器、タッチパネル、カーナビゲーションシステム、時計、電卓、テレビ、パーソナルコンピュータなどの部材(例えば、キートップシート、キーマットシート、導光シート、反射シート、OCAテープ(高透明性接着剤転写テープ又は光学用芯なしテープ)など)としても有用である。
特に、本発明の架橋体は、高い透明性と低温軟化性と耐熱性とを両立する新規な特性を有する材料であり、光学封止材料(例えば、OCAテープ、有機エレクトロルミネッセンス(EL)封止剤など)に特に適している。

Claims (14)

  1. 鎖状オレフィンと環状オレフィンとを重合成分とする鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の架橋体であって、
    前記環状オレフィンが二環式オレフィンを含み、
    前記環状オレフィンの割合が、前記鎖状オレフィンと前記環状オレフィンとの合計に対して15モル%を超え、40モル%以下であり、かつ
    前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体のガラス転移温度が20〜80℃である架橋体。
  2. 鎖状オレフィンと環状オレフィンとを重合成分とする鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の架橋体であって、
    前記環状オレフィンが二環式オレフィンを含み、
    前記環状オレフィンの割合が、前記鎖状オレフィンと前記環状オレフィンとの合計に対して15モル%を超え、40モル%以下であり、かつ
    前記鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の結晶化度が1%以下である架橋体。
  3. 鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体の結晶化度が0.5%以下である請求項1又は2記載の架橋体。
  4. JIS K7136に準拠したヘーズが2%以下である請求項1〜3のいずれかに記載の架橋体。
  5. 鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体のガラス転移温度が30〜50℃である請求項1〜4のいずれかに記載の架橋体。
  6. 環状オレフィンがノルボルネン類であり、かつ鎖状オレフィンと環状オレフィンとのモル比が、鎖状オレフィン/環状オレフィン=84/16〜75/25である請求項1〜5のいずれかに記載の架橋体。
  7. JIS K7127に準拠した厚み100μmにおける破断伸度が100〜400%であり、かつトルエンを用いて3時間還流させる方法で測定したゲル分率が70重量%以上である請求項1〜6のいずれかに記載の架橋体。
  8. 温度25℃での貯蔵弾性率が100〜4000MPa、温度80℃での貯蔵弾性率が0.01〜10MPa、架橋点間分子量が8000〜30000である請求項1〜7のいずれかに記載の架橋体。
  9. 架橋性基を有する樹脂及び架橋剤を実質的に含有しない請求項1〜8のいずれかに記載の架橋体。
  10. 電子線架橋体である請求項1〜9のいずれかに記載の架橋体。
  11. シート状であり、かつ光学素子の封止材料である請求項1〜10のいずれかに記載の架橋体。
  12. 鎖状オレフィン−環状オレフィン共重合体を電子線又は放射線で架橋して請求項1記載の架橋体を製造する方法。
  13. 加熱することなく、電子線で架橋する請求項12記載の方法。
  14. 加速電圧150kV以上及び照射線量200kGy以上の電子線で架橋する請求項12又は13記載の方法。
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