JPWO2018155467A1 - メタクリル樹脂組成物およびその用途 - Google Patents

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Abstract

末端二重結合の量が0.012モル%未満であり、好ましくは結合硫黄原子の量が0.25モル%未満であるメタクリル樹脂100質量部、原子番号20以下の金属元素(好ましくはリチウム元素およびアルミニウム元素)5×10-6〜9×10-3質量部、および2,6-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-メチルフェノールなどのヒンダードフェノール系酸化防止剤0.025〜0.50質量部を含有し、且つ窒素ガス雰囲気にて290℃に15分間さらしたときの熱重量保持率が98質量%以上である、メタクリル樹脂組成物。

Description

本発明は、メタクリル樹脂組成物およびその用途に関する。より詳細に、本発明は、酸化防止剤によって引き起こされる不具合が無く、高い耐熱性および耐熱分解性を有するメタクリル樹脂組成物およびその用途に関する。
耐熱分解性の改良を意図したメタクリル樹脂組成物が種々提案されている。
例えば、特許文献1は、メタクリル酸メチルに由来する構造単位を99.5質量%以上含むメタクリル樹脂を含有するメタクリル樹脂組成物であって、該メタクリル樹脂は、メタクリル酸メチル由来の構造単位に対する末端二重結合の量が0.03mol%未満で且つメタクリル酸メチル由来の構造単位に対する結合硫黄原子の量が0.2mol%以上であり、且つ 230℃および3.8kg荷重の条件におけるメルトフローレートが8g/10分以上である、メタクリル樹脂組成物を開示している。
特許文献2は、メタクリル酸メチル90〜100質量%と、メタクリル酸メチルと共重合可能な炭素数が1〜8のアクリル酸アルキルエステル0〜10質量%とからなる単量体混合物を重合して得られるメタクリル系重合体であって、重合体末端二重結合の比率が5%以下であることを特徴とするメタクリル系重合体を開示している。
特許文献3は、メタクリル酸エステルを含む単量体を直接重合して得られる重合体であって、rr3連子の割合が98%以上であるシンジオタクチックメタクリル酸エステル重合体を1質量%以上含むことを特徴とする重合体組成物を開示している。
特許文献4は、三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)が58%以上であり、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含有量が90質量%以上であり、重量平均分子量が30000〜200000であるメタクリル樹脂(A)と、芳香族ビニル系単量体に由来する構造単位の含有量が20質量%以上である芳香族ビニル系共重合体(B)とを含む樹脂組成物であって、該樹脂組成物の重量平均分子量が50000〜180000であり、分子量15000未満の成分の含有量が0.2〜10質量%である樹脂組成物を開示している。
特許文献5は、三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)が58%以上であり、重量平均分子量が50000〜150000であり、分子量200000以上の成分の含有量が0.1〜10%であり、分子量15000未満の成分の含有量が0.2〜5%であるメタクリル樹脂(A)と、ビニルアセタール樹脂(B)とを含み、メタクリル樹脂(A)とビニルアセタール樹脂(B)との合計量100質量部に対して、メタクリル樹脂(A)の含有量が80〜1質量部であり、ビニルアセタール樹脂(B)の含有量が20〜99質量部である、熱可塑性樹脂フィルムを開示している。
末端二重結合を持たないメタクリル樹脂は、通常、アニオン重合法により製造される。アニオン重合法においては重合開始剤にリチウムなどの金属元素が使用される。メタクリル樹脂を成形する際の熱劣化を抑制するためにヒンダードフェノール類やリン系酸化防止剤が添加されることがある。
WO 2014/002505 A 特開2001−172328号公報 特開2002−327012号公報 特開2016−94550号公報 特開2016−94534号公報 特開2010−196068号公報
上記の特許文献に記載のメタクリル樹脂組成物は、工業生産において、未だに不十分な点がある。例えば、耐熱分解性の要求に応えるための酸化防止剤の添加によって透明性が低下したり、ダイスに目ヤニを引き起こしたり、金型に汚れを引き起こしたりすることがある。薄い成形品の場合には酸化防止剤のブリードアウトを生じることがある。
本発明の課題は、酸化防止剤によって引き起こされる不具合が無く、高い耐熱性および耐熱分解性を有するメタクリル樹脂組成物およびその用途を提供することである。
本発明は以下の形態を包含する。
〔1〕 末端二重結合の量が0.012モル%未満であるメタクリル樹脂100質量部、原子番号20以下の金属元素5×10-6〜9×10-3質量部、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤0.025〜0.50質量部を含有し、且つ
窒素ガス雰囲気にて290℃に15分間さらしたときの熱重量保持率が98質量%以上である、メタクリル樹脂組成物。
〔2〕 前記メタクリル樹脂は、結合硫黄原子の量が0.25モル%未満である、〔1〕に記載のメタクリル樹脂組成物。
〔3〕 前記メタクリル樹脂は、三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)が50%以上である、〔1〕または〔2〕に記載のメタクリル樹脂組成物。
〔4〕 前記メタクリル樹脂は、重量平均分子量が5万〜20万である、〔1〕〜〔3〕のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物。
〔5〕 前記メタクリル樹脂は、メタクリル酸メチル由来の構造単位の含有量が99質量%以上である、〔1〕〜〔4〕のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物。
〔6〕 〔1〕〜〔5〕のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物からなるペレット状の成形材料。
〔7〕 〔1〕〜〔5〕のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物からなる成形品。
〔8〕 〔1〕〜〔5〕のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物からなるフィルム。
〔9〕 厚さが10〜50μmである、〔8〕に記載のフィルム。
〔10〕 面積比で1.5〜8倍に一軸延伸または二軸延伸された〔8〕または〔9〕に記載のフィルム。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、酸化防止剤によって引き起こされる不具合が無く、高い耐熱性および耐熱分解性を有する。本発明のメタクリル樹脂組成物からなる成形品、例えばフィルムは、透明性に優れ且つ耐熱分解性に優れている。本発明のフィルムは、熱による強度劣化、熱による着色、熱による寸法変動(位相差板においてはレタデーションの変動など)、添加剤のブリードアウトなどを生じにくい。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、メタクリル樹脂と、原子番号20以下の金属元素と、ヒンダードフェノール系酸化防止剤とを含有してなるものである。
本発明のメタクリル樹脂組成物に用いられるメタクリル樹脂は、末端二重結合の量が、0.012モル%未満、好ましくは0.011モル%未満である。
メタクリル樹脂の末端二重結合の量は次のようにして決定される値Dpである。
メタクリル樹脂を濃度15〜20質量%となるように重水素化クロロホルムに溶解させて溶液を得る。前記メタクリル樹脂の質量に対して10質量%のトリス(6,6,7,7,8,8,8−ヘプタフルオロ−2,2−ジメチル−3,5−オクタンジナート)ユウロピウムを前記溶液に添加する。その溶液を1H−NMRにて12時間以上に亘って積算測定する。得られた1H−NMRスペクトルから、末端二重結合部に由来するシグナル(共鳴周波数5.5ppm及び6.2ppm)の積分強度の合計Xpとメタクリル酸メチル主鎖のメトキシ基に由来するシグナル(共鳴周波数3.6ppm)の積分強度Ypとを計測し、次式にて末端二重結合の量Dpを算出する。
p=〔(Xp/2)/(Yp/3)〕×100
末端二重結合の量は、重合方法、重合開始剤および連鎖移動剤の使用量、重合反応時の温度、並びに重合に供する時間を調節することによって制御することができる。例えば、ラジカル重合において、重合開始剤の量を少なくすること、連鎖移動剤の量を多くすること、重合反応時の温度を下げること、および重合に供する時間を長くすることが、末端二重結合の量を減らす上で好ましい。また。アニオン重合において、停止剤として活性プロトンを使用することで、末端二重結合を無くすこともできる。
本発明に用いられるメタクリル樹脂は、結合硫黄原子の量が、好ましくは0.25モル%未満、より好ましくは0.15モル%未満である。
メタクリル樹脂の結合硫黄原子の量は次のようにして決定される値Spである。
メタクリル樹脂をクロロホルムに溶解させて溶液を得る。この溶液をn−ヘキサンに添加して沈殿物を得る。該沈殿物を80℃で12時間以上真空下で乾燥させる。得られた乾燥品を適量精秤して、硫黄燃焼装置にセットし、温度400℃の反応炉で分解させ、生成したガスを温度900℃の炉に通し、次いで0.3%過酸化水素水で吸収する。得られた液(分解ガス水溶液)を純水で適宜希釈し、イオンクロマトグラフィ(DIONEX製ICS−1500,カラム:AS12A)により硫酸イオンを定量する。乾燥品の質量あたりの硫黄原子の質量Wp(質量%)を算出する。次いで、次式にて、結合硫黄原子の量Sp(モル%)を算出する。
p=Wp×(100/32)
結合硫黄原子の量は、重合方法もしくは、硫黄系連鎖移動剤、過硫酸塩系重合開始剤などの硫黄含有化合物の使用量を調節することによって制御することができる。結合硫黄原子はスルフィド基の状態でメタクリル樹脂の末端に結合していることが好ましい。
本発明に用いられるメタクリル樹脂は、三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)の下限が50%、好ましくは52%、より好ましくは55%、さらに好ましくは64%である。本発明に用いられるメタクリル樹脂の三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)の上限は、特に制限されないが、生産性の観点から、好ましくは99%、より好ましくは85%、さらに好ましくは77%、よりさらに好ましくは75%、最も好ましくは74%である。
三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)(以下、単に「シンジオタクティシティ(rr)」と称することがある。)は、連続する3つの構造単位の連鎖(3連子、triad)が有する2つの連鎖(2連子、diad)が、ともにラセモ(rrと表記する)である割合である。なお、ポリマー分子中の構造単位の連鎖(2連子、diad)において立体配置が同じものをメソ(meso)、逆のものをラセモ(racemo)と称し、それぞれm、rと表記する。
三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)(%)は、重水素化クロロホルム中、30℃で1H−NMRスペクトルを測定し、そのスペクトルからTMSを0ppmとした際の0.6〜0.95ppmの領域の面積(AX)と0.6〜1.35ppmの領域の面積(AY)とを計測し、式:(AX/AY)×100にて算出することができる。
本発明に用いられるメタクリル樹脂は、ガラス転移温度が、好ましくは100℃以上、より好ましくは110℃以上、さらに好ましくは120℃以上、特に好ましくは122℃以上である。本発明に用いられるメタクリル樹脂のガラス転移温度の上限は、特に制限はないが、好ましくは131℃である。
ガラス転移温度は、DSC曲線から求められる中間点ガラス転移温度である。DSC曲線は、測定対象樹脂を、JIS K7121に準拠して、示差走査熱量計を用いて、230℃まで昇温し、次いで室温まで冷却し、その後、室温から230℃までを10℃/分で昇温させたときの、2回目の昇温時の示差走査熱量測定で得られるものである。
本発明に用いられるメタクリル樹脂は、重量平均分子量Mwが、好ましくは5万〜20万、より好ましくは5.5万〜16万、さらに好ましくは6万〜12万である。メタクリル樹脂の重量平均分子量Mwが大きくなるほど成形品の強度が高くなる傾向がある。メタクリル樹脂の重量平均分子量Mwが小さくなるほど成形品の表面平滑性が良好になる傾向がある。
重量平均分子量Mwは次のようにして決定される値である。示差屈折率検出器(RI検出器)を備えた東ソー株式会社製のHLC−8320に、東ソー株式会社製のTSKgel SuperMultipore HZM−Mの2本とSuperHZ4000を直列に繋いだものをセットし、カラム温度を40℃に設定し、テトラヒドロフランを溶離液として0.35ml/分で流す。メタクリル樹脂4mgをテトラヒドロフラン5mlに溶解させて溶液を得る。この溶液20μlを注入してクロマトグラムを測定する。標準ポリスチレンを上記と同じ条件で測定し分子量400〜5000000の範囲について検量線を作成する。この検量線に基づいてメタクリル樹脂の重量平均分子量を算出する。
本発明に用いられるメタクリル樹脂は、メタクリル酸メチルに由来する構造単位の含有量が、好ましくは90質量%以上、より好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは98質量%以上、よりさらに好ましくは99質量%以上、最も好ましくは100質量%である。
メタクリル樹脂は、メタクリル酸メチル以外の単量体に由来する構造単位を分子鎖中にランダムに含有してもよい。メタクリル酸メチル以外の単量体としては、例えば、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチルなどのメタクリル酸メチル以外のメタクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸フェニルなどのメタクリル酸アリールエステル;メタクリル酸シクロへキシル、メタクリル酸ノルボルネニルなどのメタクリル酸シクロアルキルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2−エチルへキシルなどのアクリル酸アルキルエステル;アクリル酸フェニルなどのアクリル酸アリールエステル;アクリル酸シクロへキシル、アクリル酸ノルボルネニルなどのアクリル酸シクロアルキルエステル;スチレン、α−メチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物;アクリルアミド;メタクリルアミド;アクリロニトリル;メタクリロニトリル;などの一分子中に重合性の炭素−炭素二重結合を一つだけ有するビニル系単量体を挙げることができる。
メタクリル樹脂の製造方法は、特に限定されないが、耐熱性、耐熱分解性が良好であるという観点から、アニオン溶液重合法が好ましい。
メタクリル樹脂の製造において使用する(メタ)アクリル酸メチルおよびそれ以外の単量体は、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気下で予め十分に乾燥処理しておくことが、重合反応を円滑に進行させる点から好ましい。乾燥処理に際しては、水素化カルシウム、モレキュラーシーブス、活性アルミナなどの脱水剤や乾燥剤が好ましく用いられる。
アニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造において使用される溶媒としては、反応に悪影響を及ぼさない限り特に限定されず、例えばペンタン、n−ヘキサン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンなどの脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレンなどの芳香族炭化水素;ジエチルエ−テル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、アニソール、ジフェニルエーテルなどのエ−テルなどが挙げられる。これらの溶媒は1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、生成するメタクリル樹脂の溶解度が高いこと、溶媒の回収精製が容易であること、廃水への混入が生じにくいことなどの観点から、芳香族炭化水素が好ましく、トルエン、キシレンが特に好ましい。溶媒は、使用前に脱気、脱水などの精製をしておくことが、重合反応を円滑に進行させる点から好ましい。
アニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造において使用されるアニオン重合開始剤としては、例えば、有機リチウム化合物、有機ナトリウム化合物、有機カリウム化合物、有機マグネシウム化合物などが挙げられる。これらのうち、重合開始効率が高く、また重合反応が円滑に進行する観点から、有機リチウム化合物が好ましい。アニオン重合開始剤は1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
有機リチウム化合物としては、例えば、メチルリチウム、エチルリチウム、n−プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、イソブチルリチウム、t−ブチルリチウム、n−ペンチルリチウム、n−ヘキシルリチウム、テトラメチレンジリチウム、ペンタメチレンジリチウム、ヘキサメチレンジリチウムなどのアルキルリチウムおよびアルキルジリチウム;フェニルリチウム、m−トリルリチウム、p−トリルリチム、キシリルリチウム、リチウムナフタレンなどのアリールリチウムおよびアリールジリチウム;ベンジルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、トリチルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム、α−メチルスチリルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとブチルリチウムの反応により生成するジリチウムなどのアラルキルリチウムおよびアラルキルジリチウム;リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジイソプロピルアミドなどのリチウムアミド;リチウムメトキシド、リチウムエトキシド、リチウムn−プロポキシド、リチウムイソプロポキシド、リチウムn−ブトキシド、リチウムs−ブトキシド、リチウムt−ブトキシド、リチウムペンチルオキシド、リチウムヘキシルオキシド、リチウムヘプチルオキシド、リチウムオクチルオキシドなどのリチウムアルコキシド;リチウムフェノキシド、リチウム4−メチルフェノキシド、リチウムベンジルオキシド、リチウム4−メチルベンジルオキシドなどが挙げられる。これらのうち、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム、α−メチルスチリルリチウムが特に好ましい。
アニオン化可能な部位を有する化合物を有機リチウム化合物などのアニオン重合開始剤によりアニオン化し、それをアニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造において重合開始剤として使用してもよい。アニオン化可能な部位を有する化合物としては、直鎖状または環状の共役ジエン化合物、ビニル芳香族化合物、(メタ)アクリル酸アミドなどを挙げることができる。
アニオン化可能な部位を有する任意の重合体を有機リチウム化合物などのアニオン重合開始剤によりアニオン化し、それをアニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造において重合開始剤(リビング重合体と呼ぶことがある。)として使用してもよい。アニオン化可能な部位としては、例えば、直鎖状または環状の共役ジエン化合物に由来する単位、ビニル芳香族化合物に由来する単位、(メタ)アクリル酸アミドに由来する単位などを挙げることができる。リビング重合体を重合開始剤として使用するとグラフト共重合体を得ることができる。例えば、不活性ガス雰囲気下でシクロヘキサンに溶解させたポリ(p−メチルスチレン)をN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミンの存在下にs−ブチルリチウムと反応させることで、パラ位のメチル基を適宜の量だけアニオン化したポリ(p−メチルスチレン)を得ることができ、これを重合開始剤として用いることで、グラフト共重合体を得ることができる。
アニオン重合開始剤の使用量は、特に限定されないが、重合反応液中の濃度として、好ましくは0.1〜100mmol/l、より好ましくは1〜10mmol/lである。
アニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造においてアニオン重合開始剤と有機アルミニウム化合物とを併用することが好ましい。
有機アルミニウム化合物としては、式(I)で表される化合物(以下、Al化合物(I)という。)が好ましく用いられる。
AlR345 (I)
(式中、R3、R4およびR5は、それぞれ独立して、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよいアラルキル基、置換基を有してもよいアルコキシル基、置換基を有してもよいアリールオキシ基もしくはN,N−二置換アミノ基を表す。R4およびR5は一緒になって置換基を有してもよいアリーレンジオキシ基であってもよい。)
リビングアニオン活性が高いという観点から、Al化合物(I)は、R3、R4およびR5のうち少なくとも1つが置換基を有してもよいアリールオキシ基であることが好ましく、R3、R4およびR5のうち2つが置換基を有してもよいアリールオキシ基であることがより好ましい。置換基を有してもよいアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基、2−メチルフェノキシ基、4−メチルフェノキシ基、2,6−ジメチルフェノキシ基、2,4−ジ−t−ブチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ基、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノキシ基、2,6−ジフェニルフェノキシ基、7−メトキシ−2−ナフトキシ基などが挙げられる。また、R2およびR3が一緒になってアリーレンジオキシ基であってもよい。
Al化合物(I)の具体例としては、ジエチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジエチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジイソブチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、ジn−オクチル(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、ジn−オクチル(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、エチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、エチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、エチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソブチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、n−オクチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミ ニウム、n−オクチルビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、n−オクチル〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、メトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、メトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、メトキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、エトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、エトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル フェノキシ)アルミニウム、エトキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、イソプロポキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、イソプロポキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、イソプロポキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、t−ブトキシビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、t−ブトキシビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシ)アルミニウム、t−ブトキシ〔2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノキシ)〕アルミニウム、トリス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウム、トリス(2,6−ジフェニルフェノキシ)アルミニウムなどが挙げられる。これらは、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用してもよい。
Al化合物(I)の使用量(モル)は、特に制限されない。Al化合物(I)の使用量(モル)は、重合開始剤の使用量(モル)より多く、且つAl化合物(I)の使用量(モル)と重合開始剤の使用量(モル)の差に対するメタクリル酸メチルおよびそれ以外の単量体の合計使用量(モル)が、好ましくは15〜80、より好ましくは15〜70、さらに好ましくは20〜50のモル比となるように制御することが、重合速度を高め、反応時間を短縮でき、また、重合反応中の重合活性末端種の失活が抑制され、用途に応じて分子量と分子量分布などを最適に設計した重合体の製造が可能という観点から好ましい。
アニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造は、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスの雰囲気下で行なうことが好ましい。
アニオン溶液重合法によるメタクリル樹脂の製造においては、高いリビング性を保って、かつ重合を速く進行させるという観点から、反応系内に、添加剤を必要に応じて添加することができる。
添加剤としては、例えば、ジメチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、12−クラウン−4などのエーテル;トリエチルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、ピリジン、2,2’−ジピリジルなどの有機含窒素化合物;トリエチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタンなどの有機リン化合物;塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの無機塩;リチウム(2−メトキシエトキシ)エトキシド、カリウムt−ブトキシドなどのアルカリ金属アルコキシド;テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロミド、テトラエチルホスホニウムクロリド、テトラエチルホスホニウムブロミドなどの四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩などが挙げられる。これらの添加剤は1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でもエーテル、有機含窒素化合物が好ましい。有機含窒素化合物は、少量の添加で高いリビング性を保ちながらかつ重合を速く進行させることができ、且つ溶媒回収工程の簡略化や排水処理の負荷低減の点で優れているので、好ましく用いられる。添加剤の使用量は特に限定されないが、重合反応液中の濃度として、好ましくは0.1〜100mmol/l、より好ましくは1〜10mmol/lである。
アニオン重合反応は、重合停止剤の添加によって停止させることが好ましい。重合停止剤としては、例えば、水、メタノール、酢酸、塩酸などの活性水素を有する化合物を挙げることができる。重合停止剤は1種単独でまたは2種以上組み合わせて用いることができる。重合停止剤は水溶液または有機溶媒溶液の状態で使用してもよい。重合停止剤の使用量は、特に限定されないが、重合開始剤と有機アルミニウム化合物との総使用量に対して、好ましくは1〜100倍モルである。
本発明のメタクリル樹脂組成物に含有される原子番号20以下の金属元素は、Li、Be、Na、Mg、Al、K、および/またはCaであり、好ましくはLiおよび/またはAlである。原子番号20以下の金属元素は、本発明のメタクリル樹脂組成物を調製する際に、所定の有機金属化合物を添加することによっても含有させることができる。添加される有機金属化合物のうち、有機リチウム化合物、有機アルミニウム化合物が特に好ましい。
メタクリル樹脂組成物に含まれる原子番号20以下の金属元素の量は、下限が、メタクリル樹脂100質量部に対して、5×10-6質量部(0.05ppm)、好ましくは1×10-5質量部(0.1ppm)、より好ましくは1×10-4質量部(1ppm)、さらに好ましくは2×10-4質量部(2ppm)、よりさらに好ましくは4×10-4質量部(4ppm)であり、上限が、メタクリル樹脂100質量部に対して、9×10-3質量部(90ppm)、好ましくは8×10-3質量部(80ppm)、より好ましくは4×10-3質量部(40ppm)、さらに好ましくは2×10-3質量部(20ppm)である。
メタクリル樹脂組成物に含まれるAl元素の量は、メタクリル樹脂100質量部に対して、好ましくは1×10-5〜8.9×10-3質量部、より好ましくは1.9×10-4〜3×10-3質量部、さらに好ましくは3.5×10-4〜2.5×10-3質量部である。メタクリル樹脂組成物に含まれるLi元素の量は、メタクリル樹脂100質量部に対して、好ましくは1×10-6〜5×10-3質量部、より好ましくは5×10-6〜3×10-3質量部、さらに好ましくは2×10-5〜1.5×10-3質量部である。
メタクリル樹脂組成物に含まれる原子番号20以下の金属元素の量は、メタクリル樹脂に元々含まれていた原子番号20以下の金属元素の量とメタクリル樹脂組成物を調製する際に添加した原子番号20以下の金属元素の量との合計量である。原子番号20以下の金属元素は、少ない量のヒンダードフェノール系酸化防止剤との相乗効果によって、成形品の透明性、耐熱分解性を向上させる。
原子番号20以下の金属元素の含有量は次のようにして決定される値である。
メタクリル樹脂組成物0.15gを硫酸10mlに加えて、220℃で25分間マイクロウェーブを照射する。放冷後、液にイオン交換水を加えて20mlの溶液を得る。この溶液をICP発光分光分析法で定量分析することによって算出する。
原子番号20以下の金属元素の含有量は、メタクリル樹脂の製造の際に使用される単量体、重合開始剤、重合開始剤と併用される有機アルミニウム化合物、重合停止剤などの種類や使用量、メタクリル樹脂の製造後に行われる精製の度合いによって調整することができる。精製の度合いの調整は、上記定量分析によって決定される原子番号20以下の金属元素の含有量が、上記の範囲内になるように行う限り、特に制限されない。
本発明のメタクリル樹脂組成物に用いられるヒンダードフェノール系酸化防止剤は、酸素との反応で生成するラジカルを受け取って安定なフェノキシラジカルに変化するフェノール性水酸基を有する物質であり、熱可塑性樹脂の酸化防止のために従来から使用されてきたものである。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、2,6-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-メチルフェノール(和光純薬社製;BHT)、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン、ペンタエリスリチル−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〕(BASF社製;商品名IRGANOX1010)、オクタデシル−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(BASF社製;商品名IRGANOX1076)などが好ましい。分子量300以下のヒンダードフェノール系酸化防止剤は、昇華性が高く、ブリードアウトによるロール汚れ等が低減されるため特に好ましい。
メタクリル樹脂組成物に含まれるヒンダードフェノール系酸化防止剤の量は、メタクリル樹脂100質量部に対して、0.025〜0.50質量部、好ましくは0.028〜0.18質量部、より好ましくは0.03〜0.15質量部である。ヒンダードフェノール系酸化防止剤の量が上記範囲にある場合は、ブリードアウト等による成形品外観の悪化抑制効果と、耐熱分解性を向上させる効果とのバランスが良好である。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、ヒンダードフェノール系酸化防止剤以外の酸化防止剤を含有してもよい。ヒンダードフェノール系酸化防止剤以外の酸化防止剤としては、リン系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤などを挙げることができる。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、熱劣化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、高分子加工助剤、帯電防止剤、難燃剤、染顔料、光拡散剤、有機色素、艶消し剤、耐衝撃性改質剤、蛍光体などの他の添加剤を含有してもよい。
熱劣化防止剤は、実質上無酸素の状態下で高熱にさらされたときに生じるポリマーラジカルを捕捉することによって樹脂の熱劣化を防止できるものである。
熱劣化防止剤としては、2−t−ブチル−6−(3’−tert−ブチル−5’−メチル−ヒドロキシベンジル)−4−メチルフェニルアクリレート(住友化学社製;商品名スミライザーGM)、2,4−ジt−アミル−6−(3’,5’−ジ−tert−アミル−2’−ヒドロキシ−α−メチルベンジル)フェニルアクリレート(住友化学社製;商品名スミライザーGS)などが好ましい。
光安定剤は、主に光による酸化で生成するラジカルを捕捉する機能を有すると言われている化合物である。好適な光安定剤としては、2,2,6,6−テトラアルキルピペリジン骨格を持つ化合物などのヒンダードアミン類を挙げることができる。
紫外線吸収剤は、主に光エネルギーを熱エネルギーに変換する機能を有すると言われている化合物である。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン類、ベンゾトリアゾール類、トリアジン類、ベンゾエート類、サリシレート類、シアノアクリレート類、蓚酸アニリド類、マロン酸エステル類、ホルムアミジン類などを挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、ベンゾトリアゾール類(ベンゾトリアゾール骨格を有する化合物)、トリアジン類(トリアジン骨格を有する化合物)が好ましい。ベンゾトリアゾール類またはトリアジン類は、紫外線による樹脂の劣化(例えば、黄変など)を抑制する効果が高い。
ベンゾトリアゾール類としては、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール(BASF社製;商品名TINUVIN329)、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4,6−ビス(1−メチル−1−フェニルエチル)フェノール(BASF社製;商品名TINUVIN234)、2,2’−メチレンビス〔6−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−tert−オクチルフェノール〕(ADEKA社製;LA−31)、2−(5−オクチルチオ−2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−6−tert−ブチル−4−メチルフェノールなどを挙げることができる。
トリアジン類としては、2,4,6−トリス(2−ヒドロキシ−4−ヘキシルオキシ−3−メチルフェニル)−1,3,5−トリアジン(ADEKA社製;LA−F70)や、その類縁体であるヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤(BASF社製;CGL777、TINUVIN460、TINUVIN479など)、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−ヘキシルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジンなどを挙げることができる。
その他に、波長380〜450nmにおけるモル吸光係数の最大値εmaxが1200dm3・mol-1cm-1以下である紫外線吸収剤を好ましく用いることができる。このような紫外線吸収剤としては、2−エチル−2’−エトキシ−オキサルアニリド(クラリアントジャパン社製;商品名サンデユボアVSU)などを挙げることができる。
滑剤としては、例えば、ステアリン酸、ベヘニン酸、ステアロアミド酸、メチレンビスステアロアミド、ヒドロキシステアリン酸トリグリセリド、パラフィンワックス、ケトンワックス、オクチルアルコール、硬化油などを挙げることができる。
離型剤は、成形用金型から樹脂成形品を剥離しやすくする機能を有する化合物である。離型剤としては、セチルアルコール、ステアリルアルコールなどの高級アルコール類;ステアリン酸モノグリセライド、ステアリン酸ジグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステルなどを挙げることができる。本発明においては、離型剤として、高級アルコール類とグリセリン脂肪酸モノエステルとを併用することが好ましい。高級アルコール類とグリセリン脂肪酸モノエステルとを併用する場合、高級アルコール類/グリセリン脂肪酸モノエステルの質量比が、2.5/1〜3.5/1の範囲で使用するのが好ましく、2.8/1〜3.2/1の範囲で使用するのがより好ましい。
高分子加工助剤としては、0.05〜0.5μmの粒子径を有する重合体粒子を挙げることができる。重合体粒子は乳化重合法によって製造することができる。重合体粒子は、単一組成比および単一極限粘度の重合体からなる単層粒子であってもよいし、また組成比または極限粘度の異なる2種以上の重合体からなる多層粒子であってもよい。この中でも、内層に低い極限粘度を有する重合体層を有し、外層に5dl/g以上の高い極限粘度を有する重合体層を有する2層構造の粒子が好ましいものとして挙げられる。高分子加工助剤としては、極限粘度が3〜6dl/gであることが好ましい。
耐衝撃性改質剤としては、アクリル系ゴムもしくはジエン系ゴムをコア層成分として含むコアシェル型改質剤;ゴム粒子を複数包含した改質剤などを挙げることができる。
有機色素としては、樹脂に対しては有害とされている紫外線を可視光線に変換する機能を有する化合物が好ましく用いられる。
光拡散剤や艶消し剤としては、ガラス微粒子、ポリシロキサン系架橋微粒子、架橋ポリマー微粒子、タルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウムなどを挙げることができる。
蛍光体として、蛍光顔料、蛍光染料、蛍光白色染料、蛍光増白剤、蛍光漂白剤などを挙げることができる。
これらの添加剤は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの添加剤は、メタクリル樹脂を製造する際の重合反応液に添加してもよいし、製造されたメタクリル樹脂に添加してもよいし、メタクリル樹脂組成物を調製する際に添加してもよい。本発明のメタクリル樹脂組成物に含有される他の添加剤の合計量は、得られる成形品(特にフィルム)の外観不良を抑制する観点から、メタクリル樹脂100質量部に対して、好ましくは7質量部以下、より好ましくは5質量部以下、さらに好ましくは4質量部以下である。
本発明のメタクリル樹脂組成物の調製方法は特に限定されない。例えば、原子番号20以下の金属元素を含む化合物の存在下にメタクリル酸メチルを含む単量体混合物を重合してメタクリル樹脂を生成させ、次いでこれにヒンダードフェノール系酸化防止剤を混ぜ合わせる方法、原子番号20以下の金属元素を含む有機金属化合物およびヒンダードフェノール系酸化防止剤の存在下にメタクリル酸メチルを含む単量体混合物を重合してメタクリル樹脂を生成させる方法、メタクリル樹脂、原子番号20以下の金属元素を含む有機金属化合物およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を溶融混練する方法などを挙げることができる。溶融混練の際に、必要に応じて他の重合体や添加剤を混合してもよいし、メタクリル樹脂を他の重合体および添加剤と混合した後に、原子番号20以下の金属およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を混合してもよいし、原子番号20以下の金属を他の重合体および添加剤と混合した後にメタクリル樹脂およびヒンダードフェノール系酸化防止剤を混合してもよいし、ヒンダードフェノール系酸化防止剤を他の重合体および添加剤と混合した後にメタクリル樹脂および原子番号20以下の金属と混合してもよいし、その他の方法でもよい。混練は、例えば、ニーダールーダー、単軸または二軸押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサーなどの公知の混合装置または混練装置を使用して行なうことができる。これらのうち、二軸押出機が好ましい。混合・混練時の温度は、使用するメタクリル樹脂の溶融温度などに応じて適宜調節することができるが、好ましくは110℃〜300℃である。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、窒素ガス雰囲気にて290℃に15分間さらしたときの熱重量保持率が98質量%以上、好ましくは98.5質量%以上、より好ましくは98.7質量%以上である。
熱重量保持率が98質量%未満であると、成形時に発泡が生じたり、成形品中の残存モノマーが増えたりすることで、耐熱性が悪化する可能性がある。
メタクリル樹脂組成物の熱重量保持率は次のようにして決定される値である。
熱重量測定装置(島津製作所製、TGA)を窒素ガス雰囲気下に置き、測定対象の樹脂組成物をセットし、乾燥窒素を流速50ml/分にて流し、50℃から290℃までを20℃/分で昇温させ、次いで窒素雰囲気下にて290℃にて20分間保持する条件にて測定対象の質量変化を記録する。50℃における質量(Y1c)に対する290℃にて保持し15分間経過した時の質量(Y2c)の割合を熱重量保持率とした。
熱重量保持率(質量%)=(Y2c/Y1c)×100(質量%)
熱重量保持率が高いほど耐熱分解性が高いことを示す。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、厚さ3.2mmにおけるヘイズが、好ましくは3.0%以下、より好ましくは2.0%以下、さらに好ましくは1.5%以下である。
本発明のメタクリル樹脂組成物は、保存、運搬、または成形時の利便性を高めるために、ペレット、顆粒、粉末などの形態にして、成形材料などにすることができる。
本発明のメタクリル樹脂組成物は公知の成形方法によって成形品にすることができる。成形方法としては、例えば、Tダイ法(ラミネート法、共押出法など)、インフレーション法(共押出法など)、圧縮成形法、ブロー成形法、カレンダー成形法、真空成形法、射出成形法(インサート法、二色法、プレス法、コアバック法、サンドイッチ法など)などの溶融成形法ならびに溶液キャスト法などを挙げることができる。
メタクリル樹脂組成物を成形するために金型やロールを用いることができる。例えば、シート成形用ロール、フィルム成形用ロール、圧縮成形用金型、ブロー成形用金型、カレンダーロール、真空成形用金型、射出成形用金型、キャスト重合用鋳型などを挙げることができる。金型やロールは必ずしも金属製である必要はなく、例えば、ゴム製、樹脂製、強化ガラス製などであってもよい。本発明のメタクリル樹脂組成物は、金型汚れを生じにくいため、長時間の連続生産や成形工程を多数繰返す生産に好適に使用できる。
本発明の成形品の用途としては、例えば、広告塔、スタンド看板、袖看板、欄間看板、屋上看板などの看板部品;ショーケース、仕切板、店舗ディスプレイなどのディスプレイ部品;蛍光灯カバー、ムード照明カバー、ランプシェード、光天井、光壁、シャンデリアなどの照明部品;ペンダント、ミラーなどのインテリア部品;ドア、ドーム、安全窓ガラス、間仕切り、階段腰板、バルコニー腰板、レジャー用建築物の屋根などの建築用部品;航空機風防、パイロット用バイザー、オートバイ、モーターボート風防、バス用遮光板、自動車用サイドバイザー、リアバイザー、ヘッドウィング、ヘッドライトカバーなどの輸送機関係部品;音響映像用銘板、ステレオカバー、テレビ保護マスク、自動販売機用ディスプレイカバーなどの電子機器部品;保育器、レントゲン部品などの医療機器部品;機械カバー、計器カバー、実験装置、定規、文字盤、観察窓などの機器関係部品;ディスプレイ装置のフロントライト用導光板およびフィルム、バックライト用導光板及びフィルム、液晶保護板、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、各種ディスプレイの前面板、拡散板、反射材などの光学関係部品;道路標識、案内板、カーブミラー、防音壁などの交通関係部品;自動車内装用表面材、携帯電話の表面材、マーキングフィルムなどのフィルム部材;洗濯機の天蓋材やコントロールパネル、炊飯ジャーの天面パネルなどの家電製品用部材;その他、温室、大型水槽、箱水槽、時計パネル、バスタブ、サニタリー、デスクマット、遊技部品、玩具、熔接時の顔面保護用マスクなどが挙げられる。
本発明の成形品は、耐熱性、耐熱分解性に優れ、また酸化防止剤のブリードアウトが抑制される点から、例えば、各種カバー、各種端子板、プリント配線板、スピーカー; 顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などに代表される光学機器; 映像・光記録・光通信・情報機器関連部品としてカメラ、VTR、プロジェクションTV等のファインダー、フィルター、プリズム、フレネルレンズ、各種光ディスク(VD、CD、DVD、MD、LD等)基板の保護フィルム、光スイッチ、光コネクター、液晶ディスプレイ、液晶ディスプレイ用導光フィルム・シート、フラットパネルディスプレイ、フラットパネルディスプレイ用導光フィルム・シート、プラズマディスプレイ、プラズマディスプレイ用導光フィルム・シート、電子ペーパー用導光フィルム・シート、位相差フィルム・シート、偏光フィルム・シート、偏光板保護フィルム・シート、偏光子保護フィルム・シート、波長板、光拡散フィルム・シート、プリズムフィルム・シート、反射フィルム・シート、反射防止フィルム・シート、視野角拡大フィルム・シート、防眩フィルム・シート、輝度向上フィルム・シート、液晶やエレクトロルミネッセンス用途の表示素子基板、タッチパネル、タッチパネル用導光フィルム・シート、各種前面板と各種モジュール間のスペーサーなど、各種の光学用途へ特に好適に適用可能である。
具体的には、例えば、携帯電話、デジタル情報端末、ポケットベル、ナビゲーション、車載用液晶ディスプレイ、液晶モニター、調光パネル、OA機器用ディスプレイ、AV機器用ディスプレイ等の各種液晶表示素子、エレクトロルミネッセンス表示素子またはタッチパネルなどに用いることができる。また、耐候性に優れている点から、例えば、建築用内・外装用部材、カーテンウォール、屋根用部材、屋根材、窓用部材、雨どい、エクステリア類、壁材、床材、造作材、道路建設用部材、再帰反射フィルム・シート、農業用フィルム・シート、照明カバー、看板、透光性遮音壁など、公知の建材用途へも特に好適に適用可能である。
成形品の一形態である本発明のフィルムは、その製法によって特に限定されない。本発明のフィルムは、例えば、前記メタクリル樹脂組成物を、溶液キャスト法、溶融流延法、押出成形法、インフレーション成形法、ブロー成形法などの公知の方法にてフィルムに成形することによって得ることができる。これらのうち、押出成形法が好ましい。押出成形法によれば、改善された靭性を持ち、取扱い性に優れ、靭性と表面硬度および剛性とのバランスに優れたフィルムを得ることができる。押出機から吐出されるメタクリル樹脂組成物の温度は好ましくは160〜270℃、より好ましくは220〜260℃に設定する。
押出成形法のうち、良好な表面平滑性、良好な鏡面光沢、低ヘイズのフィルムが得られるという観点から、前記メタクリル樹脂組成物を溶融状態でTダイから押出し、次いでそれを二つ以上の鏡面ロールまたは鏡面ベルトで挟持してフィルムに形成することを含む方法が好ましい。鏡面ロールまたは鏡面ベルトは、金属製であることが好ましい。一対の鏡面ロールまたは鏡面ベルトの間の線圧は、好ましくは2N/mm以上、より好ましくは10N/mm以上、さらにより好ましくは30N/mm以上である。
また、鏡面ロールまたは鏡面ベルトの表面温度は共に130℃以下であることが好ましい。また、一対の鏡面ロール若しくは鏡面ベルトは、少なくとも一方の表面温度が60℃以上であることが好ましい。このような表面温度に設定すると、押出機から吐出される前記メタクリル樹脂組成物を自然放冷よりも速い速度で冷却することができ、表面平滑性に優れ且つヘイズの低いフィルムを製造し易い。
本発明のフィルムは延伸処理を施したものであってもよい。延伸処理によって、機械的強度が高まり、ひび割れし難いフィルムを得ることができる。延伸方法は特に限定されず、一軸延伸法、同時二軸延伸法、逐次二軸延伸法、チュブラー延伸法などを挙げることができ、一軸延伸または二軸延伸が好ましい。延伸時の温度は、均一に延伸でき、高い強度のフィルムが得られるという観点から、100〜200℃が好ましく、120℃〜160℃がより好ましい。延伸は、通常長さ基準で100〜5000%/分で行われる。延伸は、面積比で1.5〜8倍になるように行うことが好ましい。延伸の後、熱固定を行うことによって、熱収縮の少ないフィルムを得ることができる。
本発明のフィルムの厚さは、特に制限されないが、光学フィルムとして用いる場合、その厚さは、好ましくは1〜300μm、より好ましくは10〜50μm、さらに好ましくは15〜40μmである。
本発明のフィルムは、厚さ40μmにおけるヘイズが、好ましくは0.2%以下、より好ましくは0.1%以下である。さらに本発明のフィルムは、表面光沢や透明性に優れる。また、本発明のフィルムを、液晶保護フィルムや導光フィルムなどの光学部材に用いた場合においては、光源の利用効率が高まり好ましい。さらに、本発明のフィルムは、エンボス加工などのような表面賦形の精度に優れる。
本発明のフィルムは、透明性が高く、耐熱分解性が高く、高温での成形時においても、金型汚れ、ブリードアウトなどの発生が抑制され、紫外線吸収剤の蒸散による問題の発生を低減でき、また薄く形成できるため、偏光子保護フィルム、位相差フィルム、液晶保護板、携帯型情報端末の表面材、携帯型情報端末の表示窓保護フィルム、導光フィルム、銀ナノワイヤーやカーボンナノチューブを表面に塗布した透明導電フィルム、各種ディスプレイの前面板用途などに好適である。特に本発明のメタクリル樹脂組成物は、複屈折の小さい成形品(フィルム)を製造しやすい。低い位相差の本発明のフィルムは偏光子保護フィルムに好適である。
本発明のフィルムは、透明性、耐熱分解性が高いので、光学用途以外の用途として、IRカットフィルムや、防犯フィルム、飛散防止フィルム、加飾フィルム、金属加飾フィルム、太陽電池のバックシート、フレキシブル太陽電池用フロントシート、シュリンクフィルム、インモールドラベル用フィルム、ガスバリアフィルム用基材フィルムに使用することができる。
本発明のフィルムやシートの少なくとも片面に機能層を設けることができる。機能層としては、ハードコート層、アンチグレア層、反射防止層、スティッキング防止層、光拡散層、防眩層、静電気防止層、防汚層、易滑性層、ガスバリア層などが挙げられる。
実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明する。本発明は下記実施例に限定されない。なお、物性等の測定は以下の方法によって実施した。
(重合転化率)
島津製作所社製ガスクロマトグラフ GC−14Aに、カラムとしてGL Sciences Inc.製 Inert CAP 1(df=0.4μm、0.25mmI.D.×60m)を繋ぎ、インジェクション温度を180℃に、検出器温度を180℃に、カラム温度を60℃(5分間保持)から昇温速度10℃/分で200℃まで昇温して、10分間保持する条件に設定して、測定を行い、この結果に基づいて重合転化率を算出した。
〔メタクリル樹脂の評価〕
(重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn))
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)にて下記の条件でクロマトグラムを測定し、標準ポリスチレンの分子量に換算した値を算出した。ベースラインはピークの高分子量側の傾きが保持時間の早い方から見てゼロからプラスに変化する点と、ピークの低分子量側の傾きが保持時間の早い方から見てマイナスからゼロに変化する点を結んだ線とした。
GPC装置:東ソー株式会社製、HLC−8320
検出器:示差屈折率検出器
カラム:東ソー株式会社製のTSKgel SuperMultipore HZM−Mの2本とSuperHZ4000を直列に繋いだものを用いた。
溶離剤: テトラヒドロフラン
溶離剤流量: 0.35ml/分
カラム温度: 40℃
検量線:標準ポリスチレン10点のデータを用いて作成
(三連子表示のシンジオタクティシティ(rr))
メタクリル樹脂の1H−NMRスペクトルを、核磁気共鳴装置(Bruker社製 U
LTRA SHIELD 400 PLUS)を用いて、溶媒として重水素化クロロホルムを用い、室温、積算回数64回の条件にて、測定した。そのスペクトルからTMSを0ppmとした際の0.6〜0.95ppmの領域の面積(X)と、0.6〜1.35ppmの領域の面積(Y)とを計測し、次いで、三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)を式:(X/Y)×100にて算出した。
(ガラス転移温度Tg)
メタクリル樹脂を、JIS K7121に準拠して、示差走査熱量測定装置(島津製作所製、DSC−50(品番))を用いて、230℃まで1回目の昇温をし、次いで室温まで冷却し、その後、室温から230℃までを10℃/分で2回目の昇温をさせる条件にてDSC曲線を測定した。2回目の昇温時に測定されるDSC曲線から求められる中間点ガラス転移温度をガラス転移温度Tgとした。
(末端二重結合量)
メタクリル樹脂を濃度15〜20質量%となるように重水素化クロロホルムに溶解させて溶液を得た。前記メタクリル樹脂の質量に対して10質量%のトリス(6,6,7,7,8,8,8−ヘプタフルオロ−2,2−ジメチル−3,5−オクタンジナート)ユウロピウムを前記溶液に添加した。その溶液をNMR(日本電子製JNM−GX270)を用いて12時間に亘って積算測定した。得られた1H−NMRスペクトルから、末端二重結合部に由来するシグナル(共鳴周波数5.5ppm及び6.2ppm)の積分強度の合計Xcとメチルメタクリレート主鎖のメトキシ基に由来するシグナル(共鳴周波数3.6ppm)の積分強度Ypとを計測し、次式にてメタクリル樹脂の末端二重結合量Dp[モル%]を算出した。
p=〔(3×Xp)/(2×Yp)〕×100により算出した。
(結合硫黄原子量)
メタクリル樹脂をクロロホルムに溶解させて溶液を得、この溶液をn−ヘキサンに添加して沈殿物を得た。得られた沈殿物を80℃で12時間以上真空下で乾燥させた。得られた乾燥品を適量精秤して、硫黄燃焼装置にセットし温度400℃の反応炉で分解させ、生成したガスを900℃の炉に通し、次いで0.3%過酸化水素水で吸収した。得られた液を純水で適宜希釈し、イオンクロマトグラフィ(DIONEX製ICS−1500,カラム:AS12A)により硫酸イオンを定量した。乾燥品の質量あたりの硫黄原子の質量Wp(質量%)を算出した。次いで、次式にて、結合硫黄原子の量Sp(モル%)を算出した。
p=(Wp/32)×100
〔メタクリル樹脂組成物の評価〕
(金属元素含有量)
メタクリル樹脂組成物0.15gに硝酸10mlを加えて、マイクロ波照射装置ETHOS−1600を用いて、220℃で25分間マイクロウェーブを照射した。放冷後、得られた液にイオン交換水を加えて20mlの溶液を得た。得られた溶液をICP発光分光分析装置(SII製 Vista Pro)を用いて、金属元素の定量分析を行った。メタクリル樹脂100質量部に対する、金属元素含有量(質量部)を算出した。
(熱重量保持率)
メタクリル樹脂組成物について、熱重量測定装置(島津製作所製、TGA−50(品番))を用いて、窒素雰囲気下、窒素の流速50ml/分にて、50℃から290℃まで20℃/分で昇温させた後、窒素雰囲気下で290℃にて20分間保持する条件にて質量変化を記録した。50℃における質量(X1c)を基準(熱重量保持率100質量%)にして、290℃にて15分間保持した時の質量(X2c)をもとに、下記式で耐熱分解性を評価した。
熱重量保持率(質量%)=(X2c/X1c)×100(質量%)
(全光線透過率)
メタクリル樹脂組成物を熱プレスにて成形し3.2mm厚の成形品を得た。この成形品の全光線透過率をJIS K7361−1に準じて、ヘイズメータ(村上色彩研究所製、HM−150)を用いて測定した。
(ヘイズ)
メタクリル樹脂組成物を熱プレスにて成形し3.2mm厚の成形品を得た。この成形品のヘイズをJIS K7136−1に準じて、ヘイズメータ(村上色彩研究所製、HM−150)を用いて測定した。
(ガラス転移温度Tg)
メタクリル樹脂組成物を、JIS K7121に準拠して、示差走査熱量測定装置(島津製作所製、DSC−50(品番))を用いて、230℃まで1回目の昇温をし、次いで室温まで冷却し、その後、室温から230℃までを10℃/分で2回目の昇温をさせる条件にてDSC曲線を測定した。2回目の昇温時に測定されるDSC曲線から求められる中間点ガラス転移温度をガラス転移温度とした。
〔フィルムの評価〕
(ロール汚れ)
メタクリル樹脂組成物をOptical Control System社製の製膜機(型式FS−5)にて、シリンダおよびTダイの温度290℃、リップ間隙0.5mm、吐出量2.7kg/hr、ロール温度85℃、フィルム引取り速度2.2m/分で押出し、フィルム厚さ100μmに調整し、製膜時のロール汚れを観察した。ロール汚れはフィルムが通過する金属ロール表面を目視で観察し、製膜開始からロール全面に白もやが発生するまでの時間で評価した。
A:30分以上白もやが発生しなかった。
B:30分未満で白もやが発生した。
(製造例1)(メタクリル樹脂〔A-a〕の製造)
撹拌翼と三方コックが取り付けられた5Lのガラス製反応容器内を窒素で置換した。これに、室温下にて、トルエン1600g、1,2−ジメトキシエタン80g、濃度0.45Mのイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムのトルエン溶液73.3g(42.3mmol)、および濃度1.3Mのsec−ブチルリチウムの溶液(溶媒:シクロヘキサン95%、n−ヘキサン5%)8.44g(14.1mmol)を仕込んだ。撹拌しながら、これに、15℃〜20℃にて、精製されたメタクリル酸メチル550gを30分間かけて滴下した。滴下終了後、15℃で90分間撹拌した。溶液の色が黄色から無色に変わった。この時点におけるメタクリル酸メチルの重合転化率は100%であった。
次に、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が4×10-4〜1×10-3質量部の範囲、Li元素の量が3×10-5〜5×10-4質量部の範囲になるように、次のような精製を行った。
先ず、得られた溶液にトルエンを加えて希釈した。次いで、希釈液を多量のメタノールに注ぎ入れ、析出させた。析出物を液から濾過によって取出し、次いで数回洗浄した。洗浄した析出物を80℃、140Paにて24時間乾燥させて、Mwが68000で、Mw/Mnが1.06で、シンジオタクティシティ(rr)が73%で、ガラス転移温度が130℃で、且つメタクリル酸メチルに由来する構造単位の含有量が100質量%であるメタクリル樹脂〔A-a〕を得た。メタクリル樹脂〔A-a〕は、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が5×10-4質量部(5ppm)、Li元素の量が0.5×10-4質量部(0.5ppm)であった。
(製造例2)(メタクリル樹脂〔A-b〕の製造)
攪拌機および採取管が取り付けられたオートクレーブ内を窒素で置換した。これに、精製されたメタクリル酸メチル100質量部、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル(水素引抜能:1%、1時間半減期温度:83℃)0.0074質量部、およびn−オクチルメルカプタン0.28質量部を入れ、撹拌して、原料液を得た。かかる原料液中に窒素を送り込み、原料液中の溶存酸素を除去した。
オートクレーブから原料液を槽型反応器に供給し、容量の2/3まで原料液を入れた。温度を140℃に維持してバッチ方式で重合反応を開始させた。転化率が55質量%になったところで、原料液をオートクレーブから槽型反応器に連続的に供給し、同時に原料液の供給流量に相当する流量で槽型反応器から液を連続的に抜き出して、平均滞留時間150分間、温度140℃にて、連続流通方式の重合反応を行った。定常状態における連続流通方式の重合反応の転化率は52質量%であった。
槽型反応器から抜き出される液を、内温230℃の多管式熱交換器に平均滞留時間2分間で供給して加温した。加温された液をフラッシュ蒸発器に導入し、未反応単量体を主成分とする揮発分を除去して、溶融樹脂を得た。溶融樹脂を内温260℃のベント付き脱揮二軸押出機に供給してストランド状に吐出し、ペレタイザーでカットして、Mwが82000で、Mw/Mnが1.92で、シンジオタクティシティ(rr)が51%で、ガラス転移温度が120℃で、且つメタクリル酸メチルに由来する構造単位の含有量が100質量%であるメタクリル樹脂〔A-b〕を得た。メタクリル樹脂〔A-b〕は、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が0質量部、Li元素の量が0質量部であった。
(製造例3)(メタクリル樹脂〔A-c〕の製造)
メタクリル樹脂〔A-a〕20質量部およびメタクリル樹脂〔A-b〕80質量部を混ぜ合わせ、二軸押出機((株)テクノベル製、商品名:KZW20TW-45MG-NH-600)で260℃にて混練押出してメタクリル樹脂〔A-c〕を製造した。メタクリル樹脂〔A-c〕は、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が1×10-4質量部(1ppm)、Li元素の量が0.1×10-4質量部(0.1ppm)であった。
(製造例4)(メタクリル樹脂〔A-d〕の製造)
攪拌機および採取管が取り付けられたオートクレーブ内を窒素で置換した。これに、精製されたメタクリル酸メチル97.4質量部、アクリル酸メチル2.6質量部、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル(水素引抜能:1%、1時間半減期温度:83℃)0.0074質量部、およびn−オクチルメルカプタン0.28質量部を入れ、撹拌して、原料液を得た。かかる原料液中に窒素を送り込み、原料液中の溶存酸素を除去した。
オートクレーブから原料液を層型反応器に供給して、容量の2/3まで原料液を入れた。温度を180℃に維持してバッチ方式で重合反応を開始させた。重合転化率が55質量%になったところで、原料液をオートクレーブから槽型反応器に供給し、且つ原料液の供給流量に相当する流量で槽型反応器から液を抜き出して、平均滞留時間150分間、温度180℃にて、連続流通方式の重合反応を行った。定常状態における連続流通方式の重合反応の重合転化率は55質量%であった。
槽型反応器から抜き出される液を、内温230℃の多管式熱交換器に平均滞留時間2分間量で供給して加温した。加温された液をフラッシュ蒸発器に導入し、未反応単量体を主成分とする揮発分を除去して、溶融樹脂を得た。溶融樹脂を内温260℃のベント付き脱揮二軸押出機に供給してストランド状に吐出し、ペレタイザーでカットして、Mwが87000で、分子量分布が1.78で、シンジオタクティシティ(rr)が48%で、ガラス転移温度が117℃で、且つメタクリル酸メチルに由来する構造単位の含有量が98.5質量%であるメタクリル樹脂〔A-d〕を得た。メタクリル樹脂〔A-d〕は、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が0質量部、Li元素の量が0質量部であった。
(製造例5)(メタクリル樹脂〔A-e〕の製造)
撹拌翼と三方コックが取り付けられたガラス製反応容器内を窒素で置換した。これに、室温下にて、トルエン1600g、1,2−ジメトキシエタン80g、濃度0.45Mのイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムのトルエン溶液73.3g(42.3mmol)、および濃度1.3Mのsec−ブチルリチウムの溶液(溶媒:シクロヘキサン95%、n−ヘキサン5%)8.44g(14.1mmol)を入れた。これに、撹拌しながら、15℃〜20℃にて、精製されたメタクリル酸メチル550gを30分間かけて滴下した。滴下終了後、15℃で90分間撹拌した。溶液の色が黄色から無色に変わった。この時点におけるメタクリル酸メチルの重合転化率は100%であった。
得られた溶液を130℃、140Paにて24時間乾燥させた後、内温260℃のベント付き脱揮二軸押出機に供給してストランド状に吐出し、ペレタイザーでカットして、Mwが68000で、Mw/Mnが1.06で、シンジオタクティシティ(rr)が73%で、ガラス転移温度が130℃で、且つメタクリル酸メチルに由来する構造単位の含有量が100質量%であるメタクリル樹脂〔A-e〕を得た。メタクリル樹脂〔A-e〕は、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が1000×10-4質量部、Li元素の量が320×10-4質量部であった。
(製造例6)(メタクリル樹脂〔A-f〕の製造)
メタクリル樹脂〔A-a〕40質量部およびメタクリル樹脂〔A-b〕60質量部を混ぜ合わせ、二軸押出機((株)テクノベル製、商品名:KZW20TW-45MG-NH-600)で260℃にて混練押出してメタクリル樹脂〔A-f〕を製造した。メタクリル樹脂〔A-f〕は、メタクリル樹脂100質量部に対して、Al元素の量が2×10-4質量部(2ppm)、Li元素の量が0.2×10-4質量部(0.2ppm)であった。
メタクリル樹脂〔A-a〕〜〔A-f〕の物性を表1に示す。
Figure 2018155467
ヒンダードフェノール系酸化防止剤〔C-a〕および〔C-b〕を用意した。
C-a:2,6-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-メチルフェノール(和光純薬社製;BHT)
C-b:ペンタエリスリチル−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〕(BASF社製;商品名IRGANOX1010)
<実施例1>
メタクリル樹脂〔A-a〕100質量部とヒンダードフェノール系酸化防止剤〔C-a〕0.15質量部とを混ぜ合わせ、二軸押出機((株)テクノベル製、商品名:KZW20TW-45MG-NH-600)で260℃にて混練押出してメタクリル樹脂組成物〔1〕を製造した。
メタクリル樹脂組成物〔1〕を熱プレス成形して50mm×50mm×3.2mmの板状成形品を得た。この成形品について、全光線透過率、ヘイズおよびガラス転移温度を測定した。メタクリル樹脂組成物〔1〕の物性を表2に示す。
メタクリル樹脂組成物〔1〕を、80℃で12時間乾燥させた。20mmφ単軸押出機(OCS社製)を用いて、樹脂温度260℃にて、メタクリル樹脂組成物〔1〕を150mm幅のTダイから押し出し、それを表面温度85℃のロールにて引き取り、幅110mm、厚さ160μmの未延伸フィルムを得た。評価結果を表2に示す。
前記の手法にて得られた厚さ160μmの未延伸フィルムから、二辺が押出方向と平行となるように100mm×100mmの小片に切り出した。該小片をパンタグラフ式二軸延伸試験機(東洋精機(株)製)にセットし、ガラス転移温度+10℃の温度で、押出方向に平行な方向に150%/分にて2倍に延伸させ、引き続けて押出方向に直角な方向に150%/分にて2倍に延伸させ、次いで10秒間保持した。その後、室温下に取り出して急冷して、厚さ40μmの二軸延伸フィルムを得た。
<実施例2〜6、比較例1〜6>
表2および3に示す配合とする以外は実施例1と同じ方法でメタクリル樹脂組成物〔2〕〜〔12〕を製造し、実施例1と同じ方法で評価した。評価結果を表2および3に示す。
Figure 2018155467
Figure 2018155467

Claims (10)

  1. 末端二重結合の量が0.012モル%未満であるメタクリル樹脂100質量部、原子番号20以下の金属元素5×10-6〜9×10-3質量部、およびヒンダードフェノール系酸化防止剤0.025〜0.50質量部を含有し、且つ
    窒素ガス雰囲気にて290℃に15分間さらしたときの熱重量保持率が98質量%以上である、メタクリル樹脂組成物。
  2. 前記メタクリル樹脂は、結合硫黄原子の量が0.25モル%未満である、請求項1に記載のメタクリル樹脂組成物。
  3. 前記メタクリル樹脂は、三連子表示のシンジオタクティシティ(rr)が50%以上である、請求項1または2に記載のメタクリル樹脂組成物。
  4. 前記メタクリル樹脂は、重量平均分子量が5万〜20万である、請求項1〜3のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物。
  5. 前記メタクリル樹脂は、メタクリル酸メチル由来の構造単位の含有量が99質量%以上である、請求項1〜4のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物からなるペレット状の成形材料。
  7. 請求項1〜5のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物からなる成形品。
  8. 請求項1〜5のいずれかひとつに記載のメタクリル樹脂組成物からなるフィルム。
  9. 厚さが10〜50μmである、請求項8に記載のフィルム。
  10. 面積比で1.5〜8倍に一軸延伸または二軸延伸された請求項8または9に記載のフィルム。
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