JP6199015B2 - シリカ粒子含有アクリル系樹脂の製造方法、およびシリカ粒子含有アクリル系樹脂 - Google Patents
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Description
<1> (A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤を含有する水性媒体中で、(C)(メタ)アクリル酸エステルを重合するシリカ粒子含有アクリル系樹脂の製造方法であって、
(A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤の合計100重量%あたりの、(A)アクリル系樹脂の割合(a)と、(B)シリカ粒子の割合(b)とが、下記(1)を満足し、かつ、(A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤を含有する水性媒体の、JIS Z8803に準拠して測定される30℃における粘度(η)が、下記(2)を満足することを特徴とするシリカ粒子含有アクリル系樹脂の製造方法。
(1){(b−5)/70}<a<{(580−b×9)/40}
(2)η≧(0.046×b+0.08)
<2> (B)シリカ粒子が、ラジカル重合可能な不飽和二重結合を有していない有機ケイ素化合物により表面改質されたものである<1>に記載の製造方法。
<3> (A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤の合計100重量%あたりの(B)シリカ粒子の割合が5〜60重量%である<1>または<2>に記載の製造方法。
<4> (B)シリカ粒子の一次粒子径が1〜50nmである<1>〜<3>のいずれかに記載の製造方法。
<5> (A)アクリル系樹脂が、ラジカル重合可能な不飽和二重結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルを1種類又は2種類以上重合して得られるものである<1>〜<4>のいずれかに記載の製造方法。
<6> (A)アクリル系樹脂が、(メタ)アクリル酸メチルの単独重合体、又は50〜99.9重量%のメタクリル酸メチルと0.1〜50重量%のメタクリル酸メチル以外のラジカル重合可能な不飽和二重結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステル1種類以上との共重合体である<1>〜<5>のいずれかに記載の製造方法。
<7> メタクリル酸メチル以外のラジカル重合可能な不飽和二重結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルが、アクリル酸メチルであるである<6>に記載の製造方法。
<8> 水性媒体が、水である<1>〜<7>のいずれかに記載の製造方法。
<9> 水性媒体が、懸濁安定剤を含有するものである<1>〜<8>のいずれかに記載の製造方法。
<10> 懸濁安定剤が、水溶性ポリマー又はその塩である<9>に記載の製造方法。
<11> 水溶性ポリマーがポリ(メタ)アクリル酸の金属塩である<10>に記載の製造方法。
<12> <1>〜<11>のいずれかに記載の製造方法により得られるシリカ粒子含有アクリル系樹脂。
<13> <12>に記載のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を成形して得られる成形体。
本発明に用いられる(A)アクリル系樹脂は、特に限定されず、例えば、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリロニトリルなどの(メタ)アクリル系モノマーの単独重合体または2種以上の共重合体や、アクリル系モノマーとその他のモノマーとの共重合体などが挙げられる。なお、本明細書において、用語「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を意味する。
なお、メタクリル酸エステル以外の単量体は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明に用いられる(B)シリカ粒子は、シリカ粒子含有アクリル系樹脂を成形して得られる成形体の透明性の点から、一次粒子径が好ましくは1〜50nmであり、より好ましくは、5〜40nmであり、さらに好ましくは10〜30nmである。
(C)(メタ)アクリル酸エステルとしては、上記の(A)アクリル系樹脂の単量体として例示した、メタクリル酸エステルおよびアクリル酸エステルと同様のものが挙げられる。(C)(メタ)アクリル酸エステルは、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
連鎖移動剤としては、一般的なラジカル重合において用いる任意のものが使用され、例えばブチルメルカプタン、n-オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸2−エチルヘキシル等のメルカプタン化合物が挙げられる。連鎖移動剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンテン)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロパン)、2−シアノ−2−プロピラゾホルムアミド、2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシ−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(2−メチル−ブチロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−バレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4メトキシバレロニトリル)、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)のようなアゾ化合物;ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドのようなジアシルパーオキサイド系またはジアルキルパーオキサイド系開始剤;t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシアセテート、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシアゼレート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルへキサノエート、t−アミルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレートのようなパーオキシエステル系開始剤;t−ブチルパーオキシアリルカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートのようなパーカーボネイト系開始剤;1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパ−オキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパ−オキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンのようなパーオキシケタール系開始剤;等が挙げられる。ラジカル開始剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
水性媒体には、懸濁安定剤を含有させても良い。懸濁安定剤としては、例えば、ポリアルキルアクリレート−アクリル酸、ポリメタクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸ポリオレフィン−マレイン酸、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールおよびセルロース等の有機懸濁安定剤、並びにリン酸三カルシウム等の無機懸濁安定剤が挙げられる。中でも、ポリメタクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコールが好ましい。懸濁安定剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
水性媒体としては、水、水と水溶性溶媒との混合媒体等が挙げられる。中でも、水が好ましい。混合媒体における水溶性媒体の含有割合は好ましくは40〜90重量%であり、より好ましくは50〜80重量%である。
シリカ粒子含有アクリル系樹脂は、(A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤を含有する水性媒体中で、(C)(メタ)アクリル酸エステルを重合することで製造される。
(1){(b−5)/70}<a<{(580−b×9)/40}
(2)η>(0.046×b+0.08)
式(2)のηは、JIS Z8803に準拠して測定される30℃における粘度である。
シリカ粒子含有アクリル系樹脂は、アクリル系樹脂およびシリカ粒子を含有する。アクリル系樹脂とシリカ粒子の合計量に対して、アクリル系樹脂が好ましくは40〜95重量%、より好ましくは50〜93重量%、さらに好ましくは60〜90重量%の割合で含有され、シリカ粒子が好ましくは5〜60重量%、より好ましくは7〜50重量%、さらに好ましくは10〜40重量%の割合で含有される。
シリカ粒子含有アクリル系樹脂は、所望の形状に加工され、透明性および耐熱性の両方に優れる成形体に加工される。このような成形体は、例えば、自動車部品、電気・電子部品、OA機器部品などとして有用である。成形は、上述の製造方法によって溶融混練された樹脂組成物を、その溶融混練機をそのまま使用して成形してもよい。また、得られた樹脂組成物をペレット状などにした後、射出成形機、油圧プレスなどの成形機を用いて、成形機内にて溶融成形してもよい。
(B)シリカ粒子:EAc−ST(日産化学工業株式会社製、一次粒子径が20nmのシリカ粒子が酢酸エチル中に分散しており、該シリカ粒子の濃度が30重量%である酢酸エチル分散コロイダルシリカゾル)を用いた。
シリカ粒子表面への有機ケイ素化合物の導入量について、次の方法により評価した。EAc−STから酢酸エチルを除去してシリカ粒子を得、得られたシリカ粒子について、TG/DTA6300(セイコーインスツル株式会社製)を用いて、窒素雰囲気下(流量200ml/min)で25℃から500℃まで10℃/minで昇温した際の重量減少を測定した。その重量減少量は、昇温する前のシリカ粒子100重量%に対して、1.7重量%であった。この重量減少量から、シリカ粒子表面への有機ケイ素化合物の導入量は1.7重量%であると評価した。
(C)(メタ)アクリル酸エステル:メタクリル酸メチルおよびアクリル酸メチルを用いた。
(D)連鎖移動剤:n−オクチルメルカプタンを用いた。
(E)ラジカル重合開始剤:ラウリルパーオキサイドを用いた。
成分(A)〜成分(E)を含有する水性媒体について、E型粘度計を用いて30℃における粘度(η)を、JIS Z8803に準拠して測定した。この値が高いほど、水性媒体の粘度が高いことを示す。結果を表1に示す。
成分(A)〜成分(E)を含有する水性媒体について、pH試験紙を用いて、目視にてpHを測定した。結果を表1に示す。
懸濁重合して得られたシリカ粒子含有アクリル系樹脂について、以下の基準で実用性を評価した。結果を表1に示す。
○:シリカ粒子含有アクリル系樹脂がビーズ状である場合。
×:シリカ粒子含有アクリル系樹脂がビーズ状でなく、凝集している場合。
まず、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)が1重量%、シリカ粒子の割合(b)が40重量%となるように、メタクリル酸メチルに、スミペックス(登録商標)MH、EAc−STから酢酸エチルを留去して得られたシリカ粒子、アクリル酸メチル、n−オクチルメルカプタンおよびラウリルパーオキサイドを加えて溶液を調製した。このとき、アクリル酸メチルは2重量%となるように、n−オクチルメルカプタンおよびラウリルパーオキサイドは、それぞれメタクリル酸メチルとアクリル酸メチルの合計量に対して0.20重量%および0.15重量%となるように、メタクリル酸メチルに加えた。次いで、調製した溶液100.0重量部を、イオン交換水285重量部に懸濁安定剤としてポリアクリル酸ナトリウム0.5重量部を加えて調製した水性媒体285.5重量部中に、該水性媒体を撹拌しながら添加した。その後、溶液を添加した水性媒体を、撹拌しながら、80℃で3時間加熱して、懸濁重合を行った。懸濁重合後、スラリー状の反応液を脱水機により脱水、洗浄した後、乾燥して、ビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。得られたビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を、二軸混練機(TEX−30、(株)日本製鋼所製)を用いて、温度260℃、回転数200rpmの条件で溶融混練し、ストランド状に押し出された溶融物を冷却した後、ストランドカッターで切断してペレット状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1を、シリカ粒子の割合(b)を20重量%、ポリアクリル酸ナトリウムを0.17重量部に変更した以外は同様の方法を用いてビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。得られたビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂について、実施例1と同様の方法を用いてペレット状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を3重量%に変更した以外は同様の方法を用いてビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。得られたビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂について、実施例1と同様の方法を用いてペレット状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例2を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を1重量%に変更した以外は同様の方法を用いてビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。得られたビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂について、実施例1と同様の方法を用いてペレット状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例2を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を5重量%に変更した以外は同様の方法を用いてビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。得られたビーズ状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂について、実施例1と同様の方法を用いてペレット状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を得た。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1を、ポリアクリル酸ナトリウムの量を0.17重量部に変更した以外は同様の方法を用いて懸濁重合を行った。得られたシリカ粒子含有アクリル系樹脂はビーズ状ではなく、凝集していた。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を0.5重量%に変更した以外は同様の方法を用いて懸濁重合を行った。得られたシリカ粒子含有アクリル系樹脂はビーズ状ではなく、凝集していた。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例2を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を0重量%に変更した以外は同様の方法を用いて懸濁重合を行った。得られたシリカ粒子含有アクリル系樹脂はビーズ状ではなく、凝集していた。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を10重量%に変更した以外は同様の方法を用いて懸濁重合を行った。得られたシリカ粒子含有アクリル系樹脂はビーズ状ではなく、凝集していた。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1を、スミペックス(登録商標)MHの割合(a)を5.5重量%に変更した以外は同様の方法を用いて懸濁重合を行った。得られたシリカ粒子含有アクリル系樹脂はビーズ状ではなく、凝集していた。
スミペックス(登録商標)MHの割合(a)と、シリカ粒子の割合(b)とを、表1に示す。また、(b)の値に基づき、上述の(1)の左辺項および右辺項を算出した結果、ならびに上述の(2)の右辺項を算出した結果を表1に示す。
実施例1、2で得られたペレット状のシリカ粒子含有アクリル系樹脂を、射出成形機(東芝機械株式会社製の「IS130FII」)を用いて、260℃のシリンダー温度にて、60℃設定の金型に射出成形して、50mm×50mm×3.4mmの板状成形体を得た。得られた板状成形体について、以下の評価を行った。
得られた各板状成形体について、HR−100(株式会社村上色彩技術研究所製)を用い、全光線透過率をJIS K7361−1に準拠して測定した。この数値が大きいほど、光線の透過が大きい、すなわち透明性が高いことを示す。結果を表2に示す。
得られた各板状成形体について、上記のHR−100を用い、ヘーズをJIS K7136に準拠して測定した。この数値が小さいほど、透明性が高いことを示す。結果を表2に示す。
得られた各板状成形体について、鉛筆硬度をJIS K5600に準拠して測定した。この値が大きいほど、表面硬度に優れ、表面に傷がつきにくい材料である。結果を表2に示す。
得られた各板状成形体について、20mm×20mm×3.4mmの大きさに切断して試験片を作製した。得られた試験片についてJIS K7206のB50法に準拠して、荷重50Nおよび昇温速度50℃/時の条件でビカット軟化温度を測定した。この温度が高いほど、耐熱性が高い材料である。結果を表2に示す。
得られた各板状成形体について、60mm×20mmの大きさで試験片を作製した。得られた試験片についてJIS K7171に準拠して、曲げ弾性率を測定した。この値が高いほど、剛性が高いことになる。結果を表2に示す。
Claims (11)
- (A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤を含有する水性媒体中で、(C)(メタ)アクリル酸エステルを重合することによりシリカ粒子含有アクリル系樹脂を製造し、得られるシリカ粒子含有アクリル系樹脂を成形する、成形体の製造方法であって、
(A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤の合計100重量%あたりの、(A)アクリル系樹脂の割合(a)と、(B)シリカ粒子の割合(b)とが、下記(1)を満足し、かつ、(A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤を含有する水性媒体の、JIS Z8803に準拠して測定される30℃における粘度(η)が、下記(2)を満足し、
前記成形体は、JIS K7361−1に準拠して測定される全光線透過率が87%以上である
ことを特徴とする前記成形体の製造方法。
(1){(b−5)/70}<a<{(580−b×9)/40}
(2)η>(0.046×b+0.08) - (B)シリカ粒子が、ラジカル重合可能な不飽和二重結合を有していない有機ケイ素化合物により表面改質されたものである請求項1に記載の製造方法。
- (A)アクリル系樹脂、(B)シリカ粒子、(C)(メタ)アクリル酸エステル、(D)連鎖移動剤、(E)ラジカル重合開始剤の合計100重量%あたりの(B)シリカ粒子の割合が5〜60重量%である請求項1または2に記載の製造方法。
- (B)シリカ粒子の一次粒子径が1〜50nmである請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- (A)アクリル系樹脂が、ラジカル重合可能な不飽和二重結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルを1種類又は2種類以上重合して得られるものである請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
- (A)アクリル系樹脂が、(メタ)アクリル酸メチルの単独重合体、又は50〜99.9質量%のメタクリル酸メチルと0.1〜50質量%のメタクリル酸メチル以外のラジカル重合可能な不飽和二重結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステル1種類以上との共重合体である請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- メタクリル酸メチル以外のラジカル重合可能な不飽和二重結合を1つ有する(メタ)アクリル酸エステルが、アクリル酸メチルである請求項6に記載の製造方法。
- 水性媒体が、水である請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。
- 水性媒体が、懸濁安定剤を含有するものである請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法。
- 懸濁安定剤が、水溶性ポリマー又はその塩である請求項9に記載の製造方法。
- 水溶性ポリマーがポリ(メタ)アクリル酸の金属塩である請求項10に記載の製造方法。
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