以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明のメタクリル樹脂成形体の製造方法は、不飽和単量体(I)70〜99質量%および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)と(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)とからなる(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)1〜30質量%(ただし、前記不飽和単量体(I)と(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)は合計で100質量%を占める)からなる重合性成分、ならびに重合開始剤(III)とを含有するシラップを、型に注入して重合する工程を含む。
なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは「メタクリル」と「アクリル」との総称を意味し、後述する「(メタ)アクリロイル」とは「メタクリロイル」と「アクリロイル」との総称を意味し、「(メタ)アクリレート」とは「メタクリレート」と「アクリレート」との総称を意味する。
上記シラップに含有される重合性成分中の不飽和単量体(I)の含有量は70〜99質量%であり、80〜95質量%が好ましい。
不飽和単量体(I)はMMAを含む。不飽和単量体(I)中のMMAの含有量は70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、100質量%であってもよい。
不飽和単量体(I)は、MMA以外の不飽和単量体(他の不飽和単量体)を含有してもよい。他の不飽和単量体としては、MMAと共重合し得るものが好ましい。かかる他の不飽和単量体としては、(メタ)アクリル酸エチル、アクリル酸メチル等のMMA以外の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;(メタ)アクリル酸フェニル等の(メタ)アクリル酸アリールエステル;(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エステル;(メタ)アクリル酸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エステル;グリシジル(メタ)アクリレート;(メタ)アクリル酸;アクリロニトリル;アクリルアミド;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル;エチレン等のアルケン;ブタジエン、イソプレン等の共役ジエン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン等のハロゲン化アルケン;無水マレイン酸;マレイン酸;フマル酸等が挙げられる。これら他の不飽和単量体は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
上記シラップに含有される重合性成分中の(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の含有量は1〜30質量%であり、5〜20重量%が好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)が有する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)は、部分構造(1)を含む重合性官能基を有する。
部分構造(1)は、下記一般式(1)で示される。
(式中、R
1は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表す)
上記一般式(1)中、R1が表す炭素数1〜20の炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、n−デシル等のアルキル基;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のシクロアルキル基;フェニル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基などのアラルキル基が挙げられる。中でも(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の重合速度を高める観点から、メチル基およびエチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の重合速度を高める観点から、部分構造(1)を含む重合性官能基は、重合性官能基(2)であることが好ましい。
重合性官能基(2)は、下記一般式(2)で示される。
(式中、R
1は水素原子または炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R
2およびR
3はそれぞれ独立して炭素数1〜6の炭化水素基を表し、XはO、S、またはN(R
6)(R
6は水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基を表す)を表し、nは1〜20の整数を表す)
一般式(2)中、R1が表す炭素数1〜20の炭化水素基の具体例および好適例としては、上記一般式(1)のR1と同様の炭化水素基が挙げられる。
上記一般式(2)中、R2およびR3はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基を表し、後述するジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体を用いて、容易に直接導入できる観点から、炭素数1〜6の炭化水素基が好ましい。かかる炭素数1〜6の炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基等のアルキル基;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のシクロアルキル基;フェニル基等のアリール基が挙げられる。中でも、(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の重合速度を高める観点から、R2およびR3はメチル基およびエチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
上記一般式(2)中、XはO、SまたはN(R6)(R6は水素原子または炭素数1〜6の炭化水素基を表す)を表し、重合制御のしやすさからOであるのが好ましい。XがN(R6)である場合、R6が表す炭素数1〜6の炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、2−エチルブチル基、3−エチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基等のアルキル基;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のシクロアルキル基、フェニル基などが挙げられる。
上記一般式(2)中、nが表す1〜20の整数は、シラップの流動性および(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の重合速度を高める観点から2〜5であることが好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する全単量体単位に対する部分構造(1)の含有量は0.2〜100モル%の範囲が好ましく、0.5〜50モル%の範囲がより好ましく、1.0〜20モル%の範囲がさらに好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)は(メタ)アクリル酸エステルを含有する単量体を重合することにより形成される単量体単位を含む。かかる(メタ)アクリル酸エステルとしては、1個の(メタ)アクリロイル基を有する単官能(メタ)アクリル酸エステルおよび2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する多官能(メタ)アクリル酸エステルを使用することができる。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる単官能(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば(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t−ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸2−アミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸2−(トリメチルシリルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(トリメチルシリルオキシ)プロピル、(メタ)アクリル酸グリシジル、γ−((メタ)アクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン、(メタ)アクリル酸のエチレンオキサイド付加物、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル−2−パーフルオロブチルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロメチル、(メタ)アクリル酸ジパーフルオロメチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロメチル−2−パーフルオロエチルメチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロデシルエチル、(メタ)アクリル酸2−パーフルオロヘキサデシルエチルなどが挙げられる。中でも、MMA、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸t−ブチル等の炭素数5以下のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルが好ましく、MMAが最も好ましい。
また、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる多官能(メタ)アクリル酸エステルとして、下記一般式(3)で示される2官能(メタ)アクリル酸エステル(以下、「ジ(メタ)アクリレート(3)」と称する)を用いると、後述する条件下でリビングアニオン重合することで、一方の(メタ)アクリロイルオキシ基(下記一般式(3)中「CH2=C(R5)C(O)O」で示される(メタ)アクリロイルオキシ基)が選択的に重合して、R1がR4であり、R2がR2'であり、R3がR3'であり、XがOである重合性官能基(2)を有する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)が得られる。
(式中、R
2'およびR
3'はそれぞれ独立して炭素数1〜6の炭化水素基を表し、R
4およびR
5はそれぞれ独立して水素原子またはメチル基を表し、nは1〜20の整数を表す)
一般式(3)中、R2'およびR3'が表す炭素数1〜6の炭化水素基の例としては上記一般式(2)のR2およびR3と同様の炭化水素基が挙げられる。
重合の選択性を高める観点から、R4はメチル基であることが好ましい。また、ジ(メタ)アクリレート(3)の生産性の観点から、R4およびR5は同じであることが好ましい。以上の観点から、R4およびR5は共にメチル基であることが最も好ましい。
ジ(メタ)アクリレート(3)の具体例としては、例えば1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジメチルブタン−1,4−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジメチルペンタン−1,5−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジメチルヘキサン−1,6−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルプロパン−1,3−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルブタン−1,4−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルペンタン−1,5−ジオールジ(メタ)アクリレート、1,1−ジエチルヘキサン−1,6−ジオールジ(メタ)アクリレートなどが挙げられ、1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルブタン−1,4−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルペンタン−1,5−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルヘキサン−1,6−ジオールジメタクリレート、1,1−ジエチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート、1,1−ジエチルブタン−1,4−ジオールジメタクリレート、1,1−ジエチルペンタン−1,5−ジオールジメタクリレート、および1,1−ジエチルヘキサン−1,6−ジオールジメタクリレートが好ましく、1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルブタン−1,4−ジオールジメタクリレート、1,1−ジメチルペンタン−1,5−ジオールジメタクリレート、および1,1−ジメチルヘキサン−1,6−ジオールジメタクリレートがより好ましい。
これら(メタ)アクリル酸エステルは1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)中の(メタ)アクリル酸エステルから形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する全単量体単位に対して90〜100モル%の範囲が好ましく、95〜100モル%の範囲がより好ましく、100モル%であってもよい。また、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)にジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位が含まれる場合には、ジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する全単量体単位に対して0.2〜100モル%の範囲が好ましく、0.5〜50モル%の範囲がより好ましく、1.0〜20モル%の範囲がさらに好ましい。さらに、MMAから形成される単量体単位の含有量とジ(メタ)アクリレート(3)から形成される単量体単位の含有量の合計は、(メタ)アクリル酸エステルから形成される全単量体単位に対して80〜100モル%の範囲が好ましく、90〜100モル%の範囲がより好ましく、95〜100モル%の範囲がさらに好ましく、100モル%であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)は、上記(メタ)アクリル酸エステル以外の他の単量体から形成される単量体単位を有していてもよい。該他の単量体としては、例えばα−メトキシアクリル酸メチル、α−エトキシアクリル酸メチルなどのα−アルコキシアクリル酸エステル;クロトン酸メチル、クロトン酸エチルなどのクロトン酸エステル;3−メトキシアクリル酸エステルなどの3−アルコキシアクリル酸エステル;N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド;2−フェニルアクリル酸メチル、2−フェニルアクリル酸エチル、2−ブロモアクリル酸n−ブチル、2−ブロモメチルアクリル酸メチル、2−ブロモメチルアクリル酸エチル、メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、メチルイソプロペニルケトン、エチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。これら他の単量体は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)中の上記他の単量体から形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する全単量体単位に対して10モル%以下であることが好ましく、5モル%以下であることがより好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)1個あたりの数平均分子量(Mn)は特に制限されないが、シラップの流動性および得られるメタクリル樹脂成形体の力学特性等の観点から、500〜1,000,000の範囲が好ましく、1,000〜300,000の範囲がより好ましい。なお本明細書中において、Mnおよび後述する分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定された標準ポリスチレン換算値を意味する。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)が有する(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)は、(メタ)アクリル酸エステルを含有する単量体を重合することにより形成される単量体単位からなり、かつ重合性官能基を有さない重合体ブロックである。
なお本明細書において、重合性官能基とは、熱、活性エネルギー線などの照射により重合性を示す官能基を意味する。重合性官能基としては、例えば(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニル基、アリル基、ビニルオキシ基、1,3−ジエニル基、スチリル基等のエチレン性二重結合(特に一般式CH2=CR−(式中、Rはアルキル基または水素原子)で示されるエチレン性二重結合)を有する官能基;エポキシ基、オキセタニル基、チオール基、マレイミド基等が挙げられる。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)を形成できる(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば(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t−ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−メトキシエチル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸2−(トリメチルシリルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸3−(トリメチルシリルオキシ)プロピルなどのモノ(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。中でも、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル等の炭素数4以上のアルキル基を有するアクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ドデシルなどの炭素数6以上のアルキル基を有するメタクリル酸アルキルエステルが好ましい。なお、これら(メタ)アクリル酸エステルは1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)中の(メタ)アクリル酸エステルにより形成される単量体単位の含有量は、(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)を形成する全単量体単位に対して90モル%以上であることが好ましく、95モル%以上であることがより好ましく、100モル%であってもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)は、(メタ)アクリル酸エステル以外の他の単量体により形成される単量体単位を有していてもよい。該他の単量体としては、α−メトキシアクリル酸メチル、α−エトキシアクリル酸メチル等のα−アルコキシアクリル酸エステル;クロトン酸メチル、クロトン酸エチル等のクロトン酸エステル;3−メトキシアクリル酸エステル等の3−アルコキシアクリル酸エステル;N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N−t−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、メチルイソプロペニルケトン、エチルイソプロペニルケトンなどが挙げられる。これら他の単量体は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)中の上記他の単量体により形成される単量体単位の含有量は、アクリル系重合体ブロック(b)を形成する全単量体単位に対して10モル%以下が好ましく、5モル%以下がより好ましい。
(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)1個あたりのMnに特に制限はないが、本発明の(メタ)アクリル系ブロック共重合体の取り扱い性、流動性、力学特性等の点から、3,000〜2,000,000の範囲内であることが好ましく、5,000〜1,000,000の範囲内であることがより好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)は、少なくとも1個の(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)と少なくとも1個の(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)が互いに結合したブロック共重合体であり、各重合体ブロックの数および結合順序に特に制限はないが、シラップの重合速度の観点から(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)が(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の少なくとも1つの末端を形成することが好ましく、(メタ)アクリル系ブロック共重合体の製造容易性の観点から、直鎖状の重合体であることがより好ましく、1個の(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)と1個の(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)が結合したジブロック共重合体および/または1個の(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の両端に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)各1個がそれぞれ結合したトリブロック共重合体がさらに好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)を構成する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)の質量と(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)の質量との比率[(メタ)アクリル系重合体ブロック(a):(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)]に特に制限はないが、90:10〜5:95(質量比)であることが好ましい。(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)と(メタ)アクリル系重合体ブロック(b)との合計質量に対する(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)の質量割合が5%以上であると(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の重合速度が高まり、90%以下であると得られるメタクリル樹脂成形体の靭性が高くなるので好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)において、メタクリル酸エステルから形成される単量体単位の含有量は、5〜85質量%であることが好ましく、7〜80質量%であることがより好ましく、10〜75質量%であることがさらに好ましい。また、(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)において、アクリル酸エステルから形成される単量体単位の含有量は、15〜95質量%であることが好ましく、20〜93質量%であることがより好ましく、25〜90質量%であることがさらに好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)のMnは特に制限されないが、本発明で用いるシラップの流動性および得られるメタクリル樹脂成形体の力学特性等の観点から、4,000〜3,000,000の範囲が好ましく、7,000〜2,000,000の範囲がより好ましく、10,000〜1,000,000の範囲がさらに好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の分子量分布、すなわち重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)は1.02〜2.00の範囲が好ましく、1.05〜1.80の範囲がより好ましく、1.10〜1.50の範囲がさらに好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)を形成する全単量体単位に対する部分構造(1)の含有量は、0.1〜20モル%の範囲であることが好ましく、0.2〜10モル%の範囲であることがより好ましく、0.3〜5モル%の範囲がさらに好ましい。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)に含まれる部分構造(1)の数は、重合速度を高める観点から、重合体1分子あたり3個以上であることが好ましく、4個以上であることがより好ましく、8個以上であることがさらに好ましい。
本発明における(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の製造方法は特に限定されないが、アニオン重合法またはラジカル重合法が好ましく、重合制御の観点からリビングアニオン重合法またはリビングラジカル重合法がより好ましく、リビングアニオン重合法がさらに好ましい。
リビングラジカル重合法としては、ポリスルフィドなどの連鎖移動剤を用いる重合法、コバルトポルフィリン錯体を用いる重合法、ニトロキシドを用いる重合法(国際公開第2004/014926号参照)、有機テルル化合物などの高周期ヘテロ元素化合物を用いる重合法(特許第3839829号公報参照)、可逆的付加脱離連鎖移動重合法(RAFT)(特許第3639859号公報参照)、原子移動ラジカル重合法(ATRP)(特許第3040172号公報、国際公開第2004/013192号参照)などが挙げられる。これらリビングラジカル重合法の中でも、原子移動ラジカル重合法が好ましく、有機ハロゲン化物またはハロゲン化スルホニル化合物を重合開始剤とし、Fe、Ru、Ni、Cuから選ばれる少なくとも1種類を中心金属とする金属錯体を触媒とする原子移動ラジカル重合法がより好ましい。
リビングアニオン重合法としては、有機希土類金属錯体を重合開始剤としてリビング重合する方法(特開平06−93060号公報参照)、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩などの鉱酸塩の存在下でリビングアニオン重合する方法(特表平05−507737号公報参照)、有機アルミニウム化合物の存在下で、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法(特開平11−335432号公報、国際公開2013/141105号参照)などが挙げられる。これらリビングアニオン重合法の中でも、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を直接、効率よく形成できる点からは、有機アルミニウム化合物の存在下で、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法が好ましく、有機アルミニウム化合物およびルイス塩基の存在下で、有機リチウム化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法がより好ましい。
上記有機リチウム化合物としては、例えばt−ブチルリチウム、1,1−ジメチルプロピルリチウム、1,1−ジフェニルヘキシルリチウム、1,1−ジフェニル−3−メチルペンチルリチウム、エチルα−リチオイソブチレート、ブチルα−リチオイソブチレート、メチルα−リチオイソブチレート、イソプロピルリチウム、sec−ブチルリチウム、1−メチルブチルリチウム、2−エチルプロピルリチウム、1−メチルペンチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、α−メチルベンジルリチウム、メチルリチウム、n−プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、n−ペンチルリチウム等が挙げられる。中でも、入手容易性およびアニオン重合開始能の観点から、イソプロピルリチウム、sec−ブチルリチウム、1−メチルブチルリチウム、1−メチルペンチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、ジフェニルメチルリチウム、α−メチルベンジルリチウム等の二級炭素原子を陰イオン中心とする化学構造を有する炭素数3〜40の有機リチウム化合物が好ましく、sec−ブチルリチウムが特に好ましい。これら有機リチウム化合物は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
有機リチウム化合物の使用量は、目的とする(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)のMnに応じて、用いる単量体の使用量との比率によって決定できる。
上記有機アルミニウム化合物としては、下記一般式(A−1)または(A−2)で示される有機アルミニウム化合物が挙げられる。
AlR7(R8)(R9) (A−1)
(式中、R7は一価の飽和炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基、アリールオキシ基またはN,N−二置換アミノ基を表し、R8およびR9はそれぞれ独立してアリールオキシ基を表すか、あるいはR8およびR9は互いに結合してアリーレンジオキシ基を形成している)
AlR10(R11)(R12) (A−2)
(式中、R10はアリールオキシ基を表し、R11およびR12はそれぞれ独立して一価の飽和炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基またはN,N−二置換アミノ基を表す)
上記一般式(A−1)および(A−2)中、R7、R8、R9およびR10がそれぞれ独立して表す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、1−ナフトキシ基、2−ナフトキシ基、9−フェナントリルオキシ基、1−ピレニルオキシ基、7−メトキシ−2−ナフトキシ基等が挙げられる。
上記一般式(A−1)中、R8とR9が互いに結合して形成されるアリーレンジオキシ基としては、例えば2,2’−ビフェノール、2,2’−メチレンビスフェノール、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、(R)−(+)−1,1’−ビ−2−ナフトール、(S)−(−)−1,1’−ビ−2−ナフトール等の2個のフェノール性水酸基を有する化合物中の該2個のフェノール性水酸基の水素原子を除いた官能基が挙げられる。
なお、上記のアリールオキシ基およびアリーレンジオキシ基において含まれる1個以上の水素原子が、置換基により置換されていてもよく、該置換基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。
上記一般式(A−1)および(A−2)中、R7、R11およびR12がそれぞれ独立して表す一価の飽和炭化水素基としては、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、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−メチルブチル基、3−メチルブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基等が挙げられ、一価の芳香族炭化水素基としては、例えばフェニル基等のアリール基;ベンジル基等のアラルキル基等が挙げられ、アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等が挙げられ、N,N−二置換アミノ基としては、例えばジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ビス(トリメチルシリル)アミノ基等が挙げられる。上述した一価の飽和炭化水素基、一価の芳香族炭化水素基、アルコキシ基およびN,N−二置換アミノ基において含まれる1個以上の水素原子が、置換基により置換されていてもよく、該置換基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基;塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子等が挙げられる。
上記有機アルミニウム化合物(A−1)としては、例えばエチルビス(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)アルミニウム等が挙げられる。中でも、重合開始効率、重合末端アニオンのリビング性、入手および取り扱いの容易さ等の観点から、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)]アルミニウム等が好ましい。
上記有機アルミニウム化合物(A−2)としては、例えばジエチル(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)アルミニウム等が挙げられる。これら有機アルミニウム化合物は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
有機アルミニウム化合物の使用量は、溶媒の種類、その他種々の重合条件等に応じて適宜好適な量を選択できるが、重合速度の観点から有機リチウム化合物1モルに対して通常、1.0〜10.0モルの範囲で用いることが好ましく、1.1〜5.0モルの範囲で用いることがより好ましく、1.2〜4.0モルの範囲で用いることがさらに好ましい。有機アルミニウム化合物の使用量が有機リチウム化合物1モルに対して10.0モルを超えると、経済性において不利となる傾向となり、1.0モルを下回ると、重合開始効率が低下する傾向となる。
上記ルイス塩基としては、分子内にエーテル結合および/または三級アミン構造を有する化合物が挙げられる。
上記ルイス塩基として用いられる、分子内にエーテル結合を有する化合物としてはエーテルが挙げられる。上記エーテルとしては、重合開始効率の高さ、重合末端アニオンのリビング性の観点から、2個以上のエーテル結合を分子内に有する環状エーテルまたは1個以上のエーテル結合を分子内に有する非環状エーテルが好ましい。2個以上のエーテル結合を分子内に有する環状エーテルとしては、例えば12−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウン−6等のクラウンエーテルが挙げられる。1個以上のエーテル結合を分子中に有する非環状エーテルとしては、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール等の非環状モノエーテル;1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジイソプロポキシエタン、1,2−ジブトキシエタン、1,2−ジフェノキシエタン、1,2−ジメトキシプロパン、1,2−ジエトキシプロパン、1,2−ジイソプロポキシプロパン、1,2−ジブトキシプロパン、1,2−ジフェノキシプロパン、1,3−ジメトキシプロパン、1,3−ジエトキシプロパン、1,3−ジイソプロポキシプロパン、1,3−ジブトキシプロパン、1,3−ジフェノキシプロパン、1,4−ジメトキシブタン、1,4−ジエトキシブタン、1,4−ジイソプロポキシブタン、1,4−ジブトキシブタン、1,4−ジフェノキシブタン等の非環状ジエーテル;ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジブ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エチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジブチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリブチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリブチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラブチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラブチレングリコールジエチルエーテル等の非環状ポリエーテルが挙げられる。中でも、副反応の抑制、入手容易性等の観点から、1〜2個のエーテル結合を分子内に有する非環状エーテルが好ましく、ジエチルエーテルまたは1,2−ジメトキシエタンがより好ましい。
上記ルイス塩基として用いられる、分子内に三級アミン構造を有する化合物としては、三級ポリアミンが挙げられる。三級ポリアミンとは、三級アミン構造を分子中に2個以上有する化合物を意味する。該三級ポリアミンとしては、例えばN,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラエ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アミン、トリス[2−(ジメチルアミノ)エチル]アミン等の鎖状ポリアミン;1,3,5−トリメチルヘキサヒドロ−1,3,5−トリアジン、1,4,7−トリメチル−1,4,7−トリアザシクロノナン、1,4,7,10,13,16−ヘキサメチル−1,4,7,10,13,16−ヘキサアザシクロオクタデカン等の非芳香族性複素環式化合物;2,2’−ビピリジル、2,2’:6’,2”−ターピリジン等の芳香族性複素環式化合物等が挙げられる。
また、分子内に1個以上のエーテル結合と1個以上の三級アミン構造を有する化合物をルイス塩基として使用してもよい。このような化合物としては、例えばトリス[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]アミン等が挙げられる。
これらルイス塩基は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
ルイス塩基の使用量は、重合開始効率、重合末端アニオンの安定性等の観点から、有機リチウム化合物1モルに対して0.3〜5.0モルの範囲であることが好ましく、0.5〜3.0モルの範囲であることがより好ましく、1.0〜2.0モルの範囲であることがさらに好ましい。ルイス塩基の使用量が有機リチウム化合物1モルに対して、5.0モルを超えると経済性において不利となる傾向となり、0.3モルを下回ると重合開始効率が低下する傾向となる。
また、ルイス塩基の使用量は、有機アルミニウム化合物1モルに対して、0.2〜1.2モルの範囲であることが好ましく、0.3〜1.0モルの範囲であることがより好ましい。
上記リビングアニオン重合は、温度制御および系内を均一化して重合を円滑に進行させる観点から、有機溶媒の存在下に行うことが好ましい。有機溶媒としては、安全性、重合後の反応混合液の水洗における水との分離性、回収・再使用の容易性等の観点から、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の炭化水素;クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素;フタル酸ジメチル等のエステル等が好ましい。これら有機溶媒は1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。なお、有機溶媒は、重合を円滑に進行させる観点から、乾燥処理を施すとともに、不活性ガス存在下であらかじめ脱気しておくことが好ましい。
また、上記リビングアニオン重合では、必要に応じ、反応系に他の添加剤を存在させてもよい。該他の添加剤としては、例えば塩化リチウム等の無機塩類;リチウムメトキシエトキシエトキシド、カリウムt−ブトキシド等の金属アルコキシド;テトラエチルアンモニウムクロリド、テトラエチルホスホニウムブロミド等が挙げられる。
上記リビングアニオン重合は−30〜25℃で行うのが好ましい。−30℃よりも低いと重合速度が低下し、生産性が低下する傾向がある。一方、25℃より高いと、上記一般式(1)で示される部分構造を含む(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)の重合をリビング性よく行うことが困難となる傾向となる。
上記リビングアニオン重合は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスの雰囲気下で行うことが好ましい。また、重合反応系が均一になるように十分な攪拌条件下にて行うことが好ましい。また、使用する単量体は、リビングアニオン重合を円滑に進行させる観点から、不活性ガス雰囲気下であらかじめ乾燥処理しておくことが好ましい。乾燥処理にあたっては、水素化カルシウム、モレキュラーシーブス、活性アルミナ等の脱水剤または乾燥剤が好ましく用いられる。
上記リビングアニオン重合において、有機リチウム化合物、有機アルミニウム化合物、ルイス塩基および単量体をアニオン重合の反応系に添加する方法としては、ルイス塩基が、有機リチウム化合物との接触前に有機アルミニウム化合物と接触するように添加することが好ましい。また、有機アルミニウム化合物は、単量体より先にアニオン重合の反応系に添加しても、同時に添加してもよい。有機アルミニウム化合物を単量体と同時にアニオン重合の反応系に添加する場合、有機アルミニウム化合物を単量体と別途混合したのちに添加してもよい。
上記リビングアニオン重合は、メタノール;酢酸または塩酸のメタノール溶液;酢酸、塩酸の水溶液等のプロトン性化合物などの重合停止剤を反応混合物に添加することにより停止できる。重合停止剤の使用量は、通常、用いる有機リチウム化合物1モルに対して1〜100モルの範囲が好ましい。
アニオン重合停止後の反応混合液から(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)を分離取得する方法としては、公知の方法を採用できる。例えば、反応混合液を(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の貧溶媒に注いで(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)を沈殿させる方法、反応混合液から有機溶媒を留去して(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)を取得する方法等が挙げられる。
なお、分離取得した(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)中に有機リチウム化合物および有機アルミニウム化合物に由来する金属成分が残存していると、得られるメタクリル樹脂成形体の物性の低下、透明性不良等を生じる場合がある。よって、有機リチウム化合物および有機アルミニウム化合物に由来する金属成分をアニオン重合停止後に除去することが好ましい。該金属成分の除去方法としては、酸性水溶液を用いた洗浄処理、イオン交換樹脂、セライト、活性炭等の吸着剤を用いた吸着処理等に付することが有効である。ここで、酸性水溶液としては、例えば、塩酸、硫酸水溶液、硝酸水溶液、酢酸水溶液、プロピオン酸水溶液、クエン酸水溶液等を使用することができる。
上記(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の製造において部分構造(1)を含む重合性官能基を導入する方法としては、上記したジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体を重合して(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する方法の他に、部分構造(1)の前駆体となる部分構造(以下、「前駆体構造」と称する)を含む重合体ブロックを形成した後に、該前駆体構造を部分構造(1)に変換する方法も挙げられる。前駆体構造を含む重合体ブロックは重合性官能基と前駆体構造を含む化合物を含有する単量体を重合することで得られる。該重合性官能基としては、スチリル基、1,3−ジエニル基、ビニルオキシ基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられ、(メタ)アクリロイル基が好ましい。前駆体構造としては、水酸基および保護基(シリルオキシ基、アシルオキシ基、アルコキシ基など)によって保護された水酸基、アミノ基および保護基(カルバメート基、アミド基など)によって保護されたアミノ基、チオール基および保護基(チオエーテル基、チオエステル基など)によって保護されたチオール基、ならびにイソシアネート基などが挙げられる。
前駆体構造として水酸基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)および水酸基と反応しうる部分構造(カルボキシル基、エステル、カルボニルハライドなど)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。また、前駆体構造として保護基によって保護された水酸基を含む重合体ブロックは、該保護基を外して水酸基とした後で同様に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。
前駆体構造としてアミノ基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)および水酸基と反応しうる部分構造(カルボキシル基、カルボン酸無水物、エステル、カルボニルハライド、アルデヒド基、イソシアネート基など)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。また、前駆体構造として保護基によって保護されたアミノ基を含む重合体ブロックは、該保護基を外してアミノ基とした後で同様に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。
前駆体構造としてチオール基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)およびチオール基と反応しうる部分構造(カルボキシル基、カルボン酸無水物、エステル、カルボニルハライド、イソシアネート基、炭素−炭素二重結合など)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。また、前駆体構造として保護基によって保護されたチオール基を含む重合体ブロックは、該保護基を外してチオール基とした後で同様に(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。
前駆体構造としてイソシアネート基を含む重合体ブロックは、部分構造(1)およびイソシアネート基と反応しうる部分構造(水酸基、アミノ基など)を有する化合物と反応させることで(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成できる。
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の製造において、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する方法としては、重合性官能基(2)を容易に直接導入できる観点から、ジ(メタ)アクリレート(3)を含有する単量体を重合する方法、典型的にはリビングアニオン重合する方法が好ましい。
本発明のメタクリル樹脂成形体の製造に用いられるシラップには、重合開始剤(III)が含まれる。シラップ中の重合開始剤(III)の含有量は、重合性成分(不飽和単量体(I)および(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)の合計)100質量部に対して、0.01〜5質量部の範囲が好ましく、0.025〜2質量部の範囲がより好ましい。なお、2種以上の重合開始剤(III)を併用する場合は、上記重合開始剤(III)の含有量は合計量を意味する。
かかる重合開始剤(III)としては、熱重合開始剤、活性エネルギー線により重合を開始する光重合開始剤が挙げられ、設備の簡略さの観点から、熱重合開始剤が好ましい。
熱重合開始剤としては特に限定されないが、アゾ開始剤[例えば2,2′−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)(VAZO33等)、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩(DuPont Chemical製、VAZO50等)、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(DuPont Chemical製、VAZO52等)、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル(DuPont Chemical製、VAZO64等)、2,2′−アゾビス−2−メチルブチロニトリル(DuPont Chemical製、VAZO67等)、1,1−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)(DuPont Chemical製、VAZO88等)、2,2′−アゾビス(2−シクロプロピルプロピオニトリル)、2,2′−アゾビス(メチルイソブチレ−ト)(和光純薬工業製、V−601等)等]、過酸化物[過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート(Akzo Nobel社製、Perkadox16S等)、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシピバレート(Elf Atochem社製、Lupersol 11等)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(Akzo Nobel社製、Trigonox 21−C50等)、クメンハイドロパーオキサイド、過酸化ジクミル等]、過硫酸塩(過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等)、ピナコール系化合物(テトラフェニル1,1,2,2−エタンジオール等)等が挙げられ、アゾ開始剤、過酸化物、および過硫酸塩が好ましい。
中でも、アゾ開始剤、過酸化物、および過硫酸塩が好ましい。これら熱重合開始剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
光重合開始剤としては、アセトフェノン類(例えば1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−1−ブタノン等)、ベンゾフェノン類(例えばベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ヒドロキシベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン等)、ミヒラーケトン類(例えばミヒラーケトン等)およびベンゾイン類(例えばベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル等)等のカルボニル化合物;テトラメチルチウラムモノスルフィド、チオキサンソン類(例えばチオキサンソン、2−クロルチオキサンソン等)等の硫黄化合物;アシルフォスフィンオキサイド類(例えば2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等)等のリン化合物;チタノセン類(例えばビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム等)等のチタン化合物等のラジカル重合開始剤が挙げられる。中でも、アセトフェノン類およびベンゾフェノン類が好ましい。これら光重合開始剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
また、上記シラップが光重合開始剤を含有する場合、該シラップはさらに増感剤を含有してもよい。増感剤としては、例えばn−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルホスフィン、アリルチオ尿酸、トリエチルアミン、ジエチルアミノエチルメタクリレート等が挙げられる。中でも、ジエチルアミノエチルメタクリレート、トリエチルアミンが好ましい。
光重合開始剤と増感剤とを混合して使用する場合には、光重合開始剤と増感剤の質量比率は、10:90〜90:10の範囲が好ましく、20:80〜80:20の範囲がより好ましい。
本発明で用いるシラップは、還元剤を含んでいてもよい。シラップ中に還元剤を含むことで、重合開始剤(III)の使用量を削減できる。好ましい還元剤は用いる重合開始剤(III)にも依存するが、好ましい重合開始剤(III)と還元剤の組み合わせとしては、上記過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウムおよび亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組み合わせ;上記過酸化物開始剤(過酸化ベンゾイル等)と第3級アミン(ジメチルアニリン等)との組み合わせ、有機ヒドロパーオキシド(過酸化ジクミル等)と有機金属化合物(コバルトナフテート等)との組み合わせ等が挙げられる。
上記シラップは、分子量を調整するために、公知の連鎖移動剤を含有してもよい。連鎖移動剤としては、例えば、n−ブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、2−エチルヘキシルチオグリコレート、エチレングリコールジチオグリコレート、トリメチロールプロパントリス(チオグリコート)、ペンタエリスリトールテトラキス(チオグリコレート)等のメルカプタン類が好ましく用いられる。これらの連鎖移動剤は、単独でも2種類以上を併用してもよい。連鎖移動剤は、上記重合性成分に対して、通常、0.01〜0.5質量%の範囲で用いることができる。
また上記シラップは、その他意匠性の付与を目的とした有機および無機顔料や水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、シリカパウダー、タルク、クレー、アルミナ等のセラミック粒子、マイカ(雲母)、砂岩等の鉱物系粉砕物等の無機充填剤;難燃剤、紫外線吸収剤、補強材、内部離型剤、増粘剤、低収縮材、撥水剤、相溶化剤などを必要に応じて含有してもよい。
上記無機充填剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸基を有する無機充填剤が好ましく、必要に応じてシランカップリング剤を用いて事前に表面を被覆処理してあってもよい。
[メタクリル樹脂成形体の製造方法]
本発明の製造方法によれば、不飽和単量体(I)および(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)からなる重合性成分と重合開始剤(III)とを含有するシラップを型に注入して重合する(キャスト重合法)ことで、メタクリル樹脂成形体が得られる。
具体的には、不飽和単量体(I)に(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)を溶解させた重合性成分に、重合開始剤(III)を混合してシラップを調製した後、該シラップを型(例えば、2枚の平行に間隙を置いて配置した板、該2枚の板の間隙に、板の周囲に沿うように位置するシール材、これらを押さえるクランプ等によって構成された型)に封入した状態で重合することによりメタクリル樹脂成形体を製造できる。
型の材質に制限はないが、平滑性、耐熱性、得られるメタクリル樹脂成形体との剥離性などを考慮して、通常、ガラスまたは金属(ステンレス等)が用いられ、活性エネルギー線の照射によって重合を行う場合はガラスが好ましい。
型の内寸は、所望のメタクリル樹脂成形体のサイズ、形状によって決定され、特に制限はないが、例えば板状のメタクリル樹脂成形体を製造する場合、一般的には厚さ1mm〜20mmの範囲に設定される。
上記シラップが熱重合開始剤を含有する場合、該シラップ中の重合性成分の重合は、通常、型を加熱することによって開始される。重合に伴う反応熱の除去が不十分であったり、不均一な熱の蓄積があった場合、得られるメタクリル樹脂成形体は、表面に欠陥を生じたり、内部に発泡を生じることがあり、これらを避けるために、通常、循環温水または循環温風が熱媒体として適用される。
上記加熱によって重合を行う場合の条件、使用する重合開始剤(III)、連鎖移動剤の種類や量、単量体混合物の組成、所望のメタクリル樹脂成形体のサイズ等によって決定するが、重合温度は通常30〜140℃であり、重合時間は通常2〜35時間である。かかる重合温度は途中で変更してもよい。例えば、30〜80℃で1〜30時間重合した後、110〜140℃で1〜5時間重合を行うことが外観不良の原因となる未重合の不飽和単量体(I)を残存させない観点から好ましい。
上記シラップが光重合開始剤を含有する場合、該シラップ中の重合性成分は活性エネルギー線を照射することによって重合できる。かかる活性エネルギー線としては、光線、電磁波、粒子線およびこれらの組み合わせを利用できるが、重合速度、照射装置の入手性、価格等の観点から紫外線または電子線が好ましく、紫外線がより好ましい。
上記照射する活性エネルギー線は、公知の装置を用いて照射することができる。電子線(EB)の場合の加速電圧としては0.1〜10MeV、照射線量としては1〜500kGyの範囲が適当である。
紫外線照射には、150〜450nm波長域の光を発する高圧水銀ランプ、超高圧水銀灯、カーボンアーク灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ケミカルランプ、LED等を用いることができる。活性エネルギー線の積算光量は、通常10〜20000mJ/cm2の範囲であり、30〜5000mJ/cm2の範囲が好ましい。10mJ/cm2より少ないとシラップの重合速度が低下する傾向があり、20000mJ/cm2より多いと得られるメタクリル樹脂成形体が着色するおそれがある。
上記シラップに対して活性エネルギー線を照射する場合の相対湿度は、シラップの分解を抑制する観点から、30%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。
重合が終了した後、型を外して、メタクリル樹脂成形体を得ることができる。
本発明により得られるメタクリル樹脂成形体は、高温クリープ特性および耐衝撃性に優れ、さらにメタクリル樹脂に特有の優れた耐候性を有するため、加熱曲げ加工を施して曲面を有する看板などの大型成形品の製造用途に用いたり、装飾材、照明カバー、人工大理石、自動車部品、グレージング材等として種々の分野に用いることができる。また、適切な可撓性を有し、ビスフェノールAなどの環境ホルモン物質を用いていないことから、煮沸消毒や紫外線殺菌を受ける食品製造用途(餅類の伸し板など)などにも好ましく用いることができる。
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されない。以下の実施例および比較例において、原料は常法により乾燥精製し、窒素にて脱気したものを使用し、移送および供給は窒素雰囲気下にて行った。
以下の合成例1〜3では、下記の実施例で用いた重合性官能基を有する(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)、(II−2)および比較例で用いた架橋ゴム粒子(G)を、常法により乾燥精製した薬品を使用して合成した。
下記合成例1および2において、得られた重合体のGPC(ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー)測定を行い、標準ポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、および分子量分布(Mw/Mn)を求めた。
装置:東ソー株式会社製GPC装置「HLC−8220GPC」
分離カラム:東ソー株式会社製「TSKgel SuperMultiporeHZ−M(カラム径=4.6mm、カラム長=15cm)」
溶離液:テトラヒドロフラン
溶離液流量:0.35ml/分
カラム温度:40℃
検出方法:示差屈折率(RI)
下記合成例1および2で得られた(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)中の、
(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)の含有量および(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する単量体単位に対する部分構造(1)の含有量は、以下の条件で1H−NMR測定を行い、積分値の比率から算出した。
1H−NMR測定条件
装置:日本電子株式会社製核磁気共鳴装置「JNM−ECX400」
溶媒:重水素化クロロホルム
温度:25℃
下記合成例3で得られたエマルジョンの平均分散粒径を、粒径測定装置(大塚電子社製、FPAR−1000)を用いて、測定温度26℃にて動的光散乱法によって測定した。
[合成例1]
内部を乾燥し、窒素置換した3Lのフラスコに、トルエン1.5Lを添加したのち、フラスコ内の溶液を攪拌しながら、ルイス塩基として1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン1.9ml(6.8mmol)、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液20.9ml(9.4mmol)を順次添加したのち、−20℃に冷却した。これに有機リチウム化合物としてsec−ブチルリチウムの1.30mol/Lシクロヘキサン溶液5ml(6.5mmol)を加え、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート6.2ml(26mmol)とMMA132.1ml(1.24mol)との混合物138.3mlを一括で添加し、アニオン重合を開始した。上記混合物の添加終了から300分間撹拌後に反応液は当初の黄色から無色に変わった。
引き続き、反応液を−20℃で撹拌しつつ、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液を11.6ml(5.2mmol)加え、その1分後に単量体としてアクリル酸n−ブチル273.3ml(1.90mol)を2時間かけて滴下し、5分間撹拌した。
次いで、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート5.9ml(24.5mmol)とMMA123.5ml(1.16mol)の混合物129.4mlを一括で添加した後、2℃/分の速度で20℃に昇温した。上記混合物の添加から720分間撹拌した後に、メタノール100mlを添加してアニオン重合を停止させた。得られた溶液を10Lのメタノール中に注ぎ、重合体を沈殿させ、濾過によって回収し、100℃、30Paで乾燥し、447gの(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)(以下「(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)」と称する)を得た。得られた(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)のMnは80,900、Mw/Mnは1.34であった。また、(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)中の(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)の含有量は52質量%、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する単量体単位に対する部分構造(1)の含有量は2.1モル%であった。
[合成例2]
内部を乾燥し、窒素置換した3Lのフラスコに、トルエン1.5Lを添加したのち、フラスコ内の溶液を攪拌しながら、ルイス塩基として1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン1.1ml(4.1mmol)、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液12.6ml(5.7mmol)を順次添加したのち、−20℃に冷却した。これに有機リチウム化合物としてsec−ブチルリチウムの1.30mol/Lシクロヘキサン溶液3ml(3.9mmol)を加え、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート3.7ml(15.6mmol)とMMA161.7ml(1.52mol)との混合物165.4mlを一括で添加し、アニオン重合を開始した。上記混合物の添加終了から600分間撹拌後に反応液は当初の黄色から無色に変わった。
引き続き、反応液を−20℃で撹拌しつつ、有機アルミニウム化合物としてイソブチルビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノキシ)アルミニウムの0.450mol/Lトルエン溶液を6.9ml(3.1mmol)加え、その1分後に単量体としてアクリル酸n−ブチル326.5ml(2.27mol)を2時間かけて滴下した後、5分間撹拌した。
次いで、単量体として1,1−ジメチルプロパン−1,3−ジオールジメタクリレート3.5ml(14.7mmol)とMMA3.9ml(36.8mmol)の混合物7.4mlを一括で添加した後、2℃/分の速度で20℃に昇温した。180分間撹拌した後に、メタノール100mlを添加してアニオン重合を停止させた。得られた溶液を10Lのメタノール中に注ぎ、重合体を沈殿させ、濾過によって回収し、100℃、30Paで乾燥し、420gの(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II)(以下「(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−2)」と称する)を得た。得られた(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−2)のMnは122,500、Mw/Mnは1.39であった。また、(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−2)中の(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)の含有量は36質量%、(メタ)アクリル系重合体ブロック(a)を形成する単量体単位に対する部分構造(1)の含有量は1.9モル%であった。
[合成例3]
(1)コンデンサー、温度計および撹拌機を備えたグラスライニングを施した反応槽(100リットル)に、イオン交換水48kgを投入し、次いでステアリン酸ナトリウム416g、ラウリルザルコシン酸ナトリウム128gおよび炭酸ナトリウム16gを投入して溶解させた。次いで、MMA11.2kgおよびメタクリル酸アリル110gを投入し撹拌しながら80℃に昇温した後、2%過硫酸カリウム水溶液560gを添加して重合を開始し、80℃で5時間重合してエマルジョンを得た。
(2)次いで、上記(1)で得られたエマルジョンに、2%過硫酸ナトリウム水溶液720gをさらに添加した後、アクリル酸ブチル12.4kg、スチレン1.76kgおよびメタクリル酸アリル280gからなる単量体混合物を60分かけて滴下し、その後60分間撹拌を続けてグラフト重合を行った。
(3)上記(2)で得られたグラフト重合後のエマルジョンに、2%過硫酸カリウム水溶液320gを添加し、さらにMMA6.2kg、アクリル酸メチル0.2kgおよびn−オクチルメルカプタン200gからなる単量体混合物を30分間かけて添加し、その後60分間撹拌を続けて重合を完結させた後、冷却して多層構造重合体粒子(3段階重合体)が分散したエマルジョン(以下「エマルジョン(e−1)」という)を得た。得られたエマルジョン(e−1)の平均分散粒径は0.23μm、固形分濃度は40%であった。
(4)上記(1)で用いたのと同様の反応槽を用いて、イオン交換水48kgを投入した後、界面活性剤(花王株式会社製「ペレックスSS−H」)252gを投入して撹拌して溶解させた。70℃に昇温した後、2%過硫酸カリウム水溶液160gを添加し、次いでMMA3.04kg、アクリル酸メチル0.16kgおよびn−オクチルメルカプタン15.2gからなる混合物を一括添加して重合を開始させた。重合による発熱が終了した時点から30分間撹拌を続けた後、2%過硫酸カリウム水溶液160gを添加し、次いでMMA27.4kg、アクリル酸メチル1.44kgおよびn−オクチルメルカプタン98gからなる混合物を2時間かけて連続的に滴下して重合を行った。滴下終了後、60分間放置した後に冷却して(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子が分散したエマルジョン(以下「エマルジョン(e−2)」という)を得た。得られたエマルジョン(e−2)の平均分散粒径は0.12μm、固形分濃度は40%であった。また、エマルジョン(e−2)中の(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子の極限粘度は0.44g/dlであった。
(5)上記(3)で得られたエマルジョン(e−1)および上記(4)で得られたエマルジョンエマルジョン(e−2)を、エマルジョン(e−1)中の多層構造重合体粒子:エマルジョン(e−2)中の(メタ)アクリル酸エステル系重合体粒子の質量比が2:1になるようにして混合した後、−20℃で2時間かけて凍結した。次いでかかる凍結したエマルジョン混合物を、2質量倍の80℃の温水に投入して80℃にて20分間撹拌し、スラリーを得た。かかるスラリーから濾過によって回収した固形分を、70℃で乾燥して、粉末状の架橋ゴム粒子(「架橋ゴム粒子(G)」と称する)を得た。
<性能評価試験法>
(全光線透過率)
実施例および比較例で作製した長さ5cm、幅5cm、厚さ3.0mmの試験片を用いて、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23℃にて全光線透過率を測定した。
(シャルピー衝撃試験(ノッチなし))
長さ80mm、幅10mm、厚さ3.0mmの試験片のノッチなしのシャルピー衝撃強度は、ISO179−1eUに準拠して、デジタルインパクトテスター(東洋精機製、DG−CB)を用いて23℃にて測定した。
(ヘイズ)
ヘイズ値はJIS K7136に準拠して、ヘイズメータ(村上色彩研究所製、HM−150)を用いて測定した。
まず、実施例および比較例で作製した長さ5cm、幅5cm、厚さ3.0mmの試験片の23℃におけるヘイズ値を測定した。次いで該試験片を70℃の恒温器のなかに30分間放置した後、試験片を取り出して、すぐに再びヘイズ値を測定し、70℃におけるヘイズ値とした。
(延伸に伴う白化の有無)
長さ80mm、幅10mm、厚さ3.0mmの試験片を引っ張り試験機(オートグラフAG−2000B(島津製作所製))により140℃で0.5mm/分で延伸し、試験片の状態を観察し、結果を以下の基準で評価した。
○:メタクリル樹脂板が破断するまで白濁がない。
×:メタクリル樹脂板が破断する以前に白濁する。
[実施例1]
91質量部のMMA(クラレ社製)、9質量部の合成例1の方法で得られた(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)、重合開始剤(III)として0.25質量部の2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬製)とを混合し、650mmHg(87kPa)にて30分間脱気し、シラップを得た。かかるシラップを、撥水処理したガラス板(厚さ10mm、30cm角)2枚と塩化ビニル樹脂製ガスケットより構成されるガラスセルに注入し、72℃にて6時間、次いで120℃にて2時間、熱風循環炉中で重合させ、厚さ3.0mmのシート状のメタクリル樹脂成形体(メタクリル樹脂板)を作製した。得られたメタクリル樹脂板から試験片を切り出して、全光線透過率、ヘイズ(23℃、70℃)、シャルピー衝撃強度(ノッチなし)、延伸白化性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例2]
(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)に替えて、合成例2で合成した(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−2)を使用した以外は実施例1と同様にして厚さ3.0mmのメタクリル樹脂板を作製した。得られたメタクリル樹脂板から試験片を切り出して、全光線透過率、ヘイズ(23℃、70℃)、シャルピー衝撃強度(ノッチなし)、延伸白化性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例3]
82質量部のMMA(クラレ社製)、18質量部の(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)、0.35質量部の2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬製)を用いた以外は、実施例1と同様にして厚さ3.0mmのメタクリル樹脂板を作製した。得られたメタクリル樹脂板から試験片を切り出して、全光線透過率、ヘイズ(23℃、70℃)、シャルピー衝撃強度(ノッチなし)、延伸白化性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例4]
90質量部のMMA(クラレ社製)、10質量部の(メタ)アクリル系ブロック共重合体(II−1)および重合開始剤(III)として0.27質量部のt‐ブチルペルオキシイソプロピルモノカーボネート(日本油脂製:製品名パーブチルI)を混合し、650mmHg(87kPa)にて30分間脱気し、シラップを得た。かかるシラップを、撥水処理したガラス板(厚さ10mm、30cm角)2枚と塩化ビニル樹脂製ガスケットより構成されるガラスセルに注入し、85℃にて6時間、次いで120℃にて2時間、熱風循環炉中で重合させ、厚さ3.0mmのメタクリル樹脂板を製造した。得られたメタクリル樹脂板から試験片を切り出して、全光線透過率、ヘイズ(23℃、70℃)、シャルピー衝撃強度(ノッチなし)、延伸白化性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[比較例1]
100質量部のMMA(クラレ社製)および0.15質量部の2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬製)を混合し、650mmHg(87kPa)にて30分間脱気し、シラップを得た。かかるシラップを、撥水処理したガラス板(厚さ10mm、30cm角)2枚と塩化ビニル樹脂製ガスケットより構成されるガラスセルに注入し、72℃にて6時間、次いで120℃にて2時間、熱風循環炉中で重合させ、厚さ3.0mmのメタクリル樹脂板を作製した。得られたメタクリル樹脂板から試験片を切り出して、全光線透過率、ヘイズ(23℃、70℃)、シャルピー衝撃強度(ノッチなし)、延伸白化性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[比較例2]
MMA/アクリル酸メチル=99.3/0.7(質量比)の単量体混合物を懸濁重合して得られたビーズ状のメタクリル樹脂(重量平均分子量89,000、分子量分布1.85、「メタクリル樹脂(P)」と称する)70質量部に対して、合成例3で得られた架橋ゴム粒子(G)30質量部の割合でスーパーミキサーを用いて混合して、重合体組成物を調製した。得られた重合体組成物を230℃で熱プレス成形して厚さ3.0mmのメタクリル樹脂板を作製した。得られたメタクリル樹脂板から試験片を切り出して、全光線透過率、ヘイズ(23℃、70℃)、シャルピー衝撃強度(ノッチなし)、延伸白化性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[比較例3]
70質量部のMMA(クラレ社製)および30質量部の架橋ゴム粒子(G)と、0.25質量部の2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬製)とを混合し、650mmHg(87kPa)にて30分間脱気し、シラップを得た。かかるシラップを、撥水処理したガラス板(厚さ10mm、30cm角)2枚と塩化ビニル樹脂製ガスケットより構成されるガラスセルに注入し、72℃にて6時間、次いで120℃にて2時間、熱風循環炉中で重合させ、厚さ3.0mmのメタクリル樹脂板を作製した。得られたメタクリル樹脂板は、重合中に架橋ゴム粒子(G)が沈降分離しており、著しく均一性に劣ったため、評価を行わなかった。
表1に示すように、本発明の製造方法で得られるメタクリル樹脂成形体は高い全光線透過率を示す。また、比較例2と比較して70℃におけるヘイズ値が小さく加熱による白化が少ない。また、耐衝撃性に優れ、かつ延伸に伴う白化がない。