説明

不飽和エステル系樹脂組成物、不飽和エステル系硬化物、及びこれらの製造方法

【課題】本発明の目的は、機械的特性(例えば、弾性率等)と靱性に優れた硬化物を与え得る硬化性樹脂組成物を提供することにある。
【解決手段】本発明の硬化性樹脂組成物は、不飽和エステル系樹脂60〜99質量部と、エポキシ樹脂0.5〜20質量部と、ブタジエンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエンブチルアクリレートゴム、ブチルアクリレートゴム、及びオルガノシロキサンゴムよりなる群から選択される1種以上のゴムポリマーの存在下、アルキル(メタ)アクリレート、及びアリル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の単量体を少なくとも75重量%以上を含むビニル単量体(100重量%)を重合して得られる、数平均粒径20〜600nmの架橋ゴム粒子0.1〜20質量部とを含み、前記架橋ゴム粒子が前記不飽和エステル系樹脂組成物全体に1次粒子の状態で分散していること特徴とする不飽和エステル系樹脂組成物である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表面状態が良好で、靱性に優れた不飽和エステル系硬化物を与え得る不飽和エステル系樹脂組成物に関するものである。
【背景技術】
【0002】
不飽和エステル系樹脂は、例えば、コーティング材や、グラスファイバーのような強化材を含む成形用組成物等、様々な用途で広く用いられている。一方で、硬化後の不飽和エステル系樹脂(以下、「不飽和エステル系硬化物」という)は、本来は非常に脆い材料なので、実使用の際には靱性が付与されている必要がある。
【0003】
これまでに、不飽和エステル系硬化物に靱性を付与するための種々の技術が開示されている。例えば、共役ジエンポリマー(特許文献1)や、カルボキシル基を末端基とする反応性液状ポリマー(特許文献2)、あるいはビニル末端基含有反応性液体ポリマー(特許文献3)等の柔軟化剤を、不飽和エステル系樹脂に添加する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法により得られる硬化物では、靱性は改善されるものの不十分であり、また機械的特性(例えば、弾性率)等の、他の特性が悪化する場合があった。
【0004】
特許文献4には、不飽和エステル系樹脂にエポキシ樹脂を加えて樹脂組成物を調製し、次いでラジカル開始剤で硬化させる方法が開示されている。しかしながら、この方法では、未硬化のエポキシ樹脂が表面に出てきて、硬化物の表面状態を悪くしたり(表面が粘着性(tacky)をおびたり)、硬化物の靱性を十分に改良できない場合があった。
【0005】
特許文献5には、不飽和エステル系樹脂とエポキシ樹脂とを組み合わせた樹脂組成物に、ラジカル開始剤とエポキシ樹脂硬化剤とを加える方法が開示されている。しかしながら、この方法では、不飽和エステル系樹脂の靱性を顕著に向上できなかった。また、エポキシ樹脂硬化剤が不飽和エステル系樹脂の二重結合と反応してエポキシ樹脂の硬化反応が不十分となって、表面状態が改善されない場合もあった。
【0006】
最近の研究(例えば、非特許文献1)では、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)樹脂の不飽和エステル系樹脂への添加が、得られる硬化物の靱性を改良することを報告している。しかしながら、この方法では、硬化物の最も重要な特性の1つである弾性率が低下する場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許第3,231,634号
【特許文献2】米国特許第4,419,487号
【特許文献3】米国特許第4,350,789号
【特許文献4】米国特許第3,634,542号
【特許文献5】米国特許第5,137,990号
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Polymer、vol.43、4503−4514頁(2002)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、機械的特性(例えば、弾性率等)と靱性に優れ、さらに表面状態が良好な硬化物を与え得る硬化性樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、不飽和エステル系樹脂組成物の硬化物の靱性を劇的に改良させる方法につき鋭意検討してきた。特に、ゴム状の線状ポリマーを使用すると弾性率等の機械特性が悪化する場合があるため、架橋ゴム粒子の使用を検討してきた。
【0011】
そして、驚くべきことに、特定の架橋ゴム粒子の存在下、不飽和エステル系樹脂と、エポキシ樹脂とを含む不飽和エステル系樹脂組成物にラジカル開始剤を添加して硬化すると、樹脂組成物中にエポキシ樹脂を含むにも拘わらず、また、ラジカル開始剤は炭素−炭素不飽和二重結合の架橋反応にのみ関与して、エポキシ樹脂の硬化反応には殆ど関与していないと考えられるにも拘わらず、表面状態が良好で、弾性率は低下せず、靱性も顕著に改良された硬化物が得られることを見出した。
【0012】
詳細には、上記課題を解決することができた本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、不飽和エステル系樹脂60〜99質量部と、エポキシ樹脂0.5〜20質量部と、ブタジエンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエンブチルアクリレートゴム、ブチルアクリレートゴム、及びオルガノシロキサンゴムよりなる群から選択される1種以上のゴムポリマーの存在下、アルキル(メタ)アクリレート、及びアリル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の単量体を少なくとも75重量%以上を含むビニル単量体(100重量%)を重合して得られる、数平均粒径20〜600nmの架橋ゴム粒子0.1〜20質量部とを含み、前記架橋ゴム粒子が前記不飽和エステル系樹脂組成物全体に1次粒子の状態で分散していることを特徴とする。
【0013】
好ましい実施態様は、前記不飽和エステル系樹脂を、硬化性不飽和エステル化合物51〜80質量%と、エチレン性不飽和単量体20〜49質量%とから構成される不飽和エステル系樹脂とすることである。
【0014】
本発明には、前記架橋ゴム粒子と前記エポキシ樹脂とを混合して、架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂を得る工程と、該架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂と、前記不飽和エステル系樹脂とを混合する工程とを含むことを特徴とする前記不飽和エステル系樹脂組成物の製造方法も包含される。さらに、前記不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に対し、ラジカル開始剤0.1〜5質量部を添加して硬化する工程を含むことを特徴とする不飽和エステル系硬化物の製造方法も、本願発明に包含される。
【0015】
本発明には、前記不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に、ラジカル開始剤0.1〜5質量部を添加し、これを硬化させて得られることを特徴とする不飽和エステル系硬化物も包含される。ここで、前記架橋ゴム粒子は、硬化物中に一次粒子の状態で分散していることが好ましい実施態様である。
【発明の効果】
【0016】
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、特定の架橋ゴム粒子とエポキシ樹脂とを併用したため、表面状態が良好で、弾性率は低下せず、靱性が大幅に向上した不飽和エステル系硬化物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の不飽和エステル系硬化物の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
[不飽和エステル系樹脂組成物]
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、不飽和エステル系樹脂60〜99質量部と、エポキシ樹脂0.5〜20質量部と、ブタジエンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエンブチルアクリレートゴム、ブチルアクリレートゴム、及びオルガノシロキサンゴムよりなる群から選択される1種以上のゴムポリマーの存在下、ビニル単量体を重合して得られる、数平均粒径20〜600nmの架橋ゴム粒子0.1〜20質量部とを含み、前記架橋ゴム粒子が前記不飽和系エステル樹脂組成物全体に1次粒子の状態で分散していることを特徴とする。以下、本発明の不飽和エステル系樹脂組成物について、詳細に説明する。
【0019】
(不飽和エステル系樹脂)
本発明で用いる不飽和エステル系樹脂は、硬化性不飽和エステル化合物とエチレン性不飽和単量体とから構成される。硬化性不飽和エステル化合物は、物性バランスの観点から、不飽和エステル系樹脂100質量%中、51〜80質量%含まれていることが好ましく、55〜75質量%含まれていることがより好ましい。
【0020】
不飽和エステル系樹脂は成形用やラミネート用として販売されており、本発明で市販のものを用いる場合には、硬化性不飽和エステル化合物含有率が60質量%程度(エチレン性不飽和単量体含有率;40質量%程度)の溶液を選択することが好ましい。例えば、後述するビニルエステル樹脂であるDERAKANE(登録商標)411−35は、エチレン性不飽和単量体として、45%のスチレンを含んでいる。
【0021】
<硬化性不飽和エステル化合物>
硬化性不飽和エステル化合物としては、エチレン性二重結合とエステル基とを有する硬化性化合物であれば特に限定されるものではなく、例えば、多価アルコールと不飽和多価カルボン酸あるいはその無水物とから得られる不飽和ポリエステルや、不飽和モノカルボン酸と多価エポキシドから得られるビニルエステル等が挙げられる。
【0022】
≪不飽和ポリエステル≫
多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジ−1,2プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールなどの、炭素原子が2〜12個の二価アルコールが挙げられ、好ましくは炭素原子が2〜6個の二価アルコールであり、より好ましくはプロピレングリコールである。これらの二価アルコールは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0023】
不飽和多価カルボン酸としては、例えば、炭素原子が3〜12個の二価のカルボン酸が挙げられ、より好ましくは炭素原子が4〜8個の二価のカルボン酸である。具体的には、フマル酸やマレイン酸等が挙げられる。これらの二価のカルボン酸は、単独でも用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0024】
また、本発明では、この不飽和多価カルボン酸あるいはその無水物とともに、飽和多価カルボン酸あるいはその無水物を併用してもよく、この際、不飽和多価カルボン酸が少なくとも50モル%以上含まれていることが好ましい。飽和多価カルボン酸あるいはその無水物としては、無水フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、グルタル酸などが挙げられる。これらの飽和多価カルボン酸あるいはその無水物は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0025】
不飽和ポリエステルは、上記多価アルコールと不飽和多価カルボン酸あるいはその無水物等とを、例えばチタン酸テトラブチルなどの有機チタン酸塩や、ジブチル酸化スズなどの有機錫化合物などの触媒存在下、縮合反応させて得ることができる。
【0026】
硬化性不飽和エステル化合物は、例えば、アシュランド社やReichhold社、AOC社等から商業的に入手することもできる。
【0027】
≪ビニルエステル≫
不飽和モノカルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等が挙げられる。
【0028】
多価エポキシドとしては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂などのビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【0029】
ビニルエステルの生成反応やその種類については、米国特許第3,179,623号に記載されている。例えば、メタクリル酸と、ビスフェノールA型エポキシ樹脂またはノボラック型エポキシ樹脂とを反応させて作製されたビニルエステルが、典型的な例としてよく知られている。
【0030】
ビニルエステルは、例えば、アシュランド社のDERAKANE411−35、及びDERAKANE470−300として、商業的に入手することもできる。
【0031】
本発明では、上記のような典型的なビニルエステル以外の他のビニルエステルを用いてもよく、例えば、Reichhold社のDION9800として入手可能なウレタン変性ビニルエステル等が挙げられる。
【0032】
<エチレン性不飽和単量体>
上記硬化性不飽和エステル化合物と共に不飽和エステル系樹脂を構成するエチレン性不飽和単量体は、エステル主鎖中の不飽和基に重合し、架橋点間の高分子鎖を形成する。また、硬化性不飽和エステル化合物の溶剤としても機能して、硬化性不飽和エステル化合物の取り扱い性を向上させる。このようなエチレン性不飽和単量体としては、例えば、スチレンやメチルスチレン(ビニルトルエン)などの芳香族基含有不飽和単量体;アクリロニトリルなどのニトリル基含有不飽和単量体;メチルアクリレート、メチルメタクリレート、および酢酸ビニルなどのエステル基含有不飽和単量体;フタル酸、アジピン酸、マレイン酸、およびマロン酸などの多価カルボン酸とアリルアルコールなどの不飽和アルコールとの縮合反応物、シアヌル酸アリルエステルなどの多官能エステル単量体が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、スチレン、及びメチルスチレンなどの芳香族基含有不飽和単量体が、物性の点から好ましい。
【0033】
(エポキシ樹脂)
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含んで構成されるため、当該組成物から得られる硬化物の靱性を改善できる。かかるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール類(ビスフェノールAやビスフェノールFなど)の単官能あるいは多官能グリシジルエーテルなどの芳香族エポキシ樹脂;3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボン酸エステル、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボン酸エステルのような脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。ビスフェノールA型のエポキシ樹脂は、例えば、Hexion Specialty Chemicals社のEpon828として、また、ダウ・ケミカル社のDER331として、商業的に入手可能である。ビスフェノールF型のエポキシ樹脂は、例えば、Hexion Specialty Chemicals社のEpon862やEpon863として、入手可能である。
【0034】
(架橋ゴム粒子)
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、エポキシ樹脂と共に、さらに架橋ゴム粒子を含んで構成されるため、この組成物を硬化して得られる硬化物の靱性を顕著に向上させるとともに、エポキシ樹脂が硬化物の表面に滲み出ることを抑えることができる。また、不飽和エステル系樹脂本来の弾性が低下するのを防ぐことができる。
【0035】
本発明で用いる架橋ゴム粒子は、ブタジエンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエンブチルアクリレートゴム、ブチルアクリレートゴム、及びオルガノシロキサンゴムよりなる群から選択される1種以上のゴムポリマーの存在下に、1種以上のビニル単量体を重合することで得られる。架橋ゴム粒子の形成は、例えば、乳化重合、懸濁重合、マイクロサスペンジョン重合などによって製造することができ、粒子サイズコントロールの観点から、乳化重合で製造することが好ましい。
【0036】
ゴムポリマーへの架橋構造の導入方法としては、特に限定されるものではなく、一般的に用いられる手法を採用することができる。例えば、ゴムポリマーに多官能ビニル化合物やメルカプト基含有化合物等の架橋性モノマーを添加し、次いで重合する方法等が挙げられる。
【0037】
ゴムポリマーは単層構造であることが多いが、多層構造であってもよい。また、ゴムポリマーが多層構造の場合は、各層のポリマー組成が各々相違していてもよい。
【0038】
架橋ゴム粒子は、好ましくは55〜97質量%、より好ましくは70〜90質量%のゴムポリマーのコア重合体と、好ましくは3〜45質量%、より好ましくは10〜30質量%の前記ビニル単量体の重合物であるシェル重合体とからなる。
【0039】
シェル重合体の含有率が3質量%未満の場合には、架橋ゴム粒子の取扱い時に凝集し易く、操作性に問題が生じる場合がある。また、シェル重合体の含有率が45質量%を超えると、架橋ゴム粒子におけるコア重合体の含有率が低下することとなって、硬化物に対する靱性改良効果が低下する傾向がある。
【0040】
ゴムポリマーとしては、靱性改良の観点から、ブタジエンゴム、ブチルアクリレートゴム、及びオルガノシロキサンゴムから選択される1種以上であることが好ましく、ブタジエンゴムがより好ましい。
【0041】
ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル単量体;アクリロニトリル、又はメタクリロニトリル等のシアン化ビニル単量体;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート;アリル(メタ)アクリレート;グリシジル(メタ)アクリレートやグリシジルビニルエーテルなどのグリシジルビニル単量体;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のジビニル単量体などが挙げられる。前記ビニル単量体は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、架橋ゴム粒子を不飽和エステル系樹脂組成物中全体に1次粒子の状態で分散させるには、前期ビニル単量体100重量%中に、少なくともアルキル(メタ)アクリレート、及びアリル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の単量体を少なくとも75重量%以上を含有させる。
【0042】
本発明では、例えば、スチレン0〜20質量%、メチルメタクリレート75〜100質量%、アリル(メタ)アクリレート0〜20重量%、及びグリシジルメタクリレート0〜15質量%を組み合わせたシェル重合体形成用単量体(100重量%)の重合体であるシェル重合体とすることが好ましい。これにより、所望の靱性改良効果と機械特性をバランス良く実現することができる。特に、アリルメタクリレートを構成成分として含ませることでマトリクッス樹脂との界面接着が向上すると考えられ好ましい。
【0043】
架橋ゴム粒子は、ゴムが架橋されているので、溶媒不溶分を含んでいる。架橋ゴム粒子の中の溶媒不溶物の量(即ち、ゴムに関するゲル分率)は、過剰量のメチルエチルケトン(MEK)にサンプルを室温で24時間浸した後、1万2000rpmで1時間遠心分離することで可溶分を溶媒と共に除去し、残留したMEK不溶物の質量を測定したときの、投入サンプル質量に対する残留サンプル質量の割合として質量%で表される。本発明で用いる架橋ゴム粒子中の溶媒不溶分量は、優れた性能バランスを得る観点から、80〜100質量%とすることが好ましく、90〜100質量%がより好ましい。
【0044】
本発明で用いる架橋ゴム粒子の数平均粒径は、20〜600nmであり、効果的な靱性改良の観点から、50〜400nmであることが好ましい。なお、架橋ゴム粒子の数平均粒径は、マイクロトラックUPA150(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
【0045】
硬化物の靱性を効果的に改良し、表面状態を良好にし、弾性率の低下を抑えるなどの観点から、本発明の架橋ゴム粒子は、不飽和エステル系樹脂組成物中に一次粒子の状態で分散していることが好ましい。本明細書において「一次粒子の状態」とは、一次粒子径20〜600nmの架橋ゴム粒子が、(凝集することなく)不飽和エステル系樹脂塑性物全体に満遍なく分散している状態をいう。
【0046】
(配合割合)
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、不飽和エステル系樹脂60〜99質量部と、エポキシ樹脂0.5〜20質量部と、を含み、さらに、架橋ゴム粒子0.1〜20質量部を含むことを要する。靱性と機械特性のバランスの観点から、不飽和エステル系樹脂76〜97質量部と、エポキシ樹脂2〜16質量部と、架橋ゴム粒子1〜8質量部を含む、不飽和エステル系樹脂組成物であることが好ましい。
【0047】
すなわち、本発明の樹脂組成物は、その組成物(架橋ゴム粒子とエポキシ樹脂と不飽和エステル系樹脂の合計)を100質量%とした時に、架橋ゴム粒子0.1〜20質量%と、エポキシ樹脂0.5〜20質量%と、不飽和エステル系樹脂(硬化性不飽和エステル化合物とエチレン性不飽和単量体との混合物)60〜99.4質量%を含む。
【0048】
[不飽和エステル系樹脂組成物の製造方法]
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、表面状態が良好で、弾性率は低下せず、靱性が大幅に向上した不飽和エステル系硬化物を得るために、架橋ゴム粒子が一次粒子の状態で分散していることがより好ましい。かかる状態の不飽和エステル系樹脂組成物の製造方法について、以下説明する。
【0049】
(不飽和エステル系硬化性組成物の製造方法)
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物は、架橋ゴム粒子とエポキシ樹脂とを混合して、架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂を得る工程と、該架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂と、不飽和エステル系樹脂とを混合する工程とを経て製造することが好ましい。これにより、混合物(樹脂組成物)から気泡を抜きやすく、さらに架橋ゴム粒子が不飽和エステル系樹脂塑性物全体に凝集なく1次粒子の状態で分散し、硬化物の靱性について大きな改良効果を得ることができる。
【0050】
架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂は、従来技術(例えば、米国特許第4,778,851号)に記載されている方法を用いて得ることもできるが、本発明の架橋ゴム粒子をエポキシ樹脂中に、一次粒子の状態で分散させる観点から、また、工業生産できる程度に高速かつ安価に架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂を製造する観点から、下記の工程を経ることが好ましい。すなわち、特定の有機溶媒を含む架橋ゴム粒子緩凝集体を得る第1工程と、この緩凝集体にエポキシ樹脂を添加して架橋ゴム粒子分散エポキシ樹脂を得る第2工程と、この架橋ゴム粒子分散エポキシ樹脂から前記特定の有機溶媒を除去する第3工程とを含んで調製するのである。
【0051】
前記第1工程では、詳細には、架橋ゴム粒子が水媒体中に分散されてなる水媒体分散液を原料とする。この原料を20℃における水に対する溶解度が5質量%以上40質量%以下の特定の有機溶媒(好ましくはMEK)と混合した後、凝固剤(好ましくは硫酸ナトリウム水溶液)、及び過剰の水を添加混合して、架橋ゴム粒子を有機溶媒相に抽出し、次いで架橋ゴム粒子を含まない水相を分離、除去する。この様にして、緩凝集した架橋ゴム粒子を含む有機溶媒相が得られ、これを架橋ゴム粒子緩凝集体と称する。本発明では、得られた架橋ゴム粒子緩凝集体について、繰り返しこの第1工程を実施してもよい。これにより、架橋ゴム粒子に含まれる不純物(水溶性不純物)を除去できる。
【0052】
[不飽和エステル系硬化物の製造方法]
本発明の不飽和エステル系硬化物は、本発明の不飽和エステル系樹脂組成物に、さらにラジカル開始剤を添加して硬化させることによって製造できる。その際、ラジカル開始剤の添加量は、不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に対し0.1質量部〜5質量部(より好ましくは0.5〜3質量部)とする。本製造方法で用いるラジカル開始剤は、その添加量が少ないため、専ら不飽和エステル系樹脂の硬化剤として作用していると考えられる。
【0053】
本発明の不飽和エステル系樹脂組成物の硬化方法としては、特に限定されるものではなく、熱硬化性樹脂組成物の成型方法として一般に使用される方法、例えば、インフュージョン法、レジントランスファーモールディング(RTM)法、プルトルージョン法、ハンドレイアップ法、スプレーレイアップ法、及びキャスティング法等の成型方法で、成型しながら硬化させる方法が挙げられる。その際、繊維や織物等の複合化材を複合化しながら硬化すれば、より高い弾性率を有する硬化物を得ることができる。
【0054】
硬化条件は、使用するラジカル開始剤等の多くの要因を考慮して設定され、例えば、本発明の不飽和エステル系樹脂組成物や、その複合化物を型内に導入し、20℃〜200℃の温度範囲と、0.5〜250psiの圧力範囲とから適宜設定される加熱、及び加圧下で硬化すればよい。
【0055】
(ラジカル開始剤)
本発明で用いるラジカル開始剤は、不飽和エステル系樹脂の硬化剤であり、この樹脂中の炭素−炭素不飽和二重結合の架橋反応の開始剤であり、必要に応じて、硬化促進剤や助触媒と共に使用される。
【0056】
このようなラジカル開始剤としては、過酸化ベンゾイル、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、過酸化ラウロイル、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトン過酸化物、t−ブチルパーベンゾエートなどの有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物が挙げられる。より効果的に不飽和エステル系樹脂を硬化させる観点から、過酸化ベンゾイル、クメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、メチルエチルケトン過酸化物よりなる群から選択される1種以上が好ましく、より好ましくはクメンハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイドである。
【0057】
硬化促進剤は、ラジカル開始剤の分解反応(ラジカル生成反応)の触媒として作用する添加剤であり、ナフテン酸やオクテン酸の金属塩(コバルト塩、錫塩、鉛塩など)が挙げられ、靱性や外観を良好にする観点から、ナフテン酸コバルトが好ましい。硬化促進剤を添加する場合には、急激に硬化反応が起らないようにするため、反応直前に(例えば、本発明の不飽和エステル系樹脂組成物を型内に導入した後に)本発明の不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に対して、0.1〜1質量部を添加することが好ましい。
【0058】
助触媒は、ラジカル開始剤が低温でも分解するようにして、ラジカル発生を低温で起こさせるための添加剤であり、N,N−ジメチルアニリン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等のアミン系化合物が挙げられるが、効率的な反応が可能なことからN,N−ジメチルアニリンが好ましい。助触媒を添加する場合には、本発明の不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に対して0.01〜0.5質量部、または、ラジカル開始剤100質量部に対して1〜15質量部の範囲で添加することが好ましい。アミン系化合物は、エポキシ樹脂の硬化剤でもあるが、上記アミン系化合物は3級アミンであり活性水素がないため、これだけではエポキシ硬化剤として不十分である。そこで、通常1級アミンや2級アミンの硬化剤と併用して使用される。このため、本発明において上記アミン系化合物を添加する場合があっても、その目的は、あくまでラジカル開始剤の助触媒としての作用を期待したものである。
【0059】
[不飽和エステル系硬化物]
上記方法で製造された本発明の不飽和エステル系硬化物は、架橋ゴム粒子が硬化物中に一次粒子の状態で分散している。そして、この硬化物は、エポキシ樹脂が滲み出し難く、破壊靭性を含む優れた機械特性を有する。
【実施例】
【0060】
以下、実施例および比較例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記及び後記の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更して実施することが可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお下記実施例および比較例において「部」、「%」とあるのは、それぞれ質量部、質量%を意味する。
【0061】
評価方法
先ず、実施例および比較例によって製造した樹脂組成物や硬化物の評価方法について、以下説明する。
【0062】
(ラテックスの固形分)
反応後に得たラテックスのサンプルを、熱風乾燥機中で120℃、1時間乾燥し、乾燥後の残量に基づき、固形分を測定した。
【0063】
(溶媒不溶成分量(ゲル分率))
ラテックス5gを60mlのメタノールに投入した。得られた沈殿物を遠心分離した後、50℃で3時間乾燥した。こうして得られたサンプルを、メチルエチルケトンに24時間浸漬した後、1万2000rpmで1時間遠心分離し、サンプル中のメチルエチルケトン不溶物の質量分率を計算した。
【0064】
(破壊靱性)
破壊靭性G1cを、ASTM D−5045に準拠して、ノッチを施した1/4インチのバーを用いて、23℃で測定した。
【0065】
(曲げ弾性率)
曲げ弾性率を、ASTM D−790に準拠して、1/4インチのバーを使用して23℃で測定した。
【0066】
(作製例1:架橋ゴム粒子の作製)
ゴムラテックス1300g、及び純水440gを、3リットルのガラス反応器に仕込み、この混合物を、窒素を導入下、攪拌しながら70℃まで加熱した。このゴムラテックスは、平均粒径0.1μmのポリブタジエン粒子480g、及びこのポリブタジエンを100質量%として、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.5質量%を含む。そこに、アゾイソブチロニトリル1.2gを加えた後、スチレン6g、メチルメタクリレート108g、及びグリシジルメタクリレート6gの混合物を、3時間かけて添加した。その後、更に2時間攪拌して、ゴム粒子ラテックス(ラテックス(A))を得た。ラテックス(A)の固形分は32%であった。また、ラテックス(A)のゲル分率は98%であり、これは、ゴム粒子が架橋していることを示す。
【0067】
(作製例2:エポキシ樹脂中にラテックス(A)が分散した分散物の作製)
メチルエチルケトン(MEK)340gを1リットルの槽に仕込み、作製例1で得たラテックス(A)273gを25℃で加えた。よく混合した後に、純水126gを添加し、攪拌しながら硫酸ナトリウム5質量%水溶液30gを添加した。攪拌を中止したところ、水相とMEK相とに分離した。水相を除去し、残ったMEK相にMEK90gを添加した後、攪拌しながら純水302gを添加し、さらに、硫酸ナトリウム5質量%水溶液30gを添加した。攪拌を中止したところ、水相とMEK相とに分離した。水相を除去し、残ったMEK相と、エポキシ樹脂としてビスフェノールA型エポキシ樹脂(Epon828:Hexion Specialty Chemicals社製)204gを混合した。この混合物から、回転式の蒸発装置で、MEKを除去した。このようにして、ビスフェノールA型エポキシ樹脂にラテックス(A)が分散した分散物(分散物(B))を得た。この分散物(B)100質量%は、70質量%のエポキシ樹脂、及び30質量%の架橋ゴム粒子からなる。
【0068】
ゴム粒子の分散の程度を調べる為に、この分散物にピペリジンを添加して120℃で16時間硬化させた。得られた硬化物の外観は透明であった。このことから、架橋ゴム粒子がエポキシ樹脂中に完全に一次分散していることが判る。
【0069】
(実施例1)
分散物(B)を、不飽和エステル系樹脂としてビスフェノールA型エポキシビニルエステル樹脂(DERAKANE411−350、アシュランド社製)と、室温で混合して、不飽和エステル系樹脂組成物を得た。このDERAKANE411−350は、エチレン性不飽和単量体としてスチレンと、硬化性不飽和エステル化合物としてビスフェノールA型エポキシ及びメタクリル酸の反応生成物とを含む。さらに、硬化促進剤としてナフテン酸コバルト(CoN)、及びラジカル開始剤としてクメンハイドロパーオキサイド(CHP)をこの不飽和エステル系樹脂組成物に添加した。添加量を表1に示す。得られた混合物を縦型の鋳型に注ぎ、約12cm×12cm×0.5cmの板状に成形した。24℃で24時間硬化した後、120℃で2時間、後硬化することで、テストパネルを作製した。各試験方法に適した試験片を、このテストパネル数片から切り取り、破壊靱性と曲げ弾性率を測定した。試験結果を表1に示す。
【0070】
また、テストパネルを電子顕微鏡で観察した(図1)。図1において架橋ゴム粒子はOsO4にて染色している。本発明の不飽和エステル系硬化物は、硬化物中に、架橋ゴム粒子が均一に分散(一次粒子の状態で分散)していることが判る。
【0071】
(比較例1)
分散物(B)を使用せずに、ビスフェノールA型エポキシビニルエステル樹脂のみを、実施例1と同じ方法で硬化して、試験片を得た。試験片の試験結果を表1に示す。
【0072】
(比較例2)
分散物(B)の代わりに、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(Epon828:Hexion Specialty Chemicals社製)を加えて、実施例1と同じ方法で硬化して、試験片を得た。試験片の試験結果を表1に示す。
【表1】

【0073】
この結果から、本発明の硬化物は、靱性、及び弾性率が改良されていることが判る。
【0074】
(実施例2)
分散物(B)を、不飽和エステル系樹脂としてウレタン変性ビニルエステル樹脂(DION 9800―05A、Reichhold社製)と、室温で混合して、不飽和エステル系樹脂組成物を得た。このDION 9800―05Aは、エチレン性不飽和単量体としてスチレン、及び硬化性不飽和エステル化合物としてウレタン変性ビニルエステル樹脂を含む。さらに、ラジカル開始剤として過酸化ベンゾイル(BPO)をこの不飽和エステル系樹脂組成物に添加した。添加量を表2に示す。得られた混合物を縦型の鋳型に注ぎ、約12cm×12cm×0.5cmの板状に成形した。60℃で17時間硬化した後、120℃で2時間、後硬化することで、テストパネルを作製した。各試験方法に適した試験片を、このテストパネル数片から切り取り、破壊靱性と曲げ弾性率を測定した。試験結果を表2に示す。
【0075】
(比較例3)
分散物(B)を使用せずに、ウレタン変性ビニルエステル樹脂のみを、実施例2と同じ方法で硬化して、試験片を得た。試験片の試験結果を表2に示す。
【0076】
【表2】

【0077】
この結果から、本発明の硬化物は靱性、及び弾性率が改良されていることが判る。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
不飽和エステル系樹脂60〜99質量部と、
エポキシ樹脂0.5〜20質量部と、
ブタジエンゴム、ブタジエン−スチレンゴム、ブタジエンブチルアクリレートゴム、ブチルアクリレートゴム、及びオルガノシロキサンゴムよりなる群から選択される1種以上のゴムポリマーの存在下、アルキル(メタ)アクリレート、及びアリル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる1種以上の単量体を少なくとも75重量%以上を含むビニル単量体(100重量%)を重合して得られる、数平均粒径20〜600nmの架橋ゴム粒子0.1〜20質量部と、
を含み、前記架橋ゴム粒子が前記不飽和エステル系樹脂組成物全体に1次粒子の状態で分散していることを特徴とする不飽和エステル系樹脂組成物。
【請求項2】
前記不飽和エステル系樹脂が、硬化性不飽和エステル化合物51〜80質量%と、エチレン性不飽和単量体20〜49質量%とから構成される請求項1に記載の不飽和エステル系樹脂組成物。
【請求項3】
前記架橋ゴム粒子と前記エポキシ樹脂とを混合して、架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂を得る工程、及び
該架橋ゴム粒子含有エポキシ樹脂と、前記不飽和エステル系樹脂とを混合する工程を含むことを特徴とする、請求項1、又は2に記載の不飽和エステル系樹脂組成物の製造方法。
【請求項4】
請求項3に記載の製造方法で得られた不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に対し、ラジカル開始剤0.1〜5質量部を添加して硬化する工程を含むことを特徴とする不飽和エステル系硬化物の製造方法。
【請求項5】
請求項1、又は2に記載の不飽和エステル系樹脂組成物100質量部に、ラジカル開始剤0.1〜5質量部を添加し、これを硬化させて得られることを特徴とする不飽和エステル系硬化物。
【請求項6】
前記架橋ゴム粒子が一次粒子の状態で分散している請求項5に記載の不飽和エステル系硬化物。

【図1】
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【公開番号】特開2011−140574(P2011−140574A)
【公開日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−2274(P2010−2274)
【出願日】平成22年1月7日(2010.1.7)
【出願人】(000000941)株式会社カネカ (3,932)
【Fターム(参考)】