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特許7053859散乱効率および機械的特性が改善された光散乱ポリマー組成物
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-04
(45)【発行日】2022-04-12
(54)【発明の名称】散乱効率および機械的特性が改善された光散乱ポリマー組成物
(51)【国際特許分類】
   C08L 101/00 20060101AFI20220405BHJP
   C08L 33/08 20060101ALI20220405BHJP
   C08L 83/04 20060101ALI20220405BHJP
【FI】
C08L101/00
C08L33/08
C08L83/04
【請求項の数】 12
(21)【出願番号】P 2020542287
(86)(22)【出願日】2019-01-31
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-05-13
(86)【国際出願番号】 EP2019052325
(87)【国際公開番号】W WO2019149799
(87)【国際公開日】2019-08-08
【審査請求日】2021-08-06
(31)【優先権主張番号】62/626,618
(32)【優先日】2018-02-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】18159341.9
(32)【優先日】2018-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】319013746
【氏名又は名称】レーム・ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】Roehm GmbH
【住所又は居所原語表記】Deutsche-Telekom-Allee 9, 64295 Darmstadt, Germany
(73)【特許権者】
【識別番号】513245819
【氏名又は名称】レーム アメリカ エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】Roehm America LLC
【住所又は居所原語表記】299 Jefferson Road, Parsippany, NJ 07054-0677, United States of America
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス=ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ルネ コーグラー
(72)【発明者】
【氏名】マイケル パジャーブ
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー スペイン
(72)【発明者】
【氏名】ウアズラ ゴルヒャート
(72)【発明者】
【氏名】ラルフ リヒター
(72)【発明者】
【氏名】エアンスト ベッカー
(72)【発明者】
【氏名】シュテファン ナウ
【審査官】櫛引 智子
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-214669(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08L
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリマー組成物であって、
前記ポリマー組成物の重量を基準として、90.0重量%~99.9重量%の、実質的に透明であり、かつ1.35~1.65の屈折率nDmを有する、ポリマーマトリックス材料;
前記ポリマー組成物の重量を基準として、0.05重量%~5.0重量%の、前記ポリマーマトリックス材料中に均一に分散されているポリブチルアクリレート系散乱粒子である複数の第1の散乱粒子であって、前記第1の散乱粒子は、5.0μm~20.0μmの平均粒径dを有し、かつ屈折率nD1を有する実質的に球状の架橋ポリマー粒子であり、
前記屈折率nD1は、前記屈折率nDmよりも低く、かつ前記屈折率nD1と前記屈折率nDmとの間の絶対差が0.04以上である、複数の第1の散乱粒子
記ポリマーマトリックス材料中に均一に分散されている前記第1の散乱粒子とは化学的に異なる複数の第2の散乱粒子であって、前記第2の散乱粒子は、1.0μm~50.0μmの平均粒径dを有し、かつ屈折率nD2を有する実質的に球状の架橋ポリマー粒子であり、
前記屈折率nD2と前記屈折率nDmとの間の絶対差が0.005~0.1である、複数の第2の散乱粒子
を含み、
ここで、前記屈折率nDm、nD1、およびnD2は、23℃で589nmのNa D線で測定され、
前記第2の散乱粒子が、架橋ポリシロキサンを含み、前記ポリマー組成物が、前記ポリマー組成物の重量を基準として、0.07重量%~3.0重量%の前記第2の散乱粒子を含み、かつ
前記第1の散乱粒子および前記第2の散乱粒子の平均粒径は、体積平均d50値であり、かつレーザー回折測定のための規格ISO 13320-1(2009)に準拠して測定される、
ポリマー組成物。
【請求項2】
前記屈折率nD1と前記屈折率nDmとの間の絶対差が、0.05~0.16である、請求項1記載のポリマー組成物。
【請求項3】
前記屈折率nD2と前記屈折率nDmとの間の絶対差が、0.01~0.1である、請求項1または2記載のポリマー組成物。
【請求項4】
前記屈折率nD1と前記屈折率nD2との間の絶対差が、0.001~0.15である、請求項1から3までのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項5】
前記ポリマーマトリックス材料が、ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリルアルキルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンならびにそれらのコポリマーおよび/または混合物から選択される、請求項1から4までのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項6】
前記ポリマーマトリックス材料が、コポリマーの重量を基準として、80.0重量%~100.0重量%のメチルメタクリレート単位および0.0重量%~20.0重量%のC1~C10-アルキルアクリレート単位を含むコポリマーであるポリアルキル(メタ)アクリレートである、請求項1から4までのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項7】
規格DIN 5036(1980)に準拠して2.0mmの厚さを有する試験片を用いて測定された前記ポリマー組成物の半値角が、少なくとも5°である、請求項1からまでのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項8】
規格ISO 17223(2014)(透過率、光学ジオメトリ0:di、CIE標準光源D65、カラーシステムX101010)で規定されているように、2.0mmの厚さを有する試験片を用いて測定された前記ポリマー組成物の黄色度指数Y.I.が、5.0以下である、請求項1からまでのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項9】
前記ポリマー組成物の透過率(D65)が、規格ISO 13468-2に準拠して2.0mmの厚さを有する試験片上で測定されて、少なくとも50%である、請求項1からまでのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項10】
前記ポリマー組成物の散乱の影響が、少なくとも5.0°であり、前記散乱の影響が、光透過率T D65と半値角との積として定義される、請求項1からまでのいずれか1項記載のポリマー組成物。
【請求項11】
請求項1から10までのいずれか1項記載のポリマー組成物を含む、光散乱物品。
【請求項12】
押出、射出成形およびキャスト成形から選択される工程段階を含む、請求項1から10までのいずれか1項記載のポリマー組成物からの請求項11記載の光散乱物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
発明の属する技術分野
本発明は、散乱効率および機械的特性が改善された光散乱ポリマー組成物に関する。該組成物は、ポリマーマトリックス材料と、その中に分散されている少なくとも2つの異なる種類の散乱粒子とを含む。
【0002】
本発明のさらなる態様は、本発明のポリマー組成物の熱可塑性成形によって得られる光散乱成形品に関する。
【0003】
最後に、本発明のさらなる態様は、本発明のポリマー組成物を使用して光散乱成形品を製造する方法に関する。
【0004】
従来技術
光拡散要素は、照明器具の保護カバー、プロジェクションテレビのスクリーン、面発光装置などの用途で広く使用されている。近年、液晶表示装置の表示品質の向上や視野角特性の向上のためにも光拡散素子が用いられている。
【0005】
通常、光拡散要素は、その中に均一に分散されている透明なマトリックス材料および散乱粒子を含む。散乱粒子として通常、使用される材料は、しばしば、従来の無機乳白剤、例えばBaSOまたはTiOを含む。残念ながら、これらの材料は、かなりの量の入射光を後方散乱しやすいため、低い発光効率を有する。
【0006】
ここ数十年の間に、散乱用途では、いわゆる散乱ビーズの使用が一般的になった。散乱ビーズは、通常、屈折率がマトリックスの屈折率とは異なる架橋ポリマー材料である。これらの散乱ビーズの利点は、成形組成物の高レベルの前方散乱であり、したがって、高い発光効率である。光散乱ポリマー組成物におけるこの好ましい前方散乱の程度を特徴付けるために、ポリマー組成物の透過率ならびに散乱ビーズを含む成形品の半値角が、通常、測定されている。ポリマー組成物の散乱効率を特徴付けるさらなる重要なパラメータは、光透過率T(D65)と半値角βとの積として定義される散乱の影響である。
【0007】
通常、散乱ビーズの散乱効果は、散乱ビーズのサイズが小さいほど大きくなる。このため、通常、より小さな散乱ビーズを使用することにより、散乱ポリマー組成物中の散乱ビーズの量を減らすことができる。散乱ビーズの量がこのように減少することで、コストが削減され、資源が節約される。しかしながら、特に1.0μm未満の平均粒子径を有する散乱ビーズが使用される場合、小さな散乱ビーズの使用により、ポリマー組成物の知覚される黄色さは、著しく増加する。
【0008】
一方、十分な散乱効率を得るためには、20μmを上回る平均粒子径を有する散乱ビーズを、比較的多量で使用する必要がある。しかしながら、このような多量の散乱ビーズの存在は、いくつかの理由で場合により不利になる。ポリメチルメタクリレート(PMMA)マトリックス中の大量の「硬い」散乱ビーズは、得られる組成物の機械的特性、特に耐衝撃性および弾性率に不利な影響を与えることが知られている。さらに、特に射出成形による、得られるポリマー組成物の熱可塑性加工は、散乱粒子が材料全体の溶融粘度を著しく増加させるため、より困難になる。このことは、組成物の使用中、特に射出成形による複雑な成形品の製造中に、様々な欠陥の形成につながり得る。
【0009】
最終的に、光散乱物品は、とりわけ低反射表面をもたらすことができ、さらに散乱物品の散乱効率を高めるのに役立つテクスチャ表面を有するように設計されることが多いことに留意されたい。
【0010】
このような光散乱物品の表面構造は、それらの製造方法に強く依存する。例えば、押出によって製造された光散乱物品は、物品の表面に非常に近接して配置された大きな散乱ビーズの存在により形成された構造化表面を有し得る。換言すれば、散乱ビーズは、物品の表面から突き出し得る。
【0011】
光散乱物品が射出成形によって製造される場合、構造化表面の形成はより困難になり、追加の添加剤および/または構造化ツールの存在が必要になり得ることが多い。
【0012】
さらに、ライトカバーは、屋外条件にさらされることが多いので、日射および湿度に対する十分な耐性が必要であることにも留意されたい。二酸化チタンなどの無機散乱粒子の存在は、太陽光線に曝されると散乱粒子が光触媒として作用し、それによって大気中の酸素および湿度から反応性の高いラジカルを生成するため、ポリマーマトリックス材料の劣化につながり得ることが多い。さらに、散乱ビーズの一部の材料は、太陽光UV放射に対して限られた長期安定性しかないので、屋外条件下での使用には適していない。
【0013】
結果として、多くの光散乱材料は、屋外条件下では黄変することが多く、審美的な観点から非常に不利になる。この望ましくない黄変を隠すために、いわゆる青味剤が、添加剤として使用されることが多い。しかしながら、青味剤は、可視光も吸収するので、材料の光透過率(D65)が低下する。
【0014】
特許出願の欧州特許出願公開第1022115号明細書には、テクスチャ表面およびつや消しの外観を有するポリマー粒子が記載されている。これらの物品は、ポリマーマトリックスと、10~110μmの粒径を有する実質的に球状の高度に架橋されたポリマー粒子とを含む。上記ポリマー粒子は、妥当な散乱効果を達成するために、通常、20重量%までの量で使用される必要がある。これは、少なくとも経済的な観点からは不利である。
【0015】
国際公開第2016/137919号には、LED照明用途で使用するための光散乱カバーが記載されている。これらのカバーは、透明なポリマーマトリックス中に分散されている一次有機散乱粒子を含む。国際公開第2016/137919号では、一次有機散乱粒子の使用は、所望の散乱効果を提供するのに十分ではないことが認められている。かかる状況において、この出願では、無機二次散乱粒子の追加の使用が示唆されている。残念ながら、このアプローチは、無機二次散乱粒子によって引き起こされる後方散乱のために、結果として生じる散乱被覆の透過率の低下につながる。さらに、対応する光散乱カバーは、長期の屋外での使用には適していない。
【0016】
米国特許出願公開第2006/240200号明細書には、LCD用途のための光散乱シート、ならびにその製造方法および使用が記載されている。光散乱シートは、以下のものを含む:
ポリメチルメタクリレートマトリックスを含む少なくとも1つの光散乱ポリメチルメタクリレート層;さらに
(A)光散乱ポリメチルメタクリレート層の重量を基準として、0.5~59.5重量%の無機球状散乱粒子であって、メジアンサイズが0.1~40μmの範囲にあり、屈折率がポリメチルメタクリレートマトリックスの屈折率と0.02~0.2の範囲の値で異なる、無機球状散乱粒子、および
(B)光散乱ポリメチルメタクリレート層の重量を基準として、0.5~59.5重量%の有機球状粒子であって、メジアンサイズが10~150μmの範囲にあり、屈折率がポリメチルメタクリレートマトリックスの屈折率と0~0.2の範囲の値で異なる、有機球状粒子。同様に、無機散乱粒子を使用すると、光透過率が低下するため、不利である。
【0017】
国際公開第2018/158145号には、0.05重量%~2重量%の1μm~10μmの重量平均粒子径を有するポリマーシリコーン粒子と、5重量%~20重量%の30μm~100μmの重量平均粒子径を有するポリマー(メタ)アクリル粒子とを含む(メタ)アクリルポリマー組成物が教示されている。これらのポリマー組成物は、興味深い光学特性を有するが、中程度の耐衝撃性しかないことが知られている。
【0018】
発明の対象
引用された従来技術に照らして、本発明によって対処される技術的課題は、以下の技術的特徴の組み合わせを有する光散乱ポリマー組成物の提供であった:
・ 高い透過率と組み合わせた高い光散乱効果;
・ 低い総含有量の散乱粒子;
・ 優れた機械的特性、特に高い耐衝撃性(例えば、シャルピー衝撃強度)および弾性率;
・ 低い黄色度指数;および
・ 高い耐候性。
【0019】
本発明によって対処されるさらなる技術的課題は、上記の特徴を有する光散乱物品の提供、ならびにかかる光散乱物品の製造方法の提供である。
【0020】
発明の概要
本発明は、5.0μm~20.0μmの平均粒径dを有するポリブチルアクリレート系散乱粒子を、第1の散乱粒子と化学的に異なりかつ1.0μm~50.0μmの平均粒径dを有する第2の散乱粒子と組み合わせて使用すると、それらの屈折率を適切に調整する際に、強力な相乗効果が得られるという驚くべき発見に基づいている。特に、上記の粒子の組み合わせを含む成形組成物の散乱効果は、両方の種類の粒子のいずれかを含む成形組成物の散乱効果よりも著しく強い。さらに、より一層重要なことに、得られる成形組成物は、所与の散乱効果と組み合わせて、1種類の散乱粒子だけを使用しては達成できない優れた光透過率を有する。
【0021】
本発明のポリマー組成物における散乱粒子の総量は、いずれかの種類の粒子を含む、比較的低い黄色度指数(Y.I.)を有するポリマー組成物における散乱粒子の総量よりも有意に低い。これは、経済的な観点から有利であるだけでなく、得られるポリマー組成物の優れた機械的特性、特に高い耐衝撃性(例えば、シャルピー衝撃強度)および弾性率ももたらす。
【0022】
最終的に、本発明者らは、本発明の散乱ポリマー組成物が、優れた耐候性を有し、かつ車両のバックライト、街路灯などの屋外用途に有利に使用され得ることを見出した。
【0023】
本発明の散乱ポリマー組成物は、以下のものを含む:
ポリマー組成物の重量を基準として、90.0重量%~99.9重量%の、実質的に透明であり、かつ1.35~1.65の屈折率nDmを有する、ポリマーマトリックス材料;
ポリマー組成物の重量を基準として、0.05重量%~5.0重量%、好ましくは0.5重量%~5.0重量%、より好ましくは1.0重量%~4.0重量%の、ポリマーマトリックス材料中に均一に分散されているポリブチルアクリレート系散乱粒子である複数の第1の散乱粒子であって、該第1の散乱粒子は、5.0μm~20.0μmの平均粒径dを有し、かつ屈折率nD1を有する実質的に球状の架橋ポリマー粒子であり、屈折率nD1は、屈折率nDmよりも低く、かつ屈折率nD1と屈折率nDmとの間の絶対差が0.04以上である、複数の第1の散乱粒子;
ポリマー組成物の重量を基準として、0.05重量%~5.0重量%の、ポリマーマトリックス材料中に均一に分散されている第1の散乱粒子とは化学的に異なる複数の第2の散乱粒子であって、該第2の散乱粒子は、1.0μm~50.0μmの平均粒径dを有し、かつ屈折率nD2を有する実質的に球状の架橋ポリマー粒子であり、屈折率nD2と屈折率nDmとの間の絶対差が0.005~0.1である、複数の第2の散乱粒子。
【0024】
そのさらなる態様では、本発明は、上記で特定されたポリマー組成物を含む光散乱物品に関する。
【0025】
最終的に、本発明のさらなる態様は、ポリマー組成物から光散乱物品を製造するための方法であって、押出、射出成形およびキャスト成形から選択される工程段階を含む、方法に関する。
【0026】
好ましい実施形態の詳細な説明
ポリマーマトリックス材料
本発明の特に好ましい実施形態では、実質的に透明なポリマーマトリックス材料は、架橋されておらず、したがって熱可塑性を有する。この実施形態では、本発明のポリマー組成物は、押出および射出成形で使用され得る。したがって、この実施形態では、本発明のポリマー組成物は、成形組成物である。
【0027】
本出願で使用される「実質的に透明」という用語は、規格ISO 13468-2(2006)に準拠して厚さ2.0mmのサンプル上で測定された、少なくとも50%、好ましくは少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、さらにより好ましくは少なくとも80%、特に好ましくは少なくとも90%の透過率(D65)を有する材料を指す。
【0028】
本発明で使用するポリマーマトリックス材料は、原則として、屈折率nDmが1.35~1.65の範囲にあるものであれば、特に制限されない。例えば、ポリマーマトリックス材料は、ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アクリルメチルイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン-コポリマー、シクロオレフィン-ポリマー、シクロオレフィン-コポリマーまたはそれらの混合物から選択され得る。特に好ましい実施形態では、ポリマーマトリックス材料は、ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリ(メタ)アクリルアルキルイミド、およびコモノマーとしてスチレンおよび/または無水マレイン酸を含むコポリアルキル(メタ)アクリレートならびにそれらの混合物から選択される。
【0029】
ポリアルキル(メタ)アクリレートは、単独で、または異なるポリアルキル(メタ)アクリレートの混合物として使用され得る。さらに、ポリアルキル(メタ)アクリレートは、コポリマーであることもでき、ポリアルキル(メタ)アクリレート単位以外の繰り返し単位を含むことができる。その例には、スチレンおよび/または不飽和酸無水物、例えば無水マレイン酸またはメタクリル酸などの不飽和酸から誘導される単位が含まれる。
【0030】
本明細書で使用される「(メタ)アクリレート」という用語は、メタクリレート、例えばメチルメタクリレート、エチルメタクリレート等だけでなく、アクリレート、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート等も指し、さらにこれらの繰り返し単位から構成される混合物も指す。
【0031】
本発明の目的のために、C1~C18-アルキル(メタ)アクリレート、有利にはC1~C10-アルキル(メタ)アクリレート、特にC1~C4-アルキル(メタ)アクリレートポリマーのホモポリマーおよびコポリマーが特に好ましい。適切な場合、これらは、それとは異なる繰り返し単位も含み得る。
【0032】
ポリマーマトリックス材料は、有利には、コポリマーの重量を基準として、80.0重量%~100.0重量%、特に90.0重量%~99.9重量%、より好ましくは95.0重量%~99.8重量%のC1~C10アルキルメタクリレートを含有するコポリマーから選択される。
【0033】
好ましいC1~C10-アルキルメタクリレートは、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、ヘプチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、イソオクチルメタクリレート、およびエチルヘキシルメタクリレート、ノニルメタクリレート、デシルメタクリレート、さらにシクロアルキルメタクリレート、例えばシクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルメタクリレートまたはエチルシクロヘキシルメタクリレートを包含する。主要な繰り返し単位としてメチルメタクリレートを使用することが特に好ましい。
【0034】
好ましいC1~C10-アルキルアクリレートは、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、およびエチルヘキシルアクリレート、さらにシクロアルキルアクリレート、例えばシクロヘキシルアクリレート、イソボルニルアクリレートまたはエチルシクロヘキシルアクリレートを包含する。
【0035】
非常に特に好ましいコポリマーは、コポリマーの重量を基準として、80.0重量%~100.0重量%、好ましくは90.0重量%~99.9重量%、より好ましくは95.0重量%~99.8重量%のメチルメタクリレート単位および0.0重量%~20.0重量%、好ましくは0.1重量%~10.0重量%、より好ましくは0.2重量%~5.0重量%のC1~C10-アルキルアクリレート単位を包含し、メチルアクリレート単位、エチルアクリレート単位および/またはブチルアクリレート単位が特に好ましい。対応するコポリマーは、Evonik performance Materials GmbHからPLEXIGLAS(登録商標)の商標で市販されている。
【0036】
さらに別の特に好ましい実施形態では、コポリマーは、以下の組成:
コポリマーの重量を基準として、70.0~95.0重量%のメチルメタクリレート;
コポリマーの重量を基準として0.5~15.0重量%の無水マレイン酸;および
コポリマーの重量を基準として、0.0~25.0重量%の、スチレンが最も好ましいが、ビニル官能基以外の官能基を有していないビニル-共重合性モノマー
を有する。
【0037】
ポリアルキル(メタ)アクリレートは、フリーラジカル重合プロセス、特にバルク重合、溶液重合、懸濁重合および乳化重合プロセスによって製造される。これらの目的に特に適した開始剤は、特に、アゾ化合物、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)または2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、レドックス系、例えば、第三級アミンと、過酸化物との組み合わせ、あるいは二硫酸ナトリウムと、カリウム、ナトリウムもしくはアンモニウムの過硫酸塩との組み合わせ、または好ましくはそれらの過酸化物との組み合わせ(これに関連して、例えば、H. Rauch-Puntigam, Th. Voelker, “Acryl- und Methacrylverbindungen” [Acrylic and methacrylic compounds], Springer, Heidelberg, 1967, またはKirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, pages 386 ff, J. Wiley, New York, 1978を参照のこと)を包含する。特に適切な過酸化物重合開始剤の例は、ジラウロイルペルオキシド、tert-ブチルペルオクトエート、tert-ブチルペリソノナノエート、ジシクロヘキシルペルオキソジカーボネート、ジベンゾイルペルオキシドおよび2,2-ビス(tert-ブチルペルオキシ)ブタンである。また、重合反応の過程で、また様々な重合温度でのフリーラジカルの一定の流れを維持するために、半減期の異なる各種重合開始剤の混合物(例は、ジラウロイルペルオキシドや2,2-ビス(tert-ブチルペルオキシ)ブタンである)を用いて重合反応を行うことも可能であり、好ましい。重合開始剤の使用量は、一般に、モノマー混合物を基準として、0.01重量%~2.0重量%である。重合反応は、連続的またはバッチ式で実行され得る。
【0038】
ポリマーまたはコポリマーの鎖長は、分子量調節剤(特に例は、この目的のために知られているメルカプタン、例えば、n-ブチルメルカプタン、n-ドデシルメルカプタン、2-メルカプトエタノールまたは2-エチルヘキシルチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラチオグリコレートである)の存在下でモノマーまたはモノマー混合物を重合することによって調節することができ;分子量調整剤の使用量は、一般的に、モノマーまたはモノマー混合物を基準として、0.05重量%~5.0重量%、好ましくは0.1重量%~2.0重量%、特に好ましくは0.2重量%~1.0重量%である(H. Rauch-Puntigam, Th. Voelker, “Acryl- und Methacrylverbindungen” [Acrylic and methacrylic compounds], Springer, Heidelberg, 1967; Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of organic chemistry], Vol. XIV/1, page 66, Georg Thieme, Heidelberg, 1961, またはKirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, pages 296 ff, J. Wiley, New York, 1978を参照のこと)。n-ドデシルメルカプタンは、分子量調節剤として特に好ましく使用される。
【0039】
好ましくは、ポリマーマトリックス材料として使用するためのポリアルキル(メタ)アクリレートは、架橋されていない。
【0040】
ポリマーマトリックス材料は、さらに、その特性を改変するために他のポリマーを含み得る。これらの中でも、特に、ポリアクリロニトリル、コモノマーとしてスチレンおよび/または無水マレイン酸を含むコ-ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネートおよびポリ塩化ビニルである。これらのポリマーは、個別にまたは混合物の形で使用することができ、上記のポリマーから誘導可能なコポリマーを使用することも可能である。
【0041】
ポリマーマトリックス材料として使用されるべきホモポリマーおよび/またはコポリマーの重量平均モル質量Mwは、広い範囲内で変化してもよく、モル質量は、通常、意図された用途およびポリマー組成物の意図された処理モードに合わせて調整される。しかしながら、これは一般に20,000~1,000,000g/モル、好ましくは50,000~500,000g/モル、特に好ましくは80,000~300,000g/モルの範囲である。
【0042】
散乱粒子
第1および第2の散乱粒子は、好ましくは、ポリマー組成物のポリマーマトリックス材料内で均一な分布を有し、粒子の顕著な凝集または凝塊はない。均一な分布とは、ポリマー材料マトリックス内の第1および第2の散乱粒子の濃度が実質的に一定であることを意味する。
【0043】
ポリマー材料マトリックスと散乱粒子との混合によるポリマー組成物の生成は、好ましくは、意図する結果の制限なしに、単軸または二軸スクリュー押出機を用いて溶融物中で混合することにより行われる。
【0044】
第1の散乱粒子および第2の散乱粒子は、実質的に球状である。本明細書で使用される「実質的に球状」という用語は、アスペクト比、すなわち散乱粒子の最大寸法と最小寸法との比が4以下、好ましくは2以下であることを示し、これらの各寸法は、粒子の重心を介して測定されている。好ましくは、散乱粒子の数を基準として、粒子の少なくとも70%、特に好ましくは少なくとも90%は、実質的に球状である。
【0045】
屈折率nDm、nD1、およびnD2は、規格ISO 489(1999)に指定されているように、23℃で589nmのNa D線で測定されている。当業者によって容易に理解されるように、ポリマーマトリックス材料の屈折率nDmは、規格ISO 489(1999)の手順Aを使用して有利に測定されているが、第1の散乱粒子の屈折率nD1および第2の散乱粒子の屈折率nD2は、規格ISO 489(1999)の手順Bを使用して有利に測定されている。
【0046】
理論に縛られることを望まないが、発明者らは、2つの異なる種類の散乱粒子の存在から生じる相乗効果が、屈折率nD1と屈折率nDmとの間の絶対差が0.04を下回らない、好ましくは0.05~0.16、好ましくは0.05~0.10である場合に特に強くなることを見出した。特に、屈折率nD1と屈折率nDmとの間の絶対差が0.04よりも低いか、または0.16よりも高い場合、散乱ポリマー組成物の散乱の影響はより低くなると思われる。
【0047】
好ましい一実施形態では、第2の散乱粒子nD2の屈折率は、ポリマーマトリックス材料nDmの屈折率よりも高い。重合体組成物の特に強い散乱効果を達成するために、第2の散乱粒子の屈折率nD2とポリマーマトリックス材料の屈折率nDmとの間の絶対差は、好ましくは0.005~0.1、好ましくは0.01~0.09、より好ましくは0.02~0.06となるように調整されるべきである。特に、第2の散乱粒子の屈折率nD2とポリマーマトリックス材料の屈折率nDmとの間の絶対差が0.005未満であった場合、ポリマー組成物の散乱挙動に対する第2の散乱粒子の寄与はかなり低くなるであろう。このことから、十分な散乱効果を確実にするためには、第2の散乱粒子がより多量にポリマー組成物中に存在することが必要となるであろう。
【0048】
さらに好ましい実施形態では、第2の散乱粒子nD2の屈折率は、ポリマーマトリックス材料の屈折率nDMよりも低い。成形組成物の特に強い散乱効果を達成するために、第2の散乱粒子の屈折率nD2とポリマーマトリックス材料の屈折率nDMとの間の絶対差は、理想的には0.01~0.15、好ましくは0.01~0.09、より好ましくは0.02~0.09となるように調整されるべきである。特に、第2の散乱粒子の屈折率nD2とポリマーマトリックス材料の屈折率nDMとの間の絶対差が0.01未満であった場合、成形組成物の散乱挙動への第2の散乱粒子の寄与はかなり低いだろう。このことから、十分な散乱効果を確実にするためには、第2の散乱粒子がより多量に成形組成物中に存在することが必要となるであろう。
【0049】
さらに、屈折率nD1と屈折率nD2との間の絶対差が0.15~0.001、好ましくは0.15~0.007になるように、第1の散乱粒子、第2の散乱粒子、およびポリマーマトリックス材料の材料を選択することが有利であることが示された。このことは、得られる散乱ポリマー組成物の特に有利な光学特性をもたらす。
【0050】
第1の散乱粒子の平均粒径(平均直径-重量平均)は、5.0~20.0μmの範囲、好ましくは7.0~15.0μmの範囲、さらにより好ましくは8.0~12.0μmの範囲にある。
【0051】
第1の散乱粒子ならびに第2の散乱粒子は、サイズ分布の最大の狭さを有利に有する。少なくとも5.0μmのサイズは、好ましくは、ポリマー組成物内の少なくとも60%の第1の散乱粒子によって保持され、20.0μmを上回るサイズは、好ましくは最大で30%の第1の散乱粒子によって保持される。
【0052】
いわゆる体積平均d50値として示される、第1の散乱粒子および第2の散乱粒子の平均粒径(すなわち、粒子の50体積パーセントは、指定された平均粒径未満の粒径を有する)は、レーザー回折測定のための規格ISO 13320-1(2009)に準拠して測定され得る。通常、散乱粒子のサイズは、それぞれの場合に、ベックマンコールターLS 13 320レーザー回折粒径アナライザー、トルネードドライパウダーシステムを使用する、レーザー光散乱(室温、23℃)によって乾燥粉末の形で測定される。測定は、マニュアルに記載されているように実行される。コンピュータ支援分析モデルには、Mieが使用される。
【0053】
第1の散乱粒子は、通常、架橋ポリブチルアクリレート系の散乱粒子である。上記粒子は、上記粒子の重量を基準として、少なくとも70重量%、好ましくは少なくとも80重量%のポリブチルアクリレートを含む。通常、上記粒子は、上記粒子の重量を基準として、少なくとも70重量%、好ましくは少なくとも80重量%、最も好ましくは少なくとも85重量%のポリブチルアクリレートを含む。対応する散乱粒子は、当業者に知られており、通常、懸濁重合プロセスによって調製される。
【0054】
球状ポリマー粒子(ビーズ)での使用に適した架橋モノマーは、当業者に周知であり、かつ一般に、存在するモノマーと共重合可能であり、かつほぼ等しいまたは異なる反応性を有する少なくとも2つ以上の不飽和ビニル基を有するモノマー、例えばジビニルベンゼン、グリコールジおよびトリメタクリレートおよびアクリレート、エチレングリコールジメチルアクリレート、アリルメタクリレート、ジアリルマレエート、アリルアクリルオキシプロピオネート、ブチレングリコールジアクリレート等である。好ましい架橋剤は、エチレングリコールジメタクリレート、ジビニルベンゼン、およびアリルメタクリレートである。アリルメタクリレートが最も好ましい。
【0055】
架橋プラスチック粒子の製造は、当業者に知られている。例えば、散乱粒子は、例えば欧州特許出願公開第342283号明細書または欧州特許出願公開第269324号明細書に記載されているような乳化重合により、非常に特に好ましくは例えば独国特許出願第4327464号明細書に記載されているような有機相重合により製造され得る。最後に述べた重合技術により、特に狭い粒径分布、換言すれば、平均粒子径からの粒子直径の特に小さな偏差が得られる。
【0056】
本明細書で使用される「架橋された」という用語は、散乱粒子の材料がテトラヒドロフランまたは塩化メチレンなどの強力な有機溶媒にまったく溶解できないことを意味する。一定時間後の有機溶媒の粒径変化を測定する膨潤率測定は、通常、架橋の程度を求めるための試験方法である。膨潤率が低く、MDC/THF溶媒に溶解しない画分、および粒子の完全性の保持は、高度に架橋されたアクリルポリマーの兆候である。
【0057】
第1の散乱粒子の例は、Kaneka Belgium BV(ウェスターロ、ベルギー)から市販されているKane Ace(商標)MP90、Kane Ace(商標)MP91等の艶消し剤および光拡散剤を含むが、これらに限定されない。
【0058】
一実施形態では、第2の散乱粒子は、架橋ポリシロキサンおよび/または架橋ポリ(メタ)アクリレートから選択される材料を包含し得る。ポリシロキサンで構成され、かつ特に好ましくは本発明で使用される散乱剤は、商品名TOSPEARL(登録商標)120およびTOSPEARL(登録商標)3120、TSR 9000でMomentive Performance Materials(レバークーゼン、独国)から市販されている。これらの粒子は、架橋ポリシロキサン(ポリメチルシルセスキオキサン)である。
【0059】
第2の散乱粒子が、架橋ポリシロキサンを含む場合、ポリマー組成物は、通常、ポリマー組成物の重量を基準として、0.07重量%~3.0重量%、好ましくは0.09重量%~1.5重量%、より好ましくは0.1重量%~1.0重量%の第2の散乱粒子を含む。
【0060】
さらに好ましい実施形態では、第2の散乱粒子は、以下の組成:
60重量%~80重量%、好ましくは65重量%~75重量%のアルキル(メタ)アクリレート
39.9重量%~19.9重量%、好ましくは34.5重量%~24.5重量%のスチレン
0.1重量%~3.0重量%、好ましくは0.5重量%~1.5重量%の架橋性モノマー
を有する。
【0061】
この実施形態では、第2の散乱粒子の平均粒径(平均直径-重量平均)は、15.0μm~50.0μmの範囲、好ましくは45.0μm~30.0μmの範囲、さらにより好ましくは45.0μm~35.0μmの範囲にある。
【0062】
第2の散乱粒子が、架橋ポリアルキル(メタ)アクリレート、例えば架橋ポリアルキルアクリレートを含む場合、ポリマー組成物は、通常、ポリマー組成物の重量を基準として、0.5重量%~5.0重量%、好ましくは1.0重量%~5.0重量%、より好ましくは2.0重量%~5.0重量%の第1の散乱粒子を含む。
【0063】
第2の散乱粒子は、好ましくは以下を含む:
a2)25~99.9重量部の、置換基として芳香族基を有するモノマー、例えばスチレン、α-メチルスチレン、環置換スチレン、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2-フェニルエチル(メタ)アクリレート、3-フェニルプロピル(メタ)アクリレートまたはビニルベンゾエート;
b2)0~74.9重量部の、脂肪族エステル基中に1~12個の炭素原子を有するアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステル、これらはモノマーa2)と共重合可能であり、本明細書では、例として以下のものを挙げることができる:メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、シクロ-ヘキシル(メタ)アクリレート、3,3,5-トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレートまたはイソボルニル(メタ)アクリレート;および
c2)0.1~15重量部の、a2)および必要に応じてb2)とフリーラジカル経路により共重合可能な少なくとも2つの不飽和基を有する、架橋コモノマー、例は、ジビニルベンゼン、グリコールジ(メタ)アクリレート、1、4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、ジアリルスクシネート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートまたはトリメチロールプロパントリ-(メタ)アクリレート、ここで、コモノマーa2)、b2)およびc2)の量は、合計で100重量部になる。
【0064】
本発明のポリマー組成物は、任意のタイプの従来の添加剤をさらに含み得る。これらには、帯電防止剤、酸化防止剤、離型剤、難燃剤、潤滑剤、染料、流動性向上剤、充填剤、光安定剤、および有機リン化合物、例えばホスファイトまたはホスホネート、顔料、耐候安定剤および可塑剤またはそれらの混合物が含まれる。
【0065】
ポリマー組成物の特性
上記のポリマー組成物は、射出成形または押出などの既知の成形プロセスを使用して、防護照明器具等の光散乱物品の製造に有利に使用され得る。
【0066】
本発明のポリマー組成物は、比較的少ない総量の散乱粒子を含むため、ポリマー組成物の機械的特性、特に耐衝撃性および弾性率は、未修飾(すなわち、ニート)ポリマーマトリックス材料の特性に実質的に対応する。
【0067】
通常、本発明の散乱ポリマー組成物のシャルピー衝撃強度は、少なくとも20kJ/m、より好ましくは少なくとも25kJ/mである。シャルピー衝撃強度は、試験規格:ISO 179-1(2010)、エッジワイズ(シャルピー衝撃強度:ISO 179-1/1eU(2010)、ノッチ付きシャルピー衝撃強度:ISO 179-1/1eA(2010))に準拠して有利に決定される。
【0068】
本発明のポリマー組成物は、通常、少なくとも2000MPa、より好ましくは少なくとも2500MPa、さらにより好ましくは少なくとも3000MPaの弾性率を有する。当業者によって容易に理解されるように、弾性率の決定は、試験規格ISO 527-2(2012)に準拠して行われるべきである。
【0069】
本発明の散乱ポリマー組成物は、2.0mmの厚さを有する試験片を用いて測定されて、5.0以下、好ましくは4.0以下、より好ましくは3.5以下の驚くほど低い黄色度指数Y.I.を有する。黄色度指数は、規格ISO 17223(2014(E))(透過率、光学ジオメトリ0:di、CIE標準光源D65、カラーシステムX101010)に準拠してAgilent Cary 5000分光光度計などの機器を使用して決定され得る。
【0070】
光散乱成形の特に好ましい実施形態では、2.0mmの厚さを有する試験片を用いてISO 13468-2(2006)に準拠して測定されて、≧72%、好ましくは≧76%の透過率T、ISO 17223(2014(E))に準拠して≦5.0、好ましくは≦4.0の黄色度指数(Y.I.)、および≧5.0°、好ましくは≧8.0°の半値角βが示されるが、本明細書では一切の制限を示唆するものではない。上記の各規格の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0071】
ISO 13468-2に準拠した透過率T、ISO 17223(2014(E))に準拠した黄色度指数(Y.I.)、および半値角βを決定するために、ポリマー組成物は、通常、射出成形されて寸法60×45×2.0mmの試験片が得られる。
【0072】
第1の散乱粒子および第2の散乱粒子の相乗効果により、2.0mmの厚さを有する試験片を用いて測定されたポリマー組成物の半値角βは、少なくとも5.0°、好ましくは少なくとも8.0°、より好ましくは少なくとも10.0°の高さである。半値角は、GO-T-1500LMTゴニオメーター試験ユニットを使用して、規格DIN 5036(1978)に準拠して決定され得る。
【0073】
当業者には容易に理解されるように、透過率T(D65)と半値角βとの積は、光散乱ポリマー組成物を特徴付けるための特に重要なパラメータである。このパラメータは、「散乱の影響」ηとして知られている。高い散乱の影響η=Tβは、ポリマー組成物が可視光線の優れた透過率と高い半値角βとの組み合わせを有することを示す。2.0mmの厚さを有する試験片を用いて測定されたポリマー組成物の散乱の影響は、少なくとも5.0°、より好ましくは少なくとも10.0°であることが好ましい。注目すべきことに、本発明のポリマー組成物は、これらの要件に適合する。
【0074】
最後に、本発明のポリマー組成物は、湿気の影響下での高い耐候性および光学品質の安定性を特徴とする。耐候性試験は、規格ISO 4892-2(2013(E))、第3表、方法A、サイクル1、相対湿度65%に沿って行われ得る。
【0075】
規格ISO 4892-2(2013(E)、方法A、サイクル1、脚注c)に準拠した加速実験室耐候性試験は、以下の条件下で実行され得る:
総曝露時間:2500時間
2500時間後の放射曝露:0.54GJ/m
放射照度:60±2W/m(広帯域300nm~400nm)
温度:チャンバー38±3℃、黒標準65±3℃
湿度:65±10%RH
乾燥102分、水スプレー18分
【0076】
これらの条件下での試験後、規格ISO 17223(2014)(透過率、光学ジオメトリ0:di、CIE標準光源D65、カラーシステムX101010)で規定されている黄色度指数Y.I.は、5.0以下、好ましくは3.5以下であり、ここで試験片の厚さは、2.0mmである。
【0077】
上記にかかわらず、本出願ではさらに、以下の実施形態{1}~{15}が開示されている:
{1}ポリマー組成物であって、
ポリマー組成物の重量を基準として、90.0重量%~99.45重量%の、実質的に透明であり、かつ1.35~1.65の屈折率nDmを有するポリマーマトリックス材料;
ポリマー組成物の重量を基準として、0.05重量%~5.0重量%の、ポリマーマトリックス材料中に均一に分散されている複数の第1の散乱粒子であって、該第1の散乱粒子は、1.0μm~10.0μmの平均粒径dを有し、かつ屈折率nD1を有する実質的に球状の架橋ポリマー粒子であり、
ここで、屈折率nD1は、屈折率nDmより低く、屈折率nD1と屈折率nDmとの間の絶対差は、0.04以上である、複数の第1の散乱粒子;
ポリマー組成物の重量を基準として、0.5重量%~5.0重量%の、ポリマーマトリックス材料中に均一に分散されている複数の第2の散乱粒子であって、該第2の散乱粒子は、15.0μm~50.0μmの平均粒径dを有し、かつ屈折率nD2を有する実質的に球状の架橋ポリマー粒子であり、
ここで、屈折率nD2と屈折率nDmとの間の絶対差は、0.005~0.1である、複数の第2の散乱粒子
を含み、
ここで、屈折率nDm、nD1、およびnD2は、20℃で589nmのNa D線で測定される、ポリマー組成物。
{2}屈折率nD1と屈折率nDmとの間の絶対差が、0.05~0.16、好ましくは0.05~0.10である、{1}記載のポリマー組成物。
{3}屈折率nD2が、屈折率nDmよりも高く、屈折率nD2と屈折率nDmとの間の絶対差が、0.01~0.08、好ましくは0.01~0.07、より好ましくは0.01~0.06である、{1}または{2}記載のポリマー組成物。
{4}屈折率nD1と屈折率nD2との間の絶対差が、0.3~0.05、好ましくは0.2~0.07である、{1}から{3}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{5}ポリマーマトリックス材料が、ポリアルキル(メタ)アクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリルアルキルイミド、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンならびにそれらのコポリマーおよび/または混合物から選択される、{1}から{4}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{6}ポリマーマトリックス材料が、コポリマーの重量を基準として、80.0重量%~100.0重量%、好ましくは90.0重量%~99.9重量%、より好ましくは95.0重量%~99.8重量%のメチルメタクリレート単位および0.0重量%~20.0重量%、好ましくは0.1重量%~10.0重量%、より好ましくは0.2重量%~5.0重量%のC1~C10-アルキルアクリレート単位を含むコポリマーであるポリアルキル(メタ)アクリレートである、{1}から{4}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{7}第1の散乱粒子が、架橋ポリシロキサンを含み、ポリマー組成物が、ポリマー組成物の重量を基準として、0.07重量%~3.0重量%、好ましくは0.09重量%~1.5重量%、より好ましくは0.1重量%~1.0重量%の第1の散乱粒子を含む、{1}から{6}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{8}第1の散乱粒子が、架橋ポリアルキル(メタ)アクリレート、好ましくは架橋ポリアルキルアクリレートを含み、ポリマー組成物が、ポリマー組成物の重量を基準として、0.5重量%~5.0重量%、好ましくは1.0重量%~5.0重量%、より好ましくは2.0重量%~5.0重量%の第1の散乱粒子を含む、{1}から{6}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{9}第2の散乱粒子が、架橋ポリアルキル(メタ)アクリレートおよびポリスチレンのうち少なくとも1つを含み、ポリマー組成物が、ポリマー組成物の重量を基準として、0.5重量%~5.0重量%、好ましくは1.0重量%~5.0重量%、より好ましくは2.0重量%~5.0重量%の第2の散乱粒子を含む、{1}から{8}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{10}2.0mmの厚さを有する試験片を用いて測定されたポリマー組成物の半値角が、少なくとも5°、好ましくは少なくとも8°、より好ましくは少なくとも10°である、{1}から{9}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{12}ポリマー組成物の透過率(D65)が、2.0mmの厚さを有する試験片上で規格ISO 13468-2に準拠して測定されて、少なくとも50%、好ましくは少なくとも55%、より好ましくは少なくとも60%である、{1}から{11}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{13}ポリマー組成物の散乱の影響が、少なくとも5.0°、好ましくは少なくとも10.0°である、{1}から{12}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物。
{14}{1}から{13}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物を含む、光散乱物品。
{15}押出、射出成形およびキャスト成形から選択される工程段階を含む、{1}から{12}までのいずれか1つに記載のポリマー組成物からの{14}に記載の光散乱物品の製造方法。
【0078】
以下の例は、本発明を詳細に例示するが、決して限定することを意図するものではない。
【0079】

ポリマー組成物の試験
試験片を、ブレンドされたポリマー組成物から射出成形により製造した。適切な試験片を、以下の方法で試験した:
衝撃強度:シャルピー衝撃強度:ISO 179-1/1eU(2010)、
ノッチ付きシャルピー衝撃強度:ISO 179-1/1eA(2010)、
装置:振り子衝撃試験機(PSW)HIT25P、Zwick Roell AG(ウルム、独国)から入手可能
弾性率および引張弾性率:試験規格ISO 527-2/1A/5(2012)に準拠した弾性率および引張弾性率。試験片タイプ1A、試験速度1mm/分。装置:Zwick Roell AG(ウルム、独国)から入手可能な、万能試験機(UPM)Z030、
光沢:DIN EN ISO 2813(2015)に準拠して測定された光沢。光沢の測定を、Byk GardnerマイクロTRI光沢計を使用して行った。
表面粗さ:DIN EN ISO 4287(2010)に準拠した粗さ変数R、RおよびRmax。カットオフ:R値<2μmを、0.8mmのカットオフで決定し、Rが2μmより大きい場合、使用されるカットオフは、2.5mmである。粗さ測定を、Rank Taylor Hobson GmbHによって製造されたForm Talysurf 50を使用して行った。
半値角:LMT社からのGO T 1500LMTゴニオメーター試験ユニットを使用して、規格DIN 5036(1980)に準拠して決定。
透過率:Agilent Cary 5000分光光度計を使用し、DIN EN ISO 13468-2(2006)に準拠して、光透過率(D65)を測定した。
黄色度指数Y.I:Agilent Cary 5000分光光度計を使用し、CIE標準光源D65およびカラーシステムX101010について規格ISO 17223(2014(E))で規定されているようにY.I.(D65/10°)を決定した。
【0080】
耐候性試験を、以下のパラメータで行った:
・ 装置:Xenotest Beta LM/1
・ フィルター:Xenochrome 300フィルターシステム、日光(ISO 4892-2)
・ 放射照度:60W/m(300~400nm)
・ 2500時間後の放射曝露:0.54GJ/m(300~400nm)
・ 温度:チャンバー38±3℃、黒標準65±3℃
・ 湿度:65±10%RH
・ 102分の乾燥、18分の水スプレー。
【0081】
ポリマーマトリックス材料
ポリマー材料(PMMA)を、98.92重量%のメチルメタクリレート、1.00重量%のメチルアクリレート、0.04重量%のジラウロイルペルオキシドおよび0.04重量%のn-ドデシルメルカプタンを混合することによって調製し、反応混合物を60℃に36時間、加熱する。重合物を、ポリマーミルを用いて粉砕し、さらにユニットを脱気して押出機で処理した。得られたポリマー材料の重量平均分子量Mwは、標準としてPMMAを使用し、溶離剤としてTHFを使用したGPCによって決定して、約100,000g/モルであった。
【0082】
散乱粒子A(本発明)
散乱粒子A(第2の散乱粒子)として、TSR9000粒子を使用した。TSR9000粒子は、狭い粒径分布および2.2μmの平均粒子径を有する球状シロキサン粒子の混合物である。屈折率nD1は、1.42である。TSR9000は、Momentive Performance Materials(レバークーゼン、独国)から市販されている。
【0083】
散乱粒子B(本発明)
散乱粒子B(第1の散乱粒子)として、9.0μmの平均粒子径および1.43の屈折率nD1を有するポリアクリレートベースの粒子KaneAce(商標)MP91を使用した。KaneAce(商標)MP91は、Kaneka Belgium BV(ウェスターロ、ベルギー)から市販されている。
【0084】
散乱粒子C(本発明)
散乱粒子C(第2の散乱粒子)として、特許出願の国際公開第2005/022245号(第27頁)に記載されている粒子B2)を使用した。これらの散乱粒子は、40.5μmの平均粒子径および1.53の屈折率nD2を有するポリメタクリレートベースの粒子である。
【0085】
散乱粒子D(比較)
散乱粒子D(第2の散乱粒子)は、積水化学株式会社(日本)から市販されているポリスチレンベースの粒子であるTechpolymer(登録商標)SBX-8である。Techpolymer(登録商標)SBX-8は、8.0μmの平均粒子径および1.59の屈折率nD1を有する。
【0086】
ポリマー組成物のブレンド
例1、2、9および10(本発明の例)ならびに例3~7、11および12(比較例)の散乱ポリマー組成物を、上記のポリマーマトリックス材料およびそれぞれの散乱粒子を使用して押出機によって調製した。
【0087】
この目的のために、ポリマーマトリックス材料のビーズを、散乱粒子と混合し、タンブルミキサーでドライブレンドした。得られたドライブレンドを、Oe30 Stork押出機(処理温度250℃)を使用して均質化し、造粒した。均質な散乱ポリマー組成物を得るために、ブレンドを、押出機を通して2回処理した。
【0088】
例1、2、9および10(本発明の例)ならびに例3~7、11および12(比較例)の散乱ポリマー組成物の成分を、第1表に列挙する。
【0089】
本出願の比較例3および4は、国際公開第2018/019965号の教示を例示し、本出願の比較例8は、文献の国際公開第2016/137919号の例2に実質的に対応する。
【表1】
【0090】
続いて、得られたポリマー組成物を、異なる壁厚:1mm、2mmおよび3mmの3つの正方形のセグメントを有するプラーク(140×40mm)に射出成形した。この目的のために、Arburg GmbH&Co KG(ロースブルク、独国)から市販されている射出成形機Allrounder 320Cを使用した。射出成形温度は、240℃~265℃であった。
【0091】
射出成形中の処理パラメータは、試験したすべてのポリマー組成物で同一であり、これを以下の第2表にまとめる:
【表2】
【0092】
シャルピー衝撃強度(ノッチ付き、ノッチなし)用のバーおよび引張強度評価試験用のバーを、バッテンフェルト350CD射出成形機(Battenfeld Cincinnati Extrusion Holding GmbH、バートオインハウゼン、独国から入手可能)を使用してDIN EN ISO294に準拠して射出成形した。
【0093】
シャルピー衝撃強度評価試験用のバーは、以下の形状:80×10×4mmを有し、
引張強度評価試験用のバーは、以下の形状:170×20/10×4mm、ダンベル型を有していた。
【0094】
射出成形中の処理パラメータは、試験したすべてのポリマー組成物で同一であり、これを以下の第3表にまとめる:
【表3】
【0095】
押出
単層プレートを、Dr.Collin(Dr.Collin GmbH、エーバースベルク、独国)からの押出ラインを使用して製造した。脱気押出機を使用したため、別の工程段階での顆粒の予備乾燥は不要であった。押出中の溶融物温度は、約255℃であり、溶融物圧力は、約40バールであり、スクリュー速度は、70分-1であった。
【0096】
ロール速度は、0.750m/分であり、ロール温度は、95℃~120℃の間に保たれた。得られた板状試験片は、2.0mmの均一な厚さを有していた。
【0097】
例1、2、9および10(本発明の例)ならびに例3~7、11および12(比較例)の散乱ポリマー組成物の光学的および機械的特性の評価。
試験したすべての成形組成物の光学特性を評価するために、異なる壁厚の3つの正方形のセグメントを有する射出成形プラーク(140×40mm)を使用した。
【0098】
シャルピー衝撃強度および弾性率の測定を、上記のようにバーを用いて行った。最後に、表面粗さRzおよび光沢(60°)の評価のために、押出試験片を使用した。
【0099】
得られた結果を第4表にまとめる。
【表4】
a 2.0mmの厚さで、異なる壁厚:1mm、2mmおよび3mmの3つの正方形のセグメントを有する射出成形プラーク(140×40mm)で測定;
b 散乱の影響η=Tβを、次の式に従って計算した:η=(Tβ)/100%
c 以下の条件:総曝露時間:2500時間;放射曝露:0.54GJ/m;放射照度:60±2W/mの下で、規格DIN EN ISO 4892-2(2013)に準拠した加速実験室耐候性試験後、2.0mmの厚さで異なる壁厚:1mm、2mmおよび3mmの3つの正方形のセグメントを有する射出成形プラーク(140×40mm)で測定;
d 以下の寸法の射出成形標準試験片で測定:170×20/10×4mm、ダンベル型;
e 2.0mmの厚さを有する押出試験片を用いて測定;
f 以下の条件:総曝露時間:1000時間;放射曝露:0.216GJ/m;放射照度:60±2W/mの下で、規格DIN EN ISO 4892-2(2013)に準拠した加速実験室耐候性試験後、2.0mmの厚さで異なる壁厚:1mm、2mmおよび3mmの3つの正方形のセグメントを有する射出成形プラーク(140×40mm)で測定。
【0100】
第1表から分かるように、例1、2、9および10(本発明の例)の散乱ポリマー組成物は、散乱ポリマー組成物の重量を基準として、合計で7重量%未満の散乱粒子を含む。これらのポリマー組成物は、優れた機械的特性、特に、約31kJ/m以上のシャルピー耐衝撃性を有する。これは、シャルピー耐衝撃性が20kJ/mを超えない、例3~7、11(比較例)の散乱ポリマー組成物とは対照的である。
【0101】
第1の散乱粒子(粒子B)と第2の散乱粒子(粒子AまたはC)との組み合わせが存在するために、これらのポリマー組成物は、約14.5°またはそれ以上の半値角βを有する。これは、高い散乱効率、すなわち、高い半値角は、大量の散乱粒子を使用することでしか達成できず、したがって、このことがポリマー組成物の機械的特性に悪影響を及ぼす従来技術の光散乱ポリマー組成物とは対照的である。
【0102】
散乱の影響η=Tβは、ポリマー組成物の散乱効率を特徴付ける重要なパラメータである。散乱の影響が大きいほど、ポリマー組成物における望ましくない光損失は少なくなる。重要なことには、例1、2、9および10(本発明の例)のポリマー組成物の散乱の影響は、13.0°またはそれ以上の高さである。
【0103】
従来技術の散乱成形組成物(例えば、国際公開第2016/137919号を参照)とは対照的に、規格ISO 17223(2014)で規定されている例1、2、9および10(本発明の例)のポリマー組成物の黄色度指数Y.I.は、3.5を超えない。したがって、本発明の組成物における青味剤などの添加剤の使用は、不要である。
【0104】
比較例5の組成物は、第2の散乱粒子(散乱粒子C)が存在しないという点で例4の組成物と異なる。このため、このポリマー組成物の半値角、すなわち、その散乱効率は、本発明の組成物の場合よりも著しく低い。
【0105】
比較例6の組成物は、第2の散乱粒子(散乱粒子A)が存在しないという点で例4の組成物と異なる。再び、このポリマー組成物の半値角、すなわち、その散乱効率は、本発明のポリマー組成物の場合よりも著しく低い。
【0106】
比較例7は、大量の第2の散乱粒子を含み、第1の散乱粒子を含まない従来技術の一般的な散乱ポリマー組成物を例示する。このポリマー組成物は、優れた光学特性を有するが、そのシャルピー衝撃強度は、中程度(16.0kJ/m)しかない。
【0107】
本出願の比較例8は、文献の国際公開第2016/137919号の例2に実質的に対応する。比較例8の組成物は、第1の散乱粒子の代わりにポリスチレンベースの散乱粒子SBX-8が使用されるという点で例1~4の組成物とは異なる。得られるポリマー組成物は、高い散乱の影響ηを有するが、その透過率Tは、70.22%と低い。さらに、このポリマー組成物は、7.2という不利に高い黄色度指数Y.I.および不良な耐候性を有する。
【0108】
比較例11および12の組成物は、第2の散乱粒子を欠いている。結果として、これらの組成物は、中程度の機械的特性、特に、わずか2900MPaの弾性率しか有していない。比較例12の黄色度Y.I.は、4.2と高かった。