JP7728230B2 - 板状成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]板状成形品の製造方法であり、
前記板状成形品は、ガラス転移温度Tgが115~150℃であり、引張り破壊ひずみが1.5%以上であるメタクリル系樹脂組成物を含み、
前記板状成形品の一方の主面(第1の主面)は複数の微細な凸形状を有し、他方の主面(第2の主面)は平面であり、
前記凸形状の高さaが0.5~600μmであり、前記凸形状の高さaに対する前記凸形状のピッチbの比率b/aは0.1~1.0であり、
前記第1の主面を形成する側の第1の金型と、前記第2の主面を形成する側の第2の金型とを用いて射出成形することを含み、前記第1の金型の最高温度をTmax1としたときに、前記第2の金型の温度を(Tmax1-65)℃~(Tmax1-50)℃とすることを特徴とする、板状成形品の製造方法。
[2]板状成形品の製造方法であり、
前記板状成形品は、ガラス転移温度Tgが115~150℃であり、引張り破壊ひずみが1.5%以上であるメタクリル系樹脂組成物を含み、
前記板状成形品の一方の主面(第1の主面)は複数の微細な凸形状を有し、他方の主面(第2の主面)は平面であり、
前記凸形状の高さaが0.5~600μmであり、前記凸形状の高さaに対する前記凸形状のピッチbの比率b/aは0.1~1.0であり、
前記第1の主面を形成する側の第1の金型と、前記第2の主面を形成する側の第2の金型とを用いて射出成形することを含み、前記第1の金型の最高温度をTmax1としたときに、前記第2の金型の最高温度Tmax2を(Tmax1-30)℃~(Tmax1-5)℃とし、前記第1の金型の最低温度をTmin1としたときに、前記第2の金型の最低温度Tmin2を(Tmin1+10)℃~(Tmin1+30)℃とすることを特徴とする、板状成形品の製造方法。
[3]前記第1の金型を加熱した後、冷却することにより、前記第1の金型の最高温度Tmax1を(Tg+15)℃~(Tg+40)℃とし、前記第1の金型の最低温度Tmin1を(Tg-75)℃~(Tg-45)℃とする、[1]又は[2]に記載の板状成形品の製造方法。
[4]前記メタクリル系樹脂組成物の溶融粘度が、270℃、1000sec-1で20~235Pa・secである、[1]~[3]のいずれかに記載の板状成形品の製造方法。
[5]前記第1の金型を加熱した後、冷却する際に、前記第1の金型の表面温度の昇温速度を1~10℃/secとし、降温速度を0.5~10℃/secとする、[1]~[4]のいずれかに記載の板状成形品の製造方法。
本実施形態の板状成形品の製造方法は、後述する板状成形品(以下、単に「成形品」ともいう。)の製造方法であり、板状成形品の第1の主面(複数の微細な凸形状を有する主面)を形成する側の第1の金型と、板状成形品の第2の主面(平面である主面)を形成する側の第2の金型とを用いて射出成形することを含み、第1の金型の最高温度をTmax1としたときに、第2の金型の温度を(Tmax1-65)℃~(Tmax1-50)℃とすることを特徴とする。
以下、本実施形態の板状成形品の製造方法における射出成形の詳細条件について記載する。
加熱した際の第1の金型の最高温度Tmax1は、微細な凸形状の転写性(成形性)を高めるため、(Tg+15)℃~(Tg+40)℃の温度範囲に制御することが好ましく、より好ましくは(Tg+15)℃~(Tg+35)℃、さらに好ましくは(Tg+20)℃~(Tg+35)℃である。(Tg+40)℃超の温度に設定しても転写性に変化はないが、離型性に悪影響がある傾向にある。また、(Tg+15)℃未満であると、転写性が低下する傾向にある。
冷却した際の第1の金型の最低温度Tmin1は、(Tg-75)℃~(Tg-45)℃の温度範囲に制御することが好ましく、より好ましくは(Tg-70)℃~(Tg-50)℃、さらに好ましくは(Tg-65)℃~(Tg-55)℃である。Tmin1を(Tg-75)℃未満の温度まで下げると、サイクルタイムが長くなる。また、(Tg-45)℃超であると、成形品の反り量が大きくなる傾向にある。
また、第1の金型の最低温度をTmin1としたときに、第2の金型の最低温度Tmin2を(Tmin1+10)℃~(Tmin1+30)℃とする。好ましくは(Tmin1+10)℃~(Tmin1+20)℃であり、より好ましくは(Tmin1+10)℃~(Tmin1+15)℃である。第2の金型の最低温度Tmin2を(Tmin1+10)未満の温度まで下げると、成形品の反り量が大きくなる傾向にある。また、(Tmin1+30)℃超であると、成形品の張り付きにより離型性が悪化する傾向にある。
加熱した際の第1の金型の最高温度Tmax1は、微細な凸形状の転写性(成形性)を高めるため、(Tg+15)℃~(Tg+40)℃の温度範囲に制御することが好ましく、より好ましくは(Tg+15)℃~(Tg+35)℃、さらに好ましくは(Tg+20)℃~(Tg+35)℃である。(Tg+40)℃超の温度に設定しても転写性に変化はないが、離型性に悪影響がある傾向にある。また、(Tg+15)℃未満であると、転写性が低下する傾向にある。
冷却した際の第1の金型の最低温度Tmin1は、(Tg-75)℃~(Tg-45)℃の温度範囲に制御することが好ましく、より好ましくは(Tg-70)℃~(Tg-50)℃、さらに好ましくは(Tg-65)℃~(Tg-55)℃である。Tmin1を(Tg-75)℃未満の温度まで下げると、サイクルタイムが長くなる。また、(Tg-45)℃超であると、成形品の反り量が大きくなる傾向にある。
また、本実施形態に於いて、金型の冷却方法は特に限定されず、いかなる方法でもよい。例えば、水、オイルの流路を金型内に配置し、水、オイルなどの媒体により冷却する方法などが挙げられる。
本実施形態に於いて温度制御は、一定の速度で昇降温させるほか、昇降温の速度を遅くする、または所定の温度で一定時間ホールドする等、成形品の状態を見ながら適宜設定することができる。凸形状の転写を良くするためには、樹脂が流動する温度(好ましくはガラス転移温度以上)での保持時間を長く保つことが好ましい。また、保持時間が短いとスキン層生成により複屈折が発現することから、これを抑制する観点に於いては、降温速度を遅くすることが好ましい。
本実施形態に於いて温度制御は、一定の速度で昇降温させるほか、昇降温の速度を遅くする、または所定の温度で一定時間ホールドする等、成形品の状態を見ながら適宜設定することができる。保持時間が短いとスキン層生成により複屈折が発現することから、これを抑制する観点に於いては、降温速度を遅くすることが好ましい。
本実施形態の板状成形品は、本実施形態の板状成形品の製造方法により製造され、ガラス転移温度Tgが115~150℃であり、引張り破壊ひずみが1.5%以上であるメタクリル系樹脂組成物を含み、一方の主面(第1の主面)は複数の微細な凸形状を有し、他方の主面(第2の主面)は平面であり、第1の主面において、凸形状の高さaが0.5~600μmであり、凸形状の高さaに対する凸形状のピッチbの比率b/aは0.1~1.0であることを特徴とする。
以下、本実施形態の板状成形品の形状等について詳述する。
これらの凸形状は、1種のみであっても、複数種の組み合わせであってもよいが、1種のみであることが好ましい。
図2は、微細な凸形状が三角錐形である本実施形態の板状成形品の一例を示す一部断面図である。また、図4は、微細な凸形状が四角錐台形である本実施形態の板状成形品の一例を示す一部断面図である。
凸形状は、直線状、曲線状、ドット状等に配置されていてもよい。また、凸形状は、第1の主面の全面に配置されていてもよく、第1の主面の一部のエリアのみに配置されていてもよい。例えば、図1(A)、図3(A)は、凸形状が第1の主面の一部のエリアのみに配置されている板状成形品の一例を、第1の主面側から見たときの平面図(上面図)である。
b/aは、5個以上の凸形状について高さ及びピッチを測定して得られた値の平均値である。よって、b/aが上記の範囲内にあれば、各凸形状の高さ及び各ピッチは、任意に変化してもよい。
凸形状の高さaは、0.5~600μmであり、50~600μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは200~600μm、さらに好ましくは300~600μmである。凸形状の高さaが上記範囲であると、本発明によって成形品の反りが効果的に低減する傾向にある。
また、凸形状のピッチbは、100~500μmの範囲であることが好ましく、より好ましくは150~350μm、さらに好ましくは180~300μmの範囲である。凸形状のピッチbが上記範囲であると、成形品の反りが効果的に低減する傾向にある。
なお、本明細書において、凸形状の高さとは、第1の主面における第2の主面に平行な平面部分を基準として測定した成形品の厚み方向の高さのうち、最も高い値を意味し、高さaは、5個以上の凸形状の高さの平均値とする。例えば、図2に示すように、凸形状が錐体である場合は、錐体の頂点までの高さを意味する。第1の主面において、第2の主面に平行な平面部分が存在しない場合の凸形状の高さは、成形品の平均厚みに対する凸形状の厚み方向高さのうち、最も高い値としてよい。
また、本明細書において、凸形状のピッチとは、凸形状を平面視した際に、隣接する2つの凸形状の中心間距離を意味し(図2、図4参照)、ピッチbは、5個以上の凸形状について測定したピッチの平均値とする。
凸形状の高さa及びピッチbは、光学顕微鏡、電子顕微鏡、デジタルマイクロスコープ等を用いて得られる観察画像から視覚的に測定することができ、具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる
なお、凸形状の上記平面視形状がラインパターンの場合はライン方向に直行する方向の幅の長さとし、それ以外の場合で上記平面視形状が円形以外の形状である場合は、その外接円の径を意味するものとする。凸形状の平面視形状の径は、光学顕微鏡、電子顕微鏡、デジタルマイクロスコープ等を用いて得られる観察画像から視覚的に測定することができる。
凸形状のサイズ(高さ及び平面視形状の径)は、全ての凸形状で同じであっても、異なっていてもよい。
微細凸形状を持つ第1の主面を上から観察した時の形状(平面視形状)として、例えば、三角形、正方形、長方形、平行四辺形、台形、五角形等の多角形、円形、楕円形、半円形、半楕円形、長円形(一対の平行な直線の両端を半円で連結した形状)、円環形等が挙げられる。多角形の場合、角部が丸みを帯びていてもよい。
また、第1の主面の微細凸形状を持つ部分の面積を100%とした時、裏側の第2の主面の平面部分の面積は、80%以上であればよく、各種製品への成形品の搭載を考慮し、第2の主面の一部に製品への接続用の凹凸部分を有しても構わない。該接続用の凹凸部分の形状は、特に限定されず、例えば、成形品外周付近に、製品への固定用として2~10mm大、高さ2~10mmの接続用の凹凸部分を付すことができる。
さらに、成形時の離型の観点から、成形品の外周部にエジェクターピンで突き出すための枠を設けても構わない。
成形品の各主面の大きさは、特に限定されず、目的に合わせて設定してよい。
なお、充填度は、凸形状の高さaと、凸形状を賦形するための第1の金型における凹形状の深さとから、下記の計算式により算出される値であり、4箇所での平均値とする。具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
(充填度)=(成形品の凸形状の高さa)/(金型の凹形状の深さ)
また、凸形状が形成された面を上面として凸形状が形成された領域を平面視した時の面積値の平方根を算出し(例えば、図1では賦形面領域が80mm角のため平方根は80mm)、得られた値に対する反り量が0.50%以下であれば、成形品の寸法精度として好ましい範囲であると判断できる。より好ましくは0.44%以下、さらに好ましくは0.38%以下である。
なお、反り量は、第1の主面を上面として金属定盤上に置き、成形品の外周を4点で均等に分割し、該4点(例えば、図1の15a~15d参照)で成形品と定盤との間にできる隙間を測定したときに、最も隙間の大きい場所での値であり、具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
なお、面内位相差は、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
本実施形態の板状成形品の製造方法で使用するメタクリル系樹脂組成物は、メタクリル系樹脂を含有することを特徴とし、この他に、任意選択的に添加剤を含んでいてもよく、また、メタクリル系樹脂以外の他の熱可塑性樹脂、ゴム質重合体等を含んでいてもよい。
以下、本実施形態で使用されるメタクリル系樹脂の特性について記載する。
以下、本実施形態のメタクリル系樹脂の製造方法について記載する。
連続式は、本実施形態における製造方法としては下記の理由により好ましくない。連続式は、完全混合反応器一基で重合反応を実施する場合、メタクリル系樹脂中の分子量の異なる画分における各画分間での単量体組成の差を小さくできる利点があるが、重合後に未反応の単量体が多く残存するため、色調に悪影響を及ぼす傾向にある。一方で、プラグフロー反応器を使用した場合には、未反応の単量体の量を低減できるが、メタクリル系樹脂中の分子量の異なる画分における各画分間での単量体組成の差は大きくなる傾向がある。複数の完全混合反応器あるいは完全混合反応器とプラグフロー反応器とを直列に組み合わせた場合も、未反応の単量体量は低減できるが、上記各画分間での単量体組成の差が大きくなる傾向がある。
また、重合時における重合生成物の溶解を阻害しない範囲で、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコールを重合溶媒として併用してもよい。
重合時の溶媒量としては、重合が進行し、生産時に共重合体や使用モノマーの析出等が起こらず、容易に除去できる量であれば特に制限はないが、例えば、配合する単量体の総量を100質量部とした場合に、10~200質量部とすることが好ましく、より好ましくは25~200質量部、さらに好ましくは50~200質量部、さらにより好ましくは50~150質量部である。
これらは、単独で用いても2種以上を併用して用いてもよい。
これらの重合開始剤は、重合反応が進行中であれば、いずれの段階に添加してもよい。
重合開始剤の添加量としては、重合に用いる単量体の総量を100質量部とした場合に、0.01~1質量部としてよく、好ましくは0.05~0.5質量部である。
これらは、単独で用いても2種以上を併用して用いてもよい。
これらの連鎖移動剤は、重合反応が進行中であれば、いずれの段階に添加してもよく、特に限定されるものではない。
連鎖移動剤の添加量としては、重合に用いる単量体の総量を100質量部とした場合に、0.01~1質量部としてよく、好ましくは0.05~0.5質量部である。
ここで、脱揮工程とは、重合溶媒、残存単量体、反応副生成物等の揮発分を、加熱・減圧条件下で、除去する工程をいう。
これらの中からいずれか2つ以上の装置を組み合わせた脱揮装置を用いた脱揮工程等も利用することができる。
具体的には、その上部に熱交換器を配置し脱揮が可能な大きさを有する減圧容器に減圧ユニットが附帯した構成の脱揮槽と、脱揮後の重合物を排出するためのギアポンプ等の排出装置とから構成される脱揮装置を採用することができる。
上記脱揮装置は、重合溶液を、減圧容器の上部に配置され加熱された熱交換器、例えば、多管式熱交換器、プレートフィン式熱交換器、平板型流路とヒーターを有する平板式熱交換器等に供して予熱した後、加熱・減圧下にある脱揮槽に供給して、重合溶媒、未反応原料混合物、重合副生成物等と共重合体を分離除去する。上述のように回転部を有しない脱揮装置を用いることで、良好な色調を有するメタクリル系樹脂を得ることができるため好ましい。
本実施形態に係るメタクリル系樹脂組成物は、本発明の効果を著しく損なわない範囲内で、種々の添加剤を含有していてもよい。
添加剤としては、特に制限はないが、例えば、酸化防止剤、ヒンダードアミン系光安定剤等の光安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、メタクリル系樹脂以外の他の熱可塑性樹脂、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル、パラフィン、有機ポリシロキサン、ミネラルオイル等の軟化剤・可塑剤、難燃剤、帯電防止剤、有機繊維、酸化鉄等の顔料等の無機充填剤、ガラス繊維、炭素繊維、金属ウィスカ等の補強剤、着色剤、亜リン酸エステル類、ホスフォナイト類、リン酸エステル類等の有機リン化合物、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。
本実施形態に係るメタクリル系樹脂組成物は、成形加工時あるいは使用中の劣化や着色を抑制する酸化防止剤を含有することが好ましい。
前記酸化防止剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤等が挙げられる。本実施形態のメタクリル系樹脂組成物は、第1の金型の微細凸形状賦形部の転写性高めつつ、成形品の面の歪みや反りを高度に制御するため、金型キャビティ内で樹脂を高温に保持し、適度な冷却時間を設けることが肝要である。長時間の熱履歴を受ける場合、所望の熱安定性を得るために、熱安定剤の添加量を増やす必要があるが、熱安定剤のブリードアウト抑制や金型への張付き防止の観点から、複数種の熱安定剤を併用することが好ましく、例えば、リン系酸化防止剤及び硫黄系酸化防止剤から選ばれる少なくとも一種とヒンダードフェノール系酸化防止剤を併用することが好ましい。
これらの酸化防止剤は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
ピオネート]、ヘキサメチレンビス[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]、1,3,5-トリス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、1,3,5-トリス[(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-キシリン)メチル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、2,6-ジ-tert-ブチル-4-(4,6-ビス(オクチルチオ)-1,3,5-トリアジン-2-イルアミン)フェノール、アクリル酸2-[1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ペンチルフェニル)エチル]-4,6-ジ-tert-ペンチルフェニル、アクリル酸2-tert-ブチル-4-メチル-6-(2-ヒドロキシ-3-tert-ブチル-5-メチルベンジル)フェニル等が挙げられる。
特に、ペンタエリスリトールテラキス[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]、オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、アクリル酸2-[1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジ-tert-ペンチルフェニル)エチル]-4,6-ジ-tert-ペンチルフェニルが好ましい。
これらの市販のフェノール系酸化防止剤の中でも、当該樹脂での熱安定性付与効果の観点から、イルガノックス1010、アデカスタブAO-60、アデカスタブAO-80、イルガノックス1076、スミライザーGS等が好ましい。
これらは1種のみを単独で用いても、2種以上併用してもよい。
さらに、リン系酸化防止剤として市販のリン系酸化防止剤を使用してもよく、このような市販のリン系酸化防止剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、イルガフォス168(Irgafos168:トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト、BASF製)、イルガフォス12(Irgafos12:トリス[2-[[2,4,8,10-テトラ-t-ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサフォスフェフィン-6-イル]オキシ]エチル]アミン、BASF製)、イルガフォス38(Irgafos 38:ビス(2,4-ビス(1,1-ジメチルエチル)-6-メチルフェニル)エチルエステル亜リン酸、BASF製)、アデカスタブ329K(ADK STAB-229K、ADEKA製)、アデカスタブPEP-36(ADK STAB PEP-36、ADEKA製)、アデカスタブPEP-36A(ADK STAB PEP-36A、ADEKA製)、アデカスタブPEP-8(ADK STAB PEP-8、ADEKA製)、アデカスタブHP-10(ADK STAB HP-10、ADEKA製)、アデカスタブ2112(ADK STAB 2112、ADEKA社製)、アデカスタブ1178(ADKA STAB 1178、ADEKA製)、アデカスタブ1500(ADK STAB 1500、ADEKA製)Sandstab P-EPQ(クラリアント製)、ウェストン618(Weston 618、GE製)、ウェストン619G(Weston 619G、GE製)、ウルトラノックス626(Ultranox 626、GE製)、スミライザーGP(Sumilizer GP:4-[3-[(2,4,8,10-テトラ-tert-ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン)-6-イルオキシ]プロピル]-2-メチル-6-tert-ブチルフェノール、住友化学製)、HCA(9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-フォスファフェナントレン-10-オキサイド、三光株式会社製)等が挙げられる。
これらの市販のリン系酸化防止剤の中でも、当該樹脂での熱安定性付与効果、多種の酸化防止剤との併用効果の観点から、イルガフォス168、アデカスタブPEP-36、アデカスタブPEP-36A、アデカスタブHP-10、アデカスタブ1178が好ましく、アデカスタブPEP-36A、アデカスタブPEP-36が特に好ましい。
これらのリン系酸化防止剤は、1種のみを単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
これらの市販の硫黄酸化防止剤の中でも、当該樹脂での熱安定性付与効果、多種の酸化防止剤との併用効果の観点、取り扱い性の観点から、アデカスタブAO-412S、ケミノックスPLSが好ましい。
これらの硫黄系酸化防止剤は、1種のみを単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のメタクリル系樹脂組成物は、紫外線吸収剤を含有することができる。
紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、その極大吸収波長を280~380nmに有する紫外線吸収剤であることが好ましく、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾトリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、オキシベンゾフェノン系化合物、ベンゾエート系化合物、フェノール系化合物、オキサゾール系化合物、シアノアクリレート系化合物、ベンズオキサジノン系化合物等が挙げられる。
これらの紫外線吸収剤は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のメタクリル系樹脂組成物は、離型剤を含有することができる。前記離型剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、脂肪酸エステル、脂肪酸アミド、脂肪酸金属塩、炭化水素系滑剤、アルコール系滑剤、ポリアルキレングリコール類や、カルボン酸エステル類、炭化水素類のパラフィン系ミネラルオイル等が挙げられる。
これらの離型剤は、1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
脂肪酸エステルとしては、例えば、ラウリン酸、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、オレイン酸、アラキン酸、ベヘニン酸等の炭素数12~32の脂肪酸と、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等の1価脂肪族アルコールや、グリセリン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ソルビタン等の多価脂肪族アルコールとのエステル化合物;脂肪酸と多塩基性有機酸と1価脂肪族アルコール又は多価脂肪族アルコールとの複合エステル化合物等を用いることができる。
このような脂肪酸エステル系滑剤としては、例えば、パルミチン酸セチル、ステアリン酸ブチル、ステアリン酸ステアリル、クエン酸ステアリル、グリセリンモノカプリレート、グリセリンモノカプレート、グリセリンモノラウレート、グリセリンモノパルミテート、グリセリンジパルミテート、グリセリンモノステアレート、グリセリンジステアレート、グリセリントリステアレート、グリセリンモノオレエート、グリセリンジオレエート、グリセリントリオレエート、グリセリンモノリノレート、グリセリンモノベヘネート、グリセリンモノ12-ヒドロキシステアレート、グリセリンジ12-ヒドロキシステアレート、グリセリントリ12-ヒドロキシステアレート、グリセリンジアセトモノステアレート、グリセリンクエン酸脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールアジピン酸ステアリン酸エステル、モンタン酸部分ケン化エステル、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ジペンタエリスリトールヘキサステアレート、ソルビタントリステアレート等を挙げることができる。
これらの脂肪酸エステル系滑剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
市販品としては、例えば、理研ビタミン社製リケマールシリーズ、ポエムシリーズ、リケスターシリーズ、リケマスターシリーズ、花王社製エキセルシリーズ、レオドールシリーズ、エキセパールシリーズ、ココナードシリーズが挙げられ、より具体的にはリケマールS-100、リケマールH-100、ポエムV-100、リケマールB-100、リケマールHC-100、リケマールS-200、ポエムB-200、リケスターEW-200、リケスターEW-400、エキセルS-95、レオドールMS-50等が挙げられる。
本実施形態のメタクリル系樹脂組成物は、本発明の目的を損なわず、複屈折の調整や可とう性向上の目的で、メタクリル系樹脂以外の他の熱可塑性樹脂を含有することもできる。
他の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリブチルアクリレート等のポリアクリレート類;ポリスチレン、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレンーブチルアクリレート共重合体、スチレン-アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレンブロック共重合体等のスチレン系ポリマー;さらには、例えば、特開昭59-202213号公報、特開昭63-27516号公報、特開昭51-129449号公報、特開昭52-56150号公報等に記載の、3~4層構造のアクリル系ゴム粒子;特公昭60-17406号公報、特開平8-245854公報に開示されているゴム質重合体;国際公開第2014-002491号に記載の、多段重合で得られるメタクリル系ゴム含有グラフ卜共重合体粒子;等が挙げられる。
この中でも、良好な光学特性と機械的特性とを得る観点からは、スチレン-アクリロニトリル共重合体や、主鎖に環構造を有する構造単位(X)を含むメタクリル系樹脂と相溶し得る組成からなるグラフト部をその表面層に有するゴム含有グラフト共重合体粒子が好ましい。
前述のアクリル系ゴム粒子、メタクリル系ゴム含有グラフ卜共重合体粒子、及びゴム質重合体の平均粒子径としては、本実施形態の組成物より得られる成形品の衝撃強度及び光学特性等を高める観点から、0.03~1μmであることが好ましく、より好ましくは0.05~0.5μmである。
なお、ガラス転移温度は、JIS-K7121に準拠して中点法により測定することができ、具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
なお、溶融粘度は、JIS-K7199に準拠して測定される値であり、具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
なお、引張り破壊ひずみは、ISO527に準拠して測定される値であり、具体的には、後述する実施例において記載する方法により測定することができる。
本実施形態のメタクリル系樹脂組成物の製造方法としては、例えば、押出機、加熱ロール、ニーダー、ローラミキサー、バンバリーミキサー等の混練機を用いて混練する方法が挙げられる。中でも、押出機による混練が生産性の面で好ましい。
混練温度は、メタクリル系樹脂を構成する重合体や、混合する他の樹脂の好ましい加工温度に従えばよく、目安としては140~300℃の範囲、好ましくは180~280℃の範囲である。また、押出機には、揮発分を減じる目的で、ベント口を設けることが好ましい。
後述する実施例及び比較例において使用した原料について下記に示す。
・メタクリル酸メチル(MMA):旭化成株式会社製
・N-フェニルマレイミド(PMI):株式会社日本触媒製
・N-シクロヘキシルマレイミド(CMI):株式会社日本触媒製
・スチレン:富士フィルム和光純薬工業株式会社製
・2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル(MHMA):Combi-Blocks社製
・メタキシレン(mXy):三菱瓦斯化学株式会社製
・イソ酪酸メチル:関東化学株式会社製
・トルエン:富士フィルム和光純薬工業株式会社製
・1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン:日油株式会社製
・t-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート:アルケマ吉富株式会社製「ルペロックス575」
・t-アミルパーオキシイソノナノエート:アルケマ吉富株式会社製
・n-オクチルメルカプタン:シェブロンフィリップスケミカル社製
・n-ドデシルメルカプタン:富士フィルム和光純薬工業株式会社製
・ペンタエリトリトールテトラキス[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「Irganox1010」
・トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)フォスファイト:BASF社製「Irgafos168」
・リケマールH-100:理研ビタミン株式会社製
・アデカスタブ2112:株式会社ADEKA製
・リン酸ステアリル/リン酸ジステアリル混合物:堺化学工業株式会社製
・アデカスタブPEP-36:株式会社ADEKA製
・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「Irganox1076」
・モノメチルアミン:三菱ガス化学株式会社製
・炭酸ジメチル:富士フィルム和光純薬株式会社製
・トリエチルアミン:富士フィルム和光純薬株式会社製
以下、メタクリル系樹脂組成物の特性の測定方法について記載する。
メタクリル系樹脂組成物のガラス転移温度をJIS-K7121に準拠して測定した。
示差走査熱量計(株式会社パーキンルマージャパン製、DSC8000)を窒素ガス流量25mL/分の条件下で用いて、ここで、10℃/分で室温(23℃)から200℃まで昇温(1次昇温)し、200℃で5分保持して試料を完全に融解させた後、10℃/分で200℃から40℃まで降温し、40℃で5分間保持し、さらに上記昇温条件で再び昇温(2次昇温)する間に描かれるDSC曲線のうち、2次昇温時の階段状変化部分曲線と各ベースライン延長線から縦軸方向に等距離にある直線との交点(中間点ガラス転移温度)をガラス転移温度(Tg)(℃)として測定した。
JIS-K7199に準拠した条件下、ツインキャピラリーレオメーター(ROSAND社製)を用いて、温度270℃、せん断速度1000sec-1、キャピラリーダイ径1mmにて、メタクリル系樹脂組成物の溶融粘度(Pa・sec)を測定した。
メタクリル系樹脂組成物のペレットを80~100℃で24時間乾燥し、射出成形機(東芝機械株式会社製、EX-100SX)を用いて、JIS-K6717に従い、射出成形することにより、厚さ4.0mmのISO3167のA型ダンベル試験片を作製した。この試験片について、ISO527に従って低荷重用万能材料試験機(インスロン社製)により、測定温度23℃、クロスヘッド速度5mm/分で引張試験を行った。5回測定を行い、引張り破断時のチャック間伸びを測定し、その平均値を引張り破壊ひずみ(%)として算出した。なお、引張り破壊ひずみは、引張り破断伸び、引張り破断ひずみと同義である。
以下、板状成形品に関する評価方法について記載する。
板状成形品を主面に垂直な方向(厚み方向)に切断して得た断面をデジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製、VHX-1000)を用いて観察した。得られた観察画像から成形品の第1の主面に形成された凸形状の高さ及びピッチを測定し、5個の凸形状の平均値をそれぞれ高さa、ピッチbとして表1に記載した。
板状成形品を主面に垂直な方向(厚み方向)に切断して得た断面をデジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製、VHX-1000)を用いて観察した。成形品の第1の主面に形成された凸形状の高さaを求め、下記の計算式によって該凸形状を賦形するための第1の金型における凹形状の深さに対する比率として定義される充填度を導出し、4箇所の平均値を充填度の値として表1に記載した。
実質的には、充填度が0.92以上であれば、凸形状が転写された成形品として好ましいと判断できる。
(充填度)=(成形品の凸形状の高さa)/(金型の凹形状の深さ)
板状成形品を、凸形状を持つ第1の主面を上面として金属定盤上に置き、成形品の外周を4点で均等に分割し、該4点(図1(A)における点15a、点15b、点15c、点15dの4点)で成形品と定盤との間にできる隙間をシックネスゲージにて測定し、最も隙間(反り量)の大きい場所での値を成形品の反り量(mm)とした。
なお、成形品の第1の主面の裏面(第2の主面)に他の部品との接続用凹凸部が付された成形品の場合は、該接続用凹凸部を含まない部分のみが残るようにトリミングを行い、断面をサンドペーパーで研磨した後に、前記反り量の測定を行うものとする。
実質的には、図1、図3に示す形状の板状成形品においては、反り量が0.4mm以下であれば、成形品の寸法精度として好ましい範囲であると判断できる。
板状成形品を目視で観察し、第1の金型の微細凸形状賦形面での樹脂の充填不良による第1の主面の光沢ムラ、及び第2の主面のうねりに伴う外観不良を観察した。
樹脂の充填不良箇所があると、部分的に欠けたようなかたちで確認することができる。また、第2の主面のうねりは、例えば、一辺が長い直方形のケースに納められた蛍光灯を上からあてた際の反射像を確認した際、直線が歪むかどうかを確認することで平面の良し悪しを判断することができる。
第1の主面の光沢ムラ及び第2の主面のうねりのいずれも確認されなかった場合を「○(良好)」、第1の主面の光沢ムラ及び第2の主面のうねりの少なくとも一方が確認された場合を「×(不良)」と評価した。
板状成形品を、PA-300-L(フォトニックラティス社製)の測定台の上に設置したシャーレ内に、第1の主面が上面に来るようにして置いた。そして、使用したメタクリル系樹脂の屈折率と近い屈折率を持ち、該メタクリル系樹脂を侵さない粘性が低い液体(株式会社島津製作所製の接触液)を、成形品の凸形状の頂部までが満たされるようにシャーレ内に加え、成形品の第1の主面が該液体に浸かり、該液体の液面が高低差なく平坦となるようにした。その状態のまま波長520nmでの面内位相差分布の測定を行った。凸形状が形成されているエリア(図1(A)、図3(A)参照)における面内位相差(Re)の絶対値の平均値を求め、位相差(nm)の測定値とした。
複屈折の値は、光学特性に悪影響を与えにくくする範囲として、面内位相差として100nm未満であることが好ましい。
メタクリル酸メチル(以下、MMAと記す)318.7kg、N-フェニルマレイミド(以下、PMIと記す)35.5g、N-シクロヘキシルマレイミド(以下、CMIと記す)63.7kg、連鎖移動剤であるn-オクチルメルカプタンを0.341kg、メタキシレン(以下、mXyと記す)225.1kgを計量し、ジャケットによる温度調節装置と撹拌翼を具備した1.25m3反応器に加え撹拌し、混合単量体溶液を得た。
次いで、mXy116.9kgを計量してタンク1に加え、追添溶媒を準備した。
さらに、タンク2にMMA104.5kg、mXy85.5kgを計量し、撹拌して追添用MMA溶液を得た。
反応器の内容液については30L/分の速度で窒素によるバブリングを1時間実施し、タンク1、タンク2のそれぞれについては10L/分の速度で窒素によるバブリングを30分間実施し、溶存酸素を除去した。
その後、ジャケット内にスチームを吹き込んで反応器内の溶液温度を125℃に上昇させ、50rpmで撹拌しながら、1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン0.457kgをmXy2.67kgに溶解させた重合開始剤溶液を、1kg/時間の速度で添加することで重合を開始した。なお、重合中は反応器内の溶液温度をジャケットによる温度調節で125±2℃に制御した。重合開始から30分後、重合開始剤溶液の添加速度を0.25kg/時間に低下させ、さらにタンク1から29.24kg/時間で3.5時間の間mXyを添加した。
次いで、重合開始から4時間後に重合開始剤溶液の添加速度を0.75kg/時間に上げるとともにタンク2から追添用MMA溶液を95kg/時間で2時間の間添加した。
さらに、重合開始から6時間後に重合開始剤溶液の添加速度を0.25kg/時間に低下させ、重合開始7時間後に添加を停止した。
重合開始から8時間経過した後、メタクリル系樹脂を含む重合溶液を得た。これに酸化防止剤としてIrganox1010 0.261kg、Irgafos168 0.784kg、離型剤としてリケマールH-100 0.784kgを添加した。
次に、得られた重合溶液を、予め250℃に加熱された管状熱交換器と気化槽からなる濃縮装置に供給して脱揮を行った。気化槽の真空度は10~15Torrの条件とした。気化槽を流下した樹脂をスクリューポンプで払い出し、ストランドダイから押出し、水冷後ペレット化して、N-置換マレイミド構造単位を有するメタクリル系樹脂組成物Aを得た。
得られたペレットのTgは133℃、溶融粘度が131Pa・sec、引張り破壊ひずみ1.7%であった。
メタクリル酸メチル60.000モル%、スチレン39.998モル%、重合開始剤としてt-アミルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート0.002モル%からなるモノマー組成物を、ヘリカルリボン翼付き10L完全混合槽に1kg/hで連続的に供給し、平均滞留時間2.5時間、重合温度150℃で連続重合を行った。重合槽の液面が一定となるよう底部から連続的に抜き出し、管状熱交換器と気化槽からなる濃縮装置に供給して脱揮を行った。気化槽の真空度は10~15Torrの条件とした。気化槽を流下した樹脂をスクリューポンプで払い出し、ストランドダイから押出し、水冷後ペレット化して、脱溶剤装置に導入してペレット状のメタクリル酸メチル-スチレン共重合体を得た。
この共重合体をイソ酪酸メチルに溶解し、10質量%イソ酪酸メチル溶液を調製した。1000mLオートクレーブ装置に、この共重合体の10質量%イソ酪酸メチル溶液を500質量部、水素化触媒として10質量%Pd/C(NEケムキャット社製)を1質量部仕込み、水素圧9MPa、200℃で15時間保持して、共重合体のスチレン部位の芳香族二重結合を水素化した。フィルターにより水素化触媒を除去し、この重合体溶液に対して0.05質量部のリケマールH-100を添加混合した後、管状熱交換器と気化槽からなる濃縮装置に供給して脱揮を行った。気化槽の真空度は10~15Torrの条件とした。気化槽を流下した樹脂をギアポンプで払い出し、ストランドダイから押出し、水冷後ペレット化し、メタクリル系樹脂組成物Bを得た。
得られたペレットのTgは118℃、溶融粘度67Pa・sec、引張り破壊ひずみ2.2%であった。
パドル翼を備え付けた撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入管を付した30Lの反応釜に、5.0kgのメタクリル酸メチル、1.25kgの2-(ヒドロキシメチル)アクリル酸メチル、連鎖移動剤として全単量体の総量100質量部に対して0.025質量部のn-ドデシルメルカプタン、0.025部のアデカスタブ2112、そして6.25kgのトルエンを仕込み、これに窒素を通じつつ、撹拌しつつ105℃まで昇温した。
還流させながら、重合槽内にt-アミルパーオキシイソノナノエートを全単量体の総量100質量部に対して0.05質量部加え、さらにt-アミルパーオキシイソノナノエート0.1質量部を2時間かけて滴下しながら、還流下で重合温度105~110℃にて還流下で重合を行い、さらに6時間重合反応を行った。
得られた重合体溶液に、6.3gのリン酸ステアリル/リン酸ジステアリル混合物を加え、90~110℃で5時間、環化縮合反応を行った。その後、全単量体総量100質量部に対して0.10質量部のリケマールH-100を添加、撹拌して混合を行った。
得られた重合液を4フォアベント、1バックベント付φ42mm脱揮押出機を用いて、120rpm、樹脂量換算で2.2kg/時で環化縮合反応及び脱揮処理を行い、メタクリル系樹脂組成物Cのペレットを得た。
得られたペレットのTgは133℃、溶融粘度165Pa・sec、引張り破壊ひずみ3.2%であった。
同方向回転式の二軸押出機を用いてポリメタクリル酸メチルをモノメチルアミンでイミド化することで、グルタルイミド構造を有するメタクリル系樹脂組成物を得た。
スクリュー径40mmの同方向回転式二軸押出機を用い、押出機シリンダ温度を275℃、スクリュー回転数を150rpmとし、ホッパーよりリケマールH-100をポリマー全体の質量を100質量部とした時、0.1質量部含む重量平均分子量10,8000のポリメタクリル酸メチルを20kg/時間で供給するとともに、窒素を200mL/minの流量で押出機内にフローした。ニーディングブロックによって樹脂を溶融、充満させた後、ノズルから原料樹脂100質量部に対して1.8質量部のモノメチルアミンを注入し、イミド化反応を行った。反応ゾーンの末端(ベント口の手前)にはリバースフライトを入れて樹脂を充満させた。反応後の副生成物および過剰のモノメチルアミンをベント口の圧力を50Torrに減圧して除去した。押出機出口に設けられたダイスからストランドとして出てきた樹脂は、水槽で冷却した後、ペレタイザでペレット化することによりイミド樹脂を得た。
次いでスクリュー径40mmの同方向回転式二軸押出機を用い、押出機シリンダ温度を255℃、スクリュー回転数を150rpmに設定し、得られたイミド樹脂を20kg/hrで供給し、ニーディングブロックによって樹脂を溶融、充満させた後、ノズルからエステル化剤として炭酸ジメチルとトリエチルアミンの混合液を注入し、樹脂中のカルボン酸基の低減を行った。イミド樹脂100質量部に対して炭酸ジメチルは3.2質量部、トリエチルアミンは0.8質量部とした。反応後の副生成物および過剰の炭酸ジメチルをベント口の圧力を50Torrに減圧して除去した。押出機出口に設けられたダイスからストランドとして出てきた樹脂を、水槽で冷却した後、ペレタイザでペレット化しグルタルイミド構造を有するメタクリル系樹脂組成物Dを得た。
得られたペレットのTgは122℃、溶融粘度は158Pa・sec、引張り破壊ひずみ7.9%であった。
連鎖移動剤であるn-オクチルメルカプタンの量を0.708kgとした以外は、合成例1と同様に重合を行い、メタクリル系樹脂組成物Eを得た。
得られたペレットのTgは134℃、溶融粘度が102Pa・sec、引張り破壊ひずみ1.2%であった。
MMAを291.5kg、PMIを44.0kg、CMIを104.5kg、連鎖移動剤であるn-オクチルメルカプタンを0.20kg、mXy247.0kgを計量し、ジャケットによる温度調節装置と撹拌翼を具備した1.25m3反応器に加え撹拌し、混合単量体溶液を得た。
次いで、mXy123.0kgを計量して、タンク1に加えた。
さらに、タンク2にMMA110.0kg及びmXy80.0kgを計量して撹拌し、追添用単量体溶液とした。
反応器の内容液については30L/分の速度で窒素によるバブリングを1時間実施し、タンク1、タンク2のそれぞれについては10L/分の速度で窒素によるバブリングを30分間実施し、溶存酸素を除去した。
その後、ジャケット内にスチームを吹き込んで反応器内の溶液温度を124℃に上昇させ、50rpmで撹拌しながら、1,1-ジ(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン0.35kgをmXy4.652kgに溶解させた重合開始剤溶液を、1kg/時間の速度で添加することで重合を開始するとともに、タンク1から30.75kg/時間で4時間の間、mXyを添加した。
なお、重合中は反応器内の溶液温度をジャケットによる温度調節で124±2℃で制御した。
次いで、4時間後から6時間後の間、タンク2からMMAを含む単量体溶液を95kg/時間の速度で添加した。
さらに、重合開始剤溶液は重合開始0.5時間後に0.25kg/時間、4時間後に0.75kg/時間、6時間後に0.5kg/時間にそれぞれ添加速度を低下させ、重合開始7時間後に重合開始剤溶液の添加を停止し、重合を更に3時間継続し、主鎖に環構造単位を有するメタクリル系樹脂を含む重合溶液を得た。
この重合溶液に、アデカスタブPEP-36を0.83kg、Irgafos168を0.28kg、Irganox1076を0.44kg、そしてリケマールH-100を1.10kg、撹拌下に添加した。
次に、得られた重合溶液を、予め260℃に加熱された管状熱交換器と気化槽からなる濃縮装置に供給して脱揮を行った。気化槽の真空度は10~15Torrの条件とした。気化槽を流下した樹脂をスクリューポンプで払い出し、ストランドダイから押出し、水冷後ペレット化して、N-置換マレイミド構造単位を有するメタクリル系樹脂Fを得た。
得られたペレットのTgは153℃、溶融粘度が245Pa・sec、引張り破壊ひずみ4.5%であった。
・片側主面に凸形状を有する板状成形品の成形
合成例1で得られたメタクリル系樹脂組成物Aを使用し、射出成形機(住友重機械工業社製、SE180EV-A)にて射出成形を行った。金型には、凸形状高さa=400μm、ピッチb=300μmの三角錐形の凸形状を有する主面を形成する側の金型(第1の金型)と平面である主面を形成する側の金型(第2の金型)からなり、各主面を形成する面近傍の金型内部にヒーター線を埋め込んだ入れ子式金型を用い、射出成形機に取り付けた。第1の金型の金型温度を表1記載の最高温度Tmax1までヒーター加熱により約3℃/秒の昇温速度で加熱し、金型を閉じて射出成形を行った。樹脂を金型内に充填した後、第1の金型の金型温度を表1記載の最低温度Tmin1まで約1.2℃/秒の降温速度で冷却し、Tmin1に到達後、30秒間の冷却を行い、片側主面に凸形状を有する板状成形品(縦90mm、横90mm、厚さ2.5mm、図1参照)を得た。なお、保持圧力は、射出直後は良好な転写を得るため1段目を80MPaと高く設定し、その後、成形品内部の応力歪を緩和するため保圧を1段目より下げ、2段目は30MPaに設定した。評価結果を表1に示す。
表1からも明らかなように、実施例1~3では、充填度は0.97~0.98を示し、非常に優れた結果が得られた。また、反り、外観についても良好なものであった。
合成例2で得られたメタクリル系樹脂組成物Bを使用した以外は、実施例1と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
合成例3で得られたメタクリル系樹脂組成物Cを使用した以外は、実施例1と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
合成例4で得られたメタクリル系樹脂組成物Dを使用した以外は、実施例1と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
金型に、片側主面に凸形状高さa=400μm、ピッチb=160μmの四角錐台形(底面は140μm四方、底面と側面とのなす角度は85度)の凸形状を有し、もう一方の主面は平面である、板状成形品(縦90mm、横90mm、厚さ2.4mm、図3参照)用であり、各主面を形成する面近傍の金型内部にヒーター線を埋め込んだ入れ子式金型を用いたこと以外は、実施例1と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
表1からも明らかなように、実施例7では充填度0.97を示し、非常に優れた結果が得られた。また、反り、外観についても良好なものであった。
合成例1で得られたメタクリル系樹脂組成物Aを使用し、射出成形機(住友重機械工業社製、SE180EV-A)にて射出成形を行った。金型には、凸形状高さa=400μm、ピッチb=300μmの三角錐形の凸形状を有する主面を形成する側の金型(第1の金型)と平面である主面を形成する側の金型(第2の金型)からなり、各主面を形成する面近傍の金型内部にヒーター線を埋め込んだ入れ子式金型を用い、射出成形機に取り付けた。第1の金型の最高温度Tmax1を165℃、第2の金型の最高温度Tmax2を150℃に設定し、それぞれの温度までヒーター加熱により約3℃/秒の昇温速度で加熱した。昇温後、第1の金型の表面にフッ素系離型剤を噴霧し、離型処理を施した。その後、金型を閉じて射出成形を行った。樹脂組成物を金型内に充填した後、第1の金型の最低温度Tmin1を60℃、第2の金型の最低温度Tmin2を75℃に設定し、約1.2℃/秒の降温速度で冷却し、設定値に到達後90秒間の冷却を行い、片側主面に凸形状を有する板状成形品(縦90mm、横90mm、厚さ2.5mm、図1参照)を得た。なお、保持圧力は、射出直後は良好な転写を得るため1段目を80MPaと高く設定し、その後、成形品内部の応力歪を緩和するため保圧を1段目より下げ、2段目は30MPaに設定した。評価結果を表1に示す。
表1からも明らかなように、実施例8では、離型不良が発生することなく外観が良好な成形品を得ることができた。
合成例2で得られたメタクリル系樹脂組成物Bを使用し、第1の金型の最高温度Tmax1を150℃、最低温度Tmin1を65℃、第2の金型の最高温度Tmax2を145℃、最低温度Tmin2を75℃に設定して射出した以外は、実施例8と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
合成例3で得られたメタクリル系樹脂組成物Cを使用し、第1の金型の最高温度Tmax1を155℃、最低温度Tmin1を60℃、第2の金型の最高温度Tmax2を145℃、最低温度Tmin2を80℃に設定して射出した以外は、実施例8と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
合成例4で得られたメタクリル系樹脂組成物Dを使用した以外は、実施例10と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
金型に、片側主面に凸形状高さa=50μm、ピッチb=50μmの四角錐台形(底面は140μm四方、底面と側面とのなす角度は85度)の凸形状を有し、もう一方の主面は平面である、板状成形品(縦90mm、横90mm、厚さ2.4mm、図3参照)用であり、各主面を形成する面近傍の金型内部にヒーター線を埋め込んだ入れ子式金型を用いたこと以外は、実施例8と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
表1からも明らかなように、実施例12では充填度0.97を示し、非常に優れた結果が得られた。また、反り、外観についても良好なものであった。
金型に、片側主面に凸形状高さa=400μm、ピッチb=160μmの四角錐台形(底面は140μm四方、底面と側面とのなす角度は85度)の凸形状を有し、もう一方の主面は平面である、板状成形品(縦90mm、横90mm、厚さ2.4mm、図3参照)用であり、各主面を形成する面近傍の金型内部にヒーター線を埋め込んだ入れ子式金型を用いたこと以外は、実施例8と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す
ヒーターによる加熱を行わず、金型温度をメタクリル系樹脂組成物Aのガラス転移温度Tg以下にして射出した以外は実施例1と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、凸形状が充分に転写されているとは言えないものであった。
第2の金型の温度を(Tmax1-65)℃未満にして射出した以外は実施例1と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、充填度は0.95と十分なものであったが、成形品の反り量が0.80mmと大きくなり、目的の成形品を得ることはできなかった。
第2の金型の温度を(Tmax1-50)℃超にして射出した以外は実施例1と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、第1の主面の光沢ムラや第2の主面のうねり、成形品の反り等の不良が確認された。
合成例5で得られたメタクリル系樹脂組成物E(引張り破壊ひずみ1.2%)を使用した以外は、実施例1と同様の条件で成形を行った。金型から成形品をエジェクターピンで突出し離型する際に、強く張付き、バチっという音が発生した。成形品の凸形状の頂部で複数の欠けが確認され、第1の金型を観察すると、第1の金型の賦形箇所(凹形状部分)に樹脂残りがあることが確認された。得られた成形品の良好な箇所についての評価結果を表1に示す。
評価の結果、第1の主面の光沢ムラ、第2の主面のうねり、成形品の反り等の不良が確認された。
合成例6で得られたメタクリル系樹脂組成物F(ガラス転移温度Tg153℃、溶融粘度245Pa・sec)を使用し、第1の金型温度をTmax1=175℃、Tmin1=100℃、第2の金型温度を120℃に設定した以外は実施例1と同様の条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、第1の主面の充填度が0.76と充填不足が確認された。
第2の金型の最高温度Tmax2を(Tmax1-30)℃未満にして射出した以外は実施例8と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、充填度は0.89と十分なものであったが、成形品の反り量が0.80mmと大きくなり、目的の成形品を得ることはできなかった。
第2の金型の最高温度Tmax2を(Tmax1-5)℃超にして射出した以外は実施例8と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、第1の主面の光沢ムラや第2の主面のうねり、成形品の反り等の不良が確認された。
第2の金型の最低温度Tmin2を(Tmin1+10)℃未満にして射出した以外は実施例8と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、第1の主面の光沢ムラや第2の主面のうねり、成形品の反り等の不良が確認された。
第2の金型の最低温度Tmin2を(Tmin1+30)℃超にして射出した以外は実施例8と同じ条件で成形を行った。評価結果を表1に示す。
評価の結果、第1の主面の光沢ムラや第2の主面のうねり、成形品の反り等の不良が確認された。
図5に示されるように、微細凸形状を有する板状成形品8の入射面(微細凸形状を有する主面の裏側の主面)81に対して45度の入射角で入ってきた光は、底面82とのなす角度が85度である斜面83で反射された後、底面82とのなす角度が65度の斜面84から屈折して外に出射される。この時、光は斜面84から屈折角64度で出射されるため、入射面81に対しては約90度の角度で光が出射されることとなる。つまり、入射面に45度の入射角で入射した光を入射面に垂直な方向に曲げる光方向変換素子であると換言できる。
図6に示す配置で成形品8を配置し、光方向変換素子として、反射透過像の鮮明度を評価した。530nmの光を発するコリメートレンズ付きLED光源5(Thorlabs社製、M530L4)とフロスト拡散板6(シグマ光機社製、#240)を配置し、USAF Target7(Edmund社製、USAF1951ターゲットネガ、ターゲット領域は約12mm)を背面より照射した。Targetの透過領域71(図7参照)を抜けた光で形成されたTarget像の光が、45°の入射角で成形品8の入射面81より入射し、成形品6の凸形状賦形面((微細凸形状を有する主面)から射出される光について、反射像(斜面83で反射した後、斜面84より透過する光で形成される像)を、入射面81に対して垂直方向に350mm離した位置に配置した一眼レフカメラ9(オリンパス社製、E-PL5)で撮影した。
実施例1にて得られた成形品を使用した際に観察される反射像は、鮮明な像であったが、比較例1で得られた成形品を使用した際に観察される反射像は、Target像の歪みや欠けが確認でき、鮮明度が低い状態であった。
11、21:微細な凸形状を有する一方の主面(第1の主面)
12、22:微細な凸形状が形成されていない他方の主面(第2の主面)
13,23:微細な凸形状が形成されている領域
14、24:凸形状
15a、15b、15c、15d:反り量の測定点
5:LED光源
6:フロスト拡散板
7:USAF Target
71:透過領域
72:遮光領域
8:板状成形品
81:入射面
82:底面
83、84:斜面
9:一眼レフカメラ
Claims (5)
- 板状成形品の製造方法であり、
前記板状成形品は、ガラス転移温度Tgが115~150℃であり、引張り破壊ひずみが1.5%以上であるメタクリル系樹脂組成物を含み、
前記板状成形品の一方の主面(第1の主面)は複数の微細な凸形状を有し、他方の主面(第2の主面)は平面であり、
前記凸形状の高さaが0.5~600μmであり、前記凸形状の高さaに対する前記凸形状のピッチbの比率b/aは0.1~1.0であり、
前記第1の主面を形成する側の第1の金型と、前記第2の主面を形成する側の第2の金型とを用いて射出成形することを含み、前記第1の金型の最高温度をTmax1としたときに、前記第2の金型の温度を(Tmax1-65)℃~(Tmax1-50)℃とすることを特徴とする、板状成形品の製造方法。 - 板状成形品の製造方法であり、
前記板状成形品は、ガラス転移温度Tgが115~150℃であり、引張り破壊ひずみが1.5%以上であるメタクリル系樹脂組成物を含み、
前記板状成形品の一方の主面(第1の主面)は複数の微細な凸形状を有し、他方の主面(第2の主面)は平面であり、
前記凸形状の高さaが0.5~600μmであり、前記凸形状の高さaに対する前記凸形状のピッチbの比率b/aは0.1~1.0であり、
前記第1の主面を形成する側の第1の金型と、前記第2の主面を形成する側の第2の金型とを用いて射出成形することを含み、前記第1の金型の最高温度をTmax1としたときに、前記第2の金型の最高温度Tmax2を(Tmax1-30)℃~(Tmax1-5)℃とし、前記第1の金型の最低温度をTmin1としたときに、前記第2の金型の最低温度Tmin2を(Tmin1+10)℃~(Tmin1+30)℃とすることを特徴とする、板状成形品の製造方法。 - 前記第1の金型を加熱した後、冷却することにより、前記第1の金型の最高温度Tmax1を(Tg+15)℃~(Tg+40)℃とし、前記第1の金型の最低温度Tmin1を(Tg-75)℃~(Tg-45)℃とする、請求項1又は2に記載の板状成形品の製造方法。
- 前記メタクリル系樹脂組成物の溶融粘度が、270℃、1000sec-1で20~235Pa・secである、請求項1又は2に記載の板状成形品の製造方法。
- 前記第1の金型を加熱した後、冷却する際に、前記第1の金型の表面温度の昇温速度を1~10℃/secとし、降温速度を0.5~10℃/secとする、請求項1又は2に記載の板状成形品の製造方法。
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