グリシジルメタクリレート（GMA）は、アクリレート二重結合とエポキシ基の両方を有するモノマーです。アクリレート二重結合は高い反応性を持ち、自己重合反応を起こすことができ、また他の多くのモノマーと共重合することも可能です。エポキシ基は、ヒドロキシル基、アミノ基、カルボキシル基、または酸無水物と反応し、より多くの官能基を導入することで、製品に多様な機能性をもたらします。そのため、GMAは有機合成、ポリマー合成、ポリマー改質、複合材料、紫外線硬化材料、コーティング剤、接着剤、皮革、化学繊維製紙、印刷染色など、非常に幅広い分野で応用されています。

粉体塗装におけるGMAの応用

アクリル粉体塗料は、粉体塗料の中でも大きなカテゴリーであり、使用される硬化剤の違いによって、ヒドロキシアクリル樹脂、カルボキシルアクリル樹脂、グリシジルアクリル樹脂、アミドアクリル樹脂に分類されます。中でも、グリシジルアクリル樹脂は最も広く使用されている粉体塗料樹脂です。グリシジルアクリル樹脂は、多価ヒドロキシ酸、ポリアミン、ポリオール、ポリヒドロキシ樹脂、ヒドロキシポリエステル樹脂などの硬化剤を用いて塗膜を形成することができます。

メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ブチルアクリレート、スチレンは、通常、フリーラジカル重合によってGMA型アクリル樹脂を合成するために使用され、ドデシル二塩基酸が硬化剤として使用されます。製造されたアクリル粉体塗料は優れた性能を有します。合成プロセスでは、開始剤として過酸化ベンゾイル（BPO）とアゾビスイソブチロニトリル（AIBN）またはそれらの混合物を使用できます。GMAの量は塗膜の性能に大きな影響を与えます。量が少なすぎると、樹脂の架橋度が低く、硬化架橋点が少なく、塗膜の架橋密度が不十分で、塗膜の耐衝撃性が低下します。

ポリマー改質におけるGMAの応用

GMAは、活性の高いアクリレート二重結合を有するため、ポリマーにグラフト重合させることが可能です。また、GMAに含まれるエポキシ基は、様々な官能基と反応して官能基化ポリマーを形成できます。GMAは、溶液グラフト重合、溶融グラフト重合、固相グラフト重合、放射線グラフト重合などの方法で改質ポリオレフィンにグラフト重合させることができ、エチレンやアクリレートなどとの官能基化共重合体を形成することも可能です。これらの官能基化ポリマーは、エンジニアリングプラスチックの靭性を向上させる強化剤として、あるいはブレンド系の相溶性を向上させる相溶化剤として利用できます。

GMAによるポリオレフィンのグラフト修飾によく用いられる開始剤はジクミルペルオキシド（DCP）です。ベンゾイルペルオキシド（BPO）、アクリルアミド（AM）、2,5-ジ-tert-ブチルペルオキシドを用いる場合もあります。オキシ-2,5-ジメチル-3-ヘキシン（LPO）や1,3-ジ-tert-ブチルクメンペルオキシドなどの開始剤もあります。中でもAMは、開始剤として用いるとポリプロピレンの劣化を抑制する効果が高いことが知られています。ポリオレフィンへのGMAのグラフト化はポリオレフィンの構造変化を引き起こし、その結果、ポリオレフィンの表面特性、レオロジー特性、熱特性、機械的特性が変化します。GMAグラフト修飾ポリオレフィンは分子鎖の極性を高めると同時に表面極性も高めます。そのため、グラフト率が高くなるにつれて表面接触角は減少します。GMA修飾後のポリマー構造の変化により、結晶性や機械的特性にも影響を及ぼします。

UV硬化性樹脂の合成におけるGMAの応用

GMAは、さまざまな合成経路を通じてUV硬化性樹脂の合成に使用できます。1つの方法は、まずラジカル重合または縮合重合によって側鎖にカルボキシル基またはアミノ基を含むプレポリマーを取得し、次にGMAを使用してこれらの官能基と反応させて感光性基を導入し、光硬化性樹脂を得る方法です。最初の共重合では、異なるコモノマーを使用して、異なる最終特性を持つポリマーを得ることができます。Feng Zongcaiらは、1,2,4-トリメリット酸無水物とエチレングリコールを反応させて超分岐ポリマーを合成し、次にGMAを介して感光性基を導入して、最終的にアルカリ溶解性が向上した光硬化性樹脂を得ました。 Lu Tingfengらは、ポリ-1,4-ブタンジオールアジペート、トルエンジイソシアネート、ジメチロールプロピオン酸、ヒドロキシエチルアクリレートを用いて、まず感光性活性二重結合を有するプレポリマーを合成し、次にGMAを介して導入し、トリエチルアミンによって光硬化性二重結合を中和して水性ポリウレタンアクリレートエマルジョンを得た。