JP5284735B2 - 重合性光学活性イミド化合物及び該化合物を含有する重合性組成物 - Google Patents

重合性光学活性イミド化合物及び該化合物を含有する重合性組成物 Download PDF

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Description

本発明は、新規な重合性光学活性イミド化合物、これを用いた重合性組成物及び該重合性組成物を光硬化して得られる重合体に関し、詳しくは、光学活性部位として、環状イミド構造を有し、且つ重合性部位として(メタ)アクリロイルオキシ基を有する重合性光学活性イミド化合物、これを用いた重合性組成物及び重合体に関する。本発明の重合体は、光学偏光子、位相差板、N型Cプレート等の光学補償板、視覚補償フィルム、輝度向上フィルム又は反射膜等の光学異方体として有用なものである。
近年、液晶テレビ、ビデオカメラのモニター等の液晶表示装置は、低消費電力化、低電圧駆動化が求められている。これらの要請に対し、液晶性物質の配向性、屈折率、誘電率、磁化率等の物理的性質の異方性を利用した位相差板、偏光板、光偏光プリズム、反射板等の光学異方体を応用することで、光源の利用率を高める方法や液晶表示素子の視野角特性を向上させる方法が検討されている。
これらの光学異方体は、重合性部位を有する液晶化合物又は重合性部位を持つ液晶化合物を含む重合性組成物を配向させた状態で、紫外線等のエネルギー線を照射して重合させる方法によって得られる。つまり、得られる光学異方体は、分子配向性を保った状態で固定化されたものであり、高次構造的に制御された光学活性部位の効果によって、光学的異方性を示す重合体である。
特に、光学活性化合物を液晶組成物に添加すると、液晶分子において螺旋構造が誘起され、光学異方体の光学的性質を操作することが可能となる。この螺旋構造の周期的な長さであるヘリカルピッチ長は、化合物固有の螺旋誘起力(ヘリカルツイスティングパワー)と添加量に依存する。螺旋誘起力が小さい光学活性化合物は、誘起されるヘリカルピッチ長が長くなるため、ヘリカルピッチ長を短くしたい場合には、光学活性化合物を多量に添加する必要がある。しかし、一般に、光学活性化合物の添加量が多くなると、液晶材料としての性能が低下し、粘度の上昇、応答速度の低下、駆動電圧の上昇、液晶相発現温度範囲の縮小、等方相転移温度の低下等、種々の問題が生じる。従って、螺旋誘起力の大きな光学活性化合物が要求されている。
しかし、これまでに報告されている光学活性化合物(例えば、特許文献1〜特許文献7)は、満足できるものではなかった。また、特許文献8には、置換されたタルタルイミド誘導体が記載されているが、重合性基を有する化合物に関する記載はない。特許文献9には、オルガノシロキサンに重合性基を有するタルタルイミド誘導体を導入する記載があるが、上記目的に用いることができる化合物については記載されていない。
特開平2−305888号公報 特開平3−72445号公報 特開平4−317025号公報 特表平9−506088号公報 特開2003−55661号公報 特開2003−137887号公報 特開2005−281223号公報 特開平2−53768号公報 特開平6−340678号公報
従って、本発明の目的は、高い螺旋誘起力を有し、液晶組成物に添加することで、液晶組成物の物理的性質、光学的性質を大きく損なうことなく必要なヘリカルピッチ長を達成することができる光学活性化合物を提供することにある。
本発明は、下記一般式(I)で表される重合性光学活性イミド化合物を提供することにより、上記目的を達成したものである。
Figure 0005284735
(式(I)中、環A1、A2、A3及びA4は、それぞれ独立に、ベンゼン環又はナフタレン環を表し、該ベンゼン環及びナフタレン環中の炭素原子は、窒素原子で置換されていてもよく、M1及びM2は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、R1は、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基又は炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、R1中の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、R1中のメチレン基は、−O−、−COO−又は−OCO−で中断されていてもよく、X1は、直接結合、−L1−、−L1O−、−L1O−CO−、−L1CO−O−又は−L1O−CO−O−を表し、X2及びX5は、それぞれ独立に、直接結合、−COO−、−OCO−、エーテル結合、又は炭素原子数1〜8のアルキレン基を表し、X3は、直接結合、−CO−、−L2−、−OL2−、−O−COL2−、−CO−OL2−又は−O−CO−OL2−を表し、X4は、直接結合、−CO−、−L1−、−L1O−、−L1O−CO−、−L1CO−O−又は−L1O−CO−O−を表し、X6は、直接結合、−L2−、−OL2−、−O−COL2−、−CO−OL2−又は−O−CO−OL2−を表し、L1及びL2は、それぞれ独立に、分岐を有していてもよい炭素原子数1〜8のアルキレン基を表し、該アルキレン基は酸素原子で1〜3回中断されていてもよく、n及びmは、それぞれ独立に、0又は1を表す。)
また、本発明は、上記重合性光学活性イミド化合物を含有し、さらに必要に応じて液晶化合物を含有する重合性組成物を提供するものである。
また、本発明は、上記重合性組成物を光重合させることにより作製された重合体及び該重合体を使用してなる光学フィルムを提供するものである。
本発明の重合性光学活性イミド化合物は、新規化合物であり、僅かな量で液晶組成物、特にコレステリック液晶組成物の反射波長を短波長側にシフトさせることができる。また、本発明の重合性光学活性イミド化合物は、そのメソゲン骨格を変更することにより、選択反射光の波長範囲を調節させる事が可能となる。さらに、該光学活性化合物は、キラルなドープ剤として、光学偏光子及び光学フィルムにおいて好適に使用することができる。
以下、本発明の重合性光学活性イミド化合物、該重合性光学活性イミド化合物を含有する本発明の重合性組成物、及び該重合性組成物を光重合させることにより作製された本発明の重合体について、その好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。
先ず、本発明の重合性光学活性イミド化合物について説明する。
上記一般式(I)中、R1で表される炭素原子数1〜10のアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、s−ブチル、t−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、t−アミル、ヘキシル、シクロヘキシル、ヘプチル、イソヘプチル、t−ヘプチル、n−オクチル、イソオクチル、t−オクチル、2−エチルヘキシル等が挙げられ、炭素原子数6〜20のアリール基としては、フェニル、ナフチル、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、4−ビニルフェニル、3−イソプロピルフェニル等が挙げられ、炭素原子数7〜20のアリールアルキル基としては、ベンジル、フェネチル、2−フェニルプロパン−2−イル、ジフェニルメチル、トリフェニルメチル、スチリル、シンナミル等が挙げられ、上記置換基の水素原子はフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子で置換されていてもよく、上記置換基のメチレン基は、−O−、−COO−又は−OCO−で中断されていてもよい。
上記一般式(I)中、X2、X5、L1及びL2で表される炭素原子数1〜8のアルキレン基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、1,3−ブタンジイル、2−メチル−1,3−プロパンジイル、2−メチル−1,3−ブタンジイル、2,4−ペンタンジイル、1,4−ペンタンジイル、3−メチル−1,4−ブタンジイル、2−メチル−1,4−ペンタンジイル、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、オクタメチレン等が挙げられ、これらは酸素原子で1〜3回中断されてもよい。
上記一般式(I)中、X3及びX4が共に−CO−である重合性光学活性イミド化合物は、製造面で有利であり、化学的及び熱的に安定性が高いため好ましく、上記一般式(I)中、環A2及びA3が共にナフタレン環である重合性光学活性イミド化合物、又は環A1、A2、A3及びA4が全てベンゼン環である重合性光学活性イミド化合物は、母液晶との相溶性に優れるためより好ましい。
また、上記一般式(I)中、M1及びM2が、共に水素原子である重合性光学活性イミド化合物は、重合反応性や溶媒溶解性が高いため好ましく、上記一般式(I)中、環A1と環A4及び環A2と環A3がそれぞれ同一の環であり、M1とM2、X1とX6、X2とX5及びX3とX6がそれぞれ同一の基であり、nとmが同一の数である重合性光学活性イミド化合物は、製造面とコストの面で有利であるため好ましい。
さらに、X1及びX6が分岐を有していてもよい炭素原子数1〜8のアルキレン基であるものが、容易に製造可能であるためより好ましい。
本発明の化合物は、光学活性を有する化合物である。光学活性とは、旋光性を有することであり、直線偏光が通過する際に回転を起こさせるような化合物のことを言う。即ち、上記一般式(I)で表される本発明の化合物のうち、旋光度を測定した際に、右旋性又は左旋性を示す化合物が本発明の光学活性化合物である。
上記一般式(I)で表される、本発明の重合性光学活性イミド化合物の具体的な構造としては、下記に示す化合物が挙げられる。但し、本発明は以下の化合物により制限を受けるものではない。
Figure 0005284735
Figure 0005284735
Figure 0005284735
Figure 0005284735
Figure 0005284735
本発明の重合性光学活性イミド化合物は、その製造方法については特に限定されず、公知の反応を応用して製造することができ、例えば、下記〔化7〕に示す反応式に従い、縮合剤を用いて脱水縮合反応を行うことにより得ることができる。
Figure 0005284735
具体的には、例えば下記〔化8〕に示す反応式に従い、安息香酸誘導体とタルタルイミド誘導体を、p−トルエンスルホン酸(TsCl)及びN−メチルイミダゾール(NMI)の存在下で反応させることによって、本発明の重合性光学活性イミド化合物(II)を製造することができる。
Figure 0005284735
(式中、環A11は上記一般式(I)に対応する置換基を有するベンゼン環又はナフタレン環を表し、R1は上記一般式(I)と同じである。)
上記製造法で得られる本発明の重合性光学活性イミド化合物の光学純度は、原料のタルタルイミド誘導体を得るための酒石酸の光学純度に依存する。酒石酸は容易に両鏡像体が入手可能であるため、本発明の重合性光学活性イミド化合物は高い光学純度で得ることができる。
本発明の重合性光学活性イミド化合物は、液晶材料、特にコレステリック相を示す液晶材料に配合されて、耐熱性、耐溶剤性、透明性、光学特性及び液晶配向固定化能に優れた光学異方体作製用材料として好ましく用いられる他、液晶配向膜、液晶配向制御剤、コーティング材、保護板作製材料等に用いることができる。
次に、本発明の重合性組成物について説明する。
本発明の重合性組成物は、本発明の重合性光学活性イミド化合物を含有するもので、さらに液晶化合物を含有するものは、光学異方体作製用材料として好ましく用いられる。尚、ここでいう液晶化合物には、従来既知の液晶化合物及び液晶類似化合物並びにそれらの混合物が含まれる。
本発明の重合性組成物において、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との配合割合は、特に制限されず、本発明の重合性光学活性イミド化合物の硬化が損なわれない範囲内であればよいが、両者の合計量を100質量部としたとき、本発明の重合性光学活性イミド化合物が、1〜50質量部、特に、1〜30質量部となるようにすることが好ましい。本発明の重合性光学活性イミド化合物の比率が1質量部より小さいと、本発明の効果が得られない場合があり、50質量部より大きいと、重合性組成物を硬化させる際、相分離が生じたり、重合性光学活性イミド化合物の析出と液晶分子の配向の不均一に伴う白濁が現れたりする場合がある。
上記液晶化合物としては、通常一般に使用される液晶化合物を使用することができ、該液晶化合物の具体例としては、特に制限するものではないが、例えば、下記〔化9〕及び〔化10〕に示す液晶化合物等が挙げられる。尚、〔化9〕又は〔化10〕中のW1は、水素原子、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルキル基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルコキシ基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルケニル基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルケニルオキシ基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルキニル基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルキニルオキシ基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルコキシアルキル基、分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルカノイルオキシ基又は分岐を有してもよい炭素原子数1〜8のアルコキシカルボニル基を表し、これらは、ハロゲン原子、シアノ基等で置換されていてもよく、W2は、シアノ基、ハロゲン原子、又はW1で表される基を示し、W3、W4及びW5は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。
Figure 0005284735
Figure 0005284735
また、本発明の重合性組成物においては、上記液晶化合物として、重合性官能基を有する液晶化合物が好ましく使用される。該重合性官能基としては、(メタ)アクリロイルオキシ基、フルオロアクリル基、クロロアクリル基、トリフルオロメチルアクリル基、オキシラン環(エポキシ)、オキセタン環、スチレン化合物(スチリル基)、ビニル基、ビニルエーテル基、ビニルケトン基、マレイミド基、フェニルマレイミド基等が好ましい。該重合性官能基を有する液晶化合物としては、通常一般に使用されるものを用いることができ、その具体例としては、特に制限するものではないが、特開2005−15473号公報の段落[0172]〜[0314]に挙げられる化合物、及び下記〔化11〕〜〔化22〕に示す化合物が挙げられる。
Figure 0005284735
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Figure 0005284735
本発明の重合性組成物は、必要に応じて用いられる他の単量体(エチレン性不飽和結合を有する化合物)及びラジカル重合開始剤と共に、溶剤に溶解して溶液にすることができる。
上記他の単量体としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、第二ブチル(メタ)アクリレート、第三ブチル(メタ)アクリレート、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、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、アリルオキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、1−フェニルエチル(メタ)アクリレート、2−フェニルエチル(メタ)アクリレート、フルフリル(メタ)アクリレート、ジフェニルメチル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、ペンタクロルフェニル(メタ)アクリレート、2−クロルエチル(メタ)アクリレート、メチル−α−クロル(メタ)アクリレート、フェニル−α−ブロモ(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(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、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル、ジアセトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
本発明の重合性組成物を用いて作製される重合体の耐熱性及び光学特性を確保するために、他の単量体の含有量は、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との合計量100質量部に対して、50質量部以下が好ましく、特に30質量部以下が好ましい。
上記ラジカル重合開始剤としては、従来既知の化合物を用いることが可能であり、例えば、ベンゾインブチルエーテル等のベンゾインエーテル類;ベンジルジメチルケタール等のベンジルケタール類;1−ヒドロキシ−1−ベンゾイルシクロヘキサン、2−ヒドロキシ−2−ベンゾイルプロパン、2−ヒドロキシ−2−(4'−イソプロピル)ベンゾイルプロパン等のα−ヒドロキシアセトフェノン類;4−ブチルベンゾイルトリクロロメタン、4−フェノキシベンゾイルジクロロメタン等のクロロアセトフェノン類;1−ベンジル−1−ジメチルアミノ−1−(4'−モルホリノベンゾイル)プロパン、2−モルホリル−2−(4'−メチルメルカプト)ベンゾイルプロパン、9−n−ブチル−3,6−ビス(2'−モルホリノイソブチロイル)カルバゾール、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン等のα−アミノアセトフェノン類;ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシド等のアシルホスフィンオキシド類;ベンジル、ベンゾイル蟻酸メチル等のα−ジカルボニル類;p−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−メチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−フェニル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−ナフチル−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(p−ブトキシスチリル)−s−トリアジン等のトリアジン類;特開2000−80068号公報、特開2001−233842号公報、特開2005−97141号公報、特表2006−516246号公報、特許第3860170号公報、特許第3798008号公報、WO2006/018973号公報に記載の化合物等のα−アシルオキシムエステル類;過酸化ベンゾイル、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、エチルアントラキノン、1,7−ビス(9'−アクリジニル)ヘプタン、チオキサントン、1−クロル−4−プロポキシチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、ベンゾフェノン、フェニルビフェニルケトン、4−ベンゾイル−4'−メチルジフェニルスルフィド、2−(p−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ジメチルベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール、チオキサントン/アミン等が挙げられる。これらの中でも、下記一般式(a)又は(c)で表される化合物が好ましい。
Figure 0005284735
(式中、R71、R72及びR73は、それぞれ独立に、R、OR、COR、SR、CONRR’又はCNを表し、R及びR’は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基又は複素環基を表し、これらはハロゲン原子及び/又は複素環基で置換されていてもよく、これらのうちアルキル基及びアリールアルキル基のアルキレン部分は、不飽和結合、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合により中断されていてもよく、また、R及びR’は一緒になって環を形成していてもよく、R74は、ハロゲン原子又はアルキル基を表し、R75は、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基又は下記一般式(b)で表される置換基を表し、gは0〜4の整数であり、gが2以上の時、複数のR74は異なる基でもよい。)
Figure 0005284735
(式中、環Mはシクロアルカン環、芳香環又は複素環を表し、R76はハロゲン原子又はアルキル基を表し、Y71は酸素原子、硫黄原子又はセレン原子を表し、Z71は炭素原子数1〜5のアルキレン基を表し、hは0〜4の整数であり、hが2以上の時、複数のX73は異なる基でもよい。)
Figure 0005284735
(式中、R51及びR52は、それぞれ独立に、R11、OR11、COR11、SR11、CONR1213又はCNを表し、R11、R12及びR13は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数7〜30のアリールアルキル基又は炭素原子数2〜20の複素環基を表し、アルキル基、アリール基、アリールアルキル基及び複素環基の水素原子は更にOR21、COR21、SR21、NR2223、CONR2223、−NR22−OR23、−NCOR22−OCOR23、−C(=N−OR21)−R22、−C(=N−OCOR21)−R22、CN、ハロゲン原子、−CR21=CR2223、−CO−CR21=CR2223、カルボキシル基、エポキシ基で置換されていてもよく、R21、R22及びR23は、それぞれ独立に、水素原子、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数7〜30のアリールアルキル基又は炭素原子数2〜20の複素環基を表し、上記R11、R12、R13、R21、R22及びR23で表される置換基のアルキレン部分のメチレン基は、不飽和結合、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合又はウレタン結合により1〜5回中断されていてもよく、上記置換基のアルキル部分は分岐側鎖があってもよく、環状アルキルであってもよく、上記置換基のアルキル末端は不飽和結合であってもよく、また、R12とR13及びR22とR23は、それぞれ一緒になって環を形成していてもよい。R53及びR54は、それぞれ独立に、R11、OR11、SR11、COR11、CONR1213、NR12COR11、OCOR11、COOR11、SCOR11、OCSR11、COSR11、CSOR11、CN、ハロゲン原子又は水酸基を表し、a及びbは、それぞれ独立に、0〜4である。X51は、直接結合又はCOを表し、X52は、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、CR3132、CO、NR33又はPR34を表し、R31、R32、R33及びR34は、それぞれ独立に、R11、OR11、COR11、SR11、CONR1213又はCNを表し、R53は、−X2−を介して隣接するベンゼン環の炭素原子の1つと結合して環構造を形成していてもよく、あるいはR53とR54が一緒になって環を形成していてもよく、R31、R33及びR34は、それぞれ独立に、隣接するどちらかのベンゼン環と一緒になって環を形成していてもよい。)
また、上記ラジカル重合開始剤と増感剤との組合せも好ましく使用することができる。かかる増感剤としては、チオキサントン、フェノチアジン、クロロチオキサントン、キサントン、アントラセン、ジフェニルアントラセン、ルプレン等が挙げられる。上記ラジカル重合開始剤及び/又は上記増感剤を添加する場合、それらの添加量は、それぞれ、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との合計量100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下がさらに好ましく、0.1〜3質量部の範囲内がより好ましい。
上記溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、n−ブチルベンゼン、ジエチルベンゼン、テトラリン、メトキシベンゼン、1,2−ジメトキシベンゼン、エ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メチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼン、t−ブチルアルコール、ジアセトンアルコール、グリセリン、モノアセチレン、エチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ等が挙げられる。溶剤は単一化合物であってもよいし、又は混合物であってもよい。これらの溶剤の中でも、沸点が60〜250℃のものが好ましく、60〜180℃のものが特に好ましい。60℃より低いと塗布工程で溶媒が揮発して膜の厚さにムラが生じやすく、250℃より高いと脱溶媒工程で減圧しても溶媒が残留したり、高温での処理による熱重合を誘起したりして配向性が低下する場合がある。
また、本発明の重合性組成物には、選択反射波長及び液晶との相溶性等を調節することを目的として、他の光学活性化合物を添加することができる。かかる他の光学活性化合物を添加する場合、その添加量は、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との合計量100質量部に対し、0.1〜100質量部の範囲内が好ましく、1〜50質量部の範囲内がより好ましい。かかる光学活性化合物としては、例えば下記〔化26〕に示される化合物を挙げることができる。
Figure 0005284735
また、本発明の重合性組成物には、空気界面側に分布する排除体積効果を有する界面活性剤をさらに含有させることができる。該界面活性剤としては、重合性組成物を支持基板等に塗布することを容易にしたり、液晶相の配向を制御したりする等の効果を与えるものが好ましい。かかる界面活性剤としては、4級アンモニウム塩、アルキルアミンオキサイド、ポリアミン誘導体、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物、ポリエチレングリコール及びそのエステル、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸アミン類、アルキル置換芳香族スルホン酸塩、アルキルリン酸塩、ペルフルオロアルキルスルホン酸塩、ペルフルオロアルキルカルボン酸塩、ペルフルオロアルキルエチレンオキシド付加物、ペルフルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩等が挙げられる。界面活性剤の好ましい使用量は、界面活性剤の種類、組成物の成分比等に依存するが、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との合計量100質量部に対して、0.01〜5質量部の範囲であることが好ましく、0.05〜1質量部の範囲内がより好ましい。
また、本発明の重合性組成物には、必要に応じて添加物をさらに含有させてもよい。重合性組成物の特性を調製するための添加物としては、例えば、保存安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、無機物及び有機物等の微粒子化物、並びにポリマー等の機能性化合物等が挙げられる。
上記保存安定剤は、重合性組成物の保存安定性を向上させる効果を付与することができる。使用できる安定剤としては、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノアルキルエーテル類、第三ブチルカテコール類、ピロガロール類、チオフェノール類、ニトロ化合物類、2−ナフチルアミン類、2−ヒドロキシナフタレン類等が挙げられる。これらを添加する場合は、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との合計量100質量部に対して、1質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以下が特に好ましい。
上記酸化防止剤としては、特に制限なく公知の化合物を使用することができ、ヒドロキノン、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、2,6−ジ−t−ブチルフェノール、トリフェニルホスファイト、トリアルキルホスファイト等を用いることができる。
上記紫外線吸収剤としては、特に制限なく公知の化合物を使用することができ、例えば、サリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、シアノアクリレート系化合物又はニッケル錯塩系化合物によって紫外線吸収能をもたせたものを用いることが出来る。
上記微粒子化物は、光学(屈折率)異方性(Δn)を調整したり、重合体の強度を上げたりするために用いることができる。上記微粒子化物の材質としては、無機物、有機物、金属等が挙げられる。凝集防止のため、上記微粒子化物としては、0.001〜0.1μmの粒子径のものが好ましく、0.001〜0.05μmの粒子径のものがさらに好ましい。また、粒子径の分布はシャープであるものが好ましい。上記微粒子化物は、本発明の重合性光学活性イミド化合物と上記液晶化合物との合計量100質量部に対して、0.1〜30質量部の範囲内で使用することが好ましい。
上記無機物としては、セラミックス、フッ素金雲母、フッ素四ケイ素雲母、テニオライト、フッ素バーミキュライト、フッ素ヘクトライト、ヘクトライト、サポナイト、スチブンサイト、モンモリロナイト、バイデライト、カオリナイト、フライポンタイト、ZnO、TiO2、CeO2、Al23、Fe23、ZrO2、MgF2、SiO2、SrCO3、Ba(OH)2、Ca(OH)2、Ga(OH)3、Al(OH)3、Mg(OH)2、Zr(OH)4等が挙げられる。また、炭酸カルシウムの針状結晶等の微粒子は光学異方性を有し、このような微粒子によって重合体の光学異方性を調節できる。
上記有機物としては、カーボンナノチューブ、フラーレン、デンドリマー、ポリビニルアルコール、ポリメタクリレート、ポリイミド等が挙げられる。
上記ポリマーは、重合体の電気特性や配向性を制御することができる。上記ポリマーとしては、上記溶剤に可溶性の高分子化合物を好ましく使用することができる。かかる高分子化合物としては、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア、ポリエポキサイド、ポリエステル、ポリエステルポリオール等が挙げられる。
次に、本発明の重合体について説明する。
本発明の重合体は、例えば、上記重合性組成物を溶剤に溶解して溶液とした後、支持基板に塗布して、重合性組成物中の液晶分子を配向させた状態で脱溶媒し、次いでエネルギー線を照射して重合することにより得ることができる。
上記重合体を得るための光学活性モノマーとしては、らせん誘起力が大きく、添加量が少なくても効果を発揮することや、他の液晶化合物及び有機溶媒への溶解性に優れ、塗布性に優れ、電磁波照射で重合が可能であり、可視光に吸収を持たず着色がないことが望ましい。また、上記重合体は、透明性、機械的強度、耐熱・耐薬品性等に優れることが必要である。特に本発明の重合体を光学フィルム等の光補償材料として用いる場合には、選択反射波長を有することや、配向が均質であること、傾斜角により特定のリターデーション変化を示すこと等が、要求される特性として挙げられる。さらに、カットフィルターとして用いる場合は、特定の波長の光を透過させない性能を有することが必要である。しかし、本発明の重合性光学活性イミド化合物を用いた重合体は、後述する実施例において更に詳述するように、膜の全面にわたって配向が均一であり、選択反射を有する。また、本発明の重合性光学活性イミド化合物は、らせん誘起力が大きく、僅かな量で液晶組成物、特にコレステリック液晶組成物の選択波長を短波長側にシフトさせることができる。また、本発明の重合性光学活性イミド化合物は、そのメソゲン骨格を変更することにより、選択反射光の波長範囲を調節させることができる。さらに、本発明の重合性光学活性イミド化合物は、両鏡像体が入手容易であるため、それぞれの両鏡像体からなる重合体を作製することで、特定の波長の光を透過させない重合体を得ることができ、カットフィルターとして用いることができる。
上記支持基板としては、特に限定されないが、好ましい例としては、ガラス板、ポリエチレンテレフタレート板、ポリカーボネート板、ポリイミド板、ポリアミド板、ポリメタクリル酸メチル板、ポリスチレン板、ポリ塩化ビニル板、ポリテトラフルオロエチレン板、セルロース板、シリコン板、反射板、シクロオレフィンポリマー及び方解石板が挙げられる。このような支持基板上に、後述のようにポリイミド系配向膜又はポリビニルアルコール系配向膜を施したものが特に好ましく使用することができる。
上記支持基板に本発明の重合性組成物の溶液を塗布する方法としては、公知の方法を用いることができ、該方法としては、カーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法及び流延成膜法等が挙げられる。尚、本発明の重合体の膜厚は、用途等に応じて適宜選択されるが、好ましくは0.001〜30μm、より好ましくは0.001〜10μm、特に好ましくは0.005〜8μmの範囲から選択される。
本発明の重合性組成物中の液晶分子を配向させる方法としては、例えば、支持基板上に事前に配向処理を施す方法が挙げられる。配向処理を施す好ましい方法としては、各種ポリイミド系配向膜又はポリビニルアルコール系配向膜からなる液晶配向層を支持基板上に設け、ラビング等の処理を行う方法が挙げられる。また、支持基板上の重合性組成物に磁場や電場等を印加する方法等も挙げられる。
本発明の重合性組成物を重合させる方法は、光、電磁波又は熱を用いる公知の方法を適用できる。光又は電磁波による重合反応としては、例えば、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、配位重合、リビング重合等が挙げられる。これらの重合反応によれば、重合性組成物が液晶相を示す条件下で、重合を行なわせることが容易だからである。また、磁場や電場を印加しながら架橋させることも好ましい。支持基板上に形成した液晶(共)重合体は、そのまま使用しても良いが、必要に応じて、支持基板から剥離したり、他の支持基板に転写したりして使用してもよい。
上記光の好ましい種類は、紫外線、可視光線、赤外線等である。電子線、X線等の電磁波を用いてもよい。通常は、紫外線又は可視光線が好ましい。好ましい波長の範囲は150〜500nmである。さらに好ましい範囲は250〜450nmであり、最も好ましい範囲は300〜400nmである。光源としては、低圧水銀ランプ(殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト)、高圧放電ランプ(高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ)、又はショートアーク放電ランプ(超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)等が挙げられるが、超高圧水銀ランプを使用することが好ましい。光源からの光はそのまま重合性組成物に照射してもよく、フィルターによって選択した特定の波長(又は特定の波長領域)を重合性組成物に照射してもよい。好ましい照射エネルギー密度は、2〜5000mJ/cm2であり、さらに好ましい範囲は10〜3000mJ/cm2であり、特に好ましい範囲は100〜2000mJ/cm2である。好ましい照度は0.1〜5000mW/cm2であり、さらに好ましい照度は1〜2000mW/cm2である。光を照射するときの温度は、重合性組成物が液晶相を有するように設定できるが、好ましい照射温度は100℃以下である。100℃以上の温度では熱による重合が起こりうるので、良好な配向が得られないときがある。
本発明の重合体は、例えば、位相差板(1/2波長板、1/4波長板、ネガティブCプレート等)、偏光素子、二色性偏光板、反射防止膜、選択反射膜、視野角補償膜、輝度向上フィルム等の光学フィルム等に用いることができる。また、液晶配向膜等の配向制御材、液晶レンズ、マイクロレンズ等の光学レンズ、高分子分散型液晶(PDLC)ディスプレイ、電子ペーパー、カラーフィルター、波長カットフィルター、ホログラフ素子、非線形光学素子、光学記憶素子、偽造防止剤等の情報記録材料や、その他用途として、接着剤、化粧品、装飾品等にも利用することが可能である。
以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
下記実施例1−1〜1−5は、本発明の重合性光学活性イミド化合物である化合物No.1〜No.5の製造例を示し、実施例2−1〜2−5は、本発明の重合性組成物及び重合体の作製例を示し、評価例1〜3は、選択反射測定、配向性の確認及びリターデーションの測定による本発明の重合体の評価例を示す。
[実施例1−1]化合物No.1の製造
Figure 0005284735
p−トルエンスルホニルクロリド1.94g(10.2mmol)をアセトニトリル15mLに溶解させ、氷冷したのち、2−(6−アクリロイルオキシヘキシルオキシ)ナフタレン−6−カルボン酸2.91g(8.50mmol)とN−メチルイミダゾール2.09g(25.5mmol)のアセトニトリル15mL懸濁液を加え、室温で1時間撹拌した。次いで氷冷下、(+)−N−ベンジル−L−タルタルイミド0.94g(4.25mmol)とアセトニトリル10mL及びテトラヒドロフラン15mLの混合溶液を加えた。氷冷下30分撹拌し、室温で1.8時間撹拌した。反応液に濃塩酸2.62gを加え、減圧留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/1(v/v)(一回目)→1/3(v/v)(二回目))による精製を2回実施し、無色油状物3.15g(収率85.1%)を得た。得られた無色油状物について各種分析を行ったところ、目的物である化合物No.1であると同定された。
[実施例1−2]化合物No.2の製造
Figure 0005284735
p−トルエンスルホニルクロリド2.29g(12.0mmol)をアセトニトリル14mLに溶解させ、氷冷したのち、2−(6−アクリロイルオキシヘキシルオキシ)ナフタレン−6−カルボン酸3.42g(10.0mmol)とN−メチルイミダゾール2.46g(30.0mmol)のアセトニトリル30mL懸濁液を加え、室温で1時間撹拌した。次いで氷冷下、(+)−N−プロピル−L−タルタルイミド0.87g(5.00mmol)のテトラヒドロフラン10mL溶液を加えた。氷冷下2.5時間撹拌し、減圧留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/3(v/v))で精製し、無色油状物3.06g(収率74.4%)を得た。得られた無色油状物について各種分析を行ったところ、目的物である化合物No.2であると同定された。
[実施例1−3]化合物No.3の製造
Figure 0005284735
(+)−N−プロピル−L−タルタルイミドを(+)−N−メチル−L−タルタルイミド0.73g(5.00mmol)に代えた他は実施例1−2と同様にして、無色油状物3.32g(収率83.6%)を得た。得られた無色油状物について各種分析を行ったところ、目的物である化合物No.3であると同定された。
[実施例1−4]化合物No.4の製造
Figure 0005284735
(+)−N−プロピル−L−タルタルイミドを(−)−N−メチル−D−タルタルイミド0.73g(5.00mmol)に代えた他は実施例1−2と同様にして、無色油状物3.63g(収率91.4%)を得た。得られた無色油状物について各種分析を行ったところ、目的物である化合物No.4であると同定された。
[実施例1−5]化合物No.5の製造
Figure 0005284735
p−トルエンスルホニルクロリド2.31g(12.1mmol)をアセトニトリル14mLに溶解させ、氷冷したのち、4−〔4−(6−アクリロイルオキシヘキシルオキシ)ベンゾイルオキシ〕安息香酸2.95g(10.1mmol)とN−メチルイミダゾール2.48g(30.2mmol)のアセトニトリル31mL懸濁液を加え、室温で1時間撹拌した。次いで氷冷下、(+)−N−メチル−L−タルタルイミド1.94g(5.04mmol)のテトラヒドロフラン10mL溶液を加えた。氷冷下1時間撹拌し、室温で16時間撹拌した。反応液を減圧留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:酢酸エチル/ヘキサン=1/3(v/v)(一回目)→1/10(v/v)(二回目))による精製を二回実施し、無色固体0.98g(収率20.8%、融点112.6℃)を得た。得られた無色固体について各種分析を行ったところ、目的物である化合物No.5であると同定された。
各化合物の分析結果を下記〔表1〕及び〔表2〕に示す。
Figure 0005284735
Figure 0005284735
[実施例2−1〜2−5及び比較例1]重合性組成物及び重合体の作成
下記の手順((1)重合性組成物溶液の調製、(2)基板への塗布・硬化)に従って重合体を作製した。
(1)重合性組成物溶液の調製
先ず、以下の(i)及び(ii)の通り、重合性組成物をそれぞれ調製した。
(i)下記液晶化合物No.1に対して、上記化合物No.1を下記〔表3〕に記載の割合でそれぞれ配合した。
(ii)下記液晶化合物No.1に対して、上記化合物No.1〜No.5及び下記比較化合物No.1をそれぞれ10%配合した。
次に、調製した各重合性組成物0.5gを、2−ブタノン1.0g(界面活性剤としてKH−40(AGCセイミケミカル(株)製)を375ppm含有)に添加して温湯で完全に溶解した後、ラジカル重合開始剤としてN−1919((株)ADEKA製)0.015gを加えて完全に溶解した。次いで、0.45μmフィルターでろ過処理を実施することによって重合性組成物溶液をそれぞれ調製した。
Figure 0005284735
Figure 0005284735
(2)基板への塗布・硬化
上記(1)で調製した各重合性組成物溶液を、ポリイミドを塗布しラビングを施したガラス基板上にスピンコーター(2000rpm、10秒)で塗布した。塗工後、ホットプレートを用いて100℃で3分間乾燥した後に、室温下で1分間冷却し、次いで高圧水銀灯を使用し、300mJ/cm2に相当する光を照射し、塗工膜を硬化させ、実施例2−1〜2−5及び比較例1の重合体をそれぞれ得た。
[評価例1]、
上記実施例2で得られた重合体のうち、(i)の配合のものについて、以下の方法により、選択反射を評価した。これらの評価結果を下記〔表3〕に示す。
<選択反射の評価方法>
5°正反射付属装置を取り付けた分光光度計((株)日立ハイテクノロジーズ製;U−3010形)を使用して、25℃、波長800〜400nmの範囲で反射率測定を実施し、選択反射中心波長(λ)を測定し、選択反射を評価した。
Figure 0005284735
上記〔表3〕より、本発明の重合性光学活性イミド化合物は、配合量を変化させることにより選択反射波長を変化させることができることが確認できた。このことから、本発明の重合性光学活性イミド化合物は、各種フィルターやCプレート用途において有用であることが明らかである。
[評価例2及び比較評価例1]
上記実施例2及び比較例1で得られた重合体のうち、(ii)の配合のものについて、上述の方法により選択反射を評価するとともに、以下の方法により、配向の均質性を評価した。これらの評価結果を下記〔表4〕に示す。
<配向の均質性の評価方法>
得られた重合体の均質性を偏光顕微鏡((株)ニコン製;OPTIPHOT2−POL)を用いて評価した。即ち、クロスニコル下で重合体試料を設置したステージを回転させることによって、重合体の配向状態を目視で観察し、配向の均質性を評価した。尚、評価の基準は、選択反射が一様で、配向欠陥が確認されなければ○、結晶化や配向ムラが確認された場合は×とした。
Figure 0005284735
上記〔表4〕より、本発明以外の重合性光学活性化合物を用いて作製した重合体は、重合性光学活性化合物の析出と液晶分子の配向の不均一に伴う白濁が確認され、選択反射が認められなかった。これに対して、本発明の重合性光学活性イミド化合物を用いて作製した重合体は、膜の全面にわたって配向が均一であり、選択反射が確認できた。このことから、本発明の重合性光学活性イミド化合物が有用であることが明らかである。
[評価例3]
上記実施例2において、(ii)の配合から得られた重合体のうち、化合物No.3を配合して得られた重合体と、化合物No.4を配合して得られた重合体とを張り合わせ、この貼り合わせた重合体について、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光(株)製;V−570)を用いて紫外可視吸収スペクトル測定を行った。その結果、746nmの波長に透過率15.6%の極小値を持つスペクトルが測定された。このことより、本発明の重合体のなかでも、両鏡像体の重合体を重ねて使用することにより特定の波長を透過させないカットフィルターとしての用途に用いることができることが確認された。
[評価例4]
上記実施例2において、(i)の配合から得られた重合体のうち、化合物No.1を15質量%配合して得られた重合体、さらに別途化合物No.1を17質量%配合して得られた重合体について、以下の方法により、リターデーションを評価した。これらの評価結果を下記〔表5〕に示す。
<リターデーションの評価方法>
偏光顕微鏡((株)ニコン製:OPTIPHOT2−POL)を用いて、波長546nmの単色光でセナルモン法により、リターデーション測定を行った。この際、傾斜角度を変えられる台座に基板を設置し、角度を変えて測定することで、各傾斜角度におけるリターデーションを測定した。
Figure 0005284735
上記〔表5〕より、本発明の重合性光学活性イミド化合物によれば、目的とするらせんピッチを持つ液晶組成物が得られることがわかる。このことから、本発明の重合性光学活性イミド化合物を用いた重合体は、ネガティブCプレート等の液晶ディスプレイ用光位相差補償材料として有用であることが明らかである。

Claims (16)

  1. 下記一般式(I)で表される重合性光学活性イミド化合物。
    Figure 0005284735
    (式(I)中、環A1、A2、A3及びA4は、それぞれ独立に、ベンゼン環又はナフタレン環を表し、該ベンゼン環及びナフタレン環中の炭素原子は、窒素原子で置換されていてもよく、M1及びM2は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、R1は、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数6〜20のアリール基又は炭素原子数7〜20のアリールアルキル基を表し、R1中の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよく、R1中のメチレン基は、−O−、−COO−又は−OCO−で中断されていてもよく、X1は、直接結合、−L1−、−L1O−、−L1O−CO−、−L1CO−O−又は−L1O−CO−O−を表し、X2及びX5は、それぞれ独立に、直接結合、−COO−、−OCO−、エーテル結合、又は炭素原子数1〜8のアルキレン基を表し、X3は、直接結合、−CO−、−L2−、−OL2−、−O−COL2−、−CO−OL2−又は−O−CO−OL2−を表し、X4は、直接結合、−CO−、−L1−、−L1O−、−L1O−CO−、−L1CO−O−又は−L1O−CO−O−を表し、X6は、直接結合、−L2−、−OL2−、−O−COL2−、−CO−OL2−又は−O−CO−OL2−を表し、L1及びL2は、それぞれ独立に、分岐を有していてもよい炭素原子数1〜8のアルキレン基を表し、該アルキレン基は酸素原子で1〜3回中断されていてもよく、n及びmは、それぞれ独立に、0又は1を表す。)
  2. 上記一般式(I)中、X3及びX4が、共に−CO−である請求項1記載の重合性光学活性イミド化合物。
  3. 上記一般式(I)中、環A2及びA3が、共にナフタレン環である請求項1又は2記載の重合性光学活性イミド化合物。
  4. 上記一般式(I)中、環A1、A2、A3及びA4が、全てベンゼン環である請求項1又は2記載の重合性光学活性イミド化合物。
  5. 上記一般式(I)中、M1及びM2が、共に水素原子である請求項1〜4の何れか1項に記載の重合性光学活性イミド化合物。
  6. 上記一般式(I)中、環A1と環A4及び環A2と環A3が、それぞれ同一の環であり、M1とM2、X1とX6、X2とX5及びX3とX6が、それぞれ同一の基であり、nとmが同一の数である請求項1〜5の何れか1項に記載の重合性光学活性イミド化合物。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の重合性光学活性イミド化合物を含有する重合性組成物。
  8. さらに液晶化合物を含有する請求項7記載の重合性組成物。
  9. 上記重合性光学活性イミド化合物の含有量と上記液晶化合物の含有量との合計を100質量部としたとき、該重合性光学活性イミド化合物の含有量が1〜50質量部である請求項8記載の重合性組成物。
  10. 上記液晶化合物が重合性官能基を有する化合物である請求項8又は9記載の重合性組成物。
  11. コレステリック相を示す請求項7〜10の何れか1項に記載の重合性組成物。
  12. 請求項7〜11の何れか1項に記載の重合性組成物を光重合させることにより作製された重合体。
  13. 光学異方性を有する請求項12記載の重合体。
  14. 請求項12又は13記載の重合体を使用してなる光学フィルム。
  15. 請求項14記載の光学フィルムを用いた液晶ディスプレイ用光位相差補償材料。
  16. 請求項14記載の光学フィルムを用いたカットフィルター。
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