JP5444177B2 - 硬化性複合体組成物及びその硬化物 - Google Patents
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Description
ここでは、無機微粒子として、平均粒子径が1nm〜100nmの酸化ジルコニウム粒子を用いている。このような材料を撮像系の光学レンズとして使用する場合、高分散の材料となってしまうため、光のにじみを小さくし、高いアッベ数の材料とするために、光学特性を向上する必要があった。また、高温のリフロー時の過酷な熱履歴を受けた場合には、形状維持に関する耐熱性が不足しており、熱履歴を受けた後の光学特性を向上させる必要があった。
(B)成分:不飽和二重結合を有する官能基を1つ以上有し、分子量が1000以下のるモノマー、および
(C)成分:平均粒子径が1〜100nmであるシリカ微粒子、
を含有する複合体組成物であり、(A)成分及び(B)成分の合計に対する(A)成分の配合量が2〜83wt%、(B)成分の配合量が83〜2wt%、(C)成分の配合量が15〜90wt%であることを特徴とする硬化性複合体組成物である。
Md=(d)/[(a)+(b)+(c)+(d)] (1)
Mc1=(c1)/[(a)+(b)+(c)] (2)
ここで、(a)、(b)、(c)及び(d)は、脂環式構造を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(a)に由来する構造単位、アルコール性水酸基を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(b)に由来する構造単位、2官能(メタ)アクリル酸エステル(c)に由来する構造単位、及び2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(d)に由来する構造単位のモル数を示す。また、(c1)は、側鎖に2官能(メタ)アクリレート基を含有する構造単位(c1)のモル数を示す。なお、上記モル数は、可溶性多官能(メタ)アクリル酸エステル共重合体の一定重量当たりのモル数(例えば、モル/100g)として計算される。
Md=(d)/[(a)+(b)+(c)+(d)] (1)
ここで、(a)、(b)、(c)及び(d)は、(a)、(b)、(c)及び(d)の各成分に由来する構造単位のモル数又はモル比を示す。共重合体の末端に(d)成分由来の構造単位を上記範囲に導入することによって、離型性及び低吸水性を向上させることができる。
Mc1=(c1)/[(a)+(b)+(c)] (2)
ここで、式中の(c1)は、(メタ)アクリレート基を含有する構造単位(c1)のモル数を示す。上記モル分率を満足することによって、光や熱での硬化性に富み、硬化後の耐熱性及び機械的特性に優れた成形品を得ることができる。
A−R−C−(R’)n (a1)
ここで、Aは(メタ)アクリロキシ基であり、Rは単結合又は炭素数1〜10のアルキレン基又はポリアルキレンオキサイド基であり、Cは脂肪族環であり、R’は脂肪族環に置換する炭素数1〜10のアルキル基であり、nは0〜5である。
Mb=(b)/[(a)+(b)+(c)] (3)
ここで、式中の(a)、(b)及び(c)は、(a)、(b)及び(c)の各成分に由来する構造単位のモル数を示す。上記モル分率を満足することによって、湿熱条件のような厳しい実使用条件下での光学特性と無機材料との密着性を改善できるバランスの良好な共重合体を得ることができる。
また、その他の単量体(e)成分に由来する構造単位は、(a)成分と(b)成分由来の構造単位の総量に対して30モル%未満の範囲内とすることがよい。
(B)成分として、不飽和二重結合を有する官能基を1つ以上有する(メタ)アクリレ−トモノマー(以下、(メタ)アクリレ−トモノマーと略称することがある。)が使用される。(メタ)アクリレ−トモノマーは、分子中に1個以上の(メタ)アクリロイル基を有するものであり、1種又は2種以上が使用される。これらの(B)成分として用いられる(メタ)アクリレートは(A)成分と併用することによって、硬化性を落とさずに組成物の粘度を調整することが可能となるとともに、相乗的に、耐熱性に加えて、低色分散、高光線透過率といった光学特性が同時に向上する。
本発明の(C)成分として使用される平均粒子径が1〜100nmであるシリカ微粒子(d)としては、ケイ素を含有する金属酸化物でかつ平均粒径が1〜100nmの範囲のものであれば、特に制限されるものではない。シリカ微粒子としては、乾燥された粉末状のシリカ微粒子、有機溶媒に分散されたコロイダルシリカ(シリカゾル)を使用することができる。分散性の点で、有機溶媒に分散されたコロイダルシリカ(シリカゾル)を用いることが好ましい。有機溶媒に分散されたコロイダルシリカ(シリカゾル)を用いる場合の有機溶媒としては、複合体組成物中に使用する有機成分が溶解するものを用いることが好ましく、例えば、アルコール類、ケトン類、エステル類、グリコールエーテル類が挙げられる。脱溶媒のしやすさから、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、n−プロピルアルコール等のアルコール系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系の有機溶媒に分散されたコロイダルシリカ、シリカゾル、シリカ微粒子を用いることが好ましく、さらに好ましくは、イソプロピルアルコールに分散されたコロイダルシリカである。特に、イソプロピルアルコールに分散されたコロイダルシリカを用いた場合は、脱溶媒後の粘度が他の溶剤系に比べて低く、粘度が低い複合体組成物を安定して作製するのに適している。これらの有機溶媒に分散されたコロイダルシリカ(シリカゾル)、シリカ微粒子は、要求される特性を極端に損なうことのない範囲で、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤等のカップリング剤で表面処理されたものであっても良く、有機溶媒に分散させるために、界面活性剤等の分散剤を使用しているものであっても良い。
本発明の硬化性複合体組成物中には、必要に応じて、透明性、耐溶剤性、耐液晶性、耐熱性等の特性を損なわない範囲で、熱可塑性又は熱硬化性のオリゴマーやポリマーを併用することができる。この場合、吸水性を低減させたり、さらに線膨張係数を低減させる等の目的も兼ねて、脂環式構造やカルド骨格を有するオリゴマーやポリマーを使用することが好ましい。
また、本発明の硬化性複合体組成物中には、必要に応じて、透明性、耐溶剤性、耐液晶性、耐熱性等の特性を損なわない範囲で、少量の酸化防止剤、紫外線吸収剤、染顔料、他の無機フィラー等の充填剤等を含んでいても良い。
また、硬化物のアッベ数(光の波長によってその屈折率を変える性質を規定する物質固有の数値)は40.0以上であることが好ましく、より好ましくは45.0以上である。硬化物のアッベ数が40.0未満であると色収差が大きく色のにじみが生じるため好ましくない。
また、本発明の硬化性複合体組成物を接着剤として使用することもでき、これが硬化して生じる硬化物を接着層として有する物品としては、例えば、携帯電話、携帯ゲーム機、デジタルカメラ等がある。
可溶性多官能(メタ)アクリル酸エステル共重合体の分子量及び分子量分布測定はGPC(東ソー製、HLC−8120GPC)を使用し、溶媒:テトラヒドロフラン(THF)、流量:1.0ml/min、カラム温度:40℃で行った。共重合体の分子量は単分散ポリスチレンによる検量線を用い、ポリスチレン換算分子量として測定を行った。
日本電子製JNM−LA600型核磁気共鳴分光装置を用い、13C−NMR及び1H−NMR分析と、元素分析により決定した。溶媒としてクロロホルム−d1を使用し、テトラメチルシランの共鳴線を内部標準として使用した。
25℃の各種有機溶媒(トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン及びクロロホルム)100mlに対し、共重合体1gを加え、マグネチックスターラーを用いて30分攪拌した後に目視で溶解性を確認した。上記有機溶媒のいずれにも全部が溶解し、ゲルの生成は認められない場合を、溶解性:○とした。
幅50mm、長さ50mm、厚み1.0mmの2枚のガラス板の間を0.2〜1.0mmの隙問を開けて外周をポリイミドテープで巻き固定したガラス型に、硬化性組成物を注入し、1)このガラス型の片面から前述の高圧水銀ランプにより、5秒問紫外線を照射する、或いは、2)このガラス型を窒素ガス気流下のイナートガスオーブンに入れ、180℃で1時間加熱することによって硬化させた。ガラス型から硬化した樹脂板を脱型して各種物性測定に使用した。
アッベ屈折率計(アタゴ(株)製)で589nmにおける屈折率及びアッベ数を測定した。
7)Haze(濁り度)及び全光線透過率
0.2mm厚のテストピースを作製し、サンプルのHaze(濁り度)と全光線透過率を、積分球式光線透過率測定装置(日本電色社製、SZ−Σ90)を用い測定した。
○・・・・型からの離型性が良好
△・・・・離型がやや困難
×・・・・離型が困難或は型のこりがある
9)型再現性:硬化した樹脂層の表面形状と型の表面形状を観察した。
○・・・・再現性良好
△・・・・硬化の条件(光、熱)によっては再現性が良好
×・・・・再現性が不良
○・・・・バリの生成量が0.05mm未満、型クリアランスへの樹脂の洩れこみが1.0mm未満。
△・・・・バリの生成量が0.05mm以上、0.2mm未満。型クリアランスへの樹脂の洩れこみが1.0mm以上、3.0mm未満。
×・・・・バリの生成量が0.2mm以上、型クリアランスへの樹脂の洩れこみが3.0mm以上。
1mm厚の平行平板をテストピースとして、60℃で24時間真空乾燥したテストサンプルの重さをWoとし、それを±0.1mgまで測定可能な秤で秤量し、温度:85℃、相対湿度:85%の恒温恒湿槽内で1週間、加湿を行った。加湿後、テストサンプルについた水気をふき取り、サンプルを±0.1mgまで測定可能な秤で秤量し、Wとした。下記の式で吸水率を算出した。同じテストサンプルを3つ準備し、同様に試験を行った。
Wo/W×100=吸水率
157mWの超高圧水銀灯を用い3000mJのエネルギーで、無アルカリガラス(厚さ;0.7mm)と2mm厚のアクリル板を25μmの厚みで接着させたサンプルを、1サイクル、−35℃で30分、85℃で30分の条件で100サイクル行った後、2枚の基板の剥離の様子を観察し、剥離無しを○、剥離有りを×で評価した。
157mWの超高圧水銀灯を用い3000mJのエネルギーで、無アルカリガラス(厚さ;0.7mm)と2mm厚のアクリル板を25μmの厚みで接着させたサンプルを、60℃、90%RHに100時間放置した後の2枚の基板の剥離の様子を観察し、剥離無しを○、剥離有りを×で評価した。
硬化させ、ポストキュアを行った複合体硬化物層の球面レンズの表面形状(形状1)と、280℃のハンダリフロー炉を3回通したあとの複合体硬化物層の球面レンズの表面形状(形状2)を三鷹光機株式会社製非接触三次元形状測定装置で測定し、形状1と形状2の差の最大値を形状維持耐熱性として算出した。
ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート3.2モル(926.5ml)、イソボルニルメタクリレート8.0モル(1814.1ml)、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート4.8モル(645.5ml)、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン4.8モル(1145.9ml)、トルエン2400mlを10.0Lの反応器内に投入し、90℃で240mmolの過酸化ベンゾイルを添加し、6時間反応させた。重合反応を冷却により停止させた後、室温で反応混合液を大量のヘキサンに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をヘキサンで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体A1392.6g(収率:40.5wt%)を得た。
共重合体Aはトルエン、キシレン、THF、ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルムに可溶であり、ゲルの生成は認められなかった。また、共重合体Aのキャストフィルムは曇りのない透明なフィルムであった。
1,4−ブタンジオールジアクリレート4.8モル(950.4g)、ジシクロペンタニルメタクリレート6.4モル(922.7g)、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート4.8モル(692.2g)、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン4.8モル(1135g)、トルエン2400mlを10.0Lの反応器内に投入し、90℃で240mmolの過酸化ベンゾイルを添加し、6時間反応させた。重合反応を冷却により停止させた後、室温で反応混合液を大量のヘキサンに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をヘキサンで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体Bを得た。
共重合体Bはトルエン、キシレン、THF、ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルムに可溶であり、ゲルの生成は認められなかった。また、共重合体Bのキャストフィルムは曇りのない透明なフィルムであった。
1,4−ブタンジオールジアクリレート5モル(990g)、ジシクロペンタニルメタクリレート1モル(144.2g)、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート4モル(576.8g)、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン5モル(1182g)、トルエン2400mlを10.0Lの反応器内に投入し、90℃で240mmolの過酸化ベンゾイルを添加し、6時間反応させた。重合反応を冷却により停止させた後、室温で反応混合液を大量のヘキサンに投入し、重合体を析出させた。得られた重合体をヘキサンで洗浄し、濾別、乾燥、秤量して、共重合体Cを得た。
共重合体Cはトルエン、キシレン、THF、ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルムに可溶であり、ゲルの生成は認められなかった。また、共重合体Cのキャストフィルムは曇りのない透明なフィルムであった。
合成例1と同様の方法を用いて、アクリレート類の種類及び使用量を表1〜2に示す配合で変化させ各種共重合体を合成した。なお、合成例16〜20は比較のための合成例である。結果を表1〜2にまとめて示す。
表3〜5に示す割合で合成例で合成した各種共重合体と、(メタ)アクリレート類、シリカ微粒子及び重合開始剤等の添加剤を混合し硬化性組成物を得た。次に、この硬化性樹脂組成物を、上記の各種試験方法により硬化し性能評価を行った。性能評価結果を表3〜5に示す。
IBOMA;イソボルニルメタクリレート
DCPM;ジシクロペンタニルメタクリレート
DCPA;ジシクロペンタニルアクリレート
HOP;2−ヒドロキシプロピルメタクリレート
HO;2−ヒドロキシエチルメタクリレート
CD570;部分エトキシ化2−ヒドロキシエチルメタクリレート
DMTCD;ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート
14BDDA;1,4−ブタンジオールジアクリレート
MMA;メチルメタクリレート
DCP−A;トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(共栄社化学株式会社製)
M−600A;2−ヒドロキシ−3−フエノキシプロピルアクリレート(エポキシエステルM−600A:共栄社化学株式会社製)
3EG−A;トリエチレングリコールジアクリレート(ライトアクリレート3EG−A:共栄社化学株式会社製)
FA−513AS;ジシクロペンタニルアクリレ−ト(日立化成工業株式会社製)
FA−129AS;ノナンジオールジアクリレート(日立化成工業株式会社製)
SR205;トリエチレングリコールジメタクリレート(Sartomer-SR205:Sartomer社製)
EG;エチレングリコールジメタクリレ−ト(ライトエステルEG;共栄社化学株式会社製)
MEK−SD;メチルエチルケトン分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30重量%、平均粒子径10〜20nm、スノーテックMEK−SD−(1);日産化学株式会社製)
MEK−ST−MS;メチルエチルケトン分散型コロイダルシリカ(シリカ含量35wt%、平均粒径17〜23nm、MEK溶媒、スノーテックスMEK−ST−MS;日産化学株式会社製)
MEK−ST−L;メチルエチルケトン分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30wt%、平均粒径40〜50nm、MEK溶媒、スノーテックスMEK−ST−L;日産化学株式会社製)
SC1050;メチルエチルケトン分散型コロイダルシリカ(平均粒径0.2〜0.3μm、MEK溶媒、シリカ含量65wt%、SC1050−MMA;株式会社アドマテックス製)
AO−60;酸化防止剤(アデカスタブAO−60;株式会社アデカ製)
パーブチルO;t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、(日本油脂株式会社製)
イルガキュア184;1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製)
また、表3〜5において、(C)成分のシリカの重量は溶剤分を除いた固形分重量である。
Claims (11)
- (A)成分:脂環式構造を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(a)、アルコール性水酸基を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(b)、2官能(メタ)アクリル酸エステル(c)と、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(d)を含む成分を共重合して得られる共重合体であって、側鎖に2官能(メタ)アクリル酸エステル(c)由来の反応性の(メタ)アクリレート基を有し、末端に2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(d)由来の構造単位を有する共重合体であり、重量平均分子量が2000〜20000であり、更にトルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ジクロロエタン又はクロロホルムに可溶である可溶性多官能(メタ)アクリル酸エステル共重合体、
(B)成分:不飽和二重結合を有する官能基を1つ以上有し、分子量が1000以下のモノマー、および
(C)成分:平均粒子径が1〜100nmであるシリカ微粒子、
を含有する複合体組成物であり、(A)成分及び(B)成分の合計に対する(A)成分の配合量が2〜83wt%、(B)成分の配合量が83〜2wt%、(C)成分の配合量が15〜90wt%であることを特徴とする硬化性複合体組成物。 - 前記(A)成分における2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(d)の導入量が、下記式(1)で表わされるモル分率Mdとして、0.02〜0.35である請求項1に記載の硬化性複合体組成物。
Md=(d)/[(a)+(b)+(c)+(d)] (1)
ここで、(a)、(b)、(c)及び(d)は、それぞれ脂環式構造を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(a)に由来する構造単位、アルコール性水酸基を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(b)に由来する構造単位、2官能(メタ)アクリル酸エステル(c)に由来する構造単位、及び2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(d)に由来する構造単位のモル数を示す。 - 前記(A)成分における2官能(メタ)アクリル酸エステル(c)由来の反応性の(メタ)アクリレート基の側鎖への導入量が、下記式(2)で表わされるモル分率Mc1として、0.05〜0.5であることを特徴とする請求項2に記載の硬化性複合体組成物。
Mc1=(c1)/[(a)+(b)+(c)] (2)
ここで、式中の(c1)は、側鎖に2官能(メタ)アクリレート基を含有する構造単位(c1)のモル数を示す。 - 前記(A)成分における脂環式構造を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(a)が、イソボルニルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレ−ト、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレ−ト、ジシクロペンタニルアクリレ−ト、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−ト、及びジシクロペンタニルメタクリレートからなる群から選ばれる一種以上の脂環式構造を有する単官能(メタ)アクリル酸エステルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の硬化性複合体組成物。
- 前記(A)成分におけるアルコール性水酸基を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル(b)が、2−ヒドロキシプロピル(メタ)クリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)クリレート、部分的にエトキシ化された2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート及び部分的にエトキシ化された2−ヒドロキシエチル(メタ)クリレートからなる群から選ばれる単官能(メタ)アクリル酸エステルであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の硬化性複合体組成物。
- 前記(A)成分における2官能(メタ)アクリル酸エステル(c)が、1,4−ブタンジールジアクリレート、1,6−ヘキサンジールジアクリレート、1,9−ノナンジオルジアクリレート及びジメチロールトリシクロデカンジアクリレートからなる群から選ばれる一種以上の2官能(メタ)アクリル酸エステルであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の硬化性複合体組成物。
- 前記B成分における分子量が1000以下のモノマーが、脂環式構造を有する単官能(メタ)アクリル酸エステル及び2官能(メタ)アクリル酸エステルから選ばれる一種以上の(メタ)アクリル酸エステルであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の硬化性複合体組成物。
- 更に、(D)成分として光重合開始剤を含むことを特徴とする1〜7のいずれかに記載の硬化性複合体組成物。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の硬化性複合体組成物を硬化させて得られることを特徴とする硬化物。
- 請求項9に記載の硬化物から形成されてなることを特徴とする光学材料。
- 光学材料が、光学プラスチックレンズまたはプリズムである請求項10に記載の光学材料。
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