JP5441975B2 - 有機−無機複合体 - Google Patents

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Description

本発明は、高い透明性と高屈折率を有し、光学材料等として有用な有機−無機複合体、及びこの有機−無機複合体の製造原料として有用なシリル化誘導体に関する。
有機ポリマー中に無機成分を複合化させた有機−無機複合体(有機−無機ハイブリッド、有機−無機複合ポリマーともいう)は、有機ポリマーと無機成分の性質を併せ持つ新しい工業材料と注目されている。なかでも、この有機−無機複合体を、高屈折率を有するプラスチックレンズ用として用いることが検討されている。
このような高屈折率を有するプラスチックレンズ用の有機−無機複合体を製造する上において、無機成分として酸化チタンを用いることが好ましいと考えられている。
無機成分として酸化チタンを用いる有機−無機複合体の例としては、例えば特許文献1に記載された、有機モノマー存在下で、チタンアルコキシドを含む金属アルコキシドを酸または塩基を触媒として加水分解、脱水縮合させ、得られた金属酸化物を有機モノマーと混合し、重合処理する有機−無機複合ポリマーが知られている。
また、特許文献2には、モノマーの存在下、金属アルコキシドを加水分解、脱水縮合することにより得られる、有機基を有していてもよい金属酸化物を含むモノマー組成物である成分Aと、該成分Aと重付加または重縮合可能なモノマーである成分Bとを含むモノマー混合物を重合するコンタクトレンズの製造方法が記載されている。
しかし、特許文献1、2のいずれの場合においても、金属アルコキシドを酸もしくは塩基を用いて加水分解、脱水縮合し、溶媒、水、酸または塩基を留去してバルク重合処理しており、用いた水、酸、または塩基を完全に除去することが困難であることから、残存するこれらが重合反応に影響するという問題があった。また、特に有機溶媒中での溶液重合を行うには、溶液中で金属アルコキシドの加水分解生成物を安定に存在させるために、酸、塩基または分散安定化剤を用いる必要があり、それらは重合を阻害したり生成物の物性に悪影響を及ぼすという問題もあった。さらに、酸化チタンゲルを用いた上記無機−有機複合体は、概して他の金属酸化物ゲルを用いた無機−有機複合体に比して透過率が低い傾向にあり、酸化チタンが加水分解・脱水縮合後の濃縮段階で凝集していることを示唆しているといえる。
本発明に関連するものとして、特許文献3には、一般式:Ti(OR”)(R”は炭素数1〜12の一価の炭化水素基を表す)で表されるチタンアルコキシドを、1.0倍モル〜1.75倍モルの水を用い、触媒として無機又は有機酸の存在下あるいは不存在下で、エーテル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤から選ばれた一種以上の溶剤の存在下、0℃〜30℃の温度で加水分解し、更に60〜120℃の温度で熟成することによって、又は更にキレート化試薬若しくはシリル化剤と反応させることによって、TiO含有量の高い固体ポリチタノキサンを得る方法が記載されている。
特開平8−157735号公報 特開平11−14949号公報 特開2000−86769号公報
本発明は、上記した従来技術に鑑みてなされたものであり、高い透明性と高屈折率を有し、レンズ材料等として有用な有機−無機複合体、及びこの有機−無機複合体の製造原料として有用なシリル化誘導体を提供することを課題とする。
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、酸、塩基及び/又は分散安定化剤の非存在下で、チタンアルコキシドを加水分解して得られる特定のチタン化合物の分散液を調製し、この分散液に重合性モノマーを添加して重合反応を行うことにより、あるいは前記分散液にシリル化剤を添加してシリル化反応を行ったのち、得られた反応液に重合性モノマーを添加して重合反応を行うことにより、高い透明性と高屈折率を有し、光学材料等として有用な有機−無機複合体を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
かくして本発明の第1によれば、下記(1)、(2)の有機−無機複合体が提供される。
(1)無機成分と有機成分とからなる有機−無機複合体であって、前記無機成分が、(A)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対し0.5〜1倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質、(B)金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対して1.0〜1.7倍モルの水を用いて20〜90℃で加水分解し、次いで低沸点物質を留去して得られる金属化合物、又は(C)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、−20℃以下で、金属アルコキシドに対し1.0〜2.0倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質のいずれかに、シリル化剤を反応させて得られるシリル化誘導体から得られる無機高分子であることを特徴とする有機−無機複合体。
(2)前記有機成分が、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリチオウレタン系樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートを主成分とする樹脂、及びエピチオ基含有化合物から得られる樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする(1)に記載の有機−無機複合体。
本発明の第2によれば、下記(3)のシリル化誘導体が提供される。
(3)(A)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対し0.5〜1倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質、(B)金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対して1.0〜1.7倍モルの水を用いて20〜90℃で加水分解し、次いで低沸点物質を留去して得られる金属化合物、又は(C)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、−20℃以下で、金属アルコキシドに対し1.0〜2.0倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質のいずれかに、シリル化剤を反応させて得られるシリル化誘導体。
本発明の有機−無機複合体は、高い透明性と高屈折率を有し、光学材料等として有用である。
本発明のシリル化誘導体は新規物質であり、高い透明性と高屈折率を有し、本発明の有機−無機複合体の製造原料等として有用である。
製造例1で得られたチタン化合物(A1)結晶のH−NMRチャート図である。 製造例1で得られたチタン化合物(A1)結晶の13C−NMRチャート図である。 製造例1で得られたチタン化合物(A1)結晶のユニットセルを構成する分子構造を示す図である。 参考例4で得られた有機−無機複合体中のチタン化合物(A1)の含有割合(横軸:重量%)と、この有機−無機複合体を含有する透明溶液から形成された薄膜の587.6nmにおける屈折率(縦軸:nd)との関係を示すグラフ図である。
以下、本発明の有機−無機複合体を詳細に説明する。
本発明の有機−無機複合体は、無機成分と有機成分とからなる有機−無機複合体であって、前記無機成分が、下記(I)又は(II)のいずれかの無機高分子であることを特徴とする。
(I)(A)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対し0.5〜1倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質(以下、「金属化合物(A)」ということがある)、又は(B)金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対して1.0〜1.7倍モルの水を用いて20〜90℃で加水分解し、次いで低沸点物質を留去して得られる金属化合物(以下、「金属化合物(B)」ということがある)から得られる無機高分子。
(II)金属化合物(A)、金属化合物(B)、又は(C)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、−20℃以下で、金属アルコキシドに対し1.0〜2.0倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質(以下、「金属化合物(C)」ということがある)のいずれかに、シリル化剤を反応させて得られるシリル化誘導体から得られる無機高分子。
(1)金属化合物(A)
本発明に用いる金属化合物(A)は、有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、金属アルコキシドに対し0.5〜1倍モル未満の水を用いて加水分解して得られることを特徴とする、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質である。
金属化合物(A)は、有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、凝集せずに安定に分散してなる分散質である。
ここで、分散質とは、分散系中に分散している微細粒子のことをいい、具体的には、コロイド粒子等を例示することができる。
本発明において、凝集せずに安定に分散している状態とは、有機溶媒中、金属−酸素結合を有する分散質が、凝結して不均質に分離していない状態を表し、好ましくは透明で均質な状態をいう。
また透明とは、可視光における透過率が高い状態をいい、具体的には、分散質の濃度を酸化物換算で0.5重量%とし、石英セルの光路長を1cmとし、対照試料を有機溶媒とし、光の波長を550nmとする条件で測定した分光透過率で表して好ましくは80〜100%の透過率を表す状態をいう。
金属化合物(A)の製造に用いる金属アルコキシドの金属原子として具体的には、周期律表の第2周期から第6周期までのアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素および第3B族元素、周期律表の第3周期から第6周期までの第4B族元素および第5B族元素、遷移金属元素、ならびにランタノイド元素からなる群より選ばれた元素の1種または2種以上の金属の組合せを例示することができる。なかでも、チタン、ジルコニウム、アルミニウム、ケイ素、ゲルマニウム、インジウム、スズ、タンタル、亜鉛、タングステン、鉛が好ましく、チタンが特に好ましい。
金属アルコキシドのアルコキシ基としては特に制限されないが、原料の入手容易性、生産効率等の点から、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、2−エチルヘキシル基等の炭素数1〜8のアルコキシ基が好ましい。結合するアルコキシ基の数は特に制限されず、金属原子の種類や原子価、一分子中に含まれる金属原子の数等に依存する。また、アルコキシ基が複数個の場合、結合するアルコキシ基は全てが同一であっても、種類が異なっていてもよい。
金属アルコキシドとして具体的には、Si(OCH、Si(OC、Si(i−OC、Si(t−OC等のケイ素アルコキシド;Ti(OCH、Ti(OC、Ti(i−OC、Ti(OC等のチタンアルコキシド;Zr(OCH、Zr(OC、Zr(OC、Zr(OC4H9)4等のジルコニウムアルコキシド;Al(OCH、Al(OC、Al(O−i−C、Al(OC等のアルミニウムアルコキシド;Ge(OC等のゲルマニウムアルコキシド;In(OCH、In(OC、In(O−i−C、In(OC等のインジウムアルコキシド;Sn(OCH、Sn(OC、Sn(O−i−C、Sn(OC等のスズアルコキシド;Ta(OCH、Ta(OC、Ta(O−i−C、Ta(OC等のタンタルアルコキシド;W(OCH、W(OC、W(O−i−C、W(OC等のタングステンアルコキシド;Zn(OC等の亜鉛アルコキシド;Pb(OC等の鉛アルコキシド;等が挙げられる。
また上記した金属アルコキシドの部分加水分解物も本発明で用いる金属アルコキシドに含まれる。また、前記元素2種以上の金属アルコキシド間での反応により得られた複合アルコキシド、あるいは、1種もしくは2種以上の金属アルコキシドと1種もしくは2種以上の金属塩との反応により得られた複合アルコキシドであってもよい。さらには、これらを組み合わせて使用することも可能である。
2種以上の金属アルコキシド間での反応により得られる複合アルコキシドとして具体的には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のアルコキシドと遷移金属のアルコキシドとの反応により得られた複合アルコキシドや、第3B族元素の組合せにより得られる錯塩としての複合アルコキシドを例示することができる。
より具体的には、BaTi(Or)、SrTi(Or)、BaZr(Or)、SrZr(Or)、LiNb(Or)、LiTa(Or)、LiVO(Or)、MgAl(Or)、(Or)SiOAl(Or’)、(Or)SiOTi(Or’)、(Or)SiOZr(Or’)、(Or)SiOB(Or’)、(Or)SiONb(Or’)、(Or)SiOTa(Or’)等が挙げられる。ここで、rおよびr’は、それぞれ独立してアルキル基を示す。
また、1種もしくは2種以上の金属アルコキシドと1種もしくは2種以上の金属塩との反応により得られる複合アルコキシドとして、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩等の金属塩とアルコキシドとの反応により得られる化合物を例示することができる。
金属アルコキシドは、適当な有機溶媒に溶解又は分散させて使用する。有機溶媒中の金属アルコキシドの濃度は、急激な発熱を抑制し、撹拌が可能な流動性を有する範囲であれば特に限定されないが、通常5〜30重量%である。
用いる有機溶媒としては、金属アルコキシドの加水分解反応に対して不活性なものであれば特に制約されない。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒;塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル系溶媒;アセトン、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溶媒;N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒;等が挙げられる。また、特開平9−208438号公報に記載されている二酸化チタン分散体の分散媒に用いられているメチルポリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタンシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等のシリコーン等も例示することができる。これらの溶媒は1種単独で、または2種以上を混合して用いることができる。
これらの中でも、後述するように、水を用いた加水分解反応を低温で行うためには、水の溶解度が大きく、低温で凝固しない溶媒が好ましく、具体的には低級アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、芳香族炭化水素系溶媒等を好ましく例示することができる。
また、金属アルコキシドが有機溶媒と均一に混合しない場合には、例えば、1,2−ビス−(2−エチルヘキシルオキシカルボニル)−1−エタンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(6)ノニルフェニルエーテル等の界面活性剤を添加したり、撹拌処理、超音波処理等を施し、溶液を均一にするのが好ましい。
有機溶媒の使用量は、金属アルコキシド100重量部に対し、通常10〜5,000重量部、好ましくは100〜3,000重量部である。10重量部未満では生成する微粒子が結合した状態で成長し、粒径制御が困難になる場合があり、一方5,000重量部を超えると溶液が希薄すぎて、微粒子の生成が困難となるおそれがある。
金属アルコキシドの加水分解に用いる水は、中性であれば特に制限されないが、副反応を抑制する観点から、不純物含有量の少ない純水、蒸留水又はイオン交換水が好ましい。
反応に関与する水の使用量は特に制限されないが、具体的には、金属アルコキシド類に対し0.5〜1.5倍モル、好ましくは0.5〜1.0倍モル未満を例示することができる。
水の添加方法としては、使用量の全量の水を連続的に添加する方法、及び複数回に分割して添加する方法のいずれであってもよい。後述するように、水を複数回に分割して添加する場合には、添加するときの温度を変化させてもよい。例えば、第1回目の水の添加を−25℃〜−20℃で行い、2回目の添加を−80℃〜−70℃で行うことができる。
また、水は適当な有機溶媒に希釈して用いることもできる。有機溶媒に希釈した水を用いることで、水の滴下時における局部的な発熱を防止して、金属アルコキシドの均質な加水分解を行うことができる。水の希釈に用いる有機溶媒としては、水と相溶性のあるものが好ましい。例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール等が挙げられる。
金属アルコキシドの水による加水分解反応においては、酸、塩基又は分散安定化剤を添加してもよい。
酸及び塩基は、凝結してできた沈殿を再び分散させる解膠剤として、また、金属アルコキシド及び生成した金属アルコキシド類の多量体等を加水分解、脱水縮合させてコロイド粒子等の分散質を製造するための触媒として、並びに生成した分散質の分散剤として機能するものであれば特に制限されない。
酸としては、例えば、塩酸、硝酸、ホウ酸、ホウフッ化水素酸等の鉱酸;酢酸、ギ酸、シュウ酸、炭酸、トリフルオロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等の有機酸;ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルホスホニウムヘキサフルオロホスフェート等の光照射によって酸を発生する光酸発生剤;等が挙げられる。塩基としては、例えば、トリエタノールアミン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、アンモニア、ジメチルホルムアミド、ホスフィン等が挙げられる。
分散安定化剤は、分散質を分散媒中に安定に分散させる効力を有する剤であり、解膠剤、保護コロイド、界面活性剤等の凝結防止剤等が挙げられる。その具体例としては、グリコール酸、グルコン酸、乳酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸等の多価カルボン酸;ヒドロキシカルボン酸;ピロ燐酸、トリポリ燐酸等の燐酸;アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸n−プロピル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢駿n−ブチル、アセト酢酸sec−ブチル、アセト酢酸t−ブチル、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン、2,4−オクタンジオン、2,4−ノナンジオン、5−メチル−ヘキサンジオン等の金属原子に対して強いキレート能力を有する多座配位子化合物;等が挙げられる。
金属アルコキシドと水との加水分解反応を行う方法としては、(a)金属アルコキシドの有機溶媒溶液に水を添加する方法、(b)水と有機溶媒との混合溶媒中に、金属アルコキシドを添加する方法等が挙げられるが、収率よく金属化合物(A)を得ることができることから、(a)の方法が好ましい。なかでも、金属アルコキシドを有機溶媒に溶解又は分散させた溶液に、金属アルコキシド類に対し0.5倍モル〜1.0倍モルの水を、−20℃以下でゆっくりと添加し、反応液を自然昇温させた(第1工程)後、還流する(第2工程)方法が特に好ましい。
第1工程においては、金属アルコキシドの低温加水分解反応が主に進行するものと考えられる。例えば、金属アルコキシドとしてチタンテトライソプロポキシドを使用する場合、第1工程により、ゆるい結晶類似かご型(鎖)構造(準安定化構造)を有する微粒子の分散液が得られる。
水の滴下温度は、用いる金属アルコキシドの安定性に依存する。通常、−20℃以下の温度であるが、金属アルコキシドの種類によっては、−50℃〜−100℃の温度範囲で行うことがより好ましい場合がある。このように低温で水を滴下することにより、微粒子状の金属化合物(A)の分散液を得ることができる。
水の滴下時間は反応規模等によるが、通常10分から3時間、好ましくは15分から1時間である。滴下終了後においては、反応液を室温に昇温し、熟成のために1〜24時間撹拌を続けるのが好ましい。
第2工程は、第1工程で得られた反応液を用いる有機溶媒の還流温度で還流することにより、金属化合物(A)を含む溶液を得るものである。この工程においては、滴下した水が完全に加水分解に使用され、重縮合反応(脱水及び脱アルコール反応)により、金属化合物(A)が生成する。還流時間は特に制約はないが、通常30分〜5時間、好ましくは、1〜3時間である。
第2工程により得られる金属化合物(A)を含む溶液は、金属化合物(A)の微粒子が有機溶媒中で均一に分散したものである。分散質である金属化合物(A)の微粒子は、その平均粒径が0.3〜5nm、好ましくは0.5〜3nmであり、粒径分布が0.1〜50nmの単分散である。
第2工程で得られた反応液を、室温以下の温度で静置することにより、金属化合物(A)の結晶が析出する。析出した結晶をろ取することにより、これを単離することができる。単離した金属化合物(A)は安定であり、各種有機溶媒に対する分散性に優れる。
本発明に用いる金属化合物(A)は、チタン化合物であるのが好ましく、該チタン化合物が、1分子内に、空間的に6つのチタン原子が5角錐の頂点に位置する配置と、5つのチタン原子が頂点に位置する5角形からなる配置とを含む分子構造を有するチタン化合物であるのがより好ましく、1分子内に、5角錐の底面(五角形の面)を介して前記5角錐と前記5角形が対峙しているものであるのがさらに好ましく、前記5角錐の底面と前記5角形が一定の角度を持って対峙しているものが特に好ましい。
本発明に用いる金属化合物(A)は、その分子構造を構成する各金属原子が、互いに架橋型酸素原子によって架橋されているものが好ましい。架橋型酸素原子には、2つの金属原子のみと結合するμ型架橋酸素原子、3つの金属原子と結合するμ型架橋酸素原子、及び4つの金属原子と結合するμ型架橋酸素原子等が存在し得るが、金属化合物(A)は、少なくともμ型架橋酸素原子を有するものが好ましい。
本発明に用いる金属化合物(A)は、金属原子が架橋型酸素原子により架橋され、さらにアルコキシ基が結合している金属原子を含むものが好ましい。
本発明に用いる金属化合物(A)のより詳細な具体例としては、WO03/014022号公報、及び特願2004−258621号に記載されたものがある。
(2)金属化合物(B)
本発明に用いる金属化合物(B)は、金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対して1.0〜1.7倍モルの水を用いて20〜90℃で加水分解し、次いで低沸点物質を留去して得られるものである。
用いる金属アルコキシドの具体例としては、前記金属化合物(A)の項で、原料として用いる金属アルコキシドとして列記したものと同様のものが挙げられる。
金属化合物(B)は、金属アルコキシドの少なくとも一種を該金属アルコキシドに対して1.0〜1.7倍モルの水を用いて20〜90℃で加水分解し、要すればエステル交換を行ったのち、次いで、溶媒、副生アルコール、未反応の金属アルコキシド等の低沸点物質を、減圧留去することにより得られる。エステル交換する方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
本発明に用いる金属化合物(B)としては、チタン化合物であるのが好ましく、下記構造式(i)又は(ii)で示されるラダー状ポリチタノキサンであるのが特に好ましい。
Figure 0005441975
上記式(i)及び(ii)中、Rは、水素原子及び炭素数1〜18の炭化水素基よりなる群から選ばれる一種または二種以上である。ただし、水素原子は全Rの15%を超えない。
前記Rの炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等のアリール基;等が挙げられる。これらの中でも、炭素数1〜6のアルキル基が好ましい。
また、m、nはラダー状ポリチタノキサンの縮合度を表し、具体的には、m、nはそれぞれ独立して、1〜90の整数を表す。m、nが1〜90の範囲であるとき、チタン化合物は有機溶媒に可溶である。
上記ラダー構造を有するチタン化合物は、特開平1−129032号公報により詳細に記載されている。
(3)金属化合物(C)
本発明に用いる金属化合物(C)は、有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、−20℃以下で、金属アルコキシドに対し1.0〜2.0倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質である。
金属化合物(C)は、有機溶媒中、酸、塩基、及び/又は分散安定化剤の非存在下、凝集せずに安定に分散してなる分散質である。
ここで、分散質とは、分散系中に分散している微細粒子のことをいい、具体的には、コロイド粒子等を例示することができる。
分散質が分散している有機溶媒としては、前記金属化合物(A)を分散できるものとして例示したものと同様のものが挙げられる。
これらの中でも、後述するように、水を用いた加水分解反応を低温で行うためには、水の溶解度が大きく、低温で凝固しない溶媒が好ましく、具体的には低級アルコール系溶媒、エーテル系溶媒等を好ましく例示することができる。
分散質である金属化合物(C)の粒子径は特に限定されないが、可視光における高い透過率を得るためには、その粒子径を1〜100nmの範囲とするのが好ましく、1〜50nm、さらには1〜10nmの範囲とするのが好ましい。
前記金属化合物(C)の製造に用いる金属アルコキシド及び有機溶媒としては、前記金属化合物(A)の製造に用いるものとして列記した、金属アルコキシド及び有機溶媒と同様のものを用いることができる。なかでも、金属アルコキシドとしては、チタンアルコキシドが好ましい。
金属化合物(C)は、金属アルコキシドを、有機溶媒中、酸、塩基、及び/または分散安定化剤の非存在下、−20℃以下、好ましくは−50〜−100℃の範囲で、金属アルコキシドに対し1.0〜2.0倍モル未満の水を用いて加水分解することにより製造することができる。
また、上記金属化合物(A)を製造するときに設定した水の量を用いて任意の温度で加水分解を行った後、−20℃以下の温度条件下で、水の量をさらに追加して反応を行うことにより、金属化合物(C)を製造することもできる。
金属アルコキシドと水との反応は、金属アルコキシドの有機溶媒溶液に有機溶媒で希釈した水を添加する方法、水が懸濁または溶解した有機溶媒中に、金属アルコキシド、または有機溶媒の希釈溶液を添加する方法、のいずれの方法でも行うことができるが、水を後から添加する方法が好ましい。
金属アルコキシド、または水の有機溶媒中の濃度は、急激な発熱を抑制し、撹拌が可能な流動性を有する範囲であれば特に限定されないが、通常、5〜30重量%の金属アルコキシドの濃度範囲で行うのが好ましい。
反応温度は、金属アルコキシドの安定性に依存するものであり、−20℃以下の温度であれば特に限定されないが、金属アルコキシドの種類によっては、金属アルコキシドへの水の添加を−50℃〜−100℃の温度範囲で行うことが好ましい場合がある。
さらに、低温で水を添加し、一定時間熟成した後、室温から用いた溶媒の還流温度で加水分解、脱水縮合反応をさらに行うこともできる。
−20℃以下といった低温で水の添加を行うことにより、多座配位化合物等の分散安定化剤を添加して金属アルコキシド加水分解物を安定化させることなく、金属アルコキシドを高濃度で加水分解・重合反応を行うことが可能となり、多座配位化合物等の不要な有機物を含有しない高濃度の分散液を得ることができる。
金属化合物(C)のより詳細な具体例は、WO03/014022号公報に記載されたものがある。
(4)シリル化誘導体(金属化合物(D))
本発明に用いる金属化合物(D)は、前記金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(C)のいずれかに、シリル化剤を反応させて得られるシリル化誘導体である。金属化合物(D)はチタン化合物であるのが好ましい。
用いるシリル化剤としては、下記式(3)で表されるケイ素化合物、N,O−ビス(トリメチルシリル)アセトアミド、N,N’−ビス(トリメチルシリル)尿素、ヘキサメチルジシラザン化合物等が挙げられ、下記式(3)で表されるケイ素化合物が好ましい。
Figure 0005441975
式(3)中、Rは、置換基を有していてもよい炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、連結基を含む炭化水素基、又は連結基を含むハロゲン化炭化水素基を表す。
の炭化水素基としては、炭素数1〜30のアルキル基、炭素数2〜30のアルケニル基又はアリール基が挙げられる。
が置換基を有する炭化水素基である場合、炭化水素基の置換基としては、カルボキシル基、アミド基、イミド基、エステル基、水酸基、エポキシ基等が挙げられる。また、該炭化水素基中の置換基の数は1〜3個が好ましい。
がハロゲン化炭化水素基である場合、アルキル基中の水素原子の2個以上がハロゲン原子に置換された基が好ましい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。なかでも、ハロゲン原子がフッ素原子であるフッ素化アルキル基が好ましい。
がフッ素化アルキル基である場合、直鎖構造又は分岐構造を有するフッ素化アルキル基がより好ましく、分岐部分が炭素数1〜4程度の短鎖である分岐構造を有するフッ素化アルキル基が特に好ましい。
がフッ素化アルキル基である場合、Rは、末端炭素原子にフッ素原子が1個以上結合したフッ素化アルキル基が好ましく、末端炭素原子にフッ素原子が3個結合したCF3基部分を有するフッ素化アルキル基がより好ましい。
前記フッ素化アルキル基中のフッ素原子数は、[(フッ素化アルキル基中のフッ素原子数)/(フッ素化アルキル基に対応する同一炭素数のアルキル基中に存在する水素原子数)×100]%で表現したときに、60%以上が好ましく、特に80%以上が好ましい。
また、前記フッ素化アルキル基は、末端部分にアルキル基の水素原子の全てはフッ素原子に置換されたペルフルオロアルキル部分を有し、金属原子との間に−(CH2h−(hは1〜6の整数であり、2〜4の整数が好ましい)である基が存在する基が好ましい。該好ましい基の態様は、Rが置換基や連結基を有するハロゲン化炭化水素基である場合も同様である。
が連結基を含む1価炭化水素基、又は連結基を含むハロゲン化炭化水素基である場合、連結基としては、−O−、−S−、−COO−又は−CONR−(Rは水素原子又はアルキル基を表す。)等が挙げられる。
また、連結基の結合位置としては、炭化水素基又はハロゲン化炭化水素の炭素−炭素結合間、炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基の金属原子に結合する末端部が挙げられる。
これらのうち、撥水性、耐久性の観点から、Rとして、メチル基、フッ素化アルキル基、又は連結基を有するフッ素化アルキル基であるのが特に好ましい。
のフッ素化アルキル基又は連結基を有するフッ素化アルキル基である場合の具体例としては、下記の基が挙げられる。
CF
CFCF
(CFCF−
(CFC−
CF(CH
CF(CF(CH
CF(CF(CH
CF(CF(CH
CF(CF(CH
CF(CF(CH
CF(CF(CH
CF(CFO(CF(CH
CF(CFO(CF(CH
CF(CFO(CF(CH
CF(CFCONH(CH
CF(CFCONH(CH
CF(CFO[CF(CF)CF(CF)O]CF(CF)CONH(CH
CH(CF(CH
CH(CF(CH
CH(CF(CH
CH(CF10(CH
CH(CF11(CH
CH(CF12(CH
CH(CF(CH
CH(CF(CH
CH(CF11(CH
CHCH(CF(CH
CHCH(CF(CH
CHCH(CF10(CH
CH(CFO(CF(CH
CH(CF(CHO(CH
CH(CF(CHO(CH
CH(CF(CHO(CH
CHCH(CF(CHO(CH
CH(CFCONH(CH
CH(CFCONH(CH
CH(CFO[CF(CF)CF(CF)O]CF(CF)CONH(CH
前記式(3)中、aは、0〜3のいずれかの整数を表し、aが2以上のとき、Rは同一であっても相異なっていてもよい。また、高密度の薄膜を形成するためには、aは1であるのが好ましい。但し、a+b=4である。
Xは水酸基又は加水分解性基を表す。具体的には、水酸基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基等の炭素数1〜12のアルコキシ基;ヒドロキシイミノ基、ヒドロキシアミノ基、エノキシ基、アミノ基、カルバモイル基等の窒素原子を含有する基;塩素原子、臭素原子等のハロゲン原子;等を例示することができる。
前記式(3)で表される化合物の具体例としては、トリメチルシラノール、トリエチルシラノール、t−ブチルジメチルシラノール、トリフェニルシラノール、
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、ジメチルジクロロシラン、テトラキス(ジエチルアミノ)シラン、4−アミノブチルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、ベンジルトリクロロシラン、ベンジルトリエトキシシラン、t−ブチルフェニルジクロロシラン、2−クロロエチルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリクロロシラン、8−ブロモオクチルトリクロロシラン、3−ブロモプロピルトリクロロシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)ジクロロシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリクロロシラン、クロロメチルトリクロロシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、アリルトリクロロシラン、アリルトリエトキシシラン、ビニルメチルジアセトキシシラン、ビニルメチルビス(メチルエチルケトキシミン)シラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリクロロシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、
CHCHO(CH15Si(OCH
CFCHO(CH15Si(OCH
CH(CHSi(CH(CH15Si(OCH
CH(CHSi(CH(CHSi(OCH
CHCOO(CH15Si(OCH
CF(CF(CHSi(OCH
CF(CF−(CH=CH)−Si(OCH
CHCH2O(CH15Si(OC
CH(CHSi(CH(CH15Si(OC
CH(CHSi(CH(CHSi(OC
CF(CHSi(CH(CHSi(OC
CHCOO(CH15Si(OC
CFCOO(CH15Si(OC
CFCOO(CH15Si(OCH
CF(CF(CHSi(OC
CF(CF(CHSi(OC
CF(CF(CHSi(OC
CF(CF(CH=CH)Si(OC
CF(CF(CHSi(OCH
CF(CF(CHSi(OCH
CF(CF(CHSi(CH)(OC
CF(CF(CHSi(CH)(OCH
CF(CF(CHSi(CH(OC
CF(CF(CHSi(CH(OCH
CF(CHSiCl
CF(CF(CHSiCl
CF(CF(CHSiCl
CF(CF(CHSiCl
CF(CF(CHSiCl
CF(CF(CHSiCl
CF(CF(CHSiCl
CF(CFO(CF(CHSiCl
CF(CFO(CF(CHSiCl
CF(CF(CHO(CHSiCl
CF(CFCONH(CHSiCl
CF(CFCONH(CHSiCl
CF(CFO[CF(CF)CF(CF)O]CF(CF)CONH(CHSiCl
CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CF(CHSi(CH)Cl
CF(CF(CHO(CHSi(CH)Cl
CF(CFCONH(CHSi(CH)Cl
CF(CFCONH(CHSi(CH)Cl
CF(CFO[CF(CF)CF(CF)O]CF(CF)CONH(CHSi(CH)Cl
CH(CHSiCl
CH(CF(CHSiCl
CH(CF(CHSi(CH)Cl
CH(CF(CHSi(OCH
CH(CF(CHSi(NCO)
CH(CF(CHSiCl
CH(CF(CHSi(OCH
CH(CF(CHSi(NCO)
CH(CF(CHSiCl
CH(CF(CHSi(OCH
CH(CF(CHSi(NCO)
CHCH(CF(CHSiCl
CHCH(CF(CH)2Si(OCH3)3
CHCH(CF(CHSi(NCO)
CHCH(CF(CHSiCl
CHCH(CF(CHSi(OCH
CHCH(CF(CHSi(NCO)
CHCH(CF10(CHSiCl
CH(CF4O(CF(CHSiCl
CH(CF(CHO(CHSiCl
CH(CF(CHO(CHSiCl
CH(CF(CHO(CHSiCl
CHCH(CF(CHO(CHSiCl
CH(CFCONH(CHSiCl
CH(CFCONH(CHSiCl
CH(CFO[CF(CF)CF(CF)O]CF(CF)CONH(CHSiCl
また、シリル化剤は、前記式(3)で表される化合物に代表される単分子化合物である必要はなく、例えば、式(3)等で表される化合物を同様の方法等を用いて得られた部分加水分解縮重合物であっても構わない。この場合、部分加水分解縮重合物とは、金属酸化物状態になる前の状態の縮合物をいう。
シリル化剤の添加量は、特に制限されないが、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(C)(以下、これらをまとめて「金属化合物」ということがある)に対して、通常0.01〜10倍モル、好ましくは0.1〜1.0倍モルである。
シリル化反応は、金属化合物を調製する反応液、又は金属化合物を有機溶媒に溶解若しくは分散させた溶液に、所定量のシリル化剤を添加し、0℃から用いる溶媒の沸点までの温度範囲で、数分から数十時間攪拌することにより行われる。
以上のようにして、金属化合物(D)(シリル化誘導体)を得ることができる。
得られる金属化合物(D)の構造は、NMRスペクトルの測定、マススペクトルの測定、分子量の測定等の公知の分析手段により決定、確認することができる。
本発明の金属化合物(D)は新規物質であり、高い屈折率と透明性を有し、後述するように、高分子と複合化することにより、光学材料等として有用な有機−無機複合体を製造することができる。
(5)無機高分子
本発明の有機−無機複合体の無機成分を構成する無機高分子は、上述した金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)の少なくとも一種から得られる。前記無機高分子は、後述さうるように、前記金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)の少なくとも一種を重縮合させることで得ることができる。
(6)有機成分
本発明の有機−無機複合体の有機成分としては、前記無機高分子と複合化して、有機−無機複合体を形成できるものであれば、特に限定されない。例えば、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリチオウレタン系樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートを主成分とする樹脂、及びエピチオ基含有化合物から得られる樹脂等が挙げられる。
アクリル系樹脂としては、アクリル系モノマーの一種からなる単独重合体、アクリル系モノマーの二種以上からなる共重合体、アクリル系モノマーと、アクリル系モノマーと共重合可能なモノマーとの共重合体等が挙げられる。
アクリル系モノマーとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル等の単官能(メタ)アクリル酸エステル;
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレンジ(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、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2,2−ビス[4−((メタ)アクリロキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−((メタ)アクリロキシエトキシ)フェニル]プロパン等の多官能(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド誘導体;等が挙げられる。
ここで、(メタ)アクリルは、アクリル又はメタクリルのいずれかの意味である(以下にて同じ)。
アクリル系モノマーと共重合可能なモノマーとしては、スチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、クロルスチレン、ジクロルスチレン、ブロムスチレン、p−クロルメチルスチレン、ジビニルベンゼン、α−メチルスチレン等のスチレン系モノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー;無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸無水物;N−置換マレイミド等の不飽和カルボン酸アミド;エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル等のエポキシ系モノマー;アクリロイルモルフォリン、メタクリロイルモルフォリン、2,2−ビス〔4−(アクリロキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−(メタクリロキシエトキシ)フェニル〕プロパン等のアクリロイル系モノマー;N−ビニルピロリドン等のビニル系モノマー;ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート、ジアリルテレフタレート等のアリル化合物;等が挙げられる等が挙げられる。
ポリウレタン系樹脂は、ポリイソシアネート化合物とポリヒドロキシ化合物との反応により得られる樹脂であり、ポリチオウレタン樹脂は、ポリイソシアネート化合物とポリチオール化合物との反応により得られる樹脂である。
ポリイソシアネート化合物としては、特に限定されず、その具体例としては、以下のものを挙げることができる。
水添2,6−トリレンジイソシアネート、水添メタおよびパラフェニレンジイソシアネート、水添2,4−トリレンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、水添メタキシリレンジイソシアネート、水添パラキシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環族イソシアネ−ト化合物;メタおよびパラフェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、メタおよびパラキシリレンジイソシアネート、メタおよびパラテトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,6−ナフタリンジイソシアネート、1,5−ナフタリンジイソシアネート等の芳香環を有するイソシアネ−ト化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのビュウレット反応生成物;、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体、リジンジイソシアネート、リジントリイソシアネート、1,6,11−ウンデカントリイソシアネートトリフェニルメタントリイソシアネート等の脂環、芳香環を有しないイソシアネ−ト化合物;
ジフェニルジスルフィド−4,4’−ジイソシアナート、2,2’−ジメチルジフェニルジスルフィド−5,5’−ジイソシアナート、3,3’−ジメチルジフェニルジスルフィド−5,5’−ジイソシアナート、3,3’−ジメチルジフェニルジスルフィド−6,6’−ジイソシアナート、4,4’−ジメチルジフェニルジスルフィド−5,5’−ジイソシアナート、3,3’−ジメトキシジフェニルジスルフィド−4,4’−ジイソシアナート、4,4’−ジメトキシジフェニルジスルフィド−3,3’−ジイソシアナート、ジフェニルスルホン−4,4’−ジイソシアナート、ジフェニルスルホン−3,3’−ジイソシアナート、ベンジリデンスルホン−4,4’−ジイソシアナート、ジフェニルメタンスルホン−4,4’−ジイソシアナート、4−メチルジフェニルメタンスルホン−2,4’−ジイソシアナート、4,4’−ジメトキシジフェニルスルホン−3,3’−ジイソシアナート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジイソシアナトジベンジルスルホン、4,4’−ジメチルジフェニルスルホン−3,3’−ジイソシアナート、4,4’−ジ−tert−ブチルジフェニルスルホン−3,3’−ジイソシアナート、4,4’−ジメトキシベンゼンエチレンジスルホン−3,3’−ジイソシアナート、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン−3,3’−ジイソシアナート、4−メチル−3−イソシアナトベンゼンスルホニル−4’−イソシアナトフェノールエステル、4−メトキシ−3−イソシアナトベンゼンスルホニル−4’−イソシアナトフェノールエステル、4−メチル−3−イソシアナトベンゼンスルホニルアニリド−3’−メチル−4’−イソシアナート、ジベンゼンスルホニル−エチレンジアミン−4,4’−ジイソシアナート、4,4’−ジメトキシベンゼンスルホニル−エチレンジアミン−3,3’−ジイソシアナート、4−メチル−3−イソシアナトベンゼンスルホニルアニリド−4−メチル−3’−イソシアナート、チオフェン−2,5−ジイソシアナート、チオフェン−2,5−ジイソシアナトメチル、1,4−ジチアン−2,5−ジイソシアナート、1,4−ジチアン−2,5−ジイソシアナトメチル、1,4−ジチアン−2,3−ジイソシアナトメチル、1,4−ジチアン−2−イソシアナトメチル−5−イソシアナトプロピル、1,3−ジチオラン−4,5−ジイソシアナート、1,3−ジチオラン−4,5−ジイソシアナトメチル、1,3−ジチオラン−2−メチル−4,5−ジイソシアナトメチル、1,3−ジチオラン−2,2−ジイソシアナトエチル、テトラヒドロチオフェン−2,5−ジイソシアナート、テトラヒドロチオフェン−2,5−ジイソシアナトメチル、テトラヒドロチオフェン−2,5−ジイソシアナトエチル、テトラヒドロチオフェン−3,4−ジイソシアナトメチル等の硫黄含有イソシアネ−ト化合物;等が挙げられる。
ポリヒドロキシ化合物としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、1,2−メチルグルコサイド、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、シクロブタンジオール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘプタンジオール、シクロオクタンジオール、ビシクロ〔4,3,0〕−ノナンジオール、ジシクロヘキサンジオール、トリシクロ〔5,3,1,1〕ドデカンジオール、スピロ〔3,4〕オクタンジオール、ブチルシクロヘキサンジオール、等の脂肪族ポリオール;ジヒドロキシナフタレン、トリヒドロキシナフタレン、テトラヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゼン、ベンゼントリオール、トリヒドロキシフェナントレン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、キシリレングリコール、テトラブロムビスフェノールA等の芳香族ポリオール;
前記脂肪族ポリオールまたは芳香族ポリオールと、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイドとの付加反応生成物;ビス−〔4−(ヒドロキシエトキシ)フェニル〕スルフィド、ビス−〔4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル〕スルフィド、ビス−〔4−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)フェニル〕スルフィド、ビス−〔4−(4−ヒドロキシシクロヘキシロキシ)フェニル〕スルフィド、ビス−〔2−メチル−4−(ヒドロキシエトキシ)−6−ブチルフェニル〕スルフィドおよびこれらの化合物に水酸基当たり平均3分子以下のエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドが付加された化合物;
ジ−(2−ヒドロキシエチル)スルフィド、1,2−ビス−(2−ヒドロキシエチルメルカプト)エタン、ビス(2−ヒドロキシエチル)ジスルフィド、1,4−ジチアン−2,5−ジオール、ビス(2,3−ジヒドロキシプロピル)スルフィド、テトラキス(4−ヒドロキシ−2−チアブチル)メタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(商品名ビスフェノールS)、テトラブロモビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールS、4,4'−チオビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)、1,3−ビス(2−ヒドロキシエチルチオエチル)−シクロヘキサン等の硫黄原子を含有したポリオール;等が挙げられる。
ポリチオ−ル化合物としては、メタンジチオール、1,2−エタンジチオール、1,1−プロパンジチオール、1,2−プロパンジチオール、1,3−プロパンジチオール、2,2−プロパンジチオール、1,6−ヘキサンジチオール、1,2,3−プロパントリチオール、テトラキス(メルカプトメチル)メタン、1,1−シクロヘキサンジチオール、1,2−シクロヘキサンジチオール、2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジチオール、3,4−ジメトキシブタン−1,2−ジチオール、2−メチルシクロヘキサン−2,3−ジチオール、1,1−ビス(メルカプトメチル)シクロヘキサン、チオリンゴ酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、2,3−ジメルカプトコハク酸(2−メルカプトエチルエステル)、2,3−ジメルカプト−1−プロパノール(2−メルカプトアセテート)、2,3−ジメルカプト−1−プロパノール(3−メルカプトアセテート)、ジエチレングリコールビス(2−メルカプトアセテート)、ジエチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、1,2−ジメルカプトプロピルメチルエーテル、2,3−ジメルカプトプロピルメチルエーテル、2,2−ビス(メルカプトメチル)−1,3−プロパンジチオール、ビス(2−メルカプトエチル)エーテル、エチレングリコールビス(2−メルカプトアセテート)、エチレングリコールビス(3−メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリス(2−メルカプトアセテート)、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、1,2−ビス(2−メルカプトエチルチオ)−3−メルカプトプロパン等の脂肪族チオール;
1,2−ジメルカプトベンゼン、1,3−ジメルカプトベンゼン、1,4−ジメルカプトベンゼン、1,2−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2−ビス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,2−ビス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,2,3−トリメルカプトベンゼン、1,2,4−トリメルカプトベンゼン、1,3,5−トリメルカプトベンゼン、1,2,3−トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,3−トリス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,3−トリス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,2,4−トリス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,2,3−トリス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,2,4−トリス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,2,3,4−テトラメルカプトベンゼン、1,2,3,5−テトラメルカプトベンゼン、1,2,4,5−テトラメルカプトベンゼン、1,2,3,4−テトラキス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,3,5−テトラキス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,4,5−テトラキス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,2,3,4−テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,3,5−テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,4,5−テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,3,4−テトラキス(メルカプトエチル)ベンゼン、1,2,3,5−テトラキス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,2,4,5−テトラキス(メルカプトメトキシ)ベンゼン、1,2,3,4−テトラキス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,2,3,5−テトラキス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、1,2,4,5−テトラキス(メルカプトエトキシ)ベンゼン、2,2'−ジメルカプトビフェニル、4,4'−ジメルカプトビフェニル、4,4'−ジメルカプトビベンジル、2,5−トルエンジチオール、3,4−トルエンジチオール、1,4−ナフタレンジチオール、1,5−ナフタレンジチオール、2,6−ナフタレンジチオール、2,7−ナフタレンジチオール、2,4−ジメチルベンゼン−1,3−ジチオール、4,5−ジメチルベンゼン−1,3−ジチオール、9,10−アントラセンジメタンチオール、1,3−ジ(p−メトキシフェニル)プロパン−2,2−ジチオール、1,3−ジフェニルプロパン−2,2−ジチオール、フェニルメタン−1,1−ジチオール、2,4−ジ(p−メルカプトフェニル)ペンタン等の芳香族チオール;
2,5−ジクロロベンゼン−1,3−ジチオール、1,3−ジ(p−クロロフェニル)プロパン−2,2−ジチオール、3,4,5−トリブロム−1,2−ジメルカプトベンゼン、2,3,4,6−テトラクロル−1,5−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン等の塩素置換体、臭素置換体等のハロゲン置換芳香族チオール;
1,2−ビス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,2−ビス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,3−ビス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,4−ビス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,2,3−トリス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,2,4−トリス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,2,3−トリス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,2,4−トリス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,3,5−トリス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,2,3,4−テトラキス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,2,3,5−テトラキス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,2,4,5−テトラキス(メルカプトメチルチオ)ベンゼン、1,2,3,4−テトラキス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,2,3,5−テトラキス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン、1,2,4,5−テトラキス(メルカプトエチルチオ)ベンゼン等、及びこれらの核アルキル化物等のメルカプト基以外に硫黄原子を含有する芳香族チオール;
ビス(メルカプトメチル)スルフィド、ビス(メルカプトエチル)スルフィド、ビス(メルカプトプロピル)スルフィド、ビス(メルカプトメチルチオ)メタン、ビス(2−メルカプトエチルチオ)メタン、ビス(3−メルカプトプロピル)メタン、1,2−ビス(メルカプトメチルチオ)エタン、1,2−(2−メルカプトエチルチオ)エタン、1,2−(3−メルカプトプロピル)エタン、1,3−ビス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,3−ビス(2−メルカプトエチルチオ)プロパン、1,3−ビス(3−メルカプトプロピルチオ)プロパン、1,2−ビス(2−メルカプトエチルチオ)−3−メルカプトプロパン、2−メルカプトエチルチオ−1,3−プロパンジチオール、1,2,3−トリス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,2,3−トリス(2−メルカプトエチルチオ)プロパン、1,2,3−トリス(3−メルカプトプロピルチオ)プロパン、テトラキス(メルカプトメチルチオメチル)メタン、テトラキス(2−メルカプトエチルチオメチル)メタン、テトラキス(3−メルカプトプロピルチオメチル)メタン、ビス(2,3−ジメルカプトプロピル)スルフィド、2,5−ジメルカプト−1,4−ジチアン、ビス(メルカプトメチル)ジスルフィド、ビス(メルカプトエチル)ジスルフィド、ビス(メルカプトプロピル)ジスルフィド等、及びこれらのチオグリコール酸及びメルカプトプロピオン酸のエステル、ヒドロキシメチルスルフィドビス(2−メルカプトアセテート)、ヒドロキシメチルスルフィドビス(3−メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシエチルスルフィドビス(2−メルカプトアセテート)、ヒドロキシエチルスルフィドビス(3−メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシプロピルスルフィドビス(2−メルカプトアセテート)、ヒドロキシプロピルスルフィドビス(3−メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシメチルジスルフィドビス(2−メルカプトアセテート)、ヒドロキシメチルジスルフィドビス(3−メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシエチルジスルフィドビス(2−メルカプトアセテート)、ヒドロキシエチルジスルフィドビス(3−メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシプロピルジスルフィドビス(2−メルカプトアセテート)、ヒドロキシプロピルジスルフィドビス(3−メルカプトプロピオネート)、2−メルカプトエチルエーテルビス(2−メルカプトアセテート)、2−メルカプトエチルエーテルビス(3−メルカプトプロピオネート)、1,4−ジチアン−2,5−ジオールビス(2−メルカプトアセテート)、1,4−ジチアン−2,5−ジオールビス(3−メルカプトプロピオネート)、チオグリコール酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、チオジプロピオン酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、4,4'−チオジブチル酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、ジチオジグリコール酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、ジチオジプロピオン酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、4,4'−ジチオジブチル酸ビス(2−メルカプトエチルエステル)、チオジグリコール酸ビス(2,3−ジメルカプトプロピルエステル)、チオジプロピオン酸ビス(2,3−ジメルカプトプロピルエステル)、ジチオジグリコール酸ビス(2,3−ジメルカプトプロピルエステル)、ジチオジプロピオン酸(2,3−ジメルカプトプロピルエステル)、4−メルカプトメチル−3,6−ジチアオクタン−1,8−ジチオール、ビス(メルカプトメチル)−3,6,9−トリチア−1,11−ウンデカンジチオール、ビス(1,3−ジメルカプト−2−プロピル)スルフィド等のメルカプト基以外に硫黄原子を含有する脂肪族チオール;
3,4−チオフェンジチオール、テトラヒドロチオフェン−2,5−ジメルカプトメチル、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、2,5−ジメルカプト−1,4−ジチアン、2,5−ジメルカプトメチル−1,4−ジチアン等のメルカプト基以外に硫黄原子を含有する複素環化合物;等が挙げられる。
前記ポリウレタン樹脂及び/又はポリチオウレタン樹脂中、レンズ基材として使用されるものは従来より知られている。これを開示をしている具体的な公知刊行物例として、例えば、特開昭58−127914号公報、特開昭57−136601号公報、特開平01−163012号公報、特開平03−236386号公報、特開平03−281312号公報、特開平04−159275号公報、特開平05−148340号公報、特開平06−065193号公報、特開平06−256459号公報、特開平06−313801号公報、特開平06−192250号公報、特開平07−063902号公報、特開平07−104101号公報、特開平07−118263号公報、特開平07−118390号公報、特開平07−316250号公報、特開昭60−199016号公報、特開昭60−217229号公報、特開昭62−236818号公報、特開昭62−255901号公報、特開昭62−267316号公報、特開昭63−130615号公報、特開昭63−130614号公報、特開昭63−046213号公報、特開昭63−245421号公報、特開昭63−265201号公報、特開平01−090167号公報、特開平01−090168号公報、特開平01−090169号公報、特開平01−090170号公報、特開平01−096208号公報、特開平01−152019号公報、特開平01−045611号公報、特開平01−213601号公報、特開平01−026622号公報、特開平01−054021号公報、特開平01−311118号公報、特開平01−295201号公報、特開平01−302202号公報、特開平02−153302号公報、特開平01−295202号公報、特開平02−802号公報、特開平02−036216号公報、特開平02−058517号公報、特開平02−167330号公報、特開平02−270859号公報、特開平03−84031号公報、特開平03−084021号公報、特開平03−124722号公報、特開平04−78801号公報、特開平04−117353号公報、特開平04−117354号公報、特開平04−256558号公報、特開平05−78441号公報、特開平05−273401号公報、特開平05−093801号公報、特開平05−080201号公報、特開平05−297201号公報、特開平05−320301号公報、特開平05−208950号公報、特開平06−072989号公報、特開平06−256342号公報、特開平06−122748号公報、特開平07−165859号公報、特開平07−118357号公報、特開平07−242722号公報、特開平07−247335号公報、特開平07−252341号公報、特開平08−73732号公報、特開平08−092345号公報、特開平07−228659号公報、特開平08−3267号公報、特開平07−252207号公報、特開平07−324118号公報、特開平09−208651号公報等が挙げられる。
ジエチレングリコールビスアリルカーボネートを主成分とする樹脂としては、ジエチレングリコ−ルビスアリルカーボネートの単独重合体、及びジエチレングリコールビスアリルカーボネートと、共重合可能なモノマーとを反応させてなる共重合体が挙げられる。
ジエチレングリコールビスアリルカーボネートと共重合可能なモノマーとしては、前記アクリル系モノマーや、アクリロイル系モノマー、スチレン系モノマー、ニトリル系モノマー、不飽和酸無水物、不飽和酸アミド、アリル化合物等が挙げられる。
ジエチレングリコールビスアリルカーボネートと他のモノマーとの共重合体は知られており、その例として、特開昭54−41965号公報、特開昭51−125487号公報、特再平01−503809号公報等に記載されたものが挙げられる。
エピチオ基含有化合物から得られる樹脂は、エピチオ基を有するモノマーまたは該モノマーを含むモノマー混合物を原料とし、これを重合してなる樹脂である。
エピチオ基を有するモノマーとしては、1,3および1,4−ビス(β−エピチオプロピルチオ)シクロヘキサン、1,3および1,4−ビス(β−エピチオプロピルチオメチル)シクロヘキサン、ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)シクロヘキシル〕メタン、2,2−ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)シクロヘキシル〕プロパン、ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)シクロヘキシル〕スルフィド等の脂環族骨格を有するエピスルフィド化合物;
1,3および1,4−ビス(β−エピチオプロピルチオ)ベンゼン、1,3および1,4−ビス(β−エピチオプロピルチオメチル)ベンゼン、ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)フェニル〕メタン、2,2−ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)フェニル〕プロパン、ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)フェニル〕スルフィド、ビス〔4−(β−エピチオプロピルチオ)フェニル〕スルフィン、4,4−ビス(β−エピチオプロピルチオ)ビフェニル等の芳香族骨格を有するエピスルフィド化合物;
2,5−ビス(β−エピチオプロピルチオメチル)−1,4−ジチアン、2,5−ビス(β−エピチオプロピルチオエチルチオメチル)−1,4−ジチアン 、2,5−ビス(β−エピチオプロピルチオエチル)−1,4−ジチアン、2,3,5−トリ(β−エピチオプロピルチオエチル)−1,4−ジチアン等のジチアン環骨格を有するエピスルフィド化合物;
2−(2−β−エピチオプロピルチオエチルチオ)−1,3−ビス(β−エピチオプロピルチオ)プロパン、1,2−ビス〔(2−β−エピチオプロピルチオエチル)チオ〕−3−(β−エピチオプロピルチオ)プロパン、テトラキス(β−エピチオプロピルチオメチル)メタン、1,1,1−トリス(β−エピチオプロピルチオメチル)プロパン、ビス−(β−エピチオプロピル)スルフィド等の脂肪族骨格を有するエピチオ化合物;等が挙げられる。
また、エピチオ基含有化合物から得られる樹脂のうち、プラスチックレンズ基材として用いられるものは従来知られている。その具体例としては、特開平09−071580号公報、特開平09−110979号公報、特開平09−255781号公報、特開平03−081320号公報、特開平11−140070号公報、特開平11−183702号公報、特開平11−189592号公報、特開平11−180977号公報、特再平01−810575号公報等に記載されたものが挙げられる。
また、他の例として、分子内にウレタン構造又はチオウレタン構造を有するラジカル重合体を例示することができる。
このような重合体の具体例としては、分子中に少なくとも2個のメルカプト基を有する炭素数3〜6の直鎖状アルカン化合物と分子中に少なくとも1個のイソシアネート基および少なくとも1個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物を反応させることにより得られるモノマーを用いたラジカル重合体を例示することができる。なお、(メタ)アクリロイル基はアクリロイル基とメタクリロイル基の両方を意味する。
チオウレタン結合をもつラジカル重合性化合物の原料の1つである分子中に少なくとも2個のメルカプト基を有する炭素数3〜6の直鎖状アルカン化合物の例としては、1,2,3−トリメルカプトプロパン、1,2,3−トリメルカプトブタン、1,2,4−トリメルカプトブタン、1,2,3,4−テトラメルカプトブタン、1,2,3−トリメルカプトペンタン、1,2,4−トリメルカプトペンタン、1,2,3,4−テトラメルカプトペンタン、1,2,3−トリメルカプトヘキサン、1,2,4−トリメルカプトヘキサン、1,2,5−トリメルカプトヘキサン、2,3,4−トリメルカプトヘキサン、2,3,5−トリメルカプトヘキサン、3,4,5−トリメルカプトヘキサン、1,2,3,4−テトラメルカプトヘキサン、1,2,3,5−テトラメルカプトヘキサン、1,2,4,5−テトラメルカプトヘキサン、2,3,4,5−テトラメルカプトヘキサン、1,2,3,4,5−ペンタメルカプトヘキサン等が挙げられる。
もう1つの原料である少なくとも分子中に1個のイソシアネート基と少なくとも1個の(メタ)アクリロイル基を有する化合物の例としては、アクリロイルイソシアネート、メタクリロイルイソシアネート、2−イソシアナトエチルアクリレート、2−イソシアナトエチルメタクリレート、2−イソシアナトプロピルアクリレート、2−イソシアナトプロピルメタクリレート等が挙げられる。
重合反応は、有機モノマーがラジカルまたはカチオン重合可能な有機モノマーの場合、公知のラジカルまたはカチオン重合開始剤を使用して行う。また有機モノマーが、重付加、または重縮合可能な有機モノマーの場合、公知のアミン化合物又は有機金属化合物;を添加して重合を行う。
前記重付加、または重縮合反応の触媒中、特に、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズジラウレートが好ましく、またこれらの触媒は単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、光ラジカル重合を行う場合は、反応性向上のために、公知の増感剤を添加することもできる。
重合反応は、溶液重合又はバルク重合いずれでも行うことができ、有機成分、無機成分の混合物を、加熱または光照射を行うことにより重合を行うことができる。
(7)有機−無機複合体の製造
本発明の有機−無機複合体の製造方法としては、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)と有機モノマーとを混合しておき、有機モノマーを重合させることで有機高分子とすると同時に、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を重縮合させることで無機高分子とすることで、有機−無機複合体を得る方法;金属化合物と有機高分子とを混合し、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を重縮合させることで無機高分子とすることで、有機−無機複合体を得る方法;等が挙げられる。
より詳細には、
(i)有機ポリマー及び、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を有機溶媒中、又はバルクで混合し、成形加工する方法、
(ii)有機溶媒中、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を調製し、有機モノマーを添加し、溶液重合、またはバルク重合を行い成形加工する方法、
(iii)有機溶媒中、金属アルコキシドと有機モノマーとを混合し、所定量の水を添加して加水分解を行うことにより、有機モノマーと金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を調製し、溶液重合、又はバルク重合を行い成形加工する方法、
(iv)有機ポリマーと金属アルコキシド等を有機溶媒中に混合し、所定量の水を添加して加水分解を行い、成形加工する方法、
(v)金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を含む有機溶媒溶液(又は金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を調製した反応液)中に、有機ポリマーを含む有機溶媒溶液を滴下混合し、成形加工する方法、等を例示することができる。
なお、上記(iii)の方法においては、有機ポリマーとして重縮合物を用いる場合、水に対して不安定なモノマーは、金属化合物(A)、金属化合物(B)又は金属化合物(D)を調製した後添加するのが好ましい。
本発明の有機−無機複合体は、高屈折率、高い可視光透過率を有することから、光学材料として用いるのが好ましい。該光学材料には、吸光特性を改良するために紫外線吸収剤、色素や顔料等を、耐候性を改良するために、酸化防止剤、着色防止剤等を、成形加工性を改良するために、離型剤等を、所望により適宜加えることができる。ここで、紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、サリチル酸系等が、色素や顔料としては、例えばアントラキノン系やアゾ系等が挙げられる。酸化防止剤や着色防止剤としては、例えばモノフェノール系、ビスフェノール系、高分子型フェノール系、硫黄系、リン系等が、離型剤としては、例えばフッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、酸性リン酸エステル、高級脂肪酸等が挙げられる。
本発明の有機−無機複合体から得られる光学材料は、例えば眼鏡レンズをはじめとする光学プラスチックレンズ、プリズム、光ファイバー、記録媒体用基板、フィルター、さらにはグラス、花瓶等の光学製品の製造原料として有用である。これらの中でも、本発明の有機−無機複合体から得られる光学材料は、光学プラスチックレンズ、特に眼鏡レンズに好適に用いられる。
また、本発明の光学材料は、注型重合することなく、レンズまたはガラス等の表面に塗布し、必要に応じて光照射等の操作を行うことで硬化させ、表面を保護するハードコート膜、反射を防止する多層反射防止膜の原料として用いることもできる。塗布方法は特に限定されないが、ディップコート、スピンコート、フローコート、ローラ塗り、刷毛塗り等いずれの方法も採用することができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例により何ら制限されるものではない。
(製造例1)
チタンテトライソプロポキシド(日本曹達(株)製、商品名:A−1、純度99.9%、酸化チタン換算濃度28重量%)100g(0.35mol)を4つ口フラスコ中で、トルエン(ナカライテスク社製)370gに溶解し、窒素ガス置換した後に、ドライアイスを加えたメタノール浴で冷却し、−20℃とした。
別に調製したイソプロピルアルコール(ナカライテスク社製)51.7gで希釈した蒸留水(ADBANTEC GS−200より採水)5.73g(H0/Ti=0.9mol/mol)の混合溶液を、−25〜−20℃で撹拌しながら30分間で滴下した。滴下終了後、反応液の撹拌を継続しながら、1.5時間かけて徐々に室温まで自然昇温し、さらに、80℃で2.5時間還流して、無色透明なゾル溶液を得た。
次いで、反応液から析出した白色結晶を濾取し、真空乾燥した。
得られた結晶のH−NMR、13C−NMRの測定及びX線構造解析を行った。
得られた結晶をCに溶解させて、内部標準TMSとして、H−NMR、13C−NMRスペクトルを測定した。測定したH−NMRチャートを図1に、13C−NMRチャートを図2にそれぞれ示す。図1、2中、横軸はケミカルシフト(δppm)を示す。
得られた結晶の結晶構造及び分子構造は、迅速型単結晶X線解析装置(Rigaku R−AXIS RAPID)を用いて測定して決定した。構造解析精密化における最終のR値は4%であった。
組成式:C5412631Ti11・C(分子量=1890.58)
結晶系:斜方晶系(Pca2
格子定数:a=26.40Å、b=14.23Å、c=24.00Å、α=β=γ=90°、Z=4
上記測定結果より、得られた結晶中には、11個のチタン原子が酸素原子によって架橋されたかご状構造(かご状チタニア)に、18個のイソプロポキシ基が結合した分子を4個含むユニットセルが、存在することが分かった。かご状チタニアは、空間的に6つのチタン原子が5角錐の頂点に位置する配置と5つのチタン原子が頂点に位置する5角形からなる配置を含み、該5角錐の底面と該5角形のが対峙し、約36°の角度を持って対峙した構造を有していた。この構造を図3に示す。図3中、1はチタン原子、2は酸素原子をそれぞれ表す。
以上のようにして得られた結晶をチタン化合物(A1)とする。
(製造例2)
チタンテトライソプロポキシド(日本曹達(株)製、商品名;A−1、純度99.9%、酸化チタン換算濃度28重量%)284g(1mol)を4つ口フラスコに仕込み、良く混合しながら80℃に加熱保持した。この中に水27gとイソプロパノール405gとの混合溶液を徐々に添加した後、85℃に昇温し還流下に1時間攪拌保持して反応を熟成した。反応液を冷却後、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤のイソプロパノールを除去し、さらに真空ポンプを用いて低沸物を蒸留し、白色固体物質を得た。得られた白色固体物質の分子量を凝固点降下法により測定し、また元素分析を行った結果は、このものは、下記構造式(i−1)
Figure 0005441975
で示されるラダー状ポリチタノキサンと推定された。
以上のようにして得られた結晶をチタン化合物(B1)とする。
(製造例3)
チタンテトライソプロポキシド(日本曹達(株)製A−1:純度99.9%、酸化チタン換算濃度28重量%)7.87g(27.7mmol)を4つ口フラスコ中で、テトラヒドロフランに溶解し、窒素ガス置換した後に、ドライアイスを加えたメタノール浴(約−74 ℃)で冷却した。20分程度冷却した後、テトラヒドロフランで希釈した蒸留水(蒸留水として0.8g:44.4mmol)を撹拌しながら加えた。このときテトラヒドロフランの総重量は32.12gとした。この時の添加水量は、HO/Ti=1.6モル比である。その後徐々に室温に戻すと淡い黄色透明のチタンイソプロポキシドの加水分解物を含むテトラヒドロフラン溶液を得た。
以上のようにして得られた溶液をチタン化合物(C1)の分散液とする。
(実施例1)
チタン化合物(A1)の結晶1.89gとオクタデシルトリメトキシシラン7.1g(18mol)とをトルエン20mlに溶解し、全容を3時間還流攪拌した。反応液を室温まで冷却後、飽和食塩水で洗浄、分液を3回行った。有機層を無水硫酸ナトリウム二より乾燥した後、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤のトルエンを除去し、さらに真空ポンプを用いて低沸物を蒸留し、白色固体物質を得た。
得られた白色物質は、チタン化合物(A1)のシリル化誘導体である。このものをチタン化合物(D1)とする。
(実施例2)
実施例1において、チタン化合物(A1)に代えてチタン化合物(B1)を用いる以外は実施例1と同様に、オクタデシルトリメトキシシランを用いてシリル化反応を行い、チタン化合物(B1)のシリル化誘導体を得た。このものをチタン化合物(D2)とする。
(実施例3)
実施例1において、チタン化合物(A1)に代えてチタン化合物(C1)を用いる以外は実施例1と同様に、オクタデシルトリメトキシシランを用いてシリル化反応を行い、チタン化合物(C1)のシリル化誘導体を得た。このものをチタン化合物(D3)とする。
(実施例4)
チタン化合物(A1)の結晶1.89gとt−ブチルジメチルシラノール2.38g(18mol)をトルエン20mlに溶解し、2時間還流した。反応液を室温まで冷却後、ロータリーエバポレーターを用いて溶剤のトルエンを除去し、さらに真空ポンプを用いて低沸物を蒸留し、白色固体物質を得た。さらに固体物質をイソプロピルアルコールで洗浄した。得られた化合物をチタン化合物(D4)とする。
(実施例5)
実施例4において、チタン化合物(A1)に代えてチタン化合物(B1)を用いる以外は実施例4と同様に、t−ブチルジメチルシラノールを用いてシリル化反応を行い、チタン化合物(B1)のシリル化誘導体を得た。このものをチタン化合物(D5)とする。
(実施例6)
実施例4において、チタン化合物(A1)に代えてチタン化合物(C1)を用いる以外は実施例4と同様に、t−ブチルジメチルシラノールを用いてシリル化反応を行い、チタン化合物(C1)のシリル化誘導体を得た。このものをチタン化合物(D6)とする。
(参考例1)
チタン化合物(A1)の結晶0.29gにテトラヒドロフラン52.42gを加え攪拌し溶解した。他方、2,5−ビスメルカプト−1,4−ジチアン(BMMD)1.61gと、2,5−(ビスイソシアナートメチル)−1,4−ジチアン(BIMD)1.61g及びジラウリン酸ジブチルスズ0.04gをテトラヒドロフラン8.03gに加えたものを60℃の温浴で1時間振とう攪拌させて、BMMDとBIMDの重合体を含むテトラヒドロフラン溶液を調製した。
次いで、このテトラヒドロフラン溶液の所定量を、先ほどのチタン化合物(A1)の結晶を含むテトラヒドロフラン溶液に10分かけて滴下した。滴下終了後、さらにこの溶液にテトラヒドロフラン40.33gを加え攪拌することにより、チタン化合物(A1)を出発原料とする無機高分子を無機成分とし、BMMDとBIMDの重合体を有機成分とする有機−無機複合体を含有する透明溶液を得た。
この透明溶液を用いて、30mm×15mmのシリコンウエハー上にスピンコート法により透明な薄膜を形成した。この薄膜の、波長587.6nmにおける屈折率、平均アッベ数及び膜厚を測定装置(SENTECH SE800)により測定した。
測定結果を第1表に示す。
(参考例2)
参考例1において、チタン化合物(A1)に代えてチタン化合物(B1)を用いる以外は参考例1と同様にして、チタン化合物(B1)を出発原料とする無機高分子を無機成分とし、BMMDとBIMDの重合体を有機成分とする有機−無機複合体を含有する透明溶液を得た。
この透明溶液を用いて、30mm×15mmのシリコンウエハー上にスピンコート法により透明な薄膜を形成した。この薄膜の、波長587.6nmにおける屈折率、平均アッベ数及び膜厚を測定装置(SENTECH SE800)により測定した。
測定結果を第1表に示す。
(参考例3)
参考例1において、チタン化合物(A1)に代えてチタン化合物(C1)を用いる以外は参考例1と同様にして、チタン化合物(B1)を出発原料とする無機高分子を無機成分とし、BMMDとBIMDの重合体を有機成分とする有機−無機複合体を含有する透明溶液を得た。
この透明溶液を用いて、30mm×15mmのシリコンウエハー上にスピンコート法により透明な薄膜を形成した。この薄膜の、波長587.6nmにおける屈折率、平均アッベ数及び膜厚を測定装置(SENTECH SE800)により測定した。
測定結果を第1表に示す。
Figure 0005441975
(参考例4)
製造例1で得たチタン化合物(A1)1gにトルエン189gを加え攪拌し溶解した。他方、ポリメチルメタクリレート(PMMA)(和光純薬社製、Cat.No.138−02735)1gにトルエン9gを加え溶解させた。両液を所定割合になるように混合し、室温で1時間攪拌することにより、チタン化合物(A1)から得られた無機高分子を無機成分とし、PMMAを有機成分とする有機−無機複合体を含有する透明溶液を得た。
この透明溶液を用いて、30mm×15mmのシリコンウエハー上にスピンコート法により透明な薄膜を形成した。薄膜の厚みは20〜30nmであった。この薄膜の587.6nmにおける屈折率を屈折計(SENTECH SE800)により測定した。測定結果を図4に示す。
図4中、横軸はチタン化合物(A1)の添加割合(重量%)、縦軸は587.6nmの波長における薄膜の屈折率(nd)をそれぞれ表す。なお、チタン化合物(A1)の添加割合(重量%)が0重量%(図4中、最左端)の屈折率が、PMMAの屈折率、チタン化合物(A1)の添加割合(重量%)が100重量%(図4中、最右端)の屈折率が、チタン化合物(A1)から得られる無機高分子の薄膜の屈折率をそれぞれ表す。
(実施例7)
参考例4において、チタン化合物(A1)に代えて、チタン化合物(D5)を用いる以外は参考例4と同様にして、チタン化合物(D5)から得られた無機高分子を無機成分とし、PMMAを有機成分とする有機−無機複合体を含有する透明溶液を得た。
(実施例8)
参考例4において、チタン化合物(A1)に代えて、チタン化合物(D6)を用いる以外は参考例4と同様にして、チタン化合物(D6)から得られた無機高分子を無機成分とし、PMMAを有機成分とする有機−無機複合体を含有する透明溶液を得た。

Claims (1)

  1. 無機成分と、有機成分として、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリチオウレタン系樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネートを主成分とする樹脂、及びエピチオ基含有化合物から得られる樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種、とからなる有機−無機複合体であって、前記無機成分が、(A)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対し0.5〜1倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質、(B)金属アルコキシドを該金属アルコキシドに対して1.0〜1.7倍モルの水を用いて20〜90℃で加水分解し、次いで、溶媒、副生アルコール、未反応の金属アルコキシドを留去して得られる金属化合物、又は(C)有機溶媒中、酸、塩基、及び/若しくは分散安定化剤の非存在下、−20℃以下で、金属アルコキシドに対し1.0〜2.0倍モル未満の水を用いて加水分解して得られ、有機溶媒中凝集せずに安定に分散している金属−酸素結合を有する分散質のいずれかに、シリル化剤を反応させて得られるシリル化誘導体から得られる無機高分子であることを特徴とする有機−無機複合体。
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