CN102076721A - 聚合性液晶化合物、聚合性液晶组合物、液晶性高分子和光学各向异性体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及下述式所示的聚合性液晶化合物、含有该化合物和可聚合的手性化合物的聚合性液晶组合物、聚合上述聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物得到的液晶性高分子、以及以该液晶性高分子作为构成材料的光学各向异性体。式中,Y1~Y6表示-O-C(=O)-等;G1、G2表示C1~20的二价脂肪族基团等;Z1、Z2表示C2~10的链烯基等;A1、A2表示C1~30的二价有机基团;M1、M2表示可具有取代基的2,6-亚萘基或1,4-亚苯基;M1、M2中的至少一个表示可具有取代基的2,6-亚萘基;L1、L2表示氢原子等。a、b表示0或1。根据本发明,提供显示液晶相的温度范围更广、化学性质稳定、可以廉价地制备、选择反射波长带域Δλ广(Δn大)的聚合性液晶化合物、含有该化合物的聚合性液晶组合物、液晶性高分子、以及以该液晶性高分子作为构成材料的光学各向异性体。
Description
技术领域
本发明涉及聚合性液晶化合物、含有该聚合性液晶化合物和可聚合的手性化合物的聚合性液晶组合物、聚合上述聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物得到的液晶性高分子、以及以该液晶性高分子作为构成材料的光学各向异性体。
背景技术
近年来,作为液晶显示器中使用的光学补偿板等光学薄膜,人们开发了对液晶聚合物或具有聚合性官能团的液晶化合物进行取向处理得到的液晶取向膜,该液晶取向膜作为可以实现在利用了高分子薄膜的拉伸技术的双折射薄膜中无法实现的更高度的取向状态、即倾斜取向、扭转取向等取向状态的薄膜而受到关注。
另外,胆甾醇型偏光镜(コレステリツク光子,cholesteric polarizer)也已实际应用,该胆甾醇型偏光镜利用了将液晶聚合物或液晶性(甲基)丙烯酸酯化合物等聚合性液晶化合物与手性化合物组合的组合物进行胆甾醇型取向而得到的液晶取向膜(选择反射膜)的选择反射特性。
选择反射特性的选择反射中心波长λ以λ=n×P(n表示平均折射率,P表示胆甾醇型节距)表示。选择反射波长带域Δλ以Δλ=Δn×P〔式中,Δn为(ne-no),ne表示非常折射率,no表示寻常折射率〕表示。因此,为了扩大选择反射波长带域Δλ,要求使用Δn、即光学各向异性大的材料。
将选择反射膜以胆甾醇型偏光镜的形式用于液晶显示器时,该反射膜必需是在可见光区产生选择反射的薄膜。通常,1层选择反射膜中的选择反射波长带域Δλ较可见光区窄,因此为了扩宽选择反射波长带域Δλ,将多层选择反射膜层叠起来。因此,在使用了选择反射波长带域Δλ窄的材料的选择反射膜中层叠数变多,存在着生产性低的问题。因此,从这个角度考虑,也要求使用选择反射波长带域Δλ宽的材料、即Δn大的材料(聚合性液晶化合物等)。
但是,在以往已知的聚合性液晶化合物等中,Δn大的聚合性液晶化合物均缺乏溶解性、涂布性和取向性,有时无法均匀制膜,或者存在着难以得到可供给使用的具有取向性的选择反射膜的问题。
另一方面,作为液晶性化合物,已知有下述式(A)所示的吖嗪类:
[化学式1]
式(A)中,Ra表示烷基,Rb表示烷基、氰基、氟原子、三氟甲氧基等。
该化合物是具有显示液晶相的温度范围广、化学性质比较稳定、可以廉价地进行制备等特性的优异的液晶材料。
但是,上述吖嗪类在与目前通用的液晶化合物的相溶性方面未必能够满足要求。上述式(A)中,通过增加侧链烷基的碳原子数,可以改善相溶性,但仍存在着显示液晶相的温度范围变窄的问题。
为了解决这个问题,在专利文献1中,提案了下述式(B)所示的液晶化合物:
[化学式2]
式(B)中,Rc表示氢原子或碳原子数为1~12的烷基,当Rc为烷基时,双键为反式构象。P表示1~10的整数;q表示0或1;W、X和Y表示氟原子、氯原子、甲基、氰基或氢原子。Z表示氟原子、氯原子、氰基、碳原子数为1~12的烷基或烷氧基、碳原子数为3~12的链烯基或链烯氧基,这些基团中所含的1个或1个以上的氢原子可以取代成氟原子。
该化合物在化学性质方面对热、光等稳定,液晶性优异,而且工业上也可以容易地制备。另外,由于该化合物与现有的液晶化合物或液晶组合物的相溶性优异,所以通过使用该化合物,可以大幅改善所得液晶的响应时间。因此,认为该化合物作为温度范围广、可高速响应的液晶显示元件用的液晶材料的构成成分是实用的。
但是,近年的液晶显示装置越来越谋求高性能化,其现状是要求开发显示液晶相的温度范围更广、化学性质稳定、可以廉价地进行制备、Δn更大的液晶材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平10-147562号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明鉴于上述现有技术而设,其目的在于提供:与现有的液晶化合物或液晶组合物的相溶性优异、显示液晶相的温度范围更广、化学性质稳定、可以廉价地进行制备、而且选择反射波长带域Δλ广、即Δn大的聚合性液晶化合物;含有该化合物的聚合性液晶组合物;聚合上述液晶化合物或液晶组合物得到的液晶性高分子;以及以该液晶性高分子作为构成材料的光学各向异性体。
解决课题的方法
本发明人等为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现:具有吖嗪骨架作为被称作赋予液晶取向性的液晶基团(メソゲン,mesogenicgroup)的共轭性直线状原子团的特定的聚合性液晶化合物,其在化学性质方面对热或光等稳定,与以往的液晶化合物或液晶组合物的相溶性和液晶性优异,工业上也可以容易地进行制备,而且选择反射波长带域Δλ广、即Δn大,特别适合作为胆甾醇型液晶层的形成材料,从而完成了本发明。
于是,根据第1本发明,提供下述(1)~(6)的聚合性液晶化合物。
(1)式(I)所示的聚合性液晶化合物:
[化学式3]
式(I)中,Y1~Y6分别独立表示:单键、-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR1-C(=O)-、-C(=O)-NR1-、-O-C(=O)-NR1-、-NR1-C(=O)-O-、-NR1-C(=O)-NR1-、-O-NR1-或-NR1-O-,这里,R1表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基;
G1和G2分别独立表示可具有取代基的、碳原子数为1~20的二价脂肪族基团,该脂肪族基团中可以介在-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR2-C(=O)-、-C(=O)-NR2-、-NR2-或-C(=O)-(其中,-O-和-S-分别2个以上相邻介在的情形除外),这里,R2表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基;
Z1和Z2分别独立表示可被卤原子取代的碳原子数为2~10的链烯基;
A1和A2分别独立表示碳原子数为1~30的二价有机基团A;
M1和M2分别独立表示可具有取代基的2,6-亚萘基或可具有取代基的1,4-亚苯基;M1、M2中的至少一个表示可具有取代基的2,6-亚萘基;
L1和L2分别独立表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基;
a和b分别独立表示0或1。
(2)(1)所述的聚合性液晶化合物,其中,上述A1和A2分别独立表示可具有取代基的亚苯基、可具有取代基的亚联苯基、或可具有取代基的亚萘基。
(3)(1)或(2)所述的聚合性液晶化合物,其中,上述Z1和Z2分别独立表示CH2=CH-、CH2=C(CH3)-、CH2=CH-CH2-、CH3-CH=CH-、CH2=CH-CH2-CH2-、CH2=C(CH3)-CH2-CH2-、(CH3)2C=CH-CH2-、(CH3)2C=CH-CH2-CH2-、CH2=C(Cl)-、CH2=C(CH3)-CH2-或CH3-CH=CH-CH2-。
(4)(1)~(3)中任一项所述的聚合性液晶化合物,其中,M1为可具有取代基的2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基。
(5)(1)所述的聚合性液晶化合物,其中,上述Y1~Y6分别独立表示-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-;
G1和G2分别独立表示-(CH2)6-或-(CH2)4-(这些基团中可以介在-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-);
Z1和Z2分别独立表示CH2=CH-、CH2=C(CH3)-或CH2=C(Cl)-;
A1和A2分别独立表示下述式所示的任一种基团:
[化学式4]
M1为可具有取代基的2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基。
(6)(1)所述的聚合性液晶化合物,其中,上述Y1~Y6分别独立表示-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-;
G1和G2分别独立表示-(CH2)6-或-(CH2)4-;
Z1和Z2分别独立表示CH2=CH-或CH2=C(CH3)-;
A1和A2表示下述式所示的基团:
[化学式5]
M1为可具有取代基的2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基。
(7)(1)所述的聚合性液晶化合物,其中,上述Y1~Y6分别独立表示-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-;
G1和G2分别独立表示-(CH2)6-或-(CH2)4-;
Z1和Z2表示CH2=CH-;
A1和A2表示下述式所示的基团:
[化学式6]
M1为2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基。
(8)(1)所述的聚合性液晶化合物,其中,上述L1和L2为氢原子。
根据第2本发明,提供下述(9)的聚合性液晶组合物。
(9)聚合性液晶组合物,其中含有(1)~(8)中任一项的聚合性液晶化合物和可与上述聚合性液晶化合物聚合的聚合性手性化合物。
根据第3本发明,提供下述(10)的液晶性高分子。
(10)液晶性高分子,该液晶性高分子是聚合(1)~(8)中任一项的聚合性液晶化合物或(9)的聚合性液晶组合物而得到的。
根据第4本发明,提供下述(11)的光学各向异性体。
(11)光学各向异性体,该光学各向异性体以(10)所述的液晶性高分子作为构成材料。
发明效果
本发明的聚合性液晶化合物是可以得到显示液晶相的温度范围广、化学性质稳定、可以廉价地制备、而且选择反射波长带域Δλ广、即光学各向异性(Δn)大的液晶性高分子的液晶材料。
利用本发明的聚合性液晶组合物,可以形成显示液晶相的温度范围广、选择反射波长带域Δλ广、即Δn大的液晶层。
本发明的液晶性高分子的取向性优异,而且Δn大。
本发明的光学各向异性体是使用本发明的聚合性液晶化合物制备的,因此具有均匀且高品质的液晶取向性。
具体实施方式
以下,将本发明分成1)聚合性液晶化合物、2)聚合性液晶组合物、3)液晶性高分子和4)光学各向异性体这四部分进行详细说明。
1)聚合性液晶化合物
本发明的聚合性液晶化合物是上述式(I)所示的化合物。
上述式(I)中,Y1~Y6分别独立表示:单键、-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR1-C(=O)-、-C(=O)-NR1-、-O-C(=O)-NR1-、-NR1-C(=O)-O-、-NR1-C(=O)-NR1-、-O-NR1-或-NR1-O-。其中优选-O-、-O-C(=O)-和-C(=O)-O-。
R1表示氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基等碳原子数为1~6的烷基。其中优选为氢原子或甲基。
作为Y1~Y6的组合,从容易合成、以及更好地发挥本发明所期望的效果的角度考虑,优选的组合有:Y1和Y3为-C(=O)-O-、Y4和Y6为-O-C(=O)-、Y2和Y5为-O-的组合;或Y1~Y3为-C(=O)-O-、Y4~Y6为-O-C(=O)-的组合。
G1和G2分别独立表示可具有取代基的碳原子数为1~20的二价脂肪族基团、优选碳原子数为1~12的二价脂肪族基团。
G1和G2的碳原子数为1~20的二价脂肪族基团有:链状的脂肪族基团、具有脂环式结构的脂肪族基团等。其中,从更好地发挥本发明所期望的效果的角度考虑,优选碳原子数为1~20的亚烷基、碳原子数为2~20的亚链烯基等链状的脂肪族基团,更优选亚甲基、亚乙基、三亚甲基、亚丙基、四亚甲基、五亚甲基、六亚甲基、八亚甲基等碳原子数为1~12的亚烷基,特别优选四亚甲基〔-(CH2)4-〕和六亚甲基〔-(CH2)6-〕。
G1和G2的脂肪族基团的取代基例如有:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤原子;甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、正己氧基等碳原子数为1~6的烷氧基等。其中优选氟原子、甲氧基、乙氧基。
上述脂肪族基团中,可以介在-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR2-C(=O)-、-C(=O)-NR2-、-NR2-或-C(=O)-(其中,-O-和-S-分别2个以上相邻介在的情形除外)。其中优选-O-、-O-C(=O)-和-C(=O)-O-。
这里,R2表示与上述R1相同的氢原子或碳原子数为1~6的烷基,优选氢原子或甲基。
介在这些基团的脂肪族基团的具体例子有:-CH2-CH2-O-CH2-CH2-、-CH2-CH2-S-CH2-CH2-、-CH2-CH2-O-C(=O)-CH2-CH2-、-CH2-CH2-C(=O)-O-CH2-、-CH2-O-C(=O)-O-CH2-CH2-、-CH2-CH2-NR2-C(=O)-CH2-CH2-、-CH2-CH2-C(=O)-NR2-CH2-、-CH2-NR2-CH2-CH2-、-CH2-C(=O)-CH2-等。
Z1和Z2分别独立表示可被卤原子取代的碳原子数为2~10的链烯基。
作为Z1和Z2的碳原子数为2~10的链烯基,优选碳原子数为2~6的链烯基。
作为取代基的卤原子,例如有氟原子、氯原子、溴原子等,优选氯原子。
Z1和Z2的可被卤原子取代的碳原子数为2~10的链烯基的具体例子有:CH2=CH-、CH2=C(CH3)-、CH2=CH-CH2-、CH3-CH=CH-、CH2=CH-CH2-CH2-、CH2=C(CH3)-CH2-CH2-、(CH3)2C=CH-CH2-、(CH3)2C=CH-CH2-CH2-、CH2=C(Cl)-、CH2=C(CH3)-CH2-、CH3-CH=CH-CH2-等。
这些基团中,从更好地发挥本发明所期望的效果的角度考虑,优选CH2=CH-、CH2=C(CH3)-、CH2=C(Cl)-、CH2=CH-CH2-、CH2=C(CH3)-CH2-或CH2=C(CH3)-CH2-CH2-,更优选CH2=CH-、CH2=C(CH3)-或CH2=C(Cl)-,进一步优选CH2=CH-或CH2=C(CH3)-,特别优选CH2=CH-。
上述式(I)中,A1和A2各自所结合的、式-Y2-(G1-Y1)a-Z1和式-Y5-(G2-Y6)b-Z2所示的基团的具体例子有以下基团。需要说明的是,上述a和b分别表示(G1-Y1)单元和(G2-Y6)单元的数,a和b分别独立表示0或1。作为a、b的特别优选的组合,从容易合成、以及更好地发挥本发明所期望的效果的角度考虑,优选a或b中的任一个为1,更优选a和b均为1。
以下言及a或b为1的凡例、即下述式(C)所示的结构。
[化学式7]
式(C)中,Y2或Y5相当于-C(=O)-O-,G1或G2相当于六亚甲基,Y1或Y6相当于-O-C(=O)-,Z1或Z2相当于乙烯基。
上述式(C)所示的结构的具体例子如下所示。
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
[化学式12]
[化学式13]
[化学式14]
[化学式15]
[化学式16]
[化学式17]
[化学式18]
接下来,以下言及a或b=0的凡例、即下述式(D)所示的结构。
[化学式19]
式(D)中,Y2或Y5相当于-C(=O)-O-,Z1或Z2相当于乙烯基。
与上述式(D)所示的结构相同的结构的具体例子如下所示。
[化学式20]
A1和A2分别独立表示碳原子数为1~30的二价有机基团A。有机基团A的碳原子数优选6~20。对A1和A2的有机基团A没有特别限定,但优选具有芳族环的有机基团。
A1和A2的具体例子有下述基团。
[化学式21]
[化学式22]
上述A1和A2的有机基团可以在任意位置具有相同或不同的多个取代基。
所述取代基的具体例子有:氟原子、氯原子等卤原子;氰基;羟基;甲基、乙基等碳原子数为1~6的烷基;甲氧基、乙氧基等碳原子数为1~6的烷氧基;硝基;-C(=O)-OR等。其中,R表示:甲基、乙基等碳原子数为1~6的烷基;苯基、4-甲基苯基等可具有取代基的苯基。
这些基团中,优选卤原子、碳原子数为1~6的烷基、碳原子数为1~6的烷氧基;更优选氟原子、甲基、乙基、丙基、甲氧基、乙氧基。
其中,作为A1和A2,从更好地发挥本发明所期望的效果的角度考虑,优选可具有取代基的亚苯基、可具有取代基的亚联苯基、或可具有取代基的亚萘基;更优选可具有取代基的式(A11)、(A21)和(A31)所示的基团;特别优选可具有取代基的式(A11)所示的基团。
[化学式23]
本发明的上述式(I)所示的聚合性液晶化合物中,下式所示的2个基团可以相同,也可以不同。
[化学式24]
[化学式25]
M1和M2分别独立表示可具有取代基的2,6-亚萘基或可具有取代基的1,4-亚苯基;M1、M2中的至少一个表示可具有取代基的2,6-亚萘基。
即,M1和M2:(i)均为可具有取代基的2,6-亚萘基、或者(ii)其中一方为可具有取代基的2,6-亚萘基,另一方为可具有取代基的1,4-亚苯基。其中,从更好地发挥本发明所期望的效果的角度考虑,优选(ii)其中一方为可具有取代基的2,6-亚萘基,另一方为可具有取代基的1,4-亚苯基。
作为可具有取代基的2,6-亚萘基、可具有取代基的1,4-亚苯基的取代基,可以列举:卤原子、可具有取代基的碳原子数为1~10的烷基、氰基、硝基、-OR3、-O-C(=O)-R3、-C(=O)-OR3、-O-C(=O)-OR3、-NR4-C(=O)-R3、-C(=O)-NR3、或-O-C(=O)-NR3、-Y7-G3-Y8-Z3所示的基团等。
其中,优选卤原子、可具有取代基的碳原子数为1~10的烷基、-OR3、-O-C(=O)-R3、-C(=O)-OR3、-O-C(=O)-OR3;更优选可具有取代基的碳原子数为1~10的烷基、-OR3、-C(=O)-OR3。
上述R3表示氢原子、可具有取代基的碳原子数为1~10的烷基。作为碳原子数为1~10的烷基,例如有甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基等。其中,优选甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基等碳原子数为1~4的烷基。
作为上述R3的可具有取代基的碳原子数为1~10的烷基的取代基,可以列举:氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤原子;甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、正己氧基等碳原子数为1~6的烷氧基等。
R3为烷基时,该烷基中可以介在-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR5-C(=O)-、-C(=O)-NR5-、-NR5-或-C(=O)-。其中,优选-O-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-。
其中,-O-和-S-分别2个以上相邻介在的情形除外。
R4和R5分别独立表示氢原子或甲基、乙基等碳原子数为1~6的烷基。
上述R3的-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR5-C(=O)-、-C(=O)-NR5-、-NR5-或-C(=O)-介在的烷基的具体例子有:-CH2-CH2-O-CH2-CH3、-CH2-CH2-S-CH2-CH3、-CH2-CH2-O-C(=O)-CH3、-CH2-CH2-C(=O)-O-CH3、-CH2-O-C(=O)-O-CH2-CH3、-CH2-CH2-NR2-C(=O)-CH3、-CH2-CH2-C(=O)-NR2-CH3、-CH2-NR2-CH2-CH3、-CH2-CH2-C(=O)-CH3等。
Y7、Y8与上述Y1~Y6、G3与上述G1、G2、以及Z3与上述Z1、Z2分别表示相同的意思。
-Y7-G3-Y8-Z3所示的基团的具体例子有:与上述的式-Y2-(G1-Y1)a-Z1和式-Y5-(G2-Y6)b-Z2所示的基团的、a和b为1时的具体例子相同的基团。
这些基团中,作为可具有取代基的2,6-亚萘基,从原料容易获取、以及得到目标聚合性液晶化合物的角度考虑,优选2,6-亚萘基。
作为可具有取代基的1,4-亚苯基,优选:
(1)1,4-亚苯基;
(2)3位和5位(以吖嗪骨架上结合的1,4-亚苯基的碳原子为1位,下同)上具有-OCH3、-OCH2CH3或-CH3的1,4-亚苯基;
(3)3位上具有-C(=O)-OCH3、-C(=O)-OCH2CH3、-C(=O)-OCH2CH2CH3、-C(=O)-O-CH2CH2OCH2CH2CH3、-C(=O)-OCH2CH2CH2CH3、-OCH3、-OCH2CH3、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3或氟原子的1,4-亚苯基;
(4)2位上具有-C(=O)-OCH3、-C(=O)-OCH2CH3、-C(=O)-OCH2CH2CH3、-C(=O)-O-CH2CH2OCH2CH2CH3、-C(=O)-OCH2CH2CH2CH3、-OCH3、-OCH2CH3、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3或氟原子的1,4-亚苯基。
更优选:
(1a)1,4-亚苯基;
(2a)3位和5位上具有-OCH3的1,4-亚苯基;
(3a)3位上具有-C(=O)-OCH3、-C(=O)-O-CH2CH2OCH2CH2CH3、-C(=O)-O-CH2CH2CH3或-O-CH2CH3的1,4-亚苯基。
作为本发明的聚合性液晶化合物,在上述式(I)所示的化合物中,优选下述(α)的化合物,其中:
(α)上述Y1~Y6分别独立表示-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-;
G1和G2分别独立表示-(CH2)6-或-(CH2)4-(这些基团中可以介在-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-);
Z1和Z2分别独立表示CH2=CH-、CH2=C(CH3)-或CH2=C(Cl)-;
A1和A2分别独立表示下式所示的任一种基团:
[化学式26]
M1为可具有取代基的2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基;
更优选下述(β)的化合物,其中:
(β)上述Y1~Y6分别独立表示-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-;
G1和G2分别独立表示-(CH2)6-或-(CH2)4-;
Z1和Z2分别独立表示CH2=CH-或CH2=C(CH3)-;
A1和A2表示下式所示的基团:
[化学式27]
M1为可具有取代基的2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基;
进一步优选下述(γ)的化合物,其中:
(γ)上述Y1~Y6分别独立表示-O-、-C(=O)-O-或-O-C(=O)-;
G1和G2分别独立表示-(CH2)6-或-(CH2)4-;
Z1和Z2为CH2=CH-;
A1和A2为下式所示的基团:
[化学式28]
M1为2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基。
上述L1和L2分别独立表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基。其中,优选为氢原子或甲基,进一步优选为氢原子。
上述式(I)所示的本发明的聚合性液晶化合物的优选的具体例子有以下化合物。
[化学式29]
[化学式30]
本发明的聚合性液晶化合物均可组合形成-O-、-S-、-NH-C(=O)-、-C(=O)NH-、-NHC(=O)NH-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-等各种化学键的公知的方法(例如参照Sandler和Karo官能基別有機化合物合成法[I]、[II]川書店、1976年发行)来制备。
本发明的聚合性液晶化合物,典型地可以通过任意组合醚键(-O-)、酯键(-C(=O)-O-)、酰胺键(-C(=O)NH-)和酰氯(-COCl)的形成反应,适当结合、修饰具有所期望的结构的多个公知化合物来制备。
醚键的形成例如可如下进行。
(i)将式Q1-X(X表示卤原子。下同。)所示的化合物和式Q2-OM〔M表示碱金属原子(主要是钠原子),下同〕所示的化合物混合,使之缩合。需要说明的是,式中Q1和Q2表示任意的有机基团B(下同)。该反应通常被称作Williamson合成。
(ii)将式Q1-X所示的化合物和式Q2-OH所示的化合物在氢氧化钠、氢氧化钾等碱的存在下混合,使之缩合。
(iii)将式Q1-E(E表示环氧基)所示的化合物和式Q2-OH所示的化合物在氢氧化钠、氢氧化钾等碱的存在下混合,使之缩合。
(iv)将式Q1-OFN(OFN表示具有不饱和键的基团)所示的化合物和式Q2-OM所示的化合物在氢氧化钠、氢氧化钾等碱的存在下混合,进行加成反应。
(v)将式Q1-X所示的化合物和式Q2-OM所示的化合物在铜或氯化亚铜的存在下混合,使之缩合。该反应通常被称作Ullmann缩合。
酯键和酰胺键的形成例如可如下进行。
(i)使式Q1-COOH所示的化合物和式Q2-OH或Q2-NH2所示的化合物在脱水缩合剂(N,N-二环己基碳化二亚胺等)的存在下脱水缩合。
(ii)通过使卤化剂与式Q1-COOH所示的化合物作用,得到式Q1-COX所示的化合物,再使该化合物与式Q2-OH或Q2-NH2所示的化合物在碱的存在下反应。
(iii)通过使酸酐与式Q1-COOH所示的化合物作用,得到混合酸酐,之后使式Q2-OH或Q2-NH2所示的化合物与该混合酸酐反应。
(iv)使式Q1-COOH所示的化合物与式Q2-OH或Q2-NH2所示的化合物在酸催化剂或碱催化剂的存在下脱水缩合。
酰氯的形成例如可如下进行。
(i)使三氯化磷或五氯化磷与式Q1-COOH所示的化合物作用。
(ii)使亚硫酰氯与式Q1-COOH所示的化合物作用。
(iii)使草酰氯与式Q1-COOH所示的化合物作用。
(iv)使氯或溴与式Q1-COOAg所示的化合物作用。
(v)使红色氧化汞的四氯化碳溶液与式Q1-COOH所示的化合物作用。
在本发明的聚合性液晶化合物的合成中,通过保护中间体中存在的羟基,可以提高收率。作为保护羟基的方法,可以利用公知的方法(例如参照Greene’s Protective Groups in Organic Synthesis(有机合成中的Greene保护基),第3版出版:Wiley-Interscience,1999年发行)进行制备。
羟基的保护例如可如下进行。
(i)使式Q1Q2Q3-Si-X所示的化合物和式Q4-OH所示的化合物在咪唑、吡啶等碱的存在下反应。需要说明的是,式中Q3、Q4表示任意的有机基团B(下同)。
(ii)使3,4-二氢-2H-吡喃等乙烯基醚和式Q2-OH所示的化合物在对甲苯磺酸、对甲苯磺酸吡啶盐、氯化氢等酸的存在下反应。
(iii)使式Q1-C(=O)-X所示的化合物和式Q4-OH所示的化合物在三乙胺、吡啶等碱的存在下反应。
(iv)根据需要,使式Q1-C(=O)-O-C(=O)-Q2所示的酸酐化合物和式Q3-OH所示的化合物在氢氧化钠、三乙胺等碱的存在下反应。
(v)使式Q1-X所示的化合物和式Q2-OH所示的化合物在氢氧化钠、三乙胺等碱的存在下反应。
(vi)使式Q1-O-CH2-X所示的化合物和式Q2-OH所示的化合物在氢化钠、氢氧化钠、三乙胺、吡啶等碱的存在下反应。
(vii)使式Q1-O-CH2-C(=O)-X所示的化合物和式Q4-OH所示的化合物在碳酸钾、氢氧化钠等碱的存在下反应。
(viii)使式Q1-O-C(=O)-X所示的化合物和式Q2-OH所示的化合物在三乙胺、吡啶等碱的存在下反应。
对羟基的保护基脱保护的方法没有特别限定,可以列举:例如以下所示的公知方法。
(i)混合四丁基氟化铵等氟化物,使之脱保护。
(ii)在对甲苯磺酸、对甲苯磺酸吡啶盐、氯化氢、乙酸等酸的存在下混合,使之脱保护。
(iii)在氢化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、三乙胺、吡啶等碱的存在下混合,使之脱保护。
(iv)通过在Pd-C等氢化催化剂的存在下加氢,使之脱保护。
这些方法可以根据保护基的结构、种类来适当选择采用。
在所有反应中,反应结束后,均可进行有机合成化学中的普通后处理操作,根据需要施行柱层析、重结晶法、蒸馏法等公知的分离、纯化方法,由此分离目标产物。
目标产物的结构可以通过NMR光谱、IR光谱、质谱等的测定、元素分析等来确定。
2)聚合性液晶组合物
第2本发明涉及含有本发明的聚合性液晶化合物和可与该聚合性液晶化合物聚合的聚合性手性化合物的聚合性液晶组合物。
本发明的聚合性液晶组合物(以下,有时称作“本发明的组合物”)以上述的本发明的聚合性液晶化合物的一种或二种以上作为必须成分。本发明的组合物除了含有本发明的聚合性液晶化合物外,还可以任意地结合使用象日本特开平11-130729号公报、日本特开平8-104870号公报、日本特开2005-309255号公报、日本特开2005-263789号公报、日本特表2002-533742号公报、日本特开2002-308832号公报、日本特开2002-265421号公报、日本特开昭62-070406号公报、日本特开平11-100575号公报等中记载的公知的其他聚合性液晶化合物(以下,有时称作“其他聚合性液晶化合物”)。
对公知的其他聚合性液晶化合物的含量没有特别限定,在本发明使用的聚合性液晶化合物总量中,优选50%(重量)以下、更优选30%(重量)以下。
本发明的组合物中使用的聚合性手性化合物,只要是分子内具有手性碳原子、可与本发明的聚合性液晶化合物聚合、且不扰乱本发明的聚合性液晶化合物的取向的化合物即可,没有特别限定。
这里,“聚合”的意思是指包含通常的聚合反应和交联反应的广泛意义上的化学反应。
在本发明的组合物中,可以单独使用一种聚合性手性化合物、或者将两种以上组合使用。
构成本发明组合物的本发明的聚合性液晶化合物,其通过与聚合性手性化合物混合,可以出现胆甾醇型相。
作为聚合性手性化合物,可以使用例如日本特开平11-193287号公报中记载的公知化合物。作为所述的聚合性手性化合物,例如有以下通式所示的化合物。但并不限于这些。
[化学式31]
[化学式32]
[化学式33]
上述式中,作为R6和R7,可以列举:氢原子、甲基、甲氧基等。作为Y9和Y10,可以列举:-O-、-O-C(=O)-、-O-C(=O)-O-等。m1、m2分别独立表示2、4或6。
上述通式所示的化合物的具体例子有:下述所示的化合物。
[化学式34]
[化学式35]
在本发明的组合物中,相对于100重量份的聚合性液晶化合物,聚合性手性化合物的混合量通常为0.1~100重量份,优选为0.5~10重量份。
本发明的组合物中,从更有效地进行聚合反应的角度考虑,通常优选混合聚合引发剂。作为聚合引发剂,可以列举后述的“3)液晶性高分子”项下记载的聚合引发剂。在本发明的组合物中,相对于100重量份的聚合性液晶化合物,聚合引发剂的混合量通常为0.1~30重量份,优选为0.5~10重量份。
本发明的组合物中,为了调节表面张力,优选混合表面活性剂。对使用的表面活性剂没有特别限定,通常优选非离子系表面活性剂。作为该非离子系表面活性剂,可以使用市售品,例如作为分子量为数千左右的寡聚物的非离子系表面活性剂、例如Seimi Chemical社制的非离子系表面活性剂(商品名:KH-40)等。在本发明的组合物中,相对于100重量份的聚合性液晶化合物,表面活性剂的混合量通常为0.01~10重量份,优选为0.1~2重量份。
将本发明的组合物用于偏光膜或取向膜的原料、或印刷油墨和涂料、保护膜等用途时,根据其目的,除上述成分外,还可以混合后述的其他可共聚的单体、金属、金属络合物、染料、颜料、荧光材料、磷光材料、匀染剂、触变剂、凝胶化剂、多糖类、紫外线吸收剂、红外线吸收剂、抗氧剂、离子交换树脂、氧化钛等金属氧化物等其他添加剂。在本发明的聚合性液晶组合物中,相对于100重量份的聚合性液晶化合物,其他添加剂的混合量通常分别为0.1~20重量份。
本发明的组合物,通常可以通过将规定量的本发明的聚合性液晶化合物、聚合性手性化合物、光聚合引发剂、非离子系表面活性剂和所需的其他添加剂溶于适当的有机溶剂中来制备。
如上操作得到的本发明的组合物,如下所述,可以用作胆甾醇型液晶层或胆甾醇型液晶性高分子的制备原料。
3)液晶性高分子
第3本发明涉及聚合本发明的聚合性液晶化合物或本发明的聚合性液晶组合物得到的液晶性高分子。
这里,“聚合”的意思是指包含通常的聚合反应外和交联反应的广泛意义上的化学反应。
本发明的液晶性高分子具体是指:(1)聚合本发明的聚合性液晶化合物得到的液晶性高分子、或(2)聚合本发明的聚合性液晶组合物得到的液晶性高分子。
(1)聚合本发明的聚合性液晶化合物得到的液晶性高分子
作为聚合本发明的聚合性液晶化合物得到的液晶性高分子,可以列举:本发明的聚合性液晶化合物的均聚物、包含2种以上本发明的聚合性液晶化合物的共聚物、本发明的聚合性液晶化合物与其他聚合性液晶化合物的共聚物、或本发明的聚合性液晶化合物与其他可共聚的单体的共聚物等。
对上述其他可共聚的单体没有特别限定,可以列举:例如4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基氧基)苯甲酸-4’-甲氧基苯酯、4-(6-甲基丙烯酰氧基己基氧基)苯甲酸联苯酯、4-(2-丙烯酰氧基乙基氧基)苯甲酸-4’-氰基联苯酯、4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基氧基)苯甲酸-4’-氰基联苯酯、4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基氧基)苯甲酸-3’,4’-二氟苯酯、4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基氧基)苯甲酸萘酯、4-丙烯酰氧基-4’-癸基联苯、4-丙烯酰氧基-4’-氰基联苯、4-(2-丙烯酰氧基乙基氧基)-4’-氰基联苯、4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基氧基)-4’-甲氧基联苯、4-(2-甲基丙烯酰氧基乙基氧基)-4’-(4”-氟苄氧基)联苯、4-丙烯酰氧基-4’-丙基环己基苯基、4-甲基丙烯酰基-4’-丁基二环己基、4-丙烯酰基-4’-戊基二苯乙炔、4-丙烯酰基-4’-(3,4-二氟苯基)二环己基、4-(2-丙烯酰氧基乙基)苯甲酸(4-戊基苯基)酯、4-(2-丙烯酰氧基乙基)苯甲酸(4-(4’-丙基环己基)苯基)酯等。
当本发明的液晶性高分子为本发明的聚合性液晶化合物与其他聚合性液晶化合物的共聚物、或本发明的聚合性液晶化合物与其他可共聚的单体的共聚物时,对本发明的聚合性液晶化合物单元的含量没有特别限定,但相对于总构成单元,优选50%(重量)以上,更优选70%(重量)以上。处于该范围时,可以得到具有玻璃化转变温度(Tg)高、且膜硬度高的液晶性高分子。
本发明的聚合性液晶化合物、以及根据需要使用的其他聚合性液晶化合物或其他可共聚的单体(以下,有时称作“其他可共聚的单体等”)的(共)聚合可以在适当的聚合引发剂的存在下进行。聚合引发剂的使用比例可以和上述聚合性液晶组合物中相对于聚合性液晶化合物的混合比例相同。
作为使用的聚合引发剂,根据使用的聚合性液晶化合物中存在的聚合性基团的种类,可以选择、使用适当的物质。例如,当聚合性基团为自由基聚合性基团时,可以使用自由基聚合引发剂;当聚合性基团为阴离子聚合性基团时,可以使用阴离子聚合引发剂;当聚合性基团为阳离子聚合性基团时,可以使用阳离子聚合引发剂。
作为自由基聚合引发剂,可以使用热自由基发生剂,也可以使用光自由基发生剂,但优选使用光自由基发生剂。
作为光自由基发生剂,可以列举:苯偶姻、苯偶姻甲醚和苯偶姻丙醚等苯偶姻;苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2,2-二乙氧基-2-苯基苯乙酮、1,1-二氯苯乙酮、1-羟基环己基苯基酮、2-甲基-1-[4-甲硫基)苯基]-2-吗啉代-丙-1-酮和N,N-二甲基氨基苯乙酮等苯乙酮;2-甲基蒽醌、1-氯蒽醌和2-戊基蒽醌等蒽醌;2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2-氯噻吨酮和2,4-二异丙基噻吨酮等噻吨酮;苯乙酮二甲基缩酮和苄基二甲基缩酮等缩酮;二苯甲酮、甲基二苯甲酮、4,4-二氯二苯甲酮、4,4-双二乙基氨基二苯甲酮、米氏酮(Michler’s ketone)和4-苯甲酰基-4-甲基二苯硫醚等二苯甲酮;2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦等。
光自由基聚合引发剂的具体例子有:例如Ciba Specialty Chemicals社制的商品名:Irgacure907、商品名:Irgacure184、商品名:Irgacure369和商品名:Irgacure651等。
作为阴离子聚合引发剂,可以列举:例如烷基锂化合物;联苯、萘、芘等的单锂盐或单钠盐;二锂盐或三锂盐等多官能性引发剂等。
这些聚合引发剂可以单独使用一种,或者将两种以上组合使用。
进行上述聚合性液晶化合物和根据需要使用的其他可共聚的单体等的(共)聚合时,根据需要可以存在紫外线吸收剂、红外线吸收剂、抗氧剂等功能性化合物。
更具体而言,本发明的液晶性高分子可以利用下述方法进行制备,即方法(A):在适当的聚合引发剂的存在下,在适当的有机溶剂中进行上述聚合性液晶化合物和根据需要使用的其他可共聚的单体等的(共)聚合;或者,方法(B):将上述聚合性液晶化合物和根据需要使用的其他可共聚的单体等与聚合引发剂一同溶于有机溶剂中,利用公知的涂布方法将所得溶液涂布在支撑体上,之后在使单体取向的状态下进行脱溶剂,然后进行加热或照射活性能量线。
作为上述方法(A)中使用的有机溶剂,只要是惰性有机溶剂即可,没有特别限定,可以列举:例如甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳族烃;环己酮、环戊酮、丁酮等酮类;乙酸丁酯、乙酸戊酯等乙酸酯类;氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷等卤代烃类;环戊基甲基醚、四氢呋喃、四氢吡喃等醚类等。其中,从操作性优异的角度考虑,优选沸点为60~250℃的有机溶剂,更优选沸点为60~150℃的有机溶剂。
采用方法(A)时,例如,按照后述的聚合反应条件进行反应后,从聚合反应液中分离目标液晶性高分子,将得到的液晶性高分子溶于适当的有机溶剂中制备溶液,将该溶液涂布于适当的支撑体上,干燥所得的涂膜,之后加热至显示液晶性的温度以上,再缓慢冷却,可以将液晶状态固定。
作为用于溶解液晶性高分子的有机溶剂,可以列举:丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮等酮类溶剂;乙酸丁酯、乙酸戊酯等酯类溶剂;二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等卤代烃类溶剂;四氢呋喃、四氢吡喃、1,2-二甲氧基乙烷、1,4-二烷、环戊基甲基醚等醚类溶剂等。
作为上述支撑体,不论是有机支撑体还是无机支撑体,可以使用公知惯用的材质的基板。作为该基板的材质,可以列举:例如聚环烯烃〔例如Zeonex、Zeonor(注册商标;日本Zeon社制)、Arton(注册商标;JSR社制)和Apel(注册商标;三井化学社制)〕、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、纤维素、三醋酸纤维素、聚醚砜、硅酮、玻璃、方解石等。基板的形状可以是平板状,此外也可以是具有弯曲表面的形状。这些基板根据需要可以具有电极层、防反射功能、反射功能。
作为在支撑体上涂布液晶性高分子溶液的方法,可以采用公知的方法,例如有幕涂法、挤出涂布法、辊涂法、旋涂法、浸涂法、刮条涂布法、喷涂法、滑板涂布法(slide coating method)、印刷涂布法等。
作为在上述方法(B)中使用的有机溶剂,可以列举:丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、环戊酮、环己酮等酮类溶剂;乙酸丁酯、乙酸戊酯等酯类溶剂;二氯甲烷、氯仿、二氯乙烷等卤代烃类溶剂;四氢呋喃、四氢吡喃、1,2-二甲氧基乙烷、1,4-二烷、环戊基甲基醚等醚类溶剂等。
对使用的支撑体没有特别限定,可以列举:例如与作为可用于涂布上述液晶性高分子溶液的支撑体而列举的支撑体相同的支撑体。
上述方法(B)中,对在支撑体上涂布聚合反应用溶液的方法没有特别限定,可以采用公知的方法。可以列举:例如与作为在支撑体上涂布上述液晶性高分子溶液的方法而列举的方法相同的方法。
在方法(B)中,优选使涂布在支撑体上的聚合性液晶化合物取向。使上述聚合性液晶化合物取向的方法有:例如事先对上述支撑体施行取向处理的方法。对支撑体施行取向处理的优选的方法有:在支撑体上设置包含各种聚酰亚胺系取向膜、聚乙烯醇系取向膜等的液晶取向层,之后进行摩擦(ラビング)等处理的方法;在支撑体上倾斜蒸镀SiO2以形成取向膜的方法;对分子内具有进行光二聚反应的官能团的有机薄膜或具有通过光进行异构化的官能团的有机薄膜照射偏光或非偏光的方法等公知的方法。聚合性液晶化合物的聚合可以按照后述的聚合反应条件进行。
(2)聚合本发明的聚合性液晶组合物得到的液晶性高分子
通过在聚合引发剂的存在下聚合本发明的聚合性液晶组合物,可以容易地得到本发明的液晶性高分子。所得的液晶性高分子为胆甾醇型液晶性高分子。本发明中,从更有效地进行聚合反应的角度考虑,优选使用上述聚合引发剂、特别是光聚合引发剂、以及包含聚合性手性化合物的聚合性液晶组合物。以下,对使用所述聚合性液晶组合物的方式进行说明。
具体而言,例如在按照实施上述取向处理的方法得到的具有取向功能的支撑体上涂布本发明的聚合性液晶组合物,使本发明的聚合性液晶组合物中的聚合性液晶化合物在保持胆甾醇型相的状态下均匀取向,再使之聚合,由此可以得到本发明的液晶性高分子。作为支撑体,可以使用上述支撑体。
在上述方法中,当使用通常的扭曲向列(TN)元件或超扭曲向列(STN)元件中使用的提供预倾角的聚酰亚胺薄膜以形成一样的取向状态时,可以容易地控制聚合性液晶化合物的取向状态。
通常,使液晶组合物与具有取向功能的支撑体接触时,液晶化合物在支撑体表面沿着对支撑体进行取向处理的方向进行取向。液晶化合物与支撑体表面是水平取向、还是倾斜或垂直取向,这主要由对支撑体表面进行的取向处理方法决定。例如,在支撑体上设置在面内转换(IPS,in-plane switching)方式的液晶显示元件中使用的预倾角非常小的取向膜时,得到几乎是水平取向的聚合性液晶层。
在支撑体上设置TN型液晶显示元件中使用的取向膜时,得到取向稍倾斜的聚合性液晶层,若使用STN方式的液晶显示元件中使用的取向膜,则得到取向明显倾斜的聚合性液晶层。
使本发明的聚合性液晶组合物与具有预倾角的具水平取向功能的支撑体接触时,可以得到从支撑体表面到空气界面附近角度均匀或连续变化以进行倾斜取向的光学各向异性体。
另外,当采用对分子内具有进行光二聚反应的官能团的有机薄膜或具有通过光进行异构化的官能团的有机薄膜(以下,简称为“光取向膜”)照射偏光或非偏光的方法等(光取向法)时,还可以制作取向方向不同的区分布成图案状的基板。最初,对设有光取向膜的支撑体上照射位于光取向膜的吸收带的波长的光,准备得到均匀取向的支撑体。之后,在该支撑体上覆盖掩模(mask),从掩模之上照射与位于光取向膜的吸收波长的第1照射不同的状态的光、例如偏光状态不同的光或照射角度和方向不同的光,仅在照射部分持有与通过第1照射得到的部分不同的取向功能。
使聚合性液晶组合物与如上操作得到的、取向功能不同的区分布成图案状的支撑体接触时,根据支撑体的取向功能,取向方向不同的区分布成图案状。在该状态下通过光照射进行聚合时,可以得到具有取向图案的液晶性高分子膜。
作为上述支撑体,当使用取向方向不同的区分布成图案状的、具有略水平取向功能的支撑体时,可以得到作为相差膜特别有用的液晶性高分子膜。
此外,作为得到取向图案的方法,还可以采用用AFM(原子间力显微镜)的触针摩擦取向膜的方法、蚀刻光学各向异性体的方法等不使用光取向膜的方法,但利用光取向膜的方法简便,因此优选。
作为在支撑体上涂布本发明的聚合性液晶组合物的方法,可以列举:刮条涂布法、旋涂法、辊涂法、凹版涂布法、喷涂法、刚模涂布法(die coating)、帽涂布法(cap coating)、浸涂法等公知惯用的涂布法。此时,为了提高涂布性,可以在本发明的聚合性液晶组合物中添加公知惯用的有机溶剂。此时,在支撑体上涂布本发明的聚合性液晶组合物后,优选通过自然干燥、加热干燥、减压干燥、减压加热干燥等除去有机溶剂。
涂布后,优选使本发明的聚合性液晶组合物中的液晶化合物在保持胆甾醇型相的状态下均匀取向。具体而言,可以通过进行促进液晶取向这样的热处理进一步促进取向。
作为热处理法,例如在支撑体上涂布本发明的聚合性液晶组合物后,加热至该液晶组合物的C(固相)-N(向列相)转变温度(以下简称为“C-N转变温度”)以上,使该聚合性液晶组合物处于液晶相或各向同性相液体状态。之后,根据需要缓慢冷却,出现胆甾醇型相。此时,优选暂且保持在呈现液晶相的温度,使液晶相结构域充分成长,形成单结构域。
在支撑体上涂布本发明的聚合性液晶组合物后,可以施行保持温度在出现本发明的聚合性液晶组合物的胆甾醇型相的温度范围内一定时间这样的加热处理。通过进行这样的热处理,与只进行涂布的涂布方法相比,可以制作取向缺陷少的均匀的液晶性高分子膜。但是,若加热温度过高,则聚合性液晶化合物有可能发生不希望的聚合反应而劣化。
如此操作进行均匀的取向处理后,冷却至液晶相不发生相分离的最低温度、即形成过冷却状态,在该温度下以使液晶相取向的状态进行聚合,由此可以得到取向秩序高、透明性优异的液晶性高分子膜。但若冷却过度,则聚合性液晶组合物发生相分离,析出晶体或出现近晶相这样的高级液晶相,有时无法进行取向处理。
作为使本发明的聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物聚合的方法,可以列举:照射活性能量线的方法或热聚合法等,由于照射活性能量线的方法不必加热、在室温下进行反应,因此优选。其中,照射紫外线等光的方法操作简便,因此优选。
照射时的温度为本发明的聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物能够保持液晶相的温度,为了避免引起聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物的热聚合,优选尽可能在30℃以下。尚需说明的是,通常聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物在升温过程中在C-N转变温度至N(向列相)-I(各向同性液相)转变温度(以下简记为“N-I转变温度”)范围内显示液晶相。另一方面,在降温过程中,由于处于热力学不平衡状态,所以即使在C-N转变温度以下,有时也没有凝固而保持液晶状态。将该状态称为过冷却状态。本发明中,处于过冷却状态的聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物也包含在保持液晶相的状态中。
紫外线照射强度通常为1W/m2~10kW/m2的范围,优选为5W/m2~2kW/m2的范围。
使用掩模只对特定部分照射紫外线使之聚合后,施加电场、磁场或温度等使该未聚合部分的取向状态发生变化,之后使该未聚合部分聚合,则可得到具有具不同取向方向的多个区的液晶性高分子膜。
使用掩模只对特定部分照射紫外线使之聚合时,预先对未聚合状态的聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物施加电场、磁场或温度等以规范其取向,保持该状态不变,自掩模的上方照射光使之聚合,由此也可以得到具有具不同取向方向的多个区的液晶性高分子膜。
使本发明的聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物聚合得到的液晶性高分子,可以将其从支撑体上剥离以单体的形式使用,也可以不从支撑体上剥离,直接以光学各向异性体的形式使用。
如上操作得到的本发明的液晶性高分子的数均分子量优选500~500,000,进一步优选为5,000~300,000。该数均分子量处于所述范围时,得到高硬度的膜,操作性也优异,因此优选。液晶性高分子的数均分子量可以以单分散的聚苯乙烯作为标准试样,以四氢呋喃(THF)作为洗脱液,通过凝胶过滤层析(GPC)来测定。
本发明的液晶性高分子,推定其在分子内均匀存在交联点。由于本发明的液晶性高分子是聚合本发明的聚合性液晶化合物而得到的,所以交联效率高、硬度优异。
聚合本发明的聚合性液晶组合物得到的液晶性高分子膜是胆甾醇型液晶膜,具有极高的反射率,故适合作为液晶显示元件中的偏光镜。
除此之外,通过层合法使多层这样的液晶性高分子膜层合,并且适当选择所选择的液晶性高分子膜的选择波长,从而也可以得到遮蔽可见光谱的所有光的多层偏光镜(参照EP0720041号公报)。
还可以组合适当的化合物和加工条件,将液晶性高分子膜用作所谓的宽谱带偏光镜(broad-band polarizer),以代替上述的多层偏光镜。作为实现该目标的实施方法,可以列举:例如WO98/08135号小册子、EP0606940号公报、GB2312529号公报、WO96/02016号小册子等中记载的方法。
并且,还可以使用本发明的聚合性液晶化合物或聚合性液晶组合物来制造滤色器。因此,按照本领域技术人员所惯用的涂布方法,可以适当施与必要的波长。
并且,还可以利用胆甾醇型液晶的热变色性。通过调节温度,胆甾醇型相的色彩由红色经由绿色变成蓝色。可以使用掩模使特定的带域在所定义的温度下聚合。
本发明的液晶性高分子,利用其取向性以及折射率、介电常数、磁化率等物理性质的各向异性,可以用作相差板、液晶显示元件用取向膜、偏光板、视角扩大板、滤色器、低通滤波器、光偏光棱镜、各种滤光片等光学各向异性体的构成材料。
4)光学各向异性体
第4本发明涉及以本发明的液晶性高分子作为构成材料的光学各向异性体。
作为本发明的光学各向异性体,可以列举:相差板、液晶显示元件用取向膜、偏光板、视角扩大板、滤色器、低通滤波器、光偏光棱镜、各种滤光片等。
本发明的光学各向异性体,由于是以聚合本发明的聚合性液晶化合物得到的液晶性高分子作为构成材料,所以具有均匀且高品质的液晶取向性。
实施例
通过实施例进一步详细说明本发明,但本发明并不仅仅限于以下实施例。需要说明的是,只要没有特别说明,则“份”和“%”均为重量基准。
本实施例中进行的试验方法如下。需要说明的是,柱层析中使用的展开溶剂之比(括弧内所示的溶剂比)为容积比。
(实施例1)下述式(I-1)所示的聚合性液晶化合物1的合成
[化学式36]
步骤1:下述式(1a)所示的中间体1a的合成
[化学式37]
在具备冷凝器、温度计和滴液漏斗的4口反应器中、在氮气流中将30g(0.18mol)5-甲酰基水杨酸、29g(0.9mol)甲醇、4.4g(0.036mol)4-(二甲基氨基)吡啶溶于400ml四氢呋喃(THF)中。室温下向该溶液中缓慢添加溶于150ml THF中的74.6g(0.36mol)N,N-二环己基碳化二亚胺,添加结束后,将总容量在室温下搅拌8小时。
反应结束后,从反应混合物中滤过除去不溶物,之后减压下从滤液中馏去溶剂,得到黄色油。将该黄色油通过硅胶柱层析(正己烷∶THF=9∶1)进行纯化,得到23.1g中间体1a的白色固体(收率:71.2%)。中间体1a的结构通过1H-NMR来确定。
(中间体1a的1H-NMR数据)
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS,δppm):11.36(s,1H)、9.88(s,1H)、8.39(s,1H)、8.00(d,1H,J=9.0Hz)、7.11(d,1H,J=9.0Hz)、4.01(s,3H)。
步骤2:下述式(1b)所示的中间体1b的合成
[化学式38]
在具备冷凝器、温度计和滴液漏斗的4口反应器中、在氮气流中将2.78g(55.5mmol)肼一水合物溶于100ml乙醇中。室温下将10g(55.5mmol)中间体1a直接以固体形式投入该溶液中,搅拌2小时。之后投入9.56g(55.5mmol)6-羟基-2-萘醛,在室温下搅拌12小时。
反应结束后,从反应混合物中过滤除去不溶物,之后减压下从滤液中馏去溶剂,得到黄色固体。将该黄色固体通过硅胶柱层析(正己烷∶THF=2∶1)进行纯化,得到3.1g中间体1b的黄色固体(收率:16.0%)。中间体1b的结构通过1H-NMR来确定。
(中间体1b的1H-NMR数据)
1H-NMR(500MHz,THF-d8,TMS,δppm):11.35(s,1H)、9.19(s,1H)、9.02(s,1H)、8.92(s,1H)、8.61(d,1H,J=2.5Hz)、8.37-8.29(m,3H)、8.07(d,1H,J=8.5Hz)、7.95(d,1H,J=8.5Hz)、7.38-7.32(m,3H)、4.26(s,3H)。
步骤3:聚合性液晶化合物1的合成
在具备冷凝器、温度计和滴液漏斗的4口反应器中、在氮气流中将6.29g(21.5mmol)4-(6-丙烯酰基正己基氧基)苯甲酸(DKSH JapanK.K.社制)、3.12g(24.1mmol)N,N-二异丙基乙基胺溶于50ml THF中。冰浴下向该溶液中缓慢滴加2.47g(21.6mmol)甲磺酰氯,滴加结束后,再于室温下搅拌1小时。然后,冰浴下向该溶液中投入0.26g(2.1mmol)4-(二甲基氨基)吡啶和3.0g(8.6mmol)中间体1b。再向该溶液中缓慢滴加2.23g(17.3mmol)N,N-二异丙基乙基胺,滴加结束后,恢复至室温,搅拌2小时。
反应结束后,向反应混合物中缓慢滴加100g甲醇,析出固体。过滤收集析出的固体,得到淡黄色固体。将该淡黄色固体通过硅胶柱层析(由甲苯∶乙酸乙酯=9∶1中途变更为甲苯∶乙酸乙酯=8∶2)进行纯化,得到4.8g为淡黄色固体的上述式(I-1)所示的聚合性液晶化合物1(收率:62.2%)。其结构通过1H-NMR来确定。
(聚合性液晶化合物1的1H-NMR数据)
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS,δppm):8.85(s,1H)、8.75(s,1H)、8.52(s,1H)、8.21-8.14(m,7H)、7.99(d,1H,J=8.5Hz)、7.90(d,1H,J=8.5Hz)、7.72(d,1H,J=2.0Hz)、7.42(dd,1H,J=2.0Hz,J=9.0Hz)、7.35(d,1H,J=8.5Hz)、7.00(m,4H)、6.42(dd,2H,J=1.5Hz,J=17.5Hz)、6.14(dd,2H,J=10.5Hz,J=17.5Hz)、5.84(dd,2H,J=1.5Hz,J=10.5Hz)、4.19(t,4H,J=6.5Hz)、4.08-4.05(m,4H)、3.80(s,3H)、1.89-1.83(m,4H)、1.77-1.71(m,4H)、1.58-1.45(m,8H)。
(实施例2)下述式(I-2)所示的聚合性液晶化合物2的合成
[化学式39]
步骤1:下述式(2c)所示的中间体2c的合成
[化学式40]
在具备冷凝器、温度计和滴液漏斗的4口反应器中、在氮气流中将6.0g(0.12mol)肼一水合物溶于500ml乙醇中。室温下将20g(0.12mol)3-乙氧基-4-羟基苯甲醛(乙基香兰素)直接以固体的形式投入该溶液中,再于室温下搅拌2小时。之后,投入20.66g(0.12mol)6-羟基-2-萘醛,在室温下搅拌12小时。
反应结束后,从反应混合物中过滤除去不溶物,之后在减压下从滤液中馏去溶剂,得到黄色固体。将该黄色固体通过硅胶柱层析(正己烷∶THF=2∶1)进行纯化,得到5.2g中间体2c的黄色固体(收率:13.0%)。中间体2c的结构通过1H-NMR来确定。
(中间体2c的1H-NMR数据)
1H-NMR(500MHz,THF-d8,TMS,δppm):8.82(s,1H)、8.70(s,1H)、8.55(s,1H)、8.22(s,1H)、8.21-8.19(m,2H)、7.97(d,1H,J=8.5Hz)、7.84(d,1H,J=8.5Hz)、7.73(d,1H,J=1.5Hz)、7.41(dd,1H,J=1.5Hz,J=8.5Hz)、7.28-7.25(m,2H)、7.02(d,1H,J=8.5Hz)、4.35(q,2H,J=6.5Hz,J=13.5Hz)、1.64(t,3H,J=7.0Hz)。
步骤2:聚合性液晶化合物2的合成
在具备冷凝器、温度计和滴液漏斗的4口反应器中、在氮气流中将6.29g(21.5mmol)4-(6-丙烯酰基正己基氧基)苯甲酸(DKSH JapanK.K.社制)、3.12g(24.1mmol)N,N-二异丙基乙基胺溶于50ml THF中。冰浴下向该溶液中缓慢滴加2.47g(21.6mmol)甲磺酰氯。滴加结束后,搅拌1小时。冰浴下向该溶液中投入0.26g(2.1mmol)4-(二甲基氨基)吡啶、2.88g(8.6mmol)中间体2c。再向该溶液中缓慢滴加2.23g(17.3mmol)N,N-二异丙基乙基胺,滴加结束后,恢复至室温,搅拌2小时。
反应结束后,向反应混合物中缓慢滴加100g甲醇,析出固体。过滤收集析出的固体,得到淡黄色固体。将该淡黄色固体通过硅胶柱层析(由甲苯∶乙酸乙酯=9∶1中途变更为甲苯∶乙酸乙酯=8∶2)进行纯化,得到3.9g为淡黄色固体的上述式(I-2)所示的聚合性液晶化合物2(收率:51.4%)。其结构通过1H-NMR来确定。
(聚合性液晶化合物2的1H-NMR数据)
1H-NMR(500MHz,CDCl3,TMS、δppm):8.83(s,1H)、8.70(s,1H)、8.21-8.13(m,6H)、7.98(d,1H,J=9.0Hz)、7.89(d,1H,J=9.0Hz)、7.72(d,1H,J=2.0Hz)、7.65(d,1H,J=1.5Hz)、7.42(dd,1H,J=2.0Hz,J=9.0Hz)、7.38(dd,1H,J=1.5Hz,J=9.0Hz)、7.25(d,1H,J=9.0Hz)、7.01-6.97(m,4H)、6.42(d,2H,J=16.0Hz)、6.14(dd,2H,J=10.5Hz,J=16.0Hz)、5.84(d,2H,J=10.5Hz)、4.21-4.15(m,6H)、4.08-4.05(m,4H)、1.89-1.83(m、4H)、1.77-1.71(m,4H)、1.59-1.45(m,8H)、1.35(t,3H,J=7.0Hz)。
(聚合性液晶化合物的评价)
(1)相变温度的测定
分别计量10mg实施例1、2得到的聚合性液晶化合物1、2和作为比较例1的下述式(3)所示的聚合性液晶化合物(BASF社制:LC242)(以下称作“聚合性液晶化合物3”),
[化学式41]
将这些液晶化合物直接以固体状态夹在2块进行了摩擦处理的带有聚酰亚胺取向膜的玻璃基板中。将该基板在热板上从30℃升温至300℃,之后再次降温至30℃。在偏向光学显微镜(Nikon社制ECLIPSELV100POL型)下观察升温、降温时的组织结构的变化,测定相变温度。测定的相变温度见表1。
表1中,“C”表示“晶体”,“N”表示“向列相”,“I”表示“各向同性”。这里,“晶体”是指试验化合物处于固相,“向列相”是指试验化合物处于向列液晶相,“各向同性”是指试验化合物处于各向同性液相。
(2)胆甾醇型相的形成
将各100份的聚合性液晶化合物1~3溶于153份环戊酮中得到溶液。向这些溶液中添加3.3份光聚合引发剂(Ciba Specialty Chemicals社制:Irgacure 379)、6份聚合性手性化合物(上述式(X)所示的化合物)和11.6份表面活性剂(Seimi Chemical社制:KH-40;1%(重量)的环戊酮溶液),使之均匀溶解,分别制备聚合性液晶组合物的溶液。
使用刮条涂布器(Tester产业社制:SA-203、Rod No.8、轴径:12.7mm)将制备的聚合性液晶组合物的溶液分别涂布在施行了摩擦处理的带有聚酰亚胺取向膜的玻璃基板上。将得到的涂膜在热板上、于100℃下干燥3分钟,之后用水银灯照射相当于1000mJ/cm2的紫外线,分别得到厚4μm的液晶性高分子的固化膜。
使用分光光度计(大电子社制、瞬间多重测光系统MCPD-3000)测定所得的固化膜的透过光谱。形成胆甾醇型相时,观察选择反射区(透过率达到约50%的区),该带域宽为约50~100nm。形成胆甾醇型相的情形评价为“有”,未形成胆甾醇型相的情形评价为“无”。评价结果见表1。
得到化合物的固化膜时,目视观察各化合物在23℃下的相溶性,无混浊时评价为“○”,发生混浊时评价为“×”。评价结果见表1。
并且,在得到化合物浓度为40%(重量)的溶液时,还评价化合物在60℃下的溶解性。评价结果见表1。表1中,化合物溶于环戊酮中时记作“○”,未溶解时记作“×”。
(3)光学各向异性(Δn值)的测定
将各100份的聚合性液晶化合物1~3溶于233份环戊酮中制成溶液。向其中添加2.7份光聚合引发剂(Ciba Specialty Chemicals社制:Irgacure 907),使之均匀溶解,制备各自的溶液。使用刮条涂布器(Tester产业社制:SA-203、Rod No.4、轴径为12.7mm),将制备的溶液涂布在施行了摩擦处理的带有聚酰亚胺取向膜的玻璃基板上。将所得的涂膜在热板上、于100℃下干燥5分钟,之后用水银灯照射相当于1000mJ/cm2的紫外线,得到4μm厚的高分子固化膜。
使用光学显微镜〔在Nikon社制:ECLIPSE E600POL(透过、反射型)上安装灵敏色板、λ/4波长板、Sénarmont补偿器、GIF滤光片546nm〕测定该固化膜的消光位(θ),通过算式Re=λ(546nm)×θ/180算出阻滞(Re,retardation)。由另外求出的液晶层的膜厚(d),通过算式Δn=Re/d算出Δn。计算结果见表1。
[表1]
*1:降温时,保持“各向同性”不变回复至30℃。
由表1记载的试验结果可知以下内容。
本发明的聚合性液晶化合物1、2不仅显示出与溶剂的高溶解性,而且与聚合引发剂、聚合性手性化合物等添加剂的相溶性也优异,由此确认到操作性优异。
另外,由本发明的聚合性液晶化合物1、2得到的高分子固化膜在广泛的温度范围内显示出良好的液晶性,形成胆甾醇型相,所得固化被膜是显示出高光学各向异性(Δn)的良好的液晶被膜。
相对于此,不具有本发明中规定的结构的比较例1的聚合性液晶化合物3,其显示液晶性的温度范围窄。
产业实用性
本发明的液晶性高分子的取向性优异、光学各向异性(Δn)高,因此可以用作相差板、液晶显示元件用取向膜、偏光板、视角扩大板、滤色器、低通滤波器、光偏光棱镜、各种滤光片等的光学各向异性体的制造原料。
Claims (11)
1.式(I)所示的聚合性液晶化合物:
式(I)中,Y1~Y6分别独立表示单键、-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR1-C(=O)-、-C(=O)-NR1-、-O-C(=O)-NR1-、-NR1-C(=O)-O-、-NR1-C(=O)-NR1-、-O-NR1-或-NR1-O-;这里,R1表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基;
G1和G2分别独立表示可具有取代基的碳原子数为1~20的二价脂肪族基团;该脂肪族基团中可以介在-O-、-S-、-O-C(=O)-、-C(=O)-O-、-O-C(=O)-O-、-NR2-C(=O)-、-C(=O)-NR2-、-NR2-或-C(=O)-,其中-O-和-S-分别2个以上相邻介在的情形除外;这里,R2表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基;
Z1和Z2分别独立表示可被卤原子取代的碳原子数为2~10的链烯基;
A1和A2分别独立表示碳原子数为1~30的二价有机基团A;
M1和M2分别独立表示可具有取代基的2,6-亚萘基或可具有取代基的1,4-亚苯基;M1、M2中的至少一个表示可具有取代基的2,6-亚萘基;
L1和L2分别独立表示氢原子或碳原子数为1~6的烷基;
a和b分别独立表示0或1。
2.权利要求1所述的聚合性液晶化合物,其中,上述A1和A2分别独立表示可具有取代基的亚苯基、可具有取代基的亚联苯基或可具有取代基的亚萘基。
3.权利要求1或2所述的聚合性液晶化合物,其中,上述Z1和Z2分别独立表示CH2=CH-、CH2=C(CH3)-、CH2=CH-CH2-、CH3-CH=CH-、CH2=CH-CH2-CH2-、CH2=C(CH3)-CH2-CH2-、(CH3)2C=CH-CH2-、(CH3)2C=CH-CH2-CH2-、CH2=C(Cl)-、CH2=C(CH3)-CH2-或CH3-CH=CH-CH2-。
4.权利要求1~3中任一项所述的聚合性液晶化合物,其中,M1为可具有取代基的2,6-亚萘基,M2为可具有取代基的1,4-亚苯基。
8.权利要求1所述的聚合性液晶化合物,其中,上述L1和L2为氢原子。
9.聚合性液晶组合物,其中含有权利要求1~8中任一项所述的聚合性液晶化合物和可与上述聚合性液晶化合物聚合的聚合性手性化合物。
10.液晶性高分子,该液晶性高分子是聚合权利要求1~8中任一项所述的聚合性液晶化合物或权利要求9所述的聚合性液晶组合物而得到的。
11.光学各向异性体,该光学各向异性体以权利要求10所述的液晶性高分子作为构成材料。
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