JP2005533882A - 光学材料のための高い透明性を有するプラスチックの製造方法 - Google Patents

光学材料のための高い透明性を有するプラスチックの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、高い透明性を有するプラスチックを製造するための方法に関し、この場合、このプラスチックは、式(I)および(II)の化合物(式中は明細書中に示す意味を有する)を含有する混合物のラジカル重合によって得られるものである。前記プラスチックは、10モル%を上廻る(式(I)および(II)の化合物の全量に対して)量の式(II)の化合物(m+n=2)を含有することを特徴とする。さらに本発明は化合物(I)および化合物(II)の混合物に関し、前記混合物を製造するための方法および高い透明度を有するプラスチックの特定の使用に関する。

Description

本発明は、透明なプラスチックの製造方法に関する。特に本発明は、光学レンズ、特に眼科学レンズを製造するための、高い透明性を有するプラスチックに関する。
メガネは今日においては日常生活にかかせないものである。特に、プラスチックガラスを有するメガネは、近年その重要性が増してきており、それというのも、これらが、無機材料から成るメガネガラスよりもより軽く、幾分か壊れにくく、かつ適した染料で着色可能であるためである。プラスチックメガネを製造するために、一般には、高く透明性を有するプラスチックを使用し、たとえば、ジエチレングリコール−ビス(アリルカルボネート)(DAC)、α,ω−末端多重結合するチオウレタン化合物または硫黄含有(メト)アクリレートを有するチオウレタンから得ることができる。
DACプラスチックは、極めて良好な衝撃耐性を示し、透明であり、かつ良好な加工特性を有する。しかしながら、これは、約1.50の極めて低い屈折率nの理由から、中心ばかりでなく、プラスチックレンズの端の部分も補強しなければならず、これによってメガネガラスは厚くかつ重くなるといった欠点を有する。したがってDACプラスチックガラス備えたメガネの装着快適性は著しく低下する。
α,ω−末端多重結合を有するチオウレタンプレポリマーは、α,ω−二官能性チオウレタン(この場合、2個のイソシアネート基を有する)とZerevitinov−活性H原子を有する不飽和化合物とを反応させることによって得られるものであり、たとえば、DD298645に記載されている。チオウレタンプレポリマーの適用可能性としては、透明膜または粘着フィルムが挙げられる。DD298645では、光学レンズおよび眼科学レンズとしての使用については開示されていない。
JP5−215995では、プラスチック製メガネガラスが、S−(フェニル−S)単位を有するα,ω−ジ(メト)アクリレート−末端チオウレタン化合物、トリメチロールプロパントリス(β−チオプロピオネート)およびジビニルベンゼンからの三元組成物のラジカル共重合によって得られることが記載されている。得られるプラスチックの屈折率はかなり大きい(n≧1.58)ものの、このガラスは、28〜36のかなり低いアッベ数であるといった欠点を有する。専ら低いアッベ数は、相当するプラスチックの高い分散性および着色された末端を生じるものであり、視覚的補助手段としてはその使用が制限される。JP5−215995では、プラスチックガラスの衝撃耐性およびそのビカー温度に関しては触れられていない。
プラスチックに対する同様の適用がWO01/36506で開示されており、この場合、これらは、少なくとも2個の(メト)アクリロール基を含有するモノマーのラジカル重合によって得られ、その際、モノマーはさらにチオウレタン−および/またはジチオウレタン架橋を分子中に有する。例証されたポリマーは、屈折率1.60およびアッベ数34〜35を有するものである。またこの文献においてもプラスチックのビカー温度については触れていない。
光学的適用のための透明プラスチックの他の群は、EP0810210に記載されている。前記に示された化合物とは対照的に使用される硫黄含有(メト)アクリレート−モノマーは、形式的にはヒドロアルキル(メト)アクリレートから誘導されるものではなく、メルカプトアルキル(メト)アクリレートから誘導されるものである。EP0810210では、改善された衝撃耐性および高い屈折率nを1.589〜1.637の範囲で有するプラスチックが記載されている。アッベ数は、JP5−215995で記載されたプラスチックと比較してわずかにのみ増加し、27.5〜40.7の間である。したがって、EP0810210で開示されたプラスチックは、メガネガラスおけるその使用にかんしては制限される。またこの文献においての、プラスチックのビカー温度に関する記載はない。
DE4234251では、式(1)および(2)
Figure 2005533882
[式中、Yは場合により分枝され、場合により2〜12個の炭素原子を有する環式アルキル基または6〜14個の炭素原子を有するアリール基または7〜20個の炭素原子を有するアルカリル基であり、その際、炭素鎖は1個または複数個のエーテルまたはチオエーテル基によって遮断されていてもよい。Rは、水素またはメチルであり、かつnは1〜6の整数である]の化合物のモノマー混合物をラジカル共重合することによって得られる、硫黄含有ポリメタアクリレートが開示されている。
DE4234251によれば、式(1)および(2)のモノマーは、一般には1:0.5〜0.5:1のモル比である。モノマー混合物は、少なくとも2モルの(メト)アクリル酸塩化物または(メト)アクリル酸無水物と、1モルのジチオールとを反応させることによって製造され、その際、(メト)アクリル酸塩化物または(メト)アクリル酸無水物は不活性の有機溶剤中、ジチオールは水性アルカリ溶液中のものである。適した溶剤としては、メチル−tert.−ブチルエーテル、トルエンおよびキシレンが挙げられ、その際、誘電率は、20℃でそれぞれ2.6、2.4および2.3〜2.6である。
DE4234251で記載されたプラスチックは無色、硬質および幾分か壊れにくく、かつ1.602〜1.608の範囲の高い屈折率nを有する。アッベ数は35〜38の範囲である。したがって、これらのプラスチックはメガネガラスでのその使用に関しては制限される。またこの文献においても、プラスチックのビカー温度に関しては開示されていない。
これらの技術水準とは対照的に、本発明の対象は、極めて高い屈折率、好ましくは1.608以上を有し、かつ極めて高いアッベ数、好ましくは36以上を有する高い透明性を有するプラスチックを製造するための方法を提供するものであって、この場合、これらのプラスチックは光学レンズを製造するのに適している。特に、低い分散性を有し、かつ着色された末端を有しないプラスチック−メガネガラスを製造することができる。
本発明の他の対象は、改善された機械的特性、たとえば良好な衝撃耐性を有する高い透明性を有するプラスチックを製造するための方法を提供する。好ましくは、プラスチックのシャルピー衝撃耐性は、ISO179/1fUによれば3.0kJ/mを上廻る。
本発明の他の対象は、高い温度であっても許容可能な改善された機械的特性を有する、高い透明度を有するプラスチックを製造する方法を提供することである。特に、本発明によるプラスチックは、ISO306にしたがって極めて高いビカー温度、好ましくは50.0℃を上廻る温度を示す。
さらに本発明によれば、本発明による方法によって製造可能な高い透明性を有するプラスチックが、簡単な方法で、工業的スケールで、かつ低コストで製造可能であることが見出された。特に、本発明による高い透明性を有するプラスチックは、大気圧で、かつ20.0〜80.0℃の温度で流動可能な少なくとも1個のモノマーから、ラジカル重合によって得ることが可能である。
さらに本発明は、本発明の方法によって製造可能な高い透明性を有するプラスチックについての適用範囲および可能な用途を示すことを目的とする。
これらの対象および例証されていないものの、前記内容から容易に導かれるか再構築可能な他の対象は、請求項1のすべての特徴を有する高い透明度を有するプラスチックを製造するための方法によって達成される。プラスチックを製造するための方法の有利な変法は、請求項1に係る従属クレームにおいて保護される。使用のカテゴリーに属するクレームは、本発明による方法により製造可能な、高い透明性を有するプラスチックの好ましい使用を保護するものである。光学レンズ、好ましくは眼科学レンズは、本発明による高い透明性を有するプラスチックを示し、他の生成物クレームにおいて請求されている。したがって、高い透明度を有するプラスチックを製造するための方法が提供され、この場合、これらの方法は、式(I)および(II)
Figure 2005533882
[式中、Rはそれぞれ互いに独立して水素またはメチル基であり、
はそれぞれ互いに独立して、直鎖または分枝の、脂肪族または環式脂肪族基であるか、あるいは置換または非置換の芳香族またはヘテロ芳香族基であり、かつ、
mおよびnはそれぞれ互いに独立して0以上の整数であるが、但しm+n>0である]の化合物を含有する混合物をラジカル重合することによって達成されるものであり、かつ、高い透明性を有するプラスチックが、式(I)および(II)の化合物の全量に対して、式(II)(m+n=2である)の化合物を10モル%以上含有する混合物から得られることによって特徴付けられる。高い透明性を有するプラスチックは、光学、特に眼科学レンズに関して極めて有用であり、予測できない方法で得ることが可能である。本発明による高い透明性を有するプラスチックは、前記特性、たとえば高い屈折率、高いアッベ数、良好なシャルピー衝撃耐性および高いビカー温度の従来知られていない組合せを含むものである。相当するプラスチックメガネガラスは、低い分散性を示し、かつ着色された末端を有していない。
高い透明性を有するプラスチックは、光学、特に眼科学レンズのための、極めて有用な前記方法によって製造することが可能である。本発明の高い透明性を有するプラスチックは、従来公知の特性の顕著な組合せ、たとえば高い屈折指数、高いアッベ指数、良好なシャルピー衝撃耐性および高いビカー温度を包含する。相当するプラスチックメガネガラスは、低い分散率を示し、この場合、これらは着色された末端を有するものではない。
さらに、本発明の方法を用いて得ることが可能な高い透明性を有するプラスチックは、以下の利点を有している:
−本発明によって得られるプラスチックの高い屈折率によって、相当するプラスチック−メガネガラスの中心および端は補強する必要がなく、そのために薄くすることが可能であり、このようなメガネの装着快適性は、比較的少ない重量から著しく改善される。
−本発明による方法により得ることが可能な、本発明によるプラスチックの良好な衝撃耐性は、日常的な危険性に対して相当するプラスチックメガネガラスを保護するものである。損傷または回復不能の破壊、特に薄いメガネガラスが機械的応力から本質的に保護される。
−本発明の高い透明性を有するプラスチックは、好ましくは50.0℃を上廻る高いISO306によるビカー温度を示し、したがってこの温度まで前記機械的特性、特に高い衝撃耐性およびその硬度を保持するものである。
−本発明による方法により得ることが可能な高い透明性を有するプラスチックは、ラジカル共重合によって、大気圧および20.0〜80.0℃の温度範囲で、好ましくは流動性のモノマー混合物を、簡単な方法で、工業的スケールで、コスト削減的に製造可能である。
同様に下塗りの(underlaying)モノマー混合物は、簡単な方法で、かつ工業的スケールでコスト削減的に製造することが可能である。
本発明は、高い透明性を有するプラスチックを製造するための方法に関する。本発明によるプラスチックは、DIN5036によれば好ましくは少なくとも89.0%の透過度を有する。
本発明によって得ることが可能な高い透明性を有するプラスチックは、ラジカル共重合によって、大気圧および20.0〜80.0℃の温度範囲で、好ましくは流動性のモノマー混合物を得ることが可能である。ラジカル共重合は、低分子量のモノマー混合物を高分子量の化合物、すなわちポリマーに変換するためにラジカル開始法によって、よく知られている。詳細には、H.G. Elias,Makromolekuele、volumes1 and 2,Basle,Heidelberg,New York Huethig und Wepf.1990 and Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,5th edition,polyerization processに記載されている。
本発明の好ましい実施態様において、本発明によるプラスチックはモノマー混合物の塊状重合またはバルク重合(Masse- oder Substanzpolymerisation)によって得ることが可能である。塊状重合またはバルク重合は、モノマーが溶剤なしに重合させる重合方法であり、したがって、ポリマー反応は、塊またはバルク中で進行する。これは、エマルション中での重合(いわゆるエマルション重合)および分散液中での重合(いわゆる懸濁重合)とは対照的であり、それというのもこれらの重合は、有機性モノマーを、保護コロイドおよび/または安定化剤と一緒に水相中で懸濁し、かつ幾分か粗いポリマー粒子を形成するためである。不均一相中のポリマーの特定の形は、粒状重合であり、この場合、これらは本質的に懸濁重合に該当する。
重合反応は、原則的に当業者に公知の方法で開始させることができ、たとえばラジカル開始剤を用いてか(たとえば過酸化物、アゾ化合物)、あるいはUV線、可視光線、α線、β線またはγ線またはこれらの組合せ物を照射することによって開始させることができる。
本発明の好ましい実施態様において、重合は親油性ラジカル重合開始剤を用いて開始される。したがってラジカル重合開始剤は、本質的に親油性であるために、バルク重合の混合物中で溶解させることができる。有用な化合物は、古典的なアゾ開始剤、たとえばアゾイソブチロニトリル(AIBN)または1,1−アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、特に脂肪族ペルオキシ化合物、たとえばtert−アミルペルオキシネオデカノエート、tert−アミルペルオキシピバレート、tert−ブチルペルオキシピバレート、tert−アミルペルオキシ−2−エチル−ヘキサノエート、tert−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、tert−アミルペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、エチル3,3−ジ(tert−アミルペルオキシ)ブチレート、tert−ブチル ペルベンゾエート、tert−ブチルヒドロペルオキシド、デカノイルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシドおよび前記化合物の任意の混合物を含む。前記に示された化合物において、AIBNは極めて特に好ましい。
本発明の他の好ましい実施態様において、重合は公知の光開始剤を用いて、UV線等を照射することによって開始される。有用な化合物は、広範囲の市販の化合物、たとえばベンゾフェノン、α,α−ジエトキシアセトフェノン、4,4−ジエチルアミノベンゾフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、4−イソプロピルフェニル 2−ヒドロキシ−2−プロピル ケトン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル フェニル ケトン、イソアミル p−ジメチルアミノベンゾエート、メチル 4−ジメチルアミノベンゾエート、メチル o−ベンゾイルベンゾエート、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−イソプロピル−チオキサントン、ジベンゾスベロン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビスアシルホスフィンオキシド等を使用することが可能であり、その際、かつ挙げられた光開始剤は、単独でかまたは2個またはそれ以上の組合せでか、あるいは前記の重合開始剤の一つとの組合せで使用することができる。
ラジカル形成剤の量は、広い範囲で可変であってもよい。好ましくは、全組成物の量に対して0.1〜5質量%の範囲で使用する。特に好ましくは、全組成物の量に対してそれぞれ0.1〜2質量%、特に好ましくは0.1〜0.5質量%の量であってもよい。
重合に対して選択すべき重合温度は、当業者において明らかである。最初に、開始剤および開始方法(熱的に、放射等によって)を選択することによって定められる。重合温度が、ポリマーの生成物特性に作用することが知られている。この理由から、本発明の重合温度は、20.0〜100.0℃、有利には20.0〜80.0℃および特に好ましくは20.0〜60.0℃の範囲である。本発明の特に好ましい実施態様において、反応温度は反応中で、好ましくは徐々に増加する。さらに温度は、反応の終了時に向かって高められた温度、たとえば100℃で適切に作用する。
反応は減圧下のみならず、過圧下で実施することも可能である。しかしながら、好ましくは大気圧下で実施する。反応は空気中で、さらに保護ガス雰囲気下で実施することが可能であり、その際、極めてわずかな画分の酸素が存在することは有利であってもよく、それというのも可能な重合を抑制するためである。
本発明の特に好ましい実施態様において、本発明による高い透明性を有するプラスチックは、モノマー混合物、開始剤および他の添加剤、たとえば滑剤からの均質な混合物を製造し、これらをガラスプレート間に充填し、この場合、このガラスプレートは後の適用、たとえばレンズ、メガネガラス、プリズムまたはいわゆる光学用構成材料によって、形付けられるものである。バルク重合は、エネルギー供給によって、たとえば高いエネルギー照射、特にUV光を用いての照射によって開始されるか、あるいは加熱によって、有利には数時間に亘って水浴につけることによって開始される。これらの方法によって、光学的材料をその好ましい形状で、クリアーな、透明、無色、硬質のプラスチックとして提供される。
本発明の目的のために、滑剤は、充填されたプラスチック材料、たとえば圧縮成形材料および射出成形材料のための添加剤であり、充填材料を簡単に滑らせ、これによって圧縮成形材料を簡単に成形可能にする。たとえば金属石鹸およびシロキサン組み合わせ物が適している。そのプラスチック中で不溶であることから、滑剤は、加工の過程において表面上に移動し離型剤として作用する。特に適した滑剤、たとえば非イオン性フッ素表面活性剤、非イオン性シリコン表面活性剤、第4級アンモニウム塩および酸性の燐酸エステルは、EP271839Aに記載されており、この場合、これは本発明における参考文献として包含されるものである。
本発明の目的のために、ラジカル重合のためのモノマー混合物は、好ましくは大気圧および20.0〜80.0℃の温度で流動性である。“流動性”の用語は当業者に公知である。好ましくは種々の形に鋳造可能な、かつ適切な助剤を用いて撹拌され、かつホモジナイズ可能な、幾分かの粘性を有する液体により特徴付けられる。本発明の目的のための流動性材料は、特に25℃および大気圧(101325Pa)での動的粘度が、0.1mPa・s〜10Pa・s、かつ有利には0.65mPa・s〜1Pa・sの範囲である。本発明の極めて好ましい実施態様において、鋳造モノマー混合物はバブルフリーであり、特に気泡を有しないものである。また、バブル、特に気泡を有するこのようなモノマー混合物は、適した方法、たとえば温度上昇および/または真空下での適用によって除去可能である。
本発明による方法によって得ることが可能な、本発明のプラスチックは、好ましくは屈折率n>1.608、特に1.61を上廻る。屈折率nは、当業者に公知の尺度であって、かつ本発明によれば偏向によって特徴付けられ、この場合、これは、光線を、光学的に異なる媒体、たとえば空気から、本発明の高い透明性を有するプラスチックに入射させる角度で、その伝播速度(c=真空中の光の速度、c/n=屈折率nを有する媒体中での光の速度)が異なる。 1615年におけるスネル法則の屈折に関する最初の式は:
Figure 2005533882
[式中nおよびnは、それぞれ2個の媒体の屈折率であり、αは媒体1中の角度であり、βは媒体2中の角度である]
媒体の屈折率は、一般には示された照射波長および温度に依存する。したがって本発明の屈折率のデータは、DIN53491(ナトリウムの(黄色)Dラインの標準波長(約589nm))に示された標準値に基づくものである。
本発明による方法を用いて得ることが可能なプラスチックは、DIN53491によればアッベ数>36.0を有する。アッベ数はE.アッベにより導かれた尺度Vであり、
Figure 2005533882
により、光学的媒体の分散能が特徴付けられる。n、nおよびnは、それぞれフラウンホォーファー線D、F、およびCにおいての媒体の屈折率である。DはナトリウムD線λ=589.6nmおよびλ=589.0nmの平均値を示し、Fはλ=486.1での水素線およびCはλ=656.3nmでの水素線である。大きいアッベ数は、低い分散能を示す。アッベ数に関する詳細は、文献から当業者に公知であり、たとえば、Lexikon der Physik(Walter Greulich (編者);Lexikon der Physik; Heidelberg; Spektrum, Akademischer Verlag; volume 1; 1998)に記載されている。
本発明の特に好ましい実施態様によれば、プラスチックはアッベ数>36.0、有利には>37.0、特に>38.0を有する。アッベ数>39.0および好ましくは>40.0を有するプラスチックが特に有利である。本発明によれば、アッベ数>41.0および特に>42.0を有するプラスチックが特に重要である。
本発明の目的のために、高い透明性を有するプラスチックは、式(I)および(II)
Figure 2005533882
[式中、Rはそれぞれ互いに独立して水素又はメチル基であり、好ましくはメチル基である。Rはそれぞれ互いに独立して、直鎖または分枝鎖の、脂肪族または環式脂肪族基であるか、あるいは置換または非置換の芳香族またはヘテロ芳香族基、たとえばメチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、t−ブチレンまたはシクロヘキシレン基または二価の芳香族またはへテロ芳香族基であり、この場合、これらは、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ジフェニルメタン、ジフェニルジメチルメタン、ビスフェノン、ジフェニル、スルホン、キノリン、ピリジン、アントラセンおよびフェナントレンから誘導されたものである。本発明の目的のための環式脂肪族基はさらに、ビ−、トリ−およびポリ−環式脂肪族基を包含する。
基Rはさらに式(Ia)
Figure 2005533882
[式中、Rはそれぞれ互いに独立して、直鎖または分枝鎖の、脂肪族または環式脂肪族基であり、たとえばメチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、t−ブチレンまたはシクロヘキシレン基である。基Xはそれぞれ互いに独立して、酸素または硫黄であり、かつRは直鎖または分枝鎖の、脂肪族または環式脂肪族基、たとえばメチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、t−ブチレンまたはシクロヘキシレン基である]の基を包含する。本発明の目的のための環式脂肪族基は、さらに、ビ−、トリ−およびポリ−環式脂肪族基を包含する。Yは1〜10の整数、特に1、2、3および4である。
好ましい基は式(Ia):
Figure 2005533882
[式中、Rは1〜10個の炭素原子、好ましくは直鎖の2〜8個の炭素原子を有する脂肪族基である]の基を含む。
mおよびnはそれぞれ互いに独立して0以上の整数であり、特に0、1、2、3,4,5または6の整数である。但し、m+nの合計は0を上廻り、好ましくは1〜6の範囲であり、有利には1〜4であり、特に1、2または3の範囲である。
本発明の目的のために、混合物は、式(I)および(II)の化合物の全量に対して、10モル%を上廻り、好ましくは12モル%を上廻り、かつ特に好ましくは14モル%を上廻って式(II)の化合物を含有することが必要不可欠であり、その際、m+nは2である。
式(I)の化合物ならびに式(II)の化合物は、それぞれ単独でか、あるいは式(I)または(II)の複数個の化合物の混合物として使用することができる。
本発明によるモノマー混合物の組成は原則として任意であり、かつ本発明のプラスチックの性能プロフィールを、工業的使用の要求に対して調整することが可能である。たとえば、モノマー混合物が、式(I)の1個または複数個の化合物または式(II)の1個または複数個の化合物の著しい過剰量を含有することは特に有利である。
しかしながら、モノマー混合物の組成を、式(I)の少なくとも1個の化合物と、式(II)の少なくとも1個の化合物が、好ましい重合温度で均質に混合される程度に選択することは特に有利であり、それというのもこのような混合物は、その一般的に低い粘度から取り扱いが容易であり、さらに、改善された材料特性を有する均質なプラスチックに重合することが可能である。
本発明によれば特に有利であるのは、式(I)および(II)の化合物の全量に対して、5.8モル%を上廻り、有利には6.5モル%を上廻り、かつ特に有利には7.5モル%上廻る式(II)の化合物を含有することであり、その際、m+n=3である。式(I)の化合物の割合は、式(I)および(II)の化合物の全量に対して、好ましくは0.1〜50.0モル%、有利には10.0〜45.0モル%および特に好ましくは20.0〜35.0モル%である。m+n=1である場合の式(II)の割合は、式(I)および(II)の化合物に全量に対して、好ましくは20.0モル%を上廻り、有利には30.0モル%を上廻り、さらに有利には約35.0モル%を上廻り、かつ特に40モル%を上廻る。m+n>3である場合の化合物(II)の割合は、好ましくは約0モル%を上廻り、有利には1モル%を上廻り、かつ特に有利には2モル%を上廻る。
本発明のモノマー組成物を製造するための方法は、当業者に公知の方法から明らかである。たとえば、これは、別個の成分の単段階または多段階混合によって得ることができる。それにもかかわらず、本発明の内容に関して、本発明によるモノマー混合物は、1.0〜<2.0モル、好ましくは1.1〜1.8モル、有利には1.2〜1.6モルおよび特に有利には1.2〜1.5モルの式(III)
Figure 2005533882
の少なくとも1個の化合物を、式(IV)
Figure 2005533882
の少なくとも1個のポリチオールと反応させることによって製造することが特に有利であることが見出された。
基Xは塩素または基
Figure 2005533882
を示し、たとえば、式(III)の化合物は塩化アクリロイル、塩化メタクリロイル、アクリル酸無水物およびメタクリル酸無水物を包含し、特に、アクリル酸無水物、メタクリル酸無水物またはこれらの混合物が好ましい。
Mはそれぞれ互いに独立して水素または金属カチオンである。好ましい金属カチオンは、2.0未満、好ましくは1.5未満の電気陰性度を有する元素から誘導され、その際、アルカリ金属カチオン、特にNa、K、RbおよびCsおよびアルカリ土類金属カチオン、特にMg2+、Ca2+、Sr2+およびBa2+が特に好ましい。極めて好ましい結果は、金属カチオンNaおよびKを用いて得ることができる。
本発明による特に適した式(IV)のポリチオールは、1,2−エタンジチオール、1,2−プロパンジチオール、1,3−プロパンジチオール、1,2−ブタンジチオール、1,3−ブタンジチオール、1,4−ブタンジチオール、2−メチルプロパン−1,2−ジチオール、2−メチル−プロパン−1,3−ジチオール、3,6−ジオキサ−1,8−オクタンジチオール、4−エテニルシクロヘキセンと硫化水素とを反応させることによって得ることが可能なエチルシクロヘキシル ジメルカプタン、オルト−ビス−(メルカプトメチル)ベンゼン、メタ−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、パラ−ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、
Figure 2005533882
の化合物、さらには式
Figure 2005533882
[式中、それぞれRはそれぞれ独立して、直鎖または分枝鎖の、脂肪族または環式脂肪族基、たとえばメチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、t−ブチレンまたはシクロヘキシレン基である]の化合物を含む。本発明において環式脂肪族基は、ビ−、トリ−およびポリ環式脂肪族基を包含する。基Xはそれぞれ互いに独立して酸素または硫黄であり、かつRは直鎖または分枝の、脂肪族または環式脂肪族基、たとえばメチレン、エチレン、プロピレン、イソプロピレン、n−ブチレン、イソブチレン、t−ブチレンまたはシクロヘキシレン基を示す。本発明に関して環式脂肪族基は、ビ−、トリ−およびポリ−環式脂肪族基を包含する。yは、1〜10の整数であり、特に1、2、3および4である。
式(IVa)の好ましい化合物は:
Figure 2005533882
を含む。
本発明の特に好ましい実施態様は、式(IV)の化合物として1,2−エタンジチオールを使用する。
本発明によれば、少なくとも1個の不活性の有機溶剤L中での式(III)の1個または複数個の化合物と、アルカリ水溶液中の式(IV)の1個または複数個の化合物を反応させ、その際、「不活性の有機溶剤」とは、それぞれの反応条件下で反応系において存在する化合物と反応することがない有機溶剤を意味するものである。
本発明の目的に関して、少なくとも1個の溶剤Lは、それぞれの場合において20℃で測定された相対的な誘電率>2.6、好ましくは>3.0、有利には>4.0および特に>5.0を有していてもよい。これに関連しての相対的な誘電率とは、(理論的に)排除されたコンデンサの静電容量Cがどの程度、プレート間の誘電体の導入において増加するかを示す無次元数である。この値は、20℃で測定され、かつ低い周波数(ω→0)に挿入される。詳細には、文献は通常の技術的文献から得られ、特に、Ullmann Encklopaedie der technischen Chemie、pvolume2/1 Anwendung physikalischer und physikalisch−chemiscer Methoden im Laboratorium,“Dielektrizitaetskonstante”、pp.455−479に記載されている。溶剤の誘電値は、特に、Handbook of Chemistry and Physics,71st edition,CRC Press,Baco Raton,Ann Arbor,Boston,1990−1991,pp.8−44,8−46および9−9〜9−12に記載されている。
溶剤および水性溶剤がその反応において2個の相を形成し、均一に混和することのないことは、本発明のための目的に対して特に有利である。この目的のために溶剤は好ましくは、溶剤100gに対して水10g未満の水溶解性(20℃で測定されたもの)を有する。
好ましくは本発明による溶剤Lは、
脂肪族エーテル、たとえばジエチルエーテル(4.335)、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル;
環式脂肪族エーテル、たとえばテトラヒドロフラン(7.6);
脂肪族エステル、たとえばメチルホルミエート(8.5)、エチルホルミエート、プロピルホルミエート、酢酸メチル、酢酸エチル、n−ブチルアセテート(5.01)、メチルプロピオネート、メチルブチレート(5.6)、エチルブチレート、2−メトキシエチルアセテート;芳香族エステル、たとえばベンジルアセテート、ジメチルフタレート、メチルベンゾエート(6.59)、エチルベンゾエート(6.02)、メチルサリチレート、エチルサリチレート、フェニルアセテート(5.23);
脂肪族ケトン、たとえばアセテート、メチルエチルケトン(18.5)、2−ペンタノン(15.4),3−ペンタノン(17.0)、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン(13.1);芳香族ケトン、たとえばアセトフェノン;
ニトロ芳香族、たとえばニトロベンゼン、o−ニトロトルエン(27.4)、m−ニトロトルエン(23)、p−ニトロトルエン;ハロゲン化芳香族、たとえばクロロベンゼン(5.708)、o−クロロトルエン(4.45)、m−クロロトルエン(5.55)、p−クロロトルエン(6.08)、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン;
ヘテロ芳香族、たとえばピリジン、2−メチルピリジン(9.8)、キノリン、イソキノリン;
またはこれらの混合物を含み、その際、カッコ中の数はそれぞれ、20℃での誘電率に関する。
本発明の目的のために、脂肪族エステルおよび環式脂肪族エーテル、特に酢酸エチルおよびテトラヒドロフランが特に適している。
本発明において、溶剤Lは単独でのみならず、溶剤混合物として使用することができ、その際、混合物中に存在する溶剤のすべてが、前記誘電率を満たすわけではない。たとえば、さらに本発明によればテトラヒドロフラン/シクロヘキサン混合物を使用することが可能である。しかしながら、溶剤混合物が>2.6、好ましくは>3.0、有利には>4.0および特に>5.0の、それぞれの場合において20℃で測定した相対的な誘電率を有することは有利であってもよい。特に有利な結果は、相対的誘電率>2.6、好ましくは>3.0、有利には>4.0および特に有利には>5.0を、それぞれの場合において20℃で測定した相対的な誘電率を有する溶剤の溶剤混合物によってのみ、達成することができる。
式(IV)の1個または複数個の化合物のアルカリ水溶液は、式(III)の1個または複数個の全量に対して、少なくとも1個のブレンステッド塩基 1.1〜1.5等量を含有する。本発明の目的のために好ましいブレンステッド塩基は、アルカリ金属水酸化物およびアルカリ土類金属水酸化物、特に水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムを包含する。
反応の実施は、原則として、任意の可能な方法で実施することができる。たとえば式(III)の1個または複数個の化合物を、溶剤または溶剤混合物Lに導入し、かつ、段階的にまたは連続的に、式(IV)の1個または複数個のアルカリ水溶液を添加することが好ましい。それにもかかわらず、少なくとも1個の不活性の有機溶剤L中での式(III)の1個または複数個の化合物と、アルカリ水溶液中での式(IV)の1個または複数個の化合物を、反応容器と並流で供給される。
反応温度は広範囲に亘って可変であってもよく、しかしながら、しばしば温度は20.0〜120.0℃、好ましくは20.0〜80.0℃の温度であってもよい。反応を実施する圧力も同様である。したがって、反応は減圧下で実施するのみならず、過圧下で実施することもできる。しかしながら、好ましくは大気圧で実施することができる。反応は空気下で実施可能であるけれども、本発明においては保護ガス下で、好ましくは窒素および/またはアルゴン下で実施することが極めて特に有利であり、その際、好ましくは少量の酸素画分が存在する。
有利には、反応混合物はさらなる工程において、好ましくは水性溶液が20℃でpH7.0未満、有利には6.0未満および特に5.0未満になるまでブレンステッド酸を添加する。これに関連して使用される酸は、無機性の鉱酸、たとえば塩酸、硫酸、リン酸、有機酸、たとえば酢酸、プロピオン酸および酸性イオン交換体、特に酸性の合成樹脂イオン交換体、たとえば(R)DowexM−31(H)である。その際、酸性の合成樹脂イオン交換体は、1gの乾燥イオン交換体に対して少なくとも1.0meq、好ましくは少なくとも2.0meqおよび特に少なくとも4.0meqのHイオン、10〜50メッシュの粒径およびイオン交換体の全容量に基づいて10〜50%の孔度を有するものが特に適している。
式(I)および(II)の化合物を単離するために、溶剤Lから構成される有機相を分離除去し、必要である場合には洗浄し、乾燥させ、かつ溶剤を蒸発させることが有利であってもよい。
式(III)の1個または複数個の化合物と、式(IV)の1個または複数個の化合物との反応は、阻害剤の存在下で実施されてもよく、この場合、これは反応中で(メト)アクリル基のラジカル重合を回避するものである。これらの阻害剤は当業者に公知である。
1,4−ジヒドロキシベンゼンが主に使用される。しかしながら、他の置換されたジヒドロキシベンゼンもまた同様に使用されてもよい。一般に、このような阻害剤は、一般式(V)
Figure 2005533882
[式中、Rは直鎖または分枝の1〜8個の炭素原子を有するアルキル基、ハロゲンまたはアリールであり、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、特に好ましくはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、Cl、FまたはBrであり;
Oは1〜4の整数、好ましくは1または2の整数であり;かつ、
は水素、1〜8個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル基またはアリール基、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、特に好ましくはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチルまたはter−ブチルである]によって示すことができる。
しかしながら、さらに親化合物として1,4−ベンゾキノンを有する化合物を使用することも可能である。これらは式(VI)
Figure 2005533882
[Rは1〜8個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル基、ハロゲンまたはアリールを意味し、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、特に好ましくはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、ter−ブチル、Cl、FまたはBrであり;かつ
oは1〜4の整数、好ましくは1または2である]で記載されていてもよい。
同様に、一般式(VII)
Figure 2005533882
[式中、Rは1〜8個の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル基、アリールまたはアルアルキル、1〜4価のアルコールを有するプロピオン酸エステル、この場合、これらはさらにS、OおよびNのようなヘテロ原子を有していてもよく、好ましくは1〜4個の炭素原子を有していてもよいアルキル基、特に好ましくはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、ter−ブチルである]のフェノールを使用する。
他の有利な物質群としては、式(VIII)
Figure 2005533882
[式中、Rは式(IX)
Figure 2005533882
の化合物であり、その際、
=C2p+1であり、
かつp=1または2である]
のトリアジン誘導体に基づくヒンダートフェノールである。
特に好ましくは、化合物1,4−ジヒドロキシベンゼン、4−メトキシフェノール、2,5−ジクロロ−3,6−ジヒドロキシ−1,4−ベンゾキノリン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,4−ジメチル−6−tert−ブチルフェノール、2,2−ビス[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル−1−オキソプロポキシメチル)]1,3−プロパンジエチルエステル、2,2’−チオジエチルビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)]プロピオネート、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、3,5−ビス(1,1−ジメチル−エチル−2,2−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチル)フェノール、トリス−(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)−s−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)トリオン、トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ)−s−トリアジン−2,46−(1H,3H,5H)トリオンまたはtert−ブチル−3,5−ジヒドロキシベンゼンを使用する。
全反応混合物の質量に対して、単独でかまたは混合物として、一般には0.01〜0.50%(質量/質量)の阻害剤量を有しており、その際、阻害剤の濃度は、好ましくはDIN55945による色数が損なわれない程度に選択される。これらの阻害剤の多くが市販されている。
本発明による方法によって、良好な機械的特性を有する高い透明性を有するプラスチックが提供される。本発明の好ましい実施態様において、高い透明性を有するプラスチックはISO179/lfUにより測定されたシャルピー衝撃耐性 3.0kJ/mを有する。
さらに本発明のプラスチックは、ISO306により測定された高いビカー温度によって特徴付けられ、したがって、本発明のプラスチックは、さらに室温を上廻る温度でのその良好な機械的特性、特にシャルピー衝撃耐性およびその硬度を維持する。本発明によるプラスチックのISO306によるビカー温度は50℃を上廻り、好ましくは60℃を上廻り、かつ特に70℃を上廻る。その際、ISO306により測定された本発明によるプラスチックのビカー温度は80℃を上廻り、好ましくは90℃を上廻り、有利には100℃を上廻り、特に120℃を上廻る。本発明の特に好ましい実施態様において、プラスチックはISO306によって測定された140℃を上廻るビカー温度を有し、好ましくは160℃を上廻り、特に180℃を上廻る。
本発明の高い透明性を有するプラスチックに関する可能な領域は、当業者において明らかである。特に、本発明の高い透明度を有するプラスチックは、高い透明性を有するプラスチックに対してのすべての用途に適している。その特徴的な性質に基づいて、特に光学レンズ、特に眼科学レンズに適している。
以下の本発明による例B1〜B4および比較例VB1〜VB3は、本発明を制限することなく例証するものである。それぞれの場合において使用される物質は第1表に示されており、試験の詳細については第2表に、得られる生成物混合物の性質については第3表に示されている。
比較例VB1〜VB3(DE4234251による例)
4lの撹拌装置中に、4−メチル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール 500ppmおよび好ましい溶剤766mlで安定化された、メタクリル酸無水物(MAA)の好ましい量を装填する。同時に窒素雰囲気下で15〜20℃で、1,2−エタンジチオール 94.2g(1モル)を、13%NaOH水溶液の好ましい量中で溶解させる。その後に、得られたナトリウムチオレート溶液を、場合によっては不活性化し、好ましい供給温度で、撹拌しながら1時間に亘って滴加する。その後に回分を好ましい後反応条件下で撹拌する。
反応混合物を後処理するために、室温に冷却し、下部の水相を分離除去し、かつ有機相をアンモニア希釈液(5%)333gで抽出した。その後にそれぞれの場合においてDM水 333gで3回に亘って抽出した後に分離した。粗エステル溶液をさらに4−メチル−2,6−ジ−tert−ブチルフェノール 300ppmで安定化し、かつ最大45℃で、ロータリーエバポレーター中で濃縮した。
本発明による実施例B1およびB2
1,2−エタンジチオール 94.2g(1モル)を、保護ガス入口を備えた三角フラスコに計量供給し、かつ撹拌し、13%NaOH溶液の好ましい量を、25〜30℃で、30分に亘って水で冷却しながら添加した。透明な褐色がかった溶液が形成する。
MAAおよびナトリウムチオレート溶液の好ましい量を並流で、好ましい供給温度で、45分に亘って、反応フラスコ中に存在し、かつ撹拌された溶剤/水に供給する。その際、必要である場合には保護ガスを、回分を介して導いた。フラスコの内容物を供給開始時に、約2℃の温度で冷却し、かつ約5〜10分後にわずかな発熱反応を生じ、たとえばそれに応じて冷却し、好ましい反応温度に調整した。供給後にさらに回分を好ましい反応条件下で撹拌させ、その後に撹拌しながら約25℃に冷却した。
回分をさらに分離漏斗に移し、分離し、かつ下部の水相を搬出させた。有機相を5%の燐酸水溶液 87.5gで抽出し、その後にDM水 50gで2回に亘って洗浄し、中和させた。
混濁したものからほぼ透明なものまでの粗エステル溶液は、HQME 100ppmで安定化し、かつ最大50℃でロータリーエバポレーター中で濃縮した。最終生成物は、適切な場合には室温(20〜25℃)で、珪藻土0.5%と混合し、かつ約10分に亘って撹拌した。その後にこれをSeitz K800フィルター層および0.45μmフィルターメンブレンを介して、約1バールで濾過することによっておこなった。
本発明による例B3およびB4
1,2−エタンジチオール 94.2g(1モル)を、保護ガス入口を有する三角フラスコ中に計量供給し、撹拌し、13%NaOH溶液の好ましい量を25〜30℃で、30分に亘って水で冷却しながら添加した。褐色がかった透明な溶液が形成する。
MAAおよびナトリウムチオレート溶液の好ましい量を、並流で、好ましい供給温度で、45分に亘って、反応フラスコ中に存在し、かつ撹拌された溶液/水に供給した。その際、必要である場合には保護ガスを、回分を介して導いた。フラスコの内容物を供給開始時に、約2℃の温度に冷却し、かつ約5〜10分後にわずかな発熱反応を生じ、たとえばそれに応じて冷却し、好ましい反応温度に調整した。供給終了時にさらに回分を好ましい反応条件下で撹拌させ、その後に撹拌しながら約25℃に冷却した。
回分をさらに分離漏斗に移し、分離し、かつ下部の水相を搬出させた。有機相を後処理するために、三角フラスコ中に移し、かつDowexM31で、約15分に亘って撹拌し、その後に、イオン交換体を用いて濾別した。
混濁したものからほぼ透明なものまでの粗エステル溶液は、HQME 100ppmで安定化させ、かつ最大50℃でロータリーエバポレーター中で濃縮した。無色の最終生成物は、適切な場合には室温(20〜25℃)で、珪藻土0.5%と混合させ、かつ約10分に亘って撹拌した。その後にこれをSeitz K800フィルター層および0.45μmフィルターメンブレンを介して、約1バールで濾過した。
第1表:使用した材料
Figure 2005533882
第2表:反応条件
Figure 2005533882
第3表:生成物混合物の特徴付け
Figure 2005533882
EDTDMA:1,2−エタンジチオール ジメタクリレート
モノアダクト:式(II)による化合物、その際、R=メチル、R=1,2−エチレン;m+n=1、
ジアダクト:式(II)による化合物、その際、R=メチル、R=1,2−エチレン;m+n=2、
トリアダクト:式(II)による化合物、その際、R=メチル、R=1,2−エチレン;m+n=3。
例B4の重合
重合のために、例4のオリゴマー混合物 90gおよびt−ブチルペルオクトエート 0.15%(135mg)を計量供給し、かつ溶解させた。その後に回分を200x150x3mmのチャンバー中に導入し、かつ重合させた。
温度プログラム:62℃で水浴中で20時間、加熱室中で80℃で3時間かつ120℃で3時間。
得られるポリマーの特性:
20(DIN53491、λ=589nm):1.6169
アッベ数(DIN53491に対して):38.9
シャルピー 衝撃耐性(ISO179 1fUによる):3.28kJ/m
ビカー温度(ISO306による):>180℃
透過率(DIN5076による):89.31%
DE4234251の比較例(例VI)は以下の特性を有する:
20:1.6079
アッベ数:35
衝撃耐性(質的な表現のみで記載):無色で硬質、わずかに脆性の材料
ビカー温度: 開示されていない
透過率: 開示されていない

Claims (10)

  1. 式(I)および式(II)
    Figure 2005533882
    [式中、Rは互いに独立して水素またはメチル基であり、Rは互いに独立して直鎖または分枝の、脂肪族または環式脂肪族基、または置換または非置換の芳香族またはヘテロ芳香族基であり、かつmおよびnはそれぞれ互いに独立して0以上の整数であるが、但し、m+v>0である]の化合物を含有する混合物を製造するための方法において、式(I)および(II)の化合物による化合物の全量に対して、10モル%を上廻る量の、式(II)の化合物(m+n=2である)を含有し、この場合、これらの化合物は、式(III)
    Figure 2005533882
    [式中、Xは塩素または基
    Figure 2005533882
    である]の化合物 1.0〜2.0モル未満と、式(IV)
    Figure 2005533882
    [式中、Mはそれぞれ互いに独立して水素または金属カチオンである]の少なくとも1個のポリチオール 1モルとを反応させることで製造可能であり、かつ、
    溶剤Lとしてアセトン、アセトニトリル、アセトフェノン、ベンジルアセテート、n−ブチルアセテート、キノリン、クロロベンゼン、o−クロロトルエン、m−クロロトルエン、p−クロロトルエン、o−クロロベンゼン、m−クロロベンゼン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメチルフタレート、ジイソプロピルエーテル、ジメチルフタレート、ジプロピルエーテル、酢酸エチル、エチルベンゾエート、エチルブチレート、エチルホルミエート、エチルサリチレート、イソキノリン、2−メトキシエチルアセテート、メチルアセテート、メチルベンゾエート、メチルブチレート、メチルエチルケトン、メチルホルミエート、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルプロピオネート、2−メチルピリジン、N−メチル−2−ピロリドン、メチルサリチレート、ニトロベンゼン、o−ニトロトルエン、m−ニトロトルエン、p−ニトロトルエン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、フェニルアセテート、プロピルホルミエート、ピリジン、テトラヒドロフランまたはこれらの混合物を使用することを特徴とする、式(I)および式(II)の化合物を含有する混合物を製造するための方法。
  2. 反応を保護ガス雰囲気下で実施する、請求項1に記載の方法。
  3. 式(III)の化合物としてアクリル酸無水物、メタクリル酸無水物またはこれらの混合物を使用する、請求項1または2に記載の方法。
  4. 式(IV)のポリチオールとしてエタンジチオールを使用する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
  5. 式(IV)の1個または複数個の化合物のアルカリ性水溶液を使用し、その際、式(III)の1個または複数個の化合物の全量に対して、少なくとも1個のブレンステッド酸1.1〜1.5等量を含有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 少なくとも1個の不活性の有機溶剤L中の1個または複数個の式(III)の化合物と、アルカリ水溶液中の1個または複数個の式(IV)の化合物とを並流で、反応容器中に供給する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. 反応を、20〜80℃の範囲の温度で実施する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 酸性イオン交換体を使用する、請求項1に記載の方法の使用。
  9. 光学レンズ、好ましくは眼科学レンズとしての、請求項1〜8のいずれか1項に記載の高い透明性を有するプラスチックの使用。
  10. 請求項1から9までのいずれか1項に記載の、高い透明性を有するプラスチックを含む、光学レンズ、特に眼科学レンズの使用。
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