JP2008249916A - 光学部材用放射線硬化性樹脂組成物及び光学部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)(a)水酸基含有(メタ)アクリレート、(b)脂肪族ポリイソシアネート、及び(c)ポリオールの反応物である、ウレタン(メタ)アクリレート5〜70質量%、及び、(B)(A)成分以外のエチレン性不飽和基含有化合物10〜80質量%を含有する光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
このような問題点を解決するために、近年、紫外線硬化性樹脂を用いてレンズを製作する検討がなされている。具体的には、レンズ形状の付いた金型と透明樹脂基板との間に紫外線硬化性樹脂組成物を流し込み、基板側より紫外線を照射し、該組成物を硬化させることで、短時間でレンズを製造することができる。
さらに、最近のプロジェクションテレビやビデオプロジェクターの薄型化、大型化に伴い、レンズを形成する樹脂に対して、高屈折率化や力学特性等の種々のレンズ特性に応じた様々な提案や検討がなされている。例えば、ウレタン(メタ)アクリレート、エチレン性不飽和基含有モノマー及び光重合開始剤を含むことを特徴とする紫外線硬化性樹脂組成物が提案されている(特許文献1〜2参照)。
そこで、本発明は、屈折率、硬度等のレンズに求められる要求特性を十分満足し、かつ、優れた耐光黄変性(光による黄変を抑制する性質)を有する光学部材(硬化物)を与えることのできる放射線硬化性樹脂組成物を提供することを目的とする。
[1](A)(a)水酸基含有(メタ)アクリレート、(b)脂肪族ポリイソシアネート、及び(c)ポリオールの反応物である、ウレタン(メタ)アクリレート5〜70質量%、及び
(B)前記(A)成分以外のエチレン性不飽和基含有化合物10〜80質量%
を含有することを特徴とする光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
[2]前記(b)成分が、分子中にアルキレンオキシ構造を有する数平均分子量500以上のポリエーテルポリオールを含む前記[1]に記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
[3]前記(b)成分が、ビスフェノール構造を有するポリオールを含む前記[1]又は[2]に記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
[4]さらに、(C)光重合開始剤0.01〜10質量%を含有するものである前記[1]〜[3]のいずれかに記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
[5]前記光学部材が光学用レンズである前記[1]〜[4]のいずれかに記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
[6]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の放射線硬化性樹脂組成物に放射線を照射して得られる硬化物を含む光学部材。
[7]光学用レンズである前記[6]に記載の光学部材。
本発明の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物からなる硬化物は、例えば、マイクロディスプレイ型プロジェクションテレビのフレネルレンズ等の光学部材として好適に用いられる。
以下、各成分ごとに詳しく説明する。
[(A)成分]
本発明の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物に用いられる(A)成分は、(a)水酸基含有(メタ)アクリレート、(b)脂肪族ポリイソシアネート、及び(c)ポリオールの反応物である、ウレタン(メタ)アクリレートである。
[(a)成分]
(a)成分として用いられる水酸基含有(メタ)アクリレートとしては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリロイルフォスフェート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタンジ(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、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、下記式(1)
で表される(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、アルキルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有化合物と、(メタ)アクリル酸との付加反応により得られる化合物も使用することができる。
中でも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートが好ましい。
これら水酸基含有(メタ)アクリレートは1種であるいは二種以上を組合せて使用することができる。
(b)成分として用いられる脂肪族ポリイソシアネートは、芳香環構造を含まない、イソシアネート基を2個以上含む化合物である。(A)ウレタン(メタ)アクリレートの原料として、通常用いられる芳香環構造を有するポリイソシアネートに替えて、(b)脂肪族ポリイソシアネートを用いることにより、優れた耐光黄変性を有する硬化物を形成することができる。
(b)脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタ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、ヘプタ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、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2−メチル−1,5−ペンタンジイソシアネート、3−メチル−1,5−ペンタ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、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート;イソホロンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート)、ノルボルナンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート等が挙げられる。
中でも、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタ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、ヘプタ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、イソホロンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、シクロヘキシルジイソシアネートが好ましい。
これらのポリイソシアネート化合物は一種であるいは二種以上を組合せて使用することができる。
(c)成分として用いられるポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、シクロヘキサンジメチロール、トリシクロデカンジメチロール、1,6−ヘキサンジオール、2−ブチル−2−エチル−プロパンジオール;アルキレンオキシ構造を有するポリエーテルポリオール;ビスフェノール構造を有するポリオール;ポリカプロラクトンジオール;ポリエステルジオール;ポリカーボネートジオール;等を挙げることができる。
中でも、アルキレンオキシ構造を有するポリエーテルポリオール、ビスフェノール構造を有するポリオールが好ましい。
なお、(c)成分として用いられるアルキレンオキシ構造を有するポリエーテルポリオールは、ポリスチレン換算で求められる数平均分子量が500以上であることが好ましく、900以上であることが好ましい。
前記ポリエーテルポリオールの市販品としては、PTMG650、PTMG1000、PTMG2000(以上、三菱化学社製)、PPG700、PPG1000、EXCENOL2020、1020(以上、旭硝子ウレタン社製)、PEG1000、ユニセーフDC1100、DC1800(以上、日本油脂社製)、PTG650、PTG1000、PTG2000、PTG3000、PPTG2000、PPTG1000、PTGL1000、PTGL2000(以上、保土谷化学工業社製)、Z−3001−4、Z−3001−5、PBG2000、PBG2000B(以上、第一工業製薬社製)等が挙げられる。
特に、屈折率の観点から、ビスフェノールAポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)エトキシグリコール、ビスフェノールAポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)プロポキシグリコール、ビスフェノールAポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)エトキシプロポキシグリコール、ビスフェノールFポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)エトキシグリコール、ビスフェノールFポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)プロポキシグリコール、ビスフェノールFポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)エトキシプロポキシグリコール、ビスフェノールSポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)エトキシグリコール、ビスフェノールSポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)プロポキシグリコール及びビスフェノールSポリ(好ましくは重合度:平均値としてn=2〜40)エトキシプロポキシグリコールから選ばれる一種又は二種以上を使用することが好ましい。中でも、ビスフェノールA構造を有するポリオールが好ましく、ビスフェノールAポリエトキシグリコールが好ましい。
(c)成分として用いられるビスフェノール構造を有するポリオールは、ポリスチレン換算で求められる数平均分子量が500未満であることが好ましい。
前記ビルフェノール構造を有するポリオールの市販品としては、DA400、DA800、DB400(以上、日本油脂社製)等が挙げられる。
(1)(c)ポリオール及び(b)脂肪族ポリイソシアネートを反応させ、次いで(a)水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させる方法
(2)(b)脂肪族ポリイソシアネート及び(a)水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させ、次いで(c)ポリオールを反応させる方法
(3)(c)ポリオール、(b)脂肪族ポリイソシアネート、及び(a)水酸基含有(メタ)アクリレートを一括に仕込んで反応させる方法
(4)(b)脂肪族ポリイソシアネート及び(a)水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させ、次いで(c)ポリオールを反応させ、最後にまた(a)水酸基含有(メタ)アクリレートを反応させる方法
これらのうち、上記(2)の方法が好ましく用いられる。
さらに、(c)ポリオールに含まれる水酸基1当量に対して、(b)脂肪族ポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基が1.3〜2当量で、かつ、(a)水酸基含有(メタ)アクリレートの水酸基が0.3〜0.5当量となるようにするのが特に好ましい。
この好適範囲から外れると、粘度が高くなるなど、液状での樹脂組成物の取り扱いが困難になる。
本発明の放射線硬化性樹脂組成物に用いられる(B)成分は、(A)成分以外のエチレン性不飽和基含有化合物である。(B)成分の例としては、(メタ)アクリロイル基又はビニル基を含有する化合物(以下、「不飽和モノマー」という。)等が挙げられる。
該不飽和モノマーとしては、単官能モノマー、及び多官能モノマーを使用することができる。
で表される化合物等が挙げられる。
これらの中で、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(メタ)アクリレート等が好ましい。
これらの中で、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのポリエチレンオキサイド又はプロピレンオキサイドの付加体であるジオールのジ(メタ)アクリレート等が好ましい。
(以上、共栄社化学社製)、KAYARAD TC110S、R−564、R−128H (以上、日本化薬社製)、NKエステルAMP−10G、AMP−20G(以上、新中村化学工業社製)、FA−511A、512A、513A(以上、日立化成社製)、PHE、CEA、PHE−2、PHE−4、BR−31、BR−31M、BR−32(以上、第一工業製薬社製)、VP(BASF社製)、ACMO、DMAA、DMAPAA(以上、興人社製)等が挙げられる。
なお、(B)成分としては、単官能モノマーと多官能モノマーとを併用して用いることが好ましい。
本発明の放射線硬化性樹脂組成物に用いられる(C)成分は、光重合開始剤である。(C)光重合開始剤としては、光(放射線)により分解し、ラジカルを発生して重合を開始せしめるものであればいずれでもよく、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、キサントン、フルオレノン、べンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス−(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド等が挙げられる。
なお、上記放射線とは、例えば赤外線、可視光線、紫外線及びX線、電子線、α線、β線、γ線のような電離放射線等を意味し、通常は紫外線等の光が簡便に用いられる。
光増感剤としては、例えばトリエチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、エタノールアミン、4−ジメチルアミノ安息香酸、4−ジメチルアミノ安息香酸メチル、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等が挙げられ、市販品としては、例えばユベクリルP102、103、104、105(以上、UCB社製)等が挙げられる。
硬化性の他のオリゴマー又はポリマーとしては、例えば成分(A)以外のポリウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリアミド(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルオキシ基を有するシロキサンポリマー、グリシジル(メタ)アクリレートとその他の重合性モノマーとの共重合体と(メタ)アクリル酸を反応させて得られる反応性ポリマー等が挙げられる。
ここで、酸化防止剤としては、例えばIrganox1010、1035、1076、1222(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、Antigen P、3C、FR、GA−80(住友化学工業社製)等が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、例えばTinuvin P、234、320、326、327、328、329、213(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、Seesorb102、103、110、501、202、712、704(以上、シプロ化成社製)等が挙げられる。
光安定剤としては、例えばTinuvin 292、144、622LD(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、サノールLS770(三共社製)、Sumisorb TM−061(住友化学工業社製)等が挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキシシランが挙げられ、市販品としては、SH6062、6030(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、KBE903、603、403(以上、信越化学工業社製)等が挙げられる。
塗面改良剤としては、例えばジメチルシロキサンポリエーテル等のシリコーン添加剤が挙げられ、市販品としてはDC−57、DC−190(以上、ダウコーニング社製)、SH−28PA、SH−29PA、SH−30PA、SH−190(以上、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)、KF351、KF352、KF353、KF354(以上、信越化学工業社製)、L−700、L−7002、L−7500、FK−024−90(以上、日本ユニカー社製)等が挙げられる。
なお、本発明の樹脂組成物の硬化物のヤング率の上限値は、特に限定されないが、通常、2,000MPa以下である。
このような光学用レンズのうち、特に、レンズ形状の付いた金型と透明プラスチック基材との間に紫外線硬化性樹脂組成物を流し込み、基材側より紫外線を照射して、該組成物を硬化させることにより製造される光学用レンズが好ましい。
従って、本発明により得られる好ましい光学用レンズは、本発明の樹脂組成物からなる硬化物(レンズ本体)を、透明プラスチック基材に密着させてなるレンズである。
また、透明プラスチック基材としては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を主体とする基材や、メチルメタクリレート・スチレン共重合体(MS)を主体とする基材等が挙げられる。これらの中でも、メチルメタクリレート・スチレン共重合体(MS)を主体とする基材が、特に好ましい。
撹拌機を備えた反応容器に、希釈用のアクリレートモノマーとして2−フェノキシエチルアクリレートを34.21質量部、イソホロンジイソシアネートを20.01質量部、ジラウリル酸ジ−n−ブチル錫0.035質量部、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.015質量部を仕込み、5〜10℃に冷却した。撹拌しながら温度を20℃以下に保ちつつ、2−ヒドロキシエチルアクリレート5.23質量部を滴下した。滴下終了後、20℃で40分反応させた。次に、数平均分子量1000のポリテトラメチレングリコール(PTMG1000;三菱化学社製)を22.50質量部加え、15〜55℃にて1時間反応を続けた。さらに、数平均分子量400のビスフェノールAのエチレンオキサイド付加ジオール(DA400;日本油脂社製)を18.00質量部加え、65〜75℃にて3時間反応を続けた。残留イソシアネートが0.05質量%以下になった時を反応終了時とした。この手法により得られたウレタンアクリレートを「ウレタンアクリレートA−1」とした。
攪拌機を備えた反応容器に、(A)成分として(A−1)を21.9質量%、(B)成分として2−フェノキシエチルアクリレートを34.5質量%、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルアクリレートを7.8質量%、ビスフェノール系ビニルエステルを31.6質量%、(C)成分として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを2.9質量%の配合割合で仕込み、その他の成分として、表1に示す添加剤をそれぞれ添加し、液温を50〜60℃に制御しながら1時間攪拌し、均一な液状硬化性樹脂組成物を得た。
得られた液状樹脂組成物について、下記の方法で、屈折率、ヤング率、及びΔYI(イエローインデックスの経時的変化)の測定を行った。結果を表1に示す。
[屈折率]
液状樹脂組成物を、ガラス板上に膜厚が200μmとなるようにアプリケーターバーを用いて塗布し、1.0J/cm2の紫外線を窒素下で照射して試験片を作製した。JIS K7105に従い、アタゴ(株)製アッベ屈折計を用いて、上記試験片の25℃における屈折率を測定した。
381μm厚のアプリケーターバーを用いて、ガラス板上に液状硬化性樹脂組成物を塗布した後、この組成物層に、空気中で1.0J/cm2のエネルギーの紫外線を照射し硬化させ、硬化フィルムを得た。この硬化フィルムから、延伸部が幅6mm、長さ25mmとなるように短冊状サンプルを作製した。
この短冊状サンプルに対して、温度40℃、湿度50%下で引張り試験機を用いて、JIS K7127に準拠して引張試験を行った。引張速度は1mm/分とし、2.5%歪みでの抗張力からヤング率(MPa)を求めた。
ヤング率が50MPa以上の場合を「○」、50MPa未満の場合を「×」として評価した。
液状硬化性樹脂組成物の硬化物のΔYI(黄変の程度を示すイエローインデックスの経時的変化)を、次のように測定した。
スライドガラス上に、253μm厚のアプリケーターを用いて液状硬化性樹脂組成物を塗布した後、この組成物層に、メタルハライドランプを用いて1.0J/cm2の紫外線を照射して、厚さ約130μmの硬化フィルムを得た。
スライドガラス上の硬化フィルムを、蛍光灯の照射下に7日間置いた。
色相変化を、色差計(日本電色工業社製のSZ−Σ80分光色差計)を用いて、YI(イエローインデックス)で評価した。7日間放置後のYI値と、硬化フィルム作製直後のYI値との差をΔYI値とした。ΔYI値が1以下の場合を「○」、1を超える場合を「×」として評価した。
表1の組成に従って各成分を配合したこと以外は、実施例1と同様に行った。結果を表1に示す。
(1)2−フェノキシエチルアクリレート:第一工業製薬社製、ニューフロンティアPHE(商品名)
(2)ビスフェノール系ビニルエステル:昭和高分子社製、リポキシVR−77(商品名)、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加アクリレート
(3)ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルアクリレート:東亜合成社製、アロニックスM113(商品名)
(4)Irgacure184(商品名):チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン
[添加剤]
(5)Irganox 245:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、エチレンビス(オキシエチレン)ビス[3−(5−tert−ブチルー4−ヒドロキシ−m−トリル)プロピオネート](酸化防止剤)
(6)SANOL LS−765:三共社製、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−3−ピペリジル)セバケート1−メチル−8−(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジニル)−セバケート(光安定剤)
(7)プライサーフA208F:第一工業製薬社製、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル・リン酸エステル(離型剤)
Claims (7)
- (A)(a)水酸基含有(メタ)アクリレート、(b)脂肪族ポリイソシアネート、及び(c)ポリオールの反応物である、ウレタン(メタ)アクリレート5〜70質量%、及び
(B)前記(A)成分以外のエチレン性不飽和基含有化合物10〜80質量%
を含有することを特徴とする光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。 - 前記(b)成分が、分子中にアルキレンオキシ構造を有する数平均分子量500以上のポリエーテルポリオールを含む請求項1に記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
- 前記(b)成分が、ビスフェノール構造を有するポリオールを含む請求項1又は2に記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
- さらに、(C)光重合開始剤0.01〜10質量%を含有するものである請求項1〜3のいずれかに記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
- 前記光学部材が光学用レンズである請求項1〜4のいずれかに記載の光学部材用放射線硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の放射線硬化性樹脂組成物に放射線を照射して得られる硬化物を含む光学部材。
- 光学用レンズである請求項6に記載の光学部材。
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