JP2009067828A - 複合体組成物、及びこれを架橋させてなる成形硬化物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 官能基を有する化合物、及び前記化合物中に微粒子を含有する複合体組成物であって、前記複合体組成物中の微粒子の含有率が40〜90vol%であり、前記複合体組成物中の有機溶剤含有量が10重量%未満であり、前記複合体組成物の硬化後の前記微粒子の配列が規則構造を有する複合樹脂体組成物であり、好ましくは前記微粒子の一次粒子の平均粒子径が40〜100nmであり、複合体組成物中の微粒子の規則構造がbcc、fcc、hcpから選ばれる少なくとも1つの準結晶構造を有する複合体樹脂組成物。
【選択図】 なし
Description
例えば、特開平10−77321号公報には、非晶質熱可塑性樹脂と活性エネルギー線により硬化可能なビス(メタ)アクリレートとよりなる樹脂組成物を活性エネルギー線により硬化させてなる部材が液晶基板などのガラス基板に代えて好適に利用できることが記載されている。しかしながら、この公報で示されている部材を初め従来のガラス代替用プラスチック材料は、線膨張係数が大きいため、例えばアクティブマトリックス表示素子基板ではその製造工程において反りやアルミ配線の断線などの問題が生じ、適用が困難であった。
特開2003−213067号には、特定のメタアクリレートに平均粒子径が1〜100nmであるシリカ微粒子を含む複合体組成物が記載されている。しかしながら、平均粒子径が30nmを超えるシリカ微粒子を含有させる場合、製造条件により、複合体組成物、及びその硬化物の透明性が悪化する場合があるという問題があった。
(1)官能基を有する化合物、及び前記化合物中に微粒子を含有する複合体組成物であって、前記複合体組成物中の微粒子の含有率が40〜90vol%であり、前記複合体組成物中の有機溶剤含有量が10重量%未満であり、前記複合体組成物の硬化後の前記微粒子の配列が規則構造を有することを特徴とする複合樹脂体組成物。
(2)前記微粒子の一次粒子の平均粒子径が40〜100nmであること を特徴とする(1)記載の複合体樹脂組成物。
(3) 前記複合体組成物中の微粒子の規則構造がbcc、fcc、hcpから選ばれた少なくとも1つの準結晶構造を有することを特徴とする(1)又は(2)記載の複合体樹脂組成物。
(4)前記複合体樹脂組成物の小角X線散乱測定により得られる格子面間隔dの値が式(1)の範囲に存在することを特徴とする(1)〜(3)いずれか記載の複合体樹脂組成物。
ート(a)であることを特徴とする(1)〜(4)いずれか記載の複合体樹脂組成物。
(6) 前記官能基を有する化合物が脂環式構造を有し、2つ以上の官能基を有する(メタ)アクリレート(a)が化式(1)及び(2)より選ばれた少なくとも1種以上の(メタ)アクリレートであることを特徴とする(5)記載の複合体組成物。
(8)前記官能基を有する化合物が、脂環式構造を有し、2つ以上の官能基を有する(メタ)アクリレート(a)、式(3)に示されるシラン化合物(c)、3級アミン化合物(e)を含んでなる(1)〜(6)いずれか記載の複合体組成物。
(9)式(3)で示されるシラン化合物が、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシランから選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする(7)又は(8)記載の複合体組成物。
(10)脂環式構造を有するシラン化合物(d)が、化式(4)に示されるシラン化合物であることを特徴とする請求項7記載の複合体組成物。
(11)化式(4)で示されるシラン化合物が、シクロヘキシルジメチルメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルジエチルメトキシシラン、シクロヘキシルエチルジメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシランから選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする(10)記載の複合体組成物。
(12)3級アミン化合物(e)が、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートであることを特徴とする(7)〜(10)いずれか記載の複合体組成物。
(13)(1)〜(12)いずれか記載の複合体組成物を活性エネルギー線で架橋させて得られる硬化物。
(14)30〜230℃の平均線膨張係数が60ppm以下であることを特徴とする(13)記載の硬化物。
(15)30〜230℃の平均線膨張係数が50ppm以下であることを特徴とする請求項(13)又は(14)記載の硬化物。
(16)30〜230℃の平均線膨張係数が40ppm以下であることを特徴とする請求項(13)〜(15)いずれか記載の硬化物。
(17) 周波数1Hzで測定したときの30℃の貯蔵弾性率が5×109Pa以上であることを特徴とする(13)〜(16)いずれか記載の硬化物。
(18)周波数1Hzで測定したときの250℃の貯蔵弾性率が1.5×109Pa以上であり、周波数1Hzで測定したときの30〜230℃の損失正接tanδの変化量が0.03以下であることを特徴とする(13)〜(17)いずれか記載の硬化物。
(19)波長500nmの光線透過率が85%以上であることを特徴とする(13)〜(18)いずれか1項に記載の硬化物。
(20)ヘイズが1%未満であることを特徴とする(13)〜(19)いずれか記載の硬化物。
(21)視野角50°以内でのリターデーション値が20nm以下であることを特徴とする(13)〜(20)いずれか記載の硬化物。
(22)成形硬化物が厚み50〜2000μmのシート状に成形されてなることを特徴とする(13)〜(21)いずれか記載の硬化物。
本発明で用いられる官能基を有する化合物としては特に制限されない。例えば、2つ以上の官能基を有する(メタ)アクリレート、エポキシ化合物、グリシジル型エポキシ樹脂、オキセタン化合物、オキセタニル基を有する化合物、ビニルエーテル化合物等が挙げられる。
カップリング剤等のカップリング剤で表面処理されたものであっても良く、有機溶媒に分散させるために、界面活性剤等の分散剤を使用しているものであっても良い。
カルコゲン化物としては、カルコゲン(周期律表のVI族元素のうち、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、ポロニウム(Po)の5元素の総称)を含む化合物を称し、特に、周期律表のII族元素とVI族元素との化合物であるII−VI族化合物が好ましい。さらに好ましくは、ZnS、CdS、ZnSe、CdSe、ZnTe、CdTe、ZnOから選択される少なくとも1種である。
半導体微粒子は、発行効率を増加させるため、ボーア半径の2倍よりも小さな粒子径の半導体超微粒子をマトリックス中に凝集なく均一に分散してなる微粒子にすることが好ましい。マトリックスには、種々の無機物、有機物を用いることができる。無機物としては、ケイ素系の化合物などが挙げられる。有機物としては、耐熱性の面から、ポリイミドや脂環式構造を有する樹脂などが挙げられる。マトリックス中にケイ素やチタンを含有するカップリング剤を使用することもできる。
波長400〜500nmの光線透過率を低下させないために、1次粒径が200nm以上の微粒子が5%以下の割合で存在する微粒子を用いることが好ましく、その割合が0%であることがより好ましい。
微粒子の充填量を上げるために、平均粒径が異なる微粒子を混合して用いても良い。
また、微粒子として、特開平7−48117に示されるような多孔質シリカゾルや、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等とケイ素の複合金属酸化物を用いても良い。
(式3)
粘度を低減させ、シリカ微粒子の分散安定性を向上するために用いられるもので
ある。
ラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。複合体組成物の流動性の低減、熱安定性の点で、γ−アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが好ましく、さらに好ましくは、γ−アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、
γ−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシランを用いることが好ましい。また、これらは、併用して用いることができる。
ン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルジエチルメトキシシラン、シクロヘキシルエチルジメトキシシランを用いることが好ましい。また、これらは、併用して用いることができる。
本発明の複合体組成物を、シート化する方法としては、複合体組成物をキャストし、必要に応じ乾燥させる方法、表面平滑性を持つガラス板、プラスチック板、金属板等の間に所望のシート厚さが得られるようにスペーサーを挟み、複合体組成物を挟み込む方法等がある。後者を用いて、活性エネルギー線等で硬化させる場合は、少なくとも1方は、透明なガラス板、プラスチック板を使用する必要がある。
表1に示す実施例及び比較例で得られた光学シートの作製手順について説明する。
一般式(2)において、X、R3、R4がすべて水素で、pが0である構造を持つノルボルナンジメチロールジアクリレート[試作品番 TO−2111;東亞合成(株)製]、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30重量%、平均粒子径52.4nm、標準偏差10.5nm、日産化学製)を複合体組成物の硬化後のシリカの体積分率が50vol%(実施例1)、55vol%(実施例2)、15vol%(比較例2)、33vol%(比較例3)になるように配合し、45℃で撹拌しながら減圧下揮発分を除去した。その後、光重合開始剤として1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(チバスペシャリティケミカル製のイルガキュア184)を、溶解させ、3級アミン化合物として、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートを添加し、溶解させた後、さらに減圧下揮発分を除去し、複合体組成物を得た。複合体組成物中の溶剤含有量は10%未満であった。
複合体組成物の硬化アニール後の400℃、1時間加熱後の重量残さから表1のシリカ体積分率になっていることを確認した。
一般式(2)において、X、R3、R4がすべて水素で、pが0である構造を持つノルボルナンジメチロールジアクリレート[試作品番 TO−2111;東亞合成(株)製]、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシランに、光重合開始剤とし て1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(チバスペシャリティケミカル製のイルガキュア184)を添加し、溶解させ、さらに、3級アミン化合物として、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートを添加し樹脂組成物を得た。
(1)で得られた複合体組成物をそれぞれ所定の温度(60〜80℃)のオーブン
で加熱し、ガラス板上に作成した厚み0.4mmの枠内に注入し、上部よりガラ
ス板をのせ枠内に複合体組成物を充填した。
(3)架橋
(2)で得られた、ガラス板に挟んだ複合体組成物に、両面から約500mJ/c
m2のUV光を照射して硬化させ、ガラスからシートを剥離した。
(4)熱処理
(3)で得られたシートを、それぞれ、真空オーブン中で、約100℃で3時間加
熱後、さらに約275℃で3時間加熱し、光学シートを得た。
各種特性を測定した。
a)平均線膨張係数
セイコー電子(株)製TMA/SS120C型熱応力歪測定装置を用いて、窒素の存在下、1分間に5℃の割合で温度を30℃から400℃まで上昇させて20分間保持し、30℃〜230℃の時の値を測定して求めた。荷重を5gにし、引張モードで測定を行った。
測定は、独自に設計した石英引張チャック(材質:石英,線膨張係数0.5ppm)を用いた。一般に使われているインコネル製のチャックは、それ自体の線膨張が高いことやサンプルの支持形態に不具合があり、100μmを超える厚いシートに適用すると線膨張係数が圧縮モードで測定した結果よりも大きめに出たり、測定ばらつきが大きくなる問題があった。したがって、石英引張チャックを独自に設計し、それを用いて線膨張係数を測定することにした。この引張チャックを用いることにより、圧縮モードで測定した場合とほぼ同様の値で測定できることを確認している。
粘弾性測定装置 DMS-210(セイコーインスツルメンツ製)を用い、周波数1Hzで測定した。30℃、250℃での貯蔵弾性率を求め、また、30℃〜250℃における損失正接tanδの最大値と最小値を求め、その差の絶対値を損失正接tanδの変化量として求めた。
日本電色工業株式会社製NDH2000を用いて測定した。
d)平行光線透過率
分光光度計U3200(日立製作所製)で測定した。
e)リターデーション値
自動複屈折計KOBURA-21H(王子計測製)で測定した。
f)基板の厚さ
マイクロメータにより、フィルム中央部(リタデーション測定点)を測定した。
g)反り及びうねり
目視による外観から判断した。
Spring−8 兵庫県ビームラインBL08B2にて、複合樹脂組成物の硬化物のSASX測定を実施した。波長1.0Åでカメラ長は6,000mmで測定した。
測定された散乱強度に更にAir補正、樹脂のみの散乱を考慮した補正、透過率補正、粒子濃度補正を行い横軸に散乱ベクトルの大きさq、縦軸に散乱強 度I(q)の対数を取り表現される散乱曲線を得た。
一般に粒子間干渉因子による構造因子S(q)を議論するには、散乱曲線からシリカ一次粒子による形状因子Fの2乗で割って導出する必要がある。
シリカ粒子の平均粒子径は52.4nm、標準偏差は10.5nmであった。(尚この平均粒子径はFE−SEMの画像解析で求めた平均粒子径と一致していた。
この粒度分布パラメータを用いてFを算出し、S(q)を導出した。構造因子曲線のピーク位置(q値)からブラッグの式を用いての格子面間隔を算出した。
評価結果を表1に示す。
Claims (22)
- 官能基を有する化合物、及び前記化合物中に微粒子を含有する複合体組成物であって、前記複合体組成物中の微粒子の含有率が40〜90vol%であり、前記複合体組成物中の有機溶剤含有量が10重量%未満であり、前記複合体組成物の硬化後の前記微粒子の配列が規則構造を有することを特徴とする複合樹脂体組成物。
- 前記微粒子の一次粒子の平均粒子径が40〜100nmであること を特徴とする請求項1記載の複合体樹脂組成物。
- 前記複合体組成物中の微粒子の規則構造がbcc、fcc、hcpから選
ばれる少なくとも1つの準結晶構造を有することを特徴とする請求項1又は2記載の複合体樹脂組成物。 - 前記官能基を有する化合物が2つ以上の官能基を有する(メタ)アクリレ
ート(a)であることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の複合体樹脂組成物。 - 前記官能基を有する化合物が、脂環式構造を有し、2つ以上の官能基を有する(メタ)アクリレート(a)、式(3)に示されるシラン化合物(c)、3級アミン化合物(e)を含んでなる請求項1〜6いずれか記載の複合体組成物。
- 式(3)で示されるシラン化合物が、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシランから選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項7又は8記載の複合体組成物。
- 化式(4)で示されるシラン化合物が、シクロヘキシルジメチルメトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、シクロヘキシルジエチルメトキシシラン、シクロヘキシルエチルジメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシランから選ばれた少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項10記載の複合体組成物。
- 3級アミン化合物(e)が、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ
)アクリレートであることを特徴とする請求項7〜10のいずれか記載の複合体組成物。 - 請求項1〜12いずれか記載の複合体組成物を活性エネルギー線で架橋させて得られる硬化物。
- 30〜230℃の平均線膨張係数が60ppm以下であることを特徴とする請求項13に記載の硬化物。
- 30〜230℃の平均線膨張係数が50ppm以下であることを特徴とする請求項13又は14に記載の硬化物。
- 30〜230℃の平均線膨張係数が40ppm以下であることを特徴とする請求項13〜15いずれか記載の硬化物。
- 周波数1Hzで測定したときの30℃の貯蔵弾性率が5×109Pa以上であることを特徴とする請求項13〜16いずれか記載の硬化物。
- 周波数1Hzで測定したときの250℃の貯蔵弾性率が1.5×109Pa以上であり、周波数1Hzで測定したときの30〜230℃の損失正接tanδの変化量が0.03以下であることを特徴とする請求項13〜17いずれか記載の硬化物。
- 波長500nmの光線透過率が85%以上であることを特徴とする請求項13〜18のいずれか記載の硬化物。
- ヘイズが1%未満であることを特徴とする請求項13〜19いずれか記載の硬化物。
- 視野角50°以内でのリターデーション値が20nm以下であることを特徴とする請求項13〜20のいずれか記載の硬化物。
- 成形硬化物が厚み50〜2000μmのシート状に成形されてなることを特徴とする請求項13〜21のいずれか記載の硬化物。
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