JP2012052091A - フォトクロミック組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 たとえば、ポリオール化合物(A1成分)と、分子内に2つ以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物(A2成分)と、ジアミンのような分子内に2つ以上のイソシアネート基と反応する基を有し、その内1つ以上がアミノ基であるアミン化合物(A3成分)を反応させて得られるポリウレタン−ウレア樹脂(A成分)と、フォトクロミック化合物(B成分)を含んで成るフォトクロミック組成物。
【選択図】 なし
Description
〔1〕 (A)分子鎖中にウレア結合を有するポリウレタン−ウレア樹脂、並びに(B)フォトクロミック化合物を含んでなることを特徴とするフォトクロミック組成物。
従来のフォトクロミック性接着剤又はバインダーに使用されているポリウレタン樹脂は、1,4−ブタンジオールなどのジオール化合物を用いウレタン結合で鎖延長されるウレタン樹脂であり、該樹脂の分子中にはウレア結合は存在しないものであった。これに対し、本発明のフォトクロミック組成物のA成分は、分子鎖中にウレア結合を有するポリウレタン−ウレア樹脂であり、このような樹脂を樹脂成分として含むことにより、本発明のフォトクロミック組成物を接着剤又はバインダーとして使用したときの耐熱性、密着性、フォトクロミック化合物の耐久性を向上させることが可能である。
A1成分のポリオール化合物としては、生成するポリウレタン−ウレア樹脂が高架橋体になり過ぎないという理由から分子中に含まれる水酸基数が2〜6であることが好ましく、有機溶剤への溶解性を考慮すれば、分子中に含まれる水酸基数は2〜3であることがより好ましい。また、前述のポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオールなどのポリオール化合物は、単独で使用しても良く、2種類以上を併用しても構わないが、耐熱性、密着性、耐候性、耐加水分解性などの観点から、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオールを使用することが好ましい。以下、A1成分として使用される各種化合物について詳しく説明する。
本発明でA2成分として使用される“分子内に2つ以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物”としては、脂肪族ポリイソシアネート化合物、脂環式ポリイソシアネート化合物、芳香族ポリイソシアネート化合物、及びこれらの混合物が使用される。これらの中でも、耐候性の観点から脂肪族ポリイソシアネート化合物及び/又は脂環式ポリイソシアネート化合物を使用することが好ましい。また、同様の理由からA2成分のポリイソシアネート化合物の30質量%以上、特に50質量%以上は脂肪族ポリイソシアネート化合物であることが好ましい。なお、A2成分のポリイソシアネート化合物において、分子内に含まれるイソシアネート基の数は2以上であればよいが、有機溶剤への溶解性などの観点から、分子内に含まれるイソシアネート基の数は2であることが好ましい。
本発明でA3成分として使用されるアミノ基含有化合物は、ジアミン、トリアミン、アミノアルコール、アミノカルボン酸、およびアミノチオールより選ばれる少なくとも1種の化合物からなる。これら化合物は、分子内に分子内に2つ以上のイソシアネート基と反応する基を有し、その内の少なくとも1つ以上がアミノ基(−NH2基、または−NH(R)。但し、Rはアルキル基、特に炭素数1〜5のアルキル基を意味する。)である点で共通している。ここで、アミノ基以外のイソシアネート基との反応性基は、水酸基(−OH基)、メルカプト基(−SH基)およびカルボキシル基〔−C(=O)OH基〕である。
これらA1成分、A2成分およびA3成分を反応させてA成分を得る場合には、所謂ワンショット法又はプレポリマー法を採用することができ、たとえば次のような方法によって好適にA成分を得ることができる。
また、上記と同条件で測定したポリウレタン−ウレア樹脂の分子量をポリエチレンオキシド換算にすれば、その好適な範囲は分子量が5千〜15万、特に8千〜10万であり、1万〜6万であることが最も好ましい。
〔測定条件〕 昇温速度:10℃/分、測定温度範囲:30〜200℃、プローブ:先端径0.5mmの針入プローブ。
本発明のフォトクロミック組成物でB成分として用いるフォトクロミック化合物をとしては、クロメン化合物、フルギミド化合物、スピロオキサジン化合物、スピロピラン化合物などの公知のフォトクロミック化合物を何ら制限なく使用することが出来る。これらは、単独使用でもよく、2種類以上を併用しても良い。
本発明のフォトクロミック性組成物は、A成分およびB成分以外に、任意成分として(C)有機溶媒(以下、単にC成分ともいう。)、その他成分を含んでいてもよい。以下、これら任意成分について説明する。
本発明のフォトクロミック組成物に有機溶媒を添加することにより、ポリウレタン−ウレア樹脂(A成分)とフォトクロミック化合物(B成分)、さらには、必要に応じて添加されるその他の成分が混合しやすくなり、組成物の均一性を向上させることができる。また、本発明のフォトクロミック組成物の粘度を適度に調整することができ、光学シート又はフィルムに本発明のフォトクロミック組成物を塗布するときの操作性および塗布層厚の均一性を高くすることもできる。なお、光学シート又はフィルムとして有機溶媒に侵され易い材質のものを使用した場合には、外観不良が生じたり、フォトクロミック特性が低下したりするという問題が発生することが懸念されるが、このような問題は、前記〔9〕として示した本発明の方法を採用することにより回避することが出来る。また、本発明のフォトクロミック性組成物においては、後述するように、様々な種類の溶媒が使用できるので、溶媒として光学シート又はフィルムを侵し難い溶媒を選択して使用することによっても上記問題の発生を防止することができる。
さらに、本発明で使用するフォトクロミック組成物には、フォトクロミック化合物の耐久性の向上、発色速度の向上、退色速度の向上や製膜性のために、界面活性剤、酸化防止剤、ラジカル補足剤、紫外線安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、着色防止剤、帯電防止剤、蛍光染料、染料、顔料、香料、可塑剤等の添加剤を添加しても良い。添加するこれら添加剤としては、公知の化合物が何ら制限なく使用される。
本発明のフォトクロミック組成物は、上記A成分及びB成分、並びに必要に応じて使用するC成分及びその他の成分を混合することにより製造することができる。
本発明の光学物品は、互いに対向する2枚の光学シート又は光学フィルムが本発明のフォトクロミック組成物からなる接着層を介して接合されてなる積層構造を含んでなる。このような光学物品としては、上記積層構造のみからなる積層シート又はフィルム(以下、単に、本発明の積層シートともいう。);これら積層シート又はフィルムに光学シート又はフィルムを更に積層したり、表面にハードコート層などのコート層を形成したりした複合積層シート又はフィルム;これら積層シートあるいはフィルム、又は複合積層シートあるいはフィルム(以下、総称して単に、本発明の積層シート等ともいう。)をプラスチックレンズ本体などの光学基材と一体化した光学物品などを挙げることができる。プラスチックレンズ本体などの光学基材と一体化する方法としては、たとえば、上記本発明の積層シート等を金型内に装着した後にポリカーボネート樹脂などの光学基材(たとえばレンズ本体)を構成するための熱可塑性樹脂を射出成形する方法(以下、単に射出成形法ともいう。)、光学基材の表面に接着剤などにより上記本発明の積層シート等を貼付する方法などを挙げることができる。以下、本発明の光学物品を構成するこれら材料或いは部材について説明する。
本発明において、光学シート又は光学フィルム、及び光学基材としては、光透過性を有するシート又はフィルム、及び光学基材が特に制限なく使用できるが、入手の容易性および加工のし易さなどの観点から樹脂製のものを使用することが好適である。光学シート又は光学フィルム、及び光学基材の原料として好適な樹脂を例示すれば、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ナイロン樹脂、トリアセチルセルロース樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール樹脂などが挙げられる。その中でも、密着性が良好で射出成形法に対する適用性が高いという理由からポリカーボネート樹脂が特に好ましい。また、偏光フィルム(ポリビニルアルコール偏光フィルムをトリアセチルセルロース樹脂フィルムではさんだもの)も、本発明の光学フィルムとして使用することが可能である。
本発明の積層シートは、互いに対向する2枚の光学シート又は光学フィルムを本発明のフォトクロミック組成物からなる接着層を介して接合させることにより製造される。なお、上記接着層の厚さは、フォトクロミック化合物の発色濃度、耐候性および接着強度などの観点から、5〜100μm、特に10〜50μmとすることが好ましい。
PL1:旭硝子株式会社製エクセノール(ポリエーテルジオール、数平均分子量400)
PL2:旭硝子株式会社製エクセノール(ポリエーテルジオール、数平均分子量1000)
PL3:旭硝子株式会社製エクセノール(ポリエーテルジオール、数平均分子量2000)
PL4:旭化成ケミカルズ株式会社製デュラノール(ポリカーボネートジオール、数平均分子量500)
PL5:旭化成ケミカルズ株式会社製デュラノール(ポリカーボネートジオール、数平均分子量800)
PL6:旭化成ケミカルズ株式会社製デュラノール(ポリカーボネートジオール、数平均分子量1000)
PL7:旭化成ケミカルズ株式会社製デュラノール(ポリカーボネートジオール、数平均分子量3000)
PL8:ダイセル化学株式会社製プラクセル(ポリカプロラクトンジオール、数平均分子量500)
PL9:DIC株式会社製ポリライト(ポリエステルジオール、数平均分子量1000)
PL10:宇部興産株式会社製ETERNACOLL(1,4−シクロヘキサンジメタノールを原料とするポリカーボネートジオール、数平均分子量1000)
PL11:旭硝子株式会社製エクセノール(ポリプロピレングリコール、数平均分子量4000)
PL12:1,10−デカンジオール。
NCO1:イソホロンジイソシアネート
NCO2:水添ジフェニルメタンジイソシアネート
NCO3:ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート
NCO4:トルエン−2,4−ジイソシアネート
NCO5:ノルボルナンジイソシアネート。
AM1:イソホロンジアミン
AM2:エチレンジアミン
AM3:1,6−ジアミノヘキサン
AM4:2−アミノエタノール
AM5:6−アミノヘキサノール
AM6:グリシン
AM7;2−アミノエタンチオール
AM8;ピペラジン
AM9:N,N’−ジエチルエチレンジアミン。
PC1:下記式で示される化合物
C1:イソプロピルアルコール
C2:プロピレングリコール−モノ−メチルエーテル
C3:トルエン
C4:酢酸エチル
C5:シクロヘキサノン
C6:THF。
スターラーチップ、冷却管、温度計、窒素ガス導入管を有する三つ口フラスコに、数平均分子量400のポリエーテルジオール9.0g、イソホロンジイソシアネート10.0g、DMF80mlを仕込み、窒素雰囲気下、120℃で5時間反応させ、その後、25℃まで冷却し、鎖延長剤であるイソホロンジアミン3.4gを滴下し、25℃で1時間反応させ、溶媒を減圧留去し、ポリウレタン−ウレア樹脂(U1)を得た。得られたポリウレタン−ウレア樹脂の分子量はポリスチレン換算で15万、ポリオキシエチレン換算で1万(理論値;1万)であり、耐熱性は140℃であった。ここで言う数平均分子量の理論値とは、原料に用いたA1成分、A2成分、及びA3成分が、架橋することなく理論的に直線状にポリウレタン樹脂を生成した場合の分子量のことである。
表1、3及び4に示すポリオール化合物(A1成分)、ポリイソシアネート化合物(A2成分)、アミン化合物(A3成分)及び反応溶媒を用い、表1、3及び4に示す反応条件を用いた以外は、前述のU1の合成方法と同様にして、U2〜U10、U21〜U41を合成した。得られたポリウレタン−ウレア樹脂の特性についても表1、3及び4に示す。なお、ポリウレタン−ウレア樹脂U1〜10及びU21〜41について、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、2250cm−1付近に分子末端のイソシアネート基に由来する吸収が確認された。
スターラーチップ、冷却管、温度計、窒素ガス導入管を有する三つ口フラスコに、数平均分子量400のポリエーテルジオール9.0g、イソホロンジイソシアネート10.0g、DMF80mlを仕込み、窒素雰囲気下、120℃で5時間反応させ、その後、25℃まで冷却し、鎖延長剤であるイソホロンジアミン3.4gを滴下し、25℃で1時間反応させ、そこに、ノルマルブチルアミン0.35g加え、25℃で1時間反応させ、溶媒を減圧留去し、ポリウレタン−ウレア樹脂(U11)を得た。得られたポリウレタン−ウレア樹脂について、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、分子末端のイソシアネート基に由来する吸収は確認されず、分子末端にイソシアネート基が残存していないことが確認された。得られたポリウレタン−ウレア樹脂の分子量はポリスチレン換算で15万、ポリオキシエチレン換算で1万(理論値;1万)であり、耐熱性は140℃であった。ここで言う数平均分子量の理論値とは、原料に用いたA1成分、A2成分、及びA3成分が、架橋することなく理論的に直線状にポリウレタン樹脂を精製した場合の分子量のことである。
表2に示すポリオール化合物(A1成分)、ポリイソシアネート化合物(A2成分)、アミン化合物(A3成分)及び反応溶媒を用い、表1に示す反応条件を用い、前述のU11の合成方法と同様にして、U12〜U20の合成を実施した。得られたポリウレタン−ウレア樹脂について、赤外線吸収スペクトルを測定したところ、何れの樹脂とも分子末端のイソシアネート基に由来する吸収は確認されなかった。得られたポリウレタン−ウレア樹脂の特性についても表2に示す。
表5に示すポリオール化合物(A1成分)、ポリイソシアネート化合物(A2成分)、及び反応溶媒を用い、A3成分に代えて表5に示すジオール化合物(鎖延長剤)を用いた他は前述のU1の合成方法と同様にして、表5に示す条件でU42〜U46を合成した。得られたポリウレタン樹脂の特性についても表5に示す。なお、ポリウレタン樹脂U22−46は、鎖延長剤として表5に示すジオール化合物を用いたことに起因して、分子中にウレア結合を有していない。
フォトクロミック組成物の調製
ポリウレタン−ウレア樹脂(U1)5g、フォトクロミック化合物(PC1)0.25gに、有機溶剤としてイソプロピルアルコール20g、さらに光酸化防止剤としてビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート 0.25gを添加し、80℃で攪拌しながら、超音波により溶解し、フォトクロミック組成物を得た。
得られたフォトクロミック組成物を、表面が平滑なフッ素樹脂製のシート上に塗布し80℃で1時間乾燥させ、得られた厚み30μmのフォトクロミックシートを厚み400μmのポリカーボネートシート2枚の間に挟み、目的のフォトクロミック特性を有する積層体を得た。
得られた積層体を試料とし、これに、(株)浜松ホトニクス製のキセノンランプL−2480(300W)SHL−100をエアロマスフィルター(コーニング社製)を介して23℃、積層体表面でのビーム強度365nm=2.4mW/cm2、245nm=24μW/cm2で120秒間照射して発色させ、積層体のフォトクロミック特性を測定した。
得られた積層体を、25×100mmの接着部分を有する試験片とし、試験機(オートグラフAG5000D、島津製作所製)に装着し、クロスヘッドスピード100mm/minで引張り試験を行い、剥離強度を測定した。
表2に示すポリウレタン−ウレア樹脂、有機溶媒を用いた以外は、実施例1と同様な方法でフォトクロミック組成物の調整、及びフォトクロミック積層体の作製とを実施した。得られた各種フォトクロミック積層体の評価結果を表6及び表7に示す。
表3に示すポリウレタン−ウレア樹脂、有機溶媒を用いた以外は、実施例1と同様な方法でフォトクロミック組成物の調整、及びフォトクロミック積層体の作製とを実施した。得られた各種フォトクロミック積層体の評価結果を表8に示す。
Claims (9)
- (A)分子鎖中にウレア結合を有するポリウレタン−ウレア樹脂、並びに(B)フォトクロミック化合物を含んでなることを特徴とするフォトクロミック組成物。
- 前記(A)ポリウレタン−ウレア樹脂が、(A1)ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、およびポリエステルポリオールより選ばれる少なくとも1種のポリオール化合物と、(A2)分子内に2つ以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物と、(A3)ジアミン、トリアミン、アミノアルコール、アミノカルボン酸、およびアミノチオールより選ばれる少なくとも1種のアミノ基含有化合物とを反応して得られるポリウレタン−ウレア樹脂である請求項1に記載のフォトクロミック組成物。
- 前記ポリウレタン−ウレア樹脂を得るに際して使用する前記成分(A1)、(A2)および(A3)の量比が、前記成分(A1)に含まれる、“イソシアネート基反応しうる官能基”の総数をn1とし、前記成分(A2)に含まれるイソシアネート基の総数をn2とし、前記成分(A3)に含まれる、“イソシアネート基反応しうる官能基”の総数をn3としたときに、n1:n2:n3=0.3〜0.9:1:0.1〜0.7となる量比である請求項2に記載のフォトクロミック組成物。
- 前記(A2)ポリイソシアネート化合物の30質量%以上が脂肪族ポリイソシアネート化合物である請求項2又は3に記載のフォトクロミック組成物。
- 前記(B)フォトクロミック化合物の含有量が、前記(A)ポリウレタン−ウレア樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部である請求項1乃至4の何れか一に記載のフォトクロミック組成物。
- 前記(A)ポリウレタン−ウレア樹脂100質量部に対して5〜900質量部の(C)有機溶媒を更に含んでなる請求項5に記載のフォトクロミック組成物。
- 互いに対向する2枚の光学シート又は光学フィルムが請求項1乃至4の何れか一に記載のフォトクロミック組成物からなる接着層を介して接合されてなる積層構造を含んでなる光学物品。
- 前記積層構造における、互いに対向する2枚の光学シート又は光学フィルムの少なくとも一方が、ポリカーボネート樹脂よりなることを特徴とする請求項7に記載の光学物品。
- 請求項8に記載の光学物品を製造する方法であって、(I)平滑な基材上に請求項6に記載のフォトクロミック組成物を延展せしめた後に乾燥することにより(C)溶媒を除去し、(A)ポリウレタン−ウレア樹脂と、該(A)ポリウレタン−ウレア樹脂中に分散した(B)フォトクロミック化合物とを含んでなるフォトクロミック接着性シートを準備する工程、および(II)互いに対向する2枚の光学シート又は光学フィルムの間に上記フォトクロミック接着性シートを介在させて該2枚の光学シート又は光学フィルムを接合することにより前記積層構造を作成する工程、を含んでなることを特徴とする方法。
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