JP2014189677A - 光干渉顔料およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好である光干渉顔料の製造方法の提供。
【解決手段】重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm31/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、含む光干渉顔料の製造方法(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、光干渉顔料およびその製造方法に関する。
コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜は、選択反射波長において、原理的には片方の円偏光を反射し、もう片方の光は透過することが知られている。このようなコレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜の応用として、コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜を砕いて、得られた粒子を光干渉粒子として用いることが知られている。例えば、特許文献1には、コレステリック液晶相を紫外線照射により硬化させて固定化した光反射膜を、担体から引き剥がした粉砕し、ふるい分けすることにより分級することにより、UV−Aおよび/またはUV−B領域におけるフィルターとして作用する顔料を製造する方法が記載されている。特許文献2には、コレステリック液晶相を紫外線照射により硬化させて固定化した光反射膜を、粉砕し、顔料と混合した光線保護剤調製物を製造する方法が記載されている。
一方、光干渉作用を奏する粒子を製造する技術分野とは異なる技術分野において、モノマーを重縮合した非フィルム状(バルク状)の重縮合物である液晶ポリマーを粉砕して、粒子を製造する方法が知られている。このような光干渉作用を奏さない粒子を非フィルム状(バルク状)の重縮合物を粉砕して製造する技術分野では、粒子化する前または粒子化後に粒子を洗浄することが知られている。例えば、特許文献3には、重縮合物を粒子化した液晶ポリエステルの製造方法が記載されており、さらに粒子化後に粒子を酸性水溶液で洗浄し、さらに水で洗浄することが記載されている。特許文献4には、粒子化前の多孔質ポリエステルを高温のエチレングリコールや熱水で洗浄し、乾燥した後で、粉砕して粒子化し、扁平状のポリエステル粉体を製造する方法が記載されている。特許文献5では、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の懸濁重合によってえられるPTFE粗粒子を湿潤状態で微粉砕したのち、水(純水)によって洗浄するPTFE成形用粉末の製造方法により、効率よく不純物の量を低減させることができることなどが記載されている。
しかしながら、コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜を砕いた後に、得られた光干渉粒子を洗浄することは、特許文献1および2を含めて従来検討されていなかった。
また、コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜を砕く前においても、重合性液晶化合物を硬化して固めたフィルムはそのまま機能性フィルムとして他の製品の部材として用いられていることから、そもそも特許文献3〜5のように非フィルム状の重縮合物を砕く場合と異なり、フィルム化後に洗浄により不純物を取り除くという必要性が知られておらず、フィルム化後に洗浄を行った例もほとんど知られていなかった。わずかに知られているコレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜に対して洗浄を行った例としては、特許文献6に、コレステリック液晶相を硬化して固定化した光反射膜をフィルム状のまま有機溶媒が入った容器に浸漬させ、洗浄処理をしたことが記載されている程度であった。
特開2000−044451号公報 特開2003−183145号公報 特開2003−132512号公報 特開2012−001440号公報 国際公開WO96/28498号 特開2012−101999号公報
重合性液晶化合物を硬化して固定化した光反射膜を砕いて得られた光干渉顔料を分散媒に分散させて化粧品等に使用する場合、残留モノマー(重合性液晶化合物)が安全性に影響する可能性が考えられる。さらに、本発明者が実際に光干渉顔料を分散媒に分散させた分散液を調製したところ、光干渉顔料としての品質(選択反射波長における光反射性能)が悪化する問題があることを見出した。
この問題を回避するため、液晶ポリマーや重縮合体などのポリマー系の材料を使い、コレステリック液晶相を固定化した光反射層を形成することが考えられるが、ポリマー系の材料の場合には、顔料化しにくいという問題があることがわかった。
本発明は上記の問題を改善することや要望を満たすことを目的とするものである。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好である光干渉顔料の製造方法を提供することにある。
このような状況のもと、上記課題を解決することを目的に本発明者が鋭意検討した結果、重合性液晶化合物を硬化して固定化した光反射性のコレステリック液晶フィルムは、積層時のハジキや波長のシフトなど積層特有の問題の対策として、硬化を調整したり添加剤を添加したりするために、未硬化のモノマー、添加剤が膜内部に多く存在するため、光干渉顔料化して使用する場合に、顔料を分散媒に分散させた際に、これらの未硬化のモノマー、添加剤が溶出して各種性能に悪影響を及ぼすことが予想された。そのため、事前に溶剤で洗うことを検討したが溶解性が低すぎると洗浄が不十分で、一方で溶解性が高すぎると硬化したモノマーの一部が溶解して性能低下を及ぼすという新たな問題があることがわかった。
特にコレステリック液晶ではさらに選択反射波長における光学特性が劣化する(選択反射波長がズレる、光反射率が低下する)問題もあることがわかり、その主要因は、コレステリック液晶構造を有する膜を光干渉顔料化したときに光干渉顔料へ溶剤の染込み(残留モノマーの溶出と同時に起こる)で膨潤が起こり、光干渉顔料の液晶構造の自由体積(空間)が広がった結果、その光干渉顔料の隙間に分散媒中の周囲の素材(例えば樹脂)が入り込むことで光干渉顔料のΔn(屈折率)が下がることによるとわかった。
そこで、さらに以上の課題や問題を解決するために本発明者が鋭意検討を進めた結果、重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化した製造したコレステリック液晶構造を有する膜を砕いた粒子を、特定のSP値の溶媒を用いて、特定の温度で洗浄することで、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となることを見出し、本発明に至った。
上記課題を解決するための手段である本発明は以下のとおりである。
[1] 重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、
前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、
前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm31/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、
を含むことを特徴とする光干渉顔料の製造方法(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
[2] [1]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる右円偏光を反射する光反射層と、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる左円偏光を反射する光反射層とを積層して製造することが好ましい。
[3] [1]または[2]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄することが好ましい。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄した後に、該有機溶媒をフィルターでろ過した残渣を分取することが好ましい。
[5] [4]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒のろ過に用いる前記フィルターのろ過精度が0.3〜6μmであることが好ましい。
[6] [1]〜[5]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記洗浄の温度が40℃以上、前記有機溶媒の沸点以下であることが好ましい。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子が平板状の形状であることが好ましい。
[8] [1]〜[7]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉顔料の選択反射波長が420nm以下であることが好ましい。
[9] [1]〜[8]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子の厚みが4〜10μmであることが好ましい。
[10] [1]〜[9]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後に、フィルターを用いて平均円相当径が100μm以下である前記光干渉粒子を分取することが好ましい。
[11] [1]〜[10]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造する。
[12] [11]に記載の光干渉顔料の製造方法は、前記基板が、ガラス転移温度150℃以下のプラスチックフィルムであることが好ましい。
[13] [1]〜[12]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物の配向状態を、前記重合性液晶化合物と光重合開始剤を含む組成物に対して紫外線照射することにより進行する硬化反応によって固定化することが好ましい。
[14] [1]〜[13]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物が、下記一般式(X)にて表される化合物であることが好ましい。
一般式(X) Q1−L1−Cy1−L2−(Cy2−L3n−Cy3−L4−Q2
(一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基であり、L2およびL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基であり、Cy1、Cy2およびCy3は二価の環状基であり、nは0、1、2、または3である。)
[15] [1]〜[14]のいずれかに記載の光干渉顔料の製造方法で製造されたことを特徴とする光干渉顔料。
本発明によれば、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好である光干渉顔料の製造方法を提供することができる。
することができる。
図1は、本発明の光干渉顔料の製造に用いられる光干渉粒子を製造するときに用いる、コレステリック液晶構造を有する膜の一例の断面を表す概略図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
なお、本明細書中において、重合性液晶化合物を含む固形物は、重合性液晶化合物の結晶からなる場合もあるし、結晶でないアモルファス状の場合もある。また、重合開始剤やキラル剤など他の成分も含んでいる場合もある。また、これら全てもしくは一部が混合したものの場合もある。
本明細書中、SP値とは、Hoy法によって算出した溶解度パラメータの値δを表し、下記式(1)で表される凝集エネルギー密度の平方根で定義される。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
SP値(δ)はJ.Hildebrand, R.Scott:”The Solubility of Non−electrolytes”,3rd Ed., p.119−133,Reinhold Publishing Corp.(1949)に記載がある。
Hoy法は、「PolymerHandbook(4th.edition)」に記載の内容のものを表す。
[光干渉顔料の製造方法]
本発明の光干渉顔料の製造方法は、重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm31/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、を含むことを特徴とする(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
(式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
このような構成により、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる光干渉顔料を製造することができる。
ここで、光干渉顔料を分散媒に分散させたときの「選択反射波長における光反射性能が良好である」とは、乾燥させた光干渉顔料1gをアクリルシリコーン10gとエタノール0.5gに混ぜ込み、PMMAプレートに100μmの厚みで塗布し、塗布したプレートが、選択反射波長において、反射率が1%以上であることを意味し、前記反射率が3%以上であることがより好ましく、10%以上であることが特に好ましい。なお、この測定値は、光干渉顔料と分散媒を含む分散液を薄くのばして塗った膜の光学性能を測定した場合の値であり、実質的に光干渉顔料と分散媒を含む分散液の光学性能と等しいものである。
以下、本発明の光干渉顔料の製造方法に用いられる材料、好ましい製造条件について説明する。
(1)コレステリック液晶構造を有する膜の製造
本発明の光干渉顔料の製造方法は、重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程を含む。前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程の形成方法は特に制限はないが、例えば、コレステリック液晶材料を含む液を基板の上に塗布し、溶剤を蒸発させた後、加熱して液晶を配向させ紫外線を照射する工程を1回または複数回繰り返すことで作製する方法が好ましい。
コレステリック液晶構造を有する膜の作製方法の詳細について以下述べる。
前記コレステリック液晶構造を有する膜は、基板上に、必要に応じて配向膜を形成し、その表面に後述の溶媒を含有したコレステリック液晶組成物塗布液を塗布、乾燥、配向させ固定化して形成する。塗布はコレステリック液晶組成物塗布液を公知の方法(例えば、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法)により実施できる。また、インクジェット装置を用いて吐出して形成してもよい。
前記基板としては特に制限は無く、ガラスもしくはプラスチックフィルム、金属等を適宜使用することができる。その中でも、本発明の光干渉顔料の製造方法では前記基板としてプラスチックフィルムを用いることが好ましく、ガラス転移温度170℃以下のプラスチックフィルムを用いることが、耐熱性が低い樹脂を用いて製造コストの低減することができる観点から好ましい。前記基板として用いられるプラスチックフィルムのガラス転移温度は40〜160℃であることがより好ましく、60〜150℃であることが特に好ましい。
前記基板としては、PETを用いることが好ましい。
前記「固定化した」という状態は、コレステリック液晶構造を有する膜に含まれる液晶化合物の配向が保持された状態が最も典型的、且つ好ましい態様ではあるが、それだけには限定されず、具体的には、通常0℃〜50℃、より過酷な条件下では−30℃〜70℃の温度範囲において、該コレステリック液晶構造を有する膜に流動性が無く、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態を指すものである。
本発明における配向状態を固定化する方法としては、前記重合性液晶化合物を含む液(以下、液晶組成物ともいう)を一旦、液晶相形成温度まで加熱し、次にその配向状態を維持したまま冷却することにより、その液晶状態における配向形態を損なうことなく固定化することで形成できる。また、重合開始剤を添加した前記液晶組成物を液晶相形成温度まで加熱し配向した後、重合することによって液晶状態の配向状態を固定化することで形成できる。後者の重合反応により行うことが好ましく、光重合開始剤を用いて光重合反応により行うことがより好ましい。なお、本発明においては、コレステリック液晶構造を有する膜が最終的に形成された際に、その光学的性質が保持されていれば液晶化合物はもはや液晶性である必要はない。例えば、低分子の液晶化合物が熱、光等で反応する基を有しており、結果的に熱、光等で反応により重合又は架橋し、高分子量化して液晶性を失ってもよい。
前記液晶組成物は重合性液晶化合物と光学活性化合物(本発明ではカイラル剤、キラル剤と同義)と重合開始剤と溶媒とを混合することにより得られることが好ましい。前記重合性液晶化合物は単独又は複数使用してもよい。前記液晶組成物は、前記重合性液晶化合物を含んでいれば、非重合性の液晶化合物を含んでいてもよい。例えば、重合性液晶化合物と非重合性の液晶化合物との併用が可能である。また、低分子の重合性液晶化合物と高分子液晶化合物との併用も可能である。前記液晶組成物には、更に、配向の均一性や塗布適性、膜強度を向上させるために水平配向剤やムラ防止剤、ハジキ防止剤、重合性モノマーなどを添加してもよい。前記液晶組成物には、必要に応じてさらに重合禁止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤等を光学的性能を低下させない範囲で添加できる。
液晶組成物の液晶温度範囲は、製造適性等の面から10〜250℃の範囲内に存在することが好ましく、10〜150℃の範囲内に存在することがより好ましい。10℃未満であるとコレステリック液晶相を呈する温度範囲にまで温度を下げるために冷却工程等が必要となることがある。また200℃を超えると一旦コレステリック液晶相を呈する温度範囲よりもさらに高温の等方性液体状態にするために高温を要し熱エネルギーの浪費、基板の変形、変質等からも不利になる。
−重合性液晶化合物−
前記重合性液晶化合物としては、重合性棒状液晶化合物が好ましい。
重合性棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
重合性棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましく、前記棒状液晶化合物は重合性棒状ネマチック液晶化合物であることがより好ましい。
重合性棒状液晶化合物としては、Makromol. Chem., 190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許4683327号、同5622648号、同5770107号、WO95/22586号、同95/24455号、同97/00600号、同98/23580号、同98/52905号、特開平1−272551号、同6−16616号、同7−110469号、同11−80081号、および特願2001−64627号などに記載の化合物を用いることができる。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物が、下記一般式(X)にて表される化合物であることが好ましい。
一般式(X) Q1−L1−Cy1−L2−(Cy2−L3n−Cy3−L4−Q2
(一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基であり、L2およびL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基であり、Cy1、Cy2およびCy3は二価の環状基であり、nは0、1、2、または3である。)
以下にさらに一般式(X)で表される化合物(重合性棒状液晶化合物)について説明する。
前記一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基である。重合性基の重合反応は、付加重合(開環重合を含む)または縮合重合であることが好ましい。言い換えると、重合性基は、付加重合反応または縮合重合反応が可能な官能基であることが好ましい。以下に重合性基の例を示す。
Figure 2014189677
前記一般式(X)中、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基である。L1およびL4はそれぞれ独立に、−O−、−S−、−CO−、−NR−、−C=N−、二価の鎖状基、二価の環状基およびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基であることが好ましい。上記Rは炭素原子数が1から7のアルキル基または水素原子である。
組み合わせからなる二価の連結基の例を以下に示す。ここで、左側がQ(Q1またはQ2)に、右側がCy(Cy1またはCy3)に結合する。
L−1:−CO−O−二価の鎖状基−O−
L−2:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−
L−3:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−
L−4:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−
L−5:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−CO−O−
L−6:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−O−CO−
L−7:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基−
L−8:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基−CO−O−
L−9:−CO−O−二価の鎖状基−O−二価の環状基−二価の鎖状基−O−CO−
L−10:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−
L−11:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−CO−O−
L−12:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−O−CO−
L−13:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基−
L−14:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基−CO−O−
L−15:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−二価の環状基−二価の鎖状基−O−CO−
L−16:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−
L−17:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−CO−O−
L−18:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−O−CO−
L−19:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基−
L−20:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基−CO−O−
L−21:−CO−O−二価の鎖状基−O−CO−O−二価の環状基−二価の鎖状基−O−CO−
二価の鎖状基は、アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基、アルキニレン基、置換アルキニレン基を意味する。アルキレン基、置換アルキレン基、アルケニレン基、置換アルケニレン基が好ましく、アルキレン基およびアルケニレン基がさらに好ましい。
アルキレン基は、分岐を有していてもよい。アルキレン基の炭素数は1乃至12であることが好ましく、2乃至10であることがさらに好ましく、2乃至8であることがもっとも好ましい。
置換アルキレン基のアルキレン部分は、上記アルキレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
アルケニレン基は、分岐を有していてもよい。アルケニレン基の炭素数は2乃至12であることが好ましく、2乃至10であることがさらに好ましく、2乃至8であることがもっとも好ましい。
置換アルキレン基のアルキレン部分は、上記アルキレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
アルキニレン基は、分岐を有していてもよい。アルキニレン基の炭素数は2乃至12であることが好ましく、2乃至10であることがさらに好ましく、2乃至8であることがもっとも好ましい。
置換アルキニレン基のアルキニレン部分は、上記アルキニレン基と同様である。置換基の例としてはハロゲン原子が含まれる。
二価の鎖状基の具体例としては、エチレン、トリメチレン、プロピレン、テトラメチレン、2−メチル−テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、2−ブテニレン、2−ブチニレンなどが上げられる。
二価の環状基の定義および例は、後述するCy1、Cy2およびCy3の定義および例と同様である。
前記一般式(X)中、R2は、炭素原子数1から4のアルキル基または水素原子であることが好ましく、メチル基、エチル基または水素原子であることがさらに好ましく、水素原子であることがもっとも好ましい。
前記一般式(X)中、L2またはL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基である。L2およびL3はそれぞれ独立に、−O−、−S−、−CO−、−NR−、−C=N−、二価の鎖状基、二価の環状基およびそれらの組み合わせからなる群より選ばれる二価の連結基または単結合であることが好ましい。上記Rは炭素原子数が1から7のアルキル基または水素原子であり、炭素原子数1から4のアルキル基または水素原子であることが好ましく、メチル基、エチル基または水素原子であることがさらに好ましく、水素原子であることがもっとも好ましい。二価の鎖状基、および二価の環状基についてはL1およびL4の定義と同義である。
2またはL3として好ましい二価の連結基としては、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−OCONR−、−COS−、−SCO−、−CONR−、−NRCO−、−CH2CH2−、−C=C−COO−、−C=N−、−C=N−N=C−、等が挙げられる。
前記一般式(X)において、nは0、1、2、または3である。nが2または3の場合、二つのL3は同じであっても異なっていても良く、二つのCy2も同じであっても異なっていてもよい。nは1または2であることが好ましく、1であることがさらに好ましい。
前記一般式(X)において、Cy1、Cy2およびCy3は、それぞれ独立に、二価の環状基である。
環状基に含まれる環は、5員環、6員環、または7員環であることが好ましく、5員環または6員環であることがさらに好ましく、6員環であることが最も好ましい。
環状基に含まれる環は、縮合環であっても良い。ただし、縮合環よりも単環であることがより好ましい。
環状基に含まれる環は、芳香族環、脂肪族環、および複素環のいずれでもよい。芳香族環の例には、ベンゼン環およびナフタレン環が含まれる。脂肪族環の例には、シクロヘキサン環が含まれる。複素環の例には、ピリジン環およびピリミジン環が含まれる。
ベンゼン環を有する環状基としては、1,4−フェニレンが好ましい。ナフタレン環を有する環状基としては、ナフタレン−1,5−ジイルおよびナフタレン−2,6−ジイルが好ましい。シクロヘキサン環を有する環状基としては1,4−シクロへキシレンであることが好ましい。ピリジン環を有する環状基としてはピリジンー2,5−ジイルが好ましい。ピリミジン環を有する環状基としては、ピリミジンー2,5−ジイルが好ましい。
環状基は、置換基を有していてもよい。置換基の例には、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数が1乃至5のアルキル基、炭素原子数が1乃至5のハロゲン置換アルキル基、炭素原子数が1乃至5のアルコキシ基、炭素原子数が1乃至5のアルキルチオ基、炭素原子数が2乃至6のアシルオキシ基、炭素原子数が2乃至6のアルコキシカルホ゛ニル基、カルバモイル基、炭素原子数が2乃至6のアルキル置換カルバモイル基および炭素原子数が2乃至6のアシルアミノ基が含まれる。
以下に、前記一般式(X)で表される重合性液晶化合物の例を示す。本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
また、前記棒状液晶化合物としては、前記一般式(X)で表される重合性棒状液晶化合物に加え、少なくとも一種の下記一般式(V)で表される化合物を混合してもよい。
一般式(V) M1−(L1−Cy1−L2−(Cy2−L3−Cy3−(L4−M2
式中、M1、および、M2はそれぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、ヘテロ環基、シアノ基、ハロゲン、−SCN、−CF3、ニトロ基、または、Q1を表すが、M1、および、M2の少なくとも一つは、Q1以外の基を表す。
ただし、Q1、L1、L2、L3、L4、Cy1、Cy2、Cy3およびnは前記一般式(X)で表される基と同義である。また、pおよびqは0、または1である。
1、および、M2が、Q1を表さない場合、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、シアノ基であることが好ましく、より好ましくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、フェニル基であり、pおよびqは0であることが好ましい。
また、前記一般式(X)で表される重合性液晶化合物と、一般式(V)で表される化合物の混合物中における、前記一般式(V)で表される化合物の好ましい混合比率としては、0.1%〜40%であり、より好ましくは、1%〜30%であり、更に好ましくは、5%〜20%である。
以下に、前記一般式(V)で表される化合物の好ましい例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2014189677
Figure 2014189677
−光学活性化合物−
光学活性化合物としては公知のカイラル剤(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載)を用いることができる。光学活性化合物は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物もカイラル剤として用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。光学活性化合物(カイラル剤)は、重合性基を有していてもよい。光学活性化合物が重合性基を有する場合は、重合性棒状ネマチック液晶性化合物の重合反応により、棒状ネマチック液晶性繰り返し単位と光学活性構造とを有するポリマーを形成することができる。光学活性化合物の重合性基は、重合性棒状ネマチック液晶性化合物の重合性基と同様の基であることが好ましい。従って、光学活性化合物の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基またはアジリジニル基であることが好ましく、不飽和重合性基であることがさらに好ましく、エチレン性不飽和重合性基であることが最も好ましい。
前記カイラル剤としては市販のカイラル剤を用いてもよく、右円偏光を反射する光反射層を形成する場合は、例えばLC−756(BASF社製)を好ましく用いることができる。
また、カイラル剤は、液晶性を有していてもよい。
カイラル剤の使用量は、前記重合性液晶化合物の量の1〜30モル%であることが好ましい。カイラル剤の使用量は、より少なくした方が液晶性に影響を及ぼさないことが多いため好まれる。従って、カイラル剤は、ねじり力の強い方が好ましい。このような捻れ力の強いカイラル剤としては、例えば、特開2003−287623号公報、特許4287599号に記載のカイラル剤を用いることが可能である。
−重合開始剤−
前記コレステリック液晶構造を有する膜形成用の液晶組成物は、硬化性組成物であるのが好ましく、そのためには、重合開始剤を含有しているのが好ましい。重合反応には、熱重合開始剤を用いる熱重合反応と光重合開始剤を用いる光重合反応と電子線照射による重合反応が含まれるが、熱により基板等が変形、変質するのを防ぐためにも、光重合反応と電子線照射による重合反応が好ましい。すなわち、本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物の配向状態を、前記重合性液晶化合物と光重合開始剤を含む組成物に対して紫外線照射することにより進行する硬化反応によって固定化することが好ましい。
光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジン及びフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)及びオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。
光重合開始剤の使用量は、液晶組成物(塗布液の場合は固形分)の0.1〜20質量%であることが好ましく、1〜8質量%であることがさらに好ましい。
液晶化合物の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、10mJ/cm2〜50J/cm2であることが好ましく、50mJ/cm2〜800mJ/cm2であることがさらに好ましい。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
また、雰囲気の酸素濃度は重合度に関与するため、空気中で所望の重合度に達しない場合には、窒素置換等の方法により酸素濃度を低下させることが好ましい。好ましい酸素濃度としては、10%以下が好ましく、7%以下がさらに好ましく、3%以下が最も好ましい。
重合の反応率は前記コレステリック液晶構造を有する膜の機械的強度の保持や未反応物が液晶層等に流出するのを抑える等の観点から、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりさらに好ましい。重合反応率を向上させるためには照射する紫外線の照射量を増大する方法や窒素雰囲気下あるいは加熱条件下での重合が効果的である。また、一旦重合させた後に、重合温度よりも高温状態で保持して熱重合反応によって反応をさらに推し進める方法や、再度紫外線を照射する方法も用いることができる。重合反応率の測定は重合反応性の結合基の赤外振動スペクトルの吸収強度を重合前後で比較することによって行うことができる。
−配向制御剤−
前記液晶組成物中に、特開2012−211306号公報の[0012]〜[0030]に記載の化合物、含フッ素(メタ)アクリレートまたは特開2012−101999号公報の[0037]〜[0044]に記載の化合物の少なくとも一種を含有させることで、空気界面において液晶性化合物の分子のチルト角を低減若しくは実質的に水平配向させることが好ましい。尚、本明細書で「水平配向」とは、液晶分子長軸と膜面が平行であることをいうが、厳密に平行であることを要求するものではなく、本明細書では、水平面とのなす傾斜角が20度未満の配向を意味するものとする。液晶性化合物が空気界面付近で水平配向する場合、配向欠陥が出にくいため選択反射波長以外の領域での透明性が高くなり、また選択反射波長領域での反射率が増大する。一方、液晶性化合物のチルト角が大きい場合には、コレステリックの螺旋軸が膜面法線からずれるため、反射率が低下したり、フィンガープリントパターンが発生しヘイズの増大や回折性を示したりするため好ましくない。
配向制御剤として利用可能な前記含フッ素(メタ)アクリレート系ポリマーの例は、特開2007−272185号公報の[0018]〜[0043]等に記載がある。
本発明に用いられる配向制御剤については、特願2003−331269号明細書(特開2005−099258号公報)に記載の化合物を用いることができ、それら化合物の合成法も該明細書に記載されている。
さらに、2種以上の配向制御剤を組み合わせて用いることが好ましく、2種以上のフッ素系配向制御剤を組み合わせて用いることがより好ましく、以下の第1の配向制御剤と、第2の配向制御剤を組み合わせて用いることが特に好ましい。
(1) 第1の配向制御剤
第1の配向制御剤として、少なくとも1つのペルフルオロアルキル鎖を有する化合物を挙げることができる。
前記第1の配向制御剤は、下記式(1)で表される浮き出し率が50%以下であることが好ましい。
式(1)
浮き出し率(%)=100%×B/A
(式(1)中、重合性液晶分子と配向制御剤を含む下層用硬化性液晶組成物をコレステリック液晶相の状態で硬化することによって固定して下層を形成し、前記下層の上に配向制御剤を除いた以外は下層用硬化性液晶組成物と同じ組成の上層用硬化性液晶組成物を塗布し、コレステリック液晶相の状態で硬化することによって固定して上層を積層したときにおいて、Aは下層すなわち1層品の表面に存在する炭素原子およびフッ素原子の合計量に対するフッ素原子含有率を表し、Bは上層すなわち2層品の表面に存在する炭素原子およびフッ素原子の合計量に対するフッ素原子含有率を表す。)
配向制御剤の浮き出し率を測定するときに用いられる各層の表面に存在する炭素原子およびフッ素原子の合計量に対するフッ素原子含有率は、その測定方法に制限はない。
本発明ではX線光電子分光法で、各層の表面に存在するフッ素原子/炭素原子(F/C)を測定し、それらの値に基づいて、算出した。
前記第1の配向制御剤が非重合性であることが好ましい。
前記第1の配向制御剤が少なくとも2本以上のペルフルオロアルキル鎖を有することが好ましく、前記第1の配向制御剤がペルフルオロアルキル鎖を2本有することがより好ましい。
前記第1の配向制御剤が、前記液晶組成物中の前記重合性液晶化合物に対して0.03質量%以上含まれることが好ましく、0.10質量%以上含まれることがさらに好ましい。
前記第1の配向制御剤は、下記一般式(II)で表されることが好ましい。
下記式(II)の化合物は二価の基を中心に有し、末端にフッ化アルキル基を有することを特徴とする。末端にフッ化アルキル基を有する化合物は配向促進剤として効果的であるが、従来知られている配向制御剤は、使用濃度範囲が狭いといった点や溶解性が低いといった点があり、用途が制限されていた。下記式(II)の化合物は同等以上の配向性能をより広い濃度範囲かつ良好な溶解性で示すことから、それらを含む組成物は製造において使用しやすいというメリットがある。
Figure 2014189677
一般式(I)において、L1、L2、L3、L4、L5、L6はおのおの独立して単結合、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−、−NRCO−、−CONR−(Rは水素原子または炭素数が1〜6のアルキル基)を表し、より好ましくは−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−であり、さらに好ましくは−O−、−CO−、−COO−、−OCO−である。上記のRがとりうるアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。炭素数は1〜3であることがより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基を例示することができる。
Spは単結合または炭素数1〜10のアルキレン基を表し、より好ましくは単結合または炭素数1〜7のアルキレン基であり、さらに好ましくは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基であり、該アルキレン中の隣接しないメチレン基は−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−、−NRCO−、−CONR−、−OHで置換されていてもよい。アルキレン基には、分枝があっても無くてもよいが、好ましいのは分枝がない直鎖のアルキレン基である。
1、A2は二価の芳香族炭化水素基または二価の複素環基を表し、より好ましくは二価の芳香族炭化水素である。二価の芳香族炭化水素基の炭素数は6〜22であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜10であることがさらに好ましく、フェニレン基であることがさらにより好ましい。フェニレン基である場合は、メタ位またはパラ位に結合手を有することが好ましく、パラ位に結合手を有することが特に好ましい。二価の複素環基は、5員、6員または7員の複素環を有することが好ましい。5員環または6員環がさらに好ましく、6員環が最も好ましい。複素環を構成する複素原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましい。複素環は、芳香族性複素環であることが好ましい。芳香族性複素環は、一般に不飽和複素環である。最多二重結合を有する不飽和複素環がさらに好ましい。複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環およびトリアジン環が含まれる。A1、A2で表される二価の芳香族炭化水素基または二価の複素環基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例として、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を挙げることができる。これらの基の説明と好ましい範囲については、下記のTの対応する記載を参照することができる。A1、A2で表される二価の芳香族炭化水素基または二価の複素環基に対する置換基としては、例えばメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、臭素原子、塩素原子、シアノ基などを挙げることができる。A1とA2は同一であることが好ましい。
Tは
Figure 2014189677
で表される二価の基または二価の芳香族複素環基を表す(Xは炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を表し、Ya、Yb、Yc、Ydはおのおの独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す)であり、より好ましくは
Figure 2014189677
であり、さらに好ましくは
Figure 2014189677
である。Xがとりうるアルキル基の炭素数は1〜8であり、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分枝状であることが好ましい。好ましいアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。Xがとりうるアルコキシ基のアルキル部分については、Xがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。Xがとりうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、塩素原子、臭素原子が好ましい。Xがとりうるエステル基としては、RCOO−で表される基を例示することができる。Rとしては炭素数1〜8のアルキル基を挙げることができる。Rがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記のXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。エステルの具体例として、CH3COO−、C25COO−を挙げることができる。Ya、Yb、Yc、Ydがとりうる炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。二価の芳香族複素環基の説明と好ましい範囲については、下記のA1とA2の芳香族複素環基に関する説明と記載を参照することができる。
Hbは炭素数3〜30のフッ化アルキル基を表し、より好ましくは炭素数3〜20のフッ化アルキル基であり、さらに好ましくは3〜10のフッ化アルキル基である。ここで、フッ化アルキル基は水素で置換されていても置換されていなくてもよい。フッ化アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状または分枝状であるものが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。フッ化アルキル基としては、末端がペルフルオロアルキル基であるものを好ましく例示することができる。すなわち、以下の一般式で表される基であることが好ましい。
(Cp2p+1)−(Cq2q)−
上式において、pは1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。qは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。p+qは3〜30である。
k,l,m,n,pは0以上の整数を表し、oは1〜4のいずれかの整数である。また、k,l,m,n,o,pが2以上であるとき、複数存在する括弧内の構造は互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、kが2であるとき、分子内に2つ存在するL1は互いに同一であっても異なっていてもよい。一般式(I)のk,l,m,nは0〜6のいずれかの整数であることが好ましく、0〜4のいずれかの整数であることがより好ましく、0〜3のいずれかの整数であることがさらに好ましく、0〜2のいずれかの整数であることがさらにより好ましい。一般式(I)のk,l,m,nの好ましい組み合わせとして、l=m=1でありk=n=0である組み合わせと、l=m=1でありk=n=1である組み合わせを挙げることができ、より好ましい組み合わせとしてl=m=1でありk=n=0である組み合わせを挙げることができる。oは1または2であることが好ましい。pは1〜4のいずれかの整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
一般式(I)で表される化合物は、分子構造が対称性を有するものであってもよいし、対称性を有しないものであってもよい。なお、ここでいう対称性とは、点対称、線対称、回転対称のいずれかに該当するものを意味し、非対称とは点対称、線対称、回転対称のいずれにも該当しないものを意味する。
一般式(I)で表される化合物は、以上述べたフッ化アルキル基(Hb)、連結基(L1k−Sp−(L2−A1l−L3および−L4−(A2−L5m−Sp−(L6n、ならびに排除体積効果を持つ2価の基であるTを組み合わせた化合物である。分子内に2つ存在するフッ化アルキル基(Hb)は互いに同一であることが好ましく、分子内に存在する連結基(L1k−Sp−(L2−A1l−L3および−L4−(A2−L5m−Sp−(L6nも互いに同一であることが好ましい。末端のHb−(L1k−Sp−および−Sp−(L6n−Hbは、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Cp2p+1)−(Cq2q)−
(Cp2p+1)−(Cq2q)−O−(Cr2r)−
(Cp2p+1)−(Cq2q)−COO−(Cr2r)−
(Cp2p+1)−(Cq2q)−OCO−(Cr2r)−
上式において、pは1〜30であることが好ましく、1〜20であることがより好ましく、1〜10であることがさらに好ましい。qは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。p+qは3〜30である。rは1〜10であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。
また、一般式(I)のlが1以上であるとき、末端のHb−(L1k−Sp−L2−および−L5−Sp−(L6n−Hbは、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Cp2p+1)−(Cq2q)−O
(Cp2p+1)−(Cq2q)−COO−
(Cp2p+1)−(Cq2q)−O−(Cr2r)−O−
(Cp2p+1)−(Cq2q)−COO−(Cr2r)−COO−
(Cp2p+1)−(Cq2q)−OCO−(Cr2r)−COO−
上式におけるp、qおよびrの定義は直上の定義と同じである。
以下に、一般式(I)で表される化合物の具体例を示す。ただし、本発明で採用することができる一般式(I)で表される化合物は、下記の具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
一般式(I)で表される化合物は、特開2002−129162号公報や特開2002−97170号や当該公報において引用されている文献に記載される合成法を適宜選択して組み合わせることにより合成することができる。また、その他の公知の合成法も必要に応じて組み合わせることにより合成することができる。
(2)第2の配向制御剤
前記液晶組成物が、第2の配向制御剤を含むことが好ましい。
前記第2の配向制御剤は、本発明の趣旨に反しない限りにおいて特に制限はない。
前記第2の配向制御剤が非重合性であることが好ましい。
前記第2の配向制御剤の前記式(1)で表される浮き出し率が50%よりも多いことが好ましく、50%よりも多く90%以下であることがより好ましい。
前記第2の配向制御剤がペルフルオロアルキル鎖を有することが好ましく、前記第2の配向制御剤がペルフルオロアルキル鎖を6本有することが好ましい。
前記第2の配向制御剤が、前記液晶組成物中の前記重合性液晶化合物に対して0.003〜1.0質量%含まれることが好ましく、0.005〜1.0質量%含まれることがより好ましい。
前記第2の配向制御剤は、下記一般式(II)で表されることが好ましい。下記一般式(II)で表される化合物を含む組成物は製造において使用しやすいというメリットがある。
Figure 2014189677
一般式(II)において、L1、L2、L3、L4、L5、L6はおのおの独立して単結合、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−、−NRCO−、−CONR−(一般式(II)中におけるRは水素原子または炭素数が1〜6のアルキル基を表す)を表し、−NRCO−、−CONR−は溶解性を減ずる効果があり、膜作成時にヘイズ値が上昇する傾向があることからより好ましくは−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−COS−、−SCO−であり、化合物の安定性の観点からさらに好ましくは−O−、−CO−、−COO−、−OCO−である。上記のRがとりうるアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。炭素数は1〜3であることがより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基を例示することができる。
Sp1、Sp2、Sp3、Sp4はそれぞれ独立して単結合または炭素数1〜10のアルキレン基を表し、より好ましくは単結合または炭素数1〜7のアルキレン基であり、さらに好ましくは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基である。但し、該アルキレン基の水素原子はフッ素原子で置換されていてもよい。アルキレン基には、分枝があっても無くてもよいが、好ましいのは分枝がない直鎖のアルキレン基である。合成上の観点からは、Sp1とSp4が同一であり、かつ、Sp2とSp3が同一であることが好ましい。
1、A2は3価または4価の芳香族炭化水素である。3価または4価の芳香族炭化水素基の炭素数は6〜22であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜10であることがさらに好ましく、6であることがさらにより好ましい。A1、A2で表される3価または4価の芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例として、炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を挙げることができる。これらの基の説明と好ましい範囲については、下記のTの対応する記載を参照することができる。A1、A2で表される3価または4価の芳香族炭化水素基に対する置換基としては、例えばメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基、臭素原子、塩素原子、シアノ基などを挙げることができる。ペルフルオロアルキル部分を分子内に多く有する分子は、少ない添加量で液晶を配向させることができ、ヘイズ低下につながることから、分子内にペルフルオロアルキル基を多く有するようにA1、A2は4価であることが好ましい。合成上の観点からは、A1とA2は同一であることが好ましい。
Tは
Figure 2014189677
で表される二価の基または二価の芳香族複素環基を表す(Xは炭素数1〜8のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基またはエステル基を表し、Ya、Yb、Yc、Ydはおのおの独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す)であり、より好ましくは
Figure 2014189677
であり、さらに好ましくは
Figure 2014189677
であり、よりさらに好ましくは、
Figure 2014189677
である。
Xがとりうるアルキル基の炭素数は1〜8であり、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、直鎖状または分枝状であることが好ましい。好ましいアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができ、その中でもメチル基が好ましい。Xがとりうるアルコキシ基のアルキル部分については、Xがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。Xがとりうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、塩素原子、臭素原子が好ましい。Xがとりうるエステル基としては、R’COO−で表される基を例示することができる。R’としては炭素数1〜8のアルキル基を挙げることができる。R’がとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記のXがとりうるアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。エステルの具体例として、CH3COO−、C25COO−を挙げることができる。Ya、Yb、Yc、Ydがとりうる炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖状であっても分枝状であってもよい。例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基などを例示することができる。
前記二価の芳香族複素環基は、5員、6員または7員の複素環を有することが好ましい。5員環または6員環がさらに好ましく、6員環が最も好ましい。複素環を構成する複素原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子が好ましい。複素環は、芳香族性複素環であることが好ましい。芳香族性複素環は、一般に不飽和複素環である。最多二重結合を有する不飽和複素環がさらに好ましい。複素環の例には、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環およびトリアジン環が含まれる。二価の複素環基は置換基を有していてもよい。そのような置換基の例の説明と好ましい範囲については、上記のA1とA2の3価または4価の芳香族炭化水素が取り得る置換基に関する説明と記載を参照することができる。
Hbは炭素数2〜30のペルフルオロアルキル基を表し、より好ましくは炭素数3〜20のペルフルオロアルキル基であり、さらに好ましくは3〜10のペルフルオロアルキル基である。ペルフルオロアルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状または分枝状であるものが好ましく、直鎖状であることがより好ましい。
m、nはそれぞれ独立に2または3であり、このとき複数存在する括弧内の構造は互いに同一であっても異なっていてもよいが、互いに同一であることが好ましい。一般式(II)のm、nは、前記のA1、A2の価数によって定まり、好ましい範囲もA1、A2の価数の好ましい範囲によって定まる。従来知られていた及びnが1の化合物に比べ、mおよびnが2または3である化合物が、添加量が少なくても顕著に配向制御性能およびヘイズ低下性能が良いのは、いかなる理論に拘泥するものでもないが、化合物中のフッ素含有量に起因すると推測される。
o、pはそれぞれ独立に0以上の整数であり、oおよびpが2以上であるとき複数のXは互いに同一であっても異なっていてもよい。oは1または2であることが好ましい。pは1〜4のいずれかの整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
一般式(II)で表される化合物は、分子構造が対称性を有するものであってもよいし、対称性を有しないものであってもよい。なお、ここでいう対称性とは、点対称、線対称、回転対称のいずれかに該当するものを意味し、非対称とは点対称、線対称、回転対称のいずれにも該当しないものを意味する。
一般式(II)で表される化合物は、以上述べたペルフルオロアルキル基(Hb)、連結基−(−Sp1−L1−Sp2−L2m−A1−L3−および−L4−A2−(L5−Sp3−L6−Sp4−)n−、ならびに好ましくは排除体積効果を持つ2価の基であるTを組み合わせた化合物である。分子内に2つ存在するペルフルオロアルキル基(Hb)は互いに同一であることが好ましく、分子内に存在する連結基−(−Sp1−L1−Sp2−L2m−A1−L3−および−L4−A2−(L5−Sp3−L6−Sp4−)n−も互いに同一であることが好ましい。末端のHb−Sp1−L1−Sp2−および−Sp3−L6−Sp4−Hbは、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Ca2a+1)−(Cb2b)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−(Cr2r)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−(Cr2r)−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−OCO−(Cr2r)−
上式において、aは2〜30であることが好ましく、3〜20であることがより好ましく、3〜10であることがさらに好ましい。bは0〜20であることが好ましく、0〜10であることがより好ましく、0〜5であることがさらに好ましい。a+bは3〜30である。rは1〜10であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。
また、一般式(II)の末端のHb−Sp1−L1−Sp2−L2−および−L5−Sp3−L6−Sp4−Hbは、以下のいずれかの一般式で表される基であることが好ましい。
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−O−(Cr2r)−O−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−COO−(Cr2r)−COO−
(Ca2a+1)−(Cb2b)−OCO−(Cr2r)−COO−
上式におけるa、bおよびrの定義は直上の定義と同じである。
以下に、一般式(II)で表される化合物の具体例を示す。ただし、本発明で採用することができる一般式(II)で表される化合物は、下記の具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
一般式(II)で表される化合物は、特開2002−129162号公報や特開2002−97170号や当該公報において引用されている文献に記載される合成法を適宜選択して組み合わせることにより合成することができる。また、その他の公知の合成法も必要に応じて組み合わせることにより合成することができる。
−その他の成分−
前記液晶組成物は、前記重合性液晶化合物、光学活性化合物、重合開始剤、配向制御剤に加えて、必要に応じて溶媒や他の添加剤(例えば、セルロースエステル)を含むことができる。
前記液晶組成物の溶媒としては、有機溶媒が好ましく用いられる。有機溶媒の例には、アミド(例、N,N−ジメチルホルムアミド)、スルホキシド(例、ジメチルスルホキシド)、ヘテロ環化合物(例、ピリジン)、炭化水素(例、ベンゼン、ヘキサン)、アルキルハライド(例、クロロホルム、ジクロロメタン)、エステル(例、酢酸メチル、酢酸ブチル)、ケトン(例、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン)、エーテル(例、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン)が含まれる。アルキルハライドおよびケトンが好ましい。二種類以上の有機溶媒を併用してもよい。
−膜形成方法−
前記コレステリック液晶構造を有する膜の膜形成方法としては特に制限はなく、前記重合性液晶化合物を含む液晶組成物を塗布等の方法により製膜することによりコレステリック液晶構造を有する膜を形成することができる。前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造することもでき、前記コレステリック液晶材料を含む液を配向膜の上に塗布し、液晶層を形成することによりコレステリック液晶構造を有する膜を作製することもできる。本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造することが好ましい。コレステリック液晶構造を有する膜は、光学異方性を示すことが好ましい。
液晶化合物の重合のための光照射は、紫外線を用いることが好ましい。照射エネルギーは、20mJ/cm2〜50J/cm2であることが好ましく、100〜800mJ/cm2であることがさらに好ましい。また、前記塗膜に紫外線を照射する時間については特に制限はないが、硬化膜の充分な強度及び生産性の双方の観点から決定されるであろう。光重合反応を促進するため、加熱条件下で光照射を実施してもよい。
製造方法の一例は、
(A)透明可塑性樹脂フィルム等の基板の表面に、配向制御剤と重合性(硬化性の)液晶化合物を含む前記液晶組成物を塗布して、コレステリック液晶相の状態にすること、
(B)前記液晶組成物に紫外線を照射して硬化反応を進行させ、コレステリック液晶相を固定して光反射層を形成すること、
を少なくとも含む製造方法である。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる右円偏光を反射する光反射層と、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる左円偏光を反射する光反射層とを積層して製造することが好ましい。
(A)及び(B)の工程を基板の一方の表面上で2回繰り返すことで、図1に示した構成のコレステリック液晶構造を有する膜(図1では基板は不図示)を基板上に製造することができ、さらに繰り返すことでさらに積層数を増やしたコレステリック液晶構造を有する膜(光反射層)を形成することができる。
(A)工程
前記(A)工程では、まず、基板又は下層の光反射層の表面に、前記液晶組成物を塗布する。前記液晶組成物は、溶媒に材料を溶解及び/又は分散した、塗布液として調製されるのが好ましい。
次に、表面に塗布され、塗膜となった前記液晶組成物を、コレステリック液晶相の状態にすることが好ましい。前記液晶組成物が、溶媒を含む塗布液として調製されている態様では、塗膜を乾燥し、溶媒を除去することで、コレステリック液晶相の状態にすることができる場合がある。また、コレステリック液晶相への転移温度とするために、所望により、前記塗膜を加熱してもよい。例えば、一旦等方性相の温度まで加熱し、その後、コレステリック液晶相転移温度まで冷却する等によって、安定的にコレステリック液晶相の状態にすることができる。前記液晶組成物の液晶相転移温度は、製造適性等の面から10〜250℃の範囲内であることが好ましく、10〜150℃の範囲内であることがより好ましい。10℃未満であると液晶相を呈する温度範囲にまで温度を下げるために冷却工程等が必要となることがある。また200℃を超えると、一旦液晶相を呈する温度範囲よりもさらに高温の等方性液体状態にするために高温を要し、熱エネルギーの浪費、基板の変形、変質等からも不利になる。
(B)工程
次に、(B)の工程では、コレステリック液晶相の状態となった塗膜に、紫外線を照射して、硬化反応を進行させることが好ましい。紫外線照射には、紫外線ランプ等の光源が利用される。この工程では、紫外線を照射することによって、前記液晶組成物の硬化反応が進行し、コレステリック液晶相が固定されて、光反射層が形成されることが好ましい。
硬化反応を促進するため、加熱条件下で紫外線照射を実施してもよい。また、紫外線照射時の温度は、コレステリック液晶相が乱れないように、コレステリック液晶相を呈する温度範囲に維持するのが好ましい。また、雰囲気の酸素濃度は重合度に関与するため、空気中で所望の重合度に達せず、膜強度が不十分の場合には、窒素置換等の方法により、雰囲気中の酸素濃度を低下させることが好ましい。好ましい酸素濃度としては、10%以下が好ましく、7%以下がさらに好ましく、3%以下が最も好ましい。紫外線照射によって進行される硬化反応(例えば重合反応)の反応率は、層の機械的強度の保持等や未反応物が層から流出するのを抑える等の観点から、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることがよりさらに好ましい。反応率を向上させるためには照射する紫外線の照射量を増大する方法や窒素雰囲気下あるいは加熱条件下での重合が効果的である。また、一旦重合させた後に、重合温度よりも高温状態で保持して熱重合反応によって反応をさらに推し進める方法や、再度紫外線を照射する方法を用いることもできる。反応率の測定は反応性基(例えば重合性基)の赤外振動スペクトルの吸収強度を、反応進行の前後で比較することによって行うことができる。
上記工程では、コレステリック液晶相が固定されて、光反射層が形成される。ここで、液晶相を「固定化した」状態は、コレステリック液晶相となっている液晶化合物の配向が保持された状態が最も典型的、且つ好ましい態様である。それだけには限定されず、具体的には、通常0℃〜50℃、より過酷な条件下では−30℃〜70℃の温度範囲において、該層に流動性が無く、また外場や外力によって配向形態に変化を生じさせることなく、固定化された配向形態を安定に保ち続けることができる状態を意味するものとする。本発明では、紫外線照射によって進行する硬化反応により、コレステリック液晶相の配向状態を固定することが好ましい。
なお、本発明においては、コレステリック液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、最終的に光反射層中の液晶性混合物がもはや液晶性を示す必要はない。例えば、液晶性混合物が、硬化反応により高分子量化して、もはや液晶性を失っていてもよい。
<コレステリック液晶構造を有する膜の構造>
上述のとおり、前記コレステリック液晶構造を有する膜はコレステリック液晶相を固定してなる液晶膜(以下、液晶膜と省略することがある)を有する。
本発明では、前記コレステリック液晶構造を有する膜が、2層以上の積層体であることが好ましい。すなわち、前記液晶膜は、前記コレステリック液晶構造を有する膜が2層以上積層されていることが好ましい。図1は、コレステリック液晶構造を有する膜1の積層構成の一例を示したものであって、15aと15bは、各光反射層をそれぞれ示している。
光反射層15aと15bは、コレステリック液晶構造を有する膜であることが好ましく、当該コレステリック液晶相の螺旋ピッチに基づいて、特定の波長の光を反射する光選択反射性を示すことが好ましい。本発明の1つの実施形態では、隣接する光反射層15aと15bは、それぞれのコレステリック液晶相の螺旋方向が互いに逆であるとともに、その反射中心波長λ15が同一であることが好ましい。
選択反射波長は特に制限はないが、例えば熱線遮熱機能を付与する場合、太陽光エネルギー強度のスペクトル分布は、短波長であるほど高エネルギーであるという一般的傾向を示すが、赤外光波長域のスペクトル分布には、波長950〜1130nm、及び波長1130〜1350nmに、2つのエネルギー強度のピークが存在する。選択反射の中心波長が、1010〜1070nm(より好ましくは1020〜1060nm)の範囲にある少なくとも一組の光反射層と、選択反射の中心波長が、1190〜1290nm(より好ましくは1200〜1280nm)の範囲にある少なくとも一組の光反射層とを利用することにより、該2つのピークに相当する光をより効率的に反射することができ、その結果、遮熱性をより改善することができる。
一方、本発明では、前記コレステリック液晶構造を有する膜の選択反射波長としては420nm以下であることが好ましい。
また、各光反射層の厚みは、1μm〜8μm程度(好ましくは3〜7μm程度)である。但し、これらの範囲に限定されるものではない。層の形成に用いる材料(主には重合性液晶化合物及びキラル剤)の種類及びその濃度等を調整することで、所望の螺旋ピッチの光反射層を形成することができる。また層の厚みは、塗布量を調整することで所望の範囲とすることができる。
上記した通り、隣接する光反射層15aと15bは、それぞれのコレステリック液晶相の螺旋方向が互いに逆であり、同様に、隣接する光反射層16aと16bは、それぞれのコレステリック液晶相の螺旋方向が互いに逆であることが好ましい。このように、逆向きのコレステリック液晶相からなり、選択反射の中心波長が同一の光反射層を近くに配置することで、同波長の左円偏光及び右円偏光の双方を反射することができる。
例えば、光反射層16bを通過した光(波長λ16の右円偏光が反射され、左円偏光のみが透過した光)が、次に通過するのが16bではなく15aや15bのように、選択反射の中心波長がλ16ではない場合、波長λ16の左円偏光成分は螺旋ピッチのサイズが異なるコレステリック液晶層を通過することになる。この場合、波長λ16の左円偏光成分は、他の光反射層中のコレステッリツク液晶相の旋光性の影響を僅かではあるが受けることになり、左円偏光成分の波長がシフトするなどの変化が生じる。当然のことながら、この現象は、「波長λ16の左円偏光成分」に限って起こるわけではなく、ある波長のある円偏光が、異なる螺旋ピッチのコレステリック液晶相を通過する場合に生じる変化である。勿論、当該一組の光反射層が隣接しているのが好ましい。
コレステリック液晶構造を有する膜の態様は、上記態様に限定されるものではない。基板の一方の表面上に、1層または複数層の光反射層を積層した構成であってもよいし、また、基板の双方の表面上に、1組以上ずつ光反射層を積層した構成であってもよい。また、同一の反射中心波長を示す2組以上の光反射層を有する態様であってもよい。
前記コレステリック液晶構造を有する膜を構成する各光反射層の厚さは、それぞれ、1〜10μmであることが好ましく、2〜7μmであることがより好ましい。前記コレステリック液晶構造を有する膜全体の厚さは、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて得られる光干渉粒子の厚みを好ましい範囲に制御する観点から、1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることがより好ましく、4〜10μmであることが特に好ましい。
(2)コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程を含む。
前記前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程としては特に制限はないが、例えば、前記コレステリック液晶構造を有する膜が基板を有する場合は、コレステリック液晶構造を有する膜から基板を剥離し、基板を剥離したフィルムを破砕してフレーク状にし、更に粉砕し微粒子のサイズまで砕くことで作製することができる。前記光干渉粒子の粉砕は、固定化したコレステリック液晶構造を乾燥又は湿式粉砕することができる。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後に、フィルターを用いて平均円相当径が100μm以下である前記光干渉粒子を分取することが好ましい。前記フィルターを用いて光干渉粒子を分取する方法としては、ふるいやサイクロン等を用いて分級する方法を挙げることができる。その中でも、1〜100μmの平均円相当径、より好ましくは1〜70μm、特に好ましくは5〜50μmの平均円相当径の前記光干渉粒子を選別して用いることが、光反射性能などの光学性能や膜の物理性能の観点で望ましい。
(光干渉粒子の形状)
前記光干渉粒子の形状は、特に制限されず、球状、円状、楕円形状、多角形状、ロッド又は繊維状であってもよい。また、本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子が平板状(扁平又は鱗片状などの平板状)であることが好ましく、円状の平板状であることがより好ましい。
扁平状又は鱗片状などの平板状の光干渉粒子の厚みは、例えば、1〜50μmであることが好ましく、3〜30μmであることがより好ましく、4〜10μmであることが特に好ましい。
平板状の光干渉粒子は、アスペクト比(平均円相当径/厚み)が0.1〜150であることが好ましく、0.5〜50であることがより好ましく、1〜10であることが特に好ましい。
(光干渉粒子の特性)
前記光干渉粒子の選択反射波長としては420nm以下であることが好ましい。
前記光干渉粒子の選択反射波長の測定方法としては、以下の方法を挙げることができる。
2枚の石英ガラス板の間に、光干渉粒子と屈折率が同じ液体((株)モリテックス社製、カーギル標準屈折液シリーズA)と一緒に封入することで測定できる。
前記光干渉粒子の選択反射波長を直接できない場合は、前記光干渉粒子と前記樹脂を添加した合わせガラス用中間膜の選択反射波長を測定することによって、間接的に求めてもよい。
(3)光干渉粒子の洗浄によって光干渉顔料を製造する工程
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm31/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程を含む。
前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後の前記光干渉粒子は、前記コレステリック液晶構造を有する膜の状態では外部との界面に接していなかった膜内部が外部との界面に接することとなる。本発明の光干渉顔料の製造方法では、前記光干渉粒子のうち、外部との界面に接していなかった膜内部に相当する界面を特定の方法で洗浄することにより、洗浄後に得られた光干渉顔料を分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる。
このような洗浄工程によって除去される不純物や不要成分としては特に制限はないが、例えば、未反応のまま残留している重合性液晶化合物(残留モノマー)や、前記カイラル剤、前記配向制御剤、サイズが十分に光干渉作用を奏するサイズよりも細かい(例えば平均円相当径が5μm以下の)光干渉粒子、もともと重合性液晶化合物に含まれる不純物(反応基がないものなど)などを挙げることができるが、本発明はこれらの洗浄工程によって除去される不純物や不要成分の種類や量によって限定されるものではない。
また、洗浄工程に用いられる光干渉顔料や有機溶媒には不純物や不要成分が含まれてもよく、本発明はこれらの洗浄工程に用いられる光干渉顔料や有機溶媒に含まれる不純物や不要成分の種類や量によって限定されるものではない。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、35℃以上の温度で洗浄する。35℃以上の温度で洗浄すると、残留モノマーである重合性液晶化合物が十分に洗浄されやすい。
前記洗浄の温度は40℃以上、前記有機溶媒の沸点以下であることが、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能をより改善する観点からより好ましく、
40〜60℃であることが特に好ましい。
前記有機溶媒のSP値は12(cal/cm31/2以上になるとモノマーの溶解性が悪くなり洗浄に適さない。
前記有機溶媒のSP値は8.5〜10(cal/cm31/2であることがより好ましい。前記コレステリック液晶構造を有する膜を構成する材料または形成するために用いられる材料は、SP値が上記の範囲の有機溶媒に溶解する。
SP値が8.5〜12(cal/cm31/2である有機溶媒としては、例えば、酢酸ブチル、トルエン、メチルエチルケトン、アセトンなどを挙げることができる。
これらの有機溶媒は単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよいが、2種以上の有機溶媒を混合して用いる場合、前記洗浄に用いられる全ての有機溶媒のSP値が上記の範囲内に含まれる有機溶媒であることが好ましい。
前記有機溶媒を用いて前記光干渉粒子を洗浄する方法としては特に制限は無く、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄する方法や、前記有機溶媒を前記光干渉粒子に吹きかけて洗浄する方法などを挙げることができる。本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄することが好ましい。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄した後に、該有機溶媒をフィルターでろ過した残渣を分取することが好ましい。粉砕して得られた前記光干渉粒子は通常ドライで分級を行うが細かいサイズの不要粒子が残ってしまう。しかしながら、このように前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄した後に、該有機溶媒をフィルターでろ過した残渣を分取する際に、細かいサイズの不要粒子を一緒に取り除くことができるため、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる。
なお、前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させ、濾過するという一連の洗浄操作は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能をより改善する観点から2回以上繰り返して行ってもよい。
本発明の光干渉顔料の製造方法は、細かいサイズの不要粒子を取り除く観点から、前記有機溶媒のろ過に用いる前記フィルターのろ過精度が0.3〜6μmであることが好ましく、0.5〜3μmであることがより好ましい。このようなろ過精度のフィルターでろ過を行って細かいサイズ(例えば平均円相当径が5μm以下)の不要粒子を取り除くことにより、前記不要粒子がろ過の残渣に残ったときよりも光学特性(特に選択反射波長における光反射率)が良好となる。
[光干渉顔料]
本発明の光干渉顔料は、本発明の光干渉顔料の製造方法で製造されたことを特徴とする。そのため、本発明の光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が良好となる。
本発明の光干渉顔料の好ましい構造や好ましい光学特性は、前記光干渉粒子の好ましい構造や好ましい光学特性と同様である。
本発明の光干渉顔料は、UV反射材料として用いられることが好ましい。本発明の光干渉顔料の用途としては特に制限は無く、本発明の光干渉顔料は化粧品などに添加してもよい。
<光干渉顔料分散液の製造方法>
本発明の光干渉顔料は、光干渉顔料分散液の製造に用いることができる。
光干渉顔料分散液の製造方法は、本発明の光干渉顔料の製造方法で製造された光干渉顔料をアルコールを含む分散媒に分散させる工程を含むことが好ましい。
光干渉顔料分散液の選択反射波長や反射スペクトルのピーク形状が分散液とする前の光干渉顔料からズレる主要因は、光干渉顔料への溶剤の染込み(残留モノマーの溶出と同時に起こる)で膨潤が起こり、光干渉顔料の液晶層の自由体積(空間)が広がった結果、その隙間に周囲の素材(例えば樹脂)が入り込むことで光干渉顔料の複屈折率Δnが下がることによるものと推定されている。そのため、溶剤の染込み(残留モノマーの溶出と同時に起こる)で膨潤が起こるようなアルコール(例えばエタノール)などの素材や光干渉顔料の液晶層の自由体積の隙間に入り込むような樹脂(例えばシリコーン樹脂)などの素材を含む光干渉顔料分散液として使用したり、そのような光干渉顔料分散液を製造したりする場合には、本発明の光干渉顔料の製造方法における前記洗浄が必要となる。
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
[実施例1〜8および比較例1〜6]
(塗布液の調製)
下記表に示す塗布液(A)、(B)をそれぞれ調製した。
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
Figure 2014189677
(波長380nmの紫外光を反射するコレステリック液晶構造を有するフィルムの作製)
(1) 調製した塗布液(A)を、ワイヤーバーを用いて、乾燥後の乾膜の厚みが4.5μmになるように基材フィルム(富士フイルム製PETフィルム、Tg75℃)上に、室温にて塗布した。
(2) 室温にて30秒間乾燥させた後、125℃の雰囲気で2分間加熱し、その後95℃でフュージョン製Dバルブ(ランプ90mW/cm)にて出力60%で6〜12秒間UV照射し、コレステリック液晶層膜を作製した。
コレステリック液晶層膜を室温まで冷却した後、(1)において基板の代わりに下層のコレステリック液晶層膜上に塗布液(B)を塗布する以外は同様にして、(1)および(2)を繰り返し、基材フィルム上にそれぞれ塗布液(A)および(B)由来の右円偏光を反射する層および左円偏光を反射する層がこの順に積層されたコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムを作製した。
(UV反射可能な光干渉粒子の作製)
作製した波長380nmの紫外光を反射するコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムを基板より剥離した。
剥離したコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムを破砕してフレーク状にし、更に粉砕し微粒子のサイズまで砕くことで光干渉粒子を作製した。
光干渉粒子の粒子サイズは、ふるいを使い分級した。得られた光干渉粒子300個の形状を、光学顕微鏡を用いて観察した結果、平均厚みが10μm、平均円相当直径が20μmであった。
また、得られた光干渉粒子は、コレステリック液晶構造を有していることを、偏光顕微鏡を用いて確認した。さらに、得られた光干渉粒子の選択反射波長を、紫外可視近赤外分光光度計V−670(日本分光(株)製)を用いて確認したところ、約380nmであった。
(光干渉粒子の洗浄による光干渉顔料の作製)
上記光干渉粒子の粉体1gと、下記表3に示す溶媒(有機溶媒または水)100gをフラスコに入れて、下記表3に示すように溶媒の温度を調整した上で、1時間スターラーで攪拌した。スターラーの回転速度は100rpmとした。攪拌後、溶媒および光干渉粒子を含む溶液を1μmの濾紙で濾過し、濾紙上の残渣として光干渉粒子を取り出した。
この攪拌および濾過の作業を3回繰り返し、最後に室温で1晩放置して乾燥させたものを、光干渉顔料とした。
(光干渉顔料の選択反射波長における光反射性能の評価)
乾燥させた光干渉顔料1gをアクリルシリコーン(信越化学(株)製KP−541)10gとエタノール(和光純薬工業(株)製759−48001)0.5gに混ぜ込み、PMMAプレートに100μmの厚みで塗布し、塗布したプレートの光学特性を以下の基準にしたがって評価した。実用上、AまたはB評価であることが必要であり、A評価であることが好ましい。
評価基準:
A:380nmに10%以上の反射ピークをもつ反射スペクトルが観察された。
B:反射幅が広がってブロードになり、380nmに1%以上の反射はあるものの、明確なピークが見られなくなった。
C:反射幅が広がってブロードになり、380nmに反射は殆ど観察されなくなった(反射率1%未満)。
得られた結果を下記表3に記載した。
Figure 2014189677
[比較例7]
実施例1において、得られた光干渉粒子を溶剤洗浄なしでそのまま実施例1と同様の評価を行ったところ、評価はCであった。
[比較例8]
実施例1において、基板から剥離したコレステリック液晶構造を有する2層積層フィルムの表面を、メチルエチルケトン(実施例3と同じ、SP値9.3、沸点79.5℃)を染込ませたベンコット(旭化成せんい(株)製)で2回拭き取りを実施した後、実施例1と同様に光干渉粒子に粉砕した。その後、得られた光干渉粒子を溶剤洗浄なしでそのまま実施例1と同様の評価を行ったところ、評価はCであった。
[実施例9]
基材フィルムとしてPETフィルムの代わりに、トリアセチルセルロース(フジタック、富士フイルム(株)製、厚さ:100μm、幅:500mm、ガラス転移温度145℃)の長尺状のフィルムの一方の側に、長鎖アルキル変成ポバール(MP−203、クラレ(株)製)5重量%溶液を塗布し、90℃で4分間乾燥させた後、ラビング処理を行って膜厚2.0μmの配向膜形成用樹脂層を形成させたフィルムを用いた。
それ以外は、実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
[実施例10]
基材としてPETフィルムの代わりに、厚さ2mmのガラス板の一方の側に、実施例8と同様に、長鎖アルキル変成ポバール(MP−203、クラレ(株)製)5重量%溶液を塗布し、90℃で4分間乾燥させた後、ラビング処理を行って膜厚2.0μmの配向膜形成用樹脂層を形成させたフィルムを用いた。それ以外は、実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
[実施例11]
棒状液晶化合物として、RM−257(Merck社製)を用いた以外は実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
[実施例12]
棒状液晶化合物として、LC−242(BASF社製)を用いた以外は実施例3と同様の方法で光干渉顔料を製造し、光干渉顔料の評価を行ったところ、評価もAであった。
以上の結果から、本発明の製造方法で得られた光干渉顔料は、分散媒に分散させたとき(特にシリコーン樹脂およびアルコールを含む分散液としたとき)の選択反射波長における光反射性能が良好であることがわかった。
一方、比較例1より、洗浄温度が本発明で規定する下限値を下回る条件で製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例2〜4より、洗浄に用いる有機溶剤が本発明で規定するSP値の上限値を上回る条件で製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例5より、洗浄に用いる有機溶剤が本発明で規定するSP値の下限値を下回る条件で製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例6より、特開2011−132512号公報や国際公開WO96/28498号のように洗浄時に本発明で規定するSP値の上限値を上回る溶媒である水を用いて製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例7より、特開2000−44451号公報のように粉砕後に得られた粒子を洗浄せずに製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
比較例8より、特開2012−101999号公報のようにコレステリック液晶構造を有する膜を粉砕しない状態で表面を洗浄した場合であっても、粉砕後に得られた粒子を洗浄せずに製造された光干渉顔料は、分散媒に分散させたときの選択反射波長における光反射性能が悪化することがわかった。
1 コレステリック液晶構造を有する膜(基板を含んでいてもよい)
15a 重合性液晶化合物の配向状態(コレステリック液晶相)を固定してなる光反射層
15b 重合性液晶化合物の配向状態(コレステリック液晶相)を固定してなる光反射層

Claims (15)

  1. 重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化したコレステリック液晶構造を有する膜を製造する工程と、
    前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いて光干渉粒子を製造する工程と、
    前記光干渉粒子を少なくともSP値が8.5〜12(cal/cm31/2の有機溶媒を用い、35℃以上の温度で洗浄する工程と、
    を含むことを特徴とする光干渉顔料の製造方法(SP値はHoy法で測定された溶解度パラメータδを表し、下記式(1)で表される。)。
    δ=(ΔE/V)1/2 式(1)
    (式(1)中、Vは溶媒のモル分子容積を表し、ΔEは凝集エネルギー(蒸発エネルギー)を表す。)
  2. 前記コレステリック液晶構造を有する膜を、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる右円偏光を反射する光反射層と、少なくとも1層の重合性液晶化合物の配向状態を硬化して固定化してなる左円偏光を反射する光反射層とを積層して製造する、請求項1に記載の光干渉顔料の製造方法。
  3. 前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄する、請求項1または2に記載の光干渉顔料の製造方法。
  4. 前記有機溶媒中に前記光干渉粒子を浸漬させて洗浄した後に、該有機溶媒をフィルターでろ過した残渣を分取する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  5. 前記有機溶媒のろ過に用いる前記フィルターのろ過精度が0.3〜6μmである、請求項4に記載の光干渉顔料の製造方法。
  6. 前記洗浄の温度が40℃以上、前記有機溶媒の沸点以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  7. 前記光干渉粒子が平板状の形状である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  8. 前記光干渉顔料の選択反射波長が420nm以下である請求項1〜7のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  9. 前記光干渉粒子の厚みが4〜10μmである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  10. 前記コレステリック液晶構造を有する膜を砕いた後に、フィルターを用いて平均円相当径が100μm以下である前記光干渉粒子を分取する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  11. 前記重合性液晶化合物を含む塗布液を基板上に塗布して、前記コレステリック液晶構造を有する膜を製造する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  12. 前記基板が、ガラス転移温度150℃以下のプラスチックフィルムである、請求項11に記載の光干渉顔料の製造方法。
  13. 前記重合性液晶化合物の配向状態を、前記重合性液晶化合物と光重合開始剤を含む組成物に対して紫外線照射することにより進行する硬化反応によって固定化する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
  14. 前記重合性液晶化合物が、下記一般式(X)にて表される化合物である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法。
    一般式(X) Q1−L1−Cy1−L2−(Cy2−L3n−Cy3−L4−Q2
    (一般式(X)中、Q1およびQ2はそれぞれ独立に重合性基であり、L1およびL4はそれぞれ独立に二価の連結基であり、L2およびL3はそれぞれ独立に単結合または二価の連結基であり、Cy1、Cy2およびCy3は二価の環状基であり、nは0、1、2、または3である。)
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の光干渉顔料の製造方法で製造されたことを特徴とする光干渉顔料。
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