JP2014198819A - 芳香環含有化合物、硬化性樹脂組成物、光学部品およびレンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、十分に低いアッベ数を有し、かつ硬化物を形成する際にクラックの発生が抑制された硬化性樹脂組成物を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、下記一般式(1)で表される芳香環含有化合物と、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする硬化性樹脂組成物に関する。【選択図】なし

Description

本発明は、芳香環含有化合物、硬化性樹脂組成物、光学部品およびレンズに関する。具体的には、本発明は、芳香環含有化合物、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方をさらに含む硬化性樹脂組成物、該硬化性樹脂組成物を用いた光学部品およびレンズに関する。
従来は、カメラ、ビデオカメラあるいはカメラ付携帯電話、テレビ電話あるいはカメラ付ドアホンなどの撮像モジュールの光学系材料としてはガラス材料が用いられていた。ガラス材料は様々な光学特性を備えており、環境耐性に優れるため好ましく用いられてきたが、軽量化や小型化が容易ではなく、加工性や生産性が悪いという欠点を有していた。これに対し、プラスチック素材は、大量生産が可能であり、加工性にも優れているため、近年、様々な光学系材料に用いられるようになってきている。加えて、無機ガラス材料に樹脂組成物を組み合わせた複合レンズとすることにより、従来の材料では到達できない物性や製造コストの低減を図ることが検討されてきている。
撮像モジュール等に用いられる光学系では、色収差が発生することが問題となっており、特に、光学系の小型化に伴い、このような色収差を解消することは重要な課題となっている。このため、光学系材料に種々の化合物を含有させることにより、光学系材料を高屈折率化し、色収差を補正することが検討されている。
例えば、特許文献1には、ベンゾまたはナフトシクロアルカン骨格を有する重合性化合物が開示されている。ここでは、光硬化性に優れ、かつ、製膜時の硬化収縮を低減できる重合性化合物が得られており、この重合性化合物を用いて製膜したフィルムは透明であり、かつ高屈折率を実現できるとされている。
また、特許文献2には、ビスフェノールフルオレン骨格を有する二官能(メタ)アクリレート化合物と、ビフェニル骨格を有する単官能(メタ)アクリレート化合物を含む樹脂組成物が開示されている。特許文献2では、このような樹脂組成物を用いることによって、高屈折率であって、透明性に優れた硬化物を得ることができるとされている。
特開2010−202778号公報 特開2008−94987号公報
上述したような重合性化合物を用いた場合、高屈折率を有する硬化物を形成することはできるが、十分に低いアッベ数を有する硬化物を得ることができないということが本発明者らの検討により明らかとなった。
また、従来の重合性化合物は、溶媒への溶解性(溶液性)が悪いということが本発明者らの検討により明らかとなった。溶媒への溶解性(溶液性)が悪い場合、硬化物を形成した際に、硬化物にクラックが発生することとなるため問題となる。
すなわち、従来の重合性化合物を用いた場合、低アッベ数であり、かつクラックの発生が抑制された硬化物を得ることができないという問題があった。
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、十分に低いアッベ数を有し、かつ硬化物を形成する際にクラックの発生が抑制された硬化性樹脂組成物を提供することを目的として検討を進めた。
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、特定の構造を有する芳香環含有化合物と、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方を含む硬化性樹脂組成物から硬化物を形成することにより、低アッベ数を有する硬化物を得ることができることを見出した。さらに、本発明者らは、このような構成の硬化性樹脂組成物から硬化物を形成する際にクラックの発生が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[1]下記一般式(1)で表される芳香環含有化合物と、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする硬化性樹脂組成物。
Figure 2014198819
(一般式(1)中、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表す。L1、L2、L5およびL6はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3、L4、L7およびL8はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5、R6、R9およびR10はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7、R8、R11およびR12はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、cおよびdはそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表し、gは0〜4の整数を表す。
[2]前記一般式(1)における、cおよびdが0である[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[3]前記一般式(1)における、Ar1〜Ar3およびR3の少なくとも1つは縮合環である[1]又は[2]に記載の硬化性樹脂組成物。
[4]前記一般式(1)における、Ar1およびAr2の少なくとも1つは縮合環である[1]〜[3]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[5]前記アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記一般式(2)で表される[1]〜[4]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 2014198819
(一般式(2)中、Rは芳香環を含む置換基で置換されたアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、Lはアルキレン基を表し、nは0〜5の整数を表し、Mは水素原子又はメチル基を表す。)
[6]前記アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記一般式(2−1)で表される[1]〜[5]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 2014198819
(一般式(2―1)中、R21はフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基を表し、mは0〜5の整数を表し、Lはアルキレン基を表し、nは0〜5の整数を表し、Mは水素原子又はメチル基を表す。)
[7]前記一般式(2)で表されるアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記M−1〜M−4のいずれかである[5]に記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 2014198819
[8]前記芳香環含有化合物100質量部に対して、前記アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを1〜250質量部含む[1]〜[7]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[9]非共役ビニリデン基含有化合物をさらに含む[1]〜[8]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[10]前記非共役ビニリデン基含有化合物は、下記一般式(3)で表される[9]に記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 2014198819
(一般式(3)中、R11、R12、R15およびR16は、それぞれ独立に置換基を表し、Aは環状構造を形成するために必要な原子団を表す。)
[11][1]〜[10]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を用いた光学部品。
[12][1]〜[10]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を用いたレンズ。
[13]下記一般式(4)で表されることを特徴とする芳香環含有化合物。
Figure 2014198819
(一般式(4)中、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表し、Ar1およびAr2の少なくとも1つは縮合環である。L1およびL2はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3およびL4はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5およびR6はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7およびR8はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表し、gは0〜4の整数を表す。)
[14]前記一般式(4)で表される化合物が、下記一般式(5)で表される[13]に記載の芳香環含有化合物。
Figure 2014198819
(一般式(5)中、L1およびL2はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3およびL4はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5およびR6はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7およびR8はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、gは0〜4の整数を表す。)
本発明によれば、アッベ数が十分に低減された硬化物を形成し得る硬化性樹脂組成物を得ることができる。また、本発明によれば、硬化物を形成する際に、硬化物にクラックが発生することを抑制することができる。すなわち、本発明の硬化性樹脂組成物を用いることにより、光学特性に優れ、高品質の硬化物を得ることができる。
以下において、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、代表的な実施形態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形態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「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。なお、本発明において、「(メタ)アクリレート」とは、「アクリレート」及び「メタクリレート」を意味するものとする
また、本明細書における基(原子団)の表記において、置換および無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば、「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
なお、本発明においては、各一般式の説明において特に区別されずに用いられている場合における水素原子は同位体(重水素原子等)も含んでいることを表す。さらに、置換基を構成する原子は、その同位体も含んでいることを表す。
(硬化性樹脂組成物)
本発明の硬化性樹脂組成物は、下記一般式(1)で表される芳香環含有化合物と、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方をさらに含む。
Figure 2014198819
ここで、一般式(1)中、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表す。L1、L2、L5およびL6はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3、L4、L7およびL8はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5、R6、R9およびR10はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7、R8、R11およびR12はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、cおよびdはそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表し、gは0〜4の整数を表す。
一般式(1)中、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表す。ベンゼン環を含む縮合環は、ベンゼン環同士の縮合環であってもよいし、ベンゼン環と脂肪環、ベンゼン環とヘテロ環、ベンゼン環と脂肪環とヘテロ環の縮合環であってもよい。中でも、ベンゼン環同士の縮合環であることが好ましい。
ベンゼン環と縮合環を形成する脂肪環は置換基を有していてもよく、脂肪環部分は、炭素数4〜18であることが好ましく、5〜14であることがより好ましく、5〜10であることがさらに好ましい。また、ベンゼン環と縮合環を形成するヘテロ環は、置換基を有していてもよく、ヘテロ環部分は、環員数4〜12であることが好ましく、5〜10であることが好ましい。ヘテロ環を構成するヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を挙げることができる。
Ar1〜Ar3は少なくとも一般式(1)に示されているR1、R2又はR4をそれぞれ置換基として含んでもよい。また、Ar1は、少なくとも1つの重合性基を有する置換基を含む。さらにAr2及びAr3はそれぞれ、重合性基を有する置換基を含んでもよい。
一般式(1)中、L1、L2、L5およびL6はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、中でも、L1、L2、L5およびL6は酸素原子であることが好ましい。
また、一般式(1)において、L3、L4、L7およびL8はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表し、中でも、エステル結合であることが好ましい。L3、L4、L7およびL8がエステル結合を表す場合、該エステル結合としてはL3、L4、L7およびL8が置換している炭素原子側から−C(=O)−O−または−O−C(=O)−のいずれでもよいが、−C(=O)−O−であることが好ましい。
一般式(1)中、R5、R6、R9およびR10はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表す。なお、これらの基の連結鎖中には、−O−又は−S−を含んでいてもよい。置換基を有していてもよいアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基の炭素数は各々、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることがさらに好ましく、2であることが特に好ましい。
また、一般式(1)中、R7、R8、R11およびR12はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表し、中でも、R7、R8、R11およびR12は、水素原子であることが好ましい。
一般式(1)中、R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。R1〜R4が表す置換基はアルキル基、アルコキシ基、アリール基またはヘテロアリール基であることが好ましく、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基またはフェニル基であることがより好ましく、メチル基、メトキシ基またはフェニル基であることが特に好ましい。
3がアリール基またはヘテロアリール基である場合、R3はさらに置換基を有していてもよい。この場合、R3が有し得る置換基は、少なくとも1つの重合性基を有する置換基を含んでいてもよい。
一般式(1)中、aは1〜5の整数を表す。また、bは0〜5の整数を表し、1〜5の整数を表すことが好ましい。さらに、aおよびbはそれぞれ独立に1または2であることが好ましく、aおよびbがいずれも1であることがより好ましい。
また、一般式(1)中、cおよびdはそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
一般式(1)中、e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表す。すなわち、e、fおよびhは、それぞれ独立に0以上の整数を表し、e、fおよびhの上限値は、それぞれAr1〜Ar3が有することができる置換基の数からa、bおよびdを各々減じた値である。好ましくは、eは0〜2の整数であり、fは0〜2の整数であり、hは0〜2の整数である。
また、gは0〜4の整数を表す。中でも、0〜2であることが好ましく、0であることがより好ましい。
なお、一般式(1)において、cおよびdが0である芳香環含有化合物は、下記一般式(4)で表すことができる。
Figure 2014198819
一般式(4)において、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表す。L1およびL2はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3およびL4はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5およびR6はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7およびR8はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表す。e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表し、gは0〜4の整数を表す。
一般式(4)におけるAr1〜Ar3の好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるAr1〜Ar3の好ましい範囲と同様である。
一般式(4)におけるL1およびL2、L3およびL4の好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるL1およびL2、L3およびL4の好ましい範囲と同様である。
一般式(4)におけるR5およびR6、R7およびR8の好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるR5およびR6、R7およびR8の好ましい範囲と同様である。
一般式(4)におけるR1〜R4の好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるR1〜R4の好ましい範囲と同様である。
一般式(4)におけるa、b、e、f、gおよびhの好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるa、b、e、f、gおよびhの好ましい範囲と同様である。
一般式(4)中、Ar1〜Ar3およびR3のうち少なくとも1つは縮合環であることが好ましい。中でも、Ar1〜Ar3のうち少なくとも1つがベンゼン環を含む縮合環であることが好ましく、Ar1およびAr2の少なくとも1つがベンゼン環を含む縮合環であることがより好ましく、Ar1およびAr2がベンゼン環を含む縮合環であることがさらに好ましい。
Ar1およびAr2がベンゼン環を含む縮合環である場合、芳香環含有化合物は、下記一般式(5)で表される芳香環含有化合物であることが好ましい。
Figure 2014198819
一般式(5)において、L1およびL2はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3およびL4はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5およびR6はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7およびR8はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、gは0〜4の整数を表す。
一般式(5)におけるL1およびL2、L3およびL4の好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるL1およびL2、L3およびL4の好ましい範囲と同様である。
一般式(5)におけるR5およびR6、R7およびR8の好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるR5およびR6、R7およびR8の好ましい範囲と同様である。
一般式(5)におけるa、bおよびgの好ましい範囲は、上記一般式(1)におけるa、bおよびgの好ましい範囲と同様である。
一般式(1)、(4)および(5)に示されているように、本発明で用いられる芳香環含有化合物は、非対称構造を有する。通常、芳香環含有化合物は含有される芳香環の数が多いほど溶けにくくなり、溶液性が悪化する傾向にあるが、本発明では、芳香環含有化合物の構造を非対称構造とすることにより、溶液性を大幅に改善することに成功した。すなわち、本発明の芳香環含有化合物は、非対称構造とすることにより、優れた溶液性を発揮することができる。
以下において、一般式(1)の好ましい具体例を示すが、本発明で用いられる芳香環含有化合物はこれに限定されるものではない。
Figure 2014198819
Figure 2014198819
Figure 2014198819
Figure 2014198819
上記例示化合物のうち、例示化合物11および12は、好ましく用いられる。中でも、例示化合物12は好ましく用いられ、十分に低いアッベ数を有する硬化物を形成することができる。また、硬化物を形成する際に、硬化物にクラックが発生することをより抑制することができる。
本発明に好ましく用いられる一般式(1)で表される芳香環含有化合物の分子量は400〜1000であることが好ましく、400〜700であることがより好ましく、500〜650であることが特に好ましい。
これらの一般式(1)で表される芳香環含有化合物の入手方法については特に制限は無く、商業的に入手してもよく、合成により製造してもよい。
合成により製造する場合は、一般式(1)で表される芳香環含有化合物の製造方法としては特に制限はなく、公知の方法で合成することができる。例えば、特開2011−68624号公報に記載の方法により合成することができる。
本発明では、硬化性樹脂組成物の総量に対して一般式(1)で表される芳香環含有化合物が40〜85質量%含まれることが好ましく、50〜85質量%含まれることがより好ましく、60〜75質量%含まれることが特に好ましい。芳香環含有化合物の含有率を上記範囲内とすることにより、硬化性樹脂組成物に対する溶液性を好ましい範囲とすることができる。また、芳香環含有化合物の含有率が上記範囲内であると硬化物が得られ易い傾向となる。
(アクリレートモノマー)
本発明の硬化性樹脂組成物は、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含む。
アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーの(メタ)アクリレート部分としては、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、オキシアルキレン構造を有する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
本発明で用いるアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、アリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーであることが好ましい。(メタ)アクリレートモノマーが有するアリール基としては、炭素数6〜20のアリール基であることが好ましく、炭素数6〜12のアリール基であることがより好ましい。(メタ)アクリレートモノマーが有するアリール基としては、フェニル基、ナフチル基などを挙げることができ、その中でもフェニル基が特に好ましい。
本発明で用いるアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記一般式(2)で表されるオキシアルキレン構造を有する(メタ)アクリレートであることがより好ましい。
Figure 2014198819
ここで、一般式(2)中、Rは芳香環を有するアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、Lはアルキレン基を表し、nは0〜5の整数を表し、Mは水素原子又はメチル基を表す。
一般式(2)中、Rが表す芳香環を有するアルキル基のアルキル部分は、炭素数1〜10のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜5のアルキル基であることがより好ましい。芳香環としては特に限定されないが、ベンゼン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、及び、それらを含む縮環体(例えばナフタレン環など)が好ましく、ベンゼン環及びベンゼン環を含む縮環体(例えばナフタレン環など)がより好ましく、ベンゼン環が特に好ましい。
また、Rが表す置換もしくは無置換のアリール基及びヘテロアリール基は、炭素数2〜18であることが好ましく、炭素数4〜14であることがより好ましく、炭素数5〜10であることがさらに好ましく、炭素数5〜8であることが最も好ましい。
Rが表す置換もしくは無置換のヘテロアリール基は、環員数4〜12のヘテロアリール基であることが好ましく、環員数6〜10のヘテロアリール基であることがより好ましい。Rが表す置換基を有していてもよいヘテロアリール基を構成するヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を挙げることができる。
一般式(2)中、Lはアルキレン基を表し、アルキレン基の炭素数は各々、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることがさらに好ましい。
一般式(2)中、nは0〜5の整数を表す。nは、1〜3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。
また、一般式(2)中、Mは水素原子又はメチル基を表す。中でも、Mは、水素原子であることが好ましい。
さらに、本発明で用いるアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記一般式(2−1)で表されるものであることが好ましい。
Figure 2014198819
ここで一般式(2―1)中、R21はフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基を表し、mは0〜5の整数を表し、Lはアルキレン基を表し、nは0〜5の整数を表し、Mは水素原子又はメチル基を表す。
一般式(2−1)中、R21は、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基を表す。中でも、R21は、フェニル基またはビフェニル基であることが好ましい。
一般式(2−1)中、mは0〜5の整数を表す。mは、0〜3であることが好ましく、0〜2であることがより好ましい。
一般式(2−1)におけるLはアルキレン基を表し、Lの好ましい範囲は、上記一般式(2)におけるLの好ましい範囲と同様である。
一般式(2−1)におけるnは0〜5の整数を表し、nの好ましい範囲は、上記一般式(2)におけるnの好ましい範囲と同様である。
一般式(2−1)におけるMは水素原子又はメチル基を表し、Mの好ましい範囲は、上記一般式(2)におけるMの好ましい範囲と同様である。
本発明に用いられるアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーとしては、以下の化合物を例示することができる。例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、1−または2−ナフチル(メタ)アクリレート、エチレンオキシドクレゾール(メタ)アクリレート、エトキシ化フェニル(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、パラクミルフェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、エピクロロヒドリン変性フェノキシ(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、エチレンオキシド変性トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、O−フェニルフェノール(メタ)アクリレート、O−フェニルフェノールエチレンオキシド変性(メタ)アクリレートを例示することができる。
中でも、本発明では、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーとして、下記の化合物を用いることが好ましい。
Figure 2014198819
本発明の硬化性樹脂組成物においては、芳香環含有化合物100質量部に対して、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは1〜250質量部含まれることが好ましい。芳香環含有化合物100質量部に対して、上記の(メタ)アクリレートモノマーは、10質量部以上含まれることがより好ましく、50質量部以上含まれることさらに好ましい。また上記の(メタ)アクリレートモノマーは、220質量部以下含まれることがより好ましく、200質量部以下含まれることがさらに好ましく、150質量部以下含まれることが特に好ましく、100質量部以下含まれることがより特に好ましい。芳香環含有化合物100質量部に対する(メタ)アクリレートモノマーの含有率を上記範囲とすることにより、溶液性を高めることができ、クラックの発生率を抑制することができる。すなわち、(メタ)アクリレートモノマーの含有率を上記範囲とすることにより、より良好な硬化物を得ることができる。
<その他の添加剤>
本発明では、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、硬化性樹脂組成物が、ポリマー、その他のモノマー、分散剤、可塑剤、熱安定剤、離型剤等の添加剤を含んでいてもよい。
例えば、その他のモノマー成分として、非(メタ)アクリレートモノマーを含んでいてもよい。非(メタ)アクリレートモノマーの添加量は、硬化性樹脂組成物に含まれる全モノマー中、0〜20質量%であることが好ましく、0〜15質量%であることが好ましい。
非(メタ)アクリレートモノマーとしては特に制限はないが、例えば、以下の化合物を用いてもよい。
Figure 2014198819
本発明の硬化性樹脂組成物は、上記のような重合性基を側鎖に有する重合体を含んでいてもよい。なお、重合性基を側鎖に有する重合体は単独重合体であっても、共重合体であってもよく、共重合体である場合は少なくとも一方の共重合成分が重合性基を側鎖に有していればよい。
重合性基を側鎖に有する重合体の分子量は、1000〜10000000であることが好ましく、5000〜300000であることがより好ましく、10000〜200000であることが特に好ましい。
重合性基を側鎖に有する重合体のガラス転移温度(以下、Tgとも言う)は、50〜400℃であることが好ましく、70〜350℃であることがより好ましく、100〜300℃であることが特に好ましい。
(熱ラジカル重合開始剤/光ラジカル重合開始剤)
本発明の硬化性樹脂組成物は、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方をさらに含む。本発明では、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方を含むことにより、耐熱性が高い硬化物を成形性よく、容易に製造することができる。
<熱ラジカル重合開始剤>
本発明で用いることができる熱ラジカル重合開始剤としては、具体的には以下の化合物を挙げることができる。例えば、1,1−ジ(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、2,2−ジ(4,4−ジ−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキシル)プロパン、t−ヘキシルペルオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシラウレート、ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド、2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタン等を例示することができる。
その中でも、本発明では、熱ラジカル重合開始剤として、分子内にヒドロペルオキシド基を有するヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤を用いることが好ましく、更には、分子内にヒドロペルオキシド基を有するヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤、および分子内にヒドロペルオキシド基を有さない非ヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤を少なくとも1種ずつ用いることがより好ましい。
また、本発明では、非ヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤として日本油脂株式会社製、パーブチルO(t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート)および前記ヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤として日本油脂株式会社製、パークミル H(クメンヒドロペルオキシド)を好ましく用いることができる。
熱ラジカル重合開始剤として、分子内にヒドロペルオキシド基を有するヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤を用いることが好ましい理由は、ヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤が後述する非共役ビニリデン基含有化合物モノマーの重合中の連鎖移動を促進する効果を有するため、3次元構造のコントロール性がより向上し、半硬化物の変形性を付与することができるからである。また、ヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤は、熱ラジカル重合を開始する温度が一般に高いため、熱重合開始温度の低い非ヒドロペルオキシド系熱ラジカル重合開始剤を併用することがより好ましい。
硬化性樹脂組成物における熱ラジカル重合開始剤の添加率は、特に制限はないが、一般式(1)で表される芳香環含有化合物を含む重合体の合計に対して、0.01〜5.0質量%であることが好ましく、0.1〜4.0質量%であることがより好ましく、0.3〜3.0質量%であることが特に好ましい。
<光ラジカル重合開始剤>
本発明で用いることができる光ラジカル重合開始剤としては、特に制限はなく、公知の光ラジカル重合開始剤を用いることができる。
光ラジカル重合開始剤としては、具体的には以下の化合物を用いることができる。例えば、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルベンチルフォスフィンオキシド、ビス(2,6−ジメチルベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド、ビス(2,6−ジクロルベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド、1−フェニル2−ヒドロキシ−2メチルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、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、1,2−ジフェニルエタンジオン、メチルフェニルグリオキシレート、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、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(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド等を例示することができる。中でも、本発明では、光ラジカル重合開始剤としてBASF社製、イルガキュア184(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オンを好ましく用いることができる。
硬化性樹脂組成物における光ラジカル重合開始剤の添加率は、特に制限はないが、0.01〜5質量%であることが好ましく、0.05〜1.0質量%であることがより好ましく、0.05〜0.5質量%であることが特に好ましい。
(非共役ビニリデン基含有化合物)
本発明の硬化性樹脂組成物は、非共役ビニリデン基含有化合物をさらに含むことが好ましい。本発明において、非共役ビニリデン基含有化合物は、硬化性樹脂組成物が硬化する際の硬化速度を調整することができ、硬化物の厚みをより均一にすることができる。これにより、硬化物の耐熱性および良品率を高めることができる。
本発明で用いることができる非共役ビニリデン基含有化合は、下記一般式(3)で表されるものであることが好ましい。
Figure 2014198819
ここで、一般式(3)中、R11、R12、R15およびR16は、それぞれ独立に置換基を表し、Aは環状構造を形成するために必要な原子団を表す。
一般式(3)中、R11、R12、R15およびR16で表される置換基に特に制限はなく、例えば、水素原子、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルキル基、アルケニル基、アシル基、ヒドロキシル基、ヒドロキシアルキル基、芳香環基、複素芳香環基、脂環基とすることができる。中でもR11、R12、R15およびR16は、それぞれ独立に水素原子、酸素原子および炭素原子のみからなる置換基あるいは水素原子であることが好ましく、水素原子および炭素原子のみからなる置換基あるいは水素原子であることがより好ましい。具体的には、R11、R12、R15およびR16は、水素原子、アルキル基、アルケニル基であることが好ましく、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基であることがより好ましい。
また、R11およびR12、R15およびR16は、さらに互いに結合して環を形成していてもよく、その環はさらに置換基を有していてもよい。
11およびR12の組またはR15およびR16の組のうち、いずれか一方の組のみにおいて2つの置換基の少なくとも一方が水素原子であることが好ましく、いずれか一方の組のみにおいて2つの置換基の両方が水素原子であることがより好ましい。
11およびR12はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜5の炭化水素基を表し、かつ、該炭素数1〜5の炭化水素基が環を形成していないことが好ましい。R11およびR12のうち、一方のみが水素原子または炭素数1〜5の炭化水素基を表し、かつ、該炭素数1〜5の炭化水素基が環を形成していないことが好ましい。
一般式(3)中、Aは環状構造を形成するために必要な原子団を表し、その環状構造としては、特に制限はなく、公知の環状構造とすることができる。環状構造としては、例えば、脂環(非芳香性の炭化水素環)、芳香環、複素環、−CO−を含むラクトン環などを挙げることができる。
その中でも、Aは、一般式(3)のAに連結する炭素原子および非共役ビニリデン基を構成する炭素原子を含めて炭素数4〜10の脂環を形成するために必要な原子団であることが好ましく、一般式(3)のAに連結する炭素原子および非共役ビニリデン基を構成する炭素原子を含めて炭素数5〜9の脂環を形成するために必要な原子団であることが特に好ましい。
一般式(3)のAが脂環を形成する場合、この脂環はさらなる置換基を有していてもよい。脂環が有する置換基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基またはイソプロピル基が好ましい。
Aは、不飽和の脂環であっても、飽和の脂環であってもよいが、一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物全体として、少なくとも1つの不飽和結合を有することが好ましい。また、AはR11、R12、R15およびR16が表す置換基とさらに縮合環を形成していてもよい。
本発明で用いることができる非共役ビニリデン基含有化合は、一般式(3)において、R11、R12、R15およびR16は、それぞれ独立に水素原子および炭素原子のみからなる置換基を表し、Aは脂環(非芳香性の炭化水素)構造であるものが特に好ましい。
本発明で用いることができる非共役ビニリデン基含有化合はビニリデン基(非共役ビニリデン基)以外にさらに別のアルケニル基を有することが好ましい。一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の有する非共役ビニリデン基以外のビニリデン基の位置としては特に制限はない。その中でも一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物は、非共役ビニリデン基以外のビニリデン基が、R11、R12、R15およびR16が形成する環に位置することが好ましい。すなわち、R11、R12、R15およびR16が形成する環は、少なくとも1つの不飽和炭化水素環を含むことが特に好ましく、少なくとも1つの二重結合を1つのみ有する不飽和炭化水素環を含むことがより特に好ましい。
以下において、本発明に好ましく用いられる一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の具体例を列挙するが、以下の化合物に限定されるものではない。
Figure 2014198819
本発明では、一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の分子量は、100〜400であることが好ましく、120〜350であることがより好ましく、130〜300であることが特に好ましい。
これらの一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の入手方法については特に制限は無く、商業的に入手してもよく、合成により製造してもよい。
商業的に入手する場合は、例えば、化合物(B−1)のβ−カリオフィレン(東京化成工業社製)などを好ましく用いることができる。
合成により製造する場合は、一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の製造方法としては特に制限はなく、公知の方法で合成することができる。例えば、一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の中でも本発明に好ましく用いることができるβ−カリオフィレンを合成する場合は、J.Am.Chem.Soc.85,362(1964)、Tetrahedron Lett.,24,1885(1983)に記載の方法などで、合成することができる。
一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物の含有率は、硬化性樹脂組成物の総量に対して0.5〜30質量%含有することが好ましく、1〜25質量%含有することがより好ましく、2〜20質量%含有することが特に好ましい。
本発明の硬化性樹脂組成物においては、一般式(1)で表される芳香環含有化合物に対して、一般式(3)で表される非共役ビニリデン基含有化合物を2〜50質量%含むことが好ましく、2〜35質量%含むことがより好ましく、2〜20質量%含むことが特に好ましい。
(硬化物の製造方法)
本発明の硬化性樹脂組成物は、硬化することにより、硬化物とすることができる。硬化物の製造方法は、本発明の硬化性樹脂組成物を硬化する工程を含む。硬化性樹脂組成物を硬化する工程としては、光照射や加熱を挙げることができる。
また、本発明の硬化性樹脂組成物は、半硬化物を経て硬化物とすることもできる。例えば、半硬化物を成形型に注入し、光照射や加熱をすることにより、硬化物を成形することにより製造効率を高めることができる。
ここで、「半硬化物」とは、硬化性樹脂組成物を重合したものであり、完全に固体となっておらず、ある程度流動性を有する状態の物を意味する。例えば、25℃、周波数10Hzにおける複素粘度が105〜108mPa・sの状態の硬化性樹脂組成物の光および/または加熱重合体は、半硬化物である。特に、25℃、周波数10Hzにおける複素粘度の上限値として1.0×109mPa・sの物までを半硬化物と考えることが好ましい。一方、「硬化物」とは、硬化性樹脂組成物を重合したものであり、完全に固体となっている状態の物を意味する。
本発明の硬化性樹脂組成物を半硬化する工程としては、硬化物を硬化する工程と同様に光照射や加熱を挙げることができる。
以下、半硬化物の製造方法、および硬化物の製造方法について、好ましい態様を参照しつつ、具体的に説明する。なお、硬化物の製造方法は、半硬化物の製造方法を含むため、両者に共通する製造方法の好ましい態様については後述する半硬化物の製造方法欄に記載する。
<半硬化工程>
半硬化物の製造方法は、本発明の硬化性樹脂組成物に対して光照射および加熱のうち少なくとも一方を行って、25℃、周波数10Hzにおける複素粘度が105〜108mPa・sの半硬化物を形成することが好ましい。中でも、半硬化物の製造方法は、本発明の硬化性樹脂組成物に対して光照射する工程を含むことが好ましい。硬化性樹脂組成物に対して光照射する工程を含む場合は、光ラジカル重合開始剤を含むことが好ましい。
半硬化物の製造方法は、硬化性樹脂組成物に対して、光照射および/または加熱して、25℃、周波数10Hzにおける複素粘度が105〜108mPa・sの半硬化物を得る工程を含むことが好ましい。
半硬化物の製造方法では、硬化性樹脂組成物を光照射および/または加熱前から後述する硬化物の製造方法で熱重合するときに用いる成形型に直接設置してもよく、硬化性樹脂組成物を光照射および/または加熱時は成形型とは別の型に入れて半硬化物を製造した後で後述の硬化物の製造方法において得られた光照射後の半硬化物を成形型に移動させてもよい。
ここで、成形型は、一般に2つの成形型を組み合わせて内容物に加圧しながら加熱することができるようになっており、成形型に低粘度の組成物を注入すると、成形型クリアランスへの漏れの原因となる。半硬化物の製造方法で用いる硬化性樹脂組成物は一般に成形型に直接注入するには粘度が低い。そのため、半硬化物の製造方法の一つの好ましい態様では、上述のように重合性基を側鎖に有する重合体をさらに添加して硬化性樹脂組成物の粘度を調整して、一つの成形型内で光照射および/または加熱による半硬化と後述する熱重合を行って、硬化物を得ることも製造性の観点からは好ましい。
一方、半硬化物の製造方法の別の一つの好ましい態様では、硬化性樹脂組成物を光照射および/または加熱時は成形型とは別の型に入れて半硬化物を製造した後で後述の硬化物の製造方法において得られた光照射および/または加熱後の半硬化物を成形型に移動させることが、材料コストを低下させる観点からは好ましい。
ここで、成形型とは別の型を用いる場合、いわゆるプリフォーム用の型を用いることが好ましい。プリフォーム用の型は、金属製であってもよいし、ガラス製、樹脂製であってもよい。量産過程で繰り返し使用することを考慮すれば、プリフォーム用の型は、金属製またはガラス製であることが好ましい。また、半硬化物をレンズとして用いる場合は、プリフォーム用の型の少なくとも一方の面には、成形型と同じ/または近い形状を有していることが好ましく、両面に成形型形状に同じ/または近い形状を有していることがより好ましい。
[光照射の条件]
半硬化物の製造方法における光照射の好ましい条件について、以下説明する。
光照射は、光照射後の半硬化物の25℃、周波数10Hzにおける複素粘度は、105〜108mPa・sとなるように行うことが好ましく、105〜107.5mPa・sとなるように行うことがより好ましく、105.5〜107.5mPa・sとなるように行うことが特に好ましい。
光照射に用いられる光は、紫外線、可視光線であることが好ましく、紫外線であることがより好ましい。例えばメタルハライドランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、殺菌ランプ、キセノンランプ、LED光源ランプなどが好適に使用される。
光照射時の雰囲気は、空気中または不活性ガス置換あることが好ましく、酸素濃度1%以下になるまで窒素置換した雰囲気であることがより好ましい。
[半硬化物]
半硬化物は、上述したような半硬化物の製造方法によって製造される。このような半硬化物は、後述する硬化物の製造方法に好ましく用いることができる。
ここで、半硬化物の複素粘度の好ましい範囲は、上述の半硬化物の製造方法における半硬化物の複素粘度の好ましい範囲と同様である。
半硬化物は、光照射工程後において、光ラジカル重合開始剤が全て消費されていて全く含まれていなくてもよく、光ラジカル重合開始剤が残留していてもよい。
半硬化物のガラス転移温度(以下、Tgとも言う)は、−150〜0℃であることが好ましく、−50〜0℃であることがより好ましく、−20〜0℃であることが特に好ましい。
<硬化工程>
硬化物は、硬化性樹脂組成物を一気に硬化させる工程により得ることもできるが、上述した半硬化物を成形型に入れ加圧変形し、加熱して熱重合させて硬化物を得ることが好ましい。
硬化物の製造方法は、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマー、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤を含有する硬化性樹脂組成物に対して光照射および加熱のうち少なくとも一方を行って、25℃、周波数10Hzにおける複素粘度が105〜108mPa・sの半硬化物を得る工程と、半硬化物を成形型に入れ加圧変形し、加熱して熱重合させて硬化物を得る熱重合工程を含むことが好ましい。但し、硬化性樹脂組成物に対して光照射する工程を含む場合は、ラジカル重合開始剤がさらに光ラジカル重合開始剤を含むことが好ましい。
なお、半硬化物を得る工程が硬化性樹脂組成物に対して光照射する工程を含まない場合も、ラジカル重合開始剤がさらに光ラジカル重合開始剤を含んでいてもよい。
硬化物の製造方法は、硬化性樹脂組成物に対して光照射する工程を含み、ラジカル重合開始剤が光ラジカル重合開始剤であることが好ましい。
<熱重合工程>
硬化物の製造方法で用いられる成形型のことを、熱成形用成形型とも言う。熱成形用成形型は、一般に2つの成形型を組み合わせて内容物に加圧しながら加熱することができる構成となっていることが好ましい。また、硬化物の製造方法では、硬化物を得る熱重合工程において、成形型として金型を用いることがより好ましい。このような熱成形用成形型としては、例えば、特開2009−126011号公報に記載のものを用いることができる。
(成形型への導入)
硬化物の製造方法では、まず上述した半硬化物の製造方法で製造された半硬化物を成形型に入れる。以下で、半硬化物を成形型に入れるという工程について説明する。
光照射および/または加熱後の半硬化物は、上述の半硬化物の製造方法で説明したとおり、熱成形用成形型に直接設置されて光照射および/または加熱されているか、または、熱成形用成形型とは別の型に入れて光照射および/または加熱されている。光照射後の半硬化物が熱成形用成形型に直接設置されて光照射および/または加熱された場合は、特に熱成形用成形型に入れる動作自体は必要なく、説明上成形型に入れると記載してあるに過ぎない。
一方、光照射および/または加熱後の半硬化物が熱成形用成形型とは別の型に入れて光照射および/または加熱された場合は、熱成形用成形型に移動させる工程を意味する。光照射および/または加熱後の半硬化物を熱成形用成形型に移動させる方法としては、例えば、シリンジ、バキュームパッドと真空発生器を有するエアピンセットなどを用いることができる。上述したように、半硬化物は、複素粘度が特定の範囲であるため、このようにエアピンセットなどを用いて容易に熱成形用成形型に移動させることができる。
(加圧変形・加熱)
硬化物の製造方法では、成形型に入れた半硬化物を、加圧変形し、加熱して熱重合させて硬化物を得る。
ここで、加圧変形と加熱は同時に行ってもよく、加圧変形した後で加熱を行ってもよく、加熱した後で加圧変形を行ってもよいが、その中でも加圧変形と加熱を同時に行うことが好ましい。また、加圧変形と加熱を同時に行った上で、加圧が安定してからさらに高温に加熱することも好ましい。
加圧変形における圧力は、1kg/cm2〜100kg/cm2であることが好ましく、3kg/cm2〜50kg/cm2であることがより好ましく、3kg/cm2〜30kg/cm2であることが特に好ましい。
加熱温度は、加圧変形と同時に行う加熱は80〜300℃であることが好ましく、120〜300℃であることがより好ましく、150〜280℃であることが特に好ましい。
一方、加圧が安定してからさらに高温に加熱する場合も、80〜300℃であることが好ましく、120〜300℃であることがより好ましく、150〜280℃であることが特に好ましい。
熱重合の時間は、30〜1000秒であることが好ましく、30〜500秒であることがより好ましく、60〜300秒であることが特に好ましい。
熱重合時の雰囲気は、空気中または不活性ガス置換あることが好ましく、酸素濃度1%以下になるまで窒素置換した雰囲気であることがより好ましい。
[硬化物]
硬化物は、上述したような硬化物の製造方法によって製造される。以下、硬化物の好ましい特性について説明する。
(屈折率)
硬化物は、光学部品用途の中でもレンズなどに用いる観点から、屈折率が高いことが好ましい。硬化物は、波長589nmにおける屈折率nDが1.45以上であることが好ましく、1.59以上であることがより好ましく、1.60以上であることがより特に好ましい。
(アッベ数)
硬化物は、光学部品用途の中でもレンズなどに用いるときに色収差を低減する観点から、アッベ数が低いことが好ましい。硬化物は、波長589nmにおけるアッベ数が25以下であることが好ましく、24以下であることがより好ましく、23.5以下であることが特に好ましく、23以下であることがより特に好ましい。
本明細書中、アッベ数νDは、波長589nm、486nm、656nmにおけるそれぞれの屈折率nD、nF、nCを測定することで、下記式(A)により算出される。
Figure 2014198819
(サイズ)
硬化物は、最大厚みが0.1〜10mmであることが好ましい。最大厚みは、より好ましくは0.1〜5mmであり、特に好ましくは0.15〜3mmである。硬化物は、最大直径が1〜1000mmであることが好ましい。最大直径は、より好ましくは2〜50mmであり、特に好ましくは2.5〜10mmである。このようなサイズの硬化物は、高屈折率の光学部品用途として特に有用である。
通常、このような厚い成形体は、溶液キャスト法で製造しようした場合、成形が容易ではない。しかしながら、本発明では、特定の構造を有する芳香環含有化合物と、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方を含む硬化性樹脂組成物から硬化物を形成することにより、クラックの発生を抑制することに成功し、このような厚い成形体を形成することを可能とした。
[光学部品]
硬化物は、高屈折性、光線透過性、軽量性を併せ持ち、光学特性に優れた成形体であることが好ましい。本発明の光学部品は、上述したような硬化物を用いたことを特徴とする。本発明の光学部品の種類は、特に制限されない。特に、硬化性樹脂組成物の優れた光学特性を利用した光学部品、特に光を透過する光学部品(いわゆるパッシブ光学部品)として好適に利用することができる。このような光学部品を備えた光学機能装置としては、例えば、各種ディスプレイ装置(液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等)、各種プロジェクタ装置(OHP、液晶プロジェクタ等)、光ファイバー通信装置(光導波路、光増幅器等)、カメラやビデオ等の撮影装置等を挙げることができる。
また、光学機能装置に用いられるパッシブ光学部品としては、例えば、レンズ、プリズム、プリズムシート、パネル(板状成形体)、フィルム、光導波路(フィルム状やファイバー状等)、光ディスク、LEDの封止剤等が例示される。パッシブ光学部品には、必要に応じて任意の被覆層、例えば摩擦や摩耗による塗布面の機械的損傷を防止する保護層、無機粒子や基材等の劣化原因となる望ましくない波長の光線を吸収する光線吸収層、水分や酸素ガス等の反応性低分子の透過を抑制あるいは防止する透過遮蔽層、防眩層、反射防止層、低屈折率層等や、任意の付加機能層を設けて多層構造としてもよい。このような任意の被覆層の具体例としては、無機酸化物コーティング層からなる透明導電膜やガスバリア膜、有機物コーティング層からなるガスバリア膜やハードコート等が挙げられ、そのコーティング法としては真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法、ディップコート法、スピンコート法等公知のコーティング法を用いることができる。
<応用例>
本発明の硬化性樹脂組成物を用いて製造されたレンズ基材は低アッベ数を有し、好ましくは、高屈折性であるため、光学特性に優れている。また、硬化物の製造工程において、クラックが発生することが抑制されているため、耐久性に優れ、高品質化が実現されている。このため、本発明の硬化性樹脂組成物を用いて製造された光学部品は、特にレンズ基材として好ましく用いられる。
なお、本明細書中において「レンズ基材」とは、レンズ機能を発揮することができる単一部材を意味する。レンズ基材の表面や周囲には、レンズの使用環境や用途に応じて膜や部材を設けることができる。例えば、レンズ基材の表面には、保護膜、反射防止膜、ハードコート膜等を形成することができる。また、レンズ基材の周囲を基材保持枠などに嵌入して固定することもできる。ただし、これらの膜や枠などは、レンズ基材に付加される部材であり、本明細書中でいうレンズ基材そのものとは区別される。
レンズ基材をレンズとして利用するに際しては、レンズ基材そのものを単独でレンズとして用いてもよいし、上述したように膜や枠などを付加してレンズとして用いてもよい。なお、レンズ基材を用いたレンズの種類や形状は、特に制限されない。
レンズ基材はアッベ数が低いため色収差補正レンズに好ましく用いることができ、色収差補正レンズとしては例えば、携帯やデジタルカメラ等の撮像用レンズやテレビ、ビデオカメラ等の撮映レンズ、さらには車載、内視鏡レンズに使用されることが好ましい。
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1〜12および比較例1〜3)
実施例および比較例で用いた芳香環含有化合物は下記のものである。
Figure 2014198819
[芳香環含有化合物の合成]
上記化合物A〜CおよびX−1は特開2010−202778号公報の実施例1−1に記載の方法と同様に調製した。また、X-2、X−3は、上記X−1の方法と同様に合成した。
なお、比較例で用いた芳香環含有化合物(他の多官能(メタ)アクリレートモノマー)は下記のものである。化合物(1)は、特開2012−082386号公報の実施例1の[化22]の(19)の化合物である。
Figure 2014198819
実施例で用いたアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは下記のものである。
PhOEA: 東京化成工業社製、アクリル酸2−フェノキシエチル
BnA : アルドリッチ社製、アクリル酸ベンジル
TO−2344: 東亜合成社製
M−106: 東亜合成社製
Figure 2014198819
なお、比較例で用いた(メタ)アクリレートモノマーは下記のものである。
EtODEA: 共栄社化学株式会社製、ライトアクリレートEC−A
Figure 2014198819
実施例および比較例で用いた非共役ビニリデン基含有化合物は下記のものである。
B−1:東京化成工業社製、β−カリオフィレン
B−3:アルドリッチ社製、(+)−ロンギホレン
B−4:アルドリッチ社製、Sativen
B−5:アルドリッチ社製、(+)−Aromadendrene
Figure 2014198819
実施例および比較例で用いた光ラジカル重合開始剤及び熱ラジカル重合開始剤は以下のものである。
光ラジカル重合開始剤として、F−1:BASF社製、イルガキュア184(1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン)を用いた。また、熱ラジカル重合開始剤としてF−2(1質量%):日本油脂株式会社製、パーブチルO(t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート)および、F−3(0.7質量%):日本油脂株式会社製、パークミル H(クメンヒドロペルオキシド)を用いた。
[硬化性樹脂組成物の調製]
下記表1に記載の組成となるように、上記の各成分を添加し、撹拌して均一にし、硬化性樹脂組成物を調製した。
(評価)
<屈折率・アッベ数>
直径10mm、厚み1mmの透明ガラス型に注入した硬化性樹脂組成物を、ホットプレートを用いて130℃、5分間後、200℃、5分間加熱し、熱硬化物を得た。得られた熱硬化物の589nmにおける屈折率、およびアッベ数を、アッベ計(株式会社アタゴ社製)を用いて測定し、得られた硬化物の屈折率、アッベ数とした。
<溶液性>
芳香環含有化合物とアクリル酸2−フェノキシエチルを室温にて30分撹拌し、モノマーが溶媒と均一に混ざるか、以下の基準で評価した。
A:芳香環含有化合物の70質量%以上が溶解した。
B:芳香環含有化合物の60質量%以上70質量%未満が溶解した。
C:芳香環含有化合物の40質量%以上60質量%未満が溶解した。
D:芳香環含有化合物の溶解量が40質量%未満であった。
得られた結果を下記表1に記載した。
<クラック発生評価>
直径30mmの金属成形型に注入した硬化性樹脂組成物250mgに、表面を覆うように透明なガラスレンズ(ガラス硝材BK−7)をかぶせて充填した状態とした後、Execure3000(HOYA(株)社製)を用いて15mW/cm2の紫外線を20秒照射し、半硬化物を得た。ついで、金型成形型およびガラスレンズによってはさまれて状態を維持したまま、200℃まで昇温し、室温まで冷却することで複合レンズを得た。得られた複合レンズを85℃に加熱し、100時間経時させた複合レンズにクラックが入っているものを不良品として、発生していないものを良品とした。10個の複合レンズを評価し、そのうち良品の割合を良品率とし、以下の基準で評価した。
A:良品率が80%以上
B:良品率が50%以上80%未満
C:良品率が30%以上50%未満
D:良品率が30%未満
Figure 2014198819
表1から、実施例1〜12の硬化性樹脂組成物の溶液性は良好であることがわかる。また、実施例1〜12の硬化性樹脂組成物から形成された硬化物は、低アッベ数であり、高い屈折率が得られていることがわかった。すなわち、実施例1〜12の硬化性樹脂組成物から形成された硬化物は、低アッベ数と高屈折率の両方が達成されていることがわかる。さらに、実施例1〜12の硬化性樹脂組成物から硬化物を形成した場合、クラックの発生率が抑制されていた。
特に、非共役ビニリデン基含有化合物を含み、かつ、芳香環含有化合物100質量部に対して、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを1〜250質量部含む実施例5、7〜12では、溶液性が良好であり、クラック発生率も低く抑えられていることがわかる。
一方、比較例1〜3の硬化性樹脂組成物では、一般式(1)で表される芳香環含有化合物とアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含まないため、溶液性が悪い。また、比較例1〜3の硬化性樹脂組成物から形成された硬化物は、クラックが発生したものが多く、アッベ数も大きくなっていることがわかる。
なお、表中、*印は、溶解性低く透明な硬化物が得られず評価が不可であったことを示している。
本発明によれば、十分に低いアッベ数を有する硬化物を形成し得る硬化性樹脂組成物を得ることができる。また、本発明によれば、硬化物を形成する際に、硬化物にクラックが発生することを抑制することができる。このため、本発明の硬化性樹脂組成物を用いることにより、光学特性に優れ、高品質の硬化物を得ることができ、光学部品等に好適に用いられる。

Claims (14)

  1. 下記一般式(1)で表される芳香環含有化合物と、アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを含み、熱ラジカル重合開始剤および光ラジカル重合開始剤の少なくとも一方をさらに含むことを特徴とする硬化性樹脂組成物。
    Figure 2014198819
    (一般式(1)中、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表す。L1、L2、L5およびL6はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3、L4、L7およびL8はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5、R6、R9およびR10はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7、R8、R11およびR12はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、cおよびdはそれぞれ独立に0〜4の整数を表す。e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表し、gは0〜4の整数を表す。)
  2. 前記一般式(1)における、cおよびdが0である請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記一般式(1)における、Ar1〜Ar3およびR3の少なくとも1つは縮合環である請求項1又は2に記載の硬化性樹脂組成物。
  4. 前記一般式(1)における、Ar1およびAr2の少なくとも1つは縮合環である請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 前記アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記一般式(2)で表される請求項1〜4のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 2014198819
    (一般式(2)中、Rは芳香環を含む置換基で置換されたアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表し、Lはアルキレン基を表し、nは0〜5の整数を表し、Mは水素原子又はメチル基を表す。)
  6. 前記アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記一般式(2−1)で表される請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 2014198819
    (一般式(2―1)中、R21はフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基を表し、mは0〜5の整数を表し、Lはアルキレン基を表し、nは0〜5の整数を表し、Mは水素原子又はメチル基を表す。)
  7. 前記一般式(2)で表されるアリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーは、下記M−1〜M−4のいずれかである請求項5に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 2014198819
  8. 前記芳香環含有化合物100質量部に対して、前記アリール基またはヘテロアリール基を有する(メタ)アクリレートモノマーを1〜250質量部含む請求項1〜7のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  9. 非共役ビニリデン基含有化合物をさらに含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物。
  10. 前記非共役ビニリデン基含有化合物は、下記一般式(3)で表される請求項9に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 2014198819
    (一般式(3)中、R11、R12、R15およびR16は、それぞれ独立に置換基を表し、Aは環状構造を形成するために必要な原子団を表す。)
  11. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いた光学部品。
  12. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の硬化性樹脂組成物を用いたレンズ。
  13. 下記一般式(4)で表されることを特徴とする芳香環含有化合物。
    Figure 2014198819
    (一般式(4)中、Ar1〜Ar3はそれぞれ独立にベンゼン環またはベンゼン環を含む縮合環を表し、Ar1およびAr2の少なくとも1つは縮合環である。L1およびL2はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3およびL4はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5およびR6はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7およびR8はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R1、R2およびR4はそれぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、R3がアルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基であるときは、Ar3の環構成原子と結合して環状構造を形成していてもよい。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、e、fおよびhはそれぞれ独立に0以上であって、置換可能な最大数までのいずれかの整数を表し、gは0〜4の整数を表す。)
  14. 前記一般式(4)で表される化合物が、下記一般式(5)で表される請求項13に記載の芳香環含有化合物。
    Figure 2014198819
    (一般式(5)中、L1およびL2はそれぞれ独立に酸素原子または硫黄原子を表し、L3およびL4はそれぞれ独立にエステル結合、チオエステル結合、アミド結合を表す。R5およびR6はそれぞれ独立に置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアルケニレン基、置換基を有してもよいアルキニレン基を表し、これらの基の連結鎖中に−O−又は−S−を含んでいてもよい。また、R7およびR8はそれぞれ独立に水素原子またはメチル基を表す。R3は、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。aは1〜5の整数を表し、bは0〜5の整数を表し、gは0〜4の整数を表す。)
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