JP2015218220A - ポリカーボネート樹脂および光学フィルム - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、以下の通りである。
2.繰り返し単位(A)を誘導するジヒドロキシフルオレンが、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレンおよび9,9−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である上記1記載のポリカーボネート樹脂。
3.繰り返し単位(A)を誘導するジヒドロキシフルオレンのゲスト化合物がアセトニトリル、アセトンおよび炭素数1〜4の炭化水素アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である上記1記載のポリカーボネート樹脂。
4.上記1記載のポリカーボネート樹脂から形成される光学レンズ。
5.上記1記載のポリカーボネート樹脂から形成される未延伸フィルム。
6.上記5記載の未延伸フィルムを延伸してなり、下記式(1)を満たす光学フィルム。
R(450)<R(550)<R(650) (1)
[但し、R(450)、R(550)およびR(650)は夫々、波長450nm、550nm、650nmにおけるフィルム面内の位相差値を示す。]
7.上記6記載の光学フィルムと偏光層からなる円偏光フィルム。
8.上記6記載の光学フィルムを具備した液晶表示装置。
9.上記7記載の円偏光フィルムを反射防止フィルムとして用いた表示素子。
10.下記式(A)で表される繰り返し単位(A)を含むポリカーボネート樹脂の製造方法であって、繰り返し単位(A)を誘導するジヒドロキシフルオレンをホスト化合物としたホストゲスト錯体を含むジヒドロキシ成分と炭酸ジエステルとを重合触媒の存在下溶融重合することを特徴とする20℃の塩化メチレン溶液で測定された比粘度が0.20〜1.50であるポリカーボネート樹脂の製造方法。
さらに、本発明のポリカーボネート樹脂を用いることで、光弾性定数が低く、熱安定性に優れ、しかも位相差フィルムや偏光板の保護フィルム等の光学用途に適した波長分散性を示す光学フィルムを提供することが可能となった。そのため、その奏する工業的効果は格別である。
<ポリカーボネート樹脂>
本発明のポリカーボネート樹脂は、繰り返し単位(A)を含む。繰り返し単位(A)は全繰り返し単位中10モル%以上が好ましく、20モル%以上がより好ましく、30モル%以上がさらに好ましい。
本発明で用いられる繰り返し単位(A)は、上記式(A)で表される繰返し単位であって、このR1、R2は水素、炭素数1〜10のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、またはハロゲン基(フッ素原子、塩素原子、臭素原子など)が好ましい。さらに好ましくは、水素、炭素数1〜6のアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、またはハロゲン基(フッ素原子、塩素原子、臭素原子など)である。
本発明で使用されるポリカーボネート樹脂の好ましい一態様として、上記繰り返し単位(A)と繰り返し単位(B)を含み、単位(A)と単位(B)との合計は全繰り返し単位中70モル%以上が好ましく、80モル%以上がより好ましく、90モル%以上がさらに好ましく、95モル%以上が特に好ましい。
前記脂肪族ジオール化合物としては、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1.9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、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、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−ヘキサングリコール、1,2−オクチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,3−ジイソブチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジイソアミル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル−1,3−プロパンジオールなどが挙げられる。
これらの脂肪族ジオール化合物、脂環族ジオール化合物、芳香族ジヒドロキシ化合物は1種もしくは2種類以上併用して用いてもよい。
本発明で使用されるポリカーボネート樹脂は、単位(A)を含み、さらに単位(B)を含むことが好ましい。それら単位(A)と単位(B)とのモル比(A/B)は好ましくは10/90〜90/10である。モル比(A/B)が10/90〜90/10の範囲では、光弾性定数が低く、流動性が良好で、熱安定性に優れるポリカーボネート樹脂が得られ、且つ所望の波長分散特性を有する光学フィルムが得られる。単位(A)と単位(B)とのモル比(A/B)は、好ましくは20/80〜80/20、より好ましくは25/75〜70/30、特に好ましくは30/70〜60/40である。各繰り返し単位のモル比は、日本電子社製JNM−AL400のプロトンNMRにて測定し算出する。
本発明のポリカーボネート樹脂は、通常のポリカーボネート樹脂を製造するそれ自体公知の反応手段、例えばジオール成分にホスゲンや炭酸ジエステルなどのカーボネート前駆物質を反応させる方法により製造される。次にこれらの製造方法について基本的な手段を簡単に説明する。
かかる単官能フェノール類としては、芳香族ポリカーボネート樹脂の末端停止剤として使用されるものであればよい。
A工程は、最終真空度が50kPa以下2kPa以上の範囲で、最終樹脂温度が160℃以上250℃以下の範囲であり、仕込んだ全ジオールのモル数を基準として、残存モノマーのモル数が1mol%以上30mol%以下となるまでエステル交換させる工程である。最終真空度は、35kPa以下1kPa以上の範囲がより好ましい。また、減圧速度は20kPa/min以下0.5kPa/min以上が好ましい。昇温速度は0.1℃/min以下5℃/min以上が好ましい。20kPa/min以下で減圧した場合や5℃/min以上で昇温した場合、低沸点物であるゲスト化合物の突沸が起こり難く、生産安定性に優れる。最終樹脂温度は、180℃〜240℃の範囲がより好ましい。160℃以上では反応が進行しやすく生産性が良好である。この工程でホストゲスト錯体を分解し、ゲスト化合物の量をホストゲスト化合物の量に対して0mol%以上20mol%以下にすることが好ましい。ゲスト化合物の量が30%以下で次工程に移ることにより重合中に突沸が起こり難く、生産安定性に優れる。
このような化合物としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の、有機酸塩、無機塩、酸化物、水酸化物、水素化物、アルコキシド、4級アンモニウムヒドロキシド等が好ましく用いられ、これらの化合物は単独もしくは組み合わせて用いることができる。
これらの重合触媒の使用量は、ジオール成分1モルに対し好ましくは1×10−9〜1×10−2当量、好ましくは1×10−8〜1×10−5当量、より好ましくは1×10−7〜1×10−3当量の範囲で選ばれる。
本発明のポリカーボネート樹脂の比粘度(ηSP)としては、0.20〜1.50の範囲である。0.20以上であると強度等が向上し、1.50以下であると成形加工特性が優れる。好ましくは、0.25〜1.20の範囲であり、特に好ましくは、0.30〜1.00の範囲である。
本発明でいう比粘度は、20℃で塩化メチレン100mlにポリカーボネート樹脂0.7gを溶解した溶液からオストワルド粘度計を用いて求めた。
比粘度(ηSP)=(t−t0)/t0
[t0は塩化メチレンの落下秒数、tは試料溶液の落下秒数]
本発明のポリカーボネート樹脂のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは130〜220℃、より好ましくは140〜200℃、特に好ましくは140〜160℃の範囲である。Tgが下限以上であると耐熱安定性が良好となり、位相差フィルムとして使用した際に、位相差値の変化が起こりづらく好ましい。またTgが上限を超えない範囲では、フィルムの延伸加工に高い温度は必要なく、従来と異なる特別な加工設備を必要としないため好ましい。Tgは、アルキル基の導入により低くなると推定される。Tgはティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株)製2910型DSCを使用し、昇温速度20℃/minにて測定する。
本発明のポリカーボネート樹脂の光弾性定数の絶対値は、好ましくは50×10−12Pa−1以下、より好ましくは45×10−12Pa−1以下、さらに好ましくは40×10−12Pa−1以下、特に好ましくは30×10−12Pa−1以下、もっとも好ましくは20×10−12Pa−1以下である。絶対値が50×10−12Pa−1を超えると、応力による複屈折が大きく、位相差フィルム等に使用する場合に光抜けが起こる場合がある。光弾性定数は未延伸フィルムを日本分光(株)製 Spectroellipsometer M−220を使用し測定する。
また、本発明のポリカーボネート樹脂には、用途や必要に応じて熱安定剤、可塑剤、光安定剤、重合金属不活性化剤、難燃剤、滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、抗菌剤、紫外線吸収剤、離型剤等の添加剤を配合することができる。
本発明のポリカーボネート樹脂から光学成形品を形成することができる。かかる光学成形品は、例えば射出成形法、圧縮成形法、押出成形法、溶液キャスティング法など任意の方法により成形される。本発明のポリカーボネート樹脂は、光弾性定数が低く、延伸により所望の波長分散性を実現することができるため特に光学フィルムとして有利に使用することができる。もちろん本発明のポリカーボネート樹脂は、光弾性定数が低く、しかも成形性にも優れているので、光ディスク基板、光学レンズ、液晶パネル、光カード、シート、光ファイバー、コネクター、蒸着プラスチック反射鏡、ディスプレーなどの光学部品の構造材料または機能材料用途に適した光学用成形品としても有利に使用することができる。特に光学レンズとして好適に使用される。
本発明のポリカーボネート樹脂を用いてなる光学フィルムは、具体的には、位相差フィルム、プラセル基板フィルム、偏光板保護フィルム、反射防止フィルム、輝度上昇フィルム、光ディスクの保護フィルム、拡散フィルム等の用途が挙げられる、なかでも位相差フィルム、偏光板保護フィルム、反射防止フィルムが好ましい。
光学フィルムの製造方法としては、例えば、溶液キャスト法、溶融押出法、熱プレス法、カレンダー法等公知の方法を挙げることが出来る。なかでも、溶液キャスト法、溶融押出法が好ましく、特に生産性の点から溶融押出法が特に好ましい。
また延伸後のフィルムの厚みは、好ましくは20〜200μm、より好ましくは20〜150μmの範囲である。この範囲であれば、延伸による所望する位相差値が得やすく、製膜も容易で好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂を用いてなる未延伸フィルムを延伸することで、波長400〜800nmの可視光領域において、フィルム面内の位相差が短波長になるほど小さくなるという特徴を有する。即ち、下記式(1)
R(450)<R(550)<R(650) (1)
を満たす。但し、R(450)、R(550)およびR(650)は夫々、波長450nm、550nm、650nmにおけるフィルム面内の位相差値を示す。
R=(nx−ny)×d
但し、nxはフィルム面内の主延伸方向の屈折率であり、nyはフィルム面内の主延伸方向と垂直方向の屈折率であり、dはフィルムの厚みである。ここで、主延伸方向とは一軸延伸の場合には延伸方向、二軸延伸の場合にはより配向度があがるように延伸した方向を意味しており、化学構造的には高分子主鎖の配向方向を指す。
(フィルム(I))
フィルム(I)は、下記式(2)および(3)を満たすいわゆる逆波長分散性を示すフィルムである。
0<R(450)/R(550)<1.00 (2)
1.01<R(650)/R(550)<2.00 (3)
フィルム(I)は、より好ましくは下記式(2−1)および(3−1)を満たす。
0.60<R(450)/R(550)<1 (2−1)
1.01<R(650)/R(550)<1.40 (3−1)
さらに好ましくは下記式(2−2)および(3−2)を満たす。
0.65<R(450)/R(550)<0.92 (2−2)
1.01<R(650)/R(550)<1.30 (3−2)
特に好ましくは下記式(2−3)および(3−3)を満たす。
0.70<R(450)/R(550)<0.91 (2−3)
1.03<R(650)/R(550)<1.20 (3−3)
フィルム(I)は、逆波長分散性を示すので、積層することなく1枚で液晶表示装置や有機EL表示装置等の位相差フィルムに好適に用いられる。かかる用途では、λ/4板の場合は100nm<R(550)<180nm、λ/2板の場合は220nm<R(550)<330nmであることが望ましい。
日本電子社製JNM−AL400のプロトンNMRにて測定し、ポリマー組成比(モル比)を算出した。
20℃で塩化メチレン100mlにポリカーボネート樹脂0.7gを溶解した溶液からオストワルド粘度計を用いて求めた。
比粘度(ηSP)=(t−t0)/t0
[t0は塩化メチレンの落下秒数、tは試料溶液の落下秒数]
ポリカーボネート樹脂8mgを用いてティー・エイ・インスツルメント(株)製の熱分析システム DSC−2910を使用して、JIS K7121に準拠して窒素雰囲気下(窒素流量:40ml/min)、昇温速度:20℃/minの条件下で測定した。
日本電色(株)製モデルZ−1001DPを用いて、ペレットのb値を測定した。
未延伸フィルムを製膜方向に50mm、それと直交する幅方向に10mmサイズに切り出し、そのサンプルを用いて光弾性定数を測定した。日本分光(株)製 Spectroellipsometer M−220を使用して測定した。
延伸した光学フィルムを日本分光(株)製 Spectroellipsometer M−220を使用して測定した。
厚さ50μmのフィルム状物をカラー3Dレーザ顕微鏡を用いて、500mm×1000mmに存在する長軸の直径が300μm以上の干渉縞を有するゲル数をフィルム1m2中に換算して求めた。ゲル数は15個/m2以下が好ましく、10個/m2以下がより好ましく、6個/m2以下が特に好ましい。
ポリマー重合時に実験者に皮膚かぶれが発生した場合は×、発生しなかった場合は○とした。
還流冷却器、滴下漏斗および温度計を備えた反応釜に、フルオレノン360部、フェノール1318部およびβメルカプトプロピオン酸4部を仕込み、55℃で加熱撹拌して溶融した。反応温度を55℃に保ちながら、35%塩酸270部を、2時間かけて滴下し、さらに55℃で6時間撹拌し、縮合反応を行った。反応液に水270部を加えた後、フェノールの一部とともに塩酸水を減圧留去した。蒸留残分に、アセトニトリル1000部を加え、撹拌しながら室温まで冷却して、ビスフェノールフルオレン・アセトニトリルホストゲスト錯体結晶を析出させた。得られた結晶を吸引ろ過し、アセトニトリルで十分に洗浄した後、室温で減圧乾燥して、ジヒドロキシフルオレン・アセトニトリルホストゲスト錯体結晶516部を得た。この結晶をガスクロマトグラフで分析したところ、アセトニトリルの含有量は10.5重量%であり、ビスフェノールフルオレン((9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン)、以下BPFLと略す)1分子に対し、アセトニトリル1分子を含む錯体であった。
参考例1においてアセトニトリルの代わりにメタノール1000部を加えた以外は実施例1と同様の操作を行い、BPFL・メタノールホストゲスト錯体結晶469重量部を得た。この結晶をガスクロマトグラフで分析したところ、メタノールの含有量は4.4重量%であり、BPFL2分子に対し、メタノール1分子を含む錯体であった。
参考例1においてフェノールの代わりにクレゾール1512部、アセトニトリルの代わりにアセトン1000部を加えた以外は実施例1と同様の操作を行い、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン(以下“BCF”と略す)・メタノールホストゲスト錯体結晶469重量部を得た。この結晶をガスクロマトグラフで分析したところ、アセトンの含有量は24.4重量%であり、BCF1分子に対し、アセトン2分子を含む錯体であった。
<ポリカーボネート樹脂の製造>
参考例1で得られたBPFL456部、市販の3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(以下SPGと略す)、ジフェニルカーボネート750部、および触媒として水酸化ナトリウム1.6×10−4部を窒素雰囲気下180℃に加熱し溶融させた。その後、4kPa/minの減圧速度で減圧度を20kPaに調整した。その後、30℃/hrの速度で240℃まで昇温を行い、4kPa/minの減圧速度で8kPaに調整した。その際のホストゲスト錯体はNMRで分析した結果、1mol%以下であった。その後、30℃/hrの速度で270℃まで昇温し、1時間かけて減圧度を1133Pa以下とした。合計4.5時間撹拌下で反応を行い、反応槽の底より窒素加圧下吐出し、水槽で冷却しながら、ペレタイザーでカットしてペレットを得た。該ペレットの比粘度、ガラス転移温度、熱分解温度を測定し、表1に記載した。
次に、(株)テクノベル製15mmφ二軸押出機に幅150mm、リップ幅500μmのTダイとフィルム引取り装置を取り付け、得られたポリカーボネート樹脂を280℃でフィルム成形することにより透明な押出未延伸フィルムを得た。得られた未延伸フィルムの光弾性係数、ゲル数を評価した。さらにTg+10℃にて2.0倍で一軸延伸し、波長分散性を測定した。結果を表1に示す。
参考例2で得られたBPFL427部を用いた他は、実施例1と全く同様の操作を実施し、評価した。結果を表1に記載した。
参考例3で得られたBCF544部を用いた他は、実施例1と全く同様の操作を実施し、評価した。結果を表1に記載した。
参考例1で得られたBPFL402部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(以下CHDMと略す)346部を用いた他は、実施例1と全く同様の操作を実施し、評価した。結果を表1に記載した。
参考例1で得られたBPFL711部、ビスフェノールA(以下BPAと略す)367部を用いた他は、実施例1と全く同様の操作を実施し、評価した。結果を表1に記載した。
市販のBCF441部を用いた他は、実施例1と全く同様の操作を実施し、評価した。結果を表1に記載した。
市販のBPFL408部を用いた他は、実施例1と全く同様の操作を実施し、評価した。結果を表1に記載した。
Claims (11)
- 下記式(A)で表される繰り返し単位(A)を含むポリカーボネート樹脂であって、繰り返し単位(A)を誘導するジヒドロキシフルオレンをホスト化合物としたホストゲスト錯体を含むジヒドロキシ成分と炭酸ジエステルとを重合触媒の存在下溶融重合して得られる、20℃の塩化メチレン溶液で測定された比粘度が0.20〜1.50であることを特徴とするポリカーボネート樹脂。
- 繰り返し単位(A)を誘導するジヒドロキシフルオレンが、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレンおよび9,9−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項1記載のポリカーボネート樹脂。
- 繰り返し単位(A)を誘導するジヒドロキシフルオレンのゲスト化合物がアセトニトリル、アセトンおよび炭素数1〜4の炭化水素アルコールからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項1記載のポリカーボネート樹脂。
- 請求項1記載のポリカーボネート樹脂から形成される光学レンズ。
- 請求項1記載のポリカーボネート樹脂から形成される未延伸フィルム。
- 請求項5記載の未延伸フィルムを延伸してなり、下記式(1)を満たす光学フィルム。
R(450)<R(550)<R(650) (1)
[但し、R(450)、R(550)およびR(650)は夫々、波長450nm、550nm、650nmにおけるフィルム面内の位相差値を示す。] - 請求項6記載の光学フィルムと偏光層からなる円偏光フィルム。
- 請求項6記載の光学フィルムを具備した液晶表示装置。
- 請求項7記載の円偏光フィルムを反射防止フィルムとして用いた表示素子。
- 重合工程の一つの工程で、その工程の最終真空度が50kPa以下2kPa以上の範囲で、最終樹脂温度が160℃以上250℃以下の範囲であり、減圧速度20kPa/min以下0.5kPa/min以上の範囲である工程を含む請求項10記載のポリカーボネート樹脂の製造方法。
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