JP2016079405A - フルオレン骨格を有するポリエステルポリ(メタ)アクリレート、その硬化性組成物及び硬化物、並びにその製造方法 - Google Patents
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Description
で表されるポリエステルポリ(メタ)アクリレートであって、ジオール成分(A)及びジカルボン酸成分(B)のうち少なくとも一方の成分が、フルオレン骨格を有している。
本発明のポリエステルポリ(メタ)アクリレートは、下記式(1-1)
で表され、前記ジオール成分(A)及び前記ジカルボン酸成分(B)のうち少なくとも一方の成分が、フルオレン骨格を含んでいる。すなわち、本発明のポリエステルポリ(メタ)アクリレートは、ポリエステル構造中に少なくともフルオレン骨格を有している。このようなポリエステルポリ(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物が硬化すると、剛直なフルオレン骨格を有しているにもかかわらず、柔軟性又は可撓性を有する硬化物を形成できる。理由は定かではないが、架橋点となる(メタ)アクリロイル基がポリエステルの両末端にあり、架橋点間には、フルオレン骨格又はカルド構造が存在し、架橋構造にある程度の自由度ができるためと推測される。さらに、前記(メタ)アクリレート及び硬化物は、フルオレン骨格を有しているためか、屈折率が高い。そのため、柔軟性と高屈折率とを両立できる。
ジオール成分(A)は、フルオレン骨格を有するジオール成分(A1)(以下、フルオレンジオール成分(A1)ということもある)を含んでいてもよい。
フルオレンジオール成分(A1)は、9,9−ビス(ヒドロキシアルキル)フルオレン、例えば、9,9−ビス(ヒドロキシメチル)フルオレン、9,9−ビス(2−ヒドロキシエチル)フルオレン、9,9−ビス(2−ヒドロキプロピル)フルオレン、9,9−ビス(3−ヒドロキプロピル)フルオレン、9,9−ビス(6−ヒドロキヘキシル)フルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシC1−10アルキル)フルオレン(例えば、9,9−ビス(ヒドロキシC2−6アルキル)フルオレン)などが挙げられ、代表的には、下記式(2-1)で表される化合物であってもよい。また、これらのフルオレンジオール成分(A1)は単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
他のジオール成分(A2)には、脂肪族ジオール成分(A2-1)、脂環族ジオール成分(A2-2)及び芳香族ジオール成分(A2-3)が含まれる。これらのジオール成分(A2)を用いることで、ポリエステルポリ(メタ)アクリレートの硬化物における屈折率、柔軟性及びその他の特性(例えば、複屈折などの光学的特性、機械的特性、熱的特性など)、ポリエステルポリ(メタ)アクリレート又はその硬化性組成物のハンドリング性などのバランスを調整できる。
ジカルボン酸成分(B)が、フルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(B1)(以下、フルオレンジカルボン酸成分(B1)ということがある)を含んでいてもよい。
ジカルボン酸成分(B1)は、フルオレンジカルボン酸、例えば、2,4−ジカルボキシフルオレン、2,4−ジカルボキシ−9,9−ジメチルフルオレン、カルド構造を形成できる9,9−ビス(カルボキシアリール)フルオレン、例えば、9,9−ビス(3−カルボキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−カルボキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(5−カルボキシ−1−ナフチル)フルオレン、9,9−ビス(6−カルボキシ−2−ナフチル)フルオレンなどの9,9−ビス(カルボキシC6−12アリール)フルオレンなど、及びこれらのエステル形成性誘導体が挙げられる。代表的には、下記式(3-1)で表されるジカルボン酸、下記式(3-2)で表されるジカルボン酸、及びそれらのエステル形成性誘導体であってもよい。これらのジカルボン酸成分(B1)は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
他のジカルボン酸成分(B2)には、脂肪族ジカルボン酸成分(B2-1)、脂環族ジカルボン酸成分(B2-2)及び芳香族ジカルボン酸成分(B2-3)が含まれる。ジカルボン酸成分(B)が、これらのジカルボン酸成分(B2)を含むことで、硬化物における屈折率、柔軟性及びその他の特性(例えば、複屈折などの光学的特性、ハンドリング性、機械的特性、熱的特性など)のバランスを調整できる。
前記ジオール成分(A)とジカルボン酸成分(B)との反応により、ポリエステルポリオールが生成する。代表的なポリエステルポリオールは、下記式(1-2)で表され、かつ末端にヒドロキシル基を有するポリエステルジオールである。
本発明の硬化性組成物は、前記ポリエステルポリ(メタ)アクリレート単独で構成してもよく、さらに、他の重合性化合物、例えば、(メタ)アクリレート(単官能性(メタ)アクリレート、多官能性(メタ)アクリレート)などを含んでいてもよい。
本発明の硬化性組成物は、活性エネルギー(活性エネルギー線)を付与することで容易に硬化し、硬化物を生成する。前記活性化エネルギーは、熱エネルギー及び/又は光エネルギー(紫外線、X線、電子線など)が有用である。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)(東ソー(株)製、HLC−8120GPC)を用い、試料をクロロホルムに溶解させ、温度30℃(流速0.085mL/分)の条件で、ポリスチレン換算で、平均分子量及びその分子量分布を測定した。繰り返し単位数nは、得られたGPCチャートの面積比から算出した。
示差走査熱量計(セイコーインスツル(株)製、DSC 6220)を用い、アルミパンに試料(硬化物)を入れ、50ml/分の窒素流下、10℃/分の昇温条件で、−50℃から200℃の範囲でTgを測定した。
多波長アッベ屈折計((株)アタゴ製、DR−M2<循環式恒温水槽60−C3>)を用いて、温度25℃、589nmでの屈折率を測定した。
硬化膜を角度90°の端部に当てて90°の角度に曲げ、硬化膜に亀裂が生じるか否かを観察し、以下の基準で硬化膜の屈曲性又は柔軟性を評価した。
×:硬化膜に亀裂が生じる
(1)ポリエステルジオールの調製
9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン(以下、BPEFという)(155ミリモル)と、9,9−ビス(2−カルボキシエチル)フルオレン(以下、FDPという)(103ミリモル)とを、トルエン(溶媒)(270mL)に溶解し、パラトルエンスルホン酸(触媒)(31ミリモル)を加え、窒素雰囲気下、反応温度115℃で、5時間反応させた。反応終了を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により確認した。
得られたポリエステルジオール組成物に、アクリル酸(438ミリモル)を加え、メトキノン(重合禁止剤)(48ミリモルを加え、反応温度115℃で、6時間反応させた。反応終了を高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により確認した後、反応液を中和後に水洗することで精製し、透明で粘稠なポリエステルジアクリレート48.5gを得た。
実施例1のステップ(1)でBPEFを168ミリモル使用し、実施例1のステップ(2)でアクリル酸を84ミリモル使用する以外、実施例1と同様にして、透明で粘稠なポリエステルジアクリレート49.7gを得た。
実施例1のステップ(1)でBPEFを177ミリモル使用し、実施例1のステップ(2)でアクリル酸を71ミリモル使用する以外、実施例1と同様にして、透明で粘稠なポリエステルジアクリレートを得た。
BPEF 1モルに対して、エチレンオキサイド9モルが付加した付加体(以下、BPEF−9EOという)を、特許文献3に記載の方法により調製した。
実施例1のステップ(1)でBPEFに代えてBPEF−9EOを100ミリモル、FDPに代えてアジピン酸を56ミリモル使用し、実施例1のステップ(2)でアクリル酸を123ミリモル使用する以外、実施例1と同様にして、透明で粘稠なポリエステルジアクリレートを得た。
実施例1のステップ(1)でBPEFを100ミリモル用い、FDPに代えてアジピン酸55ミリモルを使用し、実施例1のステップ(2)でアクリル酸を123ミリモル使用する以外、実施例1と同様にして、透明で粘稠なポリエステルジアクリレートを得た。
(BNEFの合成)
1Lのセパラブルフラスコに、9−フルオレノン45g(0.25モル、大阪ガスケミカル(株)製)、エチレングリコールモノ(2−ナフチル)エーテル188g(1モル)、3−メルカプトプロピオン酸1gを投入し、60℃まで加温して完全に溶解させた。生成した混合物に、硫酸54gを徐々に投入して、60℃を維持しつつ5時間攪拌したところ、HPLC(高速液体クロマトグラフィー)にて9−フルオレノンの転化率が99%以上であることを確認した。得られた反応液に48%水酸化ナトリウム水を投入して中和した後、キシレン400gを添加して蒸留水にて数回洗浄し、冷却し結晶を析出させた。さらに、ろ過して乾燥したところ、目的とする9,9−ビス[6−(2−ヒドロキシエトキシ)−2−ナフチル]フルオレン(BNEF)87g(収率67%)を結晶として得た。得られた結晶のHPLC純度を測定したところ、純度が98.3%であった。得られた結晶は、1H−NMR及びマススペクトルにより、9,9−ビス[6−(2−ヒドロキシエトキシ)−2−ナフチル]フルオレン(BNEF)であることを確認した。
実施例1のステップ(1)でBPEFを 155ミリモルに代えてBNEF 100ミリモルを用い、FDP 103ミリモルに代えてアジピン酸55ミリモルを使用し、実施例1のステップ(2)でアクリル酸122ミリモルを使用する以外、実施例1と同様にして、透明で粘稠なポリエステルジアクリレートを得た。
比較例として、9,9−ビス(4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル)フルオレン[屈折率(25℃、波長589nm)1.616]を用いた。
Claims (14)
- 式(2-1)において、
Z1及びZ2がC6−14芳香族炭化水素環であり、
R2a及びR2bが直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基であり、
m1及びm2が0〜10の整数であり、
R3a及びR3bがアルキル基であり、
p1及びp2が0〜4の整数
である請求項2記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。 - 式(2-1)において、
Z1及びZ2がベンゼン環、ナフタレン環及びビフェニル環から選択された芳香族炭化水素環であり、
R2a及びR2bが直鎖状又は分岐鎖状C2−6アルキレン基であり、
m1及びm2が0〜5の整数であり、
R3a及びR3bがメチル基であり、
p1及びp2が0〜2の整数
である請求項2又は3記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。 - ジオール成分(A)が、さらに、脂肪族ジオール成分(A2-1)、脂環族ジオール成分(A2-2)及び芳香族ジオール成分(A2-3)から選択された少なくとも1つのジオール成分(A2)を含む請求項1〜4のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。
- ジカルボン酸成分(B)が、脂肪族ジカルボン酸成分(B2-1)、脂環族ジカルボン酸成分(B2-2)及び芳香族ジカルボン酸成分(B2-3)から選択された少なくとも一種のジカルボン酸成分を含み、前記芳香族ジカルボン酸成分(B2-3)がフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(B1)を含み、
前記ジカルボン酸成分(B1)が、下記式(3-1)で表されるジカルボン酸、下記式(3-2)で表されるジカルボン酸及びそれらのエステル形成性誘導体から選択された少なくとも一種を含む請求項1〜5のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。
- ジカルボン酸成分(B)が、前記式(3-1)において、X1aが直鎖状又は分岐鎖状C1−6アルキレン基であるジカルボン酸、C2−12アルカン−ジカルボン酸、C5−10シクロアルカン−ジカルボン酸、C6−24アレーン−ジカルボン酸及びそれらのエステル形成性誘導体から選択された少なくとも一種ジカルボン酸成分を含む請求項1〜6のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。
- フルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(B1)又は他のジカルボン酸成分(B2)の使用量が、全ジカルボン酸成分(B)に対して、50〜100モル%である請求項1〜7のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。
- 前記式(1-1)において、繰り返し単位数nが1〜10である請求項1〜8のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。
- フルオレン骨格を有するジオール成分(A1)及びフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(B1)の残基の総量が、ジオール成分(A)及びジカルボン酸成分(B)の残基の合計量に対して50モル%以上である請求項1〜9のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレート。
- ジオール成分(A)と、ジカルボン酸成分(B)とを反応させて末端にヒドロキシル基を有するポリエステルを生成させ、生成したポリエステルと、(メタ)アクリル酸又はそのエステル形成性誘導体とを反応させ、請求項1〜10のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレートを製造する方法。
- 請求項1〜10のいずれかに記載のポリエステルポリ(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物。
- 請求項13記載の硬化性組成物が硬化した硬化物。
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