JP2020132760A - 光硬化性組成物、硬化物、及びレンズ - Google Patents
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Abstract
Description
また、酸化ジルコニウム粒子として、分散性に優れるナノ粒子が提案されている(例えば、特許文献21、22、23参照。)。
また、光インプリントプロセスに対応するには、基材との密着性や型からの剥離性(脱型性)も必要であり、成形型からの転写精度を向上するために低硬化収縮であることも必要である。
また、レンズとは、特に断りが無い場合は、単レンズ、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイなどの総称である。
さらに、本発明において「屈折率」とは、特に断りのない限り、屈折率nDを意味するとともに、「アッベ数」とは、特に断りのない限り、アッベ数νDを意味する。
なお、p−ビス〔β−アクリロイルオキシエチルチオ〕キシリレンとm−ビス〔β−アクリロイルオキシエチルチオ〕キシリレンを単独で光硬化すると、屈折率1.60の高屈折率硬化物(ホモポリマー)を得ることができる。
なお、4,4’−ビス〔β−(メタ)アクリロイルオキシエチルチオ〕ジフェニルスルホンを単独で光硬化すると、屈折率1.64の高屈折率硬化物(ホモポリマー)を得ることができる。また、該化合物の融点は室温(25℃)付近であるが、一旦加温して溶解すると25℃で長時間液体状態を維持し、ナノ粒子を配合すると低融点化する。
ケースAの酸化ジルコニウムの含有量(体積%)=100×(50/5.7)/(50/5.7+50/1.1)=16体積%
ケースAの硬化物の屈折率=2.2×0.16+1.5×0.84=1.6
なお、かかる手法を用いたナノ粒子分散液が市販されており、例えば、表面処理した酸化ジルコニウムのナノ粒子をメチルエチルケトンに、酸化ジルコニウム含有量50〜60重量%で分散した日本触媒製「ジルコスターZP−153」等が挙げられる。かかる分散液から溶剤を留去して、表面処理された金属酸化物のナノ粒子単体を得ることも可能であるし、かかる分散液に成分Aを配合後、溶剤を留去して、本発明の光硬化性組成物を得ることもできる。
なお、本発明における成分Bの含有量(重量%)とは、表面処理された状態におけるものを指し、金属酸化物のみの含有量(重量%)とは異なるものである。
以下に、本発明の光硬化性組成物を光硬化して得られる硬化物ついて詳述する。なお、下記硬化物の物性についての測定方法は、実施例中に記載の方法を用いる。
部分分散比θgF=(nG−nF)/(nF−nC)
かかる部分分散比θgFを上限値以下とすることにより、広範囲な可視光領域全体で色収差を低減することができる。なお、かかる硬化物の部分分散比θgFを低減する手法としては、光硬化性組成物中の各成分の含有量を適宜調節する手法が挙げられる。
なお、工業製品における抗菌性や防黴性の定義は、明確では無く、また用途により要求レベルも異なると思われるが、(社)全国家庭電気製品公正取引協議会の指針に準じるものとする。即ち、本発明における抗菌性や防黴性とは、人体に直接的あるいは間接的に悪影響を及ぼす菌、黴などの微生物が、保護板の表面に付着した場合に、その発育を阻止する機能をいうこととする。
なお、光照射時間の短縮を目的に、モールドを加熱したり赤外線を照射して硬化温度を上げることも可能であるが、重合反応が暴走して光学歪が増大する傾向にあり、硬化温度(硬化時の液温)は常温が好ましい。
なお、例中「部」、「%」とあるのは、重量基準を意味する。
(1)粘度(Pa・s)
東機産業社製、粘度計「TVE−25L」を用いて、25℃、回転数0.1rpm(コーンロータ:3°×R9.4)で測定した。
光硬化性組成物の25℃における比重D1と、硬化物の25℃における比重D2から、下記式に基づき算出した。
硬化収縮率(%)=100×(1−D1/D2)
ガラス板上に、1mLの光硬化性組成物を滴下し、25℃で光量1J/cm2(照度250mW/cm2で4秒間)の紫外線を照射して、光硬化性組成物の硬化具合を観察し、下記の基準で評価した。
○・・・硬化したもの
×・・・液状もしくはゲル状で硬化不充分となったもの
長さ50mm×幅50mm×厚み1mmの試験片を用いて、島津製作所社製、島津分光光度計「UV−3150」にて、550nmにおける光線透過率(%)を測定した。
長さ40mm×幅8mm×厚み1mmの試験片を用いて、アタゴ社製の「3波長アッベ屈折計DR−M4」にて、25℃で、NaF線における屈折率nF、NaD線における屈折率nD、NaC線における屈折率nCを測定した。また、得られた屈折率nF、屈折率nD、屈折率nCから、下記式に従ってアッベ数νDを算出した。
アッベ数νD=(nD−1)/(nF−nC)
長さ30mm×幅3mm×厚み1mmの試験片を用いて、セイコー電子社製「TMA120」で、引っ張り法TMA(支点間距離20mm、加重10g、昇温速度5℃/分、窒素フロー140mL/分)にて測定した。一旦、25℃から150℃に昇温して試験片を乾燥し、窒素フローしながら25℃に冷却した後、昇温測定を行い、下式に従い50℃から100℃までの線膨張係数を算出した。
線膨張係数(ppm/℃)=試験片の伸び(mm)/20(mm/50℃)×106
長さ50mm×幅50mm×厚み1mmの試験片を用いて、23℃の水に1週間浸漬した後の重量増加から吸水率(重量%)を算出した。
長さ50mm×幅50mm×厚み1mmの試験片を用いて、JIS K 5600−5−4に準じて、表面の鉛筆硬度を測定した。
長さ25mm×幅10mm×厚み1mmの試験片を用いて、島津製作所社製「オートグラフAG−5kNE」(支点間距離20mm、0.5mm/分)にて25℃で曲げ試験を行い、下記の基準で評価した。
〇・・・10MPaの応力でも割れなかったもの
×・・・10MPaの応力で割れたもの
長さ50mm×幅50mm×厚み1mmの試験片を用いて、イソプロピルアルコールに23℃で1時間浸漬した後、表面を目視観察し、下記の基準で評価した。
○・・・変化なし
×・・・白濁や荒れ等の異常が見られる
長さ50mm×幅50mm×厚み1mmの試験片を用いて、Staphylococcus aureus(黄色ブドウ球菌)に関して、JIS Z 2801に準拠して試験を行い、以下の通り評価した。なおリファレンスには長さ50mm×幅50mm×厚み1mmの青板ガラスを用いた。
○・・・いずれの菌に関しても抗菌活性値2以上
×・・・いずれかの菌に関して抗菌活性値2未満
長さ125mm×幅13mm×厚み3mmの試験片を用いて、UL94HB燃焼性試験方法に基づき燃焼速度(mm/分)を測定し、下記の基準で評価した。
〇・・・燃焼速度が20mm/分未満のもの
△・・・燃焼速度が20mm/分以上40mm/分未満のもの
×・・・燃焼速度が40mm/分以上のもの
[ナノ粒子(B−1)の製造]
2−エチルヘキサン酸ジルコニウムミネラルスピリット溶液90.4g(2−エチル ヘキサン酸ジルコニウム含有率44質量%、第一稀元素化学工業社製)と純水15.5 gを、オートクレーブ中で190℃16時間反応させ、反応後の沈殿物を濾別して回収し、メタノールで洗浄後、減圧乾燥して、2−エチルヘキサン酸で表面修飾された酸化ジルコニウムのナノ粒子を得た。
次いで、得られた酸化ジルコニウムのナノ粒子10g、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM−5103」)1.5g、トルエン90gを、フラスコ中で90℃1時間反応させ、反応液にn−ヘキサンを添加して粒子を析出させた。析出粒子を濾紙により分離後、23℃で乾燥し、2−エチルヘキサン酸と3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランで表面処理された酸化ジルコニウムのナノ粒子(B−1)を得た。
得られたナノ粒子(B−1)の平均粒子径を、電子顕微鏡で観察したところ11nmであり、X線回折装置で酸化ジルコニウム粒子の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶の割合は74/26であった。また、得られたナノ粒子の質量減少率を、TG−DTA(熱重量−示唆熱分析)装置により800℃まで測定したところ22重量%であり、ナノ粒子(B−1)中の表面修飾剤量は22重量%、金属酸化物量は78重量%であった。
成分Aとして4,4’−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルホン10g、成分Bとして上記ナノ粒子(B−1)90g、成分Dとして1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF社製、「Irgacure184」)1gを、フラスコ中で60℃1時間撹拌して、光硬化性組成物Iを得た。表1に示される通り、得られた光硬化性組成物Iの粘度は25℃において10Pa・sであり、硬化収縮率は2%であった。また速硬化性を有していた。
上記光硬化性組成物Iを、150mm角のガラス板2枚を対向させ、厚み1mmのシリコン板をスペーサとした成形型に注液した。次いで、液温25℃で高圧水銀ランプを用いて、光量2J/cm2の紫外線を照射し光硬化を行った。最後に、脱型して、厚み1mmの硬化物I−(1)を得た。また、厚み3mmのシリコン板をスペーサとした成形型を用いた以外は硬化物I−(1)と同様にして、難燃性試験用の、厚み3mmの硬化物I−(2)を得た。
得られた硬化物I−(1)は、表2に示される通り、光線透過率73%、屈折率nD1.76、アッベ数νD35であり、良好な光学性能を有していた。また、線膨張係数、吸水率、表面硬度、曲げ強度、耐溶剤性などの諸特性も良好であり、抗菌性を有していた。また、得られた硬化物I−(2)は難燃性を有していた。
[光硬化性組成物II〜IVの調製]
表1の組成とする以外は、実施例1と同様にして、硬化性組成物II〜IVを得た。得られた光硬化性組成物II〜IVの特性は、表1に示される通りである。
[硬化物II〜IVの作製]
更に、実施例1と同様にして、厚み1mmの硬化物II〜IV−(1)、及び厚み3mmの硬化物II〜IV−(2)を得た。得られた硬化物II〜IV−(1)及び(2)の特性は、表2に示される通りである。
[光硬化性組成物V〜IXの調製]
成分Aとして4,4’−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルホン10g、成分Bとして上記ナノ粒子(B−1)72g、成分Cとしてフェノキシベンジルアクリレート(共栄社化学社製、「POBA」)18g、成分Dとして1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF社製、「Irgacure184」)1g、メチルエチルケトン50gを、フラスコ中で60℃1時間撹拌し、エバポレータでメチルエチルケトンを留去して、光硬化性組成物Vを得た。得られた光硬化性組成物Vの粘度、硬化収縮率、速硬化性は、表1に示される通りである。
表1の組成とする以外は、実施例5(光硬化性組成物V)と同様にして、硬化性組成物VI〜IXを得た。得られた光硬化性組成物VI〜IXの特性は、表1に示される通りである。
[硬化物V〜IXの作製]
更に、実施例1と同様にして、厚み1mmの硬化物V〜IX−(1)、及び厚み3mmの硬化物V〜IX−(2)を得た。得られた硬化物V〜IX−(1)及び(2)の特性は、表2に示される通りである。
[光硬化性組成物Xの調製]
成分Aとして4,4’−ビス(β−メタクリロイルオキシエチルチオ)ジフェニルスルホン10g、成分B及び成分Cとして、表面修飾された酸化ジルコニウムのナノ粒子をベンジルアクリレートに分散した溶液(日本触媒社製、「ジルコスターHR−101」、酸化ジルコニウム含有量60〜70重量%、表面修飾剤10〜20重量%、ベンジルアクリレート20重量%)90g、成分Dとして1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(BASF社製、「Irgacure184」)1gを、フラスコ中で60℃1時間撹拌して、光硬化性組成物Xを得た。得られた光硬化性組成物Xの粘度、硬化収縮率、速硬化性は、表1に示される通りである。
[硬化物Xの作製]
更に、実施例1と同様にして、厚み1mmの硬化物X−(1)、及び厚み3mmの硬化物X−(2)を得た。得られた硬化物X−(1)及び(2)の特性は、表2に示される通りである。
表1の組成とする以外は、実施例1と同様にして光硬化性組成物、並びに硬化物を得た。得られた光硬化性組成物と硬化物の諸特性は表1及び表2に示される通りである。なお、比較例4で調製した光硬化性組成物は25℃で固体であり、常温での光硬化は不可能であった。そこで、液温を50℃とする以外は、実施例1と同様にして硬化物を得た。得られた硬化物の特性は表2に示される通りである。また、比較例5の光硬化性組成物から得られた硬化物は非常に脆く、線膨張係数の測定を繰り返しても毎回試験片が破断するため測定は不可能であった。
一方、ナノ粒子を配合しない比較例1、2の光硬化性組成物からは、低屈折率な硬化物しか得られず、実施例と比較して、線膨張係数、表面硬度に劣ることがわかる。また、抗菌性は有さず、難燃性に劣ることがわかる。
また、ナノ粒子を配合した比較例3から得られる硬化物は、低屈折率であり、線膨張係数、表面硬度に劣ることがわかる。また、比較例4の光硬化性組成物は、常温で固体であり、該光硬化性組成物から得られた硬化物は、比較的高屈折率であるものの、表面硬度に劣り、曲げ強度が低下することがわかる。また、比較例5の光硬化性組成物から得られた硬化物は、曲げ強度が低下し、非常に脆いことがわかる。
Claims (9)
- 上記成分Bが、カルボン酸及びシランカップリング剤の少なくとも一方により表面修飾された酸化ジルコニウムのナノ粒子であることを特徴とする請求項1に記載の光硬化性組成物。
- 更に、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシベンジル(メタ)アクリレート、ビフェニル(メタ)アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族系モノ(メタ)アクリレート化合物(成分C)を含有することを特徴とする請求項1または2記載の光硬化性組成物。
- 更に、光重合開始剤(成分D)を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
- 光硬化して得られる硬化物の屈折率nDが1.7以上、かつアッベ数νDが30以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の光硬化性組成物。
- 請求項4記載の光硬化性組成物を光硬化して得られる硬化物の屈折率nDが1.7以上、かつアッベ数νDが30以上であることを特徴とする硬化物。
- JIS Z 2801の抗菌性試験にて、抗菌活性値が2以上であることを特徴とする請求項6記載の硬化物。
- UL94HB燃焼性試験(水平燃焼性試験)にて測定される燃焼速度が40mm/分以下であることを特徴とする請求項6記載の硬化物。
- 請求項6〜8のいずれか一項に記載の硬化物よりなることを特徴とするレンズ。
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