JP2021178878A - ポリ擬ロタキサンモノマーを含む硬化性組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】硬化体中に、ポリロタキサンが有する特性(軸分子中を環状分子が移動する特性)を組み入れ、優れた機械特性を維持しつつ、生産性が高く、高品質な材料を製造できる、硬化性組成物、及びそれを用いた硬化体を提供することにある。【解決手段】重合性官能基を有する環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、かつ、該軸分子の少なくとも一方の末端には嵩高い基が存在しない(A)ポリ擬ロタキサンモノマー、及び該(A)ポリ擬ロタキサンモノマー以外の(B)重合性モノマーを含む硬化性組成物である。【選択図】図1

Description

本発明は、新規なポリ擬ロタキサンモノマー、該モノマーを含む新規な硬化性組成物、および該硬化性組成物より得られる新規な硬化体に関する。
ポリロタキサンは、環状分子を有し、その環状分子を串刺し状に貫通する直鎖状分子(軸分子)と、この軸分子の両末端に配置され、前記環状分子と軸分子との分離(脱離)を防止する嵩高い基(封鎖基)とからなる特異的な複合分子構造を有している。一方、ポリ擬ロタキサンは、環状分子を有し、その環状分子を串刺し状に貫通する直鎖状分子(軸分子)からなり、直鎖状分子末端の少なくとも一方は、嵩高い基を有していない複合分子構造を有するものである。
このポリロタキサンは、前記環状分子が軸分子上を移動できるため、種々の特性、特に優れた機械特性を有しており、種々の応用展開が期待されている。
そして、これら特性を様々な材料に付与するために、該ポリロタキサン構造に、さらに重合性官能基を導入し、各種ポリマー材料に導入する試みが多数なされている。
例えば、光学材料の分野において、重合性官能基を有するポリロタキサンモノマーが使用されている。具体的には、フォトクロミック眼鏡レンズの分野である。フォトクロミック眼鏡レンズとは、太陽光のような紫外線を含む光が照射される屋外ではレンズが速やかに着色してサングラスとして機能し、そのような光の照射がない屋内においては退色して透明な通常の眼鏡として機能するものであり、近年その需要は増大している。最近では、フォトクロミック眼鏡用途のフォトクロミック組成物に、ポリロタキサンモノマーを含んでなるフォトクロミック組成物が開示されている(特許文献1〜4参照)。特許文献1〜4では、ポリロタキサンモノマーを含むフォトクロミック組成物から得られる硬化体が、ポリロタキサンモノマーの架橋による機械強度の向上と、ポリロタキサン(モノマー)が形成する自由空間による優れたフォトクロミック性(発色濃度及び退色速度)有することが示されている。
また、ポリロタキサンモノマーは、研磨用部材である、研磨用パッド材への適用が検討されている。具体的には、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法におけるパッド材(以下、研磨用パッドとする場合もある)として使用されるものである。CMP法は、優れた表面平坦性を付与する研磨方法であり、特に、液晶ディスプレイ(LCD)、ハードディスク用ガラス基盤、シリコンウェハ、半導体デバイスの製造プロセスで採用されている。
前記CMP法では、通常、研磨加工時に砥粒をアルカリ溶液、又は酸溶液に分散させたスラリー(研磨液)を供給して研磨する方式が一般的に採用されている。すなわち、被研磨物は、スラリー中の砥粒により機械的作用と、アルカリ溶液、又は酸溶液により化学的作用とにより平坦化される。通常、該スラリーを被研磨物の表面に供給し、研磨パッド材を滑らしつつ該表面に接触させることにより、該研磨物の表面を平坦化する。
このような研磨パッドの材質としては、ウレタン系硬化性組成物から得られる研磨材が知られている(特許文献5参照)。最近では、ポリロタキサンを用いた研磨パッドが開示されている(特許文献6参照)。特許文献6では、ウレタン樹脂中にポリロタキサン構造を組み入れることにより、良好な耐摩耗性だけではなく、優れた研磨特性(高い研磨レート、低スクラッチ性、高平坦性)を発現させている。
このように、ポリロタキサンモノマーは、他の重合性モノマーと反応させ、硬化体(ポリマーを形成することで、優れた特性を発現させることが知られている。しかし、一般的にポリロタキサンモノマーの合成には、多段階の合成工程が必要となり、収率も低いことが知られている。その為、商業的な利用の為には、コストダウンが求められている。
国際公開第2015/068798号 国際公開第2017/038957号 国際公開第2016/143910号 国際公開第2018/030257号 特開2007−77207号公報 国際公開第2018/092826号 特開2017−222809号公報 Biomacromolecules 2013, 14, 4189−4197
ポリロタキサンの製造工程を簡略化するために、ポリ擬ロタキンサンの製造からポリロタキサンを製造する過程において、One−Pot法(ポリ擬ロタキサンを反応系内から取出すことなく、そのまま末端を封止するために嵩高い基を導入する方法)が提案されている。例えば、ジメチル−β−シクロデキストリンとポリエチレングリコールからなるポリ擬ロタキサンを、One−Pot法にてポリロタキサンとする方法が知られている(特許文献7)。また、2−ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリンと、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体とからなるポリ擬ロタキサンを、One−Pot法にてポリロタキサンとする方法が知られている(非特許文献1)。
この方法によれば、効率よくポリロタキサンを得ることができる。
しかしながら、特許文献7、および非特許文献1には、他の重合性モノマーと組み合わせて硬化体を作製することは示されていない。しかも、最終的には、末端に嵩高い基を導入するポリロタキサンを製造しているため、反応に時間がかかったり、様々な試薬を使用する必要があった。
以上の通り、ポリロタキサンモノマーは、それを使用した硬化体(ポリマー)に優れた機能を付与することができるため、多方面での検討がなされている。しかしながら、ポリロタキサンモノマー自体の製造が難しく、製造に長い時間がかかるため、その改善が望まれていた。
したがって、本発明の目的は、硬化体(ポリマー)中に、ポリロタキサンが有する特性(軸分子中を環状分子が移動する特性)を組み入れ、優れた機械特性を維持しつつ、生産性が高く、高品質な材料を製造できる、硬化性組成物、及びそれを用いた硬化体を提供することにある。
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討した。そして、ポリロタキサンを使用するのではなく、その前工程で得られるポリ擬ロタキサンを使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、第一の本発明は、
重合性官能基を有する環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、かつ、該軸分子の少なくとも一方の末端には嵩高い基が存在しない(A)ポリ擬ロタキサンモノマー、及び、
該(A)ポリ擬ロタキサンモノマー以外の(B)重合性モノマーを含む硬化性組成物である。
尚、本発明において、上記のポリ擬ロタキサンは、複数の環状分子の環内を鎖状の軸分子が貫通しており、軸分子の少なくとも片端には、環状分子の内径よりも大きな基は有していない構造を有している分子の複合体を指す。そして、該(A)ポリ擬ロタキサンモノマーとは、該複合体が重合性官能基を有するものである。
従来技術においては、ポリ擬ロタキサンモノマーでは、環状分子の脱離が生じるおそれがあり、一旦、ポリ擬ロタキサンモノマーを反応系外に取出す、取出さないに関わらず、軸分子の末端に環状分子が脱離しない程の嵩高い基を導入したポリロタキサンモノマーとして、他の重合性モノマーと組み合わせて硬化体としていた。これに対して、本発明は、末端に嵩高い基を導入していないポリ擬ロタキサンモノマーをそのまま他の重合性モノマーと組み合わせて使用するものである。
第二の本発明は、第一の本発明の硬化性組成物を硬化して得られる硬化体である。
本発明の硬化性組成物は、ポリ擬ロタキサンモノマーを含むものである。該ポリ擬ロタキサンモノマーは、従来用いられてきたポリロタキサンモノマーと比較すると、軸分子の末端へ嵩高い基を導入する必要がない。その為、製造工程の簡略化、試薬の削減が可能となり、コスト、及び生産効率を向上させることができる。その結果、該ポリ擬ロタキサンモノマーを含む硬化性組成物としても、工業的に非常に有効である。
さらに、本発明において、ポリ擬ロタキサンモノマーは、軸分子の末端に重合性基を有していてもよい。なお、この重合性官能基は、環状分子が軸分子から脱離するのを防止できるほど十分に嵩高い基でなくともよい。軸分子に重合性基が導入されていれば、その他の重合性モノマーと反応することで、軸分子を、マトリックスを形成するポリマー鎖中に導入できる。そして、得られる硬化体は、架橋密度が向上すると共に、軸分子から環状分子が脱離することを抑制できる。その結果、既存のポリロタキサンモノマーを使用した硬化体よりも、ポリロタキサンが備える特性を維持、またはより向上させながら、機械特性を向上できる。
そのため、本発明によれば、硬化性組成物の生産性を向上するだけではなく、本発明の硬化性組成物から得られる硬化体は、優れた研磨特性、耐摩耗性を発現しつつ、生産性にも優れた、優れた研磨用パッドとなる。さらに、該硬化性組成物にフォトクロミック化合物をさらに配合したものは、当然のことながら、優れたフォトクロミック特性を有する硬化体とすることができる。
本発明に用いるポリ擬ロタキサンの分子構造を示す概略図。
本発明の硬化性組成物は、
重合性官能基を有する環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、かつ、該軸分子の少なくとも一方の末端には嵩高い基が存在しない(A)ポリ擬ロタキサンモノマー、及び、
該(A)ポリ擬ロタキサンモノマー以外の(B)重合性モノマーを含む硬化性組成物である。
先ず、本発明で使用する(A)ポリ擬ロタキサンモノマー(以下、単に(A)成分とする場合もある。)について、説明する。
<(A)ポリ擬ロタキサンモノマー;(A)成分>
本発明において、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーは、図1に示されているように、全体として“1”で示されているポリ擬ロタキサンモノマーの分子は、鎖状の軸分子“2”と、環状分子“3”とから形成されている複合分子構造を有している。即ち、鎖状の軸分子“2”を環状分子“3”が包接しており、環状分子“3”が有する環の内部を軸分子“2”が貫通している。
前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーは、該環状分子“3”が軸分子“2”上をスライド可能である。その為、フォロクトミック硬化体に使用すれば、フォトクロミック化合物周辺に自由空間を形成し易くなる。さらに、前記のスライド可能な効果は、硬化体の耐摩耗性を向上させ、優れた機械特性を発現できるものと考えられる。その為、研磨用のパッド剤に使用すれば、優れた研磨特性、および、耐摩耗性を発現できる。
本発明で使用する(A)ポリ擬ロタキサンモノマーにおいて、軸分子としては、種々のものが知られており、例えば、軸分子の鎖状構造部分としては、環状分子が有する環を貫通し得る限りにおいて直鎖状或いは分岐鎖であってよく、一般にポリマーにより形成される。
<軸分子;(A)ポリ擬ロタキサンモノマー>
このような軸分子の鎖状構造部分を形成するポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、セルロース系樹脂(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなど)、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルメチルエーテル、ポリアミン、ポリエチレンイミン、カゼイン、ゼラチン、でんぷん、オレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、スチレン系樹脂(ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂など)、アクリル系樹脂(ポリ(メタ)アクリレート酸、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合樹脂など)、ポリカーボネート、ポリウレタン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリビニルブチラール、ポリイソブチレン、ポリテトラヒドロフラン、ポリアニリン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリアミド(ナイロンなど)、ポリイミド、ポリジエン(ポリイソプレン、ポリブタジエンなど)、ポリシロキサン(ポリジメチルシロキサンなど)、ポリスルホン、ポリイミン、ポリ無水酢酸、ポリ尿素、ポリスルフィド、ポリフォスファゼン、ポリケトンポリフェニレン、ポリハロオレフィン等を挙げることができる。これらのポリマーは、単独でも、適宜共重合、されていてもよく、また変性されたものであってもよい。
本発明で使用する(A)ポリ擬ロタキサンモノマーにおいて、軸分子の鎖状構造部分を形成するポリマーとして好適なものは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルアルコールまたはポリビニルメチルエーテルであり、さらに、これらの中から選択されるポリマーの共重合体であることが好ましく、さらに好ましくは、ポリアルキレングリコール部位からなる共重合体であることが好ましい。
本発明において、最も好適に用いられる軸分子の鎖状構造部分としては、下記式(I)で表される構造をとる部位が少なくとも一部に含まれていることが好ましい。
Figure 2021178878
式中、
14、R15、およびR16は、それぞれ、炭素数2〜20の直鎖状、又は分岐状のアルキレン基であり、
i、j、およびkは、重合度(それぞれの繰り返し単位)を指し、それぞれ、1〜200の整数である。
上記式(I)のような構造(ブロック共重合体)を軸分子の鎖状構造部位に有することにより、軸分子末端に嵩高い基がなくても環状分子が抜けにくくなり、種々のモノマーと混合した際においても、安定なポリ擬ロタキサン構造を保つことが可能になるもと考えられる。
14、R15、およびR16は、同一の基であっても、異なる基であってもよい。中でも、環状分子が脱離し難くなるという点から、R15の炭素数が、R14、およびR16の炭素数よりも大きくなることが好ましい。この場合、R14、およびR15の炭素数は同じであってもよい。具体的には、R14は炭素数が2であるエチレン基であり、R15は炭素数3であるプロピレン基、またはトリメチレン基であり、R16は炭素数が2であるエチレン基のような関係となることが好ましい。すなわち、−(O−R14)i−(O−R15)j−(O−R16)k−のブロック共重合体の中間に位置する−(O−R15)−の疎水性がその両端よりも高くなることが好ましい。なお、Oは、当然のことではあるが、酸素原子である。
また、i、j、およびkは、ポリ擬ロタキサンモノマー自体の生産性、および環状分子が脱離し難くなるという点で、iは1〜150であることがより好ましく、jは2〜100であることがより好ましく、kは1〜150であることがより好ましい。i、j、およびkは、同一であっても、異なる値であってもよい。
式(I)の構造は、軸分子の鎖状構造部分に、一箇所でも、複数箇所存在してもよいが、ポリ擬ロタキサンモノマー自体の生産性を考慮すると、軸分子そのものが式(I)の構造となることが好ましい。
さらに、本発明で使用する(A)ポリ擬ロタキサンモノマーは、軸分子の鎖状構造部分を形成するポリマー末端(軸分子の末端)に重合性官能基を導入することが好ましい。(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの軸分子の末端における重合性官能基は、特に制限されるものではないが、好ましい該重合性官能基としては、水酸基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、(メタ)アクリレート基、または、アリル基が挙げられる。
軸分子の末端に導入される重合性官能基が、水酸基、チオール基、アミノ基、またはカルボキシル基である場合、下記に詳述するその他の(B)重合性モノマーは、イソ(チオ)シアネート基を有する化合物を含むことが好ましい。軸分子の末端に導入される重合性官能基が、(メタ)アクリレート基、または、アリル基のラジカル重合性基である場合には、該(B)重合性モノマーは、ラジカル重合性基を有する化合物を含むことが好ましい。
軸分子の末端に該重合性官能基の導入方法は、特に限定されることなく、公知の方法を採用すればよい。軸分子の末端が、元々、該重合性官能基である場合はそのまま利用すればよいし、そうでない場合には、末端を変性することで導入してもよい。
上述した軸分子の末端に重合性官能基を導入することにより、後述する(B)重合性モノマーと反応して、該軸分子がマトリックスの一部に組み込まれる。そのことにより、優れた機械特性を発現させることができる。また、結合により、軸分子の軸長が結合点を介して、他のポリマー鎖まで伸長するため、より環状分子のスライディング効果を高めることが可能となる。
上述した軸分子の分子量は、大きすぎると、他の成分、例えば、その他の(B)重合性モノマー等と混合した際に、粘度が増大し、扱いが困難となるばかりか、相溶性が悪くなる傾向がある。このような観点から、軸分子の重量平均分子量Mwは、400〜100000であり、特に1000〜50000、特に好ましくは2000〜30000の範囲にあることが好適である。なお、この重量平均分子量Mwは、下記の実施例で記載したGPC測定方法で測定した値である。
なお、軸分子の少なくとも1方の末端には、下記の環状分子が脱離しない程の大きさの嵩高い基を有していてもよいが、(A)ポリ擬ロタキサンモノマー自体の生産性を考慮すると、該(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの両末端には、該嵩高い基が存在しないことが好ましい。
<環状分子;(A)ポリ擬ロタキサンモノマー>
本発明において、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子は、上記のような軸分子を包接し得る大きさの環を有するものであればよい。このような環としては、シクロデキストリン環、クラウンエーテル環、ベンゾクラウン環、ジベンゾクラウン環及びジシクロヘキサノクラウン環を挙げることができる。その中でも、特にシクロデキストリン環が好ましい。
シクロデキストリン環には、α体(環内径0.45〜0.6nm)、β体(環内径0.6〜0.8nm)、γ体(環内径0.8〜0.95nm)がある。また、これらの混合物を使用することもできる。本発明においては、特にα−シクロデキストリン環、及びβ−シクロデキストリン環が好ましい。
上記のような環を有する環状分子は、1つの軸分子に一つ以上の環状分子が包接している。一般に、軸分子1個当たりに、少なくとも1つ以上の環状分子で包接されており、包接し得る環状分子の最大包接数を1としたとき、環状分子の包接数は最大でも0.8以下である。より好ましくは、少なくとも2つ以上の環状分子で包接されており、環状分子の包接数は最大でも0.5以下の範囲にあることが好ましい。
環状分子の包接数が多すぎると、一つの軸分子に対して環状分子が密に存在するため、その可動性が低下し、機械特性が低下するばかりか、分子量の増大により、(A)ポリ擬ロタキサンモノマー以外の(B)重合性モノマーと混合した際に、重合性組成物のハンドリング性が低下するばかりか、硬化体の成形不良を発現させやすくなる傾向にある。
尚、一つの軸分子に対する環状分子の最大包接数は、軸分子の長さ及び環状分子の環の厚みから算出することができる。例えば、軸分子の鎖状部分がポリプロピレングリコールで形成され、環状分子がβ−シクロデキストリン環である場合を例にとると、次のようにして最大包接数が算出される。即ち、ポリプロピレングリコールの繰り返し単位[−CH(CH)−CHO−]の2つ分がβ−シクロデキストリン環1つの厚みに近似する。従って、このポリエチレングリコールの分子量から繰り返し単位数を算出し、この繰り返し単位数の1/2が環状分子の最大包接数として求められる。この最大包接数を1.0とし、環状分子の包接数が前述した範囲に調整されることとなる。
<環状分子が有する側鎖;(A)ポリ擬ロタキサンモノマー>
また、本発明で使用する(A)ポリ擬ロタキサンモノマーにおいては、上述した環状分子が有する環は、側鎖が導入されていてもよい。この側鎖は、図1において”4”で示されている。
上記の側鎖としては、特に制限されるものではないが、炭素数が3〜20の範囲にある有機鎖の繰り返しにより形成されていることが好適である。また、側鎖の種類や数平均分子量が異なるものが環状分子に導入されていれも何ら問題ない。このような側鎖の数平均分子量は45〜10000、好ましくは55〜5000、より好ましくは55〜1500の範囲にある。この側鎖の数平均分子量は、側鎖の導入時に使用する量により調整ができ、計算により求めることができるが、H−NMRの測定からも求めることができる。
即ち、側鎖が小さ過ぎると、ポリ擬ロタキサンモノマー周りに空間を形成し難く、例えばフォトクロミック硬化性組成物から得られる硬化体のフォトクロミックの可逆反応を阻害する傾向にある。さらに、側鎖が小さ過ぎると、その他の重合性モノマーとの相溶性も低下する傾向にある。その反対に、側鎖が長すぎると、重合性モノマーと混合した際に粘度が増粘してしまい、硬化体の外観不良を引き起こしたり、硬化体の硬度が低下する傾向にある。また、該硬化体を研磨用パッド剤に用いると、耐摩耗性が低下する傾向にある。
さらに、上記のような側鎖は、環状分子が有する反応性官能基を利用し、この反応性官能基を修飾することによって導入される(反応性官能基と反応することによって挿入される)。例えば、β−シクロデキストリン環は、反応性官能基として21個のOH基(水酸基)を有しており、このOH基を介して(このOH基を反応させて)側鎖が導入される。即ち、1つのβ−シクロデキストリン環に対しては最大で21個の側鎖を導入できることとなる。本発明においては、前述した側鎖の機能を十分に発揮させるためには、このような環が有する全官能基数の4%〜70%が、側鎖で修飾されていることが好ましい(環が有する全官能基数の4%〜70%に側鎖が導入されていることが好ましい。)。
なお、下記に詳述するが、環状分子の反応性官能基は、側鎖が有するOH基よりも反応性が低いため、修飾度は低くても相溶性の低下、ブリードアウトの問題は生じ難い。そのため、修飾度は、上記範囲であれば、より優れた効果を発揮する。因みに、上記β−シクロデキストリン環の21個のOH基の内の7個に側鎖が結合している場合、その修飾度(導入度)は33%となる。
本発明において、上記のような側鎖(有機鎖)は、その大きさが前述した範囲内にある限り、直鎖状であってもよいし、分枝状であってもよい。側鎖の導入については、国際公開第WO2015/159875号に開示されている手法や化合物を適宜導入することが可能であり、開環重合;ラジカル重合;カチオン重合;アニオン重合;原子移動ラジカル重合、RAFT重合、NMP重合などのリビングラジカル重合などが利用できる。上記手法により、適宜選択された化合物を前記環が有する官能基に反応させることによって適宜の大きさの側鎖を導入することができる。
例えば、開環重合により、ラクトンや環状エーテル等の環状化合物に由来する側鎖を導入することができる。ラクトンや環状エーテル等の環状化合物を開環重合して導入した側鎖は、該側鎖の末端に活性水素を持つ基としてOH基が導入されることとなる。
該環状化合物の中でも、入手が容易であり、反応性が高く、さらには大きさ(分子量)の調整が容易であるという観点から、環状エーテルやラクトンを用いることが好ましい。好適な環状化合物の具体例は、以下のとおりである。
環状エーテル;
エチレンオキシド、1,2−プロピレンオキシド、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、イソブチレンオキシド、オキセタン、3−メチルオキセタン、3,3−ジメチルオキセタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフランなど。
ラクトン化合物;
4員環ラクトン、例えば、β−プロピオラクトン、β−メチルプロピオラクトン、L−セリン−β−ラクトンなど。
5員環ラクトン、例えば、γ−ブチロラクトン、γ−ヘキサノラクトン、γ−ヘプタノラクトン、γ−オクタノラクトン、γ−デカノラクトン、γ−ドデカノラクトン、α−ヘキシル−γ−ブチロラクトン、α−ヘプチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、γ−メチル−γ−デカノラクトン、α−メチレン−γ−ブチロラクトン、α,α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、D−エリスロノラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−ノナノラクトン、DL−パントラクトン、γ−フェニル−γ−ブチロラクトン、γ−ウンデカノラクトン、γ−バレロラクトン、2,2−ペンタメチレン−1,3−ジオキソラン−4−オン、α−ブロモ−γ−ブチロラクトン、γ−クロトノラクトン、α−メチレン−γ−ブチロラクトン、α−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン、β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンなど。
6員環ラクトン、例えば、δ−バレロラクトン、δ−ヘキサノラクトン、δ−オクタノラクトン、δ−ノナノラクトン、δ−デカノラクトン、δ−ウンデカノラクトン、δ−ドデカノラクトン、δ−トリデカノラクトン、δ−テトラデカノラクトン、DL−メバロノラクトン、4−ヒドロキシ−1−シクロヘキサンカルボン酸δ−ラクトン、モノメチル−δ−バレロラクトン、モノエチル−δ−バレロラクトン、モノヘキシル−δ−バレロラクトン、1,4−ジオキサン−2−オン、1,5−ジオキセパン−2−オンなど。
7員環ラクトン、例えば、ノンアルキル−ε−カプロラクトン、ジアルキル−ε−カプロラクトン、モノメチル−ε−カプロラクトン、モノエチル−ε−カプロラクトン、モノヘキシル−ε−カプロラクトン、ジメチル−ε−カプロラクトン、ジ−n−プロピル−ε−カプロラクトン、ジ−n−ヘキシル−ε−カプロラクトン、トリメチル−ε−カプロラクトン、トリエチル−ε−カプロラクトン、トリ−n−ε−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、5−ノニル−オキセパン−2−オン、4,4,6−トリメチル−オキセパン−2−オン、4,6,6−トリメチル−オキセパン−2−オン、5−ヒドロキシメチル−オキセパン−2−オンなど。
8員環ラクトン、例えば、ζ−エナントラクトンなど。
その他のラクトン、例えば、ラクトン、ラクチド、ジラクチド、テトラメチルグリコシド、1,5−ジオキセパン−2−オン、t−ブチルカプロラクトンなど。
上記の環状化合物は、単独で使用することができ、また複数種を併用することもできる。
本発明において、好適に使用される側鎖導入化合物はラクトン化合物であり、ε−カプロラクトン、α−アセチル−γ−ブチロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン等のラクトン化合物が特に好適であり、もっとも好ましいものはε−カプロラクトンである。
また、開環重合により環状化合物を反応させて側鎖を導入する場合、環に結合している反応性官能基(例えば水酸基)は反応性に乏しく、特に立体障害などにより大きな分子を直接反応させることが困難な場合がある。このような場合には、例えば、カプロラクトンなどを反応させるために、プロピレンオキシドなどの低分子化合物を官能基と反応させてのヒドロキシプロピル化を行い、反応性に富んだ官能基(水酸基)を導入した後、前述した環状化合物を用いての開環重合により、側鎖を導入するという手段を採用することができる。この場合、ヒドロキシプロピル化した部分も側鎖と見なすことができる。
この他、開環重合により、環状アセタール、環状アミン、環状カーボネート、環状イミノエーテル、環状チオカーボネート等の環状化合物に由来する側鎖を導入することにより、活性水素基を有する側鎖を導入することができる。これらの中でも、好適な環状化合物の具体例は、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものである。
また、ラジカル重合を利用して環状分子に側鎖を導入する方法は、以下の通りである。ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子が有している環は、ラジカル開始点となる活性部位を有していない。このため、ラジカル重合性化合物を反応させるに先立って、環が有している官能基(OH基)にラジカル開始点を形成するための化合物を反応させて、ラジカル開始点となる活性部位を形成しておく必要がある。
上記のようなラジカル開始点を形成するための化合物としては、有機ハロゲン化合物が代表的であり、例えば、2−ブロモイソブチリルブロミド、2−ブロモブチル酸、2−ブロモプロピオン酸、2−クロロプロピオン酸、2−ブロモイソ酪酸、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、2−クロロエチルイソシアネートなどを挙げることができる。即ち、かかる有機ハロゲン化合物は、環状分子の環が有している官能基との縮合反応により、該環に結合し、該環にハロゲン原子を含む基(有機ハロゲン化合物残基)を導入する。この有機ハロゲン化合物残基には、ラジカル重合に際して、ハロゲン原子の移動等によりラジカルが生成し、これがラジカル重合開始点となって、ラジカル重合が進行することとなる。
また、上記のようなラジカル重合開始点となる活性部位を有する基(有機ハロゲン化合物残基)は、例えば環が有している水酸基に、アミン、カルボン酸、イソシアネート、イミダゾール、酸無水物などの官能基を有する化合物を反応させ、水酸基以外の他の官能基を導入し、このような他の官能基に前述した有機ハロゲン化合物を反応させて導入することもできる。
また、ラジカル重合により側鎖を導入するために用いるラジカル重合性化合物としては、エチレン性不飽和結合を有する基、例えば、(メタ)アクリレート基、ビニル基、スチリル基等の官能基を少なくとも1種有する化合物(以下、エチレン性不飽和モノマーと呼ぶ)が好適に使用される。また、エチレン性不飽和モノマーとしては、末端エチレン性不飽和結合を有するオリゴマーもしくはポリマー(以下、マクロモノマーと呼ぶ)も使用することができる。このようなエチレン性不飽和モノマーとしては、好適なエチレン性不飽和モノマーの具体例は、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものが使用できる。
<重合性官能基(側鎖が有する重合性官能基);(A)ポリ擬ロタキサンモノマー>
さらに、上述した方法で側鎖を導入した後に、側鎖の官能基を他の重合性官能基に変性させることもできる。本発明においては、側鎖の官能基と他の化合物とを反応させて、該化合物に由来する構造を導入する反応を「変性」とする。変性に用いる化合物は、特に、側鎖の官能基と反応可能な化合物であれば使用できる。該化合物を選定することで、側鎖に様々な重合性官能基を導入したり、重合性基を有さない基に変性することも可能である。
側鎖の変性を例示すれば、上述した開環重合により、末端OH基の側鎖を導入した後に、側鎖のOH基と反応しうる官能基と該ラジカル重合性基の両方の基を有する化合物を用いれば、ラジカル重合性基を導入することが可能である。なお、当然のことながら、該末端OH基であっても、重合性官能基となる。
該OH基と反応しうる官能基としては、例えば、イソシアネート基(−NCO基)、カルボキシル基(−COOH)、および酸塩化物の基(例えば、−COCl基)等が挙げられる。イソシアネート基を有する化合物を反応させることで、ウレタン結合を介してラジカル重合性基が導入される。または、カルボキシル基、および酸塩化物の基等を有する化合物を反応させることで、エステル結合を介してラジカル重合性基が導入される。
ラジカル重合性基を有する化合物を具体的に例示すると、イソシアネート基と(メタ)アクリレート基を有する化合物としては、2−イソシアナトエチルメタクリレート、2−イソシアナトエチルアクリレート、1,1−(ビスアクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート等が挙げられる。
また、酸塩化物(−COCl基)と(メタ)アクリレート基を有する化合物は、カルボキシル基と(メタ)アクレート基を有する化合物を塩化チオニルなどの塩素化剤と反応させることで合成することができる。 カルボキシル基と(メタ)アクリレート基を有する化合物としては、2−メタクリロイルオキシエチルサクシネートやβ−カルボキシエチルアクリレートなどが挙げられる。
また、側鎖の官能基を活性水素基やラジカル重合性基のような重合性基を有さないものに変性する場合を例示すれば、上述した開環重合により、末端OH基の側鎖を導入した後に、側鎖のOH基と反応しうる官能基と上述したラジカル重合性基の代わりに、炭素数2〜20のアルキル基、炭素数2〜30のアルキレンオキシ基、炭素数6〜20のアリール基等を有することが好ましい。上述の化合物の具体例を以下に示す。
イソシアネート基を有する化合物として、原料の入手のしやすさとOH基との反応性が高いという観点から、炭素数2〜20(イソシアネート基の炭素原子は除く)のイソシアネート化合物が好ましく、炭素数3〜10のイソシアネート化合物が特に好適である。具体的には、好適なイソシアネート化合物を例示すると、n−プロピルイソシアネート、n−ブチルイソシアネート、n−ペンチルイソシアネート、n−ヘキシルイソシアネート、フェニルイソシアネート等が挙げられる。
カルボン酸塩化物として、原料の入手のしやすさとOH基との反応性が高いという観点から、炭素数2〜20(カルボニル基の炭素原子を除く)のカルボン酸塩化物が好ましく、炭素数2〜10のカルボン酸塩化物が特に好適である。具体的には、好適な酸塩化物を例示すると、アセチルクロリド、プロピオニルクロリド、ブチリルクロリド、ピバロイルクロリド、ヘキサノイルクロリド、ベンゾイルクロリド等が挙げられる。
ラジカル重合性化合物を使用して環状分子に側鎖を導入した場合、該ラジカル重合性化合物が他の官能基を有している場合には、そのまま側鎖にもその官能基を持つ基を有することになる。ラジカル重合性基しか側鎖にない場合においても、該ラジカル重合性化合物により、側鎖を形成した後、該側鎖の一部をラジカル重合性基以外の官能基を持つ基で変性させてやれば、側鎖にラジカル重合性基以外の官能基を導入することも出来る。
上述した説明から理解されるように、環状化合物の環に導入される側鎖は、様々な官能基を有していることもある。
さらに、側鎖導入のために用いる化合物が有している官能基の種類によっては、この側鎖の一部が、他の軸分子が有している環状分子の環の官能基に結合し、架橋構造を形成することもある。
また、本発明の環に導入されるのは、側鎖だけでなく、後述するフォトクロミック化合物のような機能性材料を環に導入してもよい。
<環状分子が有する好適な重合性官能基、およびその数>
環状分子が有する重合性官能基としては、特に限定されない。本発明においては、好ましいのは水酸基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、(メタ)アクリレート基、または、アリル基である。その中でも、最も好ましいのは、水酸基、及び、(メタ)アクリレート基である。水酸基の場合には、環状分子の官能基を反応させた際に導入される側鎖の末端が水酸基の場合には、そのまま重合性官能基とすればよい。(メタ)アクリレート基の場合には、前記方法に従い、側鎖の末端に導入することができる。
前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーにおいて、環状分子が有する重合性官能基の数は、特に制限されるものではない。中でも、マトリックスとなる樹脂中にポリ擬ロタキサン部分が導入されることによって優れた効果が発揮されるため、環状分子に少なくとも2つの重合性官能基を含むことが好ましい。
該重合性官能基は、場合によっては、上述した環状分子が有するもの、または、前述した側鎖を利用して導入されるものである。この中でも、反応性を考慮すると、側鎖の末端が重合性官能基となり、それが2つ以上存在することが好ましい。なお、重合性官能基の数の上限は、特に制限されるものではないが、側鎖の末端に導入された重合性官能基のモル数が、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの重量平均分子量に対し、10mmol/gとなる数である。なお、重量平均分子量は、下記に詳述するゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した値を使用する。GPCの測定条件によっては、環状分子が脱離する場合もある。そのため、GPC測定を行う場合には、先ず、その測定条件で環状分子が脱離するかどうかを確認する。脱離が生じない場合には、そのまま測定する。一方、脱離する場合には、予備的な実験として、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの末端を嵩高い基で封止してGPCを測定し、該嵩高い基分の分子量を勘案することもできる。
<好適な(A)ポリ擬ロタキサンモノマー>
本発明において、好適に使用される(A)ポリ擬ロタキサンモノマーは、
両端に水酸基、もしくはアミノ基(環状分子の脱離を防止できない大きさの重合性官能基)を有するポリアルキレングリコール部位から成る軸分子を有し、α−シクロデキストリン環またはβ−シクロデキストリン環を有する環状分子とし、さらに、ヒドロキシプロピレン基、または、ポリカプロラクトン基により、該環に側鎖(末端がOH基)が導入されているのが好ましい。
そして、その中でも、軸分子の重量平均分子量が2000〜50000であり、該軸分子がPEG(ポリエチレングリコール)−PPG(ポリプロピレングリコール)−PEG(ポリエチレングリコール)のブロック共重合体の構造分を含むことが好ましい。
また、α−シクロデキストリン環、または、β−シクロデキストリンの水酸基の4%以上70%以下に、側鎖が導入されており、その側鎖の数平均分子量が50〜600であることが好ましい。また、側鎖の末端の重合性官能基の数が、分子内に2個以上〜5mmol/gとなる数存在することが好ましい。
<(A)ポリ擬ロタキサンモノマー以外の(B)重合性モノマー>
本発明において、(B)重合性モノマーは、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーと反応しうる重合性化合物を少なくとも1種類有していればよく、公知の化合物が何ら制限なく使用できる。上述したように、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーには様々な重合性官能基を導入できる。それに応じて(B)重合性モノマーを選択すればよい。例えば、国際公開第WO2015/068798号に記載されている(B)重合性モノマーが挙げられる。
本発明においては、例えば、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基、チオール基、アミノ基、及び、カルボキシル基等の重合性官能基を有している場合、(B)重合性モノマーとしては、例えば、(B1)イソ(チオ)シアネート基を有するイソ(チオ)シアネート化合物(以下、単に「(B1)イソ(チオ)シアネート化合物」又は「(B1)成分」とする場合もある)が挙げられる。
また、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が水酸基、アミノ基、又はイソ(チオ)シアネート基の場合には、(B2)エポキシ基を有するエポキシ基含有モノマー(以下、単に「(B2)エポキシ基含有モノマー」又は「(B2)成分」とする場合もある)も選択できる。
一方、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基が、イソ(チオ)シアネート基である場合、(B3)水酸基、およびチオール基から選ばれる基を少なくとも1つ有する(チ)オール化合物(以下、単に「(B3)(チ)オール化合物」又は「(B3)成分」とする場合もある)、並びに(B4)アミノ基を有するアミノ基含有モノマー(単に「(B4)アミノ基含有モノマー」又は「(B4)成分」)から選択できる。なお、本発明において、イソ(チオ)シアネート基とは、イソシアネート基(NCO基)、又はイソチオシアネート基(NCS基)を指す。したがって、イソ(チオ)シアネート基が複数存在する場合には、イソシアネート基とイソチオシアネート基との合計数が複数となってもよい。
また、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がラジカル重合性基の場合、(B)重合性モノマーは、ラジカル重合性基を有するモノマーが好ましく、(メタ)アクリレート基を有する(メタ)アクリレート化合物、アリル化合物から選択することが好ましく、特に好ましくは、(メタ)アクリレート化合物から選択することが好ましい。
本発明において、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーは、環状分子の他にも、軸分子末端にも重合性官能基を有することができる。これらは、もちろん環状分子に複数種類の重合性官能基が存在してもよいし、軸分子の末端で違う重合性官能基を有していてもよく、環状分子と軸分子の重合性官能基が異なっていてもよい。ただし、重合反応を容易とし、副生物を抑制するためには、他の(B)重合性モノマーとの組み合わせにおいて、以下の通りとなることが好ましい。すなわち、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有する重合性官能基は、水酸基、チオール基、アミノ基、及び、カルボキシル基等の重合性官能基であり、(B)重合性モノマーが(B1)イソ(チオ)シアネート化合物であることが好ましい。また、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がラジカル重合性基の場合、(B)重合性モノマーは、ラジカル重合性基を有するモノマーが好ましい。
<(B)重合性モノマー;(B1)イソ(チア)シアネート化合物;(B1)成分>
(B1)イソ(チオ)シアネート化合物は、イソシアネート基、又はイソチオシアネート基を少なくとも1種類有するモノマーである。もちろん、イソシアネート基とイソ(チオ)シアネート基の二つの基を有しているモノマーも選択される。中でも、イソ(チオ)シアネート基を分子内に、2〜6個有する化合物が好ましく、2〜4個有する化合物がより好ましく、2個有する化合物がさらに好ましい。
また、前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物は、下記に記載する2官能ポリイソ(チオ)シアネート化合物と2官能のポリ(チ)オール化合物との反応により調製される(B12)ウレタンプレポリマー(以下、単に「(B12)ウレタンプレポリマー」又は「(B12)成分」とする場合もある)であってもよい。イソ(チオ)シアネート化合物に該当する(B12)ウレタンプレポリマーは、未反応のイソ(チオ)シアネート基を含む一般に使用されているものが、何ら制限なく、本発明においても使用できる。
前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物としては、例えば、大きく分類すれば、脂肪族イソシアネート、脂環族イソシアネート、芳香族イソシアネート、イソチオシアネート化合物、(B12)ウレタンプレポリマーに分類することができる。また、前記(B1)イソ(チオ)シアネート化合物は、1種類の化合物を使用することもできるし、複数種類の化合物を使用することもできる。複数種類の化合物を使用する場合には、基準となる質量は、複数種類の化合物の合計量である。これらイソ(チオ)シアネート化合物を具体的に例示すると以下のモノマーが挙げられる。
脂肪族イソシアネート;(B1)成分
エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、2,2’−ジメチルペンタンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ブテンジイソシアネート、1,3−ブタジエン−1,4−ジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6,11−トリメチルウンデカメチレンジイソシアネート、1,3,6−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,8−ジイソシアネート−4−イソシアネートメチルオクタン、2,5,7−トリメチル−1,8−ジイソシアネート−5−イソシアネートメチルオクタン、ビス(イソシアネートエチル)カーボネート、ビス(イソシアネートエチル)エーテル、1,4−ブチレングリコールジプロピルエーテル−ω,ω’−ジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、2,4,4,−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー、(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート基含有モノマーに該当する)、
エチルイソシアネート、n−プロピルイソシアネート、i−プロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート、オクタデシルイソシアネート等の単官能イソシアネートモノマー。
脂環族イソシアネート;(B1)成分
イソホロンジイソシアネート、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,5−ジイル)ビスメチレンジイソシアネート、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイル)ビスメチレンジイソシアネート、2β,5α−ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,5β−ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,6α−ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2β,6β−ビス(イソシアネート)ノルボルナン、2,6−ジ(イソシアネートメチル)フラン、ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、4,4−イソプロピリデンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ジシクロヘキシルジメチルメタンジイソシアネート、2,2’−ジメチルジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、ビス(4−イソシアネート−n−ブチリデン)ペンタエリスリトール、ダイマー酸ジイソシアネート、2,5−ビス(イソシアネートメチル)−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2,6−ビス(イソシアネートメチル)−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、3,8−ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、3,9−ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、4,8−ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、4,9−ビス(イソシアネートメチル)トリシクロデカン、1,5−ジイソシアネートデカリン、2,7−ジイソシアネートデカリン、1,4−ジイソシアネートデカリン、2,6−ジイソシアネートデカリン、ビシクロ[4.3.0]ノナン−3,7−ジイソシアネート、ビシクロ[4.3.0]ノナン−4,8−ジイソシアネート、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,5−ジイソシアネートとビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイソシアネート、ビシクロ[2,2,2]オクタン−2,5−ジイソシアネート、ビシクロ[2,2,2]オクタン−2,6−ジイソシアネート、トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン−3,8−ジイソシアネート、トリシクロ[5.2.1.02.6]デカン−4,9−ジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート基含有モノマーに該当する)、 2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−5−イソシアネートメチル−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−6−イソシアネートメチル−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−5−イソシアネートメチル−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−6−イソシアネートメチル−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−5−(2−イソシアネートエチル)−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−3−(3−イソシアネートプロピル)−6−(2−イソシアネートエチル)−ビシクロ〔2,1,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−5−(2−イソシアネートエチル)−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、2−イソシアネートメチル−2−(3−イソシアネートプロピル)−6−(2−イソシアネートエチル)−ビシクロ〔2,2,1〕−ヘプタン、1,3,5−トリス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン等の多官能イソシアネートモノマー、
シクロヘキシルイソシアネート等の単官能イソシアネートモノマー。
芳香族イソシアネート;(B1)成分
キシリレンジイソシアネート(o−、m−,p−)、テトラクロロ−m−キシリレンジイソシアネート、メチレンジフェニル−4,4’−ジイソシアネート、4−クロル−m−キシリレンジイソシアネート、4,5−ジクロル−m−キシリレンジイソシアネート、2,3,5,6−テトラブロム−p−キシリレンジイソシアネート、4−メチル−m−キシリレンジイソシアネート、4−エチル−m−キシリレンジイソシアネート、ビス(イソシアネートエチル)ベンゼン、ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン、1,3−ビス(α,α−ジメチルイソシアネートメチル)ベンゼン、1,4−ビス(α,α−ジメチルイソシアネートメチル)ベンゼン、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、ビス(イソシアネートブチル)ベンゼン、ビス(イソシアネートメチル)ナフタリン、ビス(イソシアネートメチル)ジフェニルエーテル、ビス(イソシアネートエチル)フタレート、2,6−ジ(イソシアネートメチル)フラン、フェニレンジイソシアネート(o−,m−,p−)、トリレンジイソシアネート、エチルフェニレンジイソシアネート、イソプロピルフェニレンジイソシアネート、ジメチルフェニレンジイソシアネート、ジエチルフェニレンジイソシアネート、ジイソプロピルフェニレンジイソシアネート、トリメチルベンゼントリイソシアネート、ベンゼントリイソシアネート、1,3,5−トリイソシアネートメチルベンゼン、1,5−ナフタレンジイソシアネート、メチルナフタレンジイソシアネート、ビフェニルジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2'−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ビベンジル−4,4’−ジイソシアネート、ビス(イソシアネートフェニル)エチレン、3,3’−ジメトキシビフェニル−4,4’−ジイソシアネート、フェニルイソシアネートメチルイソシアネート、フェニルイソシアネートエチルイソシアネート、テトラヒドロナフチレンジイソシアネート、ヘキサヒドロベンゼンジイソシアネート、ヘキサヒドロジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルエーテルジイソシアネート、エチレングリコ−ルジフェニルエーテルジイソシアネート、1,3−プロピレングリコールジフェニルエーテルジイソシアネート、ベンゾフェノンジイソシアネート、ジエチレングリコ−ルジフェニルエーテルジイソシアネート、ジベンゾフランジイソシアネート、カルバゾールジイソシアネート、エチルカルバゾールジイソシアネート、ジクロロカルバゾールジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート等の2官能イソシアネートモノマー(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート基含有モノマーに該当する)、
メシチリレントリイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ポリメリックMDI、ナフタリントリイソシアネート、ジフェニルメタン−2,4,4’−トリイソシアネート、3−メチルジフェニルメタン−4,4’,6−トリイソシアネート、4−メチル−ジフェニルメタン−2,3,4’,5,6−ペンタイソシアネート等の多官能イソシアネートモノマー。
フェニルイソシアネート、3−i−プロペニルクミルイソシアネート、4−メトキシフェニルイソシアネート、m−トリルイソシアネート、p−トリルイソシアネート、1−ナフチルイソシアネート、ジメチルベンジルイソシアネート等の単官能イソシアネートモノマー。
イソチオシアネート化合物;(B1)成分
p−フェニレンジイソチオシアネート、キシリレン−1,4−ジイソチオシアネート、及びエチリジンジイソチオシアネート等の2官能イソ(チオ)シアネート基含有モノマー(下記に詳述する(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート基含有モノマーに該当する)。
<(B)重合性モノマー;(B12)ウレタンプレポリマー;末端イソ(チオ)シアネート基を有するウレタン(B1)成分>
本発明においては、前記(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート基含有モノマーと後述する(B32)2官能ポリ(チ)オールとを反応して得られる(B12)ウレタンプレポリマーを、(B1)ポリイソ(チオ)シアネートモノマーとして使用することもできる。
(B12)ウレタンプレポリマーとする場合には、特に制限されるものではないが、(B13)2官能ポリイソ(チオ)シアネート基含有モノマーとしては、特に、次に例示するモノマーを使用することが好ましい。具体的には、1,5−ナフタレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート(o−,m−,p−)、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート(o−,m−,p−)、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートを使用することが好ましい。これらに(B32)2官能ポリ(チ)オールを反応させて、両末端にイソ(チオ)シアネート基を有する(B12)成分とすることが好ましい。特に制限されるものではないが、(B12)成分の重量平均分子量は600〜10000とすることが好ましい。
<(B)重合性モノマー;(B2)エポキシ基含有モノマー;(B2)成分>
エポキシ基含有モノマーは、重合性基として、分子内にエポキシ基を有するものであり、特に、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの重合性官能基として、水酸基、NH基、NCO基が導入されている場合に好適である。
このようなエポキシ化合物は、大きく分けて、脂肪族エポキシ化合物、脂環族エポキシモノマー及び芳香族エポキシモノマーに分類され、その好適な具体例としては、国際公開第2015/068798号に記載されているものを用いることができる。
<(B)重合性モノマー;(B3)(チ)オール化合物;(B3)成分>
(チ)オール化合物は、OH基、及びSH基からなる群から選択される基を1分子中に1個以上有しているモノマーである。もちろん、OH基とSH基の二つの基を有しているモノマーも選択される。
前記(チ)オール化合物を、大きく分類すれば、脂肪族アルコール、脂環族アルコール、芳香族アルコール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、 ポリカーボネートポリオール、ポリアクリルポリオール、チオール、OH/SH型重合性基含有モノマーに分類される。具体例としては、以下のものが挙げられる。
脂肪族アルコール;(B3)成分
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ブチレングリコール、1,5−ジヒドロキシペンタン、1,6−ジヒドロキシヘキサン、1,7−ジヒドロキシヘプタン、1,8−ジヒドロキシオクタン、1,9−ジヒドロキシノナン、1,10−ジヒドロキシデカン、1,11−ジヒドロキシウンデカン、1,12−ジヒドロキシドデカン、ネオペンチルグリコール、モノオレイン酸グリセリル、モノエライジン、ポリエチレングリコール、3−メチル−1,5−ジヒドロキシペンタン、ジヒドロキシネオペンチル、2−エチル−1,2−ジヒドロキシヘキサン、2−メチル−1,3−ジヒドロキシプロパン等の2官能ポリオールモノマー(前記ウレタンプレポリマー(B12)を構成する2官能ポリ(チ)オール(B32)に該当する)、
グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールプロパントリポリオキシエチレンエーテル(例えば、日本乳化剤株式会社のTMP−30、TMP−60、TMP−90等)、ブタントリオール、1,2−メチルグルコサイド、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリペンタエリトリトール、ソルビトール、エリスリトール、スレイトール、リビトール、アラビニトール、キシリトール、アリトール、マンニトール、ドルシトール、イディトール、グリコール、イノシトール、ヘキサントリオール、トリグリセロール、ジグリセロール、トリエチレングリコール等の多官能ポリオールモノマー。
脂環族アルコール;(B3)成分
水添ビスフェノールA、シクロブタンジオール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘプタンジオール、シクロオクタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ヒドロキシプロピルシクロヘキサノール、トリシクロ〔5,2,1,02,6〕デカン−ジメタノール、ビシクロ〔4,3,0〕−ノナンジオール、ジシクロヘキサンジオール、トリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカンジオール、ビシクロ〔4,3,0〕ノナンジメタノール、トリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカン−ジエタノール、ヒドロキシプロピルトリシクロ〔5,3,1,13,9〕ドデカノール、スピロ〔3,4〕オクタンジオール、ブチルシクロヘキサンジオール、1,1’−ビシクロヘキシリデンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、及びo−ジヒドロキシキシリレン等の2官能ポリオールモノマー(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する)、
トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、シクロヘキサントリオール、スクロース、マルチトール、ラクチトール等の多官能ポリオールモノマー。
芳香族アルコール;(B3)成分
ジヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシベンゼン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、キシリレングリコール、テトラブロムビスフェノールA、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、1,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−ナフチルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(3−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−メチルブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−4−メチルペンタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)トリデカン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−エチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−n−プロピル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−イソプロピル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−sec−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アリル−4'−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(2,3,5,6−テトラメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)シアノメタン、1−シアノ−3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘプタン、1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(3,5−ジクロロ−4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1,1−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−4−メチルシクロヘキサン、1,1−ビス (4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ノルボルナン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)アダマンタン、4,4'− ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4'− ジヒドロキシ−3,3'−ジメチルジフェニルエーテル、エチレングリコールビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、4,4'− ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジシクロヘキシル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、3,3'−ジフェニル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、3,3'−ジメチル−4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、4,4'−ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4'−ジヒドロキシ−3,3'−ジメチルジフェニルスルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)ケトン、7,7'−ジヒドロキシ−3,3',4,4'−テトラヒドロ−4,4,4',4'−テトラメチル−2,2'−スピロビ(2H−1−ベンゾピラン)、トランス−2,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−ブテン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−ブタノン、1,6−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,6−ヘキサンジオン、4,4'−ジヒドロキシビフェニル、m−ジヒドロキシキシリレン、p−ジヒドロキシキシリレン、1,4−ビス(2−ヒドロキシエチル)ベンゼン、1,4−ビス(3−ヒドロキシプロピル)ベンゼン、1,4−ビス(4−ヒドロキシブチル)ベンゼン、1,4−ビス(5−ヒドロキシペンチル)ベンゼン、1,4−ビス(6−ヒドロキシヘキシル)ベンゼン、2,2−ビス〔4−(2”−ヒドロキシエチルオキシ)フェニル〕プロパン、及びハイドロキノン、レゾールシン等の2官能ポリオールモノマー(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する)、
トリヒドロキシナフタレン、テトラヒドロキシナフタレン、ベンゼントリオール、ビフェニルテトラオール、ピロガロール、(ヒドロキシナフチル)ピロガロール、トリヒドロキシフェナントレン等の多官能ポリオールモノマー。
ポリエステルポリオール;(B3)成分
ポリオールと多塩基酸との縮合反応により得られる化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400〜2000であることが好ましく、500〜1500より好ましく、600〜1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する。
ポリエーテルポリオール;(B3)成分
アルキレンオキシドの開環重合、または、分子中に活性水素含有基を2個以上有する化合物とアルキレンオキサイドとの反応により得られる化合物およびその変性体が挙げられる。中でも、数平均分子量が400〜2000であることが好ましく、500〜1500より好ましく、600〜1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する。
ポリカプロラクトンポリオール;(B3)成分
ε−カプロラクトンの開環重合により得られる化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400〜2000であることが好ましく、500〜1500より好ましく、600〜1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する。
ポリカーボネートポリオール;(B3)成分
低分子ポリオールの1種類以上をホスゲン化して得られる化合物あるいはエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート等を用いてエステル交換して得られる化合物が挙げられる。中でも、数平均分子量が400〜2000であることが好ましく、500〜1500より好ましく、600〜1200が最も好ましい。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する。
ポリアクリルポリオール;(B3)成分
(メタ)アクリレート酸エステルやビニルモノマーを重合させて得られるポリオール化合物が挙げられる。分子の両末端にのみ(分子内に2つの)水酸基を有するものは、前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する。
チオール;(B3)成分
チオールの好適な具体例としては、国際公開第WO2015/068798号パンフレットに記載されているものを用いることが出来る。その中でも、特に好適なものを例示すれば以下のものが挙げられる。
テトラエチレングリコ−ルビス(3−メルカプトプロピオネート)、1,4−ブタンジオールビス(3−メルカプトプロピオネート)、1,6−ヘキサンジオールビス(3−メルカプトプロピオネート)、1,4−ビス(メルカプトプロピルチオメチル)ベンゼン(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する)。
トリメチロ−ルプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリト−ルテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリト−ルヘキサキス(3−メルカプトプロピオネート)、1,2−ビス[(2−メルカプトエチル)チオ]−3−メルカプトプロパン、2,2−ビス(メルカプトメチル)−1,4−ブタンジチオール、2,5−ビス(メルカプトメチル)−1,4−ジチアン、4−メルカプトメチル−1,8−ジメルカプト−3,6−ジチアオクタン、1,1,1,1−テトラキス(メルカプトメチル)メタン、1,1,3,3−テトラキス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,1,2,2−テトラキス(メルカプトメチルチオ)エタン、4,6−ビス(メルカプトメチルチオ)−1,3−ジチアン、トリス−{(3−メルカプトプロピオニルオキシ)エチル}−イソシアヌレ−ト等のチオールモノマー。
OH/SH型重合性基含有モノマー;(B3)成分
2−メルカプトエタノール、1−ヒドロキシ−4−メルカプトシクロヘキサン、2−メルカプトハイドロキノン、4−メルカプトフェノール、1−ヒドロキシエチルチオ−3−メルカプトエチルチオベンゼン、4−ヒドロキシ−4’−メルカプトジフェニルスルホン、2−(2−メルカプトエチルチオ)エタノール、ジヒドロキシエチルスルフィドモノ(3−メルカプトプロピオネート)、ジメルカプトエタンモノ(サルチレート)(前記(B12)ウレタンプレポリマーを構成する(B32)2官能ポリ(チ)オールに該当する)。
3−メルカプト−1,2−プロパンジオール、グルセリンジ(メルカプトアセテート)、2,4−ジメルカプトフェノール、1,3−ジメルカプト−2−プロパノール、2,3−ジメルカプト−1−プロパノール、1,2−ジメルカプト−1,3−ブタンジオール、ペンタエリスリトールトリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールモノ(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールビス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールトリス(チオグリコレート)、ペンタエリスリトールペンタキス(3−メルカプトプロピオネート)、ヒドロキシメチル−トリス(メルカプトエチルチオメチル)メタン、ヒドロキシエチルチオメチルートリス(メルカプトエチルチオ)メタン等のポリ(チ)オールモノマー。
<(B)重合性モノマー;(B4)アミノ基含有モノマー;(B4)成分>
(B4)アミノ基含有モノマーは、一分子中に1級、または2級のアミノ基を1つ以上有しているモノマーであり、その中でも大きく分けて、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミンに分類され、その具体例としては、以下のモノマーを挙げることができる。
脂肪族アミン;(B4)成分
エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカンメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、メタキシレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、プトレシン、ジエチレントリアミン等のポリアミン。
モノエチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジーn−プロピルアミン、n−プロピルアミン、ジーn−ブチルアミン、n−ブチルアミン等の単官能アミン。
脂環族アミン;(B4)成分
イソホロンジアミン、シクロヘキシルジアミン等のポリアミン。
シクロヘキシルアミン、N―メチルシクロヘキシルアミン等の単官能アミン。
芳香族アミン;(B4)成分
4,4’−メチレンビス(o−クロロアニリン)(MOCA)、2,6−ジクロロ−p−フェニレンジアミン、4,4’−メチレンビス(2,3−ジクロロアニリン)、4,4’−メチレンビス(2−エチル−6−メチルアニリン)、3,5−ビス(メチルチオ)−2,4−トルエンジアミン、3,5−ビス(メチルチオ)−2,6−トルエンジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,4−ジアミン、3,5−ジエチルトルエン−2,6−ジアミン、トリメチレングリコール−ジ−p−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレングリコール−ジ−p−アミノベンゾエート、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトラエチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジイソプロピル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−3,3’,5,5’−テトライソプロピルジフェニルメタン、1,2−ビス(2−アミノフェニルチオ)エタン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジエチル−5,5’−ジメチルジフェニルメタン、N,N’−ジ−sec−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、m−キシリレンジアミン、N,N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−キシリレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,3’−メチレンビス(メチル−6−アミノベンゾエート)、2,4−ジアミノ−4−クロロ安息香酸−2−メチルプロピル、2,4−ジアミノ−4−クロロ安息香酸−イソプロピル、2,4−ジアミノ−4−クロロフェニル酢酸−イソプロピル、テレフタル酸−ジ−(2−アミノフェニル)チオエチル、ジフェニルメタンジアミン、トリレンジアミン、ピペラジン、1,3,5−ベンゼントリアミン、メラミン等のポリアミン。
ベンジルアミン、ジベンジルアミン等の単官能アミン。
(B1)成分、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分を含む硬化性組成物
本発明において、(B1)成分、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分を含む硬化性組成物の場合、すなわち、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーにおける重合性官能基がラジカル重合性基ではなく、重縮合、又は重付加反応により重合硬化して硬化体を製造する場合には、以下の配合割合とすることが好ましい。
具体的には、(B1)成分、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分の合計量(以下、単に「(B)成分の合計量」とする場合もある)と、(A)成分との合計100質量部に対し、(A)成分を3〜50質量部、(B)成分の合計量を50〜97質量部の範囲で含有することが好ましい。この割合で(A)ポリ擬ロタキサンモノマーを含むことにより、得られる硬化体が、研磨用パッドの場合には優れた研磨特性や機械特性を発現させることが可能となる。また、フォトクロミック化合物を含むフォトクロミック硬化体の場合には、優れたフォトクロミック特性や機械特性を発現させることが可能となる。以上のような効果を発揮するためには、(A)成分を5〜45質量部、(B)成分の合計量を55〜95質量部の範囲とすることがより好ましい。
さらには、(B)成分の合計量を100質量%としたとき、(B1)成分0〜95質量%、(B2)成分0〜100質量%、(B3)成分0〜80質量%、および(B4)成分0〜30質量%とすることが、優れた機械特性を発現するため好ましい。この効果をより発揮するためには、(B1)成分20〜95質量%、(B2)成分0〜20質量%、(B3)成分0〜70質量%、および(B4)成分0〜25質量%とすることがさらに好ましい。
本発明において、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーを含む硬化性組成物から得られる硬化体の用途に応じて、以下のような配合割合とすることもできる。具体的には、CMP研磨用パッドに使用する場合には、(B1)成分40〜95質量%、(B2)成分0〜5質量%、(B3)成分0〜35質量%、および(B4)成分0〜20質量%とすることが好ましい。また、眼鏡レンズのような光学物品用途に使用する場合には、(B1)成分25〜65質量%、(B2)成分0〜5質量%、(B3)成分35〜70質量%、および(B4)成分0〜15質量%とすることが好ましい。
そして、(A)ポリ擬ロタキサンモノマー、(B2)成分、(B3)成分、および(B4)成分に含まれるイソ(チオ)シアネート基と反応しうる全重合性官能基のモル数と、(B1)成分の全イソ(チオ)シアネート基のモル数との比が1:0.8〜1.2を満足することが好ましい。
<(B)重合性モノマー;(B5)ラジカル重合性モノマー>
(B5)ラジカル重合性モノマー(以下、単に(B5)成分とする場合もある。)とは、ラジカル重合性基を有するものであれば、特に制限されるものではない。ラジカル重合性モノマーを、大きく分類すると(メタ)アクリレート基を有する(メタ)アクリレート化合物、ビニル基を有するビニル化合物、アリル基を有するアリル化合物に分類できる。
前記(B5)ラジカル重合性モノマーの好適な具体例としては、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものを用いることが出来る。さらに、その中でも、本発明でさらに好適に用いることができるラジカル重合性化合物を例示すれば、下記に示す化合物が特に好適に用いることができる。
(B51);(メタ)アクリレート化合物
(B51)(メタ)アクリレート化合物(以下、単に「(B51)成分」とする場合もある。)は、例えば、下記式(1)〜(4)に示される化合物が挙げられる。
(B511)式(1)で表されるモノマー;((B51)成分)
Figure 2021178878
式中、Rは、水素原子またはメチル基であり、Rは、水素原子または炭素数1〜2のアルキル基であり、Rは、炭素数1〜10である3〜6価の有機基であり、aは、平均値で0〜3の数であり、bは3〜6の数である。Rで示される炭素数1〜2のアルキル基としてはメチル基が好ましい。 Rで示される有機基としては、ポリオールから誘導される基、3〜6価の炭化水素基、3〜6価のウレタン結合を含む有機基が挙げられる。
上記式(1)における好適な化合物を例示すると、
トリメチロールプロパントリメタクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラメタクリレート等が挙げられる。
(B512)成分; 式(2)で表される化合物 (B51)成分
Figure 2021178878
式中、R及びRは、それぞれ、水素原子、又はメチル基であり、cおよびdは、それぞれ、0以上の整数である。
ただし、RとRが共にメチル基の場合には、c+dは平均値で2以上7未満であり、Rがメチル基及びRが水素原子の場合には、c+dは平均値で2以上5未満であり、RとRが共に水素原子の場合には、c+dは平均値で2以上3未満である。
上記式(2)における最も好適な化合物を例示すると、
トリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラプロピレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。
(B513)成分; 式(3)で表される化合物 (B51)成分
Figure 2021178878
式中、RおよびRは、それぞれ、水素原子またはメチル基であり、RおよびRは、それぞれ、水素原子またはメチル基であり、R10は、水素原子またはハロゲン原子であり、Bは、−O−,−S−,−(SO)−,−CO−,−CH−,−CH=CH−,−C(CH)2−,−C(CH)(C)−の何れかであり、eおよびfはそれぞれ1以上の整数であり、e+fは平均値で2以上30以下である。
なお、上記式(3)で示される重合性モノマーは、通常、分子量の異なる分子の混合物の形で得られる。そのため、eおよびfは平均値で示した。
上記式(3)における好適なモノマーを例示すると、
ビスフェノールAジメタクリレート、2,2−ビス(4−メタクリロイルオキシ(ポリエトキシ)フェニル]プロパン(f+g=2.6)、2,2−ビス[4−メタクリロキシ(ポリエトキシ)フェニル]プロパン(a+b=10)、2,2−ビス[4−メタクリロキシ(ポリエトキシ)フェニル]プロパン(a+b=17)、2,2−ビス[4−メタクリロキシ(ポリエトキシ)フェニル]プロパン(a+b=30)2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−メタクリロイルオキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−メタクリロイルオキシジプロポキシフェニル)プロパン、ビスフェノールAジアクリレート、2,2−ビス[4−アクリロキシ(ポリエトキシ)フェニル]プロパン(a+b=10)、2,2−ビス[4−アクリロキシ(ポリエトキシ)フェニル]プロパン(a+b=20)等が挙げられる。
(B514)成分; 式(4)で示される化合物 (B51)成分
Figure 2021178878
式中、gは平均値で1〜20の数であり、A及びA’は、互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ炭素数2〜15の直鎖状または分岐状のアルキレン基であり、Aが複数存在する場合には、複数のAは同一の基であっても、異なる基であってもよく、R11は、水素原子、またはメチル基であり、R12は、(メタ)アクリロイルオキシ基またはヒドロキシル基である。
上記式(4)で示される化合物は、ポリカーボネートジオールと(メタ)アクリレート酸とを反応させることにより製造することができる。
上記式(4)で最も好ましい形態は、ペンタメチレングリコールとヘキサメチレングリコールの混合物である数平均分子量500のポリカーボネートジオールとアクリル酸を反応させたものであり、 R12は、アクリロイルオキシ基であるモノマーが挙げられる。
(B515)成分;シルセルキオキサンモノマー;(B51)成分
シルセルキオキサンモノマーは、ケージ状、ハシゴ状、ランダムといった種々の分子構造を取るものであり、(メタ)アクリレート基等のラジカル重合性基を有しているモノが好ましい。
このようなシルセルキオキサン化合物の例としては、下記式(5)で示されるものが挙げられる。
Figure 2021178878
式中、hは、重合度であり、3〜100の整数であり、複数個あるR13は、互いに同一もしくは異なっていてもよく、ラジカル重合性基、ラジカル重合性基を含む有機基、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基又はフェニル基であり、少なくとも1つのR13は、ラジカル重合性基、又はラジカル重合性基を含む有機基である。
ここで、R13で示されるラジカル重合性基、又はラジカル重合性基を含む有機基としては、(メタ)アクリレート基;(メタ)アクリロイルオキシプロピル基、(3−(メタ)アクリロイルオキシプロピル)ジメチルシロキシ基等の(メタ)アクリレート基を有する有機基等が挙げられる。
(B516)成分;その他の(メタ)アクリレート化合物 (B51)成分
上記式(1)〜(4)で表される化合物以外におけるモノマーを例示すると、
メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(特に平均分子量293)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(特に平均分子量468)、メトキシポリエチレングリコールアクリレート(特に平均分子量218)、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、(特に平均分子量454)、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ペンタエチレングリコールジメタクリレート、ペンタプロピレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ペンタエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラプロピレングリコールジアクリレート、ペンタプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールとポリエチレングリコールの混合物よりなるジメタアクリレート(ポリエチレンが2個、ポリプロピレンが2個の繰り返し単位を有する)ポリエチレングリコールジメタクリレート(特に平均分子量330)、ポリエチレングリコールジメタクリレート(特に平均分子量536)、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート(特に平均分子量736)、トリプロピレングリコールジメタクリレート、テトラプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート(特に平均分子量536)、ポリエチレングリコールジアクリレート(特に平均分子量258)、ポリエチレングリコールジアクリレート(特に平均分子量308)、ポリエチレングリコールジアクリレート(特に平均分子量508)、ポリエチレングリコールジアクリレート(特に平均分子量708)、ポリエチレングリコールメタクリレートアクリレート(特に平均分子量536)、(ポリエチレングリコール/ポリプロピレングリコール)ジアクリレート共重合体(特に平均分子量330)、エトキシ化シクロヘキサンジメタノールアクリレート(特に平均分子量434)、ポリエステルオリゴマーヘキサアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、4官能ポリエステルオリゴマー(分子量2500〜3500、ダイセルユーシービー社、EB80等)、4官能ポリエステルオリゴマー(分子量6000〜8000、ダイセルユーシービー社、EB450等)、6官能ポリエステルオリゴマー(分子量45000〜55000、ダイセルユーシービー社、EB1830等)、4官能ポリエステルオリゴマー(特に分子量10000の第一工業製薬社、GX8488B等)、エチレングリコールビスグリシジルメタクリレート、1,4−ブチレングリコールジメタクリレート、1,9−ノニレングリコールジメタクリレート、ネオペンチレングリコールジメタクリレート、ビス(2−メタクリロイルオキシエチルチオエチル)スルフィド、ビス(メタクリロイルオキシエチル)スルフィド、ビス(アクリロイルオキシエチル)スルフィド、1,2−ビス(メタクリロイルオキシエチルチオ)エタン、1,2−ビス(アクリロイルオキシエチル)エタン、ビス(2−メタクリロイルオキシエチルチオエチル)スルフィド、ビス(2−アクリロイルオキシエチルチオエチル)スルフィド、1,2−ビス(メタクリロイルオキシエチルチオエチルチオ)エタン、1,2−ビス(アクリロイルオキシエチルチオエチルチオ)エタン、1,2−ビス(メタクリロイルオキシイソプロピルチオイソプロピル)スルフィド、1,2−ビス(アクリロイルオキシイソプロピルチオイソプロピル)スルフィド、ステアリルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、オクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、
(メタ)アクリレート酸のエステル、例えば、(メタ)アクリレート酸メチル、(メタ)アクリレート酸ベンジル、(メタ)アクリレート酸フェニル、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、
チオアクリル酸もしくはチオメタクリル酸のエステル、例えばメチルチオアクリレート、ベンジルチオアクリレート、ベンジルチオメタクリレート、
多官能性ウレタン(メタ)アクリレート、例えば、新中村化学工業(株)製のU−4HA(分子量596、官能基数4)、U−6HA(分子量1019、官能基数6)、U−6LPA(分子量818、官能基数6)、U−15HA(分子量2300、官能基数15)、新中村化学工業(株)製のU−2PPA(分子量482)、UA−122P(分子量1100)、U−122P(分子量1100)、及びダイセルユーシービー社製のEB4858(分子量454)、新中村化学工業(株)製のU−108A、U−200PA、UA−511、U−412A、UA−4100、UA−4200、UA−4400、UA−2235PE、UA−160TM、UA−6100、UA−6200、U−108、UA−4000、UA−512および日本化薬(株)製UX−2201、UX3204、UX4101、6101、7101、8101が挙げられる。
(B52)成分;ビニル化合物
ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレンおよびα−メチルスチレンダイマー等が挙げられる。また、前記シルセスキオキサンモノマーにおいて、R13がビニル基;ビニルプロピル基、ビニルジメチルシロキシ基等のビニル基を有する有機基となる化合物が挙げられる。
(B53)成分;アリル化合物
アリル化合物としては、アリルジグリコールカーボネート、メトキシポリエチレングリコールアリルエーテル(特に平均分子量550)、メトキシポリエチレングリコールアリルエーテル(特に平均分子量350)、メトキシポリエチレングリコールアリルエーテル(特に平均分子量1500)等が挙げられる。前記シルセスキオキサンモノマーにおいて、R13がアリル基;アリルプロピル基、アリルプロピルジメチルシロキシ基等のアリル基を有する有機基となる化合物が挙げられる。
(B54)その他のラジカル重合性モノマー
本発明においては、分子中に異なるタイプの複数種の重合性基を有する複合型重合性化合物も使用することができる。具体的な化合物を例示すれば、以下のものが挙げられる。なお、ここでは、分子内に1つでもラジカル重合性基を有するものであれば、この分類に該当するものとした。
ラジカル重合/エポキシ型重合基含有モノマー;(B54)成分
グリシジルメタクリレート、グリシジルオキシメチルメタクリレート、2−グリシジルオキシエチルメタクリレート、3−グリシジルオキシプロピルメタクリレート、4−グリシジルオキシブチルメタクリレート、ポリエチレングリコールグリシジルメタクリレート、ポリプロピレングリコールグリシジルメタクリレート、ビスフェノールA−モノグリシジルエーテル−メタクリレート、ポリエチレングリコールグリシジルアクリレート、ポリエチレングリコールグリシジルアクリレート。
ラジカル重合/OH型重合基含有モノマー;(B54)成分
2−ヒドロキシメタクリレート、2−ヒドロキシアクリレート、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル等。
ラジカル重合/イソシアネート基含有モノマー;(B54)成分
2−イソシアナトエチルメタクリレート、2−イソシアナトエチルアクリレート等が挙げられる。
ラジカル重合/シリル基含有モノマー;(B54)成分
γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
また、上述した重合性化モノマー以外にも、何ら制限なく、その他の重合性モノマーを使用できる。例えば、エピスルフィドモノマーやチエタニルモノマー、モノ(チ)オールモノマーを使用することもできる。エピスルフドモノマーやチエタニルモノマー、モノ(チ)オールモノマーの好適な具体例としては、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものを用いることが出来る。
(B5)成分を含む硬化性組成物
本発明において、(B5)成分を含む硬化性組成物の場合、すなわち、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーにおける重合性官能基がラジカル重合性基である場合には、以下の配合割合とすることが好ましい。
具体的には、(B5)成分と、(A)成分との合計100質量部に対し、(A)成分を2〜50質量部、(B5)成分の合計量を50〜98質量部の範囲で含有することが好ましい。この割合で(A)ポリ擬ロタキサンモノマーを含むことにより、フォトクロミック化合物を含むフォトクロミック硬化体の場合には、優れたフォトクロミック特性や機械特性を発現可能となる。以上のような効果を発揮するためには、(A)成分を3〜40質量部、(B)成分の合計量を60〜97質量部の範囲とすることがより好ましい。
さらには、(B5)成分の合計量を100質量%としたとき、(B51)成分77〜99質量%、(B52)成分0〜15質量%、(B53)成分0〜5質量%、および(B54)成分1〜3質量%とすることが、硬化体の成形性のため好ましい。この効果をより発揮するためには、(B51)成分85〜99質量%、(B52)成分0〜10質量%、(B53)成分0〜3質量%、および(B54)成分1〜2質量%とすることがさらに好ましい。
さらには、上記範囲を満足する場合において、(B51)成分の合計量を100質量%とした時、(B511)成分5〜50質量%、(B512)成分0〜60質量%、(B513)成分0〜70質量%、(B514)成分0〜20質量%、(B515)成分0〜20質量%、および(B516)成分10〜70質量%とすることが、優れたフォトクロミック特性のため好ましい。この効果をより発揮するためには、(B511)成分7〜40質量%、(B512)成分0〜50質量%、(B513)成分0〜60質量%、(B514)成分0〜15質量%、(B515)成分0〜10質量%、および(B516)成分15〜60質量%とすることがさらに好ましい。
<好適な硬化性組成物について>
上記(A)ポリ擬ロタキサンモノマー、および(B)ポリ擬ロタキサン以外の重合性モノマーは、用いる用途に応じて適宜選択すればよい。例えば、フォトクロミック硬化性組成物を調合する場合には、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子の重合性官能基は、水酸基(OH基)、チオール基(SH基)、アミノ基、または、ラジカル重合性基から選択されるのが好ましく、(B)重合性モノマーは、(B1)イソ(チアシ)アネート化合物、(B5)ラジカル重合性モノマー等から選択されるのが好ましい。また、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子の重合性官能基がOH基、SH基の場合には、(B1)イソ(チア)シアネート化合物の他にも、(B3)(チ)オール化合物を併用することが好ましい。こうすることで、優れた機械物性やフォトクロミック特性を発現できる。上記の中でも本発明で特に高い効果が得られるのは、(B)重合性モノマーに(B1)イソ(チア)シアネート化合物を用いた時である。
研磨用パッド材に用いられる場合には、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子の重合性官能基はOH基、アミノ基から選択されるのが好ましく、(B)重合性化合物は(B1)ポリ(イソ)チアシアネートモノマーから選択されるのが好ましい。特に、研磨用パッド材に用いる際には、(B1)ポリ(イソ)チアシアネート化合物の中でも、(B12)ウレタンプレポリマーを含んでなることが好ましい。こうすることで、研磨用パッド材の機械特性を向上でき、特に良好な耐摩耗性特性を発現できる。
(硬化性組成物に配合されるその他の配合成分)
本発明の硬化性組成物においては、上述した(A)ポリ擬ロタキサンモノマーや、(B)重合性モノマーに導入された重合性官能基の種類に応じて、その重合硬化を速やかに促進させるために各種の(C)重合硬化促進剤を使用することもできる。
(C)重合硬化促進剤
例えば、(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がOH基、アミノ基、エポキシ基、及び、SH基等の重合性基の場合であり、(B)成分が、(B1)イソ(チア)シアネートモノマーから選択される場合には、(C1)ウレタン或いはウレア用反応触媒や(C2)縮合剤が重合硬化促進剤として使用される。
(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がOH基、アミノ基、及び、NCO基等の重合性官能基であり、(B)成分が、(B2)エポキシモノマー、エピスルフィドモノマー、及び、チエタニルモノマーから選択される場合には、(C3)エポキシ硬化剤やエポキシ基を開環重合させるための(C4)カチオン重合触媒が重合硬化促進剤として使用される。
(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がNCO基又はNCS基の場合であり、(B)成分が、(B3)水酸基(チオール基)含有モノマー、及び、(B4)アミンモノマーから選択される場合には、(C1)ウレタン或いはウレア用反応触媒や(C2)縮合剤が重合硬化促進剤として使用される。
(A)ポリ擬ロタキサンモノマーが有している重合性官能基がラジカル重合性基の場合であり、(B)成分が(B5)ラジカル重合性モノマーから選択される場合には、(C5)ラジカル重合開始剤が重合硬化促進剤として使用される。
本発明で好適に使用できる上記(C1)〜(C5)の重合促進剤としては、具体例としては、国際公開第WO2015/068798号に記載されているものを用いることが出来る。
これら各種の(C)重合硬化促進剤は、それぞれ、1種単独でも、2種以上を併用することもできるが、その使用量は、所謂触媒量でよく、例えば、(A)ポリ擬ロタキサンと(B)重合性モノマーの合計100質量部当り、0.001〜10質量部、特に0.01〜5質量部の範囲の少量でよい。
(D)フォトクロミック化合物
また、また、本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化体は、その用途に応じて、硬化体中に(D)フォトクロミック化合物を含有させてもよい。このような用途としては、フォトクロミック硬化性組成物を硬化して得られるフォトクロミック眼鏡が知られている。上述したフォトクロミック化合物には、公知のフォトクロミック化合物を使用できるが、フォトクロミック組成物として使用する場合には、発色濃度、初期着色性、耐久性、退色速度などのフォトクロミック性の観点から、インデノ〔2,1−f〕ナフト〔1,2−b〕ピラン骨格を有するクロメン化合物を用いることがより好ましく、特に分子量が540以上のクロメン化合物が、発色濃度及び退色速度に特に優れるため好適に使用される。
これら各種の(D)フォトクロミック化合物は、それぞれ、1種単独でも、2種以上を併用することもできる。その使用量は、用途に応じて適宜決定すればよく、例えば、(A)ポリ擬ロタキサンと(B)重合性モノマーの合計100質量部当り、0.001〜20質量部、特に0.01〜10質量部の範囲であることが好ましい。
本発明の硬化性組成物は、その他にも、本発明の効果を損なわない範囲で、公知の各種配合剤を用いることが出来る。例えば、砥粒、酸化防止剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、着色防止剤、蛍光染料、染料、顔料、香料、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、充填剤、帯電防止剤、整泡剤、溶剤、レベリング剤、その他の添加剤を加えてもよい。これらの添加剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。これら添加剤は、硬化性組成物に含有させ、該硬化性組成物を重合することにより、硬化体に含有させることができる。上述した砥粒については、具体的には、酸化セリウム、酸化珪素、アルミナ、炭化珪素、ジルコニア、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化チタン及びダイヤモンドから選択される材料からなる粒子、又はこれら材料からなる二種以上の粒子等が挙げられる。
重合方法は、公知の方法を採用できる。重縮合、又は重付加反応の場合には、国際公開第WO2015/068798号、国際公開第WO2016/143910、特開2017−48305に記載の条件を採用できる。ラジカル重合の場合には、WO2014/136804号、国際公開第WO2015/068798号の記載の条件を採用できる。
<硬化体>
硬化性組成物が(D)フォトクロミック化合物を含む場合には、そのまま重合硬化することによって、フォトクロミック硬化体を製造できる。
また、本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化体は、その用途に応じて、硬化体中に細孔を設けてもよい。このような用途としては、研磨用のパッド剤が知られている。研磨用のパッド剤等に細孔を設ける手法としては、公知で知られている発泡方法等を何ら制限なく用いることが可能である。それらの方法を例示すれば、低沸点炭化水素等の揮発性の発泡剤や、微小中空体(マイクロバルーン)を分散硬化させる方法、熱膨張性の微粒子を混合したのち加熱し微粒子を発泡させる方法、または混合中に空気や窒素等の不活性ガスを吹き込むメカニカルフロス発泡法が例示できる。 本発明の硬化性体に、ウレタン結合を形成させうることが可能な硬化性組成物を用いる場合には、水などを添加する発泡剤発泡法も適用できる。また、該微小中空体(マイクロバルーン)は、世の中に知られているものを何ら制限なく使用することが出来る。具体例を示せば、塩化ビニリデン樹脂、(メタ)アクリレート系樹脂、アクリルニトリルと塩化ビニリデン共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の該微小中空体を使用できる。
本発明の硬化性組成物を硬化させた硬化体の用途は、上述したフォトクロミック硬化体や、研磨パッドの他にも、吸音材料としても用いることも可能である。さらに、本発明の硬化体組成物を、不織布に塗布あるいは含浸後、硬化させることで、不織布研磨パッドや吸音材料とすることも可能である。
次に、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。先ず、本発明で使用した測定装置、および各成分の製造方法等について説明する。
製造例1
<(A)ポリ擬ロタキサンモノマー(pRX−1)の製造方法>
(1−1)末端アミンのPEG−PPG−PEG−diNHの調製;
軸分子形成用のポリマーとして、重量平均分子量14600の、直鎖状ポリエチレングリコール(PEG)−ポリプロピレングリコール(PPG)−ポリエチレングリコール(PEG)のトリブロック共重合体(Pluronic F108)を用意した。
下記処方;
PEG−PPG−PEG(Pluronic F108) 14g
CDI (1,1’−カルボニルジイミダゾール) 1.6g
を準備し、各成を脱水ジクロロメタン30mLに溶解させ、窒素雰囲気下、室温で5時間攪拌した。その後、水を30mLゆっくりと滴下し、反応を終了させた。そして、水層を取り除いた後、飽和食塩水で2回洗浄した後、硫酸ナトリウムで水分を除去した。得られたジクロロメタン溶液に、
エチレンジアミン 0.6g
を添加し、室温で15時間攪拌した。その後、再度飽和食塩水で3回洗浄した後、硫酸ナトリウムで水分を取り除き、ジクロロメタンを留去し、乾燥することで、末端アミン基を有するPEG−PPG−PEG−diNH2を7.5g得た。
(1−2)ポリ擬ロタキサンモノマーの調製;
上記で調製されたPEG−PPG−PEG−diNH 4.2gおよび2−ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン(HP−CD) 11.9gを、それぞれ、30mLの水溶液に溶解させ、4度で2日間攪拌した。その後、透析チューブにて透析した後、乾燥させることでポリ擬ロタキサンモノマー(pRX−1)を9g取得した。
取得したポリ擬ロタキサンモノマー(pRX−1)の物性は、NMRの結果から以下の通りであった。
軸分子:両末端にアミノ基(重合性基)を有するポリエチレングリコール(PEG)−ポリプロピレングリコール(PPG)−ポリエチレングリコール(PEG)のトリブロック共重合体。前記式(I)において、R14がエチレン基、R15がプロピレン基、R16がエチレン基であり、平均でi=120、j=60、k=120である軸分子。
環状分子の包接量:18%(1つの軸分子に対し、β−シクロデキストリンを28個導入)。
環状分子が有する重合性基:水酸基。
側鎖の修飾度:0.24(β−シクロデキストリンが有する全水酸基の24%に側鎖を導入)。
側鎖の数平均分子量:平均で約59。
修飾された側鎖の末端全てが水酸基(重合性基)。
参考製造例1
<ポリロタキサンモノマー(RX−1)の製造方法>
(2−2)ポリ擬ロタキサンモノマーの調製;
上記(1−1)で調製されたPEG−PPG−PEG−diNH 4.2gおよび2−ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン(HP−CD) 11.9gを、それぞれ、30mLの水溶液に溶解させ、4度で2日間攪拌した。
(2−3)末端封止; ポリロタキサンモノマー(RX−1)の調製
その後、(2−2)で得られた混合溶液に、FITC−I(イソチオシアン酸フルオレセイン, イソマー I 型)350mgをジメチルホルムアミド(DMF)3.5mLに溶解させた溶液を滴下し、室温で12時間攪拌した。その後、溶液を濾過し、溶媒を留去した後、THFで分散し、濾過して固体を得た。その固体を水に溶解させ、透析チューブにて透析した後、乾燥することで、ポリロタキサンモノマー(RX−1)を取得した。
このように末端封止を行ったが、製造例1のポリ擬ロタキサンモノマーと比較して、製造に半日以上の時間がかかり、末端封止剤のコストも多くかかった。
取得したポリロタキサンモノマー(RX−1)の物性は、NMRの結果から以下の通りであった。
環状分子の包接量:18%(1つの軸分子に対し、β−シクロデキストリンを28個導入)。
軸分子:両末端にフルオレセイン(嵩高い基)を有するPEG−PPG−PEGのトリブロック共重合体。前記式(I)において、R14がエチレン基、R15がプロピレン基、R16がエチレン基であり、平均でi=120、j=60、k=120である軸分子。
側鎖の修飾度:0.24(β−シクロデキストリンが有する全水酸基の24%に側鎖を導入)。
側鎖の分子量:平均で約59。
修飾された側鎖の末端が全て水酸基(重合性基)。
(B)重合性モノマー;
(B12)プレポリマー
Pre−1:イソ(チオ)シアネート当量が540の末端イソシアネートウレタンプレポリマー。
プレポリマーの製造例(Pre−1)
窒素導入管、温度計、攪拌機を備えたフラスコに窒素雰囲気下中、2,4−トリレンジイソシアネート 500gとポリオキシテトラメチレングリコール( 数平均分子量;1000) 900gとジエチレングリコール 65gを、80℃で8時間反応させ、イソ(チオ)シアネート当量が540の末端イソシアネートウレタンプレポリマーを得た(Pre−1)を得た。
(B3)水酸基(チオール基)含有モノマー
TMP:トリメチロールプロパン。
DEG:ジエチレングリコール。
HP−BCD:2−ヒドロキシプロピル−β−シクロデキストリン。
(B4)アミノ基含有モノマー
PEG−PPG−PEG−diNH2:上記製造例(1−1)で調製した末端アミンのPEG−PPG−PEG−diNH2の調製で製造したモノマー。
実施例1
前記製造例1で製造したポリ擬ロタキサンモノマー(pPX−1)を用い、硬化性組成物を下記処方により調合した。各成分は、混合して均一液(硬化性組成物)とした。各配合量を表1に示す。
処方;
(A)ポリ擬ロタキサンモノマー:pRX−1 6質量部
(B12)プレポリマー:pre−1 87質量部
(B3)水酸基(チオール基)含有モノマー:TMP 3質量部
(B3)水酸基(チオール基)含有モノマー:DEG 4質量部
上記の硬化性組成物を攪拌混合し、脱泡した後、厚さ2mmの金型へ流し込み、100℃で15時間硬化させた。重合終了後、鋳型からウレタン樹脂を取り外し、厚さ2mmのウレタン樹脂を得た。
上記で得られたウレタン樹脂のA硬度は35、引張り試験におけるヤング率は0.5MPa(弾性率)伸長率740%であった。各評価方法を以下に示す。
〔評価項目〕
(1)A硬度:JIS規格(硬さ試験)K6253に従って、高分子計器製のデュロメーターによりショアーAを測定した。平均値で評価した。
(2)ヤング率(弾性率)、及び、伸長率:厚み2mmのダンベル8号形状に打ち抜いた樹脂を島津社製AG−SXのオートグラフにて10mm/minで引張り試験を実施した。ヤング率は、JIS K7161−1に準じて計算した。
比較例1、参考例1
表1に示した組成の硬化性組成物を用いた以外は、実施例1と同様な方法で硬化体を作製し、評価を行なった。各成分の配合割合と結果を表1にまとめた。
Figure 2021178878
実施例1と、比較例1とから明らかな通り、ポリ擬ロタキサンモノマーを用いて作製した硬化体は、高い表面硬度を有しながら、柔らかく、そしてよく伸びる優れた機械特性を有していることが分かる。これら物性(実施例1の物性)は、末端に嵩高い基を導入したポリロタキサン(RX−1)を使用した参考例と近いことから、参考例1と同じく、実施例1においても、ポリ擬ロタキサンモノマーが、環状分子が脱離することなく、マトリックスを形成する分子中に組み込まれていると推定できる。ただし、ポリ擬ロタキサンを使用した実施例1の伸長率の方が高く、優れた効果を発揮した。
そのため、実施例1で得られた該硬化体は、研磨用パットとして好適に採用できる。
1:ポリ擬ロタキサンモノマー
2:軸分子
3:環状分子
4:側鎖

Claims (11)

  1. 重合性官能基を有する環状分子と、該環状分子の環内を貫通する軸分子とからなる複合分子構造を有し、かつ、該軸分子の少なくとも一方の末端には嵩高い基が存在しない(A)ポリ擬ロタキサンモノマー、及び、
    該(A)ポリ擬ロタキサンモノマー以外の(B)重合性モノマーを含む硬化性組成物。
  2. 前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの軸分子が、複数のモノマーを重合させて得られる共重合体からなる請求項1に記載の硬化性組成物
  3. 前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの軸分子の共重合体が、
    複数の異なるポリアルキレングリコール部位からなるブロック共重合体である請求項2に記載の硬化性組成物
  4. 前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子の重合性官能基が、水酸基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、(メタ)アクリレート基、または、アリル基である請求項1〜3の何れかに記載の硬化性組成物
  5. 前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの軸分子の末端に、重合性官能基が導入されている請求項1〜4の何れかに記載の硬化性組成物。
  6. 前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの軸分子の重合性基官能基が、水酸基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、(メタ)アクリレート基、または、アリル基である請求項5に記載の硬化性組成物。
  7. 前記(A)ポリ擬ロタキサンモノマーの環状分子の重合性官能基が、水酸基、チオール基、カルボキシル基、または、アミノ基を含み、
    前記(B)重合性モノマーが、(B1)イソ(チオ)シアネート基を有するイソ(チオ)シアネート化合物である請求項1〜6の何れかに記載の硬化性組成物。
  8. 請求項1〜7の何れかに記載の硬化性組成物を硬化して得られる硬化体。
  9. 請求項8に記載の硬化体からなる研磨用パッド。
  10. さらに、(C)フォトクロミック化合物を含む請求項1〜7の何れかに記載の硬化性組成物。
  11. 請求項10に記載の硬化性組成物を硬化して得られるフォトクロミック硬化体。
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