JP4813789B2 - ジイモニウム塩化合物、該化合物を含有する近赤外線吸収剤および近赤外線カットフィルター - Google Patents
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Description
PDPは希ガスのプラズマ発光を利用しているので、蛍光発光に必要な紫外光だけでなく、不必要な電磁波や近赤外線も発生する。電磁波は人体に対する健康面への影響が懸念され、また、近赤外線は家電製品のリモコン受光部に作用して誤動作を引き起こす問題が指摘されている。そのため、電磁波を金属メッシュでカットしたり、近赤外線を近赤外線カットフィルターによってカットするなどの対応が施されている。
また、特開平5−247437号公報にジイモニウムのヘキサフルオロリン酸塩が、WO2004/048480に、ジイモニウムのパーフルオロアルキルスルホンイミド酸塩が開示されている。しかしながらこれらの化合物はいずれも有機溶媒や樹脂に対する溶解性が低く、均一な樹脂液を作製することが困難で、従って透明性の高いフィルター作製が困難であるという問題がある。
溶媒や樹脂に対する溶解性が高く、可視光に対する吸収が小さく透明性の高いフィルムを形成できる新規なジイモニウム塩化合物及びこれを含有する近赤外線吸収剤、近赤外線カットフィルターを提供することである。
即ち、本発明は、第一に一般式(1)又は(2)で表されるジイモニウム塩化合物である。
(i)式(1)において、Yがパーフルオロアルキル基で、Xが下式(B):
(ii)式(1)において、X及びYが置換基としてアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基又はパーフルオロアルキル基を有していてもよいフェニル基を、
又は、
(iii)式(2)において、Xが置換基としてアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基又はパーフルオロアルキル基を有していてもよいフェニル基で、Zがパーフルオロアルキル基を表す。]
また、本願の第2の発明は上記ジイモニウム塩化合物を含有する近赤外線吸収剤である。更に、本願の第3の発明は上記ジイモニウム塩化合物を含有する近赤外線カットフィルターである。
本発明のジイモニウム塩化合物は、下記一般式(1)又は(2)で表される。
(i)式(1)において、Yがパーフルオロアルキル基で、Xが一般式(A):
で表される環構造の置換基を、
(ii)式(1)において、X及びYが置換基としてアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基又はパーフルオロアルキル基を有していてもよいフェニル基を、
又は、
(iii)式(2)において、Xが置換基としてアルキル基、ハロゲン原子、アルコキシ基、ニトロ基又はパーフルオロアルキル基を有していてもよいフェニル基で、Zがパーフルオロアルキル基を表す。]
これらの例としては、
が特に好適に用いられる。
[スルホンイミド酸の合成]
一般式:XSO 2 NHSO 2 Y
(X、Yは、一般式(1)におけるものと同じものを示す)
で表されるスルホンイミド酸を合成する。当該化合物は、次の方法で合成できる。スルホンアミド誘導体XSO 2 NH 2 とスルホン酸クロライド誘導体YSO 2 Clとを、溶媒中ほぼ等モルで、0〜60℃、好ましくは20〜40℃で、10〜48時間、好ましくは5〜24時間反応させる。ついで、水に排出し、不純物を水層に移行させ目的のXSO 2 NHSO 2 Yを得る。溶媒としてはハロゲン化炭化水素、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAC)、ジメチルイミダゾリジノン(DMI)等を用いることができ、ハロゲン化炭化水素溶媒の場合には溶液として、またDMF、DMAC、DMI等の溶媒を用いる場合には、沈殿物として目的物が得られる。
一般式:XSO2NHCOZ
(X、Zは、一般式(2)におけるものと同じものを示す)
で表されるスルホンイミド酸は、次の方法で合成できる。スルホンアミド誘導体XSO2NH2とカルボン酸クロライド誘導体ZCOClとを、DMF、DMAC、DMIのような極性溶媒中、0〜100℃、好ましくは20〜50℃で、1〜24時間、好ましくは1〜4時間反応させる。反応混合物を水に排出し、目的物を油状物あるいは沈殿物として得ることができる。
つぎに前記スルホンイミド酸の銀塩を製造する。前記スルホンイミド酸をその5〜100倍重量の水に溶かし、20〜100℃、好ましくは50〜70℃で、1〜10時間、好ましくは2〜4時間反応させる。室温まで冷却し、不溶物を濾過により除去し、濾液から水分を蒸発させることで、下記一般式(3)又は(5)のスルホンイミド酸銀塩を得ることができる。
前記一般式(3)又は(5)で表されるスルホンイミド酸銀塩と、下記の一般式(4)で表されるN,N,N’,N’−テトラキス(ジアルキルアミノフェニル)フェニレンジアミンとを、DMF、DMAC、DMI等の極性溶媒中、20〜120℃、好ましくは70〜100℃で1〜20時間、好ましくは1〜4時間反応させる。ついで、析出した銀を濾別後、水を加え、生じた沈殿を濾過、乾燥することにより、一般式(1)又は(2)で表されるジイモニウム塩化合物を得ることができる。
尚、一般式(4)のN,N,N’,N’−テトラキス(ジアルキルアミノフェニル)フェニレンジアミンは、公知の化合物である。
本発明の近赤外線吸収剤は、前記本発明のジイモニウム塩化合物自体であってもよく、また該化合物にバインダー樹脂などを加えた組成物であってもよい。
バインダー樹脂としては、特に制限はないが、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等のアクリル酸系モノマーの単独重合体又は共重合体、メチルセルロース、エチルセルロース、セルロースアセテートのようなセルロース系ポリマー、ポリスチレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルピロリドン、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコールのようなビニル系ポリマー及びビニル化合物の共重合体、ポリエステル、ポリアミドのような縮合系ポリマー、ブタジエン−スチレン共重合体のようなゴム系熱可塑性ポリマー、エポキシ化合物等の光重合成化合物を重合・架橋させたポリマー等を挙げることができる。
本発明のジイモニウム塩化合物を用いて、近赤外線カットフィルターを作製する方法としては、キャスト法や溶融押し出し方がある。
有機溶剤に樹脂または樹脂モノマーと、本発明のジイモニウム塩化合物とを溶解させ、透明フィルム、パネルまたはガラス基板上に塗布、乾燥することにより得られる。
有機溶剤としては、ハロゲン系、アルコール系、ケトン系、エステル系、脂肪族炭化水素系、エーテ系溶媒あるいはそれらの混合物が用いられる。
使用する樹脂又は樹脂モノマーとしては、脂肪酸エステル樹脂、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン樹脂、芳香族エステル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、脂肪族ポリオレフィン樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニル系変性樹脂等の樹脂あるいはそれらのモノマーかもしくはその共重合樹脂が用いられる。
ジイモニウム塩化合物の使用量は、その吸光係数、作製するフィルターの基板またはフィルムの厚み、目的の吸収強度、目的の透過特性、透過率等によって異なるが、樹脂又は樹脂モノマーの重量に対して、通常、1ppm〜20重量%である。
本発明のジイモニウム塩化合物をベース樹脂の粉体あるいはペレットに添加し、150〜350℃で加熱、溶融させた後、成型して板を作製、あるいは押し出し機でフィルム化する。
溶融押し出し法で使用される樹脂は、板またはフィルム作製した際に、できるだけ透明性の高いものが好ましく、具体的にはポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート、ポリエーテルケトン、ポリカーボネイト、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン6等のポリアミド、ポリイミド、トリアセチルセルロース等のセルロース樹脂、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル等のビニル化合物、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリロニトリル、ビニル化合物の付加重合体、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニリデン等のビニリデン化合物、フッ化ビニリデン/トリフルオロエチレン共重合体、エチレン/酢酸ビニル共重合体等のビニル化合物又はフッ素化合物の共重合体、ポリエチレンオキシド等のポリエーテル、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等を挙げることができる。
尚、混練する際に可塑剤等の通常の樹脂成型に用いる添加剤を加えてもよい。ジイモニウム塩化合物の添加量は、吸収係数、作製する樹脂成型体の厚み、目的の吸収強度、目的の透過特性・透過率等によって異なるが、通常、ベース樹脂成型体の重量に対して1ppm〜20重量%であり、1ppm〜10重量%が好ましく、1ppm〜5重量%が特に好ましい。
クロロスルホニルイソシアネート19.81gを塩化メチレン50mlに溶解し、5℃以下に冷却した。これに、塩化メチレン50mlに溶解させた2−ブロモエタノール19.24gを40分間要して滴下した。滴下後、10℃以下で60分間反応させた。この反応混合物を、トリフルオロメタンスルホンアミド20.87g、トリエチルアミン29.74gおよび塩化メチレン50mlの混合物中に、0℃以下で65分間要して滴下した。冷却浴をはずし、室温(28℃)下で25時間反応させた。内容物を水200ml中に排出し、分液により塩化メチレン層を分取、水洗後、濃縮し、橙色オイル27.47gを得た。質量分析(M/e=298)により、N−トリフルオロメチルスルホニル−N−(2−オキサゾリドン)スルホニルイミン酸であることを確認した。
得られた橙色オイル7.1gを水60mlに溶解させ、これに酸化銀4.5gを添加、60℃で4時間反応させた。室温まで冷却し、不溶物を濾過により除去し、濾液をエバポレーターで水分除去することにより、白色粉末9.35gを得た。赤外吸収スペクトル、蛍光X線分析により目的物のN−トリフルオロメチルスルホニル−N−(2−オキサゾリドン)スルホニルイミン酸銀塩であることを確認した。
ジメチルホルムアミド150ml中に、パラトルエンスルホンアミドのナトリウム塩11.6gを溶解し、これにパラトルエンスルホニルクロライド11.4gをジメチルホルムアミド30mlに溶かした溶液を室温で滴下した。100℃で3時間反応させ、室温まで放冷した。この反応混合物を3.5%塩酸600ml中に排出した。生じた白色沈殿を濾取、乾燥し、白色粉末10.8gを得た。融点は133〜135℃であった。質量分析(M/e=226)および赤外吸収スペクトルより、このものはビス(p−トルエンスルホニル)イミン酸と同定した。
このものの銀塩を製造例1と同様の方法を用いて得た。
パラトルエンスルホンアミド5.00gをジメチルイミダゾリジノン25mlに溶解し、これにトリフルオロ酢酸無水物9.20gを室温で、30分間要して滴下した。室温で1時間反応後、n−ヘプタン25ml中に排出した。生じた白色沈殿を濾取、n−ヘプタン25mlで洗浄後、乾燥し、白色粉末6.97gを得た。赤外吸収スペクトル、質量分析(M/e=267)によりN−トリフルオロメチルカルボニル−N−(p−トルエンスルホニル)イミン酸であることを確認した。
このものの銀塩を製造例1と同様の方法を用いて得た。
DMF10mlに、N−トリフルオロメチルスルホニル−N−(2−オキサゾリドン)スルホニルイミン酸銀塩(製造例1)2.10gとN,N,N’,N’−テトラキス{4−ジ(n−ブチルアミノフェニル)}−p−フェニレンジアミン0.40gとを加え、60℃で3時間反応させた後、生成した銀を濾別した。濾液を水20ml中に排出し、デカンテーションにより水層を除去した。残った粘稠物にヘプタンを加え結晶化させることにより、暗褐色粉末0.51gを得た。融点は、118〜122℃であった。
元素分析値、IRスペクトル等より、目的化合物であることを確認した。
元素分析値(C70H100N10F6O12S4として)
C(%) H(%) N(%)
理論値 55.47 6.65 9.24
実測値 55.52 6.63 9.19
得られた化合物のメタノール溶液中における吸収極大波長は、1065nm、グラム吸光係数は55300ml/g・cmであった。この化合物のメタノール溶液中の吸収スペクトルチャートを図1に、赤外吸収スペクトル図を図7に示す。
DMF50mlに、ビス(p−トルエンスルホニル)イミン酸銀塩(製造例2)588mgとN,N,N’,N’−テトラキス{4−ジ(n−ブチルアミノフェニル)}−p−フェニレンジアミン317mgとを加え、室温で35分間反応させた後、生成した銀を濾別した。濾液を水100ml中に排出し、デカンテーションにより水層を除去した。残渣にメタノール10mlを加え、攪拌すると析出物が生じた。この析出物を濾過、乾燥し、緑色粉末64mgを得た。融点は、160〜170℃(分解を伴う)であった。
元素分析値、IRスペクトル等より、目的化合物であることを確認した。
元素分析値(C90H120N8O8S4として)
C(%) H(%) N(%)
理論値 57.89 6.48 6.00
実測値 57・95 6.43 5.92
得られた化合物のメタノール溶液中における吸収極大波長は、1065nm、グラム吸光係数は54900ml/g・cmであった。この化合物のメタノール溶液中における吸収スペクトルチャートを図2に、赤外吸収スペクトル図を図8に示す。
DMF50mlに、N−トリフルオロメチルカルボニル−N−(p−トルエンスルホニル)イミン酸銀塩(製造例3)334mgとN,N,N’,N’−テトラキス{4−ジ(n−ブチルアミノフェニル)}−p−フェニレンジアミン230mgとを加え、室温で4時間反応させた後、生成した銀を濾別した。濾液を水100ml中に排出した。析出物を濾取、乾燥し、灰色粉末59mgを得た。融点は、61〜84℃(分解を伴う)であった。
元素分析値、IRスペクトル等より、目的化合物であることを確認した。
元素分析値(C80H106F6N8O6S2として)
C(%) H(%) N(%)
理論値 66.09 7.35 7.71
実測値 66.23 7.39 7.58
得られた化合物のメタノール溶液中における吸収極大波長は、1065nm、グラム吸光係数は70500ml/g・cmであった。この化合物のメタノール溶液中における吸収スペクトルチャートを図3に示す。
バインダーとしてデルペット80N(旭化成工業(株)製:アクリル系樹脂)10gと、本発明の、実施例1で得た(具体例化合物1)0.2gとをトルエン/メチルエチルケトン/メタノール(1/1/0.1)混合溶媒90gに溶解し、この溶液をワイヤーバーにて乾燥後の膜厚が約5μmとなるように、厚さ5μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに塗布して、近赤外線吸収剤の試料を得た。
この試料表面に、単一モード半導体レーザー(波長:830nm)のレーザー光をレンズで集光し、上記試料の表面でビーム径10μmとなるように配置した。表面に到達するレーザーのパワーを50〜200mWの範囲で変化させることができるように半導体レーザーを調整し、20μsのパルス幅で、単一のパルスを試料に照射した。照射後、試料を光学顕微鏡で観察したところ、表面に到達するレーザーパワーが50mW時に、直径約10μmの貫通した孔の形成が認められ、この試料が近赤外線吸収能を有することを確認した。
実施例1で得た化合物(具体例化合物1)をトルエンに濃度が1000ppmになるように、溶解させた。この溶液とアクリル系粘着剤とを20:80重量%の割合で混合し、バッチ式ダイコーターでポリエチレンテレフタレートフィルム〔帝人社製、厚さ75μm〕上に塗工し、乾燥させて、近赤外線カットフィルターを作製した。塗工層の乾燥膜厚は、25μmであった。
該フィルターについて、日立製自記分光光度計U−3500にて透過率を測定した。このフィルターの透過スペクトルを図4に示す。
実施例5において、具体例化合物1の代わりに具体例化合物2を用いた以外は、実施例5と同様の操作を行ない、近赤外線カットフィルターを作製した。
該フィルターについて、日立製自記分光光度計U−3500にて透過率を測定した。このフィルターの透過スペクトルを図5に示す。
実施例5において、具体例化合物1の代わりに具体例化合物3を用いた以外は、実施例5と同様の操作を行ない、近赤外線カットフィルターを作製した。
該フィルターについて、日立製自記分光光度計U−3500にて透過率を測定した。このフィルターの透過スペクトルを図6に示す。
実施例1で得た具体例化合物1の代わりにビス{ビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド酸}−N,N,N’,N’−テトラキス{4−ジ(n−ブチルアミノフェニル)}−p−フェニレンジイモニウム(WO2004/048480の実施例1と同様の操作法により合成)をトルエン中に濃度が1000ppmになるように、分散・溶解させようとしたが、完溶しなかった。また、このトルエン懸濁液にアクリル系粘着剤を加えたが、やはりこのイモニウム塩化合物は完溶せず、透明な近赤外線カットフィルターを作製できなかったため、操作を中止した。
実施例1で得た具体例化合物1の代わりにヘキサフルオロアンチモン酸−N,N,N’,N’−テトラキス{4−ジ(n−ブチルアミノフェニル)}−p−フェニレンジイモニウムをトルエン中に濃度が1000ppmになるように、分散・溶解させようとしたが、完溶しなかった。また、このトルエン懸濁液にアクリル系粘着剤を加えたが、やはりこのイモニウム塩化合物は完溶せず、透明な近赤外線カットフィルターを作製できなかったため、操作を中止した。
本発明のジイモニウム塩化合物は、可視部の吸収が少なく、有機溶剤および樹脂への溶解性が高い。また、重金属を含有しないので、環境に対する問題がない。
本発明のジイモニウム塩化合物を含有する本発明の近赤外線カットフィルターは、種々の用途に用いることができる。例えば、PDP用近赤外線カットフィルター、建材ガラス、自動車窓ガラス用近赤外線カットフィルターとして好適である。
Claims (6)
- R1、R2がそれぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基である請求項1のジイモニウム塩化合物。
- 前記請求項1中、
(ア)X及びYが置換基を有していてもよいフェニル基である場合、それぞれ独立に置換基として炭素数1〜4のアルキル基、ハロゲン原子、炭素数1〜4のアルコキシ基、ニトロ基又は炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基を有していてもよいフェニル基であり、
(イ)Y及びZがパーフルオロアルキル基である場合、それぞれ独立に炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基である
請求項1のジイモニウム塩化合物。
- X及びYが置換基を有していてもよいフェニル基である場合、それぞれ独立に4-メチルフェニル基、4-クロロフェニル基、4-メトキシフェニル基、4-ニトロフェニル基、4-トリフルオロメチルフェニル基である請求項3のジイモニウム塩化合物。
- 請求項1〜4いずれかのジイモニウム塩化合物を含有する近赤外線吸収剤。
- 請求項1〜4いずれかのジイモニウム塩化合物を含有する近赤外線カットフィルター。
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