JP5184059B2 - 放射線硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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Description
(A)エチレン性不飽和基含有含フッ素共重合体を20〜65質量%、
(B)炭素数が11〜18である2−パーフルオロアルキルエチル(メタ)アクリレートを20〜60質量%、ならびに
(C)(A)成分および(B)成分以外であって、芳香族構造および極性基を有さず、エチレン性不飽和基を2以上有する化合物を10〜35質量%
含有する放射線硬化性樹脂組成物を提供するものである。
エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体(A)は、エチレン性不飽和基とフッ素原子を有する重合体であれば、特に限定されないが、側鎖にエチレン性不飽和基を有する含フッ素オレフィン系共重合体が好ましい。(A)成分により本発明の組成物は低屈折率、高い機械強度、ガラスや石英等のコア層への密着性等のポリマークラッド光ファイバのクラッド形成用材料としての基本性能を発現する。
エチレン性不飽和基とイソシアネート基とを含有する化合物としては、分子内に少なくとも1個のエチレン性不飽和基と少なくとも1個のイソシアネート基とを含有している化合物であれば特に制限されるものではない。
また、上記エチレン性不飽和基として、後述する硬化性樹脂組成物をより容易に硬化させることができることから、(メタ)アクリロイル基を有する化合物がより好ましい。
このような化合物としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロイルクロライド、無水(メタ)アクリル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネート、2−(メタ)アクリロイルオキシプロピルイソシアネート、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の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
尚、イソシアネート基を有する(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば昭和電工社製、商品名 カレンズMOI、AOI、BEI等が挙げられる。
ジイソシアネートの例としては、2,4−トリレンジイソシアネ−ト、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネア−ト)、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンが好ましい。
尚、水酸基含有多官能(メタ)アクリレートの市販品としては、例えば、大阪有機化学社製、商品名 HEA;日本化薬社製、商品名 KAYARAD DPHA、PET−30;東亞合成社製、商品名 アロニックス M−215、M−233、M−305、M−400等として入手することができる。
水酸基含有含フッ素重合体は、好ましくは、下記構造単位(a)、(b)及び(c’)を含んでなる。
(a)下記式(1)で表される構造単位。
(b)下記式(2)で表される構造単位。
(c’)下記式(7)で表される構造単位。
上記式(1)において、R1及びR2のフルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロヘキシル基、パーフルオロシクロヘキシル基等の炭素数1〜6のフルオロアルキル基が挙げられる。また、R2のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。
これらの中でも、ヘキサフルオロプロピレンとパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)又はパーフルオロ(アルコキシアルキルビニルエーテル)がより好ましく、これらを組み合わせて用いることがさらに好ましい。
また、このような理由により、構造単位(a)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体の全体量に対して、25〜65モル%とするのがより好ましく、30〜60モル%とするのがさらに好ましい。
式(2)において、R4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ラウリル基等の炭素数1〜12のアルキル基が挙げられ、アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。
また、このような理由により、構造単位(b)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体の全体量に対して、20〜60モル%とするのがより好ましく、30〜60モル%とするのがさらに好ましい。
式(7)において、R12のヒドロキシアルキル基としては、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基、3−ヒドロキシプロピル基、4−ヒドロキシブチル基、3−ヒドロキシブチル基、5−ヒドロキシペンチル基、6−ヒドロキシヘキシル基等が挙げられる。
また、水酸基含有ビニル単量体としては、上記以外にも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、カプロラクトン(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等を用いることができる。
また、このような理由により、構造単位(c’)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体の全体量に対して、5〜40モル%とするのがより好ましく、5〜30モル%とするのがさらに好ましい。
水酸基含有含フッ素重合体は、さらに下記構造単位(d)を含んで構成することも好ましい。
また、このような理由により、構造単位(d)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体の全体量に対して、0.1〜5モル%とするのがより好ましく、0.1〜3モル%とするのがさらに好ましい。同じ理由により、構造単位(e)の含有率は、その中に含まれる構造単位(d)の含有率を上記範囲にするよう決定することが望ましい。
水酸基含有含フッ素重合体は、さらに下記構造単位(f)を含んで構成することも好ましい。
また、このような理由により、構造単位(f)の含有率を、水酸基含有含フッ素重合体の全体量に対して、0.1〜3モル%とするのがより好ましく、0.2〜3モル%とするのがさらに好ましい。
(A)成分であるエチレン性不飽和基含有含フッ素重合体は、水酸基含有含フッ素重合体の構造単位(c’)が有する水酸基とエチレン性不飽和基とイソシアネート基とを含有する化合物が有するイソシアネート基等の反応性基とが反応することにより得られる。なお、この場合の、エチレン性不飽和基とイソシアネート基とを含有する化合物が有するイソシアネート基と、水酸基含有含フッ素重合体が有する水酸基とのモル比を、1.1〜1.9の割合とすることが好ましい。
構造単位(c);
また、このような理由により、エチレン性不飽和基含有含フッ素共重合体のポリスチレン換算数平均分子量を10,000〜300,000とするのがより好ましく、10,000〜100,000とするのがさらに好ましい。
本発明の組成物に配合される(B)成分は、炭素数が11〜18である2−パーフルオロアルキルエチル(メタ)アクリレートであり、通常、下記式(14)で表される。
CH2=CHCOOCH2CH2(CF2)nF (14)
[式中、nは6〜12の数を示す]
(B)成分は、後述する(C)成分と共に、(A)成分の溶解性を確保する目的の他、硬化物の屈折率を低減するために配合される。中でも、2−パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレートが、(A)成分を溶解するために好適であり、また入手も容易である点で好ましい。
成分(B)としては、例えば、ビスコート17F(大阪有機化学工業社製)等の市販品を使用することができる。
本発明の組成物に配合される(C)成分は、芳香族構造および極性基を有さず、エチレン性不飽和基を2以上有する化合物である。(C)成分は、極性基を有しないため、(B)成分と併用することにより、(A)成分の溶解性を高めて均一な組成物を与える。また、(C)成分が芳香族構造を有さないことにより、低い屈折率を有する硬化物を与える。
ここで、極性基とは、カルボキシル基やアミノ基等の解離性基のほか、カルボニル基や炭素数3以下のアルキレンオキシド基等の分極性基が含まれるが、水酸基は除かれる。(C)成分は、前記要件を満たす構造であれば特に限定されない。
このような、芳香族構造及び極性基を有さず、エチレン性不飽和基を1個有する化合物の具体例としては、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム等のビニル基含有ラクタム;
ヒドロキシブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、セチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル等のビニルエーテル類;
ジアセトン(メタ)アクリルアミド、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドt−オクチル(メタ)アクリルアミド等のアクリルアミド類;
イソボルニル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、4−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート等の脂環式構造含有(メタ)アクリレート;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等の脂肪族構造含有(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
内容積2.0Lの電磁攪拌機付きステンレス製オートクレーブを窒素ガスで十分置換した後、酢酸エチル400g、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(FPVE)53.2g、エチルビニルエーテル(EVE)36.1g、ヒドロキシエチルビニルエーテル(HEVE)44.0g、過酸化ラウロイル1.00g、上記式(10)で表されるアゾ基含有ポリジメチルシロキサン(VPS1001、和光純薬工業社製)6.0g及びノニオン性反応性乳化剤(NE−30、旭電化工業社製)20.0gを仕込み、ドライアイス−メタノールで−50℃まで冷却した後、再度窒素ガスで系内の酸素を除去した。
次いで、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)120.0gを仕込み、昇温を開始した。オートクレーブ内の温度が60℃に達した時点での圧力は5.3×105Paを示した。その後、70℃で20時間攪拌下に反応を継続し、圧力が1.7×105Paに低下した時点でオートクレーブを水冷し、反応を停止させた。室温に達した後、未反応モノマーを放出してオートクレーブを開放し、固形分濃度26.4%のポリマー溶液を得た。得られたポリマー溶液をメタノールに投入しポリマーを析出させた後、メタノールにて洗浄し、50℃にて真空乾燥を行い220gの水酸基含有含フッ素重合体を得た。これを「水酸基含有含フッ素重合体1」とする。
得られた水酸基含有含フッ素重合体1について、GPCによるポリスチレン換算数平均分子量を測定したところ、約70000であった。また、アリザリンコンプレクソン法によるフッ素含量の測定結果、1H−NMR、13C−NMRの両NMR分析結果および元素分析結果から、水酸基含有含フッ素重合体1を構成する各単量体成分の割合を決定したところ、ヘキサフルオロプロピレン由来の構造単位(構造単位(a))、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)由来の構造単位(構造単位(a))、エチルビニルエーテル由来の構造単位(構造単位(b))、ヒドロキシエチルビニルエーテル由来の構造単位(構造単位(c’))が、構造単位(a)〜(c’)の合計量を100モル%として、それぞれ、25:25:25:25モル%であった。
電磁攪拌機、ガラス製冷却管及び温度計を備えた容量1リットルのセパラブルフラスコに、製造例1で得られた水酸基含有含フッ素重合体1を41.0g、重合禁止剤として2,6−ジ−t−ブチルメチルフェノール0.01g、希釈溶剤として2−パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート41.0g、及びネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート17.0gを仕込み、50℃で水酸基含有含フッ素重合体1が溶解して、溶液が透明、均一になるまで攪拌を行った。
次いで、この系に、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート0.90gを添加し、溶液が均一になるまで攪拌した後、ジブチルチンジラウレート0.015gを添加して反応を開始し、系の温度を55〜65℃に保持し5時間攪拌を継続することにより、エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体を得た。得られたエチレン性不飽和基含有含フッ素重合体を「エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体1」とする。このとき用いた希釈溶剤は、紫外線硬化樹脂の成分として用いることができる。
製造例2において2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート0.90gに替えて2−アクリロイルオキシエチルイソシアネート0.82gを使用した以外は製造例2と同様にして、エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体を得た。得られたエチレン性不飽和基含有含フッ素重合体を「エチレン性不飽和基含有含フッ素重合体2」とする。
表1に示す組成の各成分を、攪拌機を備えた反応容器に仕込み、液温度を50℃に制御しながら1時間攪拌し、液状硬化性樹脂組成物を得た。
前記実施例及び比較例で得た液状硬化性樹脂組成物を、以下のような方法で硬化させて試験片を作製し、下記の各評価を行った。結果を表1に併せて示す。
実施例および比較例で得られた組成物の25℃における粘度をB型粘度計を用いて測定した。
250μm厚のアプリケーターバーを用いてガラス板上に液状硬化性樹脂組成物を塗布し、これを窒素下で1J/cm2のエネルギーの紫外線で照射して硬化させ、ヤング率測定
用フィルムを得た。このフィルムから、延伸部が幅6mm、長さ25mmとなるよう短冊状サンプルを作成し、温度23℃、湿度50%で引っ張り試験を行った。引っ張り速度は1mm/minで2.5%歪みでの抗張力からヤング率を求めた。
引張試験器(島津製作所社製、AGS−50G)を用い、試験片の破断強度および破断伸びを下記測定条件にて測定した。
引張速度 :50mm/分
標線間距離(測定距離):25mm
測定温度 :23℃
相対湿度 :50%RH
ガラス板上に膜厚が200μmとなるようにアプリケーターバーを用いて樹脂組成物を塗布し、1.0J/cm2の紫外線を窒素下で照射し、試験片を作製した。JIS K7105に従い、アタゴ社製アッベ屈折計を用いて、25℃における屈折率を測定した。
硬化膜の全光線透過率を、カラーヘイズメーター(スガ試験機社製)を用い、JIS K7105に準拠して測定した。測定は、製造直後の硬化膜および120℃72時間放置後の硬化膜について、それぞれ行った。
実施例および比較例で得られた組成物に関し、その硬化物の密着力安定性を測定した。液状組成物を381μm厚のアプリケーターを用いてスライドガラス上に塗布し、窒素雰囲気下で0.1J/cm2の紫外線を照射し、厚さ約200μmの硬化フィルムを得た。このスライドガラス上の硬化フィルムを、温度23℃、湿度50%下に24時間静置した。その後、この硬化フィルムから延伸部が幅10mmとなるように短冊状サンプルを作成した。このサンプルを引っ張り試験器を用いてJIS Z0237に準拠して密着力試験を行った。引張速度は50mm/minでの抗張力から密着力を求めた。
200μm厚のアプリケーターを用いて石英ガラス板上に組成物を塗布し、それに3.5KWメタルハライドランプ(オーク社製、SMX−3500/F−OS)を用い、空気雰囲気下において紫外線照射量20mJ/cm2と1.0J/cm2の2条件で紫外線を照射し、硬化フィルムを得た。次いで、23℃、相対湿度50%で24時間放置した後、このフィルムから、延伸部が幅6mm、長さ25mmとなるよう短冊状サンプルを作成して試験片とした。次に、引っ張り試験機にて試験片のヤング率(MPa)を測定した。紫外線照射量20mJ/cm2におけるヤング率を1J/cm2におけるヤング率で除して得られる値を硬化
速度とした。
ビスコート17F;2−パーフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート(大阪有機化学工業社製)。
Irgacure184;1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)。
Lucirin;2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(BASFジャパン社製)。
カイナーADS;VDF/TFE/HFPフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレンおよびヘキサフルオロプロピレンの共重合体(アルケマ社製)。
表2に示す組成の各成分を、攪拌機を備えた反応容器に仕込み、液温度を50℃に制御しながら1時間攪拌し、液状硬化性樹脂組成物を得た。
得られた液状硬化性樹脂組成物を、試験例と同様に硬化させて試験片を作製し、粘度、ヤング率、破断強度および破断伸びを評価した。結果を表2に併せて示す。
CN4000;サートマーCN4000(サートマー・カンパニー・インク製)
Claims (6)
- 組成物全量を100質量%として、
(A)下記式(1)で表される構造単位(a)25〜65モル%、下記式(2)で表される構造単位(b)20〜60モル%、下記式(3)で表される構造単位(c)5〜40モル%および下記式(6)で表される構造単位(d)0.1〜5モル%を含有し、ポリスチレン換算数平均分子量が5,000〜500,000であるエチレン性不飽和基含有含フッ素共重合体を20〜65質量%、
構造単位(a):
構造単位(b):
構造単位(c):
構造単位(d):
(B)炭素数が11〜18である2−パーフルオロアルキルエチル(メタ)アクリレートを20〜60質量%、ならびに
(C)ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレートおよび1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレートから選ばれるエチレン性不飽和基を2以上有する化合物を10〜35質量%
含有する放射線硬化性樹脂組成物。 - 更に、(D)(メタ)アクリル酸又はその2量体を含有する請求項1記載の放射線硬化性樹脂組成物。
- 更に、(E)光重合開始剤を含有する請求項1又は2記載の放射線硬化性樹脂組成物。
- 光ファイバクラッド層形成用である請求項1〜3のいずれか1項記載の放射線硬化性樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の放射線硬化性樹脂組成物の硬化物からなる硬化膜。
- ガラス、石英又は透明樹脂からなるコア層と、該コア層の外側に接して請求項5記載の硬化膜からなるクラッド層とを有するポリマークラッド光ファイバ。
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