JP5484438B2 - シロキサン複合体をベースとした軽量光学レンズ - Google Patents
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Description
1)
a)式RSiX3(I)(式中、Rは非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
b)
b1)式R2SiX2(II)(式中、Rは、同じであっても異なっていてもよく、非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表されるシラン、及び
b2)非加水分解性有機基を含む加水分解性ポリシロキサン
から選択される少なくとも1つの化合物、又はそれらの混合物と、
c)必要に応じて、式SiX4(III)(式中、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
を加水分解して、加水分解性構成要素の加水分解物又は縮合体を含む複合体組成物を調製する(ナノスケールの無機粒子を該複合体組成物又はその前駆物質に必要に応じて添加する)工程と、
2)成形型に前記複合体組成物を入れる工程と、
3)前記複合体組成物を硬化させて縮合度を上げる工程と、
4)前記成形型から成形物品を取り出す工程と、
5)少なくとも100℃の温度で前記成形物品を熱処理する工程と、
を含み、
加水分解反応性がより低い1つ又は複数の加水分解性構成要素をプレ加水分解して、プレ加水分解物反応混合物を得ること、及びその後、加水分解反応性がより高い1つ又は複数の加水分解性構成要素を該反応混合物に添加することによって、前記加水分解性構成要素の前記加水分解を少なくとも2つの工程において実行する、成形物品を製造する方法を提供する。
実施例1
500ml容のガラスフラスコ中で、20.8gのテトラエトキシシラン(TEOS)を23gのエタノールで希釈し、5分間攪拌する。その後、25.2gの塩酸水溶液(0.1N、ROR=0.5)を添加し、得られる溶液を30分間室温で攪拌する。次に、107gのメチルトリエトキシシラン(MTEOS)をこの溶液にゆっくりと添加する。さらに5分後、44.5gのジメチルジエトキシシランを滴下し、得られる混合物を12時間攪拌する。
実施例2
500ml容のガラスフラスコ中で、20.8gのテトラエトキシシラン及び107gのメチルトリエトキシシランを攪拌しながら混合する。反応混合物を−5℃に冷却する。この混合物に、25.2gの塩酸水溶液(0.1N、ROR=0.5)を添加し、得られる溶液をさらに5分間攪拌する。続いて、25gのポリジメチルシロキサン(PDMS S12)を添加し、溶液を10分間攪拌する。次に、溶液を120℃の油浴温度に加熱し、4時間還流させる。溶媒及び加水分解によって生成されるエタノールを減圧下40℃の水浴温度で気化させる。
実施例3
500ml容のガラスフラスコ中で、20.8gのテトラエトキシシラン(TEOS)を23gのエタノールで希釈し、5分間攪拌する。続いて、25.2gの塩酸水溶液(0.1N、ROR=0.5)を添加し、得られる溶液を30分間室温で攪拌する。この溶液に、107gのメチルトリエトキシシラン(MTEOS)をゆっくりと添加する。さらに5分後、44.5gのジメチルジエトキシシランを滴下し、得られる溶液を12時間攪拌する。その後、10gのシリカナノ粒子を添加し、反応混合物を2時間攪拌する。溶媒及び加水分解によって生成されるエタノールを、得られる組成物から減圧下40℃の水浴温度で気化させる。
B.実施例1〜実施例3の複合体組成物の成形及び硬化
実施例1〜実施例3の組成物は、長時間、例えば数日間室温で著しい変化を伴うことなくアルコール溶液中に保存することができる。実施例1〜実施例3の混合物から、最大40℃の温度及び最大30mbarの圧力でロータリーエバポレータを用いてエタノール及び水を蒸留除去する。ケイ素含有種は失われなかった。これはIR分光法によって確認した。
C.熱処理
これらの欠点を克服するために、成形型から取り出したレンズをT=200℃までのさらなるアニール(最大質量損失様式(regime))にかけた。熱処理はエタノール蒸気の雰囲気下で行った。この目的のために、サンプルを炉(炉の容積=39 l)に入れた。炉内の残余を用いてサンプルの質量損失をモニタリングした。加えて、120gのエタノールを炉チャンバに入れた。炉をゆっくりと加熱すると、エタノールが蒸発し始め、炉チャンバがエタノール蒸気で満たされ、こうして雰囲気全体が換わる。加えて、エタノール及び水のさらなるリザーバを炉の外部に取り付けた。これらのリザーバを炉チャンバに接続して、所望温度に別個に加熱することができた。それゆえ、さらなるアルコール又は水の蒸気を炉チャンバに供給することができた。気体、好ましくは不活性ガス(例えば、圧縮空気、アルゴン、窒素)は蒸気のためのキャリアガスとして用いることができた。水及びアルコールの異なる分圧は全体として炉チャンバの内部で調節することができた。より高い温度では制御雰囲気を用いなければ、サンプルのアニールが均質とならなかった。固体の表面は極めて硬く均質になったが、バルクサンプルの中心はゼリー状のままであった。
Claims (24)
- 成形物品を製造する方法であって、
1)
a)式RSiX3(I)(式中、Rは非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
b)
b1)式R2SiX2(II)(式中、Rは、同じであっても異なっていてもよく、非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表されるシラン、及び
b2)非加水分解性有機基を含む加水分解性ポリシロキサン
から選択される少なくとも1つの化合物、又はそれらの混合物と、
c)必要に応じて、式SiX4(III)(式中、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
を加水分解して、加水分解性構成要素の加水分解物又は縮合体を含む複合体組成物を調製する(ナノスケールの無機粒子を該複合体組成物又はその前駆物質に必要に応じて添加する)工程と、
2)成形型に前記複合体組成物を入れる工程と、
3)前記複合体組成物を硬化させて縮合度を上げる工程と、
4)前記成形型から成形物品を取り出す工程と、
5)少なくとも100℃の温度で前記成形物品を熱処理する工程と、
を含み、
加水分解反応性がより低い1つ又は複数の加水分解性構成要素をプレ加水分解して、プレ加水分解物反応混合物を得ること、及びその後、加水分解反応性がより高い1つ又は複数の加水分解性構成要素を該反応混合物に添加することによって、前記加水分解性構成要素の前記加水分解を少なくとも2つの工程において実行する、成形物品を製造する方法。 - 水及び有機溶媒から選択される気体状態の少なくとも1つの構成要素を、工程5)の前記熱処理を実行する雰囲気に供給する、請求項1に記載の方法。
- 工程1)において、
a)式RSiX3(I)(式中、Rは非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
b)
b1)式R2SiX2(II)(式中、Rは、同じであっても異なっていてもよく、非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表されるシラン、及び
b2)非加水分解性有機基を含む加水分解性ポリシロキサン
から選択される少なくとも1つの化合物、又はそれらの混合物と、
c)式SiX4(III)(式中、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
を加水分解する、請求項1又は2に記載の方法。 - 同じであっても異なっていてもよい、式(I)若しくは式(II)の前記シランの前記非加水分解性基R、又は同じであっても異なっていてもよい、前記ポリシロキサンの前記非加水分解性有機基が、アルキル、アリール、アルキルアリール及びアラルキルから選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 同じであっても異なっていてもよい、式(I)若しくは式(II)の前記シランの前記非加水分解性基R、又は同じであっても異なっていてもよい、前記ポリシロキサンの前記非加水分解性有機基が、C1〜C4−アルキルから選択される、請求項4に記載の方法。
- 前記ポリシロキサンが線状ポリシロキサンである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 構成要素a)、構成要素b)及び構成要素c)の総重量に基づき、70wt%〜50wt%のシランa)、20wt%〜40wt%の化合物b)、及び0wt%〜20wt%のシランc)を工程1)で用いる、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1wt%のシランc)を用いる、請求項7に記載の方法。
- ナノスケールの無機粒子、有機溶媒及び加水分解性オリゴシロキサンから選択される少なくとも1つのさらなる成分を、前記複合体組成物又はその前駆物質に添加し、ここで、該成分は加水分解前、加水分解中又は加水分解後に添加するものとする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 工程1)において、水と、構成要素a)、構成要素b)及び構成要素c)の加水分解性基との比率(ROR)が0.2〜0.8となるような量で、水を添加する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応混合物中の遊離水の含量が、最低濃度に達するか又は最低濃度に近い場合に、加水分解反応性がより高い前記1つ又は複数の加水分解性構成要素を、前記プレ加水分解物反応混合物に添加する、請求項1〜10に記載の方法。
- 少なくとも40℃の上昇させた温度で少なくとも部分的に前記硬化工程を実行する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記硬化工程が少なくとも2つの異なる段階を含み、第1の段階が、前記複合体組成物に含まれる溶媒の沸点未満の温度で硬化させることを含み、且つ第2の段階が、少なくとも80℃の温度で硬化させることを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複合体組成物を成形型に入れる前に、水及び/又は有機溶媒の少なくとも一部を、工程1)から得られる該複合体組成物から除去する、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 添加される前記ナノスケールの無機粒子が酸化物である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 工程5)の前記熱処理後に少なくとも150℃の温度で前記成形物品の熱後処理を実行し、好ましくは、気体状態の水及び/又は有機溶媒を添加した雰囲気下で工程5)の前記熱処理を実行する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 製造される前記成形物品が光学レンズである、請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる成形物品であって、
a)式RSiX 3 (I)(式中、Rは非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
b)
b1)式R 2 SiX 2 (II)(式中、Rは、同じであっても異なっていてもよく、非加水分解性有機基であり、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表されるシラン、及び
b2)非加水分解性有機基を含む加水分解性ポリシロキサン
から選択される少なくとも1つの化合物、又はそれらの混合物と、
c)必要に応じて、式SiX 4 (III)(式中、Xは、同じであっても異なっていてもよく、加水分解性基である)で表される少なくとも1つのシランと、
のガラス質の有機修飾された縮合生成物と、
必要に応じて、前記縮合生成物中に包埋されるナノスケールの無機粒子と、
を含む、成形物品。 - 光学レンズである、請求項18に記載の成形物品。
- 薄膜若しくは挟持体の形態であるか、又は挟持体の一部を形成する、請求項18に記載の成形物品。
- 車両の部材としての、請求項18〜20のいずれか一項に記載の成形物品の使用。
- 自動車のヘッドライトの部材としての、請求項21に記載の使用。
- 光学部材に関する、請求項18〜20のいずれか一項に記載の成形物品の使用。
- 前記光学部材が、ファイバ、レンズアレイ、プリズム、拡大鏡又は眼鏡を含む、請求項23に記載の使用。
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