JP5762725B2 - トリアリールメタン系染料 - Google Patents
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トリアリールメタン系染料の熱への耐久性を向上させるためにトリアリールメタン染料の対アニオンに塩化物イオン又はアリール硫酸イオンを用いた例が知られている(例えば、特許文献1)。しかし、特許文献1に開示されているトリアリールメタン染料を含む組成物は耐熱性が十分ではなかった。
本発明に係るトリアリールメタン系染料は、下記一般式(I)で表わされる化合物であることを特徴とする。
アニオン部が400nm以下の波長領域に吸収極大をもつ芳香族化合物であることから、アニオン部は可視光をほとんど吸収せず、トリアリールメタンの本来の色が保持され、かつ、トリアリールメタンが有する高い透過率が保持される。更にトリアリールメタンカチオンを1分子中に2つ以上有するので、トリアリールメタンカチオンが1つの染料と比較して単位重量当たりの着色力が高い。また更に、芳香族化合物Arのアニオン部にトリアリールメタンカチオンを2つ以上有するため耐熱性が高い。これは、一分子あたりの分子量が増大することの効果に加え、固体状態での凝集力がより高まることにより、結晶状態を保持し、イオン対の解離や分解を抑制できるためと推測される。
芳香族化合物におけるスルホナト基の置換位置は特に限定されないが、カチオン部がイオン結合しやすい点から、スルホナト基が置換された炭素原子同士が隣接していないことが好ましい。
R1〜R6におけるアリール基とは、特に限定されないが、例えばフェニル基、ナフチル基、フェニルメチル基等が挙げられる。アリール基が有してもよい置換基としては、例えばアルキル基、ハロゲン原子等が挙げられる。
本発明に係るトリアリールメタン系染料は、実質的に溶解しない溶媒に分散させて用いた場合、その結晶状態を保持したまま溶媒中に分散されるため、溶媒に溶解させて用いた場合に比べ、染料のイオン対の解離や分解が生じにくく、耐熱性が高くなる。また、本発明に係るトリアリールメタン系染料は正塩であるため、酸性塩を用いた場合のように、分散が好適に進行しない場合や、分散液が保存時にゲル化するといった問題が生じず、分散性及び分散安定性が高い。
20mLサンプル管瓶に評価する溶媒を10g投入し、更に前記トリアリールメタン系染料0.1gを投入し、ふたをして20秒間よく振った後、10分間静置する。この上澄み液5gをろ過し不要物を除く。得られたろ液の吸光スペクトルを紫外可視分光光度計(例えば、島津製作所社製 UV−2500PC)で1cmセルを用いて測定し、波長595nmにおける吸光度(595nm)を求める。このとき、595nmにおける吸光度が2未満であれば当該溶媒は、トリアリールメタン系染料を実質的に溶解しない溶媒であると評価できる。
東京化成工業(株)製 Disodium Naphthalene−2,6−sulfonate1.62g(50.2mmol)をメタノール50mL、水50mLの混合液に50−55℃で加熱溶解させ、東京化成工業(株)製 Basic Blue 7(CI−42595)5g(97.3mmol)を加え、同温で1時間攪拌した。エバポレータで溶液中のメタノールを濃縮し、水を100mL加え沈殿物を濾取し、水で洗浄した。該ケーキを減圧乾燥して下記化学式(A)で表される参考例3のトリアリールメタン系染料(A)5.2g(収率86%)を得た。
得られた化合物は、下記の分析結果より目的の化合物であることを確認した。
・MS(ESI) (m/z):478(+)、143(2−)(2価)
・元素分析値:CHN実測値 (73.12%、6.77%、6.86%);理論値(73.40%、6.97%、6.76%)
東京化成工業(株)製 Trisodium Naphthalene−1,3,6−sulfonate3.0g(6.9mmol)をメタノール100mL、水100mLの混合液に50−55℃で加熱溶解させ、東京化成工業(株)製 Basic Blue 7(CI−42595)10.7g(20.7mmol)を加え、同温で1時間攪拌した。エバポレータで溶液中のメタノールを濃縮し、水を30mL加え沈殿物を濾取し、水で洗浄した。該ケーキを減圧乾燥して下記化学式(B)で表される実施例2のトリアリールメタン系染料(B)11.2g(収率90%)を得た。
得られた化合物は、下記の分析結果より目的の化合物であることを確認した。
・MS(ESI) (m/z):478(+)、122(3−)(3価)
・元素分析値:CHN実測値 (72.88%、6.78%、6.85%);理論値(72.67%、6.99%、7.00%)
参考例3の合成において、Disodium Naphthalene−2,6−sulfonateの代わりに、東京化成(株)製2−ナフタレンスルホン酸ナトリウムを2倍モル用いた以外は、参考例3と同様にして下記化学式(C)で表わされる比較例1のトリアリールメタン系染料(C)を収率90%で得た。
得られた化合物は、下記の分析結果より目的の化合物であることを確認した。
・MS(ESI)(m/z):478(+)、207(−)
・元素分析値:CHN実測値(76.07%、6.67%、6.35%);理論値(75.29%、6.91%、6.13%)
参考例3の合成において、Disodium Naphthalene−2,6−sulfonateの代わりに、和光純薬工業(株)製p−トルエンスルホン酸を2倍モル用いた以外は、参考例3と同様にして下記化学式(D)で表わされる比較例2のトリアリールメタン系染料(D)を収率92%で得た。
得られた化合物は、下記の分析結果より目的の化合物であることを確認した。
・MS(ESI)(m/z):478(+)、171(−)
・元素分析値:CHN実測値(73.71%、7.45%、6.23%);理論値(73.93%、7.29%、6.47%)
(グラム吸光係数の測定)
顔料Xmgを精秤し、100mLメスフラスコに入れ、メタノールで溶解しメスアップする。溶液をホールピペットで5mL抜き取り、新しい100mLメスフラスコに入れメタノールでメスアップする。この溶液を1cm石英製セルに入れ、分光光度計(例えば、株式会社日立ハイテクノロジーズ社製 U−3500分光光度計など)を用いて吸収スペクトルを測定する。吸収スペクトルから最大吸収波長における吸光度(Abs)を求め、下記式よりグラム吸光係数(εg)を求めた。
C(濃度)=(X/100)×(5/100) (g/mL)
εg=Abs/(C×B) (mL/g・cm) B=セル長(1cm)
前記最大吸収波長における吸光度(Abs)を用いて、下記式よりmol吸光係数(ε)を求めた。
ε=Abs/(モル濃度[mol/L]×B) B:セル長(1cm)
参考例3、実施例2及び比較例1、2のトリアリールメタン系染料それぞれ約5mgを石英製パンにいれ、株式会社リガク社製、差動型示差熱天秤(TG−DTA) TG8120を用い、リファレンスとして石英製パンにアルミナ、昇温速度10℃/分として800℃まで測定を行った。得られたTG曲線のピークの外挿温度を分解点とした。分解点の温度は耐熱性を示す指標とすることができる。
参考例3、実施例2及び比較例1、2のトリアリールメタン系染料それぞれ約5mgを石英製パンにいれ、株式会社リガク社製、差動型示差熱天秤(TG−DTA) TG8120を用い、リファレンスとして石英製パンにアルミナ、昇温速度10℃/分で230℃まで昇温し230℃到達時点から60分同温で保持したのち重量減少率を測定した。重量減少率は耐熱性を示す指標とすることができる。
P(HEMA)[ポリ(ヒドロキシエチルメタクリレート)、分子量30万、アルドリッチ社製]0.72gをメタノール10.8gに溶解した。当該P(HEMA)溶解液と、参考例3、実施例2および比較例1、2のトリアリールメタン系染料それぞれ0.4gとを混合し、均一な溶液とした。この溶液をガラス基板上にスピン塗布し、80℃のホットプレート上で2分間乾燥させ、200℃のクリーンオーブンで30分間ポストベークし、得られた塗膜の色度を測定し、加熱前後の色差(ΔEab)を求めた。色度の測定は分光輝度計OSP200(オリンパス製)を用いた。
各測定結果を表1に示す。
対アニオンとして2つのスルホナト基を導入したナフタレンジスルホン酸塩や3つのスルホナト基を導入した参考例3および実施例2のトリアリールメタン染料は、グラム吸光係数およびモル吸光係数が、スルホナト基が一つである比較例1および2のトリアリールメタン染料と比べ高い。特にモル吸光係数は参考例3および実施例2の染料では1モルあたりの発色に寄与するトリアリールメタン骨格の含有量がアニオンに対して2倍と3倍モル量であるため、高い着色力を有すると言える。また、230℃1時間加熱したときの重量減少率は参考例3および実施例2で比較例1及び2に比べ少なく、色の変化も小さいことから、より耐熱性が高いことが分かる。これは単一分子の分子量が増大することの効果に加え、固体状態での凝集力がより高まることで、熱による運動を低下させ、結果としてイオン対の解離や分解を抑制できたためと推察できる。
参考例3及び実施例2のトリアリールメタン系染料(A)、(B)及び下記化学式で表わされる化合物(E)(参考例1)、化合物(F)(比較例3)並びに化合物(G)(参考例2)のメタノール溶液をそれぞれ作製し、透過率のピークの値が90%前後になるように濃度を適宜調整した。化合物(E)及び(G)は、東京化成(株)製のものを用いた。また、化合物(F)は、特許文献4に記載の手法に従って、化合物(E)と(G)から合成したものを用いた。透過率は、紫外可視分光光度計(島津製作所社製 UV−2500PC)で1cmセルを用いて測定した。
参考例3、実施例2、参考例1〜2及び比較例3の分光スペクトルを図1および図2に示す。図1の結果から、参考例1の示す分光スペクトルがトリアリールメタン系染料単体の透過光を示すが、比較例3は参考例1のカチオン部と参考例2のアニオン部の2:1の塩であるため、その分光スペクトルは参考例1から参考例2の領域にシフトし、トリアリールメタン系染料単体のスペクトルとは異なっている。
トリアリールメタン系染料(参考例1)の純粋な色を得ようとする場合、比較例3のように可視光を吸収するアニオンを用いることは適さないといえる。
図2の結果から、参考例3及び実施例2は、トリアリールメタンカチオンが無色透明なアニオンと塩形成しているため、参考例1とほぼ同じ分光スペクトルを得ることができるため、参考例1からの色変化が小さい。よって本発明に係る染料は、トリアリールメタン系染料が本来有する色を保つことができる。
また、参考例3及び実施例2の透過幅は可視光を吸収するアニオンを有する比較例3の透過幅と比較して狭い。よって、参考例3及び実施例2の透過幅を比較例3の透過幅とそろえた場合、参考例3及び実施例2の透過率のピークの値は、比較例3よりも高くなる。したがって、本発明によれば透過率の高いトリアリールメタン系染料を得ることができる。
20mLサンプル管瓶に参考例3、実施例2及び比較例1、2のトリアリールメタン系染料(A)〜(D)それぞれ0.1gずつをPGMEA10gに投入し、ふたをして20秒間よく振った後、10分間静置した。この上澄み液5gをろ過し不溶物を除いた。得られたろ液の吸光スペクトルを紫外可視分光硬度計(島津製作所社製 UV−2500PC)で1cmセルを用いて測定し、波長595nmにおける吸光度(595nm)を求めた。
上記条件で測定した吸光度(595nm)が2以下であれば、実質的に溶解しないといえる。結果は表2のとおりであった。
○:吸光度(595nm)<2
×:吸光度(595nm)≧2
以上より、PGMEAは参考例3及び実施例2のトリアリールメタン系染料に対しては、実質的に溶解しない溶媒であることがいえる。
参考例3及び実施例2のトリアリールメタン系染料は、PGMEA中で分散可能であった。したがって、本発明に係るトリアリールメタン系染料は、実質的に溶解しない溶媒に分散させて用いることができる。
Claims (5)
- 前記一般式(I)におけるArがナフタレンである、請求項1に記載のトリアリールメタン系染料。
- 前記一般式(I)におけるR5が水素原子であり、R1〜R4及びR6が各々独立に炭素数1〜20のアルキル基である請求項1又は2に記載のトリアリールメタン系染料。
- R1〜R4及びR6がすべて同一である請求項3に記載のトリアリールメタン系染料。
- 実質的に溶解しない溶媒に分散させて用いる、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトリアリールメタン系染料。
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