JP5909038B2 - 新規なホログラフィック媒体およびフォトポリマー - Google Patents

新規なホログラフィック媒体およびフォトポリマー Download PDF

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Description

本発明は、特定のフォトポリマーを含有するホログラフィック媒体、その製造方法、およびフォトポリマーの製造に適した書込モノマーとしての不飽和グリシジルエーテルアクリレートウレタンに関する。
フォトポリマー、すなわち光によって重合する物質は、極めて広範に、例えば家具、フィルム、寄せ木細工または印刷産業における紙および木材のような、概して平らな基材の被覆等に用いられている。さらに、多くのさらなる特別な用途が存在する。古くから用いられる物質が、(メタ)アクリル酸のエステル、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレートおよびウレタンアクリレートである。ほとんど記載のない物質の種類は、グリシジルエーテルアクリレートウレタンを含む。例えば、EP44352は、アルキルグリシジルエーテルメタクリレートウレタン−およびフェニルグリシジルエーテルメタクリレートウレタンを含有する歯科用コンパウンド組成物中でのその使用について教示している。JP118475には、ハロゲン化メチルフェニルグリシジルエーテルアクリレートウレタンをベースとするプラスチックレンズの製造が記載されている。偏光特性を有する光学素子の製造は、JP2006243416によって教示され、非重合性液晶物質は、重合性不飽和物質、例えば不飽和酸と脂肪族ポリオールとのエステルおよび不飽和酸と脂肪族ポリアミンとのアミド等、および上記のポリエステルアクリレート、エポキシアクリレートおよびウレタンアクリレートと組み合わされる。これらの処方物は、液体であり適用直後に光で重合されなければならない。
特定のフォトポリマーは、コヒーレント放射線源、例えばレーザー光などへの暴露により構造化された体積ホログラムの製造に適している。三次元構造がフォトポリマー中に形成され、この構造は、概して、物質の屈折率の局所変化によって描写することができる。従って、ホログラムは、屈折率の空間的な周期的変調を有する物質である。そのようなホログラムが奏する光学機能、例えば三次元像を表すこと、または回折光学素子として使用可能であることは、特定の暴露に依存する。
可視範囲における光学用途のホログラムの担体としてのフォトポリマーの使用のために、高い回折効果を有する、無色または極めてかすかに着色された物質が通常、暴露後に要求される。ホログラフィの開始以来、ハロゲン化銀フィルム、特に高解像度を有するハロゲン化銀フィルムがこの目的に用いられている。重クロム酸ゼラチン(DCG)、重クロム酸塩含有ゼラチンフィルムまたはハロゲン化銀およびDCGの混合形態も用いられる。両物質は、ホログラムの形成のために化学的後処理を必要とし、工業的なプロセスのためにさらなるコストを生じさせ、化学的な現像液を取り扱う必要がある。さらに、湿潤化学法は現像液の作用下で膨潤を生じさせる欠点を有する。続く乾燥の間に、フィルムの収縮が生じる。これにより、概して、ホログラム像に望ましくない色ずれや不規則性が生じる。この湿潤化学法は技術的に実現することができるが、ホログラフィック産業における経験から、プロセスの複雑さや要求精度に起因する高い水準の浪費が受け入れ難い高いコストを生じさせることが示されている。
種々の取り組みが上記の物質の置き換えに導入された。US4959284(Dupont)には、とりわけ、有機溶媒に可溶性の熱可塑性物質、例えばポリ酢酸ビニル、アセト酪酸セルロースまたはポリメチルメタクリレートスチレンコポリマー等、光開始剤および少なくとも1つのビニルシクロプロパン誘導体からなるフォトポリマーが記載されている。さらに、EP352774A1(Dupont)には、他のビニル基を含有するモノマー、例えばN−ビニルピロリドン、フェノキシエチルアクリレートおよびトリオール、例えばトリメチロールプロパン(TMPTA)およびエトキシル化トリメチロールプロパン(TMPEOTA)等のアクリレートまたは他のアクリレートまたはアクリルアミドが記載されている。
熱可塑性プラスチックからではないが架橋ポリマーからの含まれるフォトポリマーも近年記載されている:US6103454(InPhase)には、重合性成分、例えば4−クロロフェニルアクリレート、4−ブロモスチレンおよびビニルナフタレン等を含むポリウレタンマトリックスが記載されている。これらの処方物は、ホログラフィックデータ保存、電子検出機によってのみ読み取り可能な極めて弱いホログラムである多くのホログラムが書き込まれおよび読み出されるホログラフィック用途のために開発された。そのような物質に基づくホログラフィック媒体は、目に見ることができるホログラムの製造に適していない。
欧州特許第44352号明細書 特許第118475号明細書 特開2006−243416号明細書 米国特許第4959284号明細書 欧州特許出願公開第352774号明細書 米国特許第6103454号明細書
室温でコヒーレント放射線下でのみ発現し、任意の熱的または化学的な後処理を必要としないホログラフィック媒体を提供することが課題であった。さらに、この目的にためにそのようなフォトポリマー組成物中での製造に特に適した重合性書込モノマーを提供することが課題であった。バインダーに特に容易に溶解させることができる重合性書込モノマーを見出すことが重要であった。
驚くべきことに、上記の要件は、グリシジルエーテルアクリレートウレタンを書込モノマーとして用い、これらがバインダー系を含有するポリマー組成物中に組み込まれる場合に極めてよく充足されることが見出された。
図1は、媒体の回折効率(DE)を測定するホログラフィック実験設定を示す。 図2は、角度離調ΔΩに対する、Kogelnikによるブラッグ曲線ηのプロット(点線)、測定した回折効率のプロット(黒丸)、および透過出力のプロット(黒色実線)を示す。
従って、本発明は、
a)一般式(1a):
Figure 0005909038
または一般式(1b):
Figure 0005909038
〔式中、
nは、2〜6の自然数であり、
R1は、芳香族基を有し、4〜36個の炭素原子を有する単核または多核の有機基であり、
R2は、3〜30個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和基であり、および
Rは、脂肪族または芳香族のジ−またはポリイソシアネートから誘導され、2〜30個の炭素原子を有する有機基である。〕
で示される、少なくとも1つの不飽和グリシジルエーテルアクリレートウレタン、または(1a)および(1b)の混合物、
b)バインダー系、
c)少なくとも1つの光開始剤系、
d)必要に応じてフリーラジカル安定剤、触媒およびさらなる添加剤
を含むフォトポリマーに関する。
本発明はさらに、本発明によるフォトポリマー組成物を、基材にまたは金型中に適用し、硬化する、視覚ホログラムを記録するための媒体の製造方法に関する。本発明は、それから得られる、視覚ホログラムを記録するための媒体および光学素子もしくは光学像としての、または像の描写もしくは投射のためのその使用に関する。本発明は同様に、そのような媒体を用いる、ホログラムを記録するための方法に関する。
式1aまたは1bで示される不飽和グリシジルエーテルアクリレートウレタンは、2段合成により調製することができる。第1反応では、不飽和酸R2−COOHを、エポキシドR1−CH−CHOCHと反応させ、式3:
Figure 0005909038
で示されるように、2種類のアルコールの混合物が生じる。
第2反応工程では、アルコール混合物を、官能価nのジ−またはポリイソシアネートR(NCO)を用いてウレタン化して、本発明によるグリシジルエーテルアクリレートとする(式4)。
Figure 0005909038
基R1は、4〜36個の炭素原子、とりわけ5〜20個の炭素原子、特に好適には6〜16個の炭素原子を有する単核または多核の芳香族基を含有する基R1は、一般式R1−CH−CHOCHのエポキシドとして適当である。
従って、これらは特に、フェニル環上に1〜5個の同一または異なった置換基、例えば塩素、臭素、ヨウ素、メチル、エチル、n−プロピルおよびイソプロピル、n−ブチル、イソブチルおよびtert−ブチル、フェニル、アリールオキシ、ベンゾイル、アシル、メトキシ、ベンジル、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ブチルチオ、フェニルチオ、ナフチルチオおよびナフチル等を有する置換オキシフェニル基である。
さらに、例えばオキシナフチル、オキシナフチルメチル、オキシアントラセニル、オキシフェナントリル、N−カルバゾリル、N−アルキルカルバゾルジル、N−フタルイミジル、N−フェノチアジニル、N−アルキルフェノチアジニル、オキシトリアリールメチル、例えばオキシトリフェニルメチルのような、多核の芳香族基および複素環(heteraromatic)基R1を用いることができる。これらの多核の芳香族基および複素環基R1は、例えば塩素、臭素、ヨウ素、メチル、エチル、n−プロピルおよびイソプロピル、n−ブチル、イソブチルおよびtert−ブチル、フェニル、アリールオキシ、ベンゾイル、アシル、メトキシ、ベンジル、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ブチルチオ、フェニルチオ、ナフチルチオおよびナフチル等の置換基で置換されていてもよい。
好適な基R1は、オキシフェニル、オキシブロモフェニル、オキシジブロモフェニルおよびオキシナフチル、特に好適にはオキシフェニル、オキシジブロモフェニルおよびオキシナフチルである。
酸R2−COOHは、2〜30個の炭素原子、好適には2〜20個の炭素原子、特に好適には2〜9個の炭素原子を有する不飽和基Rを含有する。アクリル酸、メタクリル酸、3−アクリロイルオキシプロピオン酸、桂皮酸、クロトン酸およびヒドロキシエチル(メタ)アクリレートによるモノ無水物の付加物、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートおよびヒドロキシブチルアクリレートは、R2−COOHの酸として適している。適当なモノ無水物は、無水マレイン酸、無水コハク酸、イタコン酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、5−ノルボルネン−エンド,2,3−ジカルボン酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸;フェニル無水コハク酸、ベンジル無水コハク酸、イサト酸無水物、ブロモイサト酸無水物、ブロモ無水フタル酸、クロロ無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、テトラクロロ無水フタル酸、4−ブロモ−1,8−ナフタル酸無水物、モノ−およびジブロモ無水フタル酸、1,8−ナフタル酸無水物、エキソ−3,6−メチレン−1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸およびテトラフェニル無水フタル酸である。
アクリル酸、メタクリル酸、3−アクリルオキシプロピオン酸、および無水マレイン酸によるヒドロキシエチルおよびヒドロキシブチルアクリレートの付加物は好適である。
アクリル酸、メタクリル酸および3−アクリルオキシプロピオン酸は特に好適である。
当業者に知られている全ての脂肪族、脂環式、芳香族または芳香脂肪族のジ−およびポリイソシアネートは、ポリイソシアネートR(NCO)として適している。これらは、ジ−またはトリアミンから既知の方法で調製され、これらがホスゲン化によってまたはホスゲンを用いない方法によって得られるかどうかは重要ではない。基Rは、2〜30個、好適には4〜30個の炭素原子、特に好適には6〜24個の炭素原子を有する有機基である。
例えば、適当なイソシアネートは、ブ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(HDI)、1,8−オクタメチレンジイソシアネート、1,11−ウンデカメチレンジイソシアネート、1,12−ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−または2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、1,3−および1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(IPDI)、1−イソシアナト−1−メチル−4(3)−イソシアナトメチルシクロヘキサン(IMCI)、1,4−フェニレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、1−イソシアナト−2−イソシアナトメチルシクロペンタン、(4,4’−および/または2,4’−)ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン(H12−MDI、W)、ビス(4−イソシアナト−3−メチルシクロヘキシル)メタン、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチル−1,3−および/または−1,4−キシリレンジイソシアネート(TMXDI)、1,3−および/または1,4−ヘキサヒドロキシリレンジイソシアネート(H6−XDI)、2,4−および/または2,6−ヘキサヒドロトリレンジイソシアネート(H6−TDI)、2,4−および/または2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4’−および/または2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ノロボルナンジイソシアネート、イソシアナントメチル−1,8−オクタンジイソシアネート(TIN)および1,8−ジイソシアナトメチル(オクタン)、トリフェニルメタン4,4’,4’’−トリイソシアネート(TIN)および1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタン、トリフェニルメタン4,4’,4’’−トリイソシアネートおよびトリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェート(RFE)、1−メチルベンゼン2,4,6−トリイソシアネート、ナフタレン1,3,7−トリイソシアネートおよびこれらの異性体、ビフェニル−2,4,4’−トリイソシアネートおよびこれらの異性体、2,4,4’−ジフェニルメタントリイソシアネートおよびこれらの異性体である。
さらに、当業者にそれ自体既知の、カルボジイミエド、アシルウレア、イソシアヌレート、アロファネート、ビウレット、オキサジアジントリオン、ウレットジオンまたはイミノオキサジアジンジオン構造の高分子量の二次生成物を用いることもできる。
2,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート、トリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェート、トリス(4,4’−および/または2,4’−)ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン2,4−および/または2,6−トルイデンジイソシアネートおよびイソシアヌレートおよび/またはイミノオキサジアジントリオン構造を有するヘキサメチレンジイソシアネートのトリマーは特に好適である。
本発明の好適な方法では、1.53を越える、特に好適には1.55を越える、非常に特に好適には1.555を越える405nmでの屈折率を有するグリシジルエーテルアクリレートウレタンをa)に用いる。
適当なバインダー系b)は、非晶質熱可塑性プラスチック、例えばポリアクリレート、ポリメチルメタクリレートまたはメチルメタクリレートのコポリマー、メタクリル酸または他のアルキルアクリレートおよびアルキルメタクリレート並びにアクリル酸等;ポリ酢酸ビニルおよびその部分加水分解誘導体、例えばポリビニルアルコール、ゼラチン、セルロースエステルおよびセルロースエーテル、例えばセルロースアセトブチレート等、およびポリエチレンオキシドである。
さらに、官能性バインダーおよび必要に応じて架橋剤から構成される架橋バインダーも適している。2成分エポキシ系およびウレタン系は、この目的に適している。2成分ウレタン系は好適である。
ウレタン架橋の適用のために、ポリイソシアネート架橋剤およびヒドロキシ−またはアミン−官能性樹脂がこの目的に必要とされる。
ポリイソシアネート架橋剤の適当な化合物は、当業者にそれ自体既知の全ての脂肪族、脂環式、芳香族または芳香脂肪族のジ−およびトリイソシアネートであり、これらがホスゲン化によってまたはホスゲンを用いない方法によって得られるかどうかは重要ではない。さらに、当業者にそれ自体既知の、ウレタン、ウレア、カルボジイミド、アシルウレア、イソシアヌレート、アロファネート、ビウレット、オキサジアジントリオン、ウレットジオンまたはイミノオキサジアジンジオン構造を有する、モノマーのジ−および/またはトリイソシアネートの高分子量二次生成物(オリゴ−およびポリイソシアネート)を、いずれの場合にも個々にまたは任意の所望の混合物の状態で用いることもできる。
モノマーのジ−またはトリイソシアネート、例えばブ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(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタン、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート(TIN)、2,4−および/または2,6−トルイレンジイソシアネートは適当である。イソシアヌレートおよび/またはイミノオキサジアジントリオン構造を有するヘキサメチレンジイソシアネートのトリマーも適当である。
成分A)の化合物として、過剰の上記のジ−、トリ−またはポリイソシアネートをヒドロキシ−またはアミノ−官能性化合物と反応させることによってそれ自体既知の方法で得られる、ウレタン、アロファネートまたはビウレット構造を有するイソシアネート官能性ポリマーの使用も可能である。次いで、任意の未変換出発イソシアネートを、低モノマー含有量を有する生成物を得るために除去することができる。ポリウレタン化学から当業者にそれ自体既知の触媒の使用は、プレポリマー形成を促進させるために役立ち得る。
ウレタン、ウレア、カルボジイミド、アシルウレア、イソシアヌレート、アロファネート、ビウレット、オキサジアジントリオン、ウレットジオンまたはイミノオキサジアジンジオン構造を有するモノマージイソシアネートから誘導されたオリゴ−およびポリイソシアネートは、いずれの場合にも個々にまたは互いに任意の所望の混合物の状態で用いることが可能であり、好適である。
イソシアヌレート、アロファネート、ビウレット、ウレットジオンまたはイミノオキサジアジンジオン構造を有する脂肪族ジイソシアネートのオリゴ−およびポリイソシアネートは、いずれの場合にも個々にまたは互いに任意の所望の混合物の状態で用いられ、特に好適である。
適当なヒドロキシ−またはアミン−官能性樹脂は、500〜13000g/mol、好適には700〜8500g/molの範囲内の数平均分子量を有するジ−またはポリオールおよび/またはジ−またはポリアミンである。
この目的に好適な樹脂は、1.5〜3.5、好適には1.8〜3.2、特に好適には1.9〜3.1の平均官能価を有する。
上記の種類のこのようなポリオールは、例えば、脂肪族、脂環式および/または芳香族のジ−、トリ−および/またはポリカルボン酸とジ−、トリ−および/または多官能性アルコールおよびラクトン系ポリエステルアルコールとをベースとするポリエステルアルコールである。
例えば、500〜4000、特に好適には650〜2500g/molの分子量を有する好適なポリエステルアルコールは、アジピン酸とヘキサンジオール、ブタンジオールまたはネオペンチルグリコールまたは前記ジオールの混合物との反応生成物である。
また、環式エーテルの重合によって、またはアルキレンオキシドと出発分子との反応によって得られるポリエーテルポリオールは適当である。
500〜13000g/molの数平均分子量を有するポリエチレングリコールおよび/またはポリプロピレングリコール、および500〜8000、好適には650〜3000g/molの数平均分子量を有するポリテトラヒドロフランを例として挙げることができる。
好適なポリエーテルポリオールは、少なくとも70%のポリプロピレン含有量および1.9〜3.1の官能価を有するポリエチレン/ポリプロピレングリコールである。
また、ポリエーテルポリオールをラクトンと反応させることによって得ることができるポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは適当である。
ポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは好適である;200〜2000g/molの数平均分子量を有するポリテトラヒドロフランおよびε−カプロラクトンをベースとするポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは特に好適であり、これらのポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは、1000〜8000g/molの数平均分子量を有する。
また、ジオールまたはラクトン変性ジオールまたはビスフェノール、例えばビスフェノールA等をホスゲンまたはカルボン酸ジエステル、例えばジフェニルカーボネートまたはジメチルカーボネート等と反応させることによって得られるヒドロキシル末端ポリカーボネートは適当である。
500〜8000g/molの数平均分子量を有する、1,6−ヘキサンジオールのポリマーカーボネート、および1,6−ヘキサンジオールとε−カプロラクトンとの1〜0.1のモル比での反応生成物を例として挙げることができる。650〜3000g/molの数平均分子量を有し、1.6−ヘキサンジオールおよび/または1,6−ヘキサンジオールとε−カプロラクトンとの1〜0.33のモル比での反応生成物に基づく上記のポリカーボネートジオールは好適なカーボネートである。
ヒドロキシル末端ポリアミドアルコールおよびヒドロキシル末端ポリアクリレートジオール、例えばTegomer(登録商標)BD 1000(Tego GmbH(エッセン、ドイツ)製)を同様に用いることができる。
少なくとも70%のポリプロピレン含有量および1.9〜2.5の官能価を有するポリエチレン/ポリプロピレングリコールおよび400〜1400g/molの数平均分子量を有するポリテトラヒドロフランおよびε−カプロラクトンをベースとするポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは特に好適であり、これらのポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは、1500〜4000g/molの数平均分子量を有する。
1以上の光開始剤を光開始剤c)として用いる。これらは、化学線によって活性化することができ、相当する重合性基の重合を開始する通常の開始剤である。光開始剤は、それ自体既知の市販の分散化合物であり、単分子(I型)および二分子(II型)の開始剤に区別される。さらに、化学的性質に応じて、これらの開始剤は、上記の重合のフリーラジカル状態、アニオン状態(または)カチオン(または混合)状態に用いられる。
フリーラジカル重合のための(I型)系は、例えば、芳香族ケトン化合物、例えば、第3級アミンと組み合わせたベンゾフェノン、アルキルベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、アントロンおよびハロゲン化ベンゾフェノンまたは前記種類の混合物である。(II型)開始剤、例えば、ベンゾインおよびその誘導体、ベンジルケタール、アシルホスフィンオキシド、例えば、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビスアシルホスフィンオキシド、フェニルグリオキシル酸エステル、カンファーキノン、α−アミノアルキルフェノン、α,α−ジアルコキシアセトフェノン、1−[4−(フェニルチオ)フェニル]オクタン−1,2−ジオン−2−(O−ベンゾイルオキシム)およびα−ヒドロキシアルキルフェノンがさらに適当である。EP−A0223587に記載された、アンモニウムアリールボレートおよび1以上の染料の混合物からなる光開始剤系は、光開始剤として用いてもよい。例えば、テトラブチルアンモニウムトリフェニルヘキシルボレート、テトラブチルアンモニウムトリス(3−フルオロフェニル)ヘキシルボレートおよびテトラメチルアンモニウムトリス(3−クロロ−4−メチルフェニル)ヘキシルボレートは、アンモニウムアリールボレートとして適している。適当な染料は、例えば、新メチレンブルー、チオニン、ベーシックイエロー、ピナシアノールクロリド、ローダミン 6G、ガロシアニン、エチルバイオレット、ビクトリアブルー R、セレスチンブルー、キナルジンレッド、クリスタルバイオレット、ブリリアントグリーン、アストラゾンオレンジ G、ダロウレッド、ピロニンY、ベーシックレッド29、ピリリウム I、シアニンおよびメチレンブルー、アズールAである。
これらの化合物の混合物を用いることも有利であり得る。硬化に用いられる放射線源に応じて、光開始剤の種類と濃度を当業者に既知の方法で適合させなければならない。光重合に関する上記の取り組みは、当業者が日常実験の形態で選択のためにいずれの場合にも使用可能な成分および合成成分、特に好適には合成成分の下記の量の範囲内で容易に可能である。
好適な光開始剤C)は、テトラブチルアンモニウムテトラヘキシルボレート、テトラブチルアンモニウムトリフェニルヘキシルボレート、テトラブチルアンモニウムトリス(3−フルオロフェニル)ヘキシルボレートおよびテトラブチルアンモニウムトリス(3−クロロ−4−メチルフェニル)ヘキシルボレートと染料、例えば、アストラゾンオレンジ G、メチレンブルー、新メチレンブルー、アズールA、ピリリウム I、サフラニン O、シアニン、ガロシアニン、ブリリアントグリーン、クリスタルバイオレット、エチルバイオレットおよびチオニンなどとの混合物である。
成分a)〜c)に加えて、フリーラジカル安定剤、触媒およびさらなる添加剤を併用することもできる。
適当なフリーラジカル安定剤は、「Methoden der organischen Chemie(有機化学の方法)」(Houben−Weyl)、第XIV/1巻、第4334版以下参照、Georg Thieme Verlag、シュツットガルト、1961年に記載の抑制剤および抗酸化剤である。適当な種類の物質は、例えば、フェノール、例えば2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、クレゾール、ヒドロキノン、ベンジルアルコール、例えばベンズヒドロール、必要に応じてキノン、例えば2,5−ジ−tert−ブチルキノン、必要に応じて芳香族アミン、例えばジイソプロピルアミンまたはフェノチアジンである。好適なフリーラジカル安定剤は、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールフェノチアジンおよびベンズヒドロールである。
さらに、1以上の触媒を本発明によるPU系に用い得る。これらは、ウレタン形成を好適に触媒する。アミンおよび金属錫、亜鉛、鉄、ビスマス、モリブデン、コバルト、カルシウム、マグネシウムおよびジルコニウムの金属化合物はかかる目的に好適である。オクタン酸錫、オクタン酸亜鉛、ジブチル錫ジラウレート、ジメチル錫カルボキシレート、鉄(III)アセチルアセトネート、塩化鉄(II)、塩化亜鉛、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルコラート、10〜20個の炭素原子および必要に応じてOH側基を有する長鎖脂肪酸のアルカリ金属塩、オクタン酸鉛または第三級アミン、例えばトリエチルアミン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジシクロヘキシルメチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルジアミノジエチルエーテル、ビス(ジメチルアミノプロピル)ウレア、N−メチル−またはN−エチルモルホリン、N,N’−ジモルホリノ−ジエチルエーテル(DMDEE)、N−シクロヘキシルモルホリン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルブタンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ヘキサンジアミン、ペンタメチル−ジエチレントリアミン、ジメチルピペラジン、N−ジメチルアミノエチルピペリジン、1,2−ジメチルイミダゾール、N−ヒドロキシプロピルイミダゾール、1−アザビシクロ[2.2.0]オクタン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.0]オクタン(Dabco)またはアルカノールアミン化合物、例えばトリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−メチル−およびN−エチルジエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、2−(N,N−ジメチルアミノエトキシ)エタノール、またはN−トリス(ジアルキルアミノアルキル)ヘキサヒドロトリアジン、例えばN,N’,N−トリス(ジメチルアミノプロピル)−s−ヘキサヒドロトリアジン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、1,1,3,3−テトラメチルグアニジン、1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−1−メチル−2H−ピリミド(1,2−a)ピリミジンなどは特に好適である。
特に好適な触媒は、ジブチル錫ジラウレート、ジメチル錫ジカルボキシレート、鉄(III)アセチルアセトネート、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、1,1,3,3−テトラメチルグアニジン、1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−1−メチル−2H−ピリミド(1,2−a)ピリミジンである。
例えば、溶媒、可塑剤、レベリング剤、湿潤剤、消泡剤または接着促進剤、ならびにポリウレタン、熱可塑性ポリマー、オリゴマー、および官能基、例えばアセタール基、エポキシド基、オキセタン基、オキサゾリン基、ジオキソラン基および/または親水性基等からなるさらなる化合物、例えば塩および/またはポリエチレンオキシド等をさらなる助剤および添加剤として存在させ得る。
好適に用いる溶媒は、本発明による2成分処方物と良好な相溶性を有する易揮発性溶媒、例えば酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトンである。
好適に用いる可塑剤は、良好な溶解特性、低揮発性および高沸点を有する液体である。1種類の添加剤を複数同時に用いることは有利であり得る。当然、複数の種類の添加剤を複数用いることも有利であり得る。
視覚ホログラム用媒体の製造のための本発明による方法は、本発明によるフォトポリマーの合成成分を均質に混合する方法によって行う。ウレタン形成により架橋したバインダーの好適な場合には、ポリイソシアネートを除く全ての成分を、互いに均質に混合し、基材へまたは金型中に塗布する直前にポリイソシアネートを添加し、混合する。
混合技術から当業者に自体既知の全ての方法および装置、例えば撹拌容器または動的および静的ミキサーを混合するために用いることができる。しかしながら、デッドスペースを有さない、またはほんの僅かなデッドスペースしか有さない装置は好適である。さらに、混合を、極めて短時間におよび2つの成分を極めて強力に混合して互いに混合することによって達成する方法は好適である。特に、動的ミキサー、とりわけ、成分をミキサー中でのみ互いに接触させる動的ミキサーは、この目的に適している。
該手順の間の温度は、0〜100℃、好適には10〜80℃、特に好適には20〜60℃、極めて特に好適には20〜40℃である。
必要に応じて、個々の成分または全混合物の、例えば1mbarの減圧下での液化を行うこともできる。液化は、特に成分b)の添加後に、得られる媒体中のガスの残留による気泡形成を防止するのに好適である。
ポリイソシアネートの混合のために、混合物を貯蔵安定性中間体として、必要に応じて数ヶ月にわたって貯蔵することができる。
ポリイソシアネートの混合後、組成物に応じて、室温で数秒〜数時間内に硬化する透明な液体処方物を得る。
ポリウレタン組成物の合成成分の割合および種類および反応性は、ポリイソシアネートの混合後に硬化が室温で数分〜1時間内に起こるように好適に調節する。好適な実施態様では、硬化は、添加後、処方物を30〜180℃、好適には40〜120℃、特に好適には50〜100℃に加熱することによって促進させる。
硬化挙動に対する上記の取り組みは、当業者が日常実験の形でいずれの場合にも選択のために使用可能な成分および合成成分、特に合成成分の上記の量の範囲内で容易に可能である。
本発明によるフォトポリマー組成物は、全成分の完全混合直後に、25℃で、通常10〜100000mPas、好適には100〜20000mPas、特に好適には200〜15000mPas、さらに特に好適には500〜10000mPasの粘度を有するので、溶媒を含まない形態でさえ非常に良好な処理性を有する。適当な溶媒での溶液中において、25℃で10000mPas未満、好適には2000mPas未満、特に好適には500mPas未満の粘度を得ることができる。
4時間未満で25℃にて15gの量で0.004重量%の触媒含有量で硬化する、または10分未満で25℃にて0.02重量%の触媒含有量で硬化する上記種類のフォトポリマー組成物は有利であることは証明された。
基材へまたは金型中における塗布のために、当業者に既知の全てのそれぞれの通常の方法、例えばナイフ塗布、注型、印刷、スクリーン印刷、噴霧またはインクジェット印刷等は適当である。
光学用途のためのホログラムは、可視および近紫外線領域(300〜800nm)全体において、本発明によるフォトポリマー組成物を用いて適切な暴露法により製造することができる。視覚ホログラムは、とりわけ、インライン(Gabor)ホログラム、オフアクシスホログラム、完全開口トランスファーホログラム、白色光透過ホログラム(「レインボーホログラム」)、デニシュークホログラム、オフアクシス反射ホログラム、エッジライトホログラムおよびホログラフィックステレオグラムを含む、当業者に既知の方法によって記録することができる全てのホログラムを含む;反射ホログラム、デニシュークホログラムおよび透過ホログラムは好適である。本発明によるフォトポリマー組成物を用いて製造することができるホログラムの可能性のある光学機能は、光学素子、例えばレンズ、ミラー、偏光ミラー、フィルター、拡散スクリーン、回折素子、ライトコンダクター、導波管、プロジェクションスクリーンおよび/またはマスク等に相当する。しばしば、これらの光学素子は、ホログラムをどのように暴露したかおよびホログラムの次元に応じて、周波数選択性を示す。
また、本発明によるフォトポリマー組成物によって、例えば、個人肖像写真、セキュリティードキュメント内の生体認証表示、或いは一般に広告、セキュリティーラベル、商標保護、商標ブランド、ラベル、意匠要素、装飾、イラスト、ポイントカード、イメージなどのための画像または画像構造、およびとりわけ前記生成物と組み合わせたデジタルデータを表し得る画像といった、ホログラムの像または表示を製造することもできる。照射される角度、照射される光源(可動光源を含む)等に応じて、ホログラム像は三次元像の印象を与えるが、画像シーケンス、短編映画または多くの異なった物品も表すことができる。これらの他用途の潜在的設計のため、ホログラム、特に体積ホログラムは、前記用途にとって魅力的な解決法である。
本発明は、
nは、2〜6の自然数であり、
R1は、ハロゲン−および/またはアルキルチオ−および/またはアリールチオ−置換オキシフェニル環であるか、またはハロゲン−、アルキル−、アリール−、アルキルチオ−またはアリールチオ−置換オキシナフチル基、オキシアントラセニル基、オキシフェナントリル基、N−カルバゾリル基、N−アルキルカルバゾルジル基、N−フタルイミジル基、N−フェノチアジニル基、N−アルキルフェノチアジニル基、オキシトリアリールメチル基であり、
R2は、2〜30個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和基であり、
Rは、脂肪族または芳香族のジ−またはポリイソシアネートから誘導され、2〜30個の炭素原子を有する有機基である、
一般式(1a)または(1b)で示されるグリシジルエーテルアクリレートウレタンにさらに関する。
本発明による好適なグリシジルエーテルアクリレートウレタンは、
nは、2〜4の自然数であり、
R1は、ハロゲン−および/またはアルキルチオ−および/またはアリールチオ−置換オキシフェニル環、またはハロゲン−、アルキル−、アリール−、アルキルチオ−またはアリールチオ−置換オキシナフチル基またはオキシアントラセニル基であり
R2は、2〜20個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和基であり、
Rは、脂肪族または芳香族のジ−またはポリイソシアネートから誘導され、6〜24個の炭素原子を有する有機基である、
一般式(1a)または(1b)で示されるグリシジルエーテルアクリレートウレタンである。
本発明による特に好適なグリシジルエーテルアクリレートウレタンは、
nは、2または3の自然数であり、
R1は、オキシブロモフェニル、オキシジブロモフェニルまたはオキシナフチルであり
R2は、R2−COOHから誘導され、R2−COOHはアクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレートまたはヒドロキシエチルアクリレートおよび無水マレイン酸の付加物(CH2=CH−CO−O−CH2−CH2−O−CO−CH=CH−COOH)であり、
Rは、R(NCO)から誘導され、R(NCO)は、2,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート、トリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェート、トリス(4,4’−および/または2,4’−)ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン2,4−および/または2,6−トルイデンジイソシアネートおよびイソシアヌレートおよび/またはイミノオキサジアジントリオン構造を有するヘキサメチレンジイソシアネートのトリマーに相当する
一般式(1a)または(1b)で示されるグリシジルエーテルアクリレートウレタンである。
特記のない限り、記載した全てのパーセントは重量パーセントに基づく。
実施例1〜8cは、一般式1a/1bで示される書込モノマーを説明する:
実施例1
まず、156.5gのジブロモフェニルグリシジルエーテル(Denacol EX147、Nagase ChemTex、(日本)から得られる)、36gのアクリル酸、0.0019gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールおよび0.328のトリフェニルホスフィンを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃に過熱した。撹拌を60時間実施した。1−H−NMRによればもはやエポキシドを含有しない透明な液状生成物を得た。
実施例1a
まず、30.8gの実施例1からの生成物および6.96gの2,4−トルイデンジイソシアネート(Desmodur T100、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))を還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、60℃に過熱した。撹拌を60時間実施した。1−H−NMRによればもはやエポキシドを含有しない透明な液状生成物を得た。まず80℃まで発熱した後、生成物を80分間60℃で撹拌した。NCO=0%を有する透明なガラス状生成物を得た。
実施例1b−1d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表1に示す。
Figure 0005909038
表1:
TDI:2,4−トルイデンジイソシアネート(Desmodur T100、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
HDI:2,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(Desmodur H、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
TMDI:2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
TIN:イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート
RFE:酢酸エチル中のトリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェートの27% 溶液(Desmodur RFE、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
W:トリス(4,4’−および2,4’−)ジイソシアナトジシクロヘキシルメタンの混合物(Desmodur W、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
IPDI:1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(Desmodur I、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
M44:ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン(Desmodur M44、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
XP2410:主にイミノオキサジアジントリオン構造を有するヘキサメチレンジイソシアネートのトリマー(Desmodur XP2410、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
T80:2,4−および2,6−トルイデンジイソシアネートの80:20混合物(Desmodur T80、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ))
KB:2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール
DBTL:ジブチル錫ジラウレート
実施例2
まず、150.2gのα−ナフチルグリシジルエーテル(SACHEM Europe B.V.、ザールトボンメル、オランダ)、54gのアクリル酸、0.492gのトリフェニルホスフィンおよび0.002gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃に過熱し、撹拌を60時間実施した。1−H−NMRによれば、赤みがかった褐色の粘性生成物はもはやエポキシドを含有しなかった。
実施例2a−2d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表2に示す。
Figure 0005909038
表2:略語は表1を参照。
実施例3
まず、93.9gのジブロモフェニルグリシジルエーテル(Denacol EX147、Nagase ChemTex(日本)から得られる)、25.8gのメタクリル酸、0.197gのトリフェニルホスフィンおよび0.0012gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、60℃でサーモスタットを実施した。撹拌を48時間実施した。OH価=142mgKOH/gを有する、黄色がかった透明で液状生成物を得た。
実施例3a−3d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表3に示す。
Figure 0005909038
表3:略語は表1を参照。
実施例4.1
まず、29.42gの無水マレイン酸、0.32gのトリエチルアミン、257gのトルエンおよび0.06gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、85℃でサーモスタットを実施した。その後、34.84gのヒドロキシエチルアクリレートを15分にわたって液滴状に添加し、撹拌を11時間実施した。該混合物から溶媒を除去し、透明な粘性生成物を得る。
実施例4.2
まず、31.3gのジブロモフェニルグリシジルエーテル(Denacol EX147、Nagase ChemTex(日本)から得られる)、21.4gの実施例4.1からの生成物、0.066gのトリフェニルホスフィンおよび0.0005gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃でサーモスタットを実施し、撹拌を19時間実施した。透明な液状生成物を得た。

実施例4a−4d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表4に示す。
Figure 0005909038
表4:略語は表1を参照。
実施例5
まず、112.7gのフェニルグリシジルエーテル、54gのアクリル酸、0.492gのトリフェニルホスフィンおよび0.0017gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃でサーモスタットを実施した。撹拌を54時間実施し、透明な高粘性の液状生成物を得た。
実施例5a−5d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表5に示す。
Figure 0005909038
表5:略語は表1を参照。
実施例6
まず、93.9gのジブロモフェニルグリシジルエーテル(Denacol EX147、Nagase ChemTex(日本)から得られる)、43.2gの2−カルボキシエチルアクリレート、0.197gのトリフェニルホスフィンおよび0.0014gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃でサーモスタットを実施し、撹拌を43時間実施した。OH価=123.9mgKOH/gを有する結晶質でクリーム状の蜂蜜状生成物を得た。
実施例6a−6d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表6に示す。
Figure 0005909038
表6:略語は表1を参照。
実施例7
まず、70.1gのα−ナフチルグリシジルエーテル(SACHEM Europe B.V.、ザールトボンメル、オランダ)、50.4gの2−カルボキシエチルアクリレート、0.459gのトリフェニルホスフィンおよび0.0012gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃に過熱し、撹拌を26時間実施し、158mgKOH/gのOH価を有する褐色がかった透明液体を得た。
実施例7a−7d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表7に示す。
Figure 0005909038
表7:略語は表1を参照。
実施例8
まず、20.0gのα−ナフチルグリシジルエーテル(SACHEM Europe B.V.、ザールトボンメル、オランダ)、22.5gの実施例4.1からの生成物、0.131gのトリフェニルホスフィンおよび0.043gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、90℃でサーモスタットを実施しおよび撹拌を15時間実施した。OH価=135mgKOH/gを有する赤色がかった透明液体を得た。
実施例8a−8d
以下の実施例を実施例1aと同様に実施した。この点について詳細を表8に示す。
Figure 0005909038
表8:略語は表1を参照。
上記のライティングモノマーを本発明によるフォトポリマーの製造に用いた。以下の成分を用いた。
Desmodur(登録商標)XP 2410は、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ)の実験用生成物、ヘキサンジイソシアネート系ポリイソシアネート、少なくとも30%のイミノオキサジアジンジオン割合、23.5%のNOC含量である。
Terathane(登録商標)1000は、BASF AG(ルートウィヒスハーフェン、ドイツ)の市販生成物である(1000g/molの数平均モル質量を有するポリ−THF)。
ポリオール1は、二官能性ポリ(ε−カプロラクトン)ポリオールである(約650g/molの数平均モル質量)。
全ての他のポリオールは、Bayer MaterialScience AG(レーバークーゼン、ドイツ)の市販生成物であり、その組成物は上記の実施例に記載されている。
Fomrez(登録商標)UL28:ウレタン化触媒、ジメチルビス[(1−オキソネオデシル)オキシ]スタンナン、Momentive Performance Chemicals(ウィルトン、コネティカット州、米国)の市販生成物(N−エチルピロリドン中10%濃度溶液として使用)。
CGI 909は、2008年にCiba Inc.(バーゼル、スイス)によって市販された実験用生成物ある。
ポリオール1の調製:
まず、0.18gのオクタン酸錫、374.8gのε−カプロラクトンおよび374.8gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(Terathane(登録商標)1000、500g/molのOH当量)を1Lフラスコに導入し、120℃まで加熱し、固形分(不揮発性成分の割合)が99.5重量%以上になるまで、この温度で維持した。その後、冷却し、ワックス様固体として生成物を得た。
光重合性モノマーの屈折率の測定
試料の波長の関数として屈折率nを透過および反射スペクトルから得た。この目的のために、試料の約100〜300nm厚みのフィルムを、スピンコーティングによって、酢酸ブチル中の希釈溶液から石英ガラス基材に適用した。この層パケットの透過および反射スペクトルを、STEAG ETA Optik製分光計 CD−Measurement System ETA−RTで測定し、次いで、層厚みおよびnのスペクトル曲線を、測定した透過および反射スペクトルに適合させた。これは、分光計の内部ソフトウェアを用いて行うが、ブランク測定において予め決定した石英ガラス基材の屈折率データをさらに必要とする。屈折率nMoは、405nmの波長に基づくため、n 20に相当する。
反射配置における2ビーム干渉によるホログラフィック媒体のホログラフィック 特性DEおよびΔnの測定
次いで、項目「性能特性DEおよびΔnを決定するための、光開始剤でのフォトポリマー処方物に基づくホログラフィックメディアの製造」に記載のように製造したメディアを以下のように、図1で示される測定装置を用いてホログラフィック特性について試験した。
He−Neレーザー(放射波長633nm)のビームを、空間フィルター(SF)およびコリメーターレンズ(CL)を用いて平行な均一ビームに変換した。虹彩絞り(I)によって、信号光線と参照光線の最終断面を確立する。虹彩絞りの開口径は0.4cmである。偏光依存性ビームスプリッター(PBS)は、レーザー光線を2つのコヒーレント均一偏光光線に分ける。λ/2プレートによって、参照光線の出力を0.5mWに調節し、信号光線の出力を0.65mWに調節した。試料を取り除いて、半導体検出器(D)を用いて出力を測定した。参照光線の入射の角度(α)は21.8°、信号光線の入射の角度(β)は41.8°である。試料(媒体)の位置で、2つの重なった光線の干渉場は、試料への2つの入射光線の角2等分線と垂直である明暗ストリップの格子を生じさせた(反射ホログラム)。格子間隔とも称される、媒体におけるストリップ間隔は、〜225nmである(媒体の屈折率は〜1.504と考えられる)。
図1は、媒体の回折効率(DE)を測定するホログラフィック実験設定を示す。図1は、λ=633nm(He−Neレーザー)でのHMTの配置:M=ミラー、S=シャッター、SF=空間フィルター、CL=コリメーターレンズ、λ/2=λ/2プレート、PBS=偏光感受型ビームスプリッター、D=検出器、I=虹彩絞りを示し、α=21.8°、β=41.8°は、試料の外側(媒体の外側)で測定したコヒーレント光線の入射の角度である。
以下の方法で、ホログラムを媒体に書き込んだ。
暴露時間tの間、両方のシャッター(S)を開放する。その後、シャッター(S)を閉じた状態で、媒体を、まだ重合されていないライティングモノマーの拡散のために5分間おいた。ここで、書き込まれたホログラムを、以下の方法で読み込んだ。信号光線のシャッターは閉じたままであった。参照光線のシャッターを開放した。参照光線の虹彩絞りを1mm未満の直径まで閉じた。これにより、媒体の角度(Ω)の全てについて、光線は、先に書き込まれたホログラムに常に完全に存在することが確実になった。コンピューター制御の下、回転台は、0.05°の角度ステップ幅でΩ=0°からΩ=20°まで角度範囲を変えた。各々の角度Ωに近づくと、対応する検出器Dを用いて、ゼロ次において透過された光線の出力を測定し、検出器Dを用いて、一次回折された光線の出力を測定した。以下の式:
Figure 0005909038
の商として、各々の角度Ωに近づいた時点での回折効率を得た。PDは回折光線の検出器における出力であり、PTは透過光線の検出器における出力である。
前記方法によって、ブラッグ曲線(これは、回折効率ηを、書き込まれたホログラムの回転の角度Ωの関数として表す。)を測定し、コンピューターに保存した。また、ゼロ次において透過された強度を、回転の角度Ωに対してプロットし、コンピューターに保存した。
ホログラムの最大回折効率(DE=ηmax)、即ちそのピーク値を決定した。この最大値を測定するために、場合により、回折光線の検出器の位置を変える必要があった。
角度の関数としての測定ブラッグ曲線および透過強度の変化から、結合波理論(H. Kogelnik、The Bell System Technical Journal、第48巻、1969年11月、第9号、第2909頁〜第2947頁参照)を用いて、フォトポリマー層の比屈折率Δnおよび厚さdを決定した。その方法を以下に示す:
Kogelnikによれば、反射ホログラムのブラッグ曲線η(Ω)について、以下の通りあてはまる:
Figure 0005909038
と:
Figure 0005909038
Φは格子厚さであり、χは離調パラメーターであり、Ψは書き込まれた屈折率格子の傾斜の角度である。α’およびβ’は、媒体内で測定されるがホログラムの書き込みの際の角度αおよびβに相当する。Δは、媒体内で測定された角度離調、即ち角度α’からの偏差である。ΔΩは、媒体の外側で測定された角度離調、即ち角度αからの偏差である。nは、フォトポリマーの平均屈折率であり、1.504に設定した。λは真空中でのレーザー光の波長である。
次いで、以下の式のように、χ=0、即ちΔΩ=0に対して最大回折効率(DE=ηmax)を得る。
Figure 0005909038
図2に、回折効率、理論ブラッグ曲線および透過強度の測定データの、中心回転角Ω−α−シフトに対するプロットを示す。光重合中の幾何学的収縮および平均屈折率における変化により、DEを測定する角度がαと異なるので、X軸の中心をこのシフト付近におく。シフトは、典型的には0°〜2°である。
DEはわかっているので、Kogelnikによる理論ブラッグ曲線の形状は、フォトポリマー層の厚さdによってのみ決まる。次いで、DEの測定値と理論値とが常に一致するように、与えられた厚さdに対し、DEによりΔnを補正する。そして、理論ブラッグ曲線の第一二次極小の角度位置が透過強度の第一二次極大の角度位置と一致し、さらに、理論ブラッグ曲線と透過強度の半値での全幅(FWHM)が一致するまで、dを適合させる。
反射ホログラムがΩスキャンによる再構成の際に付随的に回転する方向は、回折光のための検出器は有限角度範囲しか検出できないので、幅広のホログラム(小さいd)のブラッグ曲線は、適当な検出器の位置でも、Ωスキャンにおいて完全には検出されず、中心領域しか検出されない。従って、ブラッグ曲線に相補的である透過強度の形状を、層厚さdを適合させるために付加的に使用する。
図2は、角度離調ΔΩに対する、Kogelnikによるブラッグ曲線ηのプロット(点線)、測定した回折効率のプロット(黒丸)、および透過出力のプロット(黒色実線)を示す。光重合中の幾何学的収縮および平均屈折率変化により、DEを測定する角度がαと異なるので、X軸の中心をこのシフト付近におく。シフトは、典型的には0°〜2°である。
ホログラムの書き込み中にDEが飽和値に達する、入射レーザー光線の平均エネルギー線量を決定するため、組成物について、この手順を、異なった媒体上で、異なった暴露時間tに対して場合により数回繰り返した。平均エネルギー線量Eは、以下の式:
Figure 0005909038
で示されるように、角度αおよびβ (Pα=0.50mWおよびPβ=0.67mW)、暴露時間tおよび虹彩絞りの径(0.4cm)でコリメートされた2つの部分光線の出力から得られる。
使用される角度αおよびβで、媒体において同じ出力密度が達成されるように、部分光線の出力を適合させた。
5927gの上記のポリオール1を2.5gの相当するライティングモノマー、0.1gのCGI909、0.01gの新メチレンブルー、0.015gの20μmのサイズを有するガラスビーズ(例えば、Whitehouse Scientific Ltd、ウェーバトン、チェスター、CH3 7PB、英国)と60℃でおよび0.35gのN−エチルピロリジンと混合し、透明溶液を得た。その後、30℃まで冷却し、1.098gのDesmodur(登録商標)XP 2410(成分A)を添加し、再度混合し た。最後に、0.006gのFomrez(登録商標)UL 28を添加し、混合を再び短く行った。次いで、得られた液体物質をガラス板上に注ぎ、スペーサーによって20μmの間隔を維持しながら第2のガラス板で覆った。15kgの重圧下、PU処方物を数時間(通常一晩)かけて硬化させた。場合によっては、幾つかのケースでは、60℃で更に2時間、軽く閉めたパッケージの中で媒体を後硬化させた。フォトポリマー層の厚さdは、使用したガラスビーズの直径に基づいて20μmであった。マトリックスの異なった出発粘度および異なった硬化速度を有する異なった処方物は、常に同じではないフォトポリマー層の厚さdをもたらすので、各試料について書き込まれたホログラムの特性から独立してdを決定する。
表9は、本発明によるフォトポリマーに基づく媒体のホログラフィック結果を示す(実施例9−41):
Figure 0005909038
実施例42
430.2gのDenacol EX147(Nagase ChemTex、日本)、129.7gのアクリル酸、1.18gのトリフェニルホスフィンおよび0.0056gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、60℃で温度を維持した。次いで、該混合物を90℃で24時間撹拌した。157.8mgKOH/gのOH価を有する透明液体を得た。
実施例42a〜42d
以下の実施例を実施例1aと同様に行った。表10に詳細を示す。
Figure 0005909038
表10:略語は表1を参照
実施例43.1
4.7gのp−フェニルフェノール、15.1gのエピブロモヒドリン、13.6gの炭酸カリウムおよび33.3gの2−ブタノンを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に30℃で導入した。該混合物を70℃に加熱し、16時間撹拌した。ろ過後、ろ液を低沸点成分から回転蒸発器中で除去した。2×30mlの2−ブタノンの添加および再蒸留後、p−フェニルフェノールグリシジルエーテルを、96〜98℃の融点範囲を有する結晶質固体として得た。H−NMR(CDCl、400MHz):2.78(dd、1H)、2.90(t、1H)、3.36(m、1H)、4.02(dd、1H)、4.24(dd、1H)、7.00(AA’BB’系、2H)、7.30(t、1H)、7.40(t、1H)、7.55(m、4H).
実施例43.2
4.6gの実施例43.1からの生成物、1.7gのアクリル酸、0.1mgの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールおよび15.0mgのトリフェニルホスフィンを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、温度を90℃で維持した。該混合物を42時間撹拌した。1H−NMRによれば95%を超えるエポキシド変換を示す、無色透明の液体生成物を得た。
実施例43.3
6.3gの実施例43.2からの生成物および2.0gの2,4−および2,6−トルイデンジイソシアネートの混合物(Desmodur T80、Bayer MaterialScience AG、レーバークーゼン、ドイツ)および0.8mgのジブチル錫ジラウレートを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、温度を60℃で維持した。該生成物を60℃で15時間撹拌した。NCO=0%を有する無色透明の液体生成物を得た。
実施例44.1
4.7gのm−フェニルフェノール、15.1gのエピブロモヒドリン、13.6gの炭酸カリウムおよび33.3gの2−ブタノンを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に30℃で導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、温度を70℃で維持し、該混合物を15時間撹拌した。ろ過後、ろ液を低沸点成分から回転蒸発器中で除去した:m−フェニルフェノールグリシジルエーテルを、透明液体生成物を得た:H−NMR (CDCl、400MHz):2.78(dd、1H)、2.90(t、1H)、3.36(m、1H)、4.02(dd、1H)、4.24(dd、1H)、6.90(dd、1H)、7.15(d、1H)、7.20(d、1H)、7.35(m、2H)、7.40(t、2H)、7.55(d、2H)。
実施例44.2
4.0gの実施例44.1からの生成物、1.4gのアクリル酸、0.1mgの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールおよび13.0mgのトリフェニルホスフィンを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、温度を90℃で維持した。該混合物を42時間撹拌した。無色透明液体生成物を得た。H−NMRによれば90%を超えるエポキシドを反応させた。
実施例44.3
5.4gの実施例44.2からの生成物および1.7gの2,4−および2,6−トルイデンジイソシアネートの混合物(Desmodur T80、Bayer MaterialScience AG、レーバークーゼン、ドイツ)および0.7mgのジブチル錫ジラウレートを還流冷却器および撹拌器を有する三口フラスコ中に導入した。さらに、空気をゆっくり通過させ、温度を60℃で維持した。次いで、10mlのクロロホルムを添加した。該生成物を60℃で19時間撹拌した。低沸点成分を回転蒸発器中で除去し、NCO=0%を有する透明ガラス状生成物を得た。
Figure 0005909038
表11:本発明によるメディアのホログラフィック性能、WM:ライティングモノマー、RI:屈折率(実施例45−50)
実施例9〜41からの本発明によるメディア中のフォトポリマーは全て光学的に透明であり、室温でもっぱらコヒーレント放射の作用により体積ホログラムを書き込むことが可能である。課題が要求するように、熱的および/または化学的後処理を省略しながら視覚ホログラムを書き込むことが可能である。

Claims (9)

  1. a)一般式(1a):
    Figure 0005909038

    または一般式(1b):
    Figure 0005909038

    〔式中、
    nは、2〜6の自然数であり、
    R1は、芳香族基を有し、4〜36個の炭素原子を有する単核または多核の有機基であり、
    R2は、3〜30個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和基であり、および
    Rは、脂肪族または芳香族のジ−またはポリイソシアネートから誘導され、2〜30個の炭素原子を有する有機基である〕
    で示される、少なくとも1つの不飽和グリシジルエーテルアクリレートウレタン、または
    (1a)および(1b)の混合物、
    b)バインダー、
    c)少なくとも1つの光開始剤、
    を含み、2成分ポリウレタン系である架橋したバインダーがb)に用いられ、および前記光開始剤はアンモニウムアリールボレートと染料との混合物であるフォトポリマー組成物。
  2. R1は、オキシフェニル、オキシブロモフェニル、オキシジブロモフェニルまたはオキシナフチルであり
    R2は、R2−COOHから誘導され、R2−COOHはアクリル酸、メタクリル酸、3−アクリルオキシプロピオン酸、または無水マレイン酸によるヒドロキシエチルアクリレートおよびヒドロキシブチルアクリレートの付加物であり、
    Rは、n官能性イソシアネートR(NCO)から誘導され、R(NCO)は、2,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート、トリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェート、トリス(4,4’−および/または2,4’−)ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン、1−イソシアナト−3−イソシアナトメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ジイソシアナトジシクロヘキシルメタン2,4−および/または2,6−トルイデンジイソシアネート、またはイソシアヌレート構造および/またはイミノオキサジアジントリオン構造を有するヘキサメチレンジイソシアネートのトリマーである
    ことを特徴とする、請求項1に記載のフォトポリマー組成物。
  3. a)に用いるグリシジルエーテルアクリレートウレタンは、1.53を越える405nmでの屈折率を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のフォトポリマー組成物。
  4. 2成分ポリウレタン系は、イソシアネート成分として、イソシアヌレート、アロファネート、ビウレット、ウレットジオンまたはイミノオキサジアジンジオン構造を有する脂肪族ジイソシアネートのオリゴ−およびポリイソシアネートを含み、およびポリオール成分は、少なくとも70%のポリプロピレン含有量および1.9〜2.5の官能価を有するポリエチレン/ポリプロピレングリコールおよび/または400〜1400g/molの数平均分子量を有するポリテトラヒドロフランおよびε−カプロラクトンをベースとするポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールを含み、これらのポリエステル−ポリエーテル−ポリエステルブロックポリオールは1500〜4000g/molの数平均分子量を有することを特徴とする、請求項3に記載のフォトポリマー組成物。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のフォトポリマー組成物を、基材へまたは金型中に適用し、硬化する、視覚ホログラムを記録するための媒体の製造方法。
  6. 請求項1〜4のいずれかに記載のフォトポリマー組成物を含有する、視覚ホログラムを記録するための媒体。
  7. 光学素子もしくは像としての、または像の表示もしくは投射のための、請求項6に記載の媒体の使用。
  8. 請求項6に記載の媒体を用いる、ホログラムを記録するための方法。
  9. a)一般式(1a):
    Figure 0005909038

    または(1b):
    Figure 0005909038

    〔式中、
    nは、2〜6の自然数であり、
    R1は、ハロゲン−および/またはアルキルチオ−および/またはアリールチオ−置換オキシフェニル環であるか、またはハロゲン−、アルキル−、アリール−、アルキルチオ−またはアリールチオ−置換オキシナフチル基、オキシアントラセニル基、オキシフェナントリル基、N−カルバゾリル基、N−アルキルカルバゾルジル基、N−フタルイミジル基、N−フェノチアジニル基、N−アルキルフェノチアジニル基またはオキシトリアリールメチル基であり、
    R2は、2〜30個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和基であり、
    Rは、脂肪族または芳香族のジ−またはポリイソシアネートから誘導され、2〜30個の炭素原子を有する有機基である〕
    で示されるグリシジルエーテルアクリレートウレタン。
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