JP6597158B2 - 熱可塑性樹脂、及びそれよりなる光学成形体 - Google Patents

熱可塑性樹脂、及びそれよりなる光学成形体 Download PDF

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Description

本発明は、負の複屈折を発現し、透明性や耐熱性、溶融加工性にも優れた熱可塑性樹脂、及びそれよりなる光学成形体に関する。
近年、オプトエレクトロニクスの進歩に伴い、光学用透明高分子の需要が高まっている。中でも液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの画像表示装置においては、様々な機能を持った樹脂フィルムが幾層にも用いられている。このようなディスプレイは画面に対して斜めに見た時に、コントラストが低下したり、見る方向によって表示色が異なるように見えたりする問題がある。斜めから見た場合では、パネル内に配置された位相差フィルムなどの複屈折を有する部材の光路長が変わり、また、部材が厚み方向にも複屈折を持っているために、所定の位相差からずれてしまうことが前記問題の一因として考えられる。
このような問題を解決するために、遅相軸x方向の屈折率をn、進相軸y方向の屈折率をn、厚みz方向の屈折率をnとしたとき、n>n≧nの関係を満たすポジティブBプレート、又はポジティブCプレートを、他の位相差フィルムと組み合わせて用いることが提案されている。ポジティブBプレート、又はポジティブCプレートの作製方法の一つとして、負の固有複屈折を有する樹脂を延伸する方法が挙げられる(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
特許文献3には、2価のフルオレンを繰り返し構造単位に有するポリエステルが開示されている。この樹脂は負の固有複屈折を有しており、輝度向上フィルムなどの用途への適用が検討されていた。しかしながら、耐熱性や光弾性係数など他の要求物性とのバランスも考慮した材料設計の方針は示されていなかった。
特開2015−111236号公報 特開2014−149508号公報 米国特許出願公開第2012/0170118号明細書
近年、光学フィルムの分野では、画像の表示品質を向上させるための光学特性の改良はもとより、部材を薄くすることや、パネルの組み立て工程中の加熱を伴うプロセスや高温高湿度の使用環境下等において、部材の光学物性や寸法が変化しないように、材料への耐熱性向上の要求もある。このような要求に対応するには、固有複屈折が大きい、靱性に優れている(延伸により大きな複屈折を発現することが可能)、成形加工に適した物性を有している、耐熱性が高い、透明性が高い、及び光弾性係数が小さい等の物性が部材に用いる樹脂に求められる。また、同様に光学レンズの用途においても、高屈折率や低アッベ数とともに、耐熱性向上の要求がある。しかし、一般的に樹脂の耐熱性(ガラス転移温度)を上げると、樹脂は脆くなり、延伸しにくくなる傾向にあり、これらの物性はトレードオフの関係にもなっているため、様々な物性のバランスを取れるように樹脂の分子設計や材料設計を工夫する必要がある。
本発明の目的は、前記の種々の課題を解決し、光学特性、耐熱性、機械物性、溶融加工
性等の種々の物性に優れた熱可塑性樹脂、及びそれよりなる光学成形体を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するべく、鋭意検討を重ねた結果、特定の2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有し、特定の光学特性を有する樹脂組成物が、物性の調整がしやすく、フィルムに成形した際に、優れた光学特性や優れた機械特性を示すという目的を達成できることを見出し、本発明、参考発明に到達した。
即ち本発明、参考発明は以下を要旨とする。
[1] 下記式(1)又は(2)で表される構造単位と、下記式(5)で表される構造単位とを含有する、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂であって、
下記(A)および(B)を満たす、熱可塑性樹脂。
(A)該樹脂からなる延伸フィルムの波長550nmにおける配向複屈折が−0.0015以下である。
(B)該樹脂のガラス転移温度が120℃以上、180℃以下である。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
(式(1)及び(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
Figure 0006597158
[2] 下記式(3)で表される構造単位を含有する、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂である、熱可塑性樹脂。
(式(3)中、R〜R9は、前記式(1)及び(2)のR〜Rと同じ。Arは2価フェノール化合物に由来する構造単位である。)
Figure 0006597158
[3] 前記式(1)又は(2)で表される構造単位と、下記式(4)で表される構造単位とを含有する、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂である、熱可塑性樹脂。
(式(4)中、R10〜R11はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基を表す。Ar及びArはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリーレン基を表す。Xは置換若しくは無置換の炭素数2〜10のアルキレン基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のシクロアルキレン基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリーレン基を表す。m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。)
Figure 0006597158
[4] 下記式(5)で表される構造単位を含有する、[2]又は[3]に記載の熱可塑性樹脂
Figure 0006597158
[5] 樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、前記式(1)又は(2)で表される構造単位を50重量%以上含有する、[1]〜[4]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂。
[6] 熱可塑性樹脂がポリエステルである、[1]〜[5]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂。
[I] 例えば、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、前記式(2)で表される構造単位を50重量%以上含有し、かつ脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有する、ポリエステル。
[II] 例えば、前記脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位が、前記式(5)で表される構造単位である、[I]に記載のポリエステル。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂を成形してなる透明フィルム。
III例えば、又はII記載のポリエステルを成形してなる透明フィルム。
[8] [1]〜[6]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂を射出成形してなる射出成形品。
IV例えば、又はII記載のポリエステルを射出成形してなる射出成形品。
] 下記式(6)で表される化合物とジヒドロキシ化合物とを、重合触媒の存在下で溶融重縮合させる、ポリエステルの製造方法。
Figure 0006597158
(式(6)中、R〜Rは前記式(1)及び(2)のR〜Rと同じ。Ar及びArはそれぞれ置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であり、ArとArは同一であっても異なっていてもよい。)
10] 前記ジヒドロキシ化合物が、下記式(7)で表されるジヒドロキシ化合物、又は2価フェノール化合物である、[]に記載のポリエステルの製造方法。
Figure 0006597158
本発明の熱可塑性樹脂は、フィルムに成形した際に、優れた光学特性を示し、樹脂中の割合が低くても所望の光学特性を効率よく発現する繰り返し単位を用いることで、樹脂設計の自由度を高め、耐熱性、溶融加工性、機械強度などの諸物性を兼ね備えていることから、光学用途、特に位相差フィルム用の材料として有用である。また、上記効果を奏する(熱可塑性)樹脂の好適な製造方法を提供することができる。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、以下の内容に
限定されない。尚、本発明において、「構造単位」とは、重合体において隣り合う連結基に挟まれた部分構造、及び、重合体の末端部分に存在する重合反応性基と、該重合反応性基に隣り合う連結基とに挟まれた部分構造をいう。また、連結基とはカーボネート結合部分(カーボネート基)、エステル結合部分(エステル基)のことをいう。
また、本発明においてポリエステルカーボネート樹脂とは、樹脂を構成する構造単位がカーボネート結合で連結された部分とエステル結合で連結された部分の両方を含む樹脂のことをいう。
本発明の第一の態様は、下記式(1)又は(2)で表される構造単位を含有し、下記(A)及び(B)を満たす、熱可塑性樹脂である。
(A)該樹脂からなる延伸フィルムの波長550nmにおける複屈折が−0.0015以下である。
(C)該樹脂のガラス転移温度が120℃以上、180℃以下である。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
(式(1)及び(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
前記(A)項の、延伸フィルムの波長550nmにおける複屈折が−0.0015以下であるとは、該樹脂からなる延伸フィルムの面内の遅相軸方向が延伸方向と直交する方向であることを負の複屈折としているため、直交する方向への複屈折がより大きい場合、値はより小さくなることを意味する。
前記の複屈折は−0.0020以下がより好ましく、−0.0025以下が特に好ましい。この複屈折が前記範囲よりも大きい場合、所望の位相差を発現させるために必要なフ
ィルムの膜厚が大きくなり、ディスプレイのパネルに組み込むことが困難になることが考えられる。尚、前記の延伸フィルムの作製方法、及び複屈折の測定方法は後述する。
本発明の第一の態様においては、前記(B)項のガラス転移温度の上限は175℃以下がより好ましく、170℃以下が特に好ましい。ガラス転移温度が前記上限よりも高い場合、高い温度で溶融加工を行う必要があるため、熱分解により樹脂の分子量が大幅に低下したり、分解ガスが発生したり、成形品の外観が損なわれたりするおそれがある。また、得られる樹脂が脆くなり、延伸時にフィルムが破断しやすくなるため、本発明の目的である高配向性が得られなくなるおそれがある。一方、前記のガラス転移温度の下限は155℃以上が好ましく、160℃以上が特に好ましい。ガラス転移温度が前記下限よりも低い場合、高温高湿度の使用環境下での耐久性や信頼性が求められる用途への適用が困難となる。
本発明の第二の態様は、下記式(3)で表される構造単位を含有する熱可塑性樹脂である。
Figure 0006597158
(式(3)中、R〜Rは前記式(1)及び(2)のR〜Rと同じ。Arは2価フェノール化合物に由来する構造単位である。)
2価フェノール化合物を用いたポリエステルは、脂肪族ジヒドロキシ化合物を用いたポリエステルと比較して、耐熱性を大幅に向上させることができるため、耐熱性が求められる分野に好適に用いることができる。
前記第二の態様において、2価フェノール化合物としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジエチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−(3−フェニル)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−(3,5−ジフェニル)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−エチルヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、ビス(4−ヒドロキシ−3−ニトロフェニル)メタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,3−ビス(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)ベンゼン、1,3−ビス(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)ベンゼン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジスルフィド、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジクロロジフェニルエーテル、6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチ
ル−1,1’−スピロビインダン、7,7’−ジメチル−6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(2−ヒドロキシナフチル)フルオレン等。
前記の2価フェノール化合物の中でも、光学特性や耐熱性、機械物性などの種々の物性のバランスの観点から、6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(2−ヒドロキシナフチル)フルオレンを用いることが特に好ましい。
前記2価フェノール化合物に由来する構造単位の樹脂中の含有量の上限は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、30重量%以下が特に好ましい。2価フェノール化合物に由来する構造単位を有することで、耐熱性を向上させることができるが、前記2価フェノール化合物に由来する構造単位の樹脂中の含有量が前記上限よりも大きい場合、樹脂の耐熱性が過度に高くなり、加工性を損なうおそれがある。また、樹脂中の他の共重合成分の比率が少なくなるため、光学特性や機械物性等の物性のバランスを調整することが難しくなる。また、2価フェノール化合物は脂肪族ジヒドロキシ化合物と比べて、重合反応性に劣るため、前記2価フェノール化合物に由来する構造単位の樹脂中の含有量が多すぎると得られる樹脂を所望の分子量まで反応を進行させることが難しくなる。一方、前記2価フェノール化合物に由来する構造単位の樹脂中の含有量の下限は、1重量%以上が好ましく、3重量%以上がより好ましく、5重量%以上が特に好ましい。前記2価フェノール化合物に由来する構造単位の樹脂中の含有量が上記範囲よりも少ないと、耐熱性向上の効果は十分に得られない。
本発明の第二の態様の樹脂は、芳香族化合物に由来する構造単位を多く含有するため、屈折率を高くできる。そのため、位相差フィルムの用途以外にも、光学レンズの用途にも好適に用いることができる。
本発明の第三の態様は、前記式(1)又は(2)で表される構造単位と、下記式(4)で表される構造単位とを含有する熱可塑性樹脂である。
Figure 0006597158
(式(4)中、R10〜R11はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基を表す。Ar及びArはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリーレン基を表す。Xは置換若しくは無置換の炭素数2〜10のアルキレン基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のシクロアルキレン基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリーレン基を表す。m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。)
前記式(4)で表される構造単位も前記式(1)又は(2)で表される構造単位と同様、樹脂に負の複屈折を発現させる成分であり、樹脂に耐熱性や機械物性をバランスよく付与することができる。
前記式(4)で表される構造単位を含有するジヒドロキシ化合物としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。
9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−tert−ブチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−シクロヘキシルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(2−ヒドロキシナフチル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−イソプロピルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−tert−ブチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−シクロヘキシルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(2−(2−ヒドロキシエトキシ)ナフチル)フルオレン等。
本発明の第三の態様において、前記式(4)で表される構造単位の樹脂中の含有量の上限は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、60重量%以下が好ましく、55重量%以下がより好ましく、50重量%以下が特に好ましい。前記式(4)で表される構造単位は、前記式(1)又は(2)で表される構造単位よりも負の固有複屈折が小さいため、前記式(4)で表される構造単位の樹脂中の含有量が前記上限よりも大きい場合、本発明の目的である樹脂の高配向性が得られなくなるおそれがある。一方、前記式(4)で表される構造単位の樹脂中の含有量の下限は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、1重量%以上が好ましく、5重量%以上がより好ましく、10重量%以上が特に好ましい。前記式(4)で表される構造単位の樹脂中の含有量が前記下限よりも小さい場合、耐熱性や高屈折率などの前記式(4)で表される構造単位が有する長所が十分に樹脂に付与できない。
本発明の第三の態様の熱可塑性樹脂は、芳香族化合物に由来する構造単位を多く含有するため、樹脂の屈折率を高くできる。そのため、位相差フィルムの用途以外にも、光学レンズの用途にも好適に用いることができる。
本発明の第四の態様は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、前記式(2)で表される構造単位を50重量%以上含有し、かつ脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を少なくとも含有する、ポリエステルである。
脂環式ジヒドロキシ化合物は直鎖脂肪族ジヒドロキシ化合物と比較して、樹脂に耐熱性や機械物性をバランスよく付与することができ、さらに光弾性係数が低いなど優れた光学特性も持ち合わせていることから、本発明の熱可塑性樹脂に好適に用いられる。
前記第四の態様において、前記の脂環式ジヒドロキシ化合物としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。
1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、2,6−デカリンジメタノール、1,5−デカリンジメタノール、2,3−デカリンジメタノール、2,3−ノルボルナンジメタノール、2,5−ノルボルナンジメタノール、1,3−アダマンタンジメタノール、リモネン等のテルペン化合物から誘導されるジヒドロキシ化合物等に例示される、脂環式炭化水素の1級アルコールであるジヒドロキシ化合物。
1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−アダマンタンジオール、水添ビスフェノールA、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール等に例示される、脂環式炭化水素の2級アルコール及び3級アルコールであるジヒドロキシ化合物。
下記式(7)で表される、イソソルビド(ISB)、イソマンニド、イソイデット等に例示される、縮合環構造を含有するジヒドロキシ化合物。
Figure 0006597158
下記構造式(8)で表されるスピログリコールや下記構造式(9)で表されるジオキサングリコール、下記構造式(10)で表されるイノシトールから誘導されるジヒドロキシ化合物等に例示されるアセタール環を含有するジヒドロキシ化合物。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
Figure 0006597158
(上記式(10)中において、R12及びR13は各々独立に、炭素数1〜30の有機基を表す。これらの有機基には任意の置換基を有していてもよい。)
前記式(10)において、好ましくはR12及びR13は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の有機基である。R12及びR13の炭素数1〜30の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デキル基、ウンデキル基、ドデキル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、プロペニル基、ヘキセニル基等の直鎖又は分岐の鎖状アルケニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の環状アルケニル基、エチニル基、メチルエチニル基、1−プロピオニル基等のアルキニル基、フェニル基、ナフチル基、トルイル基等のアリール基、メトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基、チエニル基、ピリジル基、フリル基等の複素環基が挙げられる。これらの内、樹脂自体の安定性の観点から、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基等が好ましく、樹脂の光学特性や耐候性、耐熱性と機械物性のバランスの観点から、アルキル基、シクロアルキル基が特に好ましい。
前記の脂環式ジヒドロキシ化合物の中でも、耐熱性が高く、光弾性係数が低い特性を有する、イソソルビド、トリシクロデカンジメタノール、2,6−デカリンジメタノール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、スピログリコールを用いることが好ましく、特にイソソルビドが好ましい。
本発明の第五の態様は、下記式(6)で表される化合物とジヒドロキシ化合物とを、重合触媒の存在下で溶融重縮合させる、ポリエステルの製造方法である。
Figure 0006597158
(式(6)中、R〜Rは前記式(1)及び(2)のR〜Rと同じ。Ar及びArはそれぞれ置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であり、ArとArは同一であっても異なっていてもよい。)
前記式(6)で表される化合物は、対応するジアルキルエステルやジカルボン酸よりも重合反応性に優れているので、通常、ジアルキルエステルとは反応しにくいジヒドロキシ化合物を重合反応に用いることが可能になり、また重合反応に用いる重合触媒の添加量を低減できるという優れた特徴がある。
前記第五の態様において、ジヒドロキシ化合物として、下記式(7)で表されるジヒドロキシ化合物、又は2価フェノール化合物を用いることが特に有効である。前記2種のジヒドロキシ化合物はジアルキルエステルとの重合は困難であるが、前記式(6)で表される化合物と反応させることでポリエステルを得ることが可能になる。
Figure 0006597158
また、樹脂中に残存する重合触媒は成形品中の異物となることが多いため、特に光学用途に用いられる樹脂では、重合反応時の重合触媒の添加量を低減することで成形品中の異物を低減できる可能性がある。
[熱可塑性樹脂の構造と原料]
(熱可塑性樹脂)
本発明の熱可塑性樹脂は重縮合系の樹脂であり、重縮合系樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、ポリイミドなどが挙げられる。本発明の熱可塑性樹脂は、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂であることが好ましく、ポリエステルであることが特に好ましい。前記の樹脂は、本発明のオリゴフルオレン構造単位を組み込むことが可能であり、各種モノマーを共重合することで非晶性となりやすい。また、要求される物性に応じて、光学特性や機械物性、耐熱性などの各物性も好ましい範囲に調整しやすいことが利点として挙げられる。
(オリゴフルオレン構造単位)
本発明の熱可塑性樹脂は、下記式(1)又は(2)で表される構造単位から選ばれる構造単位を含有する。尚、下記式(1)及び(2)で表される構造単位を「オリゴフルオレン構造単位」と称することがある。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
(式(1)及び(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
多くのポリマーは正の固有複屈折を有しているが、オリゴフルオレン構造単位は負の固有複屈折を有している。また、このオリゴフルオレン構造単位は光弾性係数が比較的小さい特徴も持っており、低光弾性係数の樹脂を得ることができる。さらに、このオリゴフルオレン構造単位は、芳香族構造を高い密度で有しているため、光学レンズの用途などで、高い屈折率が求められる場合にも好適に用いることができる。
前記式(1)及び(2)で表される構造単位は、R〜Rの構造によって負の固有複屈折の大きさは異なるが、これらの樹脂中の含有量は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、50重量%以上含有することが好ましく、60重量%以上がさらに好ましく、70重量%以上が特に好ましい。
前記式(1)及び(2)中のR及びRにおいて、「置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基」としては、例えば以下のアルキレン基を採用することができる。
メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基等の直鎖状のアルキレン基;メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチルメチレン基、プロピルメチレン基、(1−メチルエチル)メチレン基、1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、1−エチルエチレン基、2−エチルエチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、1,1−ジメチルエチレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、3−メチルプロピレン基等の、分岐鎖を有するアルキレン基。ここで、R及びRにおける分岐鎖の位置は、フルオレン環側の炭素が1位となるように付与した番号により示した。
及びRの選択は、負の複屈折や光弾性係数などの光学特性の発現に特に重要な影響を及ぼす。オリゴフルオレン構造単位中のフルオレン環が主鎖方向(延伸方向)に対して垂直に配向した状態において、最も大きな負の複屈折を発現する。フルオレン環の配向状態を前記の状態に近づけ、大きな負の複屈折を発現させるためには、アルキレン基の主鎖上の炭素数が2〜3であるR及びRを採用することが好ましい。炭素数が1の場合は意外にも負の複屈折を示さない場合がある。この要因としては、オリゴフルオレン構造
単位の連結基であるカーボネート基やエステル基の立体障害によって、フルオレン環の配向が主鎖方向に対して垂直ではない方向に固定化されてしまうこと等が考えられる。一方、炭素数が多すぎる場合は、フルオレン環の配向の固定が弱くなることで、負の複屈折が弱くなるおそれがある。また、樹脂の耐熱性も低下する傾向にある。
前記式(1)及び(2)に示すように、R及びRは、アルキレン基の一端がフルオレン環に結合し、他端が連結基に含まれる酸素原子、又はカルボニル炭素のいずれかに結合している。熱安定性、耐熱性及び負の複屈折の発現性の観点からは、アルキレン基の他端がカルボニル炭素に結合していることが好ましい。後述するとおり、オリゴフルオレン構造を有するモノマーとして、具体的にはジオール若しくはジエステル(以下、ジエステルにはジカルボン酸も含むものとする)の構造が考えられるが、ジエステルを原料に用いて重合することが好ましい。また、製造を容易にする観点からは、R及びRに同一のアルキレン基を採用することが好ましい。
において、「置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基」としては、例えば以下のアルキレン基を採用することができる。
メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基等の直鎖状のアルキレン基;メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチルメチレン基、プロピルメチレン基、(1−メチルエチル)メチレン基、1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、1−エチルエチレン基、2−エチルエチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、1,1−ジメチルエチレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、3−メチルプロピレン基等の分岐鎖を有するアルキレン基。
は、アルキレン基の主鎖上の炭素数が1〜2であることが好ましく、特に炭素数が1であることが好ましい。主鎖上の炭素数が多すぎるRを採用する場合は、R及びRと同様にフルオレン環の固定化が弱まり、負の複屈折の低下、光弾性係数の増加、耐熱性の低下等を招くおそれがある。一方、主鎖上の炭素数は少ない方が光学特性や耐熱性は良好であるが、二つのフルオレン環の9位が直接結合でつながる場合は熱安定性が悪化する。
前記オリゴフルオレン構造単位に含まれるフルオレン環は、R〜Rの全てが水素原子である構成、或いは、R及び/又はRがハロゲン原子、アシル基、ニトロ基、シアノ基、及びスルホ基からなる群から選ばれるいずれかであり、かつ、R〜Rが水素原子である構成のいずれかであることが好ましい。前者の構成を有する場合には、前記オリゴフルオレン構造単位を含む化合物を、工業的にも安価なフルオレンから誘導できる。また、後者の構成を有する場合には、フルオレン9位の反応性が向上するため、前記オリゴフルオレン構造単位を含む化合物の合成過程において、様々な誘導反応が適応可能となる傾向がある。前記フルオレン環は、より好ましくは、R〜Rの全てが水素原子である構成、或いは、R及び/又はRがフッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びニトロ基からなる群から選ばれるいずれかであり、かつ、R〜Rが水素原子である構成のいずれかであることがより好ましく、R〜Rの全てが水素原子である構成が特に好ましい。前記の構成を採用することにより、フルオレン比率を高めることができ、かつ、フルオレン環同士の立体障害が生じにくく、フルオレン環に由来する所望の光学特性が得られる傾向もある。
前記式(1)及び(2)で表される2価のオリゴフルオレン構造単位のうち、好ましい構造としては具体的に下記[A]群に例示される骨格を有する構造が挙げられる。
[A]
Figure 0006597158
Figure 0006597158
Figure 0006597158
Figure 0006597158
Figure 0006597158
Figure 0006597158
前記オリゴフルオレン構造単位を有するモノマーとしては、例えば、下記式(11)で表される特定のジヒドロキシ化合物や下記式(6)で表される特定のジエステルが挙げられる。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
(式(11)及び(12)中、R〜Rは前記式(1)及び(2)のR〜Rと同じ。A及びAは水素原子、又はそれぞれ置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であり、A1とA2は同一であっても異なっていてもよい。)
前記2価のオリゴフルオレン構造単位を有する化合物としては、前記式(12)で表される特定のジエステルを用いることが特に好ましい。前記特定のジエステルは、前記式(11)で表される特定のジヒドロキシ化合物よりも熱安定性が比較的良好であり、また、樹脂中のフルオレン環が好ましい方向に配向し、より大きな負の複屈折を発現する傾向がある。そのため、本発明の熱可塑性樹脂としては、前記式(12)で表されるジエステル構造単位の含有量を多くできるように、ポリエステルとすることが特に好ましい。
前記式(12)のAとAが水素原子、又は、メチル基やエチル基等の脂肪族炭化水素基である場合、通常用いられるポリカーボネートやポリエステルの重合条件においては、重合反応が起こりにくいことがある。そのため、前記式(12)のAとAは芳香族炭化水素基であることが好ましい。
(ジヒドロキシ化合物)
本発明の熱可塑性樹脂は下記式(5)で表される構造単位を含有していることが好ましい。
Figure 0006597158
前記式(5)で表される構造単位の熱可塑性樹脂中の含有量の上限は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、70重量%以下が好ましく、65重量%以下がより好ましく、60重量%以下が特に好ましい。前記式(5)で表される構造単位の含有量が前記上限より大きい場合、樹脂の耐熱性が過度に高くなり、機械特性や溶融加工性が悪化する。また、前記式(5)で表される構造単位は吸湿
性の高い構造であるため、前記式(5)で表される構造単位の含有量が過度に高い場合には樹脂の吸水率が高くなり、高湿度の環境下において成形品の光学物性が変化したり、変形やひび割れ等が起こったりする可能性がある。
一方、前記式(5)で表される構造単位の熱可塑性樹脂中の含有量の下限は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、10重量%以上が好ましく、15重量%以上がより好ましく、20重量%以上が特に好ましい。前記下限より小さい場合、樹脂の耐熱性が不十分となったり、前記式(5)で表される構造単位の特徴である高透過率や低光弾性係数等の光学特性が得られなくなったりする可能性がある。
前記式(5)で表される構造単位を導入可能なジヒドロキシ化合物としては、立体異性体の関係にある、イソソルビド(ISB)、イソマンニド、イソイデットが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、入手及び重合反応性の観点からISBを用いるのが最も好ましい。尚、前記式(5)の構造単位を含むジヒドロキシ化合物を「ジヒドロキシ化合物A」と称する場合がある。
ジヒドロキシ化合物Aは、還元剤、抗酸化剤、脱酸素剤、光安定剤、制酸剤、pH安定剤又は熱安定剤等の安定剤を含んでいてもよい。特に酸性下でジヒドロキシ化合物Aは変質しやすいことから、塩基性安定剤を含むことが好ましい。
塩基性安定剤としては、例えば、長周期型周期表(Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations2005)における1族又は2族の金属の水酸化物、炭酸塩、リン酸塩、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、硼酸塩及び脂肪酸塩;テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルエチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルメチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、トリブチルベンジルアンモニウムヒドロキシド、トリブチルフェニルアンモニウムヒドロキシド、テトラフェニルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド、メチルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド及びブチルトリフェニルアンモニウムヒドロキシド等の塩基性アンモニウム化合物;ジエチルアミン、ジブチルアミン、トリエチルアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、ピロリジン、ピペリジン、3−アミノ−1−プロパノール、エチレンジアミン、N−メチルジエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、4−アミノピリジン、2−アミノピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン、4−ジエチルアミノピリジン、2−ヒドロキシピリジン、2−メトキシピリジン、4−メトキシピリジン、2−ジメチルアミノイミダゾール、2−メトキシイミダゾール、イミダゾール、2−メルカプトイミダゾール、2−メチルイミダゾール及びアミノキノリン等;アミン系化合物、並びにジ−(tert−ブチル)アミン及び2,2,6,6−テトラメチルピペリジン等のヒンダードアミン系化合物が挙げられる。
ジヒドロキシ化合物A中のこれら塩基性安定剤の含有量に特に制限はないが、ジヒドロキシ化合物Aは酸性状態では不安定であるので、上記の安定剤を含むジヒドロキシ化合物Aの水溶液のpHが7付近となるように安定剤を添加することが好ましい。
安定剤の量が少なすぎるとジヒドロキシ化合物Aの変質を防止する効果が得られない可能性があり、多すぎるとジヒドロキシ化合物Aの変性を招く場合があるので、ジヒドロキシ化合物Aに対して、0.0001重量%〜0.1重量%であることが好ましく、より好
ましくは0.001重量%〜0.05重量%である。
また、ジヒドロキシ化合物Aは吸湿しやすく、また、酸素によって徐々に酸化されやすいので、保管又は製造時の取り扱いの際には、水分が混入しないようにし、また、脱酸素剤を用いたり、窒素雰囲気下にしたりすることが好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂においては、前述した構造単位以外の構造単位を含んでいてもよく(以下、「その他の構造単位」と称することがある。)、その他の構造単位を含有する化合物としては、例えば、脂肪族ジヒドロキシ化合物、脂環式ジヒドロキシ化合物、アセタール環を含有するジヒドロキシ化合物、オキシアルキレングリコール類、芳香族成分を含有するジヒドロキシ化合物、ジエステル化合物等が挙げられる。
脂肪族ジヒドロキシ化合物としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。
エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,5−ヘプタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール等の直鎖脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物;ネオペンチルグリコール、ヘキシレングリコール等の分岐脂肪族炭化水素のジヒドロキシ化合物。
脂環式ジヒドロキシ化合物としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。
1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ペンタシクロペンタデカンジメタノール、2,6−デカリンジメタノール、1,5−デカリンジメタノール、2,3−デカリンジメタノール、2,3−ノルボルナンジメタノール、2,5−ノルボルナンジメタノール、1,3−アダマンタンジメタノール、リモネン等のテルペン化合物から誘導されるジヒドロキシ化合物等に例示される、脂環式炭化水素の1級アルコールであるジヒドロキシ化合物;1,2−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,3−アダマンタンジオール、水添ビスフェノールA、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール等に例示される、脂環式炭化水素の2級アルコール及び3級アルコールであるジヒドロキシ化合物。
アセタール環を含有するジヒドロキシ化合物としては、例えば、下記構造式(8)で表されるスピログリコールや下記構造式(9)で表されるジオキサングリコール、下記構造式(10)で表されるイノシトールから誘導されるジヒドロキシ化合物等を用いることができる。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
Figure 0006597158
(上記式(10)中において、R12及びR13は各々独立に、炭素数1〜30の有機基を表す。これらの有機基には任意の置換基を有していてもよい。)
前記式(10)において、好ましくはR12及びR13は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の有機基である。R12及びR13の炭素数1〜30の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デキル基、ウンデキル基、ドデキル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、プロペニル基、ヘキセニル基等の直鎖又は分岐の鎖状アルケニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の環状アルケニル基、エチニル基、メチルエチニル基、1−プロピオニル基等のアルキニル基、フェニル基、ナフチル基、トルイル基等のアリール基、メトキシフェニル基等のアルコキシフェニル基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基、チエニル基、ピリジル基、フリル基等の複素環基が挙げられる。これらの内、ポリマー自体の安定性の観点から、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基等が好ましく、樹脂の光学特性や耐候性、耐熱性と機械物性のバランスの観点から、アルキル基、シクロアルキル基が特に好ましい。
オキシアルキレングリコール類としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール。
芳香族成分を含有するジヒドロキシ化合物としては、例えば、以下のジヒドロキシ化合物を用いることができる。2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジエチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−(3−フェニル)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−(3,5−ジフェニル)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−エチルヘキサン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、ビス(4−ヒドロキシ
−3−ニトロフェニル)メタン、3,3−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、1,3−ビス(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)ベンゼン、1,3−ビス(2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル)ベンゼン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、2,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジスルフィド、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジクロロジフェニルエーテル、6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、7,7’−ジメチル−6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(2−ヒドロキシナフチル)フルオレン等の芳香族ビスフェノール化合物;2,2−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル)プロパン、1,3−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ビフェニル、ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)スルホン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−フェニルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(2−(2−ヒドロキシエトキシ)ナフチル)フルオレン等の芳香族基に結合したエーテル基を有するジヒドロキシ化合物。
ジエステル化合物としては、例えば、以下に示すジカルボン酸等を用いることができる。テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸、4,4’−ジフェノキシエタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸;1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、デカリン−2,6−ジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸。尚、これらのジカルボン酸成分はジカルボン酸そのものとしてポリエステルカーボネートの原料とすることができるが、製造法に応じて、メチルエステル体、フェニルエステル体等のジカルボン酸エステルや、ジカルボン酸ハライド等のジカルボン酸誘導体を原料とすることもできる。
光学特性の観点からは、前記に挙げたその他の構造単位として、芳香族成分を含有するジヒドロキシ化合物以外を用いることが好ましいが、光学特性を確保しつつ、耐熱性や機械特性等とのバランスをとるために、樹脂の主鎖や側鎖に芳香族成分を組み込むことが有効な場合もある。この場合には、樹脂に芳香族成分を含有するジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を導入することができるが、本発明の熱可塑性樹脂中のこれらの構造単位の含有量は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、30重量%以下が特に好ましい。芳香族構造を含有するその他の構造単位の量が多くなると光弾性係数が悪化する懸念がある。
前記に挙げたその他の構造単位を含有する化合物としては、1,4−シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、スピログリコール、2,2,4,4−テトラメチル−1,3−シクロブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、デカリン−2,6−ジカルボン酸(及びその誘導体)を用いることが特に好ましい。また、得られる樹脂の光学特性を満足させつつ、耐熱性を向上させる目的においては、6,6’−
ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダンや前記式(10)で表されるイノシトールから誘導されるジヒドロキシ化合物を用いることが特に好ましい。これらの化合物に由来する構造単位を含む樹脂は、光学特性や耐熱性、機械特性等のバランスに優れている。
ジエステル化合物の重合反応性は比較的低いため、反応効率を高める観点からは、オリゴフルオレン構造単位を有するジエステル化合物以外のジエステル化合物は用いないことがより好ましい。
その他の構造単位を導入するためのジヒドロキシ化合物やジエステル化合物は、得られる樹脂の要求性能に応じて、単独又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。樹脂中のその他の構造単位の含有量の上限は、樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、50重量%以下が好ましく、45重量%以下がさらに好ましく、40重量%以下が特に好ましい。
一方、熱可塑性樹脂中のその他の構造単位の含有量の下限は、0.1重量%以上が好ましく、1重量%以上がより好ましく、3重量%以上が特に好ましい。その他の構造単位は主に樹脂の耐熱性の調整や、柔軟性や靱性の付与の役割を担うため、含有量が少なすぎると、樹脂の機械特性や溶融加工性が悪くなり、含有量が多すぎると、耐熱性や光学特性が悪化するおそれがある。
(炭酸ジエステル)
本発明の熱可塑性樹脂の好ましい形態である、ポリカーボネート、またはポリエステルカーボネートに含有される連結基であるカーボネート結合は、下記式(13)で表される炭酸ジエステルを重合することで導入される。
Figure 0006597158
(式(13)中、A及びAはそれぞれ置換基を有していてもよい炭素数1〜18の脂肪族炭化水素基、又は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であり、AとAとは同一であっても異なっていてもよい。)
及びAは、置換又は無置換の芳香族炭化水素基であることが好ましく、無置換の芳香族炭化水素基がより好ましい。尚、脂肪族炭化水素基の置換基としては、エステル基、エーテル基、カルボン酸、アミド基、ハロゲンが挙げられ、芳香族炭化水素基の置換基としては、メチル基、エチル基等のアルキル基が挙げられる。
前記式(13)で表される炭酸ジエステルとしては、例えば、ジフェニルカーボネート(以下、DPCと略記することがある。)、ジトリルカーボネート等の置換ジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びジ−tert−ブチルカーボネート等のジアルキルカーボネートが例示されるが、好ましくはジフェニルカーボネート、置換ジフェニルカーボネートであり、特に好ましくはジフェニルカーボネートである。
炭酸ジエステルは、塩化物イオン等の不純物を含む場合があり、重合反応を阻害したり、得られる樹脂の色相を悪化させたりする場合があるため、必要に応じて、蒸留等により精製したものを使用することが好ましい。
また、前記式(12)で表されるジエステルモノマーと前記式(13)で表される炭酸
ジエステルを両方用いて重合反応を行う場合には、前記式(12)のA、A及び前記式(13)のA、Aがすべて同じ構造であると、重合反応中に脱離する成分が同じであり、その成分を回収して再利用しやすい。また、重合反応性と再利用での有用性の観点から、A〜Aはフェニル基であることが特に好ましい。尚、A〜Aがフェニル基である場合、重合反応中に脱離する成分はフェノールである。
[熱可塑性樹脂の製造条件]
本発明の熱可塑性樹脂の好ましい形態である、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートは、一般に用いられる重合方法で製造することができる。例えば、ホスゲンやカルボン酸ハロゲン化物を用いた溶液重合法又は界面重合法や、溶媒を用いずに反応を行う溶融重合法を用いて製造することができる。これらの製造方法のうち、溶媒や毒性の高い化合物を使用しないことから環境負荷を低減することができ、また、生産性にも優れる溶融重合法によって製造することが好ましい。
重合に溶媒を使用すると樹脂中に溶媒が残存する場合があり、その可塑化効果によって樹脂のガラス転移温度が低下することによって、後述する成形や延伸などの加工工程での品質変動要因となり得る。また、溶媒としては塩化メチレン等のハロゲン系の有機溶媒が用いられることが多いが、ハロゲン系溶媒が樹脂中に残存する場合、この樹脂を用いた成形体が電子機器等に組み込まれると金属部の腐食の原因ともなり得る。溶融重合法によって得られる樹脂は溶媒を含有しないため、加工工程や製品品質の安定化にとっても有利である。
溶融重合法により樹脂を製造する際は、前述した構造単位を有するモノマーと、炭酸ジエステルと、重合触媒とを混合し、溶融下でエステル交換反応(又は重縮合反応とも称する。)を行い、脱離成分を系外に除去しながら反応率を上げていく。重合の終盤では高温、高真空の条件で目的の分子量まで反応を進める。反応が完了したら、反応器から溶融状態の樹脂を抜き出し、本発明の熱可塑性樹脂が得られる。
重縮合反応は、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物と全ジエステル化合物のモル比率を厳密に調整することで、反応速度や得られる樹脂の分子量を制御できる。ポリカーボネートの場合、全ジヒドロキシ化合物に対する炭酸ジエステルのモル比率を、0.90〜1.10に調整することが好ましく、0.96〜1.05に調整することがより好ましく、0.98〜1.03に調整することが特に好ましい。ポリエステルやポリエステルカーボネートの場合は、全ジヒドロキシ化合物に対する炭酸ジエステルと全ジエステル化合物との合計量のモル比率を、0.90〜1.10に調整することが好ましく、0.96〜1.05に調整することがより好ましく、0.98〜1.03に調整することが特に好ましい。
前記のモル比率が上下に大きく外れると、所望とする分子量の樹脂が製造できなくなる。また、前記のモル比率が小さくなりすぎると、製造された樹脂のヒドロキシ基末端が増加して、樹脂の熱安定性が悪化する場合がある。また、未反応のジヒドロキシ化合物が樹脂中に多く残存し、その後の成形工程で成形機の汚れや成形品の外観不良の原因となり得る。一方、前記のモル比率が大きくなりすぎると、同一条件下ではエステル交換反応の速度が低下したり、製造された樹脂中の炭酸ジエステルやジエステル化合物の残存量が増加し、この残存低分子成分が同様に成形工程での問題を招く可能性がある。
溶融重合法は、通常、2段階以上の多段工程で実施される。重縮合反応は、1つの重合反応器を用い、順次条件を変えて2段階以上の工程で実施してもよいし、2つ以上の反応器を用いて、それぞれの条件を変えて2段階以上の工程で実施してもよいが、生産効率の観点からは、2つ以上、好ましくは3つ以上の反応器を用いて実施する。重縮合反応はバッチ式、連続式、或いはバッチ式と連続式の組み合わせのいずれでも構わないが、生産効
率と品質の安定性の観点から、連続式が好ましい。
重縮合反応においては、反応系内の温度と圧力のバランスを適切に制御することが重要である。温度、圧力のどちらか一方でも早く変化させすぎると、未反応のモノマーが反応系外に留出してしまうおそれがある。その結果、ジヒドロキシ化合物とジエステル化合物のモル比率が変化し、所望の分子量の樹脂が得られない場合がある。
また、重縮合反応の重合速度は、ヒドロキシ基末端と、エステル基末端或いはカーボネート基末端とのバランスによって制御される。そのため、特に連続式で重合を行う場合は、未反応モノマーの留出によって末端基のバランスが変動すると、重合速度を一定に制御することが難しくなり、得られる樹脂の分子量の変動が大きくなるおそれがある。樹脂の分子量は溶融粘度と相関するため、得られた樹脂を成形加工する際に、溶融粘度が変動し、均一な寸法の成形品が得られない等の問題を招くおそれがある。
さらに、未反応モノマーが留出すると、末端基のバランスだけでなく、樹脂の共重合組成が所望の組成から外れ、機械物性や光学特性にも影響するおそれがある。本発明の位相差フィルムにおいては、位相差の波長分散性は樹脂中のフルオレン系モノマーとその他の共重合成分との比率によって制御されるため、重合中に比率が崩れると、設計どおりの光学特性が得られなくなるおそれがある。
以下、溶融重縮合反応の工程を、モノマーを消費させてオリゴマーを生成させる段階と、所望の分子量まで重合を進行させてポリマーを生成させる段階に分けて述べる。
具体的に、第1段目の反応における反応条件としては、以下の条件を採用することができる。即ち、重合反応器の内温は、通常130℃以上、好ましくは150℃以上、より好ましくは170℃以上、かつ、通常250℃以下、好ましくは240℃以下、より好ましくは230℃以下の範囲で設定する。また、重合反応器の圧力は、通常70kPa以下(以下、圧力とは絶対圧力を表す。)、好ましくは50kPa以下、より好ましくは30kPa以下、かつ、通常1kPa以上、好ましくは3kPa以上、より好ましくは5kPa以上の範囲で設定する。また、反応時間は、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上、かつ、通常10時間以下、好ましくは5時間以下、より好ましくは3時間以下の範囲で設定する。
第1段目の反応は、発生するジエステル化合物由来のモノヒドロキシ化合物を反応系外へ留去しながら実施される。例えば炭酸ジエステルとしてジフェニルカーボネートを用いる場合には、第1段目の反応において反応系外へ留去されるモノヒドロキシ化合物はフェノールである。
第1段目の反応においては、反応圧力を低くするほど重合反応を促進することができるが、一方で未反応モノマーの留出が多くなってしまう。未反応モノマーの留出の抑制と、減圧による反応の促進を両立させるためには、還流冷却器を具備した反応器を用いることが有効である。特に未反応モノマーの多い反応初期に還流冷却器を用いるのがよい。
第2段目の反応は、反応系の圧力を第1段目の圧力から徐々に下げ、引き続き発生するモノヒドロキシ化合物を反応系外へ除きながら、最終的には反応系の圧力を5kPa以下、好ましくは3kPa以下、より好ましくは1kPa以下にする。また、内温は、通常210℃以上、好ましくは220℃以上、かつ、通常270℃以下、好ましくは260℃以下の範囲で設定する。また、反応時間は、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上、かつ、通常10時間以下、好ましくは5時間以下、より好ましくは3時間以下の範囲で設定する。着色や熱劣化を抑制し、色相や熱安定性の良好な樹脂を得るには、全反応段階における内温の最高温度を270℃以下、好ましくは265℃以下、さらに好ましくは260℃以下にするとよい。
重合時に使用し得るエステル交換反応触媒(以下、単に触媒、重合触媒と言うことがある。)は、反応速度や重縮合して得られる樹脂の色調や熱安定性に非常に大きな影響を与え得る。用いられる触媒としては、製造された樹脂の透明性、色相、耐熱性、熱安定性、及び機械的強度を満足させ得るものであれば限定されないが、長周期型周期表における1族又は2族(以下、単に「1族」、「2族」と表記する。)の金属化合物、塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合物、塩基性アンモニウム化合物、アミン系化合物等の塩基性化合物が挙げられる。好ましくは長周期型周期表第2族の金属及びリチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属化合物が使用される。
前記の1族金属化合物としては、例えば以下の化合物を採用することができるが、これら以外の1族金属化合物を採用することも可能である。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素セシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸リチウム、酢酸セシウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸セシウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素セシウム、テトラフェニルホウ酸ナトリウム、テトラフェニルホウ酸カリウム、テトラフェニルホウ酸リチウム、テトラフェニルホウ酸セシウム、安息香酸ナトリウム、安息香酸カリウム、安息香酸リチウム、安息香酸セシウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸水素2カリウム、リン酸水素2リチウム、リン酸水素2セシウム、フェニルリン酸2ナトリウム、フェニルリン酸2カリウム、フェニルリン酸2リチウム、フェニルリン酸2セシウム、ナトリウム、カリウム、リチウム、セシウムのアルコレート、フェノレート、ビスフェノールAの2ナトリウム塩、2カリウム塩、2リチウム塩、2セシウム塩。これらのうち、重合活性と得られる樹脂の色相の観点から、リチウム化合物を用いることが好ましい。
前記の2族金属化合物としては、例えば以下の化合物を採用することができるが、これら以外の2族金属化合物を採用することも可能である。水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素ストロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウム、酢酸カルシウム、酢酸バリウム、酢酸マグネシウム、酢酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸ストロンチウム。これらのうち、マグネシウム化合物、カルシウム化合物、バリウム化合物を用いることが好ましく、重合活性と得られる樹脂の色相の観点から、マグネシウム化合物及び/又はカルシウム化合物を用いることが更に好ましく、カルシウム化合物を用いることが最も好ましい。
尚、前記の1族金属化合物及び/又は2族金属化合物と共に、補助的に、塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合物、塩基性アンモニウム化合物、アミン系化合物等の塩基性化合物を併用することも可能であるが、長周期型周期表第2族の金属及びリチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属化合物を使用することが特に好ましい。
前記重合触媒の使用量は、通常、重合に使用した全ジヒドロキシ化合物1mol当たり0.1μmol〜300μmol、好ましくは0.5μmol〜100μmolである。前記重合触媒として、長周期型周期表第2族の金属及びリチウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属化合物を用いる場合、特にマグネシウム化合物及び/又はカルシウム化合物を用いる場合には、金属量として、前記全ジヒドロキシ化合物1mol当たり、通常、0.1μmol以上、好ましくは0.3μmol以上、特に好ましくは0.5μmol以上の前記重合触媒を使用する。また、前記重合触媒の使用量は、30μmol以下がよく、好ましくは20μmol以下であり、特に好ましくは10μmol以下である。
また、モノマーにジエステル化合物を用いて、ポリエステルやポリエステルカーボネー
トを製造する場合は、前記塩基性化合物と併用して、又は併用せずに、チタン化合物、スズ化合物、ゲルマニウム化合物、アンチモン化合物、ジルコニウム化合物、鉛化合物、オスミウム化合物、亜鉛化合物、マンガン化合物等のエステル交換触媒を用いることもできる。これらのエステル交換触媒の使用量は、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物1molに対して、金属量として、通常、1μmol〜1mmolの範囲内で用い、好ましくは5μmol〜800μmolの範囲内であり、特に好ましくは10μmol〜500μmolである。
触媒量が少なすぎると、重合速度が遅くなるため、所望の分子量の樹脂を得ようとするにはその分だけ重合温度を高くせざるを得なくなる。そのために、得られる樹脂の色相が悪化する可能性が高くなり、また、未反応の原料が重合途中で揮発して、ジヒドロキシ化合物とジエステル化合物のモル比率が崩れ、所望の分子量に到達しない可能性がある。一方、重合触媒の使用量が多すぎると、好ましくない副反応を併発し、得られる樹脂の色相の悪化や成形加工時の樹脂の着色や分解を招く可能性がある。
1族金属の中でもナトリウム、カリウム、セシウムは、樹脂中に多く含まれると色相に悪影響を及ぼす可能性がある。そして、これらの金属は使用する触媒からのみではなく、原料や反応装置から混入する場合がある。出所にかかわらず、樹脂中のこれらの金属の化合物の合計量は、金属量として、前記全ジヒドロキシ化合物1mol当たり、2μmol以下がよく、好ましくは1μmol以下、より好ましくは0.5μmol以下である。
本発明の熱可塑性樹脂は、前述のとおり重合させた後、通常、冷却固化させ、回転式カッター等でペレット化することができる。ペレット化の方法は限定されるものではないが、最終段の重合反応器から溶融状態で抜き出し、ストランドの形態で冷却固化させてペレット化させる方法、最終段の重合反応器から溶融状態で一軸又は二軸の押出機に樹脂を供給し、溶融押出しした後、冷却固化させてペレット化させる方法、又は、最終段の重合反応器から溶融状態で抜き出し、ストランドの形態で冷却固化させて一旦ペレット化させた後に、再度一軸又は二軸の押出機に樹脂を供給し、溶融押出しした後、冷却固化させてペレット化させる方法等が挙げられる。
本発明の熱可塑性樹脂は光学用途に好適に用いられるため、樹脂中の異物の含有が少ないことが好ましい。溶融重縮合して得られた樹脂中のヤケやゲル等の異物を除去するために、フィルターを用いて濾過を行うことが好ましい。中でも、残存モノマーや副生フェノール等を減圧脱揮により除去し、熱安定剤や離型剤等の添加剤を混合するために、樹脂を前記のベント式二軸押出機で溶融押出した後、フィルターで濾過することが好ましい。
このフィルターの形態としては、キャンドル型、プリーツ型、リーフディスク型等公知のものが使用できる。前記フィルターの目開きは、99%の濾過精度として、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは20μm以下である。異物を特に低減させたい場合にはフィルターの目開きは10μm以下が好ましいが、目開きが小さくなるとフィルターでの圧力損失が増大して、フィルターの破損を招いたり、剪断発熱により樹脂が劣化したりする可能性があるため、99%の濾過精度として、1μm以上であることが好ましい。なお、ここで言う前記フィルターの目開きはISO16889に準拠して決定されるものである。
前記フィルターで濾過された樹脂は、ダイスヘッドからストランドの形態で吐出し、冷却固化させ、回転式カッター等でペレット化されるが、樹脂が直接外気と触れるストランド化、ペレット化の際には、外気からの異物混入を防止するために、好ましくはJISB
9920(2002年)に定義されるクラス7、更に好ましくはクラス6より清浄度の高いクリーンルーム中で実施することが望ましい。
ペレット化の際には、空冷、水冷等の冷却方法を使用することが好ましく、空冷の際に使用する空気は、へパフィルター等で空気中の異物を事前に取り除いた空気を使用し、空気中の異物の再付着を防ぐことが望ましい。水冷を使用する際は、イオン交換樹脂等で水中の金属分を取り除き、さらに水用フィルターにて、水中の異物を取り除いた水を使用することが望ましい。用いる水用フィルターの目開きは、99%除去の濾過精度として10〜0.45μmであることが好ましい。
[添加剤]
本発明の熱可塑性樹脂には本発明の目的を損なわない範囲で、通常用いられる熱安定剤、酸化防止剤、触媒失活剤、紫外線吸収剤、光安定剤、離型剤、染顔料、衝撃改良剤、帯電防止剤、滑剤、潤滑剤、可塑剤、相溶化剤、核剤、難燃剤、無機充填剤、発泡剤等が含まれても差し支えない。
(熱安定剤)
本発明の熱可塑性樹脂には、必要に応じて、溶融加工時等における分子量の低下や色相の悪化を防止するために熱安定剤を配合することができる。かかる熱安定剤としては、通常知られるヒンダードフェノール系熱安定剤及び/又はリン系熱安定剤が挙げられる。
ヒンダードフェノール系化合物としては、例えば、以下の化合物を採用することができる。2,6−ジ−tert−ブチルフェノール、2,4−ジ−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブチル−4−メトキシフェノール、2−tert−ブチル−4,6−ジメチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、2,5−ジ−tert−ブチルヒドロキノン、n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2−tert−ブチル−6−(3’−tert−ブチル−5’−メチル−2’−ヒドロキシベンジル)−4−メチルフェニルアクリレート、2,2’−メチレン−ビス−(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2’−メチレン−ビス−(6−シクロヘキシル−4−メチルフェノール)、2,2’−エチリデン−ビス−(2,4−ジ−tert−ブチルフェノール)、テトラキス−[メチレン−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]−メタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン等。中でも、テトラキス−[メチレン−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]−メタン、n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−tert−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼンを用いることが好ましい。
リン系化合物としては、例えば、以下に示す亜リン酸、リン酸、亜ホスホン酸、ホスホン酸及びこれらのエステル等を採用することができるが、これらの化合物以外のリン系化合物を採用することも可能である。トリフェニルホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、トリオクチルホスファイト、トリオクタデシルホスファイト、ジデシルモノフェニルホスファイト、ジオクチルモノフェニルホスファイト、ジイソプロピルモノフェニルホスファイト、モノブチルジフェニルホスファイト、モノデシルジフェニルホスファイト、モノオクチルジフェニルホスファイト、ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,2−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)オクチルホスファイト、ビス(ノニルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト、トリブチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリメチルホスフェート
、トリフェニルホスフェート、ジフェニルモノオルソキセニルホスフェート、ジブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、ジイソプロピルホスフェート、4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)、ベンゼンホスホン酸ジメチル、ベンゼンホスホン酸ジエチル、ベンゼンホスホン酸ジプロピル。これらの熱安定剤は、1種を単独で用いても良く、2種以上を併用してもよい。
かかる熱安定剤は、溶融重合時に反応液に添加してもよく、押出機を用いて樹脂に添加し、混練してもよい。溶融押出法によりフィルムを製膜する場合、押出機に前記熱安定剤等を添加して製膜してもよいし、予め押出機を用いて、樹脂中に前記熱安定剤等を添加して、ペレット等の形状にしたものを用いてもよい。
これらの熱安定剤の配合量は、樹脂を100重量部とした場合、0.0001重量部以上が好ましく、0.0005重量部以上がより好ましく、0.001重量部以上がさらに好ましく、また、1重量部以下が好ましく、0.5重量部以下がより好ましく、0.2重量部以下がさらに好ましい。
(触媒失活剤)
本発明の熱可塑性樹脂に、重合反応で用いた触媒を中和し、失活させるために酸性化合物を添加することで、色調や熱安定性を向上することができる。触媒失活剤として用いられる酸性化合物としては、カルボン酸基やリン酸基、スルホン酸基を有する化合物、又はそれらのエステル体などを用いることができるが、特に下記式(14)又は(15)で表される部分構造を含有するリン系化合物を用いることが好ましい。
Figure 0006597158
Figure 0006597158
前記式(14)又は(15)で表されるリン系化合物としては、リン酸、亜リン酸、ホスホン酸、次亜リン酸、ポリリン酸、ホスホン酸エステル、酸性リン酸エステル等が挙げられる。上記の中でも触媒失活と着色抑制の効果がさらに優れているのは、亜リン酸、ホスホン酸、ホスホン酸エステルであり、特に亜リン酸が好ましい。
ホスホン酸としては、ホスホン酸(亜リン酸)、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、ビニルホスホン酸、デシルホスホン酸、フェニルホスホン酸、ベンジルホスホン酸、アミノメチルホスホン酸、メチレンジホスホン酸、1−ヒドロキシエタン−1,1−ジホスホン酸、4−メトキシフェニルホスホン酸、ニトリロトリス(メチレンホスホン酸)、プロピルホスホン酸無水物などが挙げられる。
ホスホン酸エステルとしては、ホスホン酸ジメチル、ホスホン酸ジエチル、ホスホン酸ビス(2−エチルヘキシル)、ホスホン酸ジラウリル、ホスホン酸ジオレイル、ホスホン酸ジフェニル、ホスホン酸ジベンジル、メチルホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸ジフェニル、エチルホスホン酸ジエチル、ベンジルホスホン酸ジエチル、フェニルホスホン
酸ジメチル、フェニルホスホン酸ジエチル、フェニルホスホン酸ジプロピル、(メトキシメチル)ホスホン酸ジエチル、ビニルホスホン酸ジエチル、ヒドロキシメチルホスホン酸ジエチル、(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸ジメチル、p−メチルベンジルホスホン酸ジエチル、ジエチルホスホノ酢酸、ジエチルホスホノ酢酸エチル、ジエチルホスホノ酢酸tert−ブチル、(4−クロロベンジル)ホスホン酸ジエチル、シアノホスホン酸ジエチル、シアノメチルホスホン酸ジエチル、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸ジエチル、ジエチルホスホノアセトアルデヒドジエチルアセタール、(メチルチオメチル)ホスホン酸ジエチルなどが挙げられる。
酸性リン酸エステルとしては、リン酸ジメチル、リン酸ジエチル、リン酸ジビニル、リン酸ジプロピル、リン酸ジブチル、リン酸ビス(ブトキシエチル)、リン酸ビス(2−エチルヘキシル)、リン酸ジイソトリデシル、リン酸ジオレイル、リン酸ジステアリル、リン酸ジフェニル、リン酸ジベンジルなどのリン酸ジエステル、又はジエステルとモノエステルの混合物、クロロリン酸ジエチル、リン酸ステアリル亜鉛塩などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で混合して用いてもよい。
樹脂への前記リン系化合物の添加量が少なすぎると、触媒失活や着色抑制の効果が不十分であり、多すぎるとかえって樹脂が着色してしまうことがある。特に高温高湿度下での耐久試験において、樹脂が着色しやすくなる。前記リン系化合物の添加量は、重合反応に用いた触媒量に対応した量を添加する。重合反応に用いた触媒の金属1molに対して、前記リン系化合物はリン原子の量として0.5倍mol以上、5倍mol以下が好ましく、さらに0.7倍mol以上、4倍mol以下が好ましく、特に0.8倍mol以上、3倍mol以下が好ましい。
(ポリマーアロイ)
本発明の熱可塑性樹脂は、機械特性や耐溶剤性等の特性を改質する目的で、芳香族ポリカーボネート、芳香族ポリエステル、脂肪族ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、アモルファスポリオレフィン、ABS、AS、ポリ乳酸、ポリブチレンスクシネート等の合成樹脂やゴム、エラストマー等の1種又は2種以上と混練してなるポリマーアロイとしてもよい。
前記の添加剤や改質剤は、本発明に用いられる熱可塑性樹脂に前記成分を同時に、又は任意の順序でタンブラー、V型ブレンダー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、押出機等の混合機により混合して製造することができるが、中でも押出機、特には二軸押出機により混練することが、分散性向上の観点から好ましい。
[熱可塑性樹脂の物性]
このようにして得られた本発明の熱可塑性樹脂の分子量は還元粘度で表すことができる。樹脂の還元粘度が低すぎると成形品の機械強度が小さくなる可能性がある。そのため、還元粘度は通常0.20dL/g以上であり、0.25dL/g以上であることが好ましい。一方、樹脂の還元粘度が大きすぎると、成形する際の流動性が低下し、生産性や成形性が低下する傾向がある。そのため、還元粘度は、通常0.80dL/g以下であり、0.70dL/g以下であることが好ましく、0.60dL/g以下であることがより好ましい。尚、還元粘度は、溶媒として塩化メチレンを用い、試料濃度を0.6g/dLに精密に調製し、温度20.0℃±0.1℃でウベローデ粘度計を用いて測定する。
前記の還元粘度は樹脂の溶融粘度と相関があるため、通常は重合反応器の撹拌動力や、溶融樹脂を移送するギアポンプの吐出圧等を運転管理の指標に用いることができる。即ち、上記の運転機器の指示値が目標値に到達した段階で、反応器の圧力を常圧に戻したり、反応器から樹脂を抜き出したりすることで重合反応を停止させる。
本発明によれば、十分な機械物性を持ちながら、ポリカーボネート樹脂の熱劣化を抑制できる温度範囲で、容易な溶融加工を可能にする粘度範囲のポリカーボネート樹脂を得ることができる。この本発明の効果である好適な粘度の範囲は、具体的には温度240℃、剪断速度91.2sec−1の測定条件において、溶融粘度が2000Pa・s以上6000Pa・s以下である。より好ましくは、2300Pa・s以上であり、2500Pa・s以上が特に好ましい。一方、上限は5300Pa・s以下がより好ましく、5000Pa・s以下が特に好ましい。尚、溶融粘度はキャピラリーレオメーター((株)東洋精機製作所製)を用いて測定する。
本発明の熱可塑性樹脂のガラス転移温度は120℃以上、180℃以下であることが好ましい。本発明の熱可塑性樹脂が高温高湿度における耐久性や信頼性を要求される用途に用いられる場合、ガラス転移温度の下限は150℃以上であることが好ましく、155℃以上がより好ましく、160℃以上が特に好ましい。一方、ガラス転移温度の上限は、180℃以下であることが好ましく、175℃以下であることがより好ましく、170℃以下であることが特に好ましい。ガラス転移温度は、本発明で用いられる構造単位やその他の構造単位の共重合比率によって調整することができる。ガラス転移温度が過度に低いと耐熱性が悪くなる傾向にあり、使用環境下における成形体の諸物性(光学特性や機械物性、寸法等)の信頼性が悪化する可能性がある。一方、ガラス転移温度が過度に高いと樹脂が脆くなったり、溶融加工性が悪化し、成形品の寸法精度が悪化したり、透明性を損なう場合がある。
重縮合反応にジエステル化合物を用いる場合、副生したモノヒドロキシ化合物が樹脂中に残存するため、溶融加工の際に揮発し、臭気となって作業環境を悪化させたり、成形機を汚染し、成形品の外観を損ねたりするおそれがある。特に有用な炭酸ジエステルであるジフェニルカーボネート(DPC)を用いる場合、副生するフェノールは比較的沸点が高く、減圧下での反応によっても十分に除去されず、樹脂中に残存しやすい。
そのため、樹脂中に含まれるモノヒドロキシ化合物は1000重量ppm以下であることが好ましい。さらには600重量ppm以下が好ましく、特に450重量ppm以下であることが好ましい。尚、モノヒドロキシ化合物は、前記問題を解決するためには、含有量が少ないほどよいが、溶融重合法では樹脂中に残存するモノヒドロキシ化合物をゼロにすることは困難であり、除去のためには過大な労力が必要である。通常は、モノヒドロキシ化合物の含有量を1重量ppmまで低減することにより、前記の問題を十分に抑制することができる。
樹脂中に残存するモノヒドロキシ化合物をはじめとする低分子成分を低減するためには、樹脂を押出機で脱揮処理することや、重合終盤の圧力を3kPa以下、好ましくは2kPa以下、さらに好ましくは1kPa以下にすることが効果的である。
重合終盤の圧力を低下させる場合には、反応の圧力を下げすぎると分子量が急激に上昇して、反応の制御が困難になる場合があるため、樹脂の末端基濃度をヒドロキシ基末端過剰かエステル基末端過剰にして、末端基バランスを偏らせて製造することが好ましい。末端基バランスは全ジヒドロキシ化合物と全ジエステル化合物の仕込みのモル比により調節することができる。
上記のモノヒドロキシ化合物だけでなく、樹脂中には未反応のモノマー成分が残存低分子成分となる可能性がある。特に炭酸ジエステルが残存しやすい。残存モノヒドロキシ化合物と同様に、末端基バランスや重合終盤の反応圧力を制御したり、樹脂を押出機で脱揮処理したりすることにより、これらの成分も特定量以下まで低減することが可能になる。本発明の樹脂においては、炭酸ジエステルの残存量は300重量ppm以下が好ましく、200重量ppm以下がより好ましく、150重量ppm以下が特に好ましい。尚、炭酸
ジエステルは、前記問題を解決するためには、含有量が少ないほどよいが、溶融重合法では樹脂中に残存する炭酸ジエステルをゼロにすることは困難であり、除去のためには過大な労力が必要である。通常は、炭酸ジエステルの含有量を1重量ppmまで低減することにより、前記の問題を十分に抑制することができる。
熱可塑性樹脂の光弾性係数が過度に大きいと、位相差フィルムを偏光板と貼り合わせた際に、画面の周囲が白くぼやけるような画像品質の低下が起きる可能性がある。特に大型の表示装置やフレキシブルディスプレイなどに用いられる場合にはこの問題が顕著に現れる。本発明の熱可塑性樹脂は、前記式(1)又は(2)で表される構造単位で構成され、ガラス転移温度が120℃以上180℃以下であって、延伸フィルムとした際の波長550nmにおける配向複屈折が−0.0015以下とすることで、光弾性係数を低く抑えることが可能になる。
具体的には例えば本発明の熱可塑性樹脂の光弾性係数は、30×10−12Pa−1以下の値を取ることが可能であり、より好ましくは、20×10−12Pa−1以下の値を取ることが可能であり、さらに好ましくは、10×10−12Pa−1以下の値を取ることが可能である。
本発明の熱可塑性樹脂を光学レンズなどの高い屈折率や低いアッベ数が要求される用途に用いる場合、樹脂のナトリウムD線における屈折率が1.55以上の好ましいものを得ることを可能とし、より好ましくは1.60以上、更に好ましくは1.62以上のものを得ることができる。。一般に光学材料の屈折率が高いと、レンズの枚数の低減、レンズの偏心感度の低減、レンズ厚の低減によるレンズ系の小型軽量化を可能にすることができる。
[熱可塑性樹脂の用途]
本発明の熱可塑性樹脂、及びこれを含む樹脂組成物は、射出成形法、押出成形法、圧縮成形法等の通常知られている方法で成形物にすることができ、光学特性や耐熱性、機械的強度に優れた成形品を得ることができる。
(フィルム又はシートの成形方法)
本発明の熱可塑性樹脂を用いて、フィルム又はシートを製膜する方法としては、樹脂を溶媒に溶解させてキャストした後、溶媒を除去する流延法や、溶媒を用いずに樹脂を溶融させて製膜する溶融製膜法を採用することができる。溶融製膜法としては、具体的にはTダイを用いた溶融押出法、カレンダー成形法、熱プレス法、共押出法、共溶融法、多層押出、インフレーション成形法等がある。未延伸フィルムの製膜方法は特に限定されないが、流延法では残存溶媒による問題が生じるおそれがあるため、好ましくは溶融製膜法、中でも後の延伸処理のし易さから、Tダイを用いた溶融押出法が好ましい。
溶融製膜法により未延伸フィルムを成形する場合、成形温度を280℃以下とすることが好ましく、270℃以下とすることがより好ましく、265℃以下とすることが特に好ましい。成形温度が高過ぎると、得られるフィルム中の異物や気泡の発生による欠陥が増加したり、フィルムが着色したりする可能性がある。ただし、成形温度が低過ぎると樹脂の溶融粘度が高くなりすぎ、原反フィルムの成形が困難となり、厚みの均一な未延伸フィルムを製造することが困難になる可能性があるので、成形温度の下限は通常200℃以上、好ましくは210℃以上、より好ましくは220℃以上である。ここで、未延伸フィルムの成形温度とは、溶融製膜法における成形時の温度であって、通常、溶融樹脂を押し出すダイス出口の樹脂温度を測定した値である。
フィルム中に異物が存在すると、画像表示装置の内部に用いられた場合に光抜け等の欠点として認識される。樹脂中の異物を除去するために、前記の押出機の後にポリマーフィ
ルターを取り付け、樹脂を濾過した後に、ダイスから押し出してフィルムを成形する方法が好ましい。その際、押出機やポリマーフィルター、ダイスを配管でつなぎ、溶融樹脂を移送する必要があるが、配管内での熱劣化を極力抑制するため、滞留時間が最短になるように各設備を配置することが重要である。また、押出後のフィルムの搬送や巻き取りの工程はクリーンルーム内で行い、フィルムに異物が付着しないように最善の注意が求められる。
フィルム又はシートは、厚みによらず、当該フィルムそのものの全光線透過率が80%以上であることが好ましく、85%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることが特に好ましい。透過率が前記下限以上であれば、画像表示装置に用いた際に、高い表示品位を実現することが可能となる。尚、本発明のフィルムの全光線透過率の上限は特に制限はないが通常99%以下である。
本発明の熱可塑性樹脂からなる前記フィルムを延伸させることにより、複屈折を発現することなく、フィルムの面積を広げることができる。延伸方法としては縦一軸延伸、テンター等を用いる横一軸延伸、あるいはそれらを組み合わせた同時二軸延伸、逐次二軸延伸等、公知の方法を用いることができる。延伸はバッチ式で行ってもよいが、連続で行うことが生産性において好ましい。
延伸温度は、原料として用いる樹脂のガラス転移温度(Tg)に対して、(Tg−20℃)〜(Tg+30℃)の範囲であり、好ましくは(Tg−10℃)〜(Tg+20℃)の範囲内である。延伸倍率は縦、横それぞれ、1.2倍〜4倍、より好ましくは1.5倍〜3.5倍、さらに好ましくは2倍〜3倍である。一方、延伸倍率が大きすぎると、延伸中にフィルムが破断したり、しわが発生したりするおそれがある。
延伸速度も目的に応じて適宜選択されるが、下記数式で表される歪み速度で通常50〜2000%/分、好ましくは100〜1500%/分、より好ましくは200〜1000%/分、特に好ましくは250〜500%/分となるように選択することができる。延伸速度が過度に大きいと延伸時の破断を招いたり、高温条件下での長期使用による光学的特性の変動が大きくなったりする可能性がある。また、延伸速度が過度に小さいと生産性が低下するだけでなく、所望の位相差を得るのに延伸倍率を過度に大きくしなければならない場合がある。
歪み速度(%/分)={延伸速度(mm/分)/原反フィルムの長さ(mm)}×100
フィルムを延伸した後、必要に応じて加熱炉により熱固定処理を行ってもよいし、テンターの幅を制御したり、ロール周速を調整したりして、緩和処理を行ってもよい。熱固定処理の温度としては、未延伸フィルムに用いられる樹脂のガラス転移温度(Tg)に対し、60℃〜(Tg)、好ましくは70℃〜(Tg−5℃)の範囲で行う。緩和工程を設ける場合は、延伸によって広がったフィルムの幅に対して、95%〜99%に収縮させることで、延伸フィルムに生じた応力を取り除くことができる。この際にフィルムにかける処理温度は、熱固定処理温度と同様である。前記のような熱固定処理や緩和工程を行うことで、高温条件下での長期使用による光学特性の変動を抑制することができる。
(射出成形体の成形方法)
射出成形体の成形方法は特に限定されものではなく、例えば一般的な熱可塑性樹脂用の射出成形法、ガスアシスト成形法、及び射出圧縮成形法等の射出成形法を採用することができる。その他目的に合わせて、上記の方法以外でインモールド成形法、ガスプレス成形法、2色成形法、サンドイッチ成形法等を採用することもできる。
前述の押出成形と同様に、成形品の外観を良好にするには、シリンダー温度を280℃以下とすることが好ましく、270℃以下とすることがより好ましく、265℃以下とすることが特に好ましい。一方、光学レンズなど特に低複屈折が求められる場合は、より高温にして、歪みを残さないように成形することが好ましく、シリンダー温度を280〜320℃とすることが好ましい状況も考えられるが、その場合、溶融樹脂の滞留時間を短くして、熱劣化を抑える工夫が必要となる。また、シリンダー温度の下限は通常200℃以上、好ましくは210℃以上、より好ましくは220℃以上である。
本発明の熱可塑性樹脂は負の複屈折を発現し、かつ透明性や耐熱性、溶融加工性にも優れた樹脂であり、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの画像表示装置に用いられる光学フィルムや拡散シート、または、カメラレンズ、ファインダーレンズ、CCDやCMOS用レンズなどの光学レンズの用途への使用に適しており、その他、光学ディスク、光学プリズムなどにも用いることができる。
以下、実施例、及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。実施例1−4〜実施例1−6は参考例である。本発明の樹脂、及び位相差フィルムの特性評価は次の方法により行った。尚、特性評価手法は以下の方法に限定されるものではなく、当業者が適宜選択することができる。
(1)還元粘度
樹脂試料を塩化メチレンに溶解させ、精密に0.6g/dLの濃度の樹脂溶液を調製した。森友理化工業社製ウベローデ型粘度管を用いて、温度20.0℃±0.1℃で測定を行い、溶媒の通過時間t、及び溶液の通過時間tを測定した。得られたt及びtの値を用いて次式(i)により相対粘度ηrelを求め、さらに、得られた相対粘度ηrelを用いて次式(ii)により比粘度ηspを求めた。
ηrel=t/t (i)
ηsp=(η−η)/η=ηrel−1 (ii)
その後、得られた比粘度ηspを濃度c[g/dL]で割って、還元粘度ηsp/cを求めた。
(2)溶融粘度
ペレット状の樹脂試料を90℃で5時間以上、真空乾燥させた。乾燥したペレットを用いて、(株)東洋精機製作所製キャピラリーレオメーターで測定を行った。測定温度は240℃とし、剪断速度9.12〜1824sec−1間で溶融粘度を測定し、91.2sec−1における溶融粘度の値を用いた。尚、オリフィスには、ダイス径がφ1mm×10mmLのものを用いた。
以下の実施例および比較例において、溶融粘度が2000Pa・s以上6000Pa・s以下であるものを、熱可塑性樹脂が実用的な強度を保ちつつ、熱劣化を抑制できる温度範囲で溶融加工が可能であると評価した。
(3)ガラス転移温度(Tg)
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製示差走査熱量計DSC6220を用いて測定した。約10mgの樹脂試料を同社製アルミパンに入れて密封し、50mL/分の窒素気流下、昇温速度20℃/分で30℃から250℃まで昇温した。3分間温度を保持した後、30℃まで20℃/分の速度で冷却した。30℃で3分保持し、再び250℃まで20℃/分の速度で昇温した。2回目の昇温で得られたDSCデータより、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度である、補外ガラス転移開始温度を求め、それをガラス転移温度とした。
(4)熱可塑性樹脂中のモノヒドロキシ化合物、炭酸ジエステルの含有量の測定
樹脂試料約1gを精秤し、塩化メチレン5mLに溶解して溶液とした後、総量が25mLになるようにアセトンを添加して再沈殿処理を行った。次いで、該処理液について液体クロマトグラフィーにより測定した。
用いた装置や条件は、次のとおりである。
・装置:(株)島津製作所製
システムコントローラ:CBM−20A
ポンプ:LC−10AD
カラムオーブン:CTO−10ASvp
検出器:SPD−M20A
分析カラム:Cadenza CD−18 4.6mmφ×250mm
オーブン温度:60℃
・検出波長:220nm
・溶離液:A液:0.1%リン酸水溶液、B液:アセトニトリル
A/B=50/50(vol%)からA/B=0/100(vol%)まで10分間でグラジエント、A/B=0/100(vol%)で5分間保持
・流量:1mL/min
・試料注入量:10μL
樹脂中の各化合物の含有量は、各化合物について、それぞれ濃度を変更した溶液を調製し、上記の液体クロマトグラフィーと同じ条件で測定を行って検量線を作成し、絶対検量線法により算出した。
以下の実施例および比較例において、熱可塑性樹脂中のモノヒドロキシ化合物が600ppm以下、炭酸ジエステルの残存量が100ppm以下であるものを、成形時における成形機への汚染や成形品の外観不良の防止に優れていると評価した。
(5)フィルムの成形
90℃で5時間以上、真空乾燥をした樹脂ペレットを、いすず化工機(株)製単軸押出機(スクリュー径25mm、シリンダー設定温度:220〜260℃)を用い、Tダイ(幅200mm、設定温度:200〜260℃)から押し出した。押し出したフィルムを、チルロール(設定温度:120〜170℃)により冷却しつつ巻取機でロール状にし、膜厚100μmの未延伸フィルムを作製した。
(6)屈折率、及びアッベ数の測定
(5)の方法で作製したフィルムから、長さ40mm、幅8mmの長方形の試験片を切り出して測定試料とした。波長656nm(C線)、589nm(D線)、486nm(F線)の干渉フィルターを用いて、(株)アタゴ製多波長アッベ屈折率計DR−M4/1550により各波長の屈折率n、n、nを測定した。測定は界面液としてモノブロモナフタレンを用い、20℃で行った。アッベ数νは次の式で計算した。
ν=(1−n)/(n−n
アッベ数が大きいほど、屈折率の波長依存性が小さいことを表す。
以下の実施例および比較例において、波長589nmにおける屈折率が1.55以上であるものを、屈折率が大きく光学レンズ等の用途に好適なものであると評価した。
(7)全光線透過率の測定
日本電色工業(株)製濁度計COH400を用いて、(5)の方法で作製したフィルムの全光線透過率を測定した。
以下の実施例および比較例において、全光線透過率が89%以上であるものを、透明性
に優れたものであると評価した。
(8)光弾性係数の測定
He−Neレーザー、偏光子、補償板、検光子、光検出器からなる複屈折測定装置と振動型粘弾性測定装置(レオロジー社製DVE−3)を組み合わせた装置を用いて測定した。(詳細は、日本レオロジー学会誌Vol.19,p93−97(1991)を参照。)
(5)の方法で作製したフィルムから長さ20mm、幅5mmの試料を切り出し、粘弾性測定装置に固定し、25℃の室温で貯蔵弾性率E’を周波数96Hzにて測定した。同時に、出射されたレーザー光を偏光子、試料、補償板、検光子の順に通し、光検出器(フォトダイオード)で拾い、ロックインアンプを通して角周波数ω又は2ωの波形について、その振幅とひずみに対する位相差を求め、ひずみ光学係数O’を求めた。このとき、偏光子と検光子の方向は直交し、またそれぞれ、試料の伸長方向に対してπ/4の角度をなすように調整した。光弾性係数Cは、貯蔵弾性率E’とひずみ光学係数O’を用いて次式より求めた。
C=O’/E’
以下の実施例および比較例において、光弾性係数が30×10−12Pa−1以下であるものを、フィルムを光学部材に組み込んだ際に部材の弾性的な変形に伴って引き起こされる複屈折の発現の防止に優れたものであると評価した。
(9)延伸フィルムの作製
(5)の方法で作製したフィルムから長さ125mm、幅50mmのフィルム片を切り出した。バッチ式二軸延伸装置(アイランド工業社製二軸延伸装置BIX−277−AL)を用いて、延伸速度:300%/分、延伸倍率:1.5倍、延伸温度:樹脂のガラス転移温度+15℃の条件で前記フィルム片の自由端一軸延伸を行い、延伸フィルムを作製した。
(10)成形品の位相差、及び複屈折(Δn)の測定
(9)の方法で作製した延伸フィルムの中央部を長さ40mm、幅40mmに切り出し、王子計測機器(株)製位相差測定装置KOBRA−WPRを用いて、測定波長450、500、550、590、630nmで位相差を測定し、波長分散性を測定した。波長550nmの位相差R550と延伸フィルムの膜厚から、次式より配向複屈折Δnを求めた。尚、遅相軸方向が延伸方向と一致している場合は、Δnを正の値で示し、遅相軸方向が延伸方向と垂直の方向に一致している場合は、Δnを負の値で示した。
配向複屈折Δn=R550[nm]/(フィルム厚み[mm]×10
(モノマーの合成例)
[合成例1]ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(下記式(16))の合成
Figure 0006597158
[合成例2]1,2−ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]メタン(下記式(17))の合成
Figure 0006597158
[合成例3]1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)エタン(下記式(18))の合成
Figure 0006597158
[合成例4]ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(下記式(19))の合成
Figure 0006597158
上記の合成例1〜合成例4の4つの化合物は、特開2015−25111に記載の方法に従って合成した。
[合成例5]6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダンの合成(下記式(20))
特開2014−114281に記載の方法に従って合成した。
Figure 0006597158
[熱可塑性樹脂の合成例、及び物性評価]
以下の実施例、及び比較例で用いた化合物の略号等は以下の通りである。
・BF1:ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン
・BF2:1,2−ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]メタン
・BF3:1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)エタン
・BF4:ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン・SBI:6,6’−ジヒドロキシ−3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインダン
・ISB:イソソルビド(ロケットフルーレ社製、商品名:POLYSORB)
・CHDM:1,4−シクロヘキサンジメタノール(シス、トランス混合物、SKケミカル社製)
・TCDDM:トリシクロデカンジメタノール(オクセア社製)
・SPG:スピログリコール(三菱ガス化学(株)製)
・EG:エチレングリコール(三菱化学(株)製)
・BPA:2,2−ビス[4−ヒドロキシフェニル]プロパン(三菱化学(株)製)
・BHEPF:9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン(大阪ガスケミカル(株)製)
・DPC:ジフェニルカーボネート(三菱化学(株)製)
・TBT:テトラブトキシチタン(東京化成工業(株)製)
[実施例1−1]
ISB 24.41重量部(0.167mol)、BF1 107.03重量部(0.167mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物2.20×10−2重量部(1.25×10−4mol)を反応容器に投入し、反応装置内を減圧窒素置換した。窒素雰囲気下、150℃で約10分間、攪拌しながら原料を溶解させた。反応1段目の工程として240℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し、発生するフェノールを反応系外へ抜き出した。次いで反応2段目の工程として熱媒温度を15分かけて260℃まで昇温しながら、圧力を0.10kPa以下まで15分かけて減圧し、発生するフェノールを反応系外へ抜き出した。所定の撹拌トルクに到達後、窒素で常圧まで復圧して反応を停止し、生成したポリエステルを水中に押し出し、ストランドをカッティングしてペレットを得た。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1−1の樹脂は負の方向に高い配向性を示した。さらにガラス転移温度が160℃と高く、溶融粘度も大きいので、耐熱性、溶融加工性、機械物性に優れ、全光線透過率も高く、光弾性係数が低いので光学特性にも優れている。また、波長589nmにおける
屈折率も高いので、例えば光学レンズ等の用途に好適に用いることができる。そして、残存フェノール量も少ないため、成形時における成形機への汚染や成形品の外観不良を防止することもできる。
[実施例1−2]
ISB 20.80重量部(0.142mol)、SBI 5.99重量部(0.019mol)、BF1 103.66重量部(0.162mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物2.20×10−2重量部(1.25×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1−2のアリールエステル構造を含有している樹脂は、実施例1−1と同様に負の方向に高い配向性を示しており、耐熱性、熱加工性、機械物性及び光学特性に優れた樹脂である。特に、実施例1−1に比べて、実施例1−2はガラス転移温度がより高く、溶融粘度も好ましいので、より耐熱性、溶融加工性に優れている。また、実施例1に比べて残存フェノール量もより少ないため、成形時における成形機への汚染や成形品の外観不良をさらに防止することができる。
[実施例1−3]
BPA 33.53重量部(0.147mol)、BF1 94.12重量部(0.147mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物8.79×10−2重量部(4.99×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステル(ポリアリレート)のペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1−3のアリールエステル構造を含有する樹脂は、実施例1−1と同様に負の方向に配向複屈折を示していおり、耐熱性、溶融加工性、機械物性及び光学特性に優れている。特に、実施例1−1に比べてさらにガラス転移温度が高く、好ましい溶融粘度を有しているので、耐熱性、溶融加工性にさらに優れている。一方で、光弾性係数は実施例1−1に比べて高い値を示したが、高い屈折率を有していることから、例えば光学レンズ等の用途に好適に用いることができる。
[実施例1−4]
CHDM 24.17重量部(0.168mol)、BF1 107.38重量部(0.168mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物2.20×10−2重量部(1.25×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例1−5]
TCDDM 30.25重量部(0.154mol)、BF1 98.76重量部(0.154mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物2.20×10−2重量部(1.25×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
[実施例1−6]
SPG 40.21重量部(0.132mol)、BF1 84.65重量部(0.132mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物2.20×10−2重量部(1.25×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1−4〜実施例1−6は脂環式ジヒドロキシ化合物に由来する構造単位を含有するポリエステルであり、実施例1−1と同様に負の方向に配向複屈折を示しており、耐熱性、溶融加工性、機械物性及び光学特性に優れている。特に、実施例1−1に比べて、残存フェノール量がより少ないので、成形時の成形機への汚染や成形品の外観不良を防止することができる。また、実施例1−4の光弾性係数は実施例1−1に比べて高い値を示したが、高い屈折率を有していることから、例えば光学レンズ等の用途に好適に用いることができる。一方で、実施例1−5及び実施例1−6の屈折率は実施例1−1に比べて小さい値を示したが、光弾性係数が小さいので、光学部材としたときに画面の周囲が白くぼやけるような画像品質の低下を防ぐのに特に有効である。
[実施例1−7]
BHEPF 49.21重量部(0.112mol)、BF1 71.91重量部(0.112mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物2.20×10−2重量部(1.25×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1−7は前記式(4)で表される構造単位を含有するポリエステルであり、実施例1−1と同様に負の配向性を示しており、耐熱性、溶融加工性、機械物性及び光学特性に優れている。特に、実施例1−1に比べて非常に高い屈折率を有しており、例えば光学レンズ等の用途にも好適に用いることができる。
[実施例1−8]
SBI 38.46重量部(0.125mol)、BF2 55.19重量部(0.120mol)、DPC 53.95重量部(0.252mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物4.31×10−4重量部(2.45×10−6mol)を用い、反応1段目の温度を220℃、反応2段目の温度を250℃とした以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリカーボネートのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
実施例1−8の樹脂は実施例1−1と同様に負の配向性を発現しており、耐熱性、溶融加工性、機械物性及び光学特性にバランスよく優れている。
[比較例1−1]
BHEPF 94.40重量部(0.215mol)、DPC 46.12重量部(0.215mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物1.14×10−3重量部(6.46×10−6mol)を用い、反応1段目の温度を220℃、反応2段目の温度を250℃とした以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリカーボネートのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
比較例1は本発明のオリゴフルオレン構造単位と同様に、側鎖にフルオレン構造を有する前記式(4)で表される構造単位を含有するポリカーボネートであり、負の配向性を発現したものの、非常に小さい値であり、位相差フィルムとして用いるには配向性が不足している。また、光弾性係数も高く、実施例と比べて種々の光学特性に劣っている。
[比較例1−2]
ISB 74.54重量部(0.510mol)、BF1 18.33重量部(0.029mol)、DPC 103.14重量部(0.481mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物8.99×10−4重量部(5.10×10−6mol)を用い、反応1段目の温度を220℃、反応2段目の温度を250℃とした以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルカーボネートのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
比較例1−2は、正の配向性を示した。また、実施例に比べて波長589nmにおける屈折率も小さく、フィルムの薄膜化には適さない。また、樹脂中のフェノール残存量も多
く、成形時の成形機への汚染や成形品の外観不良を引き起こすおそれがあり、生産性に劣る。
[比較例1−3]
CHDM 6.06重量部(0.042mol)、CHDA 34.45重量部(0.200mol)、BF3 66.99重量部(0.160mol)、及び触媒としてTBT 7.11×10−3重量部(2.09×10−5mol)を用い、反応1段目の温度を220℃、反応2段目の温度を250℃とした以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
比較例1−3は実施例と類似したオリゴフルオレン構造を含有するポリエステルであるが、意外にも負の配向性を発現せず、正の配向性を示した。また、光弾性係数も高く、光学部材とした際に不要な複屈折の発現を引き起こすおそれがある。これはオリゴフルオレン構造単位中のカルボニル基とフルオレン環との距離が近すぎて、カルボニル基の立体障害によって、フルオレン環が好ましい方向に配向できなくなっていることが推測される。前述したとおり、理想的な光学物性を発現するためにはオリゴフルオレン構造単位の分子設計が重要となる。
[比較例1−4]
BF2 94.66重量部(0.206mol)、DPC 44.24重量部(0.207mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物3.62×10−4重量部(2.06×10−6mol)を用い、反応1段目の温度を220℃、反応2段目の温度を240℃とした以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリカーボネートのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
比較例1−4は実施例と同様にオリゴフルオレン構造単位を含有するポリカーボネートであり、高い負の配向性を発現したものの、ガラス転移温度が低いため耐熱性に劣り、溶融粘度も低いので加熱を伴うプロセスにおける熱劣化を引き起こすおそれがある。BF2は主鎖を構成するアルキレン鎖の炭素数が多いために、側鎖のフルオレン環の配向の固定化が弱まっていることが推測される。また、樹脂中のフェノール残存量も多く、成形時の成形機への汚染や成形品の外観不良を引き起こすおそれがあり、生産性に劣る。
[比較例1−5]
EG 12.66重量部(0.204mol)、BF1 124.51重量部(0.194mol)、及び触媒として酢酸カルシウム1水和物4.40×10−2重量部(2.50×10−4mol)を用いた以外は実施例1−1と同様に行った。得られたポリエステルのペレットを用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
比較例1−5は直鎖脂肪族ジヒドロキシ化合物を用いたポリエステルであり、負方向に大きな配向複屈折を発現したが、実施例と比べてガラス転移温度及び溶融粘度が極めて低い。ガラス転移温度が低く、耐熱性に劣るために、加熱を伴うプロセスにおいて成形品が変形してしまったり、製品の使用環境下における光学物性の信頼性が低下したりするおそれがある。また、溶融粘度が低いために、例えば溶融押出成形する際には、加工性が低下してフィルムやシートの膜厚精度が悪化したり、樹脂の強度が低下するおそれがある。
[比較例1−6]
ポリスチレン(PSジャパン(株)社製G9504)を用いて、前述の各種評価を行った。評価結果を表1に示す。
ポリスチレンは負の配向性を発現する汎用的な材料であるが、実施例と比べてガラス転移温度及び溶融粘度が極めて低い。ガラス転移温度が低く、耐熱性に劣るために、加熱を
伴うプロセスにおいて成形品が変形してしまったり、製品の使用環境下における光学物性の信頼性が低下したりするおそれがある。また、溶融粘度が低いと溶融押出成形においては加工性が低下するおそれがあり、フィルムやシートの膜厚精度が悪化したり、樹脂の強度が低下して、フィルムの搬送時にフィルムが破断したりする場合ある。また、波長589nmにおける屈折率も低いため、フィルムの薄膜化に有効ではない。
[実施例2−1]〜[実施例2−5]
表2に示した組成にて、実施例1−1と同様に重合反応を行った。いずれの条件でも仕込み量で所定の溶融粘度に到達するまで反応が順調に進行した。
[比較例2−1]〜[比較例2−8]
ジエステル化合物をBF1からBF4に変更し、表2に示した組成にて、実施例1−1と同様に重合反応を行った。実施例2−1〜実施例2−5と比較して、重合反応の進行が遅かったため、反応途中で触媒量を増やして重合を行ったが、比較例2−4を除き、所望の分子量の熱可塑性樹脂を得ることはできなかった。
この評価結果より、重合反応に用いたジアリールエステルであるBF1は、ジアルキルエステルであるBF4よりも反応性に優れており、より少ない重合触媒量でも重合反応が可能であり、また、ジアルキルエステルでは重合反応が困難なジヒドロキシ化合物も適用可能となることが分かる。
Figure 0006597158
Figure 0006597158

Claims (10)

  1. 下記式(1)又は(2)で表される構造単位と、下記式(5)で表される構造単位とを含有する、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂であって、
    下記(A)および(B)を満たす、熱可塑性樹脂。
    (A)該樹脂からなる延伸フィルムの波長550nmにおける配向複屈折が−0.0015以下である。
    (B)該樹脂のガラス転移温度が120℃以上、180℃以下である。
    Figure 0006597158
    Figure 0006597158
    (式(1)及び(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
    Figure 0006597158
  2. 下記式(3)で表される構造単位を含有する、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂である、熱可塑性樹脂。
    Figure 0006597158
    (式(3)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。Arは2価フェノール化合物に由来する構造単位である。)
  3. 下記式(1)又は(2)で表される構造単位と、下記式(4)で表される構造単位とを含有する、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂である、熱可塑性樹脂。
    Figure 0006597158
    Figure 0006597158
    (式(1)及び(2)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。)
    Figure 0006597158
    (式(4)中、R10〜R11はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜炭素数20のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のシクロアルキル基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリール基を表す。Ar及びArはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリーレン基を表す。Xは置換若しくは無置換の炭素数2〜10のアルキレン基、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のシクロアルキレン基、または、置換若しくは無置換の炭素数6〜20のアリーレン基を表す。m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。)
  4. 下記式(5)で表される構造単位を含有する、請求項2又は3に記載の熱可塑性樹脂。
    Figure 0006597158
  5. 樹脂を構成する全ての構造単位、及び連結基の重量の合計量を100重量%とした際に、前記式(1)又は(2)で表される構造単位を50重量%以上含有する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂。
  6. 熱可塑性樹脂がポリエステルである、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂を成形してなる透明フィルム。
  8. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂を射出成形してなる射出成形品。
  9. 下記式(6)で表される化合物とジヒドロキシ化合物とを、重合触媒の存在下で溶融重縮合させる、ポリエステルの製造方法。
    Figure 0006597158
    (式(6)中、R〜Rは、それぞれ独立に、直接結合、置換基を有していてもよい炭素数1〜4のアルキレン基であり、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアシルオキシ基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のビニル基、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のエチニル基、置換基を有する硫黄原子、置換基を有するケイ素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R〜Rのうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。Ar及びArはそれぞれ置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基であり、ArとArは同一であっても異なっていてもよい。)
  10. 前記ジヒドロキシ化合物が、下記式(7)で表されるジヒドロキシ化合物、又は2価フェノール化合物である、請求項9に記載のポリエステルの製造方法。
    Figure 0006597158
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