JP6733328B2 - 重合性液晶組成物及び光学異方体 - Google Patents

重合性液晶組成物及び光学異方体 Download PDF

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Description

本発明は、重合性液晶組成物およびこれから得られる光学異方体に関する。また、その光学異方体を用いた光学補償素子および光学素子にも関する。
液晶相を有する重合性液晶化合物は重合によって光学補償(optical compensation)などの機能を有する重合体を与える。これは、液晶化合物の配向が重合によって固定されるからである。このような重合体の機能を活用するために、種々の重合性液晶化合物が開発されている。
しかし、1つの重合性液晶化合物では充分な機能を満たさないようである。特許文献1〜4では、幾つかの重合性液晶化合物から組成物を調製し、この組成物を重合させている。
ホメオトロピック配向を有する重合体は、光軸の方向がnz方向にあり、光軸方向の屈
折率がその直交する方向の屈折率より大きいため、屈折率楕円体では、ポジティブC−プレートに分類される。非特許文献1並びに非特許文献2、5及び6では、黒表示時に液晶が水平配向した液晶モードいわゆるIPS(In-Plane Switching)モード等の光学補償、例えば偏光板の視野角特性の改善のために、ポジティブC−プレートを、他の光学機能を有するフィルムと組み合わせている。
上記の用途においては、重合性液晶材料はガラス基板またはプラスチック基板などの支持基板に積層される場合がある。プラスチック基板として用いられる材料の例は、TAC(トリアセチルセルロース)、ポリカーボネート、PET、アクリル系樹脂、およびシクロオレフィン系樹脂類の重合体である。
重合性液晶化合物をホメオトロピック配向にするために、特許文献7では、支持基板がガラス基板の場合には重合性液晶化合物の構造を選択しスメクティック相を発現させている。重合性液晶化合物をホメオトロピック配向にするために、特許文献8ではガラス基板上に垂直配向膜としてレシチンを塗布している。特許文献1および9では、プラスチック支持基板上に配向膜を形成している。
特許文献10、11および12では、支持基板へ配向膜を形成しなくても、均一な重合性液晶化合物をホメオトロピック配向とする方法が開示されている。たとえば、特許文献12では、重合性液晶化合物に単官能性の重合性官能基を有する化合物の記載がある。特許文献10、11、12に記載の組成物を重合して得られる光学異方体は、熱による異方性の低下や溶剤の接触による劣化が著しい。
特開平10−319408号公報 特開2004−198478号公報 特開2002−243942号公報 特開2005−196221号公報 国際公開第2005/38517号 米国特許出願公開第2006/182900号明細書 特開2000−514202号公報 特開平7−294735号公報 国際公開第2004/72699号 特開2006−126757号公報 特開2008−266550号公報 特開2008−266632号公報
M.S.Park et al, IDW '04 FMC8-4 M.Nakata et al, SID '06 P-58
本発明の目的は、支持基板へ配向膜を形成しなくても均一なホメオトロピック配向が形成可能であり、さらに耐熱性や耐溶剤性のような化学的強度に優れる重合体を形成し得る重合性液晶組成物を提供することである。更に本発明は、この重合性液晶組成物からなる配向が制御された液晶層、この重合性液晶組成物を重合して得られる光学異方体、及びこの光学異方体を用いた光学補償素子を提供することを目的とする。
本発明者は、カルド型フルオレンモノマーを重合性液晶組成物の成分として用いると、支持基材がガラス基板やプラスチックフィルムの場合に、長鎖アルキル基等を有する垂直配向膜や無機材料による表面処理がなくても重合性液晶化合物の均一なホメオトロピック配向の制御に有効であることを見出し、更に特定の重合性液晶化合物を用いるとともに、単官能性の重合性液晶化合物を含まないか、含んでいたとしても微量であることによって、耐熱性や耐溶剤性のような化学的強度が著しく向上した重合体を作製できることを見出し、本発明を完成するに至った。このカルド型フルオレンモノマーは、(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ以上有しており、重合性液晶化合物と同様に重合可能である。この重合性液晶組成物から得られる重合体が均一なオメオトロピック配向性を示し、上記重合性液晶組成物をラビング等の機械的な表面処理、または化学的な表面処理を行った支持基板上へ塗布した場合にも同様な効果が得られる。本発明の重合性液晶組成物は次の[1]項に示される。
[1]多官能性の重合性液晶化合物及びカルド型フルオレンモノマーを含んでおり、
単官能性の重合性液晶化合物の含有量が多官能性の重合性液晶化合物全量に対して5.0重量%未満である重合性液晶組成物。
[2]カルド型フルオレンモノマーが下記式(A−1)〜(A−6)で表されるいずれか1種以上の化合物である、[1]に記載の重合性液晶組成物。
Figure 0006733328
(式(A−1)において、
1aおよびL1bは独立して炭素数1〜4のアルキルであり、
1aおよびR1bは独立して炭素数2〜4のアルキレンであり、
31は独立して水素またはメチルであり、
k1およびk2は独立して0〜4の整数であり、
m31およびn31は独立して0〜6の整数であり、
式(A−2)において、
32は独立して水素またはメチルであり、
m32およびn32は独立して1〜3の整数であり、
2aおよびL2bは独立して炭素数1〜6のアルキル、フェニル、またはフッ素であり、
j1およびj2は独立して0〜4の整数であり、
式(A−3)において、
33は独立して水素またはメチルであり、
3aおよびR3bは独立して水素、メチルまたはエチルであり、
m33およびn33は独立して0〜3の整数であり、
式(A−4)において、
34は水素またはメチルであり、
4aおよびR4bは独立して水素、または炭素数1〜6のアルキルであり、
m34およびn34は独立して0〜10の整数であり、
式(A−5)において、
35は独立して水素またはメチルであり、
式(A−6)において、
36は独立して水素またはメチルであり、
5aおよびR5bは独立して水素または炭素数1〜6のアルキルであり、
2aおよびL2bは独立して炭素数1〜6のアルキル、フェニル、またはフッ素であり、
j1およびj2は独立して0〜4の整数であり、
m35およびn35は独立して1〜3の整数であり、
m36およびn36は独立して1〜3の整数である。)
[3] カルド型フルオレンモノマーが式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−5)及び(A−6)で表されるいずれか1種以上の化合物である、[2]に記載の重合性液晶組成物。
[4] 多官能性の重合性液晶化合物の重合性官能基が、(メタ)アクリロキシ基である[1]〜[3]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
[5] 多官能性の重合性液晶化合物が、下記式(M−1)及び(M−2)で表されるいずれか1種以上の化合物である、[1]〜[4]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
Figure 0006733328
式(M−1)および(M−2)中、
Mは独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキ
セニレン、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイルまたはフルオレン−2,7−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、
該二価基において、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ヒドロキシ、ホルミル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニルまたは炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく、
Mは独立して単結合、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、−CO
S−、−SCO−、−OCOO−、−CONH−、−NHCO−、−CF2O−、−OC
2−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH
−、−CH2CH2COO−、−OCOCH2CH2−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH3−、−CCH3=N−、−N=N−または−C≡C−であり、
qは1〜4の整数であり、
cおよびdは独立して0〜3の整数でありかつ1≦c+d≦4であり、
aは独立して0〜20の整数であり、
Mは独立して水素またはメチルであり、
Mは独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−または−OCOO−であり、
Qは単結合、−O−、−COO−、−OCO−または−OCOO−である。
[6] 重合性液晶組成物中の多官能性の重合性液晶化合物の含有量が、重合性液晶組成物全量に対して3重量%から60重量%である、[1]〜[5]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
[7] 重合性液晶組成物中のカルド型フルオレンモノマーの含有量が重合性液晶組成物全量に対して0.01重量%から15重量%である、[1]〜[6]のいずれかに記載の重合性液晶組成物。
[8][1]〜[7]のいずれかに記載の重合性液晶組成物を、支持基板上に直接塗布した重合性液晶層。
[9] 支持基板がガラス基板である、[8]に記載の重合性液晶層。
[10] 支持基板がプラスチック薄膜で被覆されたガラス基板、またはプラスチックフィルムからなるプラスチック基板である、[8]に記載の重合性液晶層。
[11] 支持基板が、プラスチック薄膜で被覆され更にその表面がラビング処理、コロナ処理もしくはプラズマ処理されたガラス基板、またはその表面がラビング処理、コロナ処理もしくはプラズマ処理されたプラスチックフィルムからなるプラスチック基板である、[8]に記載の重合性液晶層。
[12] プラスチック薄膜およびプラスチックフィルムにおけるプラスチックが、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース、トリアセチルセルロース、トリアセチルセルロースの部分鹸化物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシクロオレフィン系樹脂から選択されるいずれか1つである、[10]または[11]に記載の重合性液晶層。
[13] プラスチック薄膜およびプラスチックフィルムにおけるプラスチックがポリイミド、ポリビニルアルコール、トリアセチルセルロース、トリアセチルセルロースの部分鹸化物、アクリル樹脂、およびシクロオレフィン系樹脂から選択されるいずれか1つである、[10]または[11]に記載の重合性液晶層。
[14] 重合性液晶組成物の液晶の配向状態がホメオトロピック配向である、[8]〜[13]のいずれかに記載の重合性液晶層。
[15] [8]〜[14]のいずれかに記載の重合性液晶組成物を重合させて得られる液晶フィルム。
[16] [15]に記載の液晶フィルムを有する光学補償素子。
[17] [15]に記載の液晶フィルムと偏光板とを有する光学素子。
特定の重合性液晶化合物にカルド型フルオレンモノマーを加えることにより、長鎖アルキル基等を有する垂直配向膜や無機材料による表面処理がなくても均一なホメオトロピック配向性を示す。さらに、本発明の重合性液晶組成物から得られる光学異方体は、従来の光学異方体の作製には用いられていた単官能性の重合性液晶化合物を含まないか、含んでいても微量であるため、化学的強度に優れ、信頼性を向上させるのに有用である。
実施例1で得られた光学異方体のリタデーション測定結果を示す図である。
「重合性」とは、光、熱、触媒などの手段により重合し、より分子量が大きい化合物を与える能力を有することをいう。
「重合性官能基」とは、重合性を与える官能基をいう。
「単官能性」とは、1分子中に1つの重合性官能基を有することをいう。
「多官能性」とは、1分子中に複数の重合性官能基を有することをいう。
「液晶性」とは、液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な化合物となりうることをいう。
「液晶化合物」とは、液晶相を有する化合物および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用な化合物の総称である。
「重合性液晶化合物」とは、重合性を有する液晶化合物をいう。
「液晶相」はネマチック相、スメクティック相、コレステリック相などの総称である。
「液晶下限温度」とは、本明細書中での実験方法により、液晶相から結晶へ転移した温度をいう。
「(メタ)アクリル」とは、アクリル及びメタクリルの総称である。
「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸の総称である。
「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートの総称である。
「液晶薄膜」とは、重合性液晶組成物からなる薄膜をいう。
「液晶フィルム」とは、重合性液晶組成物から形成される光学異方体でフィルム状のものをいう。
「化学的強度」とは、高温負荷前後および溶剤浸漬前後でも対象の力学的性質および光学的性質の変化の小ささをいう。
式(1)で表わされる化合物を、化合物(1)と表記することがある。他の式で表される化合物についても同様の簡略化法に従って称することがある。
化合物の構造を説明する際に用いる用語「少なくとも一つの」は、位置だけでなく個数についても少なくとも一つであることを意味する。例えば、「少なくとも一つのAはB、CまたはDで置き換えられてもよい」という表現は、少なくとも一つのAがBで置き換えられる場合、少なくとも一つのAがCで置き換えられる場合および少なくとも一つのAがDで置き換えられる場合に加えて、複数のAがB〜Dの少なくとも2つで置き換えられる場合をも含むことを意味する。
化学式として、下記に示す内容の記載があった場合には、AからBへの直線は結合を意味しており、Aにおける水素が基Bで置き換えられていて、その位置は任意であることを意味している。Xは置き換えられる基Bの数を示している。Xが0の場合は、Bは存在せず、また、置き換えられていないことを示す。
Figure 0006733328
〔重合性液晶組成物〕
本発明の重合性液晶組成物は、多官能性の重合性液晶化合物を1種以上と、カルド型フルオレンモノマーとを含み、単官能性の重合性液晶化合物の含有量が、多官能性の重合性液晶化合物の全量に対して5.0重量%未満である重合性液晶組成物である。
〔1.カルド型フルオレンモノマー〕
カルド型フルオレンモノマーは、9位を2つのフェニル基で置換したフルオレン骨格を有する重合性化合物である。また、この化合物は液晶化合物をホメオトロピック配向にさせる効果がある。
カルド型フルオレンモノマーは、式(A−1)〜(A−6)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006733328
(式(A−1)において、
1aおよびL1bは独立して炭素数1〜4のアルキルであり、
1aおよびR1bは独立して炭素数2〜4のアルキレンであり、
31は独立して水素またはメチルであり、
k1およびk2は独立して0〜4の整数であり、
m31およびn31は独立して0〜6の整数であり、
式(A−2)において、
32は独立して水素またはメチルであり、
m32およびn32は独立して1〜3の整数であり、
2aおよびL2bは独立して炭素数1〜6のアルキル、フェニル、またはフッ素であり、
j1およびj2は独立して0〜4の整数であり、
式(A−3)において、
33は独立して水素またはメチルであり、
3aおよびR3bは独立して水素、メチルまたはエチルであり、
m33およびn33は独立して0〜3の整数であり、
式(A−4)において、
34は水素またはメチルであり、
4aおよびR4bは独立して水素、または炭素数1〜6のアルキルであり、
m34およびn34は独立して0〜10の整数であり、
式(A−5)において、Z35は独立して水素またはメチルであり、
式(A−6)において、Z36は独立して水素またはメチルであり、
5aおよびR5bは独立して水素または炭素数1〜6のアルキルであり、
2aおよびL2bは独立して炭素数1〜6のアルキル、フェニル、またはフッ素であり、
j1およびj2は独立して0〜4の整数であり、
m35およびn35は独立して1〜3の整数であり、
m36およびn36は独立して1〜3の整数である。)
式(A−1)において、耐熱性の観点から、
1aおよびR1bは独立して炭素数2〜4のアルキレンであることが好ましく、
31は独立して水素またはメチルであり、
k1およびk2がそれぞれ0であり、
m31およびn31は独立して0〜4の整数であることが好ましい。
式(A−2)において、耐熱性の観点から、
32は独立して水素またはメチルであり、
m32およびn32は独立して1または2の整数であることが好ましく、
j1およびj2がそれぞれ0であることが好ましい。
式(A−3)において、耐熱性の観点から、
33は独立して水素またはメチルであり、
3aおよびR3bは独立して水素またはメチルであることが好ましく、
m33およびn33は独立して0〜2の整数であることが好ましい。
式(A−4)において、耐熱性の観点から、
34は水素またはメチルであり、
4aおよびR4bは独立して水素またはメチルであることが好ましく、
m34およびn34は独立して0〜2の整数であることが好ましい。
式(A−6)において、耐熱性の観点から、
36は独立して水素またはメチルであり、
5aおよびR5bは独立して水素またはメチルであることが好ましく、
j1およびj2がそれぞれ0であり、
m35およびn35は独立して1〜2の整数であることが好ましく、
m36およびn36は独立して1〜2の整数であることが好ましい。
本発明の重合性液晶組成物に含まれるカルド型フルオレンモノマーは、一種でも複数種を組み合わせてもよい。
カルド型フルオレンモノマーは式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−5)、(A−6)を用いることが、耐熱性および溶解性の観点で好ましい。また、カルド型フルオレンモノマーを複数種組み合わせて用いる場合には、例えば(A−1)と(A−6)、(A−2)と(A―3)、(A−2)と(A―4)、(A−2)と(A−6)または(A−3)と(A−6)等の組合せが耐熱性および溶解性の観点で好ましい。
溶解度を考慮すると、該重合性液晶組成物中のカルド型フルオレンモノマーの含有量は、本発明の重合性液晶組成物の全量に対して、0.01重量%から15重量%が好ましく、0.03重量%から10重量%がより好ましい。
溶解度を考慮すると、該カルド型フルオレンモノマーは、多官能性の重合性液晶化合物の全量に対し、1重量%から25重量%であることが好ましく、5重量%〜20重量%であることがより好ましい。
〔2.重合性液晶化合物〕
本発明で主として用いられる重合性液晶化合物は、多官能性である。多官能性の重合性液晶化合物を含む組成物の生成物である重合体は、三次元構造になりうる。その結果、該重合体は、多官能性の重合性液晶化合物を含まず単官能性の重合性液晶化合物だけを含む組成物の生成物である重合体よりも、硬度が向上し耐熱性や耐溶剤性等が優れる。
前記の重合性官能基としては、例えば、カルボキシル基、(メタ)アクリル基、エポキシ基、チオエポキシ基、メルカプト基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、オキセタン基、チエタニル基、アジリジニル基、ピロール基、ビニル基、アリル基、フマレート基、シンナモイル基、オキサゾリン基、ヒドロキシル基、アルコキシシリル基、及びアミノ基などが挙げられる。通常用いられる光硬化でフィルムを作成する場合、硬度が増加し、重合性化合物の溶剤への溶解性が増加し、取扱いが向上するため、重合性官能基がアクリル基やメタクリル基である方が好ましい。
多官能性の重合性液晶化合物は、式(M−1)および(M−2)で表される化合物が例示できる。
Figure 0006733328
式(M−1)および(M−2)中、
Mはそれぞれ独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1,4−シク
ロへキセニレン、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、またはフルオレン−2,7−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、該二価基において、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ヒドロキシ、ホルミル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニル、または炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく、
Mはそれぞれ独立して単結合、−OCH2−、−CH2O−、−COO−、−OCO−、
−COS−、−SCO−、−OCOO−、−CONH−、−NHCO−、−CF2O−、
−OCF2−、−CH2CH2−、−CF2CF2−、−CH=CHCOO−、−OCOCH
=CH−、−CH2CH2COO−、−OCOCH2CH2−、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH3−、−CCH3=N−、−N=N−、または−C≡C−であり、
qは1〜4の整数であり、
cおよびdはそれぞれ0〜3の整数でありかつ1≦c+d≦4であり、
aは0〜20の整数であり、
Mは水素またはメチルであり、
Mは単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−であり、
Qは単結合、−O−、−COO−、−OCO−、または−OCOO−である。
ここで、q、c、またはdが2以上である場合、係るAMおよびZMはその繰り返し毎に異なっていてもよい。
以下、式(M−1)で表される化合物を例示する。
Figure 0006733328
Figure 0006733328
Figure 0006733328
式(M−1−1)〜(M−1−31)において、RMは独立して水素またはメチルであ
り、aは独立して1〜12の整数である。
以下、式(M−2)で表される化合物を例示する。
Figure 0006733328
Figure 0006733328
式(M−2−1)〜(M−2−11)において、RMは独立して水素またはメチルであ
り、aは独立して1〜12の整数である。
上記の式(M−1)及び(M−2)で表される化合物のうち、耐熱性および溶解性の観点で好ましく用いられるのは(M−1−1)、(M−1−2)、(M−1−7)、(M−1−8)、(M−1−9)、(M−1−10)、(M−1−12)、(M−1−15)、(M−1−22)、(M−1−23)、(M−1−24)、(M−1−25)、(M−1−29)、(M−1−30)、(M−2−1)、(M−2−4)、(M−2−7)、(M−2−10)、(M−2−11)であり、より好ましく用いられるのは、(M−1−1)及び(M−1−2)、(M−1−3)、(M−1−7)、(M−1−8)、(M−1−9)、(M−1−10)、(M−1−12)、(M−1−22)、(M−1−23)、(M−1−24)、(M−1−25)、(M−1−29)、(M−1−30)、(M−2−1)、(M−2−10)、(M−2−11)である。
これらは一種でも複数種を組み合わせて用いてもよい。
重合性液晶組成物中の、(M−1)及び(M−2)のような多官能性の重合性液晶化合物の含有量は、溶解性の観点で重合性液晶組成物全量に対して、3重量%から60重量%が好ましく、5重量%から50重量%がより好ましい。
硬度の向上と耐熱性や耐溶剤性の観点から、重合性液晶組成物中の単官能性の重合性化合物(単官能性の重合性液晶化合物も含む)の含有量が、重合性液晶化合物の全量に対して5.0重量%未満であることが好ましく、2.0重量%未満がより好ましく、0に近いほど望ましい。
従来の重合性液晶組成物では、単官能性の重合性液晶化合物が必須成分となっているのに対し(例えば特許文献12)、本発明の重合性液晶組成物は、そのような成分を含んでいたとしても、上記のように多官能性の重合性液晶化合物の全量に対して5.0重量%未満しか含まないものである。
特許文献12に記載されている式(2)で表される化合物も単官能性の重合性液晶化合物に該当する。
〔3.溶剤〕
重合性液晶組成物の溶液を調製することで、塗布が容易になる。該溶液の溶剤としては、例えば、エステル系溶剤、アミド系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、グリコールモノアルキルエーテル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、ハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤、ハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤、脂環式炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、アセテート系溶剤およびジアセテート系溶剤などが挙げられる。
エステル系溶剤としては、酢酸アルキル、トリフルオロ酢酸エチル、プロピオン酸アルキル、酪酸アルキル、マロン酸ジアルキル、グリコール酸アルキル、乳酸アルキル、モノアセチン、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンなどが挙げられる。酢酸アルキルには、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチルおよび酢酸イソペンチルなどが挙げられる。プロピオン酸アルキルには、プロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルおよびプロピオン酸ブチルなどが挙げられる。酪酸アルキルには、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、酪酸イソブチルおよび酪酸プロピルなどが挙げられる。マロン酸ジアルキルには、マロン酸ジエチルなどが挙げられる。グリコール酸アルキルには、グリコール酸メチルおよびグリコール酸エチルなどが挙げられる。乳酸アルキルには、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸イソプロピル、乳酸n-プロピル、乳酸ブチルおよび乳酸エチルヘキシルなどが挙げられる。
アミド系溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロピオンアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミドジメチルアセタール、N−メチルカプロラクタムおよびジメチルイミダゾリジノンなどが挙げられる。
アルコール系溶剤としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、t−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、ブタノール、2−エチルブタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、1−ドデカノール、エチルヘキサノール、3、5、5−トリメチルヘキサノール、n−アミルアルコール、ヘキサフルオロ−2−プロパノール、グリセリン、エチレングリコール、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、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、3−メチル−3−メトキシブタノール、シクロヘキサノールおよびメチルシクロヘキサノールなどなどが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ビス(2−プロピル)エーテル、1,4−ジオキサンおよびテトラヒドロフラン(THF)などが挙げられる。
グリコールモノアルキルエーテル系溶剤は、エチレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、トリエチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル
、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル、エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノアルキルエーテ
ルアセテート、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートジエチレングリコールメチルエチルエーテルなどが挙げられる。エチレングリコールモノアルキルエーテルは、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。ジエチレングリコールモノアルキルエーテルは、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどが挙げられる。プロピレングリコールモノアルキルエーテルは、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルは、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテートは、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。ジエチレングリコールモノアルキルエーテルアセテートは、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどが挙げられる。プロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートは、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテートおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが挙げられる。ジプロピレングリコールモノアルキルエーテルアセテートは、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。
芳香族炭化水素系溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、i−プロピルベンゼン、n−プロピルベンゼン、t−ブチルベンゼン、s−ブチルベンゼン、n−ブチルベンゼン、およびテトラリンである。ハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤の好ましい例はクロロベンゼンなどが好ましい。脂肪族炭化水素系溶剤としては、ヘキサンおよびヘプタンなどが好ましい。ハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤としては、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロロエチレンおよびテトラクロロエチレンなどが好ましい。脂環式炭化水素系溶剤としては、シクロヘキサンおよびデカリンなどがある。
ケトン系溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、およびメチルプロピルケトンなどがある。
アセテート系溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、および1−メトキシ−2−プロピルアセテートなどがある。
ジアセテート系溶剤としては、プロピレングリコールジアセテート、1,4−ブタンジオールジアセテート、1,3−ブチレングリコールジアセテートなどがある。
液晶化合物の溶解性の観点からは、アミド系溶剤、芳香族炭化水素系、ケトン系溶剤の使用が好ましく、溶剤の沸点を考慮すると、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、グリコールモノアルキルエーテル系溶剤の併用も好ましい。プラスチックの基板を使用するときは、プラスチックを侵食しないため、芳香族炭化水素系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤、アルコール系溶剤、アセテート系溶剤、グリコールモノアルキルエーテル系溶剤が好ましい。
本発明の重合性液晶組成物中の溶剤は、溶解性の観点で重合性液晶組成物全量に対して、40重量%から97重量%が好ましく、50重量%から95重量%がより好ましい。
これら溶剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
〔4.界面活性剤〕
本発明の重合性液晶組成物は、さらに界面活性剤を含んでもよい。重合性液晶組成物から形成される塗布膜の平滑性を向上させる効果があるため、非イオン性界面活性剤が好ましい。
非イオン性界面活性剤としては、例えば、シリコーン系非イオン性界面活性剤、フッ素系非イオン性界面活性剤、炭化水素系非イオン性界面活性剤などがある。
シリコーン系非イオン性界面活性剤としては、例えば、未変性シリコーンあるいは変性シリコーンを主成分とした共栄社化学(株)製のポリフローATF―2、グラノール100、グラノール115、グラノール400、グラノール410、グラノール435、グラノール440、グラノール450、グラノールB−1484、ポリフローKL−250、ポリフローKL−260、ポリフローKL−270、ポリフローKL−280、BYK−300、BYK−302、BYK−306、BYK−307、BYK−310、BYK−315、BYK−320、BYK−322、BYK−323、BYK−325、BYK−330、BYK−331、BYK−333、BYK−337、BYK−341、BYK−342、BYK−344、BYK−345、BYK−346、BYK−347、BYK−348、BYK−370、BYK−375、BYK−377、BYK−378、BYK−3500、BYK−3510、およびBYK−3570などが挙げられる。
フッ素系非イオン性界面活性剤としては、例えば、BYK−340、フタージェント251、フタージェント221MH、フタージェント250、FTX−215M、FTX−218M、FTX−233M、FTX−245M、FTX−290M、FTX−209F、FTX−213F、フタージェント222F、FTX−233F、FTX−245F、FTX−208G、FTX−218G、FTX−240G、FTX−206D、フタージェント212D、FTX−218、FTX−220D、FTX−230D、FTX−240D、FTX−720C、FTX−740C、FTX−207S、FTX−211S、FTX−220S、FTX−230S、KB−L82、KB−L85、KB−L97、KB−L109、KB−L110、KB−F2L、KB−F2M、KB−F2S、KB−F3M、およびKB−FaMなどが挙げられる。
炭化水素系非イオン性界面活性剤としては、例えば、アクリル系ポリマーを主成分としたポリフローNo.3、ポリフローNo.50EHF、ポリフローNo.54N、ポリフローNo.75、ポリフローNo.77、ポリフローNo.85HF、ポリフローNo.90、ポリフローNo.95、ポリフローNo.99C、BYK−350、BYK−352、BYK−354、BYK−355、BYK−358N、BYK−361N、BYK−380N、BYK−381、BYK−392、およびBYK−Silclean3700などが挙げられる。
また、界面活性剤は重合性液晶化合物と一体化させるために重合性官能基を有していてもよい。界面活性剤に導入される重合性官能基としては、UV反応型の官能基や熱重合性を有する官能基などが挙げられる。重合性液晶化合物との反応性の観点からUV反応型の官能基が好ましい。
基材への塗れ性を最適化するには、湿潤剤として分類される界面活性剤を併用してもよい。湿潤剤は重合性液晶組成物の表面張力を低下させ、塗工基材への塗れ性を向上させる効果を有する。このような湿潤剤としては、ポリフローシリーズ(KL−100、KL−700、LE−604、LE−605、LE−606)、TEGO Twinシリーズ(4000)、TEGO Wetシリーズ(KL245、250、260、265、270、280、500、505、510)などが挙げられる。なお、湿潤剤の補助剤として、フッ化変性ポリマーやフッ素変性アクリルポリマーを主成分とした界面活性剤を適用してもよい。このようなものとしては、AFCONA社製の3000シリーズ(例えば、3277、3700、3770等)が挙げられる。
なお、上記のポリフローおよびグラノールはどちらも共栄社化学(株)から販売されている登録商標の名称である。BYKはビックケミー・ジャパン(株)から販売されている
登録商標の名称である。フタージェント、FTXおよびKBは(株)ネオスから販売されている登録商標の名称である。
上記の界面活性剤は、単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
〔5.その他の重合性化合物〕
その他の重合性化合物としては、ビニル誘導体、スチレン誘導体、(メタ)アクリル酸誘導体、オキシラン誘導体、オキセタン誘導体、ソルビン酸誘導体、フマル酸誘導体、イタコン酸誘導体などの化合物であって液晶性を有しないものが挙げられる。この液晶性を有しないその他の重合性化合物には、重合性官能基を1つ有する化合物、重合性官能基を2つ有する化合物および重合性官能基を3つ以上有する化合物などが挙げられる。
その他の重合性化合物を、液晶相を維持できる限り添加してもよい。式(M−1)および(M−2)で表される化合物のような、多官能性の重合性液晶化合物の重量、およびその他の液晶化合物やその他の重合性液晶化合物を含有する場合は式(M−1)および(M−2)で表される化合物のような、多官能性の重合性液晶化合物との合計重量に対する重量比で0.1以下であることが耐熱性の観点で好ましい。また、化学的強度を保つためにも重合性官能基を2つ以上有し、重合体が三次元構造を形成するものが好ましい。
単官能性の化合物は、スチレン、核置換スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、ビニルスルホン酸、脂肪酸ビニル(例:酢酸ビニル)、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸(例:アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸など)、(メタ)アクリル酸のアルキルエステル(アルキルの炭素数1〜18)、(メタ)アクリル酸のヒドロキシアルキルエステル(ヒドロキシアルキルの炭素数1〜18)、(メタ)アクリル酸のアミノアルキルエステル(アミノアルキルの炭素数1〜18)、(メタ)アクリル酸のエーテル酸素含有アルキルエステル(エーテル酸素含有アルキルの炭素数3〜18、例:メトキシエチルエステル、エトキシエチルエステル、メトキシプロピルエステル、メチルカルビルエステル、エチルカルビルエステル、およびブチルカルビルエステル)、N−ビニルアセトアミド、p−t−ブチル安息香酸ビニル、N,N−ジメチルアミノ安息香酸ビニル、安息香酸ビニル、ピバリン酸ビニル、2,2−ジメチルブタン酸ビニル、2,2−ジメチルペンタン酸ビニル、2−メチル−2−ブタン酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、2−エチル−2−メチルブタン酸ビニル、ジシクロペンタニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジメチルアダマンチル(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、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、2−アクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート、2−メタクリロイロキシエチルアシッドフォスフェート、重合度1〜100のポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレレングリコ−ルのモノ(メタ)アクリル酸エステル又はジ(メタ)アクリル酸エステル、若しくは末端が炭素数1〜6のアルキル基によってキャップされた重合度1〜100のポリエチレングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、およびエチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体等のポリアルキレングリコ−ルのモノ(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。
重合性官能基を2つ有する化合物としては、例えば、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレー
ト、トリプロピレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ビスフェノールA EO付加ジアクリレート、ビスフェノールAグリシジルジアクリレート(ビスコート V#700)、ポリエチレングリコールジアクリレート、およびこれらの化合物のメタクリレート化合物などが挙げられる。
重合性官能基を3つ以上有する化合物としては、例えば、ペンタエリストールトリ(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EO付加トリ(メタ)アクリレート、トリス(メタ)アクリロイルオキシエチルフォスフェート、トリス((メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、PO変性トリメチロールプロパントリ(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、アルキル変性ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタ(メタ)アクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ビスコート V#802(官能基数=8)、ビスコート V#1000(官能基数=平均14)などが挙げられる。「ビスコート」は大阪有機化学株式会社の登録商標である。官能基が16以上のものはPerstorp Specialty Chemicalsが販売しているBoltorn H20(16官能)、Boltorn
H30(32官能)、Boltorn H40(64官能)を原料にそれらをアクリル化することで得られる。
また、その他の重合性化合物としては、さらに、ビスフェノール構造を有する重合性化合物が挙げられる。これらの化合物は、重合性液晶組成物の被膜形成能や配向均一性の補助に適している。重合性ビスフェノール誘導体の例を式(N−1)〜(N−6)に示す。
Figure 0006733328
上記のその他の重合性化合物は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これらの化合物は市販品であってもよい。
〔6.添加物〕
重合速度を最適化するために、重合開始剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。重合開始剤としては、例えば、光ラジカル開始剤が挙げられる。光ラジカル重合開始剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン(ダロキュアー1173)、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン(イルガキュアー651)、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(イルガキュアー184)、イルガキュアー127、イルガキュアー500(イルガキュアー184とベンゾフェノンの混合物)、イルガキュアー2959、イルガキュアー907、イルガキュアー369、イルガキュアー379、イルガキュアー754、イルガキュアー1300、イルガキュアー819、イルガキュアー1700、イルガキュアー1800、イルガキュアー1850、イルガキュアー1870、ダロキュアー4265、ダロキュアーMBF、ダロキュアーTPO、イルガキュアー784、イルガキュアー754、イルガキュアーOXE01、イルガキュアーOXE02、アデカオプトマーN−1919、アデカアークルズNCI−831およびアデカアークルズNCI−930などが挙げられる。上記のダロキュアーおよびイルガキュアーはどちらもBASFジャパン(株)から販売されている登録商標の名称であり、アデカオプトマーおよびアデカアークルズはどちらも(株)ADEKAから販売されている登録商標の名称である。
上記光ラジカル重合開始剤としては、さらに、p−メトキシフェニル−2,4−ビス(トリクロロメチル)トリアジン、2−(p−ブトキシスチリル)−5−トリクロロメチル
−1,3,4−オキサジアゾール、9−フェニルアクリジン、9,10−ベンズフェナジン、ベンゾフェノン/ミヒラーズケトン混合物、ヘキサアリールビイミダゾール/メルカプトベンズイミダゾール混合物、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,4−ジエチルキサントン/p−ジメチルアミノ安息香酸メチル混合物、ベンゾフェノン/メチルトリエタノールアミン混合物などが挙げられる。
光ラジカル重合開始剤の好ましい添加量は、重合性液晶組成物に含まれる、多官能性の重合性液晶化合物の全量に対して重量比で0.0001〜0.20である。この重量比のより好ましい範囲は0.001〜0.15である。さらに好ましい範囲は0.01〜0.15である。上記光ラジカル開始剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これら重合開始剤は市販品であってもよい。
また、これら光ラジカル重合開始剤に、増感剤を添加して使用してもよい。増感剤としては、例えば、イソプロピルチオキサントン、ジエチルチオキサントン、エチル−4ジメチルアミノベンゾエート(ダロキュアーEDB)、2−エチルヘキシル−4−ジメチルアミノベンゾエート(ダロキュアーEHA)などが挙げられる。これら増感剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これら増感剤は市販品であってもよい。
重合体の重合反応率や機械特性を制御する等のために、連鎖移動剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。連鎖移動剤を用いることにより、得られる重合体の反応率や鎖長を制御することができる。連鎖移動剤の量を増大させると、重合反応率が低下し、ポリマー鎖の長さは減少する。好ましい連鎖移動剤は、チオール化合物やスチレンダイマーである。これら連鎖移動剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これら連鎖移動剤は市販品であってもよい。
上記チオール系連鎖移動剤としては、単官能性のチオールである、ドデカンチオール、2−エチルへキシル−3−メルカプトプロピオネートなどや、多官能性のチオールである、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、1,4−ビス(3−メルカプトブチリルオキシ)ブタン(カレンズMT BD1)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)(カレンズMT PE1)、および1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(カレンズMT NR1)などが挙げられる。「カレンズ」は昭和電工株式会社の登録商標である。
上記スチレンダイマー系連鎖移動剤としては、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、2,4−ジフェニル−1−ブテンなどが挙げられる。
重合性液晶組成物には、保存時の重合開始を防止するために重合防止剤を添加することができる。公知の重合防止剤を使用できるが、その好ましい例は、2,5−ジ(t−ブチル)ヒドロキシトルエン(BHT)、ハイドロキノン、メチレンブルー、ジフェニルピクリン酸ヒドラジド(DPPH)、フェノチアジン、N,N−ジメチル−4−ニトロソアニリンなどのニトロソ化合物、o−ヒドロキシベンゾフェノン、および2H−1,3−ベンゾチアジン−2,4−(3H)−ジオンなどのベンゾチアジン誘導体である。
重合性液晶組成物の保存性を向上させるために、重合阻害剤を添加することもできる。重合性液晶組成物内でラジカルが発生した場合は、重合性化合物の重合反応が促進される
。これを防ぐ目的で重合阻害剤を添加することが好ましい。重合阻害剤としては、フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン酸系酸化防止剤を利用できる。
重合性液晶組成物の耐候性を更に向上させるために、紫外線吸収剤、光安定剤(ラジカル捕捉剤)および酸化防止剤等を添加してもよい。
紫外線吸収剤としては、例えば、チヌビンPS、チヌビンP、チヌビン99−2、チヌビン109、チヌビン213、チヌビン234、チヌビン326、チヌビン328、チヌビン329、チヌビン384−2、チヌビン571、チヌビン900、チヌビン928、チヌビン1130、チヌビン400、チヌビン405、チヌビン460、チヌビン479、チヌビン5236、アデカスタブLA−32、アデカスタブLA−34、アデカスタブLA−36、アデカスタブLA−31、アデカスタブ1413、およびアデカスタブLA−51などが挙げられる。「チヌビン」はBASFジャパン(株)の登録商標であり、「アデカスタブ」はADEKAの登録商標である。これら紫外線吸収剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これら紫外線吸収剤は市販品であってもよい。
光安定剤としては、例えば、チヌビン111FDL、チヌビン123、チヌビン144、チヌビン152、チヌビン292、チヌビン622、チヌビン770、チヌビン765、チヌビン780、チヌビン905、チヌビン5100、チヌビン5050、5060、チヌビン5151、キマソーブ119FL、キマソーブ944FL、キマソーブ944LD、アデカスタブLA−52、アデカスタブLA−57、アデカスタブLA−62、アデカスタブLA−67、アデカスタブLA−63P、アデカスタブLA−68LD、アデカスタブLA−77、アデカスタブLA−82、アデカスタブLA−87、サイテック社製のサイアソーブUV−3346、およびグッドリッチ社のグッドライトUV−3034などが挙げられる。「キマソーブ」はBASFジャパン(株)の登録商標である。これら光安定剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これら光安定剤は市販品であってもよい。
酸化防止剤としては、例えば、ADEKAのアデカスタブAO−20、AO−30、AO−40、AO−50、AO−60、AO−80、住友化学(株)から販売されているスミライザーBHT、スミライザーBBM−S、およびスミライザーGA−80、並びにBASFジャパン(株)から販売されているIrganox1076、Irganox1010、Irganox3114、およびIrganox245などが挙げられる。これら酸化防止剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これら酸化防止剤は市販品であってもよい。
基板との密着性を制御する等のために、シランカップリング剤を重合性液晶組成物に添加してもよい。シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリアルコキシシシラン、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリアルコキシシラン、N−(1,3-ジメチルブチリデン)−3−(トリア
ルコキシシリル)−1−プロパンアミン、3−グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、3−クロロトリアルコキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリアルコキシシランなどが挙げられる。また、上記アルコキシシランにおいて、アルコキシ基(3つ)のうちの1つをメチルに置き換えられたジアルコキシメチルシランも、シランカップリング剤として用い得る。これらシランカップリング剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。また、これらシランカップリング剤は市販品であってもよい。
〔光学異方体〕
本発明は、本発明の重合性液晶組成物から形成される光学異方体にも関する。
光学異方体の一種である液晶フィルムは、たとえば、次の工程を経て得ることができる。
(1)重合性液晶組成物またはその溶液を流動性のある状態で支持基板上に直接塗布して、塗膜を形成する。
(2)該塗膜に光照射して重合性液晶組成物を重合させ、塗膜中の重合性液晶組成物が液晶状態で形成する配向を固定化する。
使用できる支持基板の材質としては、ガラスおよびプラスチックなどが挙げられる。プラスチックとしては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース、トリアセチルセルロースおよびその部分鹸化物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびシクロオレフィン系樹脂などが挙げられる。支持基板は、通常シート状またはフィルム状である。
シクロオレフィン系樹脂としてノルボルネン系樹脂、ジシクロペンタジエン系樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。これらの中で、不飽和結合を有さないか、又は不飽和結合が水素添加されたものが好適に用いられる。例えば、1種又は2種以上のノルボルネン系モノマーの開環(共)重合体の水素添加物、1種又は2種以上のノルボルネン系モノマーの付加(共)重合体、ノルボルネン系モノマーとオレフィン系モノマー(エチレン、α−オレフィン等)との付加共重合体、ノルボルネン系モノマーとシクロオレフィン系モノマー(シクロペンテン、シクロオクテン、5,6−ジヒドロジシクロペンタジエン等)との付加共重合体、及び、これらの変性物等が挙げられ、具体的には、ZEONEX、ZEONOR(共に登録商標、日本ゼオン(株)製)、ARTON(登録商標、JSR(株)製)、TOPAS(登録商標、ティコナ社製)、APEL(登録商標、三井化学(株)製)、エスシーナ(登録商標、積水化学工業(株)製)、OPTOREZ(登録商標、日立化成(株)製)が挙げられる。
支持基板として用い得るこれらのプラスチックからなるフィルム(プラスチックフィルム)は、一軸延伸フィルムであってよく、二軸延伸フィルムであってもよい。これらのフィルムは、例えば、コロナ処理やプラズマ処理などの親水化処理、あるいは疎水化処理などの表面処理を施したものであってもよい。親水化処理の方法は特に制限はないが、密着性の観点から、コロナ処理あるいはプラズマ処理が好ましく、プラズマ処理がより好ましい。プラズマ処理は、特開2002−226616号公報、特開2002−121648号公報などに記載されている方法を用いてもよい。また、液晶フィルムとプラスチックフィルムとの密着性を改良するためにアンカーコート層を形成させてもよい。このようなアンカーコート層は液晶フィルムとプラスチックフィルムの密着性を高めるものであれば、無機系材料、有機系材料のいずれであっても何ら問題はない。また、プラスチックフィルムは積層フィルムであってもよい。プラスチックフィルムに代えて、表面にスリット状の溝をつけたアルミニウム、鉄、銅などの金属基板や、表面をスリット状にエッチング加工したアルカリガラス、ホウ珪酸ガラス、フリントガラスなどのガラス基板などを用いることもできる。
これらのガラス基板、プラスチックフィルム等の支持基板には、重合性液晶組成物の塗膜形成に先立って、ホモジニアス配向およびハイブリッド配向の液晶フィルムを形成する場合には、ラビング等による物理的、機械的な表面処理を行うことがある。ホメオトロピック配向の液晶フィルムを形成する場合はラビング等の表面処理を行わない場合が多いが、配向欠陥等を防止する点でラビング処理を行ってもよい。ラビング処理には任意の方法が採用できるが、通常はレーヨン、綿、ポリアミドなどの素材からなるラビング布を金属ロールなどに捲き付け、支持基板または重合体被膜に接した状態でロールを回転させなが
ら移動させる方法、ロールを固定したまま支持基板側を移動させる方法などが採用される。ラビング処理は支持基板に直接施されていてもよく、または支持基板上に予め一般に配向膜と呼ばれるポリイミドなどの重合体被膜を設け、その重合体被膜にラビング処理を施してもよい。ラビング処理の方法は前述のとおりである。支持基板の種類によっては、その表面に酸化ケイ素を傾斜蒸着して配向能を付与することもできる。
本発明の重合性液晶組成物を用いた場合は、上記のような支持基板上の表面処理の有無や配向膜の使用の有無にかかわらずホメオトロピック配向が得られる。
重合性液晶組成物またはその溶液を塗布する際、均一な膜厚を得るための塗布方法の例は、スピンコート法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、メニスカスコート法およびダイコート法である。特に、塗布時に重合性液晶組成物にせん断応力がかかるワイヤーバーコート法等を、ラビング等による基板の表面処理を行わないで重合性液晶組成物の配向を制御する場合に用いてもよい。
本発明の重合性液晶組成物の溶液を塗布するときに、塗布後に支持基板上に膜厚の均一な重合性液晶層、即ち重合性液晶組成物の層を形成させるために、熱処理を行ってもよい。熱処理は、ホットプレートや、乾燥炉、温風や熱風の吹き付けなどを利用することができる。
塗膜を熱処理する際の温度および時間、光照射に用いられる光の波長、光源から照射する光の量などは、重合性液晶組成物に用いる化合物の種類と組成比、光重合開始剤の添加の有無やその添加量などによって、好ましい範囲が異なる。従って、以下に説明する塗膜の熱処理の温度および時間、光照射に用いられる光の波長、および光源から照射する光の量についての条件は、あくまでもおよその範囲を示すものである。
塗膜の熱処理は、重合性液晶の均一配向性が得られる条件で行うことが好ましい。重合性液晶組成物の液晶相転移点以上で行ってもよい。熱処理方法の一例は、前記重合性液晶組成物がネマチック液晶相を示す温度まで塗膜を加温して、塗膜中の重合性液晶組成物にネマチック配向を形成させる方法である。重合性液晶組成物がネマチック液晶相を示す温度範囲内で、塗膜の温度を変化させることによってネマチック配向を形成させてもよい。この方法は、上記温度範囲の高温域まで塗膜を加温することによって塗膜中にネマチック配向を概ね完成させ、次いで温度を下げることによってさらに秩序だった配向にする方法である。上記のどちらの熱処理方法を採用する場合でも、熱処理温度は室温〜150℃である。均一配向性の観点から、この温度の好ましい範囲は室温〜120℃であり、より好ましい範囲は室温〜100℃である。熱処理時間は5秒〜2時間である。この時間の好ましい範囲は10秒〜40分であり、より好ましい範囲は20秒〜20分である。重合性液晶組成物からなる層の温度を所定の温度まで上昇させるため、熱処理時間を5秒以上にすることが好ましい。生産性を低下させないため、熱処理時間を2時間以内にすることが好ましい。このようにして重合性液晶層が得られる。
光照射により重合させることによって、重合性液晶化合物の配向状態を固定化することもできる。光照射に用いられる光の波長は特に限定されない。電子線、紫外線、可視光線、赤外線(熱線)などを利用することができる。重合性の観点から、波長の範囲は、150〜500nmが好ましく、250〜450nmがより好ましく、300〜400nmがさらに好ましい。光源の例は、低圧水銀ランプ(殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト)、高圧放電ランプ(高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ)、ショートアーク放電ランプ(超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)である。光源の好ましい例は、メタルハライドランプやキセノンランプ、超高圧水銀ランプおよび高圧水銀ランプである。光源と重合性液晶層との間にフィルターなどを設置して特定の波長
領域のみを通すことにより、照射光源の波長領域を選択してもよい。光源から照射する光量は、塗膜面到達時で2〜5000mJ/cm2である。重合性の観点から、光量の好ま
しい範囲は10〜3000mJ/cm2であり、より好ましい範囲は100〜2000m
J/cm2である。光照射時の好ましい温度は、上記の熱処理方法で記載した範囲と同じ
である。また、重合環境の雰囲気は窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気、空気雰囲気のいずれでも可能である。窒素雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気が硬化性を向上させる観点から好ましい。
光学異方体の厚さは、目的とする素子に応じたリタデーションや光学異方体の複屈折率(光学異方性の値)によって適当な厚さが異なる。
一般に、光学素子の設計上の都合と性能の観点から、0.05〜100μmが好ましい、0.1〜50μmがより好ましい、0.5〜20μmがさらに好ましい。
光学素子の設計上の都合と性能の観点から、光学異方体のヘイズ値は1.5%以下が好ましく、1.0%以下がより好ましい。光学素子の設計上の都合と性能の観点から、可視光領域の透過率は80%以上が好ましく、90%以上がより好ましい。
本発明の重合性液晶組成物を用いて得られる光学異方体は、上記で示される低いヘイズ値を有することが期待できる。
光学異方体は、偏光板などと一体化した光学素子としても使用することができ、この場合は液晶セルの外側に配置させられる。一方、光学補償素子としての光学異方体は、セルに充填された液晶への不純物の溶出がないかまたは少ないので、液晶セルの内部に配置させることも可能である。例えば、特開2008−019434号公報に開示されている方法を応用すれば、カラーフィルター上に本発明の重合性液晶層を形成することでカラーフィルターの機能を更に向上させることが可能となる。また光学異方体が適用できる光学素子に用いられる偏光板の種類には、特に制限はなく、広く実用されているヨウ素をドープした吸収型の偏光板はもとより、ワイヤーグリッド偏光板等の反射型偏光板の光学補償にも好適に用いることが出来る。
本実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。
「ガラス基板」とは、Corning社製のEagle XGを指す。
「ポリイミド基板」とは、ガラス基板上にJNC(株)製のリクソンアライナー(商標)PIA−5370を塗布し、80℃で3分間乾燥し、230℃で30分焼成し得られたポリイミド膜を指す。
「TAC基板」とは、TACPHAN(商標)である、厚みが80μmのトリアセチルセルロースフィルムを指す。
「COP基板」とは、ZEONOR(商標)フィルム/ZEONOR(商標)1600Rに、表面の親水化処理を行った物を指す。ZEONOR(商標)フィルム/ZEONOR(商
標)1600Rは、日本ゼオン(株)製のシクロオレフィン系ポリマーフィルムである。
該親水化処理は、常圧プラズマ表面処理装置(AP−T02−L)で行った。親水化処理は、本明細書の別記の方法を除いて特開2002−226616号公報記載の方法でおこなった。25℃におけるCOP基板と純水との接触角は30°であった。該接触角の計測は、協和界面化学株式会社製の接触角計CA−Aで計測した。
〔配向性の確認〕
配向性の確認は以下の手順で行った。
(1)光学異方体付き基板を、クロスニコルに配置した2枚の偏光板内に挟持させた。
(2)該基板を、正面の方向から観察し、光り抜けの有無を確認した。光り抜けが目視で観察されないとき、該光学異方体の配向性は、「良好」と判断した。光り抜けが目視で
観察されるとき、該光学異方体の配向性は、「不良」と判断した。
(3)(イ)正面から観察したとき光り抜けを除いて暗視野となり、かつ(ロ)上、下、左及び右から観察したときいずれも明視野となったときは、該光学異方体は、「ホメオトロピック配向」と判断した。
〔偏光解析装置による測定〕
シンテック(株)製のOPTIPRO偏光解析装置で、リタデーションを計測した。光学異方体付き基板に対して、波長550nmの偏光を照射した。
偏光の照射角は、5度刻みで計測した。該偏光の照射角は、フィルム面の法線方向を0度としたとき、−50度から0度までおよび0度から50度までである。リタデーションは、Δn×dの関係がある。なお、Δnは光学異方性であり、dは光学異方体内を通過する測定光の光路長である。
〔耐熱性の評価〕
耐熱性の評価は以下の手順で行った。
(1)光学異方体付き基板のリタデーションを、入射角+40度の測定光で計測し、Re1とした。
(2)該基板を200℃のオーブン内で30分間焼成した。
(3)焼成後の該基板光学異方体付き基板のリタデーションを、入射角+40度の測定光で計測し、Re2とした。
(4)Re2/Re1の値が0.9以上の場合は該光学異方体の耐熱性が「良好」とし、0.9未満の場合は該光学異方体の耐熱性が「不良」とした。
〔膜厚測定〕
該光学異方体の膜厚は、微細形状測定装置で測定した。
該微細形状測定装置は、KLA TENCOR(株)のアルファステップIQである。
ガラス基板上の光学異方体の厚みは、光学異方体付きのガラス基板から、ガラス部分を削って、光学異方体を抜き出して測定した。
〔耐溶剤性の評価〕
光学異方体付き基板の耐溶剤性の評価は以下の手順で行った。
(1)光学異方体付き基板を200℃のオーブンにて30分焼成し、
(2)続いて、該基板を重合性液晶化合物の硬化膜の厚みを測定し、「浸漬前膜厚」とし、
(3)続いて、該基板をNMP(N−メチル−2−ピロリドン)とBC(エチレングリコールモノブチルエーテル)の等量混合液に50℃で5分間浸漬し、
(4)続いて、該基板を重合性液晶化合物の硬化膜の厚みを測定し、「浸漬後膜厚」とした。
漬後膜厚/浸漬前膜厚が0.9以上の場合を耐溶剤性が「良好」とし、0.9未満の場合を耐溶剤性が「不良」とした。
Figure 0006733328
Figure 0006733328
化合物(M−1−1−1)および化合物(M−1−1−2)はMakromol. Chem., 190, 3201-3215 (1998) に記載の方法に従って合成した。
化合物(M−1−7−1)はWO97/00600号パンフレットに記載の方法と同様にして合成した。
化合物(M−1−22−1)および化合物(M−1−22−2)は特開2003−238491号公報に記載の方法で合成した。
化合物(M−2−11−1)は特開2008−100982号公報に記載の方法で合成した。
化合物(A−3−1)はオグソールEA−0200(n1+n2=2)、化合物(A−6−1)はONF−1を用いた。また、ジエポキシアクリレート部位を有するものとしてGA−1000(以下、化合物(GA−1000)と表記する)を用いた。これらの化合
物は、大阪ガスケミカル製を用いた。
化合物(A−2−1)は、常州強力先端電子株式会社製を用いた。
化合物(M−3−1)は、Macromolecules, 26, 6132-6134(1993) に記載の方法と同様にして合成した。化合物(M−3−2)は、Makromol.Chem. 183, 2311-2321 (1982)に記載の方法で合成した。
〔組成物1の調製〕
化合物(GA−1000)を10重量部、化合物(M−1−1−1)を45重量部、化合物(M−1−22−1)を45重量部、イルガキュアー(商標)907を5重量部、BYK−333を0.25重量部、Irganox1076を0.1重量部それぞれ秤量し、シクロペンタノンの400重量部と混合し、40℃で1時間加熱した。その後、該混合物を孔径が0.1μmのメンブランフィルターでろ過して組成物1と名づけた。
〔組成物2〜13の調製〕
表1に記載の重量比で混合し、組成物1の調製方法と同様のプロセスを経て、組成物2〜13を得た。乾燥温度を除く表1中の数値は、これらの組成物の材料の重量比である。
〔実施例1〕
光学異方体を以下の手順で作成した。
(1)組成物1を、1000rpm、15秒でガラス基板上にスピンコートし、
(2)80℃で3分乾燥し、
(3)25℃、50%rhで3分放置し、実施例1とした。
(4)25℃、50%rhでの超高圧水銀灯で、90mW/cm2の365nmのUV
光を5.6秒照射した。
該超高圧水銀灯は、ウシオ電機社製の消費電力500Wのものを使用した。
該光学異方体の膜厚は1.0μmであった。該光学異方体の配向性は良好であった。図1に偏光解析装置による測定結果を示した。
〔実施例2〜11、比較例1〜3〕
実施例2〜11、実施例18〜20、比較例1〜3及び比較例6を、実施例1と同様の手順で作成した。ただし、実施例1の作成手順中の(1)で使用した組成物1に代えて、表1に記載の重量比のものを用いた。また、実施例1の作成手順中の(2)の温度に代えて、表1に記載の乾燥温度(T/℃)を用いた。
表1に、それぞれの実施例および比較例の耐溶剤性、耐熱性および配向性を記載した。表1中の空欄は、当該箇所の確認を行わなかったことを示す。本発明で確認した該基板上
の光学異方体は、すべて、ホメオトロピック配向であった。
Figure 0006733328
実施例および比較例の結果から、本発明の重合性液晶組成物を用いて得られた光学異方体は、いずれも良好なホメオトロピック配向性を示し、さらに化学的強度に優れていることが確認できた。
支持基板へ配向膜を形成しなくても均一なホメオトロピック配向を形成できかつ耐熱性や耐溶剤性の優れた重合性液晶層を、本発明の重合性液晶組成物から作成することができる。該重合性液晶組成物から液晶フィルムを作成できる。該液晶フィルムは、光学補償素子をはじめとする光学素子の材料となる。

Claims (14)

  1. 多官能性の重合性液晶化合物及びカルド型フルオレンモノマーを含んでおり、
    前記多官能性の重合性液晶化合物が、下記式(M−1)及び(M−2)で表されるいずれか1種以上の化合物であり、
    前記カルド型フルオレンモノマーが、下記式(A−1)〜(A−6)で表されるいずれか1種以上の化合物であり、
    前記カルド型フルオレンモノマーの含有量が0.01重量%から15重量%であり、
    単官能性の重合性液晶化合物の含有量が多官能性の重合性液晶化合物全量に対して5.0重量%未満である重合性液晶組成物。
    Figure 0006733328

    (式(A−1)において、
    1a およびL 1b は独立して炭素数1〜4のアルキルであり、
    1a およびR 1b は独立して炭素数2〜4のアルキレンであり、
    31 は独立して水素またはメチルであり、
    k1およびk2は独立して0〜4の整数であり、
    m31およびn31は独立して0〜6の整数であり、
    式(A−2)において、
    32 は独立して水素またはメチルであり、
    m32およびn32は独立して1〜3の整数であり、
    2a およびL 2b は独立して炭素数1〜6のアルキル、フェニル、またはフッ素であり、
    j1およびj2は独立して0〜4の整数であり、
    式(A−3)において、
    33 は独立して水素またはメチルであり、
    3a およびR 3b は独立して水素、メチルまたはエチルであり、
    m33およびn33は独立して0〜3の整数であり、
    式(A−4)において、
    34 は水素またはメチルであり、
    4a およびR 4b は独立して水素、または炭素数1〜6のアルキルであり、
    m34およびn34は独立して0〜10の整数であり、
    式(A−5)において、
    35 は独立して水素またはメチルであり、
    式(A−6)において、
    36 は独立して水素またはメチルであり、
    5a およびR 5b は独立して水素または炭素数1〜6のアルキルであり、
    2a およびL 2b は独立して炭素数1〜6のアルキル、フェニル、またはフッ素であり、
    j1およびj2は独立して0〜4の整数であり、
    m35およびn35は独立して1〜3の整数であり、
    m36およびn36は独立して1〜3の整数である。)
    Figure 0006733328

    (式(M−1)および(M−2)中、
    M は独立して1,4−フェニレン、1,4−シクロへキシレン、1,4−シクロへキ
    セニレン、ピリジン−2,5−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイルまたはフルオレン−2,7−ジイルから選ばれるいずれかの二価基であり、
    該二価基において、少なくとも一つの水素はフッ素、塩素、シアノ、ヒドロキシ、ホルミル、トリフルオロアセチル、ジフルオロメチル、トリフルオロメチル、炭素数1〜5のアルキル、炭素数1〜5のアルコキシ、炭素数1〜5のアルコキシカルボニルまたは炭素数1〜5のアルカノイルで置き換えられてもよく、
    M は独立して単結合、−OCH 2 −、−CH 2 O−、−COO−、−OCO−、−CO
    S−、−SCO−、−OCOO−、−CONH−、−NHCO−、−CF 2 O−、−OC
    2 −、−CH 2 CH 2 −、−CF 2 CF 2 −、−CH=CHCOO−、−OCOCH=CH
    −、−CH 2 CH 2 COO−、−OCOCH 2 CH 2 −、−CH=CH−、−N=CH−、−CH=N−、−N=CCH 3 −、−CCH 3 =N−、−N=N−または−C≡C−であり、
    qは1〜4の整数であり、
    cおよびdは独立して0〜3の整数でありかつ1≦c+d≦4であり、
    aは独立して0〜20の整数であり、
    M は独立して水素またはメチルであり、
    M は独立して単結合、−O−、−COO−、−OCO−または−OCOO−であり、
    Qは単結合、−O−、−COO−、−OCO−または−OCOO−である。)
  2. カルド型フルオレンモノマーが式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−5)及び(A−6)で表されるいずれか1種以上の化合物である、請求項に記載の重合性液晶組成物。
  3. 多官能性の重合性液晶化合物の重合性官能基が、(メタ)アクリロキシ基である請求項1又は2に記載の重合性液晶組成物。
  4. 重合性液晶組成物中の多官能性の重合性液晶化合物の含有量が、重合性液晶組成物全量に対して3重量%から60重量%である、請求項1〜のいずれか一項に記載の重合性液晶組成物。
  5. 請求項1〜のいずれか一項に記載の重合性液晶組成物を、支持基板上に直接塗布した重合性液晶層。
  6. 支持基板がガラス基板である、請求項に記載の重合性液晶層。
  7. 支持基板がプラスチック薄膜で被覆されたガラス基板、またはプラスチックフィルムからなるプラスチック基板である、請求項に記載の重合性液晶層。
  8. 支持基板が、プラスチック薄膜で被覆され更にその表面がラビング処理、コロナ処理もしくはプラズマ処理されたガラス基板、またはその表面がラビング処理、コロナ処理もしくはプラズマ処理されたプラスチックフィルムからなるプラスチック基板である、請求項に記載の重合性液晶層。
  9. プラスチック薄膜およびプラスチックフィルムにおけるプラスチックが、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリケトンサルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、セルロース、トリアセチルセルロース、トリアセチルセルロースの部分鹸化物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシクロオレフィン系樹脂から選択されるいずれか1つである、請求項7又は8に記載の重合性液晶層。
  10. プラスチック薄膜およびプラスチックフィルムにおけるプラスチックがポリイミド、ポリビニルアルコール、トリアセチルセルロース、トリアセチルセルロースの部分鹸化物、アクリル樹脂、およびシクロオレフィン系樹脂から選択されるいずれか1つである、請求項7又は8に記載の重合性液晶層。
  11. 重合性液晶組成物の配向状態がホメオトロピック配向である、請求項5〜10のいずれか一項に記載の重合性液晶層。
  12. 請求項5〜11のいずれか一項に記載の重合性液晶組成物を重合させて得られる液晶フィルム。
  13. 請求項12に記載の液晶フィルムを有する光学補償素子。
  14. 請求項12に記載の液晶フィルムと偏光板とを有する光学素子。
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