JP7157810B2 - 安定性および反応性が改善されたイソシアネート組成物、並びにこれを用いた光学レンズ - Google Patents

安定性および反応性が改善されたイソシアネート組成物、並びにこれを用いた光学レンズ Download PDF

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Description

実現例は、安定性および反応性が改善されたイソシアネート組成物、並びにこれを用いた光学レンズに関するものである。
プラスチック光学材料は、ガラスのような無機材料からなる光学材料に比べて軽量でありながら、割れにくく染色性に優れているので、眼鏡レンズ、カメラレンズ等の光学材料として広く利用されている。最近では、高透明性、高屈折率、低比重、高耐熱性、高耐衝撃性などの光学材料の高性能化が求められている。
プラスチック光学材料のうちポリチオウレタンは、優れた光学特性および機械的物性を有し、光学材料として広く使用されている。ポリチオウレタンは、チオールとイソシアネートとを反応させて調製することができ、前記チオールおよび／またはイソシアネートの物性は、調製されるポリチオウレタンの物性に大きく影響を与え得る。一般に、ポリチオウレタンから製造されたレンズは、屈折率が高く軽量で、比較的耐衝撃性が高いので広く使用されているが、チオールおよびイソシアネートの重合反応時に気泡の発生や、反応性の低下、副反応の発生、重合速度制御が容易ではないという短所がある。
ポリチオウレタンの原料となるチオールおよび／またはイソシアネートは、種類、含有量などを調節する方法により光学特性を向上させようとする研究が続いており、例えば、チオールの水分含有量を調節して重合時の重合速度を制御することにより、レンズの透明性を向上させようとする試みがあった（特許文献１）。
この外、イソシアネートの種類や物性などを制御して重合反応を制御する方法も広く知られている。ポリチオウレタン重合時に使用されるイソシアネートは、一般に脂肪族または芳香族アミンをホスゲン（phosgene）と反応させて調製し得るが、例えば、キシレンジアミン、シクロヘキシルジメチルアミンなどをホスゲンと反応させて、キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）等が得られる（ホスゲン法）。または、ホスゲンの外に、アルキルカルボン酸またはハロアルキルカルボニル基を有する化合物と反応させて得ることもできる（非ホスゲン（non-phosgene）法）。
ホスゲン法により得られたイソシアネートは、通常の方法により蒸留して精製する。これは、反応直後に生成されたイソシアネートの不純物の除去のみならず、イソシアネートのＮＣＯ基の自己反応により生成された二量体（dimer）または三量体（trimer）に副反応が伴わないようにするためである。
例えば、キシリレンジイソシアネートは、硬化速度が速く、レンズ製造時の黄変の発生が少ないので、広く使用されている原料であるが、前術のようなＮＣＯ基の高い反応性により製品の製造時に均一な特性を実現するのが難しく、副反応に起因して長期間の保存時に本来の物性を失い易いという欠点がある。また、ＮＣＯ基の自己反応に起因する副反応が伴われるだけでなく、これによってＮＣＯ基の含有量も異なり得るので、反応性に影響を与え得る。その結果、固相の物質が析出されるか、または外部から流入された水分との反応により、このような現象がさらに加速化する問題がある。これを防止あるいは遅延させるために、様々な安定剤を使用したりもするが、これは黄変を誘発したり、反応性に影響を与えたりして、ポリウレタンの調製時、さらに別の問題を発生させたりもする。また、キシリレンジイソシアネートの場合、他種のイソシアネートとは異なり、添加剤の種類および含有量による副作用がはるかに大きく表れるため、好適な配合を見出すのに難しさがあり、このような欠点を補う安定性の高いイソシアネートに対する要求が大きくなっている。
韓国公開特許公報第２０１２－００７６３２９号公報
キシリレンジイソシアネートを用いて光学材料を調製する際、高い反応性のため、様々な種類の副反応が誘発されることがあり、これは固相物質を発生させ、光学特性に致命的な影響を与え得る。これを解決するために、キシリレンジイソシアネート内の反応性に影響を与え得る不純物を極微量に減らそうとする試みはあるが、不純物の含有量を最大に下げることは、商業的に非常に難しく、管理にもコストが多くかかる。そこで、本発明者らが研究した結果、水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）組成物が一定量の塩素を含有すると、安定性が改善され、反応性の低下を防止できることを見出した。
したがって、実現例により、塩素含有量を特定の範囲に調節して、安定性および反応性が改善されたイソシアネート組成物、並びにその調製方法を提供することとする。
また、実現例により、前記イソシアネート組成物を用いた重合性組成物、光学材料、およびプラスチック光学レンズの製造方法を提供することとする。
一実現例によると、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、全体の組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素の含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、全体の組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であるイソシアネート組成物を提供する。
他の実現例によると、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、全体の組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であり、前記組成物が、前記組成物と接触する部位が塩素と反応性のない容器に密封され８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基含有量と、前記条件において６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基含有量との差が４重量％以下である、イソシアネート組成物を提供する。
また他の実現例によると、（１）ジメチルシクロヘキシルアミンからイソシアネート合成工程により水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含有する組成物を調製する段階と、（２）前記水添キシリレンジイソシアネートを含有する組成物に含まれている塩素の含有量を２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍになるように調節する段階とを含み、前記Ｈ６ＸＤＩ含有組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基含有量と、前記条件において６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基含有量との差が４重量％以下である、イソシアネート組成物の調製方法を提供する。
また他の実現例によると、イソシアネート組成物およびチオール系化合物を含み、前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、前記イソシアネート組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％である、重合性組成物を提供する。
また他の実現例によると、イソシアネート組成物およびチオール系化合物を含む重合性組成物が硬化して形成されたポリチオウレタンを含み、前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、前記イソシアネート組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％である、光学レンズを提供する。
また他の実現例によると、（Ａ）イソシアネート組成物を提供する段階と、（Ｂ）チオール系化合物を提供する段階と、（Ｃ）前記イソシアネート組成物と前記チオール系化合物とを含む重合性組成物を提供する段階と、（Ｄ）前記重合性組成物を硬化させる段階とを含み、前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、前記イソシアネート組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％である、光学レンズの製造方法を提供する。
実現例によるイソシアネート組成物は、一定量の塩素を含有して安定性が向上されたので、長期間の保管時にも反応性の低下を防止することができる。
したがって、実施例によるイソシアネート組成物は、調製後に長期間保管された後で使用されても、チオールと重合して屈折率、アッベ数、透明度、ガラス転移温度、黄色度などの物性に優れたポリチオウレタン系光学材料として調製され得るので、眼鏡レンズ、カメラレンズ等の分野において有用である。
以下、実現例により本発明を詳細に説明する。実現例は、以下に開示した内容に限定されるものではなく、発明の要旨が変更されない限り、様々な形態に変形され得る。
本明細書において「含む」ということは、特別な記載がない限り、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、本明細書に記載された構成成分の量、反応条件などを表すすべての数字および表現は、特別な記載がない限り、すべての場合に「約」という用語で修飾されるものと理解するべきである。
一実現例は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、全体の組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素の含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、全体の組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であるイソシアネート組成物を提供する。
具体的に、前記塩素系保存安定剤は、前記Ｈ６ＸＤＩの反応性をより安定化させ、Ｈ６ＸＤＩの保存安定性を向上させることができる。
前記塩素系保存安定剤は、塩素イオンであってもよく、または下記化学式１または２で表される化合物であり得る。
［化１］

Figure 0007157810000001
［化２］

Figure 0007157810000002
前記式において、ｎは１～３の整数であり、Ｒ１はハロゲン、ヒドロキシ、またはアミノで置換または非置換されたＣ６－１０アリールであり、Ｒ２はＣ１－１０アルキレンであり、Ｒ３はハロゲン、ヒドロキシ、またはアミノで置換または非置換されたＣ６－１０アリール、もしくはハロゲン、ヒドロキシ、またはアミノで置換または非置換されたＣ１－１０アルキルである。
具体的に、前記塩素系保存安定剤は、ベンゾトリクロリド（下記化学式３）、ベンジルクロリド（下記化学式４）、ベンゾイルクロリド（下記化学式５）、およびＣ１－１０アルカノイルクロリド（下記化学式６）からなる群より選択される１種以上の塩素系保存安定剤を含み得る。
［化３］

Figure 0007157810000003
［化４］

Figure 0007157810000004
［化５］

Figure 0007157810000005
［化６］

Figure 0007157810000006
この際、前記化学式６においてＲ４はＣ１－１０アルキルである。
前記イソシアネート組成物は、前記組成物内に含まれる塩素含有量を適切なレベルに調節することが重要である。
具体的に、前記イソシアネート組成物に含まれる塩素の含有量、すなわち、前記塩素系保存安定剤に由来する塩素の含有量は、約２２ｐｐｍ～６００ｐｐｍ、約２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍ、約２４ｐｐｍ～５００ｐｐｍ、約３０ｐｐｍ～５００ｐｐｍ、または約５０ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり得る。前記イソシアネート組成物内の塩素含有量が前記範囲を有するとき、長期保存安定性および光学特性の面からより優れる。より具体的に、前記イソシアネート組成物内の塩素含有量が前記範囲未満であると、Ｈ６ＸＤＩの高い反応性を効果的に抑制できず、組成物内のＮＣＯ間の自己反応などの副反応が起こり、長期間保存する際に白濁や沈殿物が発生することがあり、前記範囲を超えると、過量の塩素または塩素系化合物に起因する黄変が発生し得る。
前記塩素含有量は、前記イソシアネート組成物内に含有された塩素成分、すなわち、塩素保存安定剤に由来する塩素イオンおよび塩素系化合物に含まれている塩素成分の合計含有量を意味するものであり、燃焼イオンクロマトグラフィーなどの方法により測定され得る。
前記イソシアネート組成物は、前記組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％、または４３重量％～４５重量％であり得る。前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量の範囲は、組成物内でＮＣＯ間の自己反応が起きていない状態における理論的ＮＣＯ含有量に近いものであり、前記範囲内のときに、一実現例に係るイソシアネート組成物の物性が低下しないであろう。
前記ＮＣＯ基の含有量（ＮＣＯ％）は、組成物内に含まれている自由ＮＣＯ（反応性ＮＣＯ）基の重量を百分率に換算した値であり、塩酸を用いた逆滴定などの方法により測定され得る。
このように塩素含有量が調節された前記イソシアネート組成物は、保存安定性が非常に優れている。
例えば、前記イソシアネート組成物は、８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１重量％以下、０．５重量％以下、または０．３重量％以下であり得る。
また、前記イソシアネート組成物は、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、８０℃の温度で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が５重量％以下であり、好ましくは４重量％以下、３重量％以下、２重量％以下、または１重量％以下であり得る。
さらに、前記イソシアネート組成物は、塩素と反応性のない保管容器に保管することにより、組成物の長期保存安定性をより向上させ得る。具体的に、前記イソシアネート組成物は、前記組成物と接触する部位が塩素と反応性のない容器に密封され、８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、前記条件で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が４重量％以下であり、好ましくは、３重量％以下、２質量％以下、または１重量％以下であり得る。
この際、前記保管容器は、塩素と反応性のないエポキシ系、ポリエチレン系、フッ素系（テフロンなど）、シリコーン系、フェノール系、アルキド系、ポリエステル系、アクリル系、アミノ系、ビニル系コーティング剤などのポリマーコーティング剤；またはモリブデン系、リン酸系、亜鉛系コーティング剤などの無機金属系などが１種以上コーティングされた容器であり得る。
したがって、一実現例は、塩素系保存安定剤およびＨ６ＸＤＩを含み、全体の組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であり、前記組成物が、前記組成物と接触する部位が塩素と反応性のない容器に密封され８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、前記条件で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基含有量との差が４重量％以下であるイソシアネート組成物を提供する。
前記イソシアネート組成物内のＨ６ＸＤＩの含有量は、９０重量％以上、９５重量％以上、９９重量％以上、９０重量％以上１００重量％未満、９５重量％以上１００重量％未満、または９９重量％以上１００重量％未満であり得る。
さらに、一実現例は、（１）ジメチルシクロヘキシルアミンからイソシアネート合成工程により水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含有する組成物を調製する段階と、（２）前記Ｈ６ＸＤＩを含有する組成物に含まれている塩素の含有量を２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍになるように調節する段階とを含み、前記組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、前記条件で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が４重量％以下である、イソシアネート組成物の調製方法を提供する。
具体的に、前記調製方法によると、前記段階（１）においては、ジメチルシクロヘキシルアミン、具体的に（３－（アミノメチル）シクロヘキシル）メタンアミンをイソシアネート合成工程（ホスゲン法または非ホスゲン法）によりＨ６ＸＤＩを含有する組成物を得ることができる。
例えば、具体的に（３－（アミノメチル）シクロヘキシル）メタンアミンを、ホスゲン、ハロＣ１－１０アルキルクロロホルメート、またはハロジＣ１－１０アルキルカーボネートと反応させて、Ｈ６ＸＤＩを含有する組成物を得ることができる。
ホスゲン法の一例によると、下記反応式１に示すように、（３－（アミノメチル）シクロヘキシル）メタンアミンをエステル系溶媒中で、３０℃以下の温度で塩酸と反応させてアミン塩酸塩を得た後、これを１２０℃～１７０℃の温度にてホスゲンと反応させてＨ６ＸＤＩを合成することができる。
［反応式１］

Figure 0007157810000007
非ホスゲン法の一例によると、下記反応式２に示すように、（３－（アミノメチル）シクロヘキシル）メタンアミンを、ハロＣ１－１０アルキルクロロホルメートまたはハロジＣ１－１０アルキルカーボネートと反応させてビスカルバメートを調製し、触媒および１３０℃～２５０℃の高温条件下の溶媒中で熱分解してＨ６ＸＤＩを合成することができる。
［反応式２］

Figure 0007157810000008
前記反応式２において、ＲはハロＣ１－１０アルキルである。
ここで、前記ハロはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、またはＩであり得る。
以上の方法により、Ｈ６ＸＤＩを含有する組成物が調製され、この際、前記ホスゲン法によっては、水素化が可能な塩素イオンがともに生成され、前記非ホスゲン法によっては、水素化が可能な塩素イオンが生成されないため、組成物内の塩素含有量を人為的に調節する必要がある。
前記段階（２）においては、前の段階で得るＨ６ＸＤＩを含有する組成物に塩素系保存安定剤を添加して、組成物内に含まれている塩素の含有量を２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍになるように調節することにより、組成物の保存安定性を高めることができる。
例えば、前記段階（２）は、前記段階（１）で得られた組成物に、ベンゾトリクロリド、ベンジルクロリド、ベンゾイルクロリド、およびＣ１－１０アルカノイルクロリドからなる群より選択される１種以上、または塩素イオンを含む塩素系保存安定剤を添加して、塩素の含有量を調節することができる。前記組成物に前述のような塩素系保存安定剤を添加して、２０℃～５０℃の間で撹拌して混合することにより行うことができる。この際、前記塩素系保存安定剤は、前記で例示した種類の化合物を、必要量をもって適宜使用し得る。
または、前記段階（２）は、前記段階（１）で得られた組成物に塩素系保存安定剤として塩素を添加して塩素の含有量を調節することができる。塩素を使用する場合、前記工程は、前記組成物を常温で撹拌しながら塩素ガスを注入して溶解した後、減圧下で非溶解状態の塩素ガスを除去することにより行うことができる。
前記段階（２）を行う際、前記塩素系保存安定剤が過剰に存在／投入された場合には、これを除去する工程がさらに行われ得る。すなわち、前記段階（２）の以降、前記組成物内に存在する過量の塩素イオンまたは塩素系化合物を除去するために加熱蒸留して、組成物内の塩素含有量を２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍに調節する段階をさらに含み得る。また、各塩素の添加／除去工程後に組成物内の塩素含有量を測定して、塩素含有量を２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍに調節することができる。この際、必要に応じて、前記工程をさらに追加して行うこともできる。
前述のようなイソシアネート組成物は、塩素と反応しない容器に保管して保存することができる。
具体的に、一実現例は、塩素系保存安定剤およびＨ６ＸＤＩを含み、全体の組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であるイソシアネート組成物および前記イソシアネート組成物を収容する容器を含むイソシアネート組成物の貯蔵体を提供し得る。この際、前記イソシアネート組成物と接触する容器の部位は、塩素と反応性がない。
イソシアネート組成物内の塩素成分が金属等の反応性物質と接触する場合、時間の経過によりイソシアネート組成物内に金属イオン等の不純物の濃度が高くなって変質のおそれがあり、さらには、レンズ製造時の反応性および光学特性に致命的な影響を与え得る。したがって、実現例による貯蔵体は、塩素と反応性のない接触部を有する容器を用いて、容器の腐食による金属イオン等の溶出を防止することができる。
例えば、前記容器において、前記イソシアネート組成物と接触する部位は、非金属からなり得る。具体的に、前記容器において前記組成物と接触する部位は、塩素と反応性のないエポキシ系、ポリエチレン系、フッ素系（テフロン等）、シリコーン系、フェノール系、アルキド系、ポリエステル系、アクリル系、アミノ系、ビニル系コーティング剤などのポリマーコーティング剤；またはモリブデン系、リン酸系、亜鉛系コーティング剤などの無機金属系などが１種以上コーティングされたものであり得る。
このような前記貯蔵体は、容器と組成物との間で反応を起こさないので、長期間保管しても、容器から組成物に溶出される物質がほとんどない。
一例として、前記イソシアネート組成物は、前記容器に密封され８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、前記条件で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が４重量％以下であり、前記容器から溶出された物質の総含有量が０．８ｐｐｍ以下、０．６ｐｐｍ以下、または０．４ｐｐｍ以下であり得る（試験例１および２を参照）。
別の例として、前記イソシアネート組成物は、前記容器に密封され８０℃の温度で１ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、前記条件で１ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が４重量％以下であり、前記容器から溶出された物質の総含有量が０．８ｐｐｍ以下、０．６ｐｐｍ以下、または０．４ｐｐｍ以下であり得る。
また、一実現例は、イソシアネート組成物およびチオール系化合物を含み、前記イソシアネート組成物は塩素系保存安定剤およびＨ６ＸＤＩを含み、前記イソシアネート組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％である重合性組成物を提供する。
前記重合性組成物は、前記イソシアネート組成物およびチオール系化合物を混合した状態、または分離された状態で含み得る。すなわち、前記重合性組成物内で、前記イソシアネート組成物およびチオール系化合物は、互いに接触して混合された状態であるか、または分離されて互いに接触していない状態であり得る。
前記重合性組成物内のＳＨ基／ＮＣＯ基のモル比は、０．５～３．０、または０．８～１．３であり得る。
前記チオール系化合物は、チオールオリゴマーまたはポリチオールであり得、１種または２種以上を混合して使用し得る。
前記チオール系化合物の具体例としては、３，３'－チオビス［２－[（２－メルカプトエチル）チオ］－１－プロパンチオール]、ビス［２－（２－メルカプトエチルチオ）－３－メルカプトプロピル］スルフィド、４－メルカプトメチル－１，８－ジメルカプト－３，６－ジチアオクタン、２，３－ビス（２－メルカプトエチルチオ）プロパン－１－チオール、２，２－ビス（メルカプトメチル）－１，３－プロパンジチオール、ビス（２－メルカプトエチル）スルフィド、テトラキス（メルカプトメチル）メタン、２－（２－メルカプトエチルチオ）プロパン－１，３－ジチオール、２－［２，３－ビス（２－メルカプトエチルチオ）プロピルチオ］エタンチオール、ビス（２，３－ジメルカプトプロパニル）スルフィド、ビス（２，３－ジメルカプトプロパニル）ジスルフィド、１，２－ビス［（２－メルカプトエチル）チオ］－３－メルカプトプロパン、１，２－ビス［２－（２－メルカプトエチルチオ）－３－メルカプトプロピルチオ］エタン、２－（２－メルカプトエチルチオ）－３－２－メルカプト－３－［３－メルカプト－２－（２－メルカプトエチルチオ）－プロピルチオ］プロピルチオ－プロパン－１－チオール、２，２－ビス－（３－メルカプト－プロピオニルオキシメチル）－ブチルエステル、２－（２－メルカプトエチルチオ）－３－（２－｛２－［３－メルカプト－２－（２－メルカプトエチルチオ）－プロピルチオ］エチルチオ｝エチルチオ）プロパン－１－チオール、（４Ｒ、１１Ｓ）－４，１１－ビス（メルカプトメチル）－３，６，９，１２－テトラチアテトラデカン－１，１４－ジチオール、（Ｓ）－３－［（Ｒ－２，３－ジメルカプトプロピル）チオ］プロパン－１，２－ジチオール、（４Ｒ、１４Ｒ）－４，１４－ビス（メルカプトメチル）－３，６，９，１２，１５－ペンタチアヘプタン－１，１７－ジチオール、（Ｓ）－３－（｛Ｒ－３－メルカプト－２－［（２－メルカプトエチル）チオ］プロピルチオ｝プロピルチオ）－２－［（２－メルカプトエチル）チオ］プロパン－１－チオール、３，３'－ジチオビス（プロパン－１，２－ジチオール）、（７Ｒ、１１Ｓ）－７，１１－ビス（メルカプトメチル）－３，６，９，１２，１５－ペンタチアヘプタデカン－１，１７－ジチオール、（７Ｒ、１２Ｓ）－７，１２－ビス（メルカプトメチル）－３，６，９，１０，１３，１６－ヘキサチアオクタデカン－１，１８－ジチオール、５，７－ジメルカプトメチル－１，１１－ジメルカプト－３，６，９－トリチアウンデカン、４，７－ジメルカプトメチル－１，１１－ジメルカプト－３，６，９－トリチアウンデカン、４，８－ジメルカプトメチル－１，１１－ジメルカプト－３，６，９－トリチアウンデカン、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）、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（２－メルカプトアセテート）、ビスペンタエリスリトールエーテルヘキサキス（３－メルカプトプロピオネート）、１，１，３，３－テトラキス（メルカプトメチルチオ）プロパン、１，１，２，２－テトラキス（メルカプトメチルチオ）エタン、４，６－ビス（メルカプトメチルチオ）－１，３－ジチアン、ペンタエリスリトールテトラキス（２－メルカプトアセテート）、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）、２－［２，２－ビス（メルカプトジメチルチオ）エチル］－１，３－ジチアン等が挙げられる。
この外にも、前記重合性組成物は、必要に応じて、内部離型剤、紫外線吸収剤、重合開始剤、熱安定剤、色補正剤、鎖延長剤、架橋剤、光安定剤、酸化防止剤、充填剤などの添加剤をさらに含み得る。
前記内部離型剤としては、パーフルオロアルキル基、ヒドロキシアルキル基、またはリン酸エステル基を有するフッ素系非イオン界面活性剤、ジメチルポリシロキサン基、ヒドロキシアルキル基またはリン酸エステル基を有するシリコーン系非イオン界面活性剤；トリメチルセチルアンモニウム塩、トリメチルステアリルアンモニウム塩、ジメチルエチルセチルアンモニウム塩、トリエチルドデシルアンモニウム塩、トリオクチルメチルアンモニウム塩、ジエチルシクロヘキサドデシルアンモニウム塩のようなアルキル第４級アンモニウム塩；酸性リン酸エステルの中から選択された成分が１種または２種以上使用され得る。
前記紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、サリチレート系、シアノアクリレート系、オキサニリド系などが使用され得る。
前記重合開始剤としては、アミン系、リン系、有機スズ系、有機銅系、有機ガリウム、有機ジルコニウム、有機鉄系、有機亜鉛、有機アルミニウムなどが使用され得る。
前記熱安定剤としては、金属脂肪酸塩系、リン系、鉛系、有機スズ系などを１種または２種以上混合して使用可能である。
一実現例は、イソシアネート組成物およびチオール系化合物を含む重合性組成物が硬化して形成されたポリチオウレタンを含み、前記イソシアネート組成物は塩素系保存安定剤およびＨ６ＸＤＩを含み、前記イソシアネート組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％である、光学レンズを提供する。
前記光学レンズの原料となるポリチオウレタンは、前述のように、塩素含有量が調節されたイソシアネート組成物とチオール系化合物とが重合（および硬化）されて調製され得る。この際、前記重合反応においてＳＨ基／ＮＣＯ基のモル比は、０．５～３．０、または０．８～１．３であり得る。
また、前記重合反応時に反応速度を調節するために、ポリウレタンの調製に通常用いられる反応触媒が添加され得る。前記触媒は、重合開始剤および硬化触媒の役割を同時に果たせ得る。前記触媒はスズ系触媒を使用することができ、例えば、ジブチルスズジクロリド、ジブチルスズジラウレート、ジメチルスズジクロリドなどを使用され得る。
前記光学レンズは、より優れた光学特性を示す。
具体的に、前記光学レンズは、ガラス転移温度（Ｔｇ）に優れている。例えば、前記光学レンズは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が７５℃以上、８０℃以上、８５℃以上、または８８℃以上であり得る。具体的に、７５℃～１２０℃の範囲、８０℃～１２０℃の範囲、９５℃～１２０℃の範囲、８０℃～１００℃の範囲、８５℃～１００℃の範囲、または８５℃～９０℃の範囲であり得る。
さらに、前記光学レンズは無色透明で、屈折率とアッベ数などの光学特性に優れている。
前記光学レンズは、屈折率が１．５０～１．７５の範囲、１．５０～１．７０の範囲、１．５０～１．６５の範囲、または１．５５～１．６５の範囲であり得る。
前記光学レンズは、アッベ数が２０以上であり得、より具体的に３０以上であり得る。例えば、前記光学レンズは、アッベ数が２０～５０の範囲、２５～５０の範囲、３０～４５の範囲、３０～４３の範囲、３５～４３の範囲、３６～４３の範囲、３７～４３の範囲は、３６～４０の範囲、または３７～４０の範囲であり得る。
前記光学レンズは、光透過率、例えば、５５０ｎｍの波長における光透過率が８５．０％～９９．９％であり得、より限定すると、８７．０％～９９．０％、または８７．０％～９５．０％であり得る。
前記光学レンズは、黄色度（ＹＩ）が２５以下、または２０以下であり得る。具体的には、１～２５の範囲、１～２０の範囲、３～２０の範囲、または５～１５の範囲であり得る。
一例によると、前記光学レンズは、１～２０の黄色度（ＹＩ）および５５０ｎｍ波長において８５．０％～９９．９％の光透過率を有し得る。また、前記光学レンズは、３０～４５のアッベ数および７５～１２０℃のガラス転移温度を有し得る。
さらに、一実現例は、（Ａ）イソシアネート組成物を提供する段階と、（Ｂ）チオール系化合物を提供する段階と、（Ｃ）前記イソシアネート組成物と前記チオール系化合物とを含む重合性組成物を提供する段階と、（Ｄ）前記重合性組成物を硬化させる段階とを含み、前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤およびＨ６ＸＤＩを含み、前記イソシアネート組成物内に前記塩素系保存安定剤に由来する塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％である光学レンズの製造方法を提供する。
前記イソシアネート組成物は、（１）ジメチルシクロヘキシルアミンからイソシアネート合成工程によりＨ６ＸＤＩを含有する組成物を得る段階と、（２）前記段階（１）で得られたＨ６ＸＤＩ含有組成物に塩素系保存安定剤を添加して、Ｈ６ＸＤＩ含有組成物内に含まれている塩素の含有量を２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍに調節する段階とを行って得られる。
この際、前記各段階（１）および（２）は、先般Ｈ６ＸＤＩ組成物の調製方法の段階（１）および（２）において説明したような条件および手順どおりに行われ、必要に応じて前記で例示したように、加熱蒸留により過量の塩素を除去する工程が追加されることもある。
以降、前記Ｈ６ＸＤＩ含有組成物をチオール系化合物と混合し、金型にて加熱硬化させて光学レンズを製造することができる。そのために、まず、Ｈ６ＸＤＩ含有組成物をチオール系化合物と混合して重合性組成物を調製し、前記重合性組成物を減圧下で脱気（degassing）した後、光学レンズ成形用金型に注入する。このような脱気および金型の注入は、例えば、２０℃～４０℃の温度範囲で行われ得る。
金型に注入した後は、通常通り、低温から高温に徐々に加熱して重合を行う。前記重合反応時の温度は３０℃～１５０℃、または４０℃～１３０℃であり得る。また、反応速度を調節するために、ポリウレタンの調製に通常用いられる触媒を添加することができ、その具体的な種類は前記で例示したとおりである。
前記のような方法により得られたポリチオウレタン成形物を金型から分離して光学レンズを得ることができる。
前述のように、実現例によるイソシアネート組成物は、一定量の塩素を含有して安定性が向上されたので、長期間の保管時にも反応性の低下を防止することができる。したがって、実現例によるイソシアネート組成物は、調製後、長期間保管された後で使用されても、チオール系化合物と重合して屈折率、アッベ数、透明度、ガラス転移温度、黄色度などの物性に優れたポリチオウレタン系光学材料として調製され得るので、眼鏡レンズ、カメラレンズ等の分野において有用である。
（実施例）
前記内容を以下の実施例により、さらに詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明を例示するためのものであるのみ、実施例の範囲はこれらにのみ限定されるものではない。
（実施例１：イソシアネート組成物の調製）
（１）材料の準備
［３－（アミノメチル）シクロヘキシル］メタンアミン５重量部をo-ジクロロベンゼン７８重量部に溶解してアミン溶液を調製した。以降、ｏ－ジクロロベンゼン５２重量部にホスゲン４４重量部を溶解した溶液をブラインコンデンサにより１０℃に冷却して反応容器に入れ、これに前記調製したアミン溶液を５０℃以下の温度にて徐々に添加した。この際、アミン溶液の添加量は、アミン１モルに対してホスゲン５モルとなるようにした。その後、反応容器を密封して２時間反応溶液を撹拌した。１４０℃の温度および３ｋｇ／ｃｍ２の圧力条件で３時間さらに反応を行った後、反応で生成された塩酸ガスを放出した。反応が完了した後、過量のホスゲンを蒸留工程により除去した。生成物を減圧下における分別蒸留により精製してＨ６ＸＤＩ含有組成物を得た。
（２）塩素含有量の調節
前記で得られたＨ６ＸＤＩ含有組成物に、下記表１に示すような塩素系保存安定剤を添加して、塩素含有量が多様に調節されたイソシアネート組成物１～７を調製した。
具体的に、塩素イオンを添加する工程は、Ｈ６ＸＤＩ含有組成物を常温で撹拌しながら塩素ガスを注入して１時間溶解させ、その後、減圧下で約３０分間溶解されていない塩素ガスを除去することにより行われた。また、塩素系保存安定剤を添加する工程は、下記の表１に記載の各々の塩素系保存安定剤を添加して３５℃にて１時間ほど十分に撹拌させることにより行われた。
以降、組成物内の塩素の含有量を燃焼イオンクロマトグラフィーにより測定して過量が存在する場合、組成物を８０℃にて蒸留して塩素イオンおよび／または塩素系化合物を除去した。そして、さらに塩素含有量を測定し、必要に応じて前記の工程を繰り返した後、組成物内の最終的な塩素含有量を表１にまとめた。
（実施例２：光学レンズの製造）
前記実施例１と同様の方法によりイソシアネート組成物を調製するが、下記評価例１に記載のような塩素系保存安定剤を使用した。
具体的に、前記イソシアネート組成物５２０ｇに、チオール系化合物として３，３'－チオビス［２－[（２－メルカプトエチル）チオ］－１－プロパンチオール]を４７９．３ｇ、硬化触媒としてジブチルスズジクロリドを０．１５ｇ、および内部離型剤としてＳｔｅｐａｎ社のＺｅｌｅｃ（登録商標）ＵＮ ０．８０ｇをさらに添加し、均一に混合して重合性組成物を調製した。次いで、窒素雰囲気下で３０分間の減圧撹拌により気泡を除去し、３μｍのテフロンフィルターでろ過した。ろ過された重合性組成物を粘着テープにより組み立てられたガラスモールドに窒素圧力を利用して注入した。重合性組成物が注入されたガラスモールドを強制循環式オーブンに入れ、２５℃から１２０℃まで５℃／分の速度で昇温させ、１２０℃にて１８時間重合させた。以降、重合された樹脂を１３０℃にて４時間さらに硬化し、ガラスモールドからレンズを離型させて、中心厚さ１．２ｍｍのそれぞれの光学レンズを得た。
［評価例］
＜評価例１：イソシアネート組成物の評価＞
前記実施例１で調製したイソシアネート組成物について、以下のような方法で保存安定性を評価した。その結果を下記表１～３に示した。
（１）塩素含有量によるイソシアネート組成物の保存安定性の評価
前記実施例１において塩素含有量が多様に調節されたイソシアネート組成物１～７について、組成物内の初期ＮＣＯ基の含有量（ＮＣＯ％）を逆滴定（back titration）法により測定した。まず、理論的ＮＣＯに対して過量のｎ－ブチルアミンを投入して反応させ、残留する過量のｎ－ブチルアミンを０．１Ｎ濃度の塩酸試薬で分析した。その結果を表１にまとめた。
また、各イソシアネート組成物の初期の色、白濁の発生有無、および沈殿物の存在有無を表１にまとめた。白濁および沈殿物の有無は、透明なガラス瓶にイソシアネート組成物を入れ、窒素を充填して密封した後に一日以上放置して、外観および底に沈んだ沈殿物の有無を観察して判定した。この際、組成物を入れたガラス瓶が透明または沈殿が発生していない場合は×、濁っているか沈殿が発生した場合は○として評価した。また、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１％以下である場合は×、１％を超える場合は○として評価した。
以降、イソシアネート組成物１～７を８０℃の温度で６ヶ月間保管し、前記と同様の方法によりイソシアネート組成物１～７についてＮＣＯ％を測定し、色、白濁の発生有無、および沈殿物の存在有無を確認した。評価方法および評価基準は、前記で説明した通りである。その結果を下記表１に示した。
Figure 0007157810000009
前記表１を見ると、塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍ以内であるイソシアネート組成物（組成物２～５）は、いずれも６ヶ月保存後にＮＣＯ％の変動がほとんどなく、透明色を保持しており、白濁や沈殿が発生していないので、長期間保存時にも安定性が優れているものと確認された。
一方、塩素含有量が２２ｐｐｍ未満であるか、５００ｐｐｍを超えるその他のイソシアネート組成物は、６ヶ月保存後に黄変が発生したり、白濁や沈殿が発生したりして、長期保管時に安定性が低下することを確認した。
（２）保管容器によるイソシアネート組成物の保存安定性の評価
前記実施例１において、塩素含有量が多様に調節されたイソシアネート組成物１～７について、これらの初期金属イオン濃度を分析した後、互いに異なる材質の容器に８０℃の温度条件で６ヶ月間保管した後、残留金属イオンの濃度を分析した。
表２はステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）容器で、表３はポリエチレンにより内部がコーティングされたスチール容器で保管したサンプルを分析した結果である。
Figure 0007157810000010
Figure 0007157810000011
前記表２および３を見ると、イソシアネート組成物をステンレス鋼容器で保管する場合、組成物内の塩素含有量が増加するほど、溶出される金属の量が大幅に増加した。しかし、ポリエチレンにより内部がコーティングされたスチール容器に保管する場合には、組成物内の塩素含有量が増加しても、検出される金属が非常に少量であることを確認できる。
＜評価例２：光学レンズの評価＞
前記実施例２において製造した光学レンズについて、以下のような方法により物性を評価した。その結果を下記表４に示した。
（１）屈折率およびアッベ数
光学レンズについて、Ａｔａｇｏ社製のアッベ屈折計であるＤＲ－Ｍ４モデルを使用して、２０℃における屈折率およびアッベ数を測定した。
（２）黄色度（ＹＩ）および光透過率
光学レンズについて、ミノルタ社の色彩色差計ＣＴ－２１０を使用して色度座標ｘおよびｙを測定した後、測定値を下記の数学式１に適用して黄色度を計算した。また、同一機器を使用して得たスペクトルで５５０ｎｍ波長における透過度を透過率として示した。
［数１］
Ｙ．Ｉ．＝（２３４ｘ＋１０６ｙ＋１０６）／ｙ
（３）ガラス転移温度（Ｔｇ、℃）
光学レンズについて、熱機械分析装置（ＴＭＡ Ｑ４００、ＴＡ Instruments社）を用いたペネトレーションテスト（５０ｇ荷重、ピン先端０．５ｍｍΦ、加熱速度１０℃／分）によりガラス転移温度を測定した。
（４）脈理
光学レンズ１００枚を水銀ランプの下で肉眼により観察し、不均一相が確認されたレンズは脈理があるものと分類して百分率を算出した。その結果、脈理の発生率が５％未満の場合に良好と判定し、５％以上の場合に不良と判定した。
Figure 0007157810000012
前記表４を見ると、塩素含有量が２２ｐｐｍ～５００ｐｐｍであるイソシアネート組成物（組成物２～５）は、６ヶ月の保管後レンズの製造に使用しても、そこから製造されたレンズの屈折率、アッベ数、透過率、Ｔｇ、および黄色度がいずれも優れていた。一方、塩素含有量が２２ｐｐｍ未満であるか、５００ｐｐｍを超える場合のイソシアネート組成物（組成物１、６および７）は、６ヶ月の保管後レンズの製造に使用すると、それにより製造されたレンズの屈折率、アッベ数、透過率、Ｔｇおよび黄色度、脈理のいずれか１つ以上の試験結果が低調に表れた。
このような結果は、塩素の含有量がＨ６ＸＤＩの反応性に大きく影響を与えるからである。具体的に、イソシアネート組成物内の塩素含有量が２２ｐｐｍ未満の場合は、Ｈ６ＸＤＩの過剰な反応性に起因して組成物の保存安定性が低下し、これによってレンズ製造時に反応が早くなり過ぎて光学特性が不均一となったものであり、塩素含有量が５００ｐｐｍを超える場合は、Ｈ６ＸＤＩの反応性遅延効果が過度であるため、レンズ製造時に未反応および／または未硬化が発生するので、光学特性が低下して低調な結果を示したものと予想される。

Claims (9)

  1. 塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、
    イソシアネート組成物に含まれる塩素の含有量が２２ｐｐｍ～３７０ｐｐｍであり、
    全体の組成物中に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であり、
    前記塩素系保存安定剤が塩素イオンを含み、
    前記塩素系保存安定剤が、ベンゾトリクロリド、ベンジルクロリド、ベンゾイルクロリド、およびＣ１－１０アルカノイルクロリドからなる群より選択される１種以上を含み、
    前記イソシアネート組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１重量％以下であり、
    初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、８０℃の温度で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が５重量％以下である、イソシアネート組成物。
  2. 前記イソシアネート組成物が、前記組成物と接触する部位が塩素と反応性のない容器に密封され、８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、前記条件で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が４重量％以下である、請求項１に記載のイソシアネート組成物。
  3. （１）ジメチルシクロヘキシルアミンからイソシアネート合成工程により水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含有する組成物を調製する段階と、
    （２）前記水添キシリレンジイソシアネートを含有する組成物に含まれている塩素の含有量を２２ｐｐｍ～３７０ｐｐｍになるように調節する段階とを含み、
    前記段階（２）は、前記水添キシリレンジイソシアネートを含有する組成物にベンゾトリクロリド、ベンジルクロリド、ベンゾイルクロリド、およびＣ１－１０アルカノイルクロリドからなる群より選択される１種以上、又は塩素イオンを含む塩素系保存安定剤を添加して行われ、
    前記組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１重量％以下であり、
    初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、８０℃の温度で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が５重量％以下である、イソシアネート組成物の調製方法。
  4. 前記段階（２）が、前記Ｈ６ＸＤＩ含有組成物を加熱蒸留する段階をさらに含む、請求項３に記載のイソシアネート組成物の調製方法。
  5. イソシアネート組成物およびチオール系化合物を含み、
    前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、
    前記イソシアネート組成物に含まれる塩素の含有量が２２ｐｐｍ～３７０ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であり、
    前記塩素系保存安定剤が塩素イオンを含み、
    前記塩素系保存安定剤が、ベンゾトリクロリド、ベンジルクロリド、ベンゾイルクロリド、およびＣ１－１０アルカノイルクロリドからなる群より選択され、
    前記イソシアネート組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１重量％以下であり、
    初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、８０℃の温度で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が５重量％以下である、重合性組成物。
  6. イソシアネート組成物およびチオール系化合物を含む重合性組成物が硬化して形成されたポリチオウレタンを含み、
    前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、
    前記イソシアネート組成物に含まれる塩素含有量が２２ｐｐｍ～３７０ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であり、
    前記塩素系保存安定剤が塩素イオンを含み、
    前記塩素系保存安定剤が、ベンゾトリクロリド、ベンジルクロリド、ベンゾイルクロリド、およびＣ１－１０アルカノイルクロリドからなる群より選択され、
    前記イソシアネート組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１重量％以下であり、
    前記イソシアネート組成物は、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、８０℃の温度で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が５重量％以下である、光学レンズ。
  7. 前記光学レンズが、１～２０の黄色度（ＹＩ）および５５０ｎｍの波長で８５．０％～９９．９％の光透過率を有する、請求項６に記載の光学レンズ。
  8. 前記光学レンズが、３０～４５のアッベ数および７５℃～１２０℃のガラス転移温度を有する、請求項６に記載の光学レンズ。
  9. （Ａ）イソシアネート組成物を提供する段階と、
    （Ｂ）チオール系化合物を提供する段階と、
    （Ｃ）前記イソシアネート組成物と前記チオール系化合物とを含む重合性組成物を提供する段階と、
    （Ｄ）前記重合性組成物を硬化させる段階とを含み、
    前記イソシアネート組成物は、塩素系保存安定剤および水添キシリレンジイソシアネート（Ｈ６ＸＤＩ）を含み、
    前記イソシアネート組成物に含まれる塩素含有量が２２ｐｐｍ～３７０ｐｐｍであり、前記イソシアネート組成物内に含まれているＮＣＯ基の含有量が４２重量％～４５重量％であり、
    前記塩素系保存安定剤が塩素イオンを含み、
    前記塩素系保存安定剤が、ベンゾトリクロリド、ベンジルクロリド、ベンゾイルクロリド、およびＣ１－１０アルカノイルクロリドからなる群より選択され、
    前記イソシアネート組成物が８０℃の温度で６ヶ月間放置される際、発生する沈殿物の量が組成物の総重量を基準に１重量％以下であり、
    前記イソシアネート組成物は、初期組成物内のＮＣＯ基の含有量と、８０℃の温度で６ヶ月間放置された後の組成物内のＮＣＯ基の含有量との差が５重量％以下である、光学レンズの製造方法。
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