JP7245778B2 - 単官能性(メタ)アクリレート及び硬化性組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、高屈折率かつ常温下で液状の新規な単官能性(メタ)アクリレート及びその製造方法、並びに前記単官能性(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物及びその硬化物に関する。
多官能性(メタ)アクリレートは、分子内に複数の(メタ)アクリロイル基を有しており、3次元網目状の構造を有する硬化物を形成できるため、コーティング剤や光学部材などの種々の分野で利用されている。なかでも、光学部材として利用される多官能性(メタ)アクリレートは、高い屈折率や高い耐熱性などの特性が要求される。そのため、多官能性(メタ)アクリレートの構造中にベンゼン環やフルオレン環などの芳香環骨格を導入して、これらの特性を向上させることが多い。しかし、芳香環骨格の導入した多官能性(メタ)アクリレートは、高粘度で取り扱い性(又はハンドリング性)が低いことが多く、通常、溶媒や反応性希釈剤により低粘度化した硬化性組成物として利用される。これらのうち、溶媒は、用途によっては利用できない場合があるため、反応性希釈剤、例えば、常温下で液状の単官能性(メタ)アクリレートなどを用いることが多い。
特開2013-53310号公報(特許文献1)では、9,9-ビスフェニルフルオレン骨格及び所定のポリ(オキシアルキレン)基を有する多官能性(メタ)アクリレートと、フェノキシベンジル(メタ)アクリレートとを含む硬化性組成物が開示されている。この文献には、フェノキシベンジル(メタ)アクリレートにより、硬化物の屈折率や耐スクラッチ性を維持又は向上しつつ、ハンドリング性を向上できることが記載されている。この文献の実施例では、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレンに所定割合のエチレンオキシドが付加した付加体と、m-フェノキシベンジルアクリレートとを含む硬化性組成物が調製されている。
また、国際公開第2017/047547号(特許文献2)には、多官能性(メタ)アクリレートと、縮合多環式アレーン環骨格を有する所定の単官能性(メタ)アクリレートとを含む硬化性組成物が開示されている。この文献の実施例では、2-(2-ナフトキシエチル)アクリレート(NEOA)を含む硬化性組成物が調製されている。
特開2013-53310号公報 国際公開第2017/047547号
しかしながら、特許文献1に開示の硬化性組成物は、比較的高い屈折率及び低い粘度を示すものの、反応性希釈剤であるフェノキシベンジル(メタ)アクリレート自体の屈折率がそれほど高くなく、硬化性組成物の屈折率の向上には限界があるため、近年の光学部材分野における高屈折率化の要求に対して、十分に対応できない。
そのため、より一層高い屈折率と低い粘度とを両立できる反応性希釈剤の開発が期待されている。しかし、高い屈折率と低い粘度とはトレードオフの関係にあるため、前記特性を両立できる反応性希釈剤の調製は極めて困難である。詳しくは、屈折率を向上するために単官能性(メタ)アクリレートに芳香環骨格、例えば、縮合多環式芳香環骨格を導入すると、多官能性(メタ)アクリレートに比べて結晶化し易いためか、常温下で固体となり、流動性を示さなくなることが多い。特許文献2には、2-フェノキシエチルアクリレート(POA)が液状であるのに対して、ベンゼン環骨格をナフタレン環骨格に変更した2-(2-ナフトキシエチル)アクリレート(NEOA)では、全く流動性を示さない粉末状の固体となることが記載されている。そのため、高屈折率かつ、常温下で液状である反応性希釈剤を調製するのは困難であった。
従って、本発明の目的は、高屈折率で、かつ常温下で液状の新規単官能性(メタ)アクリレート及びその製造方法、並びに前記単官能性(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物及びその硬化物を提供することにある。
本発明の他の目的は、高い屈折率と、高いハンドリング性(又は低粘性)とを両立できる新規硬化性組成物及びその硬化物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、高い屈折率と、高いハンドリング性と、高い耐スクラッチ性とをバランスよく充足できる新規硬化性組成物及びその硬化物を提供することにある。
本発明の別の目的は、結晶性が高い成分を含んでいても、保存安定性に優れた新規硬化性組成物及びその硬化物を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、特定の芳香環骨格を有する単官能性(メタ)アクリレートが、高屈折率であるのみならず、意外にも常温下で液状であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の新規な単官能性(メタ)アクリレートは、下記式(1)で表される。
Figure 0007245778000001
(式中、Rは水素原子又はメチル基、Aは直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、R及びRはそれぞれ独立してアルキル基、Ar及びArはそれぞれ独立してベンゼン環又はナフタレン環、m、n1及びn2はそれぞれ独立して0以上の整数を示し、Ar及びArのうち、一方がベンゼン環であり、他方がナフタレン環である)。
前記式(1)において、Aは直鎖状又は分岐鎖状C2-4アルキレン基、R及びRはC1-12アルキル基、Arはベンゼン環、Arはナフタレン環、mは0~10程度の整数、n1は0~4程度の整数、n2は0~7程度の整数であってもよい。
本発明は、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3)で表される化合物とを反応させて、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートを製造する方法も包含する。
Figure 0007245778000002
(式中、Xはハロゲン原子、ヒドロキシル基又はアルコキシ基を示し、R、A、R、R、Ar、Ar、m、n1及びn2は前記式(1)に同じ)。
また、本発明は、前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物も包含する。前記硬化性組成物は、少なくとも第1の単官能性(メタ)アクリレートを含んでいればよく、前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレート以外の第2の単官能性(メタ)アクリレート及び/又は多官能性(メタ)アクリレートをさらに含んでいてもよい。前記多官能性(メタ)アクリレートは、下記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートを含んでいてもよい。
Figure 0007245778000003
(式中、Zはそれぞれ独立してアレーン環、R及びRはそれぞれ独立して置換基、Aはそれぞれ独立して直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、Rはそれぞれ独立して水素原子又はメチル基、pはそれぞれ独立して0~4の整数、q及びrはそれぞれ独立して0以上の整数を示す)。
前記式(6)において、Zはそれぞれ独立してC6-10アレーン環、Rはそれぞれ独立してアルキル基又はアリール基、Aはそれぞれ独立して直鎖状又は分岐鎖状C2-4アルキレン基、pはそれぞれ独立して0~2程度の整数、qはそれぞれ独立して0~2程度の整数、rはそれぞれ独立して0~10程度の整数であってもよい。
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートと、前記多官能性(メタ)アクリレートとの割合は、前者/後者(重量比)=1/99~90/10程度であってもよい。
本発明は、前記硬化性組成物の硬化物も包含する。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、置換基の炭素原子の数をC、C、C10などで示すことがある。例えば、炭素数が1のアルキル基は「Cアルキル」で示し、炭素数が6~10のアリール基は「C6-10アリール」で示す。
本発明の新規な単官能性(メタ)アクリレートは、特定の芳香環骨格を有するため、高屈折率で、かつ常温下で液状の形態を示す。そのため、前記単官能性(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物は、高い屈折率と、高いハンドリング性(低粘性)とを両立できる。また、前記硬化性組成物は、高い屈折率と、高いハンドリング性(又は低粘性)と、高い耐スクラッチ性とをバランスよく充足できる。さらに、前記硬化性組成物は、結晶性が高い成分、例えば、結晶性が高い多官能性(メタ)アクリレートなどを含んでいても、長期間にわたって結晶の析出を有効に抑制でき、保存安定性に優れている。
図1は、実施例2~6及び比較例1~8の硬化性組成物において、希釈剤の配合割合に対する硬化前屈折率を示すグラフである。 図2は、実施例3~6及び比較例1~5の硬化性組成物において、希釈剤の配合割合に対する粘度を示すグラフである。 図3は、実施例10~15の硬化性組成物において、希釈剤(NOBA)の配合割合に対する硬化前屈折率を示すグラフである。 図4は、実施例11~15の硬化性組成物において、希釈剤(NOBA)の配合割合に対する粘度を示すグラフである。 図5は、実施例1及び16~19並びに比較例10の硬化性組成物において、希釈剤(NOBA)の配合割合に対する硬化前後の屈折率を示すグラフである。 図6は、実施例1及び16~19並びに比較例10の硬化性組成物において、希釈剤(NOBA)の配合割合に対する粘度を示すグラフである。
[式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレート]
本発明の新規な単官能性(メタ)アクリレートは、下記式(1)で表される。
Figure 0007245778000004
(式中、Rは水素原子又はメチル基、Aは直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、R及びRはそれぞれ独立してアルキル基、Ar及びArはそれぞれ独立してベンゼン環又はナフタレン環、m、n1及びn2はそれぞれ独立して0以上の整数を示し、Ar及びArのうち、一方がベンゼン環であり、他方がナフタレン環である)。
前記式(1)において、Rは水素原子又はメチル基のいずれであってもよいが、反応性(又は硬化性)や屈折率を向上できる点から、水素原子であるのが好ましい。
で表される直鎖状アルキレン基としては、例えば、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基などの直鎖状C2-6アルキレン基が挙げられ、好ましくは直鎖状C2-4アルキレン基、さらに好ましくは直鎖状C2-3アルキレン基、特にエチレン基であり、分岐鎖状アルキレン基としては、例えば、プロピレン基、1,2-ブタンジイル基、1,3-ブタンジイル基などの分岐鎖状C3-6アルキレン基が挙げられ、好ましくは分岐鎖状C3-4アルキレン基、特にプロピレン基が好ましい。これらのアルキレン基Aのうち、好ましくは以下段階的に、直鎖状又は分岐鎖状C2-6アルキレン基、直鎖状又は分岐鎖状C2-4アルキレン基、直鎖状又は分岐鎖状C2-3アルキレン基であり、なかでも、エチレン基、プロピレン基が好ましく、特にエチレン基が好ましい。
オキシアルキレン基(AO)の繰り返し数mは、例えば、0~10程度の整数から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~6の整数、0~4の整数、0~2の整数であり、さらに好ましくは0又は1、特に0である。なお、繰り返し数(又は付加モル数)mは平均値であってもよく、前記整数の範囲に対応する範囲、例えば、0~10、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~6、0~4、0~2、さらに好ましくは0~1程度である。繰り返し数mが大きすぎると、屈折率が低下するおそれがある。なお、mが2以上である場合、2以上の基Aは、同一又は異なっていてもよい。
環Arはベンゼン環又はナフタレン環のいずれであってもよいが、生産性などの点から、ベンゼン環であるのが好ましい。環Arにおいて、環Arに結合するエーテル結合[-O-]の置換位置は、特に制限されない。環Arがベンゼン環である場合、エーテル結合[-O-]の置換位置は、基[-CHO-(AO)-C(=O)-CR=CH](単に、(メタ)アクリロイル基含有基ともいう)の結合位置に対して、o-位、m-位又はp-位のいずれの位置であってもよく、好ましくはm-位又はp-位、特にm-位であるのが好ましい。また、環Arがナフタレン環である場合、エーテル結合[-O-]の置換位置は、(メタ)アクリロイル基含有基が1位又は2位に結合したナフタレン環に対して、例えば、5位~8位であってもよい。
環Arはベンゼン環又はナフタレン環のいずれであってもよいが、生産性などの点から、ナフタレン環であるのが好ましい。環Arにおいて、環Arに結合するエーテル結合[-O-]の置換位置は、特に制限されない。環Arがナフタレン環である場合、エーテル結合[-O-]の置換位置は、ナフタレン環の1位又は2位のいずれであってもよく、通常、2位であることが多い。
及びRで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、2-エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-16アルキル基などが挙げられる。これらのR及びRで表されるアルキル基のうち、好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C1-12アルキル基、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C1-9アルキル基、なかでも、直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基、特にメチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基が好ましい。
基R及びRの置換数n1及びn2は、それぞれ環Ar及びArの種類に応じて適宜選択できる。置換数n1は、環Arがベンゼン環である場合、例えば、0~4の整数から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~3の整数、0~2の整数、0又は1であり、さらに好ましくは0である。置換数n1は、環Arがナフタレン環である場合、例えば、0~6程度の整数から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~4の整数、0~2の整数、0又は1であり、さらに好ましくは0である。置換数n2は、環Arがベンゼン環である場合、例えば、0~5の整数から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~3の整数、0~2程度の整数、0又は1であり、さらに好ましくは0である。置換数n2は、環Arがナフタレン環である場合、例えば、0~7の整数から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~4の整数、0~2の整数、0又は1であり、さらに好ましくは0である。
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートのうち、具体的には、例えば、Arがベンゼン環、Arがナフタレン環であるナフトキシベンジル(メタ)アクリレート類、Arがナフタレン環、Arがベンゼン環であるフェノキシナフチルメチル(メタ)アクリレート類などが挙げられる。これらのうち、生産性などの点から、ナフトキシベンジル(メタ)アクリレート類(下記式(1a)で表される化合物)が好ましい。
Figure 0007245778000005
(式中、Rは水素原子又はメチル基、Aは直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、R及びRはそれぞれ独立してアルキル基、mは0以上の整数、n1は0~4の整数、n2は0~7の整数を示す)。
前記式(1a)において、R、A、R、R、m、n1及びn2は、それぞれ好ましい態様を含めて、前記式(1)と同じである。
ナフトキシベンジル(メタ)アクリレート類として代表的には、mが0である化合物、例えば、o-(1-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレート、m-(1-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレート、p-(1-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレート、o-(2-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレート、m-(2-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレート、p-(2-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらのナフトキシベンジル(メタ)アクリレート類のうち、生産性などの点から、m-ナフトキシベンジル(メタ)アクリレートが好ましく、特に、m-(2-ナフトキシ)ベンジル(メタ)アクリレートが好ましい。
(式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートの製造方法)
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートは、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3)で表される化合物とを反応させることにより製造できる。
Figure 0007245778000006
(式中、Xはハロゲン原子、ヒドロキシル基又はアルコキシ基を示し、R、A、R、R、Ar、Ar、m、n1及びn2はそれぞれ好ましい態様を含めて前記式(1)に同じ)。
前記式(2)で表される化合物としては、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートとして具体的に例示した化合物に対応する化合物、例えば、m-(2-ナフトキシ)ベンジルアルコールなどのナフトキシベンジルアルコール、フェノキシナフタレンメタノール、及びこれらの化合物のアルキレンオキシド[アルキレンカーボネート又はハロアルカノール]付加体、具体的には、エチレンオキシド付加体などが挙げられる。前記式(2)で表される化合物は、後述する方法により合成できる。
前記式(3)において、Xで表されるハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、好ましくは塩素原子、臭素原子、さらに好ましくは塩素原子である。Xで表されるアルコキシ基としては、低級アルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルコキシ基が挙げられ、好ましくはメトキシ基などのC1-2アルコキシ基である。反応性の点から、Xは塩素原子などのハロゲン原子であることが多い。
前記式(3)で表される化合物としては、例えば、(メタ)アクリル酸又はその無水物;(メタ)アクリル酸クロリド、(メタ)アクリル酸ブロミドなどの(メタ)アクリル酸ハライド;(メタ)アクリル酸アルキルエステル、具体的には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸t-ブチルなどの(メタ)アクリル酸C1-4アルキルエステルなどが挙げられる。これらの前記式(3)で表される化合物は、市販品を利用できる。
前記式(3)で表される化合物の割合は、前記式(2)で表される化合物1モルに対して、例えば、1~10モル、好ましくは1.1~5モル、さらに好ましくは1.2~2モルである。
前記式(3)において、Xがハロゲン原子である場合[前記式(3)で表される化合物が(メタ)アクリル酸ハライドである場合]、反応で生成するハロゲン化水素を捕捉(トラップ)するため、塩基の存在下で反応させてもよい。塩基としては、例えば、無機塩基、有機塩基に大別できる。
無機塩基としては、例えば、金属水酸化物、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物など;金属炭酸塩、具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸塩など;金属炭酸水素塩、具体的には、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸水素塩などが挙げられる。
有機塩基としては、例えば、アミン類、具体的には、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン、ベンジルジメチルアミンなどの芳香族第3級アミン、ピリジン、N-メチルモルホリンなどの複素環式アミンなどが挙げられる。塩基は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
これらの塩基のうち、アミン類、例えば、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミンなどがよく利用される。塩基の使用量は、特に限定されないが、例えば、(メタ)アクリル酸ハライド1モルに対して、例えば、1~2モル、好ましくは1.05~1.5モル、さらに好ましくは1.1~1.2モルである。
また、前記式(3)において、Xがヒドロキシル基又はアルコキシ基である場合[前記式(3)で表される化合物が(メタ)アクリル酸(又はその無水物)又は(メタ)アクリル酸アルキルエステルである場合]、反応は、慣用のエステル化触媒を使用してもよい。触媒としては、酸触媒;塩基触媒;チタン(IV)テトライソプロポキシドなどのチタン(IV)アルコキシドなどの金属アルコキシドなどが挙げられる。これらの触媒のうち、酸触媒を好適に使用できる。
酸触媒としては、特に限定されず、無機酸;有機酸;三フッ化ホウ素エーテラート、四塩化スズなどのルイス酸;陽イオン交換樹脂などの固体酸触媒などが挙げられる。これらの酸触媒は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。無機酸としては、例えば、強酸、具体的には、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸など;ホモ又はヘテロポリ酸、具体的には、タングストリン酸、モリブドリン酸、タングストケイ酸、モリブドケイ酸などが挙げられる。
有機酸としては、例えば、スルホン酸、具体的には、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸などのアルカンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸などのフッ化アルカンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸などのアレーンスルホン酸などが挙げられる。
触媒の割合は、特に限定されず、前記式(2)で表される化合物1モルに対して、例えば、0.001~1モル、好ましくは0.01~0.5モルである。
反応は、熱重合禁止剤の存在下で行ってもよく、反応終了後に熱重合禁止剤を添加してもよい。熱重合禁止剤としては、例えば、ベンゾキノン;ヒドロキノン類、具体的には、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)、p-t-ブチルヒドロキノン、p-ベンゾキノンなど;カテコール類、具体的には、p-t-ブチルカテコールなど;アミン類、具体的には、N,N-ジエチルヒドロキシルアミンなど;1,1-ジフェニル-2-ピクリルヒドラジル;トリ-p-ニトロフェニルメチル;フェノチアジンなどが挙げられる。熱重合禁止剤は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。これらの熱重合禁止剤のうち、MEHQなどのヒドロキノン類がよく利用される。
熱重合禁止剤の割合は、前記式(3)で表される化合物100質量部に対して、例えば、0.001~1質量部程度であってもよく、反応により得られる前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレート100質量部に対して、例えば、0.0001~0.1質量部程度であってもよい。
反応は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、例えば、炭化水素類、具体的には、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類など;ハロゲン化炭化水素類、具体的には、塩化メチレン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン、クロロベンゼンなど;エーテル類、具体的には、ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン(THF)、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類など;ケトン類、具体的には、アセトン、メチルエチルケトンなど;スルホキシド類、具体的には、ジメチルスルホキシドなど;アミド類、具体的には、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなど;ニトリル類、具体的には、アセトニトリルなどが挙げられる。溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせてもよい。これらの溶媒のうち、THFなどのエーテル類がよく利用される。溶媒の割合は特に制限されず、前記式(2)で表される化合物及び前記式(3)で表される化合物の総量100質量部に対して、例えば、100~1000質量部程度であってもよい。
反応温度や反応時間は、使用する原料の種類に応じて適宜選択でき、前記式(3)で表される化合物が(メタ)アクリル酸ハライドである場合、反応温度は、例えば、-10~30℃、好ましくは0~20℃、さらに好ましくは2~10℃である。前記式(3)で表される化合物が(メタ)アクリル酸(又はその無水物)又は(メタ)アクリル酸アルキルエステルである場合、反応温度は、例えば、30~150℃、好ましくは40~100℃、さらに好ましくは50~80℃である。なお、反応は、還流温度で行ってもよい。反応時間は、特に制限されず、例えば、1~24時間、好ましくは12~18時間である。
反応は、空気中又は窒素、希ガスなどの不活性雰囲気中、攪拌しながら行うことができ、常圧下、加圧下又は減圧下で行ってもよい。また、反応時の不測の重合を効果的に防止するために、反応液中に空気を吹き込みながら行ってもよい。
反応終了後、生成した前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートは、慣用の方法、例えば、中和、洗浄、脱水、ろ過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、再沈殿、遠心分離、カラムクロマトグラフィーなどの分離精製手段や、これらを組み合わせた手段により分離精製してもよい。
(前記式(2)で表される化合物の製造方法)
前記式(2)で表される化合物は、慣用の方法、例えば、下記式(4)で表される化合物と、下記式(5)で表される化合物とを反応させることにより合成できる。
Figure 0007245778000007
(式中、Xはハロゲン原子を示し、A、R、R、Ar、Ar、m、n1及びn2はそれぞれ好ましい態様を含めて前記式(1)に同じ)。
前記式(4)において、ヒドロキシル基の置換位置は、前述の前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートの環Arに結合するエーテル結合[-O-]の置換位置に対応して同様である。
前記式(4)で表される化合物として、具体的には、例えば、フェノール類、具体的には、フェノール、アルキルフェノールなど;ナフトール類、具体的には、1-ナフトール、2-ナフトールなどのナフトール、アルキルナフトールなどが挙げられる。前記式(4)で表される化合物として好ましくは2-ナフトールなどのナフトール類である。これらの前記式(4)で表される化合物は、市販品を利用できる。
前記式(5)において、Xで表されるハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられ、好ましくは塩素原子、臭素原子、さらに好ましくは臭素原子である。基Xの置換位置は、前述の前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートの環Arに結合するエーテル結合[-O-]の置換位置に対応して同様である。
前記式(5)で表される化合物としては、例えば、m-クロロベンジルアルコール、m-ブロモベンジルアルコールなどのハロベンジルアルコール;アルキル-ハロベンジルアルコール;クロロナフタレンメタノール、ブロモナフタレンメタノールなどのハロナフタレンメタノール;アルキル-ハロナフタレンメタノール;及びこれらの化合物のアルキレンオキシド[アルキレンカーボネート又はハロアルカノール]付加体、具体的には、エチレンオキシド付加体などが挙げられる。これらの前記式(5)で表される化合物のうち、m-ブロモベンジルアルコールなどのハロベンジルアルコールがよく利用される。
これらの前記式(5)で表される化合物は、市販品を利用してもよく、慣用の方法により合成してもよい。例えば、前記式(5)において、mが1以上の化合物は、mが0である化合物と、オキシアルキレン基[-(AO)-]に対応するアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)とを反応(付加反応)させて合成してもよい。なお、前記式(2)において、mが1以上である化合物を合成する場合、アルキレンオキシドなどの付加反応は、前記式(4)で表される化合物と、前記式(5)において、mが0である化合物とを反応させた後に行ってもよい。
前記式(4)で表される化合物の割合は、前記式(5)で表される化合物1モルに対して、例えば、1~5モル、好ましくは1.1~3モル、さらに好ましくは1.2~2モルである。
反応は、塩基の存在下で行ってもよい。塩基として代表的には、無機塩基、例えば、金属水酸化物、具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物など;金属炭酸塩、具体的には、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩など;金属炭酸水素塩、具体的には、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩などが挙げられる。これらの塩基は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの塩基のうち、炭酸カリウムなどの金属炭酸塩がよく利用される。塩基の割合は、前記式(2)で表される化合物に対して、例えば、1~2当量程度、好ましくは1~1.5当量である。
反応は、触媒の存在下で行ってもよい。触媒としては、例えば、銅又はその誘導体などが挙げられる。銅としては、例えば、銅粉などの銅単体が挙げられる。銅の誘導体としては、例えば、塩化銅(I)、臭化銅(I)、ヨウ化銅(I)などのハロゲン化銅、酸化銅(I)などの酸化銅、炭酸銅などが挙げられる。これらの触媒は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの触媒のうち、塩化銅(I)などのハロゲン化銅がよく利用される。触媒の割合は、前記式(5)で表される化合物1モルに対して、例えば、0.001~0.1モル、好ましくは0.01~0.05モルである。
また、前記触媒、例えば、塩化銅(I)などのハロゲン化銅などは、単独で利用してもよいが、通常、配位子とともに錯体を形成させて利用することが多い。配位子としては、例えば、8-キノリノール(8-オキシキノリン又は8-キノリノラト)などが挙げられる。配位子の割合は、前記触媒1モルに対して、例えば、0.5~2.5モル、好ましくは0.8~1.2モル、さらに好ましくは0.9~1.1モルである。
反応は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒として代表的には、非プロトン性極性溶媒、例えば、アミド類、具体的には、N,N’-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなど;スルホキシド類、具体的には、ジメチルスルホキシドなど;スルホン類、具体的には、スルホランなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの溶媒のうち、N,N’-ジメチル-2-イミダゾリジノンなどのアミド類がよく利用される。溶媒の割合は特に制限されず、前記式(4)で表される化合物及び前記式(5)で表される化合物の総量100質量部に対して、例えば、10~500質量部程度であってもよい。
反応温度は、例えば、80~200℃、好ましくは100~150℃、さらに好ましくは110~130℃である。反応時間は、特に制限されず、例えば、6~24時間、好ましくは12~18時間である。
反応は、空気中又は窒素、希ガスなどの不活性雰囲気中で行ってもよい。また、反応は、常圧下、加圧下又は減圧下で行ってもよい。
反応終了後、生成した前記式(2)で表される化合物は、慣用の方法、例えば、中和、洗浄、脱水、ろ過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、再沈殿、遠心分離、カラムクロマトグラフィーなどの分離精製手段や、これらを組み合わせた手段により分離精製してもよい。
(式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートの特性)
上述のようにして得られる前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートは、2つの芳香環骨格、特に、ナフタレン環のような結晶化し易い縮合多環式芳香環骨格を有しているにもかかわらず、意外にも常温常圧下、例えば、25℃、1013.25hPaで液状であるため、高い屈折率と低い粘度(取り扱い性又はハンドリング性)とを両立できる。
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートの粘度は、温度25℃において、例えば、500mPa・s以下、好ましい範囲としては、以下段階的に、400mPa・s以下、300mPa・s以下、250mPa・s以下、200mPa・s以下、さらに好ましくは150mPa・sであり、通常、10~400mPa・s程度、好ましくは、以下段階的に、30~300mPa・s、50~250mPa・s、70~200mPa・sであり、特に、100~150mPa・sである。
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートの屈折率は、温度25℃、波長589nmにおいて、例えば、1.6~1.64、好ましくは1.605~1.63、さらに好ましくは1.61~1.625である。
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートのハーゼン色数(APHA)は、例えば、100以下、好ましくは50以下、さらに好ましくは20以下、特に0である。
前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートのヘーズ(Haze)は、例えば、10%以下、好ましくは5%以下、さらに好ましくは1%以下、特に、0%である。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、粘度、屈折率、ハーゼン色数(APHA)、ヘーズ(Haze)は、後述する実施例に記載の方法などにより測定できる。
[硬化性組成物]
前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートは、高い屈折率と低い粘度(高い取り扱い性又は高いハンドリング性)とを両立できるため、反応性希釈剤として有効に利用できる。そのため、本発明は、前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物、例えば、前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートと、前記第1の単官能性(メタ)アクリレートとは異なる他の単官能性(メタ)アクリレート(第2の単官能性(メタ)アクリレート)及び/又は多官能性(メタ)アクリレートとを含む硬化性組成物などを包含する。
また、第1の単官能性(メタ)アクリレートは、結晶性の高いナフタレン環骨格を有するにもかかわらず、意外なことに不溶化物が析出せず、硬化性組成物における保存安定性を向上できるようである。そのため、硬化性組成物が、結晶性が高く又は溶解性が低く析出し易い成分、例えば、後述するBNEFAなどの常温常圧下で固体状の多官能性(メタ)アクリレートなどを含んでいても、有効に保存安定性を向上できる。
(多官能性(メタ)アクリレート)
多官能性(メタ)アクリレートとしては、特に制限されず、複数(2以上)の(メタ)アクリロイル基を有する化合物であればよい。1分子当たりの(メタ)アクリロイル基の数は、例えば、2~10、好ましくは2~6、さらに好ましくは2~4、なかでも、2~3、特に、2である。
代表的な多官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有する多官能性(メタ)アクリレート;エポキシ(メタ)アクリレート(ビニルエステル樹脂)、具体的には、脂肪族エポキシ(メタ)アクリレート、脂環族エポキシ(メタ)アクリレート、芳香族エポキシ(メタ)アクリレート、ノボラック型エポキシ樹脂のポリ(メタ)アクリレートなど;ウレタン(メタ)アクリレート;ポリエステル(メタ)アクリレート(2以上のヒドロキシル基を有するポリエステルポリオールのポリ(メタ)アクリレート);アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート;脂環族ジオールのジ(メタ)アクリレート;ビフェノール類若しくはビスフェノール類又はそれらのアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のジ(メタ)アクリレート;3~6個程度のヒドロキシル基を有する低分子量ポリオール化合物又はそのアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のポリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの多官能性(メタ)アクリレートは、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。これらの多官能性(メタ)アクリレートは、市販品を利用してもよい。
前記脂肪族エポキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリレートなどの(ポリ)アルキレングリコールジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記脂環族エポキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、1,4-シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリレートなどのC5-10脂肪族性環を有するエポキシ化合物のジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記芳香族エポキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリレートなどの、ビスフェノール類若しくはビフェノール類又はそれらのアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のジグリシジルエーテルのジ(メタ)アクリレートが挙げられる。ビスフェノール類としては、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールSが挙げられる。ビフェノール類としては、例えば、p,p‘-ビフェノール、m,m’-ビフェノール、o,o’-ビフェノールが挙げられる。
前記アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレートなどのC2-10アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートとしては、例えば、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのポリC2-10アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記脂環族ジオールのジ(メタ)アクリレートとしては、例えば、1,4-シクロヘキサンジメタノールのジ(メタ)アクリレートなどのC5-10脂肪族性環を有するジオール化合物のジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記3~6個程度のヒドロキシル基を有する低分子量ポリオール化合物又はそのアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のポリ(メタ)アクリレートとしては、例えば、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ジグリセリンテトラ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(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、ペンタエリスリトールトリ(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、ジペンタエリスリトールペンタ(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、ソルビトールトリ乃至ヘキサ(メタ)アクリレートが挙げられる。
これらの多官能性(メタ)アクリレートのうち、例えば、高屈折率、低複屈折、透明性などの光学的特性、耐熱性、機械的特性などの種々の特性に優れた硬化物を形成し易い点からは、9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有する多官能性(メタ)アクリレート(第1の多官能性(メタ)アクリレートともいう)を含むのが好ましい。また、硬化物における耐スクラッチ性を向上できる点からは、ビフェノール類若しくはビスフェノール類又はそれらのアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のジ(メタ)アクリレート、及びウレタン(メタ)アクリレートからなる群より選択される少なくとも1種の第2の多官能性(メタ)アクリレートを含むのが好ましい。特に、少なくとも第1の多官能性(メタ)アクリレートを含むのが好ましい。
(第1の多官能性(メタ)アクリレート)
代表的な9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有する多官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、下記式(6)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 0007245778000008
(式中、Zはそれぞれ独立してアレーン環、R及びRはそれぞれ独立して置換基、Aはそれぞれ独立して直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、Rはそれぞれ独立して水素原子又はメチル基、pはそれぞれ独立して0~4の整数、q及びrはそれぞれ独立して0以上の整数を示す)。
前記式(6)において、Zで表されるアレーン環(芳香族炭化水素環)としては、ベンゼン環などの単環式アレーン環、多環式アレーン環などが挙げられ、多環式アレーン環には、縮合多環式アレーン環(縮合多環式芳香族炭化水素環)、環集合アレーン環(環集合芳香族炭化水素環)などが含まれる。
縮合多環式アレーン環としては、例えば、縮合二環式アレーン環、具体的には、ナフタレン環などの縮合二環式C10-16アレーン環など;縮合三環式アレーン環、具体的には、アントラセン環、フェナントレン環などの縮合二乃至四環式アレーン環などが挙げられる。好ましい縮合多環式アレーン環としては、ナフタレン環、アントラセン環などの縮合多環式C10-16アレーン環が挙げられ、さらに好ましくは縮合多環式C10-14アレーン環が挙げられ、特に、ナフタレン環が好ましい。
環集合アレーン環としては、例えば、ビアレーン環、具体的には、ビフェニル環、ビナフチル環、フェニルナフタレン環などのビC6-12アレーン環など;テルアレーン環、具体的には、テルフェニレン環などのテルC6-12アレーン環などが例示できる。フェニルナフタレン環としては、例えば、1-フェニルナフタレン環、2-フェニルナフタレン環などが挙げられる。好ましい環集合アレーン環としては、ビC6-10アレーン環が挙げられ、特にビフェニル環が好ましい。
フルオレンの9位に結合する2つの環Zの種類は、互いに同一又は異なっていてもよく、通常、同一であることが多い。環Zのうち、ベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環などのC6-12アレーン環が好ましく、なかでも、ベンゼン環、ナフタレン環などのC6-10アレーン環が好ましく、なかでも、ベンゼン環又はナフタレン環が好ましく、高い屈折率、高い取り扱い性、及び保存安定性をバランスよく充足できる点から、ベンゼン環が特に好ましく、高い屈折率及び高い取り扱い性をより一層向上できる点から、ナフタレン環が特に好ましい。なお、本発明では、環Zがナフタレン環である第1の多官能性(メタ)アクリレートなどの保存安定性が低い(又は析出し易い)成分を含んでいても、第1の単官能性(メタ)アクリレートと組み合わせるためか、有効に保存安定性を向上できる。
フルオレンの9位に結合する環Zの置換位置は、特に限定されない。例えば、環Zがナフタレン環の場合、フルオレンの9位に結合する環Zに対応する基は、1-ナフチル基、2-ナフチル基などであってもよく、通常、2-ナフチル基であることが多い。また、環Zがビフェニル環の場合、フルオレンの9位に結合する環Zに対応する基は、2-ビフェニリル基、3-ビフェニリル基、4-ビフェニリル基などであってもよく、通常、3-ビフェニリル基であることが多い。
で表される置換基(非反応性置換基又は非ラジカル重合性置換基)としては、例えば、炭化水素基、具体的には、アルキル基、アリール基など;シアノ基;ハロゲン原子、具体的には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基などが挙げられる。前記アリール基としては、例えば、フェニル基などのC6-10アリール基などが挙げられる。
これらの基Rのうち、アルキル基、シアノ基、ハロゲン原子が好ましく、さらに好ましくはアルキル基、なかでも、直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基、特に、メチル基などのC1-3アルキル基が好ましい。
基Rの置換数pは、例えば、0~3程度の整数、好ましくは0~2の整数、さらに好ましくは0又は1、特に0である。なお、フルオレン環を形成する2つのベンゼン環において、2つの置換数pは互いに同一又は異なっていてもよく、基Rの種類は互いに同一又は異なっていてもよい。また、pが2以上である場合、同一のベンゼン環に置換する2以上の基Rの種類は、互いに同一又は異なっていてもよい。また、基Rの置換位置は特に制限されず、例えば、フルオレン環の2位乃至7位、具体的には、2位、3位及び7位などであってもよい。
で表される置換基(非反応性置換基又は非ラジカル重合性置換基)としては、例えば、ハロゲン原子、具体的には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など;炭化水素基又は基[-R]、具体的には、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基など;基[-OR](式中、Rは前記炭化水素基を示す。)、具体的には、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基など;基[-SR](式中、Rは前記炭化水素基を示す。)、具体的には、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基など;アシル基、具体的には、アセチル基などのC1-6アシル基など;ニトロ基;シアノ基;置換アミノ基、具体的には、ジアルキルアミノ基、ビス(アルキルカルボニル)アミノ基などが挙げられる。
前記Rで表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-10アルキル基が挙げられ、好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基である。前記Rで表されるシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのC5-10シクロアルキル基が挙げられる。前記Rで表されるアリール基としては、例えば、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基などのC6-12アリール基が挙げられる。アルキルフェニル基としては、例えば、メチルフェニル基(トリル基)、ジメチルフェニル基(キシリル基)などのモノ乃至トリC1-4アルキル-フェニル基が挙げられる。前記Rで表されるアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基などのC6-10アリール-C1-4アルキル基が挙げられる。
前記基[-OR]として具体的には、前記炭化水素基Rの例示に対応する基が挙げられる。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、t-ブトキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-10アルコキシ基が挙げられる。シクロアルキルオキシ基としては、例えば、シクロヘキシルオキシ基などのC5-10シクロアルキルオキシ基が挙げられる。アリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基などのC6-10アリールオキシ基が挙げられる。アラルキルオキシ基としては、例えば、ベンジルオキシ基などのC6-10アリール-C1-4アルキルオキシ基が挙げられる。
前記基[-SR]として具体的には、前記炭化水素基Rの例示に対応する基が挙げられる。アルキルチオ基としては、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、n-ブチルチオ基、t-ブチルチオ基などのC1-10アルキルチオ基が挙げられる。シクロアルキルチオ基としては、例えば、シクロヘキシルチオ基などのC5-10シクロアルキルチオ基が挙げられる。アリールチオ基としては、例えば、チオフェノキシ基などのC6-10アリールチオ基が挙げられる。アラルキルチオ基としては、例えば、ベンジルチオ基などのC6-10アリール-C1-4アルキルチオ基が挙げられる。
置換アミノ基において、ジアルキルアミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基などのジC1-4アルキルアミノ基が挙げられる。ビス(アルキルカルボニル)アミノ基としては、例えば、ジアセチルアミノ基などのビス(C1-4アルキル-カルボニル)アミノ基が挙げられる。
これらの基Rのうち、代表的には、ハロゲン原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などの炭化水素基、アルコキシ基、アシル基、ニトロ基、シアノ基、置換アミノ基などが挙げられる。好ましい基Rとしては、アルキル基、具体的には、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基;アリール基、具体的には、フェニル基などのC6-14アリール基;アルコキシ基、具体的には、メトキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルコキシ基が挙げられ、なかでも、アルキル基、アリール基が好ましく、特に、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基、フェニル基などのC6-10アリール基が好ましい。なお、基Rがアリール基であるとき、基Rは、環Zとともに前記環集合アレーン環を形成してもよい。なお、異なる環Zにおいて、基Rの種類は、互いに同一又は異なっていてもよい。置換数qが2以上である場合、同一の環Zに置換する2以上の基Rの種類は、互いに同一又は異なっていてもよい。
基Rの置換数qは、例えば、0~8程度の整数であってもよく、好ましくは以下段階的に、0~4の整数、0~3の整数、0~2の整数であり、さらに好ましくは0又は1、特に0である。なお、2つの置換数qは、互いに同一又は異なっていてもよい。特に、qが1である場合、環Zがベンゼン環、ナフタレン環又はビフェニル環、基Rがメチル基であってもよい。また、基Rの置換位置は、特に制限されず、基[-(OA-OC(=O)-CR=CH]の置換位置以外の位置に置換していればよい。
で表されるアルキレン基としては、例えば、前記式(1)の基Aに関する記載において例示した直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基などが挙げられ、好ましい態様も基Aと同様である。なお、異なる環Zに置換する2つのオキシアルキレン基[-(OA-]において、基Aの種類は、同一又は異なっていてもよく、通常、同一である。また、繰り返し数rが2以上である場合、同一のオキシアルキレン基[-(OA-]において、2以上の基Aの種類は、互いに異なっていてもよいが、同一であることが多い。
オキシアルキレン基(OA)の繰り返し数rは、例えば、0~20程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、0~15、1~15、1~10、2~8、3~7、4~6であり、通常、0~1、特に1であることが多い。また、高屈折率が必要となる用途では、例えば、0~3、好ましくは0~2、さらに好ましくは0~1、特に1であり、高い耐スクラッチ性や低い粘度が必要となる用途では、例えば、3~10、好ましくは3~8、より好ましくは4~7、さらに好ましくは5~6である。
また、異なる環Zに置換したそれぞれのオキシアルキレン基[-(OA-]において、2つのrは、互いに同一又は異なっていてもよい。なお、繰り返し数rは平均値(又は相加平均値、算術平均値)、すなわち、平均付加モル数であってもよく、その範囲は、前記整数の範囲と同様である。
また、2つの繰り返し数rの合計数は、前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレート1分子中のオキシアルキレン基の合計数(又は合計付加モル数の平均値)を意味し、単に2rという場合がある。2rは、例えば、0~30程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、1~25、2~20、3~18、4~16、5~14、6~12、7~11、8~10であり、通常、0~4、特に2であることが多い。また、高屈折率が必要となる用途では、例えば、0~6、好ましくは、以下段階的に、0~5、0~4、0~3であり、さらに好ましくは0~2、特に2であり、高い耐スクラッチ性や低い粘度が必要となる用途では、例えば、6~20、好ましくは、以下段階的に、6~18、7~16、8~14、9~13であり、さらに好ましくは10~12である。また、2rは前記のように整数であってもよいが、合計付加モル数の平均値であってもよく、その範囲は、例えば、前記整数の範囲と同様である。
2r又はrの値が小さすぎると、硬化性組成物の粘度が上昇し易く、ハンドリング性が低下するおそれがあり、さらには、保存安定性も低下するおそれがある。しかし、本発明では、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートを多量に混合しても屈折率を保持又は向上できるため、2r又はrの値が比較的小さくても、有効にハンドリング性を向上(粘度を低下)でき、保存安定性も大きく向上できる。2r又はrの値が大きすぎると、硬化物の単位量、例えば、単位重量当たりの9,9-ビスアリールフルオレン骨格含有量(又は含有モル数)が低下するため、前記骨格に由来する高屈折率、高耐熱性などの優れた特性が低下するおそれがある。なお、2rは、慣用の方法で測定することができ、例えば、前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートの原料となる9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類の調製、例えば、9,9-ビス[ヒドロキシアリール]フルオレン類に対するアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)の付加反応において、9,9-ビス[ヒドロキシアリール]フルオレン類の量(又は水酸基価)と、反応で消費されるアルキレンオキシド(アルキレンカーボネート又はハロアルカノール)の量との割合から、相加平均又は算術平均の値として算出する方法、例えば、特許文献1記載の方法などにより測定できる。
は水素原子又はメチル基のいずれであってもよいが、反応性(又は硬化性)や屈折率を向上できる点から、水素原子であるのが好ましい。2つの基Rの種類は、互いに同一又は異なっていてもよく、通常、同一であることが多い。
基[-(OA-OC(=O)-CR=CH]は、環Zの適当な位置に置換でき、環Zがベンゼン環である場合には、フルオレン環の9位に置換したフェニル基の2~6位、例えば、2位、3位、4位のいずれかの位置、好ましくは3位又は4位、特に4位に置換している場合が多い。また、環Zがナフタレン環である場合には、基[-(OA-OC(=O)-CR=CH]は、フルオレン環の9位に置換したナフチル基(1-ナフチル基又は2-ナフチル基)の5~8位のいずれかに置換している場合が多く、通常、1,5位、2,6位などの関係、特に2,6位の関係で置換している場合が多い。環Zがビフェニル環である場合、基[-(OA-OC(=O)-CR=CH]は、フルオレン環の9位に置換したビフェニリル基、例えば、3-ビフェニリル基、4-ビフェニリル基などに対して、フルオレン環が結合する環に置換していてもよく、隣接するベンゼン環に置換していてもよい。環Zとしてのビフェニル環の3位がフルオレンの9位に結合している場合、基[-(OA-OC(=O)-CR=CH]は、ビフェニル環の2位、4位、5位、6位、2’位、3’位、4’位のいずれの位置であってもよく、通常、6位、3’位、4’位、好ましくは6位又は4’位、特に、6位に置換していてもよい。
前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートとして、代表的には、例えば、rが0である9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシアリール]フルオレン類、rが1以上である9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類などが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシアリール]フルオレン類として具体的には、前記式(6)において、環Zがベンゼン環又はナフタレン環である化合物、例えば、9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシフェニル]フルオレン;9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ-モノ又はジアルキルフェニル]フルオレン;9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ-アリールフェニル]フルオレン;9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシナフチル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシフェニル]フルオレン、9,9-ビス[3-(メタ)アクリロイルオキシフェニル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ-モノ又はジアルキルフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシ-3-メチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシ-3-t-ブチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシ-3,5-ジメチルフェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ-モノ又はジC1-4アルキルフェニル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ-アリールフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシ-3-フェニルフェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ-C6-10アリールフェニル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシナフチル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[6-(メタ)アクリロイルオキシ-2-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[5-(メタ)アクリロイルオキシ-1-ナフチル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類として具体的には、前記式(6)において、環Zがベンゼン環又はナフタレン環、n1及びn2が1~10、好ましくは1~6である化合物、例えば、9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン;9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシ-モノ又はジアルキルフェニル]フルオレン;9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシ-アリールフェニル]フルオレン;9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシプロポキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)エトキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至デカ)C2-4アルコキシフェニル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシ-モノ又はジアルキルフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシプロポキシ)-3-t-ブチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-3,5-ジメチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)エトキシ)-3,5-ジメチルフェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至デカ)C2-4アルコキシ-モノ又はジC1-4アルキルフェニル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシ-アリールフェニル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシプロポキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)エトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至デカ)C2-4アルコキシ-C6-10アリール-フェニル]フルオレンが挙げられる。
9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレンとしては、例えば、9,9-ビス[6-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[5-(2-(メタ)アクリロイルオキシプロポキシ)-1-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[5-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-1-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)エトキシ)-2-ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至デカ)C2-4アルコキシナフチル]フルオレンが挙げられる。
これらの前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートは、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートのうち、rが1以上である9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン類、例えば、9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレンが好ましい。なかでも、特に高屈折率が必要な用途では、9,9-ビス[4-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至ヘキサ)C2-3アルコキシフェニル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至ヘキサ)C2-3アルコキシナフチル]フルオレンが好ましく、特に、9,9-ビス[6-(2-(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(モノ乃至トリ)C2-3アルコキシナフチル]フルオレンが好ましい。また、高い耐スクラッチ性や低粘性が必要な用途では、9,9-ビス[4-((メタ)アクリロイルオキシ(ペンタ乃至ヘキサ)エトキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(メタ)アクリロイルオキシ(テトラ乃至ヘプタ)C2-3アルコキシフェニル]フルオレンが好ましい。
また、これらの前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートは、市販品を使用してもよく、慣用の方法、例えば、9-フルオレノンなどの9-フルオレノン類と、フェノール、ナフトールなどのフェノール類、又は2-ヒドロキシエトキシベンゼン、2-(2-ヒドロキシエトキシ)ナフタレンなどのヒドロキシ(ポリ)アルコキシアレーン類とを、硫酸などの酸触媒及びβ-メルカプトプロピオン酸などの助触媒の存在下で反応させる方法などにより調製してもよい。
前記式(6)で表される化合物の割合は、第1の多官能性(メタ)アクリレート全体に対して、例えば、10質量%程度以上の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30質量%以上、50質量%以上、70質量%以上、90質量%以上、95質量%以上であり、特に100質量%、すなわち、第1の多官能性(メタ)アクリレートが前記式(6)で表される化合物のみで形成されるのが好ましい。
(第2の多官能性(メタ)アクリレート)
硬化物における高い耐スクラッチ性が必要となる場合、耐スクラッチ性を有効に向上できる点から、硬化性組成物は、(2-1)ビフェノール類若しくはビスフェノール類又はそれらのアルキレンオキシド(又は対応するアルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のジ(メタ)アクリレート(以下、第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)ともいう)、及び(2-2)ウレタン(メタ)アクリレート(以下、第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-2)ともいう)からなる群より選択される少なくとも1種の第2の多官能性(メタ)アクリレートを含んでいてもよい。
第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)において、ビフェノール類としては、例えば、o,o’-ビフェノール、m,m’-ビフェノール、p,p’-ビフェノールなどのジヒドロキシ-ビC6-10アレーンなどが挙げられる。
第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)において、ビスフェノール類としては、例えば、ビス(ヒドロキシアリール)アルカン類、ビス(ヒドロキシアリール)-アリールアルカン類、ビス(ヒドロキシアリール)シクロアルカン類、ビス(ヒドロキシアリール)エーテル類、ビス(ヒドロキシアリール)ケトン類、ビス(ヒドロキシアリール)スルフィド類、ビス(ヒドロキシアリール)スルホキシド類、ビス(ヒドロキシアリール)スルホン類が挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)アルカン類としては、例えば、ビス(ヒドロキシアリール)アルカン、ビス(アルキル-ヒドロキシアリール)アルカンが挙げられる。ビス(ヒドロキシアリール)アルカンとしては、例えば、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン(ビスフェノールF)、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン(ビスフェノールAD)、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン(ビスフェノールA)、1,1-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)ブタン(ビスフェノールB)、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-メチルブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-フェニルフェニル)プロパンなどのビス(ヒドロキシC6-12アリール)C1-6アルカンが挙げられる。
また、ビス(アルキル-ヒドロキシアリール)アルカンとしては、例えば、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)プロパン(ビスフェノールC)、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3-イソプロピルフェニル)プロパン(ビスフェノールG)などのビス(C1-6アルキル-ヒドロキシC6-12アリール)C1-6アルカンが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)-アリールアルカン類としては、例えば、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン(ビスフェノールAP)、ビス(4-ヒドロキシフェニル)-ジフェニルメタン(ビスフェノールBP)などのビス(ヒドロキシC6-12アリール)-(モノ又はジ)C6-12アリール-C1-6アルカンが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)シクロアルカン類としては、例えば、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(ビスフェノールZ)、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン(ビスフェノールTMC)などのビス(ヒドロキシC6-12アリール)C4-10シクロアルカンが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)エーテル類としては、例えば、ビス(4-ヒドロキシフェニル)エーテルなどのビス(ヒドロキシC6-12アリール)エーテルが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)ケトン類としては、例えば、ビス(4-ヒドロキシフェニル)ケトンなどのビス(ヒドロキシC6-12アリール)ケトンが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)スルフィド類としては、例えば、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルフィドなどのビス(ヒドロキシC6-12アリール)スルフィドが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)スルホキシド類としては、例えば、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホキシドなどのビス(ヒドロキシC6-12アリール)スルホキシドが挙げられる。
ビス(ヒドロキシアリール)スルホン類としては、例えば、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン(ビスフェノールS)などのビス(ヒドロキシC6-12アリール)スルホンが挙げられる。
第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)は、ビ又はビスフェノール類のジ(メタ)アクリレートであってもよいが、耐スクラッチ性を有効に向上する点から、ビ又はビスフェノール類のアルキレンオキシド(又は対応するアルキレンカーボネート又はハロアルカノール)付加体のジ(メタ)アクリレートであるのが好ましい。前記アルキレンオキシドとしては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシドなどのC2-4アルキレンオキシドなどが挙げられ、好ましくはC2-3アルキレンオキシド、特に、エチレンオキシドが好ましい。
アルキレンオキサイド(又は対応するアルキレンカーボネート又はハロアルカノール)の付加に由来するオキシアルキレン基の合計数(合計付加モル数)(又は平均付加モル数)は、例えば、1~30程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、2~25、3~20、5~15であり、さらに好ましくは8~12、特に、9~11である。オキシアルキレン基の合計数が低すぎると、耐スクラッチ性を有効に向上できないおそれがある。
これらの第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。好ましい第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)としては、ビ又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加体のジ(メタ)アクリレートが好ましく、さらに好ましくはビスフェノール類のアルキレンオキシド付加体のジ(メタ)アクリレートであり、なかでも、ビス(ヒドロキシアリール)アルカン類のアルキレンオキシド付加体のジ(メタ)アクリレート、特に、ビスフェノールAなどのビス(ヒドロキシC6-10アリール)C1-4アルカンのC2-4アルキレンオキシド付加体のジ(メタ)アクリレートが好ましい。なお、これらの好ましいビ又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加体のジ(メタ)アクリレートにおいて、オキシアルキレン基の合計数としては、前記例示の好ましい態様と同様である。
第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-2)としてのウレタン(メタ)アクリレートにおいて、1分子当たりの(メタ)アクリロイル基の数は、前記多官能性(メタ)アクリレートに記載した数と好ましい態様を含めて同様であり、二官能性ウレタン(メタ)アクリレートが好ましい。
また、ウレタン(メタ)アクリレートは、主鎖骨格(ウレタンオリゴマー又はウレタンポリマー部分の骨格)が、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との反応物に由来する単位で形成されている。ポリオール成分は、例えば、低分子量ポリオール成分、具体的には、エチレングリコールなどのアルキレングリコール;高分子ポリオールなどが挙げられる。これらのポリオール成分は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらのポリオール成分のうち、硬化物における耐スクラッチ性を向上する観点から、高分子量ポリオール成分であるのが好ましい。
なお、高分子量ポリオール成分は、ポリマーであってもよく、繰り返し単位数が比較的少ないオリゴマーであってもよい。高分子ポリオール成分の重量平均分子量(Mw)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)などにより測定でき、標準ポリスチレン換算で、例えば、300以上程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、400~50000、500~10000、600~5000、700~3000、800~2000である。ポリオール成分の分子量(重量平均分子量)が低すぎると、硬化物の耐スクラッチ性が低下するおそれがあり、高すぎると、高粘度になりハンドリング性が低下するおそれがある。本発明では、前記第1の単官能性(メタ)アクリレートと組み合わせることにより、比較的高粘度な多官能性(メタ)アクリレートであっても有効に低粘度化できる。
高分子量ポリオール成分としては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。ポリエーテルポリオール、特に、ポリエーテルジオールとしては、例えば、ポリアルキレンオキシド(又はポリアルキレングリコール)、ビスフェノールA又は水添ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加体などが例示できる。ポリアルキレンオキシド(又はポリアルキレングリコール)としては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、1,4-ブチレンオキシド(テトラヒドロフラン)などのC2-6アルキレンオキシドの単独又は共重合体などが挙げられ、具体的には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリエチレンオシイド-ポリプロピレンオキシドブロック共重合体などのポリオキシC2-6アルキレングリコールなどが挙げられ、好ましくはポリテトラメチレンエーテルグリコールが挙げられる。また、ビスフェノールA又は水添ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加体としては、例えば、ヒドロキシル基1モルに対してC2-4アルキレンオキサイド1~5モル程度が付加した付加体などが例示できる。これらのポリエーテルポリオールは、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
ポリエステルポリオール、特に、ポリエステルジオールとしては、ジオール成分とジカルボン酸成分との反応物、ラクトン類及び/又は対応するヒドロキシアルカンカルボン酸の単独又は共重合体、前記ジオール成分とジカルボン酸成分とラクトン類及び/又はヒドロキシアルカンカルボン酸との共重合体などが含まれる。なお、ジカルボン酸成分は、ジカルボン酸又はそのエステル形成性誘導体を含む意味に用い、エステル形成性誘導体としては、例えば、低級アルキルエステル、具体的には、メチルエステルなどのC1-4アルキルエステルなど;酸クロリドなどの酸ハライド;酸無水物などが挙げられる。
ジカルボン酸成分としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸成分;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸成分;脂肪族ジカルボン酸成分などが挙げられる。これらのうち、脂肪族ジカルボン酸成分がよく利用され、アジピン酸、セバシン酸などの直鎖状C4-12ジカルボン酸などが好ましい。また、ジオール成分としては、例えば、アルカンジオール;ポリアルキレングリコールなどのポリエーテルジオール;1,4-シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族ジオール;ビ又はビスフェノール類などの芳香族ジオールなどが挙げられる。前記アルカンジオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールなどの直鎖状又は分岐鎖状C2-10アルカンジオールなどが挙げられ、ポリアルキレングリコールとしては、例えば、ジエチレングリコールなどのポリC2-4アルキレングリコールなどが挙げられる。ジオール成分としては、アルカンジオール、ポリエーテルジオールがよく利用され、なかでも、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオールなどの直鎖状又は分岐鎖状C2-6アルカンジオール、ジエチレングリコールなどのジ乃至ペンタC2-6アルキレングリコールが好ましい。これらのジオール成分及びジカルボン酸成分は、それぞれ、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
前記ラクトン類としては、例えば、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトンなどのC3-10ラクトンなどが挙げられる。また、ヒドロキシアルカン酸としては、例えば、3-ヒドロキシ酪酸、前記ラクトン類に対応するC3-10ヒドロキシアルカン酸などが挙げられる。ラクトン類及び/又はヒドロキシアルカン酸は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
具体的なポリエステルポリオールには、末端ヒドロキシル基を有するポリエステルジオール、例えば、ポリエチレンアジペート、ポリジエチレングリコールアジペート、ポリプロピレンアジペート、ポリテトラメチレンアジペート、ポリヘキサメチレンアジペート、ポリ-ε-カプロラクトン、これらの共重合体などが挙げられる。これらのポリエステルポリオールは、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
ポリカーボネートポリオール、特に、ポリカーボネートジオールとしては、例えば、ポリオールと、ジアルキルカーボネート又はアルキレンカーボネートとの反応により得られるポリカーボネートジオールなどが挙げられる。ポリオールとしては、例えば、前記例示の低分子量ポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールが挙げられる。ジアルキルカーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネートが挙げられる。アルキレンカーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネートが挙げられる。ポリカーボネートポリオールとして、代表的には、ポリヘキサメチレンカーボネートジオールなどが挙げられる。ポリカーボネートポリオールは、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
ポリイソシアネート成分は、特に限定されず、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、1,3,6-ヘキサメチレントリイソシアネートなどの脂肪族ポリイソシアネート;イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添キシリレンジイソシアネート(水添XDI)、水添ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート(水添MDI)などの脂環族ポリイソシアネート;キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などの芳香脂肪族ポリイソシアネート;トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、p-フェニレンジイソシアネートなどの芳香族ポリイソシアネート;末端イソシアネート基を有するプレポリマー、具体的には、前記例示のジオール成分などのポリオール成分と、ジイソシアネート成分などのポリイソシアネート成分とが反応したウレタンプレポリマーなどが挙げられる。
また、ポリイソシアネート成分は、変性体(又は誘導体)、例えば、多量体、カルボジイミド体、ビウレット体、アロファネート体、ウレットジオン体、ポリアミン変性体などであってもよい。前記多量体としては、例えば、二量体;トリイソシアヌレート環などの三量体などが挙げられる。これらのポリイソシアネート成分は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
代表的なウレタン(メタ)アクリレートとしては、ポリエステル型ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエーテル型ウレタン(メタ)アクリレート、ポリカーボネート型ウレタン(メタ)アクリレートなどが挙げられ、二官能性ポリエステル型ウレタン(メタ)アクリレート、二官能性ポリエーテル型ウレタン(メタ)アクリレート、二官能性ポリカーボネート型ウレタン(メタ)アクリレートが好ましい。これらのウレタン(メタ)アクリレートは、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらのウレタン(メタ)アクリレートは、硬化物の耐スクラッチ性を有効に向上でき、なかでも、二官能性ポリエステル型ウレタン(メタ)アクリレート及び/又は二官能性ポリエーテル型ウレタン(メタ)アクリレートを含むのが好ましい。
第2の多官能性(メタ)アクリレートのうち、高い耐スクラッチ性と、高い屈折率と、低い粘度とをバランスよく充足できる点から、第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)が好ましい。第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)の割合は、第2の多官能性(メタ)アクリレート全体に対して、例えば、10質量%程度以上の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30質量%以上、50質量%以上、70質量%以上、90質量%以上、95質量%以上であり、特に100質量%、すなわち、第2の多官能性(メタ)アクリレートが第2の多官能性(メタ)アクリレート(2-1)のみで形成されるのが好ましい。
第1の多官能性(メタ)アクリレート及び第2の多官能性(メタ)アクリレートの総量の割合は、多官能性(メタ)アクリレート全体に対して、例えば、10質量%程度以上の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、30質量%以上、50質量%以上、70質量%以上、90質量%以上、95質量%以上であり、特に100質量%、すなわち、多官能性(メタ)アクリレートが、第1の多官能性(メタ)アクリレート及び/又は第2の多官能性(メタ)アクリレートのみで形成されるのが好ましい。
多官能性(メタ)アクリレートは、9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有する第1の多官能性(メタ)アクリレートを必ずしも含んでいなくてもよく、例えば、第2の多官能性(メタ)アクリレートのみで形成してもよいが、9,9-ビスアリールフルオレン骨格由来する種々の特性を有効に付与できる点から、少なくとも第1の多官能性(メタ)アクリレートを含むのが好ましい。多官能性(メタ)アクリレートが、例えば、前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートなどの第1の多官能性(メタ)アクリレートを含む場合、第1の多官能性(メタ)アクリレートの割合は、多官能性(メタ)アクリレート全体に対して、例えば、10質量%以上、具体的には、30~100質量%程度の範囲から選択でき、高屈折率などの特性を有効に付与できる点から、好ましい範囲としては、以下段階的に、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上であり、特に、実質的に100質量%、すなわち、多官能性(メタ)アクリレートが、例えば、前記式(6)で表される多官能性(メタ)アクリレートなどの第1の多官能性(メタ)アクリレートのみであるのが好ましい。第1の多官能性(メタ)アクリレートの割合が少なすぎると、屈折率などの特性を有効に向上できないおそれがある。また、硬化物における高い耐スクラッチ性が必要な場合、前記割合は、例えば、30~80質量%程度の範囲から選択でき、好ましいくは40~70質量%、さらに好ましくは43~65質量%、なかでも、45~60質量%、特に47~55質量%である。第1の多官能性(メタ)アクリレートの割合が多すぎると、耐スクラッチ性を有効に向上できないおそれがある。なお、前記割合は、例えば、30~100質量%程度の範囲から選択してもよく、具体的には、60~99質量%、80~97質量%であってもよい。
多官能性(メタ)アクリレートが、第1の多官能性(メタ)アクリレート及び第2の多官能性(メタ)アクリレートの双方を含む場合、第1の多官能性(メタ)アクリレートと第2の多官能性(メタ)アクリレートとの割合は、例えば、前者/後者(質量比)=1/99~99/1程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、10/90~95/5、20/80~90/10、30/70~85/15、40/60~80/20、50/50~75/25であり、さらに好ましくは55/45~70/30であり、特に、60/40~65/35である。第1の多官能性(メタ)アクリレートの割合が少なすぎると、屈折率などの特性を有効に向上できないおそれがあり、第1の多官能性(メタ)アクリレートの割合が多すぎると、耐スクラッチ性を有効に向上できないおそれがある。
前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートと、多官能性(メタ)アクリレートとの割合は、例えば、前者/後者(質量比)=1/99~99/1程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、1/99~90/10、5/95~80/20、10/90~70/30、15/85~60/40、20/80~50/50、25/75~45/55、30/70~40/60である。多官能性(メタ)アクリレートの割合が少なすぎると、硬化物を形成し難くなるおそれがある。また、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートの割合が少なすぎると、粘度を低減(取り扱い性又はハンドリング性を向上)できないおそれがある。特に、高屈折率と低粘性とのより一層高度な両立が必要となる場合、前記割合は、例えば、前者/後者(質量比)=50/50~99/1程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、55/45~97/3、60/40~95/5であり、さらに好ましくは65/35~92/8であり、特に、70/30~90/10である。第1の単官能性(メタ)アクリレートが少なすぎると、高屈折率と低粘性とを高度に両立できないおそれがある。第1の単官能性(メタ)アクリレートが多すぎると、屈折率をより一層大きく向上できないおそれがある。また、耐スクラッチ性が必要となる場合、前記割合は、例えば、前者/後者(質量比)=1/99~50/50程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、5/95~40/60、10/90~30/70、12/88~28/72であり、さらに好ましくは15/85~25/75であり、特に、18/82~22/78である。第1の単官能性(メタ)アクリレートが少なすぎると、粘度を大きく低減できないおそれがある。第1の単官能性(メタ)アクリレートが多すぎると、耐スクラッチ性を大きく向上できないおそれがある。
(他の単官能性の重合性成分)
本発明の硬化性組成物は、本発明の効果を妨げない限り、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレート及び多官能性(メタ)アクリレートに加え、さらに、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートに属さない他の単官能性の重合性成分(又は他の反応性希釈剤)を含んでいてもよい。他の単官能性の重合性成分(反応性希釈剤)としては、重合性基(又は重合性不飽和結合)、例えば、ビニル基、アリル基などのアルケニル基、(メタ)アクリロイル基などを1つ有する化合物であればよく、具体的には、単官能性ビニル系モノマー;単官能性(メタ)アクリル系モノマーなどが挙げられる。単官能性ビニル系モノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレンなどのα-オレフィン系モノマー;スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエンなどのスチレン系モノマー;酢酸ビニルなどのビニルエステル系モノマー;N-ビニルピロリドンなどが挙げられる。単官能性(メタ)アクリル系モノマーとしては、(メタ)アクリル酸;(メタ)アクリルアミド;N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミドなどのN-置換(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリロニトリル;(メタ)アクリル酸エステル(又は単官能性(メタ)アクリレート)が挙げられる。
これらの反応性希釈剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの反応性希釈剤のうち、単官能性(メタ)アクリル系モノマー、なかでも、単官能性(メタ)アクリレート(前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートとは異なる第2の単官能性(メタ)アクリレート)がよく利用される。
第2の単官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、脂肪族単官能性(メタ)アクリレート;脂環族単官能性(メタ)アクリレート;芳香族単官能性(メタ)アクリレート(ただし、前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートを含まない。);硫黄原子を含有する単官能性(メタ)アクリレートが挙げられる。
脂肪族単官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレートなどのC1-20アルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
脂環族単官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレートなどのC5-10シクロアルキル(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、イソボルニル(メタ)アクリレートなどの橋架け環式(メタ)アクリレートが挙げられる。
芳香族単官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、フェニル(メタ)アクリレートなどのアリール(メタ)アクリレート;ベンジル(メタ)アクリレートなどのアラルキル(メタ)アクリレート;フェノキシベンジル(メタ)アクリレート;アリールオキシアルキル(メタ)アクリレート、具体的には、2-フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2-(2-ナフトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2-(o-フェニルフェノキシ)エチル(メタ)アクリレートなどのC6-12アリールオキシC2-4アルキル(メタ)アクリレートなど;ビスフェノール類(又はそのアルキレンオキシド付加体)のモノ(メタ)アクリレート、具体的には、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加体のモノ(メタ)アクリレートなど;フルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート、具体的には、9-(メタ)アクリロイルオキシメチルフルオレンなどが挙げられる。
硫黄原子を含有する単官能性(メタ)アクリレートとしては、例えば、アルキルチオ(メタ)アクリレート、アリールチオ(メタ)アクリレート、アラルキルチオ(メタ)アクリレート、アリールチオアルキル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。アルキルチオ(メタ)アクリレートとしては、例えば、メチルチオ(メタ)アクリレートなどのC1-6アルキルチオ(メタ)アクリレートが挙げられる。アリールチオ(メタ)アクリレートとしては、例えば、フェニルチオ(メタ)アクリレートなどのC6-10アリールチオ(メタ)アクリレートが挙げられる。アラルキルチオ(メタ)アクリレートとしては、例えば、ベンジルチオ(メタ)アクリレートなどのC6-10アリールC1-6アルキルチオ(メタ)アクリレートが挙げられる。アリールチオアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、フェニルチオエチル(メタ)アクリレートなどのC6-10アリールチオC2-4アルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。
これらの第2の単官能性(メタ)アクリレートは、単独で又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートの割合は、第1の単官能性(メタ)アクリレート及び他の反応性希釈剤の総量に対して、例えば、10質量%以上、具体的には、30~100質量%程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上であり、さらに好ましくは90質量%以上であり、特に、実質的に100質量%すなわち、単官能性の重合性成分が第1の単官能性(メタ)アクリレートのみであるのが好ましい。なお、前記割合は、例えば、60~99質量%程度の範囲から選択してもよく、具体的には、80~97質量%であってもよい。
(重合性成分以外の成分)
硬化性組成物は、重合性成分(又はモノマー成分)の他に、重合開始剤、溶媒、添加剤などをさらに含んでいてもよい。
(重合開始剤)
重合開始剤は熱重合開始剤(熱ラジカル発生剤)であってもよく、光重合開始剤(光ラジカル発生剤)であってもよい。
熱重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物、アゾ化合物などが挙げられる。有機過酸化物としては、例えば、ジ-t-ブチルパーオキシドなどのジアルキルパーオキシド類;ラウロイルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシドなどのジアシルパーオキシド類;t-ブチルハイドロパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド、過酢酸t-ブチルなどの過酸(又は過酸エステル)類;ケトンパーオキシド類;パーオキシカーボネート類;パーオキシケタール類が挙げられる。アゾ化合物としては、例えば、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)などのアゾニトリル化合物、アゾアミド化合物、アゾアミジン化合物が挙げられる。これらの熱重合開始剤は、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン類、具体的には、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテルなどのベンゾインアルキルエーテル類など;アセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オンなどのアセトフェノン類;2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルホリノアミノプロパノン-1などのアミノアセトフェノン類;アントラキノン、2-メチルアントラキノンなどのアントラキノン類;2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントンなどのチオキサントン類;アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタールなどのケタール類(;ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン類;キサントン類が挙げられる。これらの光重合開始剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。
重合開始剤(熱及び/又は光重合開始剤)の割合は、重合性成分の総量100質量部に対して0.1~15質量部、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~8質量部、さらに好ましくは2~5質量部である。
また、光重合開始剤は、光増感剤と組み合わせてもよい。光増感剤として代表的には、第3級アミン類、例えば、トリアルキルアミン;トリエタノールアミンなどのトリアルカノールアミン;ジアルキルアミノ安息香酸アルキルエステル、具体的には、p-(ジメチルアミノ)安息香酸エチルなどのN,N-ジメチルアミノ安息香酸エチルや、p-(ジメチルアミノ)安息香酸アミルなどのN,N-ジメチルアミノ安息香酸アミルなど;4,4-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどのビス(ジアルキルアミノ)ベンゾフェノン;4-(ジメチルアミノ)ベンゾフェノンなどのジアルキルアミノベンゾフェノンなどの慣用の光増感剤が挙げられる。これらの光増感剤は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
光増感剤の割合は、前記重合開始剤100質量部に対して、1~200質量部、好ましくは5~150質量部、さらに好ましくは10~100質量部である。
(溶媒)
硬化性組成物は、前記式(1)で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートにより取り扱い性を向上できるため、溶媒を含んでいなくてもよいが、必用に応じて溶媒を含んでいてもよい。溶媒としては、特に限定されず、例えば、炭化水素類、具体的には、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素類、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類など;ハロゲン化炭化水素類、具体的には、塩化メチレン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン、クロロベンゼンなど;エーテル類、具体的には、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類など;ケトン類、具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのジアルキルケトン類、シクロヘキサノンなどの環状ケトン類など;エステル類、具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル類など;グリコールエーテルアセテート類、具体的には、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジ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の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類など;スルホキシド類、具体的には、ジメチルスルホキシドなど;アミド類、具体的には、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドンなど;ニトリル類、具体的には、アセトニトリルなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせた混合溶媒として使用することもできる。
溶媒の割合は特に制限されず、固形分(溶媒以外の成分)の濃度が、硬化性組成物全体に対して、例えば、0.1~50質量%程度となるように含有させてもよい。
(他の添加剤)
硬化性組成物は、慣用の添加剤、例えば、着色剤、安定剤、充填剤、帯電防止剤、難燃剤、界面活性剤、可塑剤、硬化剤、重合禁止剤などを含んでいてもよい。前記安定剤としては、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などが挙げられる。これらの添加剤は単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。
添加剤の割合は、硬化性組成物全体に対して、例えば、30質量%以下、好ましい範囲としては、以下段階的に、20質量%、10質量%以下、5質量%以下である。なお、前記割合は、0.001~20質量%、具体的には、0.01~5質量%であってもよい。
(硬化性組成物の特性)
硬化性組成物は、前記式(1)で表される単官能性(メタ)アクリレートを含むため、低い粘度(高い取り扱い性又はハンドリング性)と高い屈折率とを両立できる。
硬化性組成物の粘度は、温度25℃において、例えば、200000mPa・s以下、好ましい範囲としては、以下段階的に、150000mPa・s以下、100000mPa・s以下、80000mPa・s以下、60000mPa・s以下、30000mPa・s以下である。なお、粘度は、150~150000mPa・s程度、具体的には、1000~80000mPa・s、好ましくは5000~30000mPa・sであってもよい。粘度は、用途などに応じて適宜調整してもよく、通常、10000mPa・s以下程度であると、取り扱い性に優れており、より好ましい範囲としては、以下段階的に、8000mPa・s以下、5000mPa・s以下、3000mPa・s以下、2000mPa・s以下である。
硬化性組成物の屈折率(硬化前屈折率)は、温度25℃、波長589nmにおいて、例えば、1.56~1.7程度の範囲から選択でき、好ましい範囲としては、以下段階的に、1.6~1.65、1.6~1.64、1.605~1.635、1.605~1.63、1.6~1.625、1.61~1.62であり、高屈折率が必要となる場合、通常、1.61~1.645程度、好ましくは1.615~1.635であることが多く、耐スクラッチ性が必要となる場合、通常、1.565~1.59程度、好ましくは1.57~1.58であることが多い。
なお、粘度及び屈折率は、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
[硬化物]
本発明の硬化性組成物は、活性エネルギー(又は活性エネルギー線)を付与することで容易に硬化し、硬化物を生成する。前記活性エネルギーは、熱エネルギー及び/又は光エネルギー、例えば、紫外線、X線などが有用である。
熱エネルギーを利用して加熱処理する場合、加熱温度としては、例えば、50~200℃、好ましくは60~150℃、さらに好ましくは70~120℃である。
また、光エネルギー(例えば、紫外線など)を利用して光照射する場合、光照射エネルギー量は、用途に応じて適宜選択でき、例えば、50~10000mJ/cm、好ましくは70~8000mJ/cm、さらに好ましくは100~5000mJ/cm、特に、500~3000mJ/cmである。
硬化物の形状は、特に制限されず、レンズ状、管状などの三次元構造の硬化物であってもよく、フィルム状、シート状、板状などの二次元構造の硬化物(又は硬化膜)、線状、棒状などの一次元構造の硬化物であってもよい。
硬化物の製造方法は、特に限定されず、例えば、硬化物の形状に応じて、前記硬化性組成物を成形又は所定の型内に注型(注入)した後、硬化処理(加熱及び/又は光照射)して製造してもよい。また、二次元構造の硬化物の場合、例えば、前記硬化性組成物を基材又は基板、例えば、金属、具体的には、アルミニウムなどセラミックス、具体的には、酸化チタン、ガラス、石英などの無機材料;プラスチック、具体的には、環状オレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂など有機材料;木材などの多孔質体などに塗布してフィルム状の塗膜(又は薄膜)を形成させた後、硬化処理を施すことにより製造してもよい。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。以下に、評価方法及び原料を示す。
[評価方法]
(粘度)
25℃における粘度を、TV-22形粘度計(コーンプレートタイプ、東機産業(株)製「TVE-22L」)を用い、測定粘度に応じたオプションローター(01:1゜34’×R24、07:3゜×R7.7)を選択し、回転数0.5~20rpmで測定した。なお、ローター01の場合は試料1.1mL、ローター07の場合は試料0.1mLをそれぞれセットし、5分間プレヒートした後、3分間の測定を行い粘度を求めた。
(加熱残分)
ハロゲン水分計(メトラー・トレド(株)製「HG53」を用いて、180℃で加熱した残分を測定した。
(屈折率)
多波長アッベ屈折計((株)アタゴ製、DR-M2<循環式恒温水槽60-C3>)を用いて、温度25℃、589nmでの屈折率を測定した。
(ハーゼン色数(APHA)及びヘーズ(Haze))
バイアル瓶に試料1gを採取し、酢酸メトキシブチル12gを加え、5分間振とうさせた後、色差・濁度計(日本電色工業(株)製「COH-300A」を用いて、APHA及びヘーズを測定した。なお、APHAは、JIS K0071(1998)に、ヘーズは、JIS K7136(2000)に準拠して測定した。
(液体クロマトグラフィによる純度(LC純度))
(株)日立ハイテクノロジーズ製「L-2000」を用い、試料の希釈倍率2000倍(アセトニトリル)、温度30℃、検出器の波長254nm、流量0.5mL/分の条件下、展開溶媒を水/アセトニトリル(重量比)=30/70で30分、水/アセトニトリル(重量比)=5/95で15分、水/アセトニトリル(重量比)=30/70で15分とこの順序で変化させつつ、合計60分間測定した。
H-NMR)
BRUKER社製「ULTRA SHIELD(登録商標)300」を使用し、溶媒としての重クロロホルム(CDCl)、標準物質としてのテトラメチルシラン(TMS)を用いて、H-NMRスペクトルを測定した。
(耐スクラッチ性)
表面性測定器(新東科学(株)製「HEIDON-14DR」)を用いて、スチールウール♯0000を鉛筆硬度計の先端に装着し、実施例又は比較例で調製した硬化物(50mm×15mm×2mm)に荷重250gを垂直負荷させ、速度1mm/sで硬化物上を移動させ、傷の有無を目視にて確認した。この操作を5本の硬化物について行い、以下の基準で耐スクラッチ性を評価した。
○:全ての硬化物に傷が付かない
△:1本でも傷が付く硬化物があるが、回復性は確認できる
×:傷が付き、回復性を確認できない。
[原料]
NOBA:m-(2-ナフトキシ)ベンジルアクリレート、後述する実施例1により合成
POBA:m-フェノキシベンジルアクリレート、共栄社化学(株)製
BPEFA:9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、大阪ガスケミカル(株)製
BNEFA:9,9-ビス[6-(2-アクリロイルオキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレン、特開2018-59059号公報記載の合成例1と同様にして合成
BPEF-9EOA:9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン1モルに対して、エチレンオキシドが平均値で9モル付加した付加体のジアクリレート、特許第6017222号公報記載の参考例4と同様にして合成
UV-3200B:二官能性ウレタンアクリレート、日本合成化学工業(株)製
FA-321A:ビスフェノールA 1モルに対して、エチレンオキシドが平均値で10モル付加した付加体のジアクリレート、日立化成工業(株)製。
[実施例1]
(a)m-(2-ナフトキシ)ベンジルアルコールの合成
Figure 0007245778000009
4つ口の2Lフラスコに窒素気流下、m-ブロモベンジルアルコール200g(1.07mol)、β-ナフトール231.2g(1.60mol)、N,N’-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)418g(3.66mol)、炭酸カリウム110.8g(802mmol)、塩化銅(I)3.1g(31.3mmol)、8-キノリノール4.6g(31.7mmol)を仕込み、120℃で14時間反応させた。反応液を室温まで冷却後、イオン交換水800g、メチルイソブチルケトン(MIBK)800gにて抽出分液した。2N塩酸200gで有機層を洗浄し、不溶物を分解処理(pH2~3)し、イオン交換水200gにて洗浄した。その後、10質量%水酸化ナトリウム水溶液400gで中和処理を2回行い、イオン交換水200gで7回洗浄して、水層のpHを7にした。有機層の減圧濃縮により、褐色粘性液体233gを得た。トルエン(Tol)/メチルシクロヘキサン(MCH)混合物(Tol/MCH(質量比)=1/1) 920gを用いて一晩冷凍庫にて再結晶後、析出物をTol/MCH=1/1 100mlで5回洗浄した。洗浄後、析出物を回収し70℃で減圧乾燥してクリーム色結晶188.7g(粗収率70.5%、LC純度98.9%)を得た。Tol/MCH混合物(Tol/MCH(質量比)=1/1) 690gを用いて再度、再結晶を実施し、析出物をTol/MCH混合物(Tol/MCH(質量比)=1/1) 100mlで5回洗浄した。析出物を回収し70℃で減圧乾燥して淡クリーム色結晶158.3g(収率59.1%、LC純度99.8%)を得た。
(b)m-(2-ナフトキシ)ベンジルアクリレート(NOBA)の合成
Figure 0007245778000010
4つ口の2Lフラスコ中でm-(2-ナフトキシ)ベンジルアルコール155g(619mmol)、テトラヒドロフラン(THF)780mlを均一化した後、トリエチルアミン(TEA)106.5g(1.05mol)を加えて、氷水で冷却した。塩化アクリロイル84.1g(929mmol)を反応溶液の温度が2~10℃の範囲内で滴下し、滴下後、16時間撹拌した。氷水冷却下、10質量%水酸化ナトリウム水溶液400mlを反応溶液の温度が3~8℃の範囲内で滴下し、分液した。酢酸エチル200ml及び100mlを用いて抽出し、飽和食塩水200mlで洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで脱水した。ろ過後、有機層を減圧濃縮し、褐色粘性液体193.5gを得た。濃縮物にヒドロキノンモノメチルエーテル(MEHQ)10mgを添加し、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル900g、溶離液:へプタン/酢酸エチル(質量比)=2/1から1/1に変化させる)にて分離精製した。回収した溶液を減圧濃縮し、微黄色粘性液体として、NOBA 146.4g(収率77.7%、LC純度100%(NOBAが溶出するまでの保持時間:15分30秒))を得た。加熱残分は99.8重量%、APHAは0、Hazeは0%、粘度は129mPa・s、屈折率が1.617であった。
H-NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm) 7.83(m、2H)、7.70(d、1H)、7.48-7.35(m、2H)、7.34(m、2H)、7.25(m、1H)、7.13(m、2H)、7.01(d、1H)、6.44(d、1H)、6.16(m、1H)、5.84(d、1H)、5.18(s、2H)。
[実施例2~6及び比較例1~9]
下記表1に示す割合で、各重合性成分(多官能性(メタ)アクリレートとしてのBPEFA、及び反応性希釈剤としてのNOBA又はPOBA)を混合して、硬化性組成物を調製し、硬化前屈折率及び粘度を測定した。また、実施例1及び比較例9では、NOBA又はPOBA各単体の特性について測定した。結果を表1及び図1~2に示す。なお、図1~2における近似線は、比較例及び実施例の測定値に基づいて、各反応性希釈剤の配合割合をx、屈折率又は粘度をyとし、マイクロソフト社製「Microsoft Excel (Microsoft Office Home and Business 2016)」を使用して算出し、屈折率については、線形近似を、粘度については、累乗近似を採用した。
Figure 0007245778000011
表1及び図1~2から明らかなように、実施例では、比較例に比べて、屈折率を低下させることなく低粘度化でき、取り扱い性を向上できた。
[実施例7~15]
下記表2に示す割合で、多官能性(メタ)アクリレートとしてのBNEFA、及び反応性希釈剤としてのNOBAを混合して、硬化性組成物を調製し、硬化前屈折率、粘度及び保存安定性を評価した。なお、保存安定性は、調製した硬化性組成物を室温(20~25℃)で1か月間保管した後、結晶の析出の有無を目視で確認することにより行った。結果を表2及び図3~4に示す。なお、図3~4における近似線は、実施例の測定値に基づいて、NOBAの配合割合をx、屈折率又は粘度をyとし、マイクロソフト社製「Microsoft Excel (Microsoft Office Home and Business 2016)」を使用して算出し、屈折率については線形近似を、粘度については累乗近似を採用した。
Figure 0007245778000012
BNEFAは常温下で固体であるが、いずれの実施例においても、得られた硬化性組成物は液状であり取り扱い性に優れていた。また、表2及び図3~4から明らかなように、実施例では、屈折率をさほど低下させることなく低粘度化でき、なかでも、実施例12~15、特に、実施例13~15では、屈折率及び取り扱い性をバランスよく両立できた。さらに、結晶性の高いBNEFAを含むにもかかわらず、いずれの硬化性組成物においても1か月保管後に結晶の析出は確認されず、保存安定性に優れていた。なお、実施例7~15において、NOBAに代えて、特許文献2記載の2-(2-ナフトキシエチル)アクリレート(NEOA)を用いて得られた硬化性組成物では、いずれも1か月経過前に結晶の析出が見られ保存安定性が低かった。また、BNEFA及びNEOAは、いずれも常温で固体状態(粉体)であるため、混合する際に溶融する必要があるが、NOBAは常温で液体状態であるため、BNEFAと容易に混合できる点においても取り扱い性に優れていた。
[実施例1、16~19及び比較例10]
下記表3に示す割合で、多官能性(メタ)アクリレートとしてのBPEF-9EOA、及び反応性希釈剤としてのNOBAを混合して、硬化性組成物を調製し、硬化前屈折率及び粘度を評価した。また、比較例10ではBPEF-9EOA単体の特性について、実施例1ではNOBA単体の特性についてそれぞれ評価した。さらに、得られた各硬化性組成物を用いて硬化物を調製し、硬化後屈折率及び耐スクラッチ性を評価した。結果を表3及び図5~6に示す。なお、なお、図5~6における近似線は、比較例及び実施例の測定値に基づいて、NOBAの配合割合をx、屈折率又は粘度をyとし、マイクロソフト社製「Microsoft Excel (Microsoft Office Home and Business 2016)」を使用して算出し、屈折率については、線形近似を、粘度については、次数を2とする多項式近似を採用した。また、各評価に用いた硬化物は、以下の方法により調製した。
調製した各硬化性組成物(重合性成分)100質量部に対して、光重合開始剤(BASFジャパン(株)製「イルガキュア184」)3質量部を添加し加熱溶融して、光重合開始剤を含む硬化性組成物を調製した。
アプリケーターを使用して、光重合開始剤を含む各硬化性組成物をTAC(酢酸セルロース)フィルム上に膜厚200μmに塗布し、UV照射(500mJ/cm)を1回行って硬化物を調製した。得られた各硬化物は、いずれも膜厚100μmのフィルム状であり、この硬化物を用いて硬化後屈折率を測定した。
また、スプレーにより離型剤を付着させたガラスに金型を載せ、この金型に、前記光重合開始剤を含む各硬化性組成物を流し込み、前記ガラスと同様の処理を施したガラスで金型を挟み、UV照射(500mJ/cm)を4回繰り返し、50mm×15mm×2mmの硬化物を調製した。この硬化物を用いて耐スクラッチ性を評価した。
Figure 0007245778000013
表3及び図5~6から明らかなように、実施例では比較例に比べて、屈折率を向上しつつ低粘度化できた。また、実施例16では、耐スクラッチ性をさほど低下させることなく高屈折率化及び低粘度化でき、屈折率、取り扱い性及び耐スクラッチ性のバランスに優れていた。
[実施例20~23及び比較例11~12]
下記表4に示す割合で、多官能性(メタ)アクリレートとしてのBPEF-9EOA、UV-3200B、FA-321Aと、反応性希釈剤としてのNOBAとを混合して、硬化性組成物を調製し、硬化前屈折率及び粘度を評価した。また、得られた各硬化性組成物を用いて硬化物を調製し、硬化後屈折率及び耐スクラッチ性を評価した。結果を表4に示す。なお、各評価に用いた硬化物は、前記[実施例1、16~19及び比較例10]の項に記載の方法と同様の方法により調製した。
Figure 0007245778000014
表4から明らかなように、実施例では比較例に比べて、耐スクラッチ性を維持しつつ、粘度を維持又は低減し、かつ屈折率を向上できた。なかでも、実施例22では、高い屈折率、高い取り扱い性及び高い耐スクラッチ性のバランスが特に優れていた。
本発明の新規単官能性(メタ)アクリレートは、高い屈折率を有し、かつ低粘度であるとともに、保存安定性も向上できるため、多官能性(メタ)アクリレートの粘度を低減するための反応性希釈剤(低粘度化剤)として有効に利用できる。
また、本発明の硬化性組成物は、取り扱い性(低粘度)、高屈折率、保存安定性、耐スクラッチ性などの特性に優れ、種々の用途に利用できる。例えば、インク材料;有機EL用発光材料などの発光材料;有機半導体;黒鉛化前駆体;COガス分離膜などのガス分離膜;コート剤、具体的には、LED(発光ダイオード)用素子のコート剤などの光学用オーバーコート剤又はハードコート剤など;レンズ、具体的には、DVD(デジタル・バーサタイル・ディスク)用ピックアップレンズなどのピックアップレンズ、液晶プロジェクター用マイクロレンズなどのマイクロレンズ、眼鏡レンズなど;液晶ディスプレイ用偏光膜などの偏光膜;表示デバイス用反射防止フィルムなどの反射防止フィルム(又は反射防止膜);タッチパネル用フィルム;フレキシブル基板用フィルム;ディスプレイ用フィルム、具体的には、PDP(プラズマディスプレイ)、LCD(液晶ディスプレイ)、VFD(真空蛍光ディスプレイ)、SED(表面伝導型電子放出素子ディスプレイ)、FED(電界放出ディスプレイ)、NED(ナノ・エミッシブ・ディスプレイ)、ブラウン管、電子ペーパーなどのディスプレイ、特に薄型ディスプレイにおけるフィルタ、保護フィルムなど;燃料電池用膜;光ファイバー;光導波路;ホログラムなどに好適に使用できる。特に、本発明の硬化性組成物は、光学材料用途に好適に利用でき、このような光学材料の形状としては、例えば、フィルム状(又はシート状)、板状、レンズ状、管状などが挙げられる。

Claims (5)

  1. 下記式(1)
    Figure 0007245778000015
    (式中、Rは水素原子又はメチル基、Aは直鎖状又は分岐鎖状C2-4アルキレン基、R及びRはそれぞれ独立してC1-4アルキル基、Ar及びArはそれぞれ独立してベンゼン環又はナフタレン環、m、n1及びn2はそれぞれ独立して0~2の整数を示し、Ar及びArのうち、一方がベンゼン環であり、他方がナフタレン環である。)
    で表される第1の単官能性(メタ)アクリレートと、多官能性(メタ)アクリレートとを、前者/後者(重量比)=1/99~90/10の割合で含む硬化性組成物であって、
    前記多官能性(メタ)アクリレートが、下記式(6)
    Figure 0007245778000016
    (式中、Zはそれぞれナフタレン環、R及びRはそれぞれ独立して置換基、Aはそれぞれ独立して直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基、Rはそれぞれ独立して水素原子又はメチル基、pはそれぞれ独立して0~4の整数、qはそれぞれ独立して0以上の整数、rはそれぞれ独立して0~10の整数を示す。)
    で表される多官能性(メタ)アクリレートを含む硬化性組成物。
  2. 式(1)において、Aが直鎖状又は分岐鎖状C2-3アルキレン基、R及びRがメチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基、Arがベンゼン環、Arがナフタレン環、mが0又は1、n1が0又は1、n2が0又は1である請求項1記載の硬化性組成物。
  3. 第2の単官能性(メタ)アクリレートをさらに含む請求項1又は2記載の硬化性組成物。
  4. 式(6)において、R がそれぞれ独立してアルキル基又はアリール基、Aがそれぞれ独立して直鎖状又は分岐鎖状C2-4アルキレン基、pがそれぞれ独立して0~2の整数、qがそれぞれ独立して0~2の整数、rがそれぞれ独立して0~の整数である請求項1~3のいずれかに記載の硬化性組成物。
  5. 請求項1~のいずれかに記載の硬化性組成物が硬化した硬化物。
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