JPH06321888A - アクリル化合物、非線形光学材料用組成物、アクリル重合体および非線形光学材料 - Google Patents

アクリル化合物、非線形光学材料用組成物、アクリル重合体および非線形光学材料

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JPH06321888A
JPH06321888A JP11121993A JP11121993A JPH06321888A JP H06321888 A JPH06321888 A JP H06321888A JP 11121993 A JP11121993 A JP 11121993A JP 11121993 A JP11121993 A JP 11121993A JP H06321888 A JPH06321888 A JP H06321888A
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JP
Japan
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nonlinear optical
optical material
compound
carbon atoms
alkyl group
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Application number
JP11121993A
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English (en)
Inventor
Makoto Kaji
誠 鍛治
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 光学非線形性に優れ、かつ経時安定性に優れ
た非線形光学材料を提供する。 【構成】 一般式(1) (式中、R1およびR2は水素または炭素数1から12の
枝分かれ状、直鎖状もしくはR1とR2で環を形成したア
ルキル基を示し、R3、R4およびR5は水素または炭素
数1から12の枝分かれ状もしくは直鎖状のアルキル
基、炭素数1から12のアルコキシ基、ハロゲン原子、
6は水素またはメチル基ならびにEは−(CH2)nOを
示し、nは0から12の整数を示す)で示されるアクリ
ル化合物、この化合物を含有してなる非線形光学材料用
組成物、この化合物の重合体ならびにこの重合体を含有
する非線形光学材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規なアクリル化合
物、この化合物を含有する非線形光学材料用組成物、新
規なアクリル重合体およびこの重合体を含有する非線形
光学材料に関する。
【0002】
【従来の技術】非線形光学材料はレーザなどの強電界下
で2次以上の非線形光学応答あるいは電気光学効果を示
す材料で、この効果を利用して光波長変換、光増幅、光
変調などの素子・部品に用いることができる。従来、非
線形光学材料としてはKH2PO4、NH42PO4等の
無機結晶が用いられてきたが、これらの材料は潮解性が
あったり、非線形光学定数が低い問題がある。一方、2
−メチル−4−ニトロアニリン−3−メチル−4−ニト
ロピリジン−N−オキサイドなどの有機結晶は非線形光
学定数が高い反面、良質な結晶が作りにくく、強度がな
く取り扱いにくい欠点を有している。こういった欠点を
補うものとして加工性の点で優れている有機高分子材料
が注目されている。しかし、高分子材料は一般に配向性
がないのでガラス転移点温度以上に加熱して直流電場を
印加し極性化(配向)させないと非線形効果は得られな
い。この処理はポーリングと呼ばれるが、ポーリング後
常温に戻し放置および使用によって配向が失われる場合
には非線形性も同時に失われるのでこの配向の安定性が
実用上重要になる。また、十分な非線形性を得るため
に、ポリマ側鎖に非線形性の高い構造を持たせる(例:
特開平4−221939)が非線形性の高い分子をドー
プする(J.F.Valley他、Applied P
hysics Letters,60(2),160)
事が必要である。また、この材料は光の伝播媒体でもあ
るので、均一な透明体であることが望ましく、散乱や吸
収による光損失が小さいことが望ましい。このような要
求を十分満足する材料を得るべく各方面で多大な努力が
払われているが、そのような材料はこれまで知られてい
ない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、優れ
た非線形性と良好な安定性を兼ね備えた非線形光学材
料、これに用いられるアクリル化合物、非線形光学材料
用組成物およびアクリル重合体を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は一般式(1)
【化3】 (式中、R1およびR2は水素または炭素数1から12の
枝分かれ状、直鎖状もしくはR1とR2で環を形成したア
ルキル基を示し、R3、R4およびR5は水素または炭素
数1から12の枝分かれ状もしくは直鎖状のアルキル
基、炭素数1から12のアルコキシ基、ハロゲン原子、
6は水素またはメチル基ならびにEは−(CH2)nO−
を示し、nは0から12の整数を示す)で示されるアク
リル化合物、このアクリル化合物を含有してなる非線形
光学材料用組成物、一般式(2)
【化4】 (式中、R1およびR2は水素または炭素数1から12の
枝分かれ状、直鎖状もしくはR1とR2で環を形成したア
ルキル基を示し、R3、R4およびR5は水素または炭素
数1から12の枝分かれ状もしくは直鎖状のアルキル
基、炭素数1から12のアルコキシ基、ハロゲン原子、
6は水素またはメチル基ならびにEは−(CH2)nO−
を示し、nは0から12の整数を示す)で示される構造
単位を有するアクリル重合体ならびにこのアクリル重合
体を含有してなる非線形光学材料に関する。
【0005】以下更に本発明を詳細に説明する。本発明
の非線形光学材料は、前記の一般式(2)で示される構
造単位を有する化合物を含有し、この化合物を合成する
ための一般式(1)で示されるアクリル化合物の具体例
としては2−[N−(2′−アクリロイルオキシエチル
カルバモイル)アミノ]−4−ニトロアニリン、2−
[N−(2′−メタクリロイルオキシエチルカルバモイ
ル)アミノ]−4−ニトロアニリン、N−メチル−2−
[N′−(2′−アクリロイルオキシエチルカルバモイ
ル)アミノ]−4−ニトロアニリン、N−エチル−2−
[N′−(2′−アクリロイルオキシエチルカルバモイ
ル)アミノ]−4−ニトロアニリン、N,N−ジメチル
−2−[N′−(2′−アクリロイルオキシエチルカル
バモイル)アミノ]−4−ニトロアニリン、N,N−ジ
エチル−2−[N′−(2′−アクリロイルオキシエチ
ルカルバモイル)アミノ]−4−ニトロアニリン、N−
メチル−2−[N′−(2′−メタクリロイルオキシエ
チルカルバモイル)アミノ]−4−ニトロアニリン、N
−エチル−2−[N′−(2′−メタクリロイルオキシ
エチルカルバモイル)アミノ]−4−ニトロアニリン、
N,N−ジメチル−2−[N′−(2′−メタクリロイ
ルオキシエチルカルバモイル)アミノ]−4−ニトロア
ニリン、N,N−ジエチル−2−[N′−(2′−メタ
クリロイルオキシエチルカルバモイル)アミノ]−4−
ニトロアニリンなどがある。
【0006】例えば、N−メチル−2−[N′−(2′
−メタクリロイルオキシエチルカルバモイル)アミノ]
−4−ニトロアニリンは2−アミノ−4−ニトロアニリ
ンに2−イソシアナートエチルメタクリレートを、非プ
ロトン性極性溶媒中もしくは無溶媒で、触媒の存在下も
しくは無触媒で反応させて得ることができ、ほかの化合
物も同様の合成手法により得ることができる。非プロト
ン性極性溶媒としてはN−メチル−2−ピロリドン、ジ
メチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド、
N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、
ジオキサン、スルホラン、エチレンカーボネート等があ
る。触媒としては、トリエチレンジアミン、ピリジン、
トリエチルアミン、ジブチルすずジラウレート、ジブチ
ルすずジアセテート等がある。反応温度としては0℃か
ら100℃の範囲が一般的には用いられる。反応時間は
1時間から100時間程度反応性に応じて選ばれる。し
かしながら合成手法はこの方法に限定されるものではな
い。
【0007】本発明のアクリル化合物を含有する非線形
光学材料用組成物には、通常用いられる結合材としての
種々の有機高分子材料、その他の付加重合性化合物、熱
または光重合開始剤などの一種又は二種以上が含有され
る。例えばこの組成物中のアクリル化合物を、マスクパ
ターンを通した光の作用により他の多官能付加重合性化
合物と共重合させ三次元化し有機溶剤等に不溶なものと
し、現像処理によって所望のパターンを得ることも可能
となる。この光重合の際、直流電場を印加することによ
り該アクリル化合物が配向し、重合によって固定化され
るため非線形光学及び電気光学活性となる。
【0008】一般式(2)で示される構造単位を有する
化合物を調製するには、上記の一般式で示されるアクリ
ル化合物のみもしくは他の重合性モノマとともに、アゾ
ビスイソブチロニトリル等のラジカル重合開始剤を用
い、溶媒中で重合させることによって一般的に得られ
る。他の重合性モノマとしては、メタクリル酸メチル、
メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル
酸オクチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸、ア
クリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチ
ル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ベンジル、アクリ
ル酸、スチレン、4−メチルスチレン、4−クロロメチ
ルスチレン、4−ヒドロキシメチルスチレン、4−t−
ブチルオキシカルボニルオキシスチレン、2−ビニルナ
フタレン、2−ビニルピリジン、3−ビニルピリジン、
4−ビニルピリジン、グリシジルメタクリレート、グリ
シジルアクリレート、2−シアノエチルメタクリレー
ト、2−シアノエチルアクリレート、メタクリル酸(2
−ヒドロキシエチル)、メタクリル酸(2−ジメチルア
ミノエチル)、アクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、
アクリル酸(2−ジメチルアミノエチル)等がある。一
般的にはテトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトン、
エチルセロソルブ、メチルセロソルブ、セロソルブアセ
テート、ベンゼン、トルエン、キシレン、N−メチル−
2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメ
チルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、エ
チレンカーボネート等の溶媒の存在下、20℃から10
0℃で1時間から100時間程度重合させて重合体が得
られる。重合体の数平均分子量は5,000から50
0,000の範囲であることが望ましい。この重合体に
おける、一般式(2)で示される構造単位の比は仕込み
モノマの重量比で5%から100%が望ましい。
【0009】本発明の高分子非線形光学材料には、一般
式(2)で示される構造単位を有する化合物のほかに他
の高分子を混合してもよく、また密着性や膜の平滑性を
向上させるために一般的に用いられる添加剤を配合させ
ることも場合によっては有効である。
【0010】本発明の非線形材料を使用するには、例え
ばN−メチル−2−ピロリドン等の溶媒に溶解させ、ス
ピンコート法等によってガラス基板、酸化ケイ素表面を
有するシリコンウエーハ基板等上に乾燥膜厚が0.1か
ら10μとなるように塗布し、加熱により溶媒を除去し
て乾燥塗膜とする。この膜に対し、例えば、あらかじめ
前記の基板表面が導電性であるものを選ぶかあるいは膜
表面上に導電性の金属を蒸着するなどして適当な方法で
設けた電極の配置により膜内に直流電場が形成されるよ
うに電場を印加しポーリングを行なう。印加される電場
の強さは1kから100MV/cmの範囲が一般に選ば
れる。このポーリングは、本発明の高分子非線形材料の
ガラス転移点温度以上、好ましくはガラス転移点温度よ
りも10℃以上高い温度で行なうことが望ましい。電場
の印加を維持しながら徐々に冷却してポーリングで得た
配向を固定化する。本発明の非線形光学材料は波長変換
素子、光変調素子などの材料として用いることができ
る。
【0011】
【実施例】以下に本発明を実施例を用いて更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの実施例によって制限される
ものではない。 合成例1 2−[N−(2′−メタクリロイルオキシエチルカルバ
モイル)アミノ]−4−ニトロアニリン(M−1)の合
成 300mlの三口丸底フラスコに撹拌し、2−アミノ−
4−ニトロアニリン20g(130.6mmol)及び
酢酸エチル150mlを入れ、塩化カルシウム管をとり
つけた水冷却管、滴下ロート及び温度計をとりつけてマ
グネチックスターラにて撹拌し懸濁状態とした。オイル
バスを用いてフラスコ内を50℃に加熱し、滴下ロート
から2−イソシアナートエチルメタクリレート20g
(148mmol)を徐々に滴下した。約30分かけて
滴下を行ない、さらに3時間加熱撹拌を継続した。放冷
後、析出した結晶性生成物を濾別し、さらにメタノール
/アセトンの混合溶媒から再結晶を行ない精製した。収
量は32.55g(105.7mmol、80.9%)
であった。この化合物の構造はj重クロロホルム−d6
DMSOを溶媒に、TMSを内部標準に用いてnmrス
ペクトルを測定し確認した。この化合物の融点は14
3.3℃であった。またクロロホルム中の吸収極大は3
53nmであった。およびnmrスペクトルデータを以
下に示す。図1に紫外吸収スペクトル(クロロホルム溶
液)を、図2に1H−nmrスペクトル(CDCl3−d
6−DMSO溶液)を示す。1 H−nmr(CDCl3−d6DMSO,TMS) δ(ppm):1.97(s,CH3,3H)、3.5
5(q,NHCH2,2H,J=5.6Hz)、4.2
6(t,CH2O,2H,J=5.4Hz)、5.28
(s,NH2,2H)、5.62(s=CH2,1H)、
6.73(d,Ar−Hi,J=8.9Hz)、7.8
0(s,ArNHCO,1H)、7.83(dd,Ar
j,1H,J=8.9Hz,J=2.6Hz)、8.
27(d,Ar−Hk,1H,J=2.9Hz)
【化5】
【0012】合成例2 M−1/メタクリル酸メチル共重合体(P−1)の合成 合成例1で合成したアクリル化合物M−1を20g(6
4.9mmol)、メタクリル酸メチル50g(29
7.6mmol)、アゾビスイソブチロニトリルを0.
7gおよび溶媒としてN,N−ジメチルホルムアミドを
300ml、500mlのセパラブルフラスコに仕込み
窒素気流下70℃で25時間重合させた。得られたポリ
マの重量平均分子量は標準ポリスチレン換算で86,0
00であった。
【0013】実施例 合成例2で得られたポリマ溶液をITO蒸着透明ガラス
基板上に、スピンコータを用いて乾燥膜厚が1μとなる
ように塗布し100℃で10分間乾燥させた。得られた
薄膜試料を120℃のオーブン中で10kVの電界をコ
ロナ放電により印加し電場配向を行なった。このまま電
界を印加しながら室温まで徐冷した。このようにして得
た配向薄膜試料について文献記載(マクロモレキュール
ズ、15、1385頁、1982年、G.R.Mere
dith他)の方法によってNd−YAGレーザ(波長
1.064μ)を用いて第2高調波発生の効率を測定
し、石英標準試料(d11=0.4pm/V)との比較に
よってこの薄膜の光学非線形性の評価を行った。その結
果、この薄膜の第2高調波発生に対する非線形光学定数
はd33=21pm/V、d31=7pm/Vであった。こ
の薄膜を2日間室温で放置することによって、非線形光
学定数が約15%低下したがその後の変化は一ケ月後も
見られなかった。
【0014】
【発明の効果】実施例に示したように本発明の非線形光
学材料は光学非線形性に優れ、かつ経時安定性に優れた
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で用いたアクリル化合物の紫外吸収スペ
クトル。
【図2】実施例で用いたアクリル化合物のnmrスペク
トル。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1) 【化1】 (式中、R1およびR2は水素または炭素数1から12の
    枝分かれ状、直鎖状もしくはR1とR2で環を形成したア
    ルキル基を示し、R3、R4およびR5は水素または炭素
    数1から12の枝分かれ状もしくは直鎖状のアルキル
    基、炭素数1から12のアルコキシ基、ハロゲン原子、
    6は水素またはメチル基ならびにEは−(CH2)nO−
    を示し、nは0から12の整数を示す)で示されるアク
    リル化合物。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されるアクリル化合物を
    含有してなる非線形光学材料用組成物。
  3. 【請求項3】 一般式(2) 【化2】 (式中、R1およびR2は水素または炭素数1から12の
    枝分かれ状、直鎖状もしくはR1とR2で環を形成したア
    ルキル基を示し、R3、R4およびR5は水素または炭素
    数1から12の枝分かれ状もしくは直鎖状のアルキル
    基、炭素数1から12のアルコキシ基、ハロゲン原子、
    6は水素またはメチル基ならびにEは−(CH2)nO−
    を示し、nは0から12の整数を示す)で示される構造
    単位を有するアクリル重合体。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載されるアクリル重合体を
    含有する非線形光学材料。
JP11121993A 1993-05-13 1993-05-13 アクリル化合物、非線形光学材料用組成物、アクリル重合体および非線形光学材料 Pending JPH06321888A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998054619A1 (fr) * 1997-05-27 1998-12-03 Clariant International Ltd. Composition pour film antireflet ou absorbant la lumiere, et composes utilises dans cette composition
WO1999018478A1 (fr) * 1997-10-08 1999-04-15 Clariant International Ltd. Composition de revetement antireflet ou photoabsorbante et son polymere

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