JPH065323B2 - ポリチオール化合物を用いて得られた光学材料及び光学製品 - Google Patents

ポリチオール化合物を用いて得られた光学材料及び光学製品

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JPH065323B2
JPH065323B2 JP2281089A JP28108990A JPH065323B2 JP H065323 B2 JPH065323 B2 JP H065323B2 JP 2281089 A JP2281089 A JP 2281089A JP 28108990 A JP28108990 A JP 28108990A JP H065323 B2 JPH065323 B2 JP H065323B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はポリチオール化合物を用いて得られた光学材料
及び光学製品に関する。ポリチオール化合物を用いて得
られた本発明の光学材料は、高屈折率、低分散を示し、
光学的特性に優れており、プラスチックレンズ、プリズ
ム、光ファイバー、情報記録用基板、着色フィルター、
赤外線吸収フィルターなどの光学製品に好ましく用いら
れる。
さらに、高屈折率の特徴を生かしたグラス、花ビン等の
装飾品等にも用いられる。
[従来の技術] プラスチックはガラスに比べると軽量で割れにくく、染
色が容易なため近年、各種レンズ等の光学用途に使用さ
れている。このためのプラスチック材料としてはポリエ
チレングリコールビスアリルカーボネート(CR−3
9)やポリメチルメタクリレート(PMMA)が一般に
用いられている。しかし、これらのプラスチック材料の
屈折率は1.50以下であり例えばレンズ材料に用いた場
合度数が強くなるとレンズの肉厚を厚くしなければなら
なくなり、軽量といったプラスチックの優位性が失われ
るばかりでなく、眼鏡用レンズとした場合は審美性が悪
くなるので好ましくなかった。また特に、凹レンズの場
合はレンズの周囲の厚さが厚くなり複屈折や色収差が生
じ、好ましくなかった。そのため、比重の低いプラスチ
ックの特徴を生かしつつ、レンズの厚さを薄くでき、か
つ色収差が少ない高屈折率、低分散プラスチック材料が
望まれている。そのための材料としては、テトラクロロ
メタキシリレンジチオールや1,3,5−トリメルカプ
トベンゼンと、ジイソシアネート化合物との重合体が特
開昭63−46213号公報に開示されている。また、
ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネートと
ジイソシアネートとの重合体が特開昭64−26622
号公報に開示されている。さらには、ペンタエリスリト
ールテトラキスチオプロピオネートとビニル化合物との
重合体が特開昭63−309509号公報に開示されて
いる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、前記特開昭63−46213号公報に記
載のチオール化合物は屈折率が高いもののアッベ数が低
く、これを原料とした重合体はアベック数が低く、また
耐候性に劣るといった欠点がある。また、特開昭64−
26622号公報や特開昭63−309509号公報に
記載のチオール化合物はアッベ数が大きいものの屈折率
が低く、これを原料とした重合体はアッベ数が低く、こ
れを原料とした重合体は屈折率が低く、また耐熱性に劣
るといった欠点がある。
従って、本発明の目的は上記欠点を解消した新規な光学
材料及び光学製品を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記の目的を達成するためになされたもので
あり、本発明の光学材料は、一般式[1] [式中、Xは−(CHCHS)n−Hであり、n
は1〜5の整数であり、nは0〜2の整数である] で示されるポリチオール化合物(a)を少なくとも含
む成分(A)と、一分子内に二つ以上のビニル基を有す
る化合物(b)、一分子内に二つ以上のイソ(チオ)
シアネート基を有する化合物(b)及び一分子内に一
つ以上のビニル基と一つ以上のイソ(チオ)シアネート
基を有する化合物(b)のうちの少なくとも一種を含
む成分(B)とを少なくとも含む混合物を重合させるこ
とにより得られた重合体からなることを特徴とする。な
お、上記イソ(チオ)シアネート基とはイソシアネート
基とイソチオシアネート基の両者を意味する。
以上、本発明を詳細に説明する。
本発明の光学材料は、上記のように成分(A)と成分
(B)とを少なくとも含む混合物を重合させることによ
り得られた重合体からなるものである。
そこで先ずモノマー成分(A)について説明する。成分
(A)は一般式[1]で示されるポリチオール化合物
(a)を少なくとも含む。ポリチオール化合物
(a)は、上記一般式[1]で示されるように、脂環
式スルフィドである1,4−ジチアン環を有し、かつこ
の1,4−ジチアン環の2,5−位にアルキレン基また
は含硫黄アルキレン基を介して、それぞれチオール基が
結合していることを特徴とする新規化合物である。この
ような構造を有するポリチオール化合物(a)は、そ
れ自体の屈折率及びアッベ数が高いので、このポリチオ
ール化合物(a)を用いて重合体を製造した場合に、
重合体の屈折率及びアッベ数も高いものとなる。またこ
のポリチオール化合物(a)中の1,4−ジチアン環
は剛直であるため、このポリチオール化合物(a)を
用いて重合体を製造した場合、その重合体に高耐熱性、
優れた機械的物性を与える。
次に一般式[1]においてnが1から5、nが0か
ら2の整数に限定した理由を述べる。nが0では、ポ
リチオール化合物(a)を用いて得られる重合体がも
ろくなり、耐衝撃性が低下し、一方nが6以上となる
と、ポリチオール化合物(a)の屈折率が低下し、得
られる重合体の屈折率が低下し、耐熱性も低下する傾向
にあり好ましくない。また、nが3以上になると、ポ
リチオール化合物(a)を用いて得られる重合体の耐
熱性が低下するので好ましくない。
ポリチオール化合物(a)は一般式[1]において、
例えばXが水素原子(n=0)、n=1の場合、次
式に示される方法により合成することができる。
すなわち、ジアリルジスルフィドに臭素を反応させ、環
化二量化した臭素化物にチオ尿素を反応させイソチウロ
ニウム塩を生成させる。このものを水酸化ナトリウム水
溶液で加水分解した後、塩酸酸性にすることにより目的
とするポリチオール化合物(a)を得ることができ
る。
上記でその合成方法を示した、Xが水素原子(n
0)、n=1のチオール化合物以外の、一般式[1]
のポリチオール化合物(a)として以下のものが挙げ
られる。
成分(A)中には、重合体の物性等を適宜改良するため
に、一般式[1]で示されるポリチオール化合物
(a)以外に、一分子内にメルカプト基および/また
はヒドロキシ基を有し、かつ一分子内のメルカプト基と
ヒドロキシ基の総数が2以上の化合物(a)を一種も
しくは二種以上含んでいてもよい。この化合物(a
しては、具体的にはトリメチロールプロパン、1,2−
エタンジチオール、1,3−プロパンジチオール、テト
ラキスメルカプトメチルメタン、ペンタエリスリトール
テトラキスメルカプトプロピオネート、ペンタエリスリ
トールテトラキスメルカプトアセテート、2−メルカプ
トエタノール、2,3−ジメルカプトプロパノール、
1,2−ジヒドロキシ−3−メルカプトプロパン、4−
メルカプトフェノール、1,2−ベンゼンジチオール、
1,3−ベンゼンジチオール、1,4−ベンゼンジチオ
ール、1,3,5−ベンゼントリチオール、1,2−ジ
メルカプトメチルベンゼン、1,3−ジメルカプトメチ
ルベンゼン、1,4−ジメルカプトメチルベンゼン、
1,3,5−トリメルカプトメチルベンゼン、トルエン
−3,4−ジチオール、4,4′−ジヒドロキシフェニ
ルスルフィド等が挙げられる。
なお一般式[1]で示されるポリチオール化合物
(a)の使用量は、成分(A)の総量に対して、0.
1−100mol%であり、好ましくは10−100mol%で
ある。
次に本発明の光学材料における他のモノマー成分(B)
について説明する。成分(B)は、一分子内に二つ以上
のビニル基を有する化合物(b)、一分子内に二つ以
上のイソ(チオ)シアネート基を有する化合物(b
及び一分子内に一つ以上のビニル基と一つ以上のイソ
(チオ)シアネート基を有する化合物(b)のうちの
少なくとも一種を含む。
成分(B)に使用されるビニル基含有化合物(b)と
しては、具体的にはジビニルベンゼン、エチレングリコ
ールジ(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、一分子内に少なくとも二つ
以上の(メタ)アクリロキシ基を含むウレタン変性(メ
タ)アクリレート、エポキシ変性(メタ)アクリレー
ト、ポリエステル変性(メタ)アクリレート等が挙げら
れる。(なお、上記(メタ)アクリレートはアクリレー
トとメタクリレートの両者を意味し、(メタ)アクリロ
キシ基は、アクリロキシ基とメタクリロキシ基の両者を
意味する。) また成分(B)に使用されるイソ(チオ)シアネート基
含有化合物(b)としてはキシリレンジイソ(チオ)
シアネート、3,3′−ジクロロジフェニル−4,4′
−ジイソ(チオ)シアネート、4,4′−ジフェニルメ
タンジイソ(チオ)シアネート、ヘキサメチレンジイソ
(チオ)シアネート、2,2′,5,5′−テトラクロ
ロジフェニル−4,4′−ジイソ(チオ)シアネート、
トリレンジイソ(チオ)シアネート等が挙げられる。さ
らに、一つ以上のシクロヘキシル環を有するものとし
て、ビス(イソ(チオ)シアネートメチル)シクロヘキ
サン、ビス(4−イソ(チオ)シアネートシクロヘキシ
ル)メタン、ビス(4−イソ(チオ)シアネートメチル
シクロヘキシル)メタン、シクロヘキサンジイソ(チ
オ)シアネート、イソフォロンジイソ(チオ)シアネー
ト、2,5−ビス(イソ(チオ)シアネートメチル)ビ
シクロ[2,2,2]オクタン、2,5−ビス(イソ
(チオ)シアネートメチル)ビシクロ[2,2,1]ヘ
プタン、2−イソ(チオ)シアネートメチル−3−(3
−イソ(チオ)シアネートプロピル)−5−イソ(チ
オ)シアネートメチル−ビシクロ[2,2,1]−ヘプ
タン、2−イソ(チオ)シアネートメチル−3−(3−
イソ(チオ)シアネートプロピル)−6−イソ(チオ)
シアネートメチル−ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、
2−イソ(チオ)シアネートメチル−2−[3−イソ
(チオ)シアネートプロピル]−5−イソ(チオ)シア
ネートメチル−ビシクロ[2,2,1]−ヘプタン、2
−イソ(チオ)シアネートメチル−2−(3−イソ(チ
オ)シアネートプロピル)−6−イソ(チオ)シアネー
トメチル−ビシクロ[2,2,1]−ヘプタン、2−イ
ソ(チオ)シアネートメチル−3−(3−イソ(チオ)
シアネートプロピル)−6−(2−イソ(チオ)シアネ
ートエチル)−ビシクロ[2,2,1]−ヘプタン、2
−イソ(チオ)シアネートメチル−3−(3−イソ(チ
オ)シアネートプロピル)−6−(2−イソ(チオ)シ
アネートエチル)−ビシクロ[2,2,1]−ヘプタ
ン、2−イソ(チオ)シアネートメチル−2−(3−イ
ソ(チオ)シアネートプロピル)−5−(2−イソ(チ
オ)シアネートエチル)−ビシクロ[2,2,1]−ヘ
プタン、2−イソ(チオ)シアネートメチル−2−(3
−イソ(チオ)シアネートプロピル−6−(2−イソ
(チオ)シアネートエチル)−ビシクロ[2,2,1]
−ヘプタン等が挙げられる。
また、成分(B)に使用されるビニル基およびイソ(チ
オ)シアネート基含有化合物(b)としては、2−
(メタ)アクリロキシエチルイソ(チオ)シアネート、
(メタ)アクリロイルイソ(チオ)シアネート等が挙げ
られる。
成分(B)中にビニル基が混入している場合は成分
(A)の重合官能基が全てメルカプト基であるのが好ま
しく、成分(A)中にヒドロキシ基が混入していると重
合度が上がらず、得られた重合体の機械物性の低下を招
く場合がある。
本発明の光学材料を製造するに際して、上記成分(A)
および成分(B)以外に、他のモノマーも適宜使用する
ことができる。
さらに、耐候性改良のため、紫外線吸収剤、酸化防止
剤、着色防止剤、蛍光染料などの添加剤を適宜加えても
よい。また、重合反応性向上のための触媒を適宜使用し
てもよく、例えばメルカプト基とビニル基との反応性向
上のためには有機過酸化物、アゾ化合物や塩基性触媒が
効果的であり、メルカプト基やヒドロキシ基と、イソ
(チオ)シアネート基との反応性向上のためには有機ス
ズ化合物、アミン化合物などが効果的である。
一例としてポリチオール化合物を用いた本発明の光学材
料の製造方法について述べると以下の通りである。
上記成分(A)、成分(B)及び添加剤や触媒の均一混
合物を公知の注型重合法、すなわちガラス製または金属
製のモールドと樹脂製のガスケットを組合せた型の中に
注入し、加熱して硬化させる。この時、成形後の樹脂の
取り出しを容易にするためにあらかじめモールドを離型
処理したり、成分(A)及び成分(B)の混合物中に離
型剤を混合してもよい。重合温度は、使用する化合物に
より異なるが、一般には−20〜+150℃で、重合時
間は0.5〜72時間である。本発明の光学材料は通常
の分散染料を用い、水もしくは有機溶媒中で染色が可能
であり、この際染色を容易にするために、キャリアーを
加えても良い。
このようにして得られた本発明の光学材料は、これに限
定されるものではないが、プラスチックレンズ等の光学
製品として特に好ましく用いられる。
[実施例] 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(物性の評価) 参考例で得られたポリチオール化合物(a)、実施例
で得られた重合体および比較例で得られた重合体の物性
評価は以下の様にして行なった。
屈折率(n)とアッベ数(ν) アタゴ社製アッベ屈折率計3Tを用いて20℃にて測定
した。
外観 肉眼により観察した。
耐候性 サンシャインカーボンアークランプを装備したウエザー
メーターにプラスチックレンズをセットし200時間経
過したところでプラスチックレンズを取り出し、試験前
のプラスチックレンズと色相を比較した。評価基準はほ
とんど変化なし(○)、黄変(×)とした。
耐熱性 リガク社製TMA装置により0.5mmφのピンを用いて
10gfの荷重でTMA測定を行ない、10℃/minの昇
温で得られたチャートのピーク温度により評価した。
光学歪 シュリーレン法による目視観察を行なった。
歪の無いものを○、歪のあるものを×とした。
(参考例1) ポリチオルー化合物(a)である2,5−ジメルカプ
トメチル−1,4−ジチアン(S−1)(一般式[1]
においてX=H(n=0)、n=1)の製造例 22.9g(0.157mol)のジアリルジスルフィド
を780mlのジクロロメタンに溶解した溶液に25.0
g(0.157mol)の臭素を−78℃にて1時間かけ
て滴下した。そして、−20℃まで昇温し、その温度に
て8時間攪拌した後、減圧下でジクロロメタンを除去し
た。その残渣に100mlのエタノールと23.9g
(0.314mol)のチオ尿素を加え、1.5時間還流
した。生成した沈殿を濾別し、エタノールで数回洗浄し
た後乾燥させた。水73mlにこの沈殿を分散させ、窒素
雰囲気下で還流させながら64.2gの15%水酸化ナ
トリウム水溶液を1時間かけて滴下し、その後さらに1
時間還流させた。冷却後、反応混合物を6N−塩酸で酸
性にしベンゼンで抽出した。抽出物からベンゼンを減圧
下で除き、残渣を2×10−2mmHgで蒸留し沸点が12
1.5℃の留分22.6g(収率68%)を得た。この
ものの屈折率は1.646、アッベ数は35.2であっ
た。以下にこの新規ポリチオール化合物の構造決定のた
めの分析結果を示す。
元素分析値 C H S 理論値(%) 33.9 5.65 60.4 分析値(%) 33.8 5.80 60.0 H−NMR(溶媒:CDCl、内部標準物質:TM
S) δ(ppm)=1.62(t,1H) 2.88〜3.14(m,5H) IR 2545cm-1(チオールのνSH) なお、この新規ポリチオール化合物2,5−ジメルカプ
トメチル−1,4−ジチアン(S−1)のH−NMR
スペクトルを第1図に、IRスペクトルを第2図に示
す。
(参考例2) ポリチオール化合物(a)である2,5−ビス(2−
メルカプトエチルチオメチル)−1,4−ジチアン(S
−2)(一般式[1]においてX=−CHCHSH
(n=1)、n=1)の製造例 参考例1で得られた2,5−ジメルカプトメチル−1,
4−ジチアン(S−1)21.2g(0.1mol)を1
5%水酸化ナトリウム水溶液58.7gに溶解しベンジ
ルトリメチルアンモニウムクロライド100mgの存在
下、18.0g(0.3mol)のチイランを200mの
ベンゼンに溶解したものを加え、室温にて12時間反応
させた。その後0℃にて濃塩酸を、水相のpHが1になる
まで攪拌しながら加え、ベンゼン層を分離、水洗し、減
圧下ベンゼンを溜去することにより目的物である2,5
−ビス(2−メルカプトエチルチオメチル)−1,4−
ジチアン(S−2)24.6g(収率74%)を得た。
(参考例3) ポリチオール化合物(a)である2,5−ビス(3−
メルカプトプロピル)−1,4−ジチアン(S−4)
(一般式[1]においてX=H(n=0)、n
3)の製造例 22.9g(0.157mol)のジアリルジスルフィド
を780mのジクロロメタンに溶解した溶液に25.
0g(0.157mol)の臭素を−78℃にて1時間か
けて滴下した。そして−20℃まで昇温し、その温度に
8時間攪拌した後、減圧下でジクロロメタンを除去し
た。残留物に乾燥テトラヒドロフラン300mを加え
−10℃に冷却し、攪拌しながらビニルマグネシウムブ
ロマイドの1.0M−テトラヒドロフラン溶液を329
m滴下し、その後0℃で2時間、室温で12時間攪拌
した。反応混合物を水中に投入し、ベンゼンで抽出し、
抽出液から減圧下ベンゼンを溜去した。次にこの残留物
を200mのベンゼンに溶解し硫化水素を吹き込みな
がら室温にて4時間反応させた。その後、減圧下にベン
ゼンを溜去し目的物である2,5−ビス(3−メルカプ
トプロピル)−1,4−ジチアン(S−4)25.7g
(収率61%)を得た。
(実施例1) 本発明の郊外材料の製造例 参考例1で得られた2,5−ジメルカプトメチル−1,
4−ジチアン(S−1)0.1mol、m−キシリレンジ
イソシアネート(XDI)0.1molおよびジブチルス
ズジラウレート(DBTDL)1×10−5molの混合
物を均一に攪拌し、二枚のレンズ成形用ガラス型に注入
し、50℃で10時間、その後60℃で5時間、さらに
120℃で3時間加熱重合させレンズ形状の重合体を得
た。得られた重合体の諸物性を表1に示す。表1から、
本実施例1の重合体は無色透明であり、屈折率(n
は1.66と非常に高く、アッベ数(ν)も32と高
い(低分散)ものであり、耐候性、耐熱性(97℃)に
優れ、光学歪の無いものであった。
(実施例2〜18) 本発明の他の光学材料の製造例 表1に示したモノマー組成物を使用し、重合条件を適宜
変更した以外は実施例1と同様の操作を行ない、レンズ
形状の重合体を得た。これらの重合体の諸物性を実施例
1の重合体の諸物性と共に表1に示す。表1から、本実
施例2〜18の重合体も無色透明であり、屈折率
(n)は1.58〜1.66と非常に高く、アッベ数
(ν)も32〜43と高い(低分散)ものであり、耐
候性、耐熱性(94〜128℃)に優れ、光学歪の無い
ものであった。
特に、実施例1〜7及び17〜18の重合体は、アッベ
数が32〜38であり、この範囲のアッベ数を有する従
来の重合体と比べ、屈折率が1.62〜1.66と高い
ものであった。
また、実施例8〜16の重合体は、屈折率が1.58〜
1.62であり、この範囲の屈折率を有する従来の重合
体と比べアッベ数が38〜43と高いものであった。
(比較例1) ペンタエリスリトールテトラキスメルカプトプロピオネ
ート(PETMP)0.1mol、m−キシリレンジイソ
シアネート(XDI)0.2molおよびジブチルスズジ
ラウレート(DBTDL)1×10−4molの混合物を
均一に攪拌し、二枚のレンズ成形用ガラス型に注入し、
50℃で10時間、その後60℃で5時間、さらに12
0℃で3時間加熱重合させレンズ形状の重合体を得た。
得られた重合体の諸物性を表1に示す。表1から、本比
較例1の重合体は無色透明で光学歪も観察されなかった
が、n/νが1.59/36と低く、耐熱性も86
℃と劣っていた。
(比較例2,3) 表1に示したモノマー組成物を使用した以外は比較例1
と同様の操作を行ない、レンズ形状の重合体を得た。こ
れらの重合体の諸物性を実施例1〜18、比較例1の重
合体の諸物性と共に表1に示した。表1から、本比較例
2の重合体は屈折率が1.67と高く、耐熱性(94
℃)にも優れているが、耐候性に劣り、光学歪が観察さ
れた。また、本比較例3の重合体は、無色透明で光学歪
は観察されず、耐候性は優れていたが、屈折率が1.5
3と低く、耐熱性が65℃と劣るものであった。
[発明の効果] 本発明の光学材料は、屈折率、アッベ数が高く、耐熱
性、耐候性、透明性に優れているので眼鏡レンズ、カメ
ラレンズ等のレンズ、プリズムや、光ファイバー、光デ
ィスク、磁気ディスク等に用いられる記録媒体基板、着
色フィルター、赤外線吸収フィルター等の光学製品に好
ましく用いられる。
さらに、高屈折率の特徴を生かしたグラス、花ビン等の
装飾品等にも用いられる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は、参考例1で得られたポリチオー
ル化合物のH−NMRスペクトルおよびIRスペクト
ルをそれぞれ示す図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式[1] [式中、Xは−(CHCHS)n−Hであり、n
    は1〜5の整数であり、nは0〜2の整数である] で示されるポリチオール化合物(a)を少なくとも含
    む成分(A)と、 一分子内に二つ以上のビニル基を有する化合物
    (b)、一分子内に二つ以上のイソ(チオ)シアネー
    ト基を有する化合物(b)及び一分子内に一つ以上の
    ビニル基と一つ以上のイソ(チオ)シアネート基を有す
    る化合物(b)のうちの少なくとも一種を含む成分
    (B)とを少なくとも含む混合物を重合させることによ
    り得られた重合体を使用することを特徴とする光学材
    料。
  2. 【請求項2】成分(A)が、化合物(a)とともに、
    メルカプト基および/またはヒドロキシ基を有し、一分
    子内のメルカプト基とヒドロキシ基の総数が2以上の化
    合物(a)を含む、請求項(1)に記載の光学材料。
  3. 【請求項3】化合物(b)が一つ以上のシクロヘキシ
    ル環を有する、請求項(1)または(2)に記載の光学材料。
  4. 【請求項4】請求項(1)、(2)および(3)のいずれか一項
    に記載の光学材料を使用することを特徴とする光学製
    品。
  5. 【請求項5】光学製品がプラスチックレンズであること
    を特徴とする請求項(4)に記載の光学製品。
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