JPWO2011093144A1 - 造形方法 - Google Patents

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Abstract

透明性等に優れるとともにアッべ数の低い硬化物からなるレンズ等の造形物を高精度に造形することができる造形方法を提供する。被造形物と転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を転写形状に変形させる変形工程と、被造形物の少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、被造形物と転写体とを互いに離間させる離間工程とを有し、被造形物に転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返す造形方法であって、前記被造形物は、(a)シリカ微粒子と、(b)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物と、(c)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物と、(d)重合開始剤とを含み、前記シリカ微粒子(a)が、特定のシラン化合物(e)及び(f)で表面処理されている硬化性組成物である。

Description

本発明は、造形方法に関する。
特許文献1には、レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記金型により第1の基板上に第1の樹脂を前記レンズ形状に硬化させレンズ基板を複数形成する工程と、前記レンズ基板をアレイ状に配列する工程と、前記アレイ状のレンズ基板上にメッキして前記レンズ形状を形成する面を有するマスタを形成する工程と、前記マスタのレンズ形状を形成する面上にメッキしてマザーを形成する工程と、前記マザーにより成形型を形成する工程と、前記成形型により第2の基板上に第2の樹脂を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、ドライエッチングにより前記第2の樹脂を除去するとともに前記第2の基板の一部を除去する工程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法が開示されている。
特許文献2には、マザースタンパの表面にある微細パターンを順次転写させることによる微細構造体の製造方法であって、(1) 基板に対して前記マザースタンパを所定の位
置に固定する工程と、(2) 前記マザースタンパと前記基板との間に樹脂を供給する工
程と、(3) 真空中にて前記マザースタンパを前記樹脂に押圧する工程と、(4) 前記樹脂を硬化させる工程と、(5) 前記マザースタンパを前記硬化樹脂から離脱させる工
程と、(6) 前記マザースタンパと前記基板との相対位置を変更させるように、前記マ
ザースタンパ若しくは前記基板を移動させる工程と、(7) 前記工程(6)の後、工程
(2)〜工程(6)を所定の回数繰り返す工程と、を含む微細構造体の製造方法が開示されている。
特開2005−41125号公報 特開2003−94445号公報
しかしながら、従来の技術では、例えば非球面形状からなるレンズ等の高度な精度が要求される造形物を成形することは困難であるとの問題点があった。
本発明は、従来の技術と比較して、透明性、耐熱性及び耐環境性に優れるとともにアッベ数の低い硬化物からなるレンズ等の造形物を高精度に造形することができる造形方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の特徴とするところは、被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程と、被造形物の、少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程と、を有し、被造形物に前記転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返す造形方法であって、前記被造形物は、(a)シリカ微粒子と、(b)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物と、(c)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物と、(d)重合開始剤と、を含み、前記シリカ微粒子(a)が、下記一般式(1)で表されるシラン化合物(e)及び下記一般式(2)で表されるシラン化合物(f)で表面処理されている硬化性組成物である造形方法にある。
Figure 2011093144
(式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R3は水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、aは
1〜6の整数であり、bは0〜2の整数である。);
Figure 2011093144
(式(2)中、R4は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R5は水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、cは0〜6の整数であり、dは0〜2の整数
である。)。
ここで、造形方法とは、造形物を製造する方法を意味する。
(メタ)アクリレートとは、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。以下、その他の(メタ)アクリレート化合物においても同様の意味である。
好適には、前記硬化性組成物が、さらに(g)1つのエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造及び/又は芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物を含有する。
好適には、前記(メタ)アクリレート化合物(b)が、3つのエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物である。
好適には、前記(メタ)アクリレート化合物(c)が、下記一般式(3)で表わされる化合物及び/又は下記一般式(4)で表される化合物である。
Figure 2011093144
(式(3)中、R6、R7、R8及びR9はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Xは芳香環を有する炭素数が6〜30の有機基であり、e及びfはそれぞれ独立に0〜3の整数である。)。
Figure 2011093144
(式(4)中、R10及びR11はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、g及びhはそれぞれ独立に0〜3の整数である。)。
好適には、前記シリカ微粒子(a)が、該シリカ微粒子(a)100質量部に対して5〜40質量部の前記シラン化合物(e)と、シリカ微粒子(a)100質量部に対して5〜40質量部の前記シラン化合物(f)とで表面処理されている。
好適には、前記(メタ)アクリレート化合物(b)、(メタ)アクリレート化合物(c)及び(メタ)アクリレート化合物(g)の各単独重合体のガラス転移温度が、いずれも80℃以上である。
好適には、前記硬化性組成物の25℃における粘度が、30〜10000mPa・sである。
好適には、造形される造形物がレンズである。
好適には、造形される造形物がレンズアレイである。
本発明によれば、従来の技術と比較して、透明性、耐熱性及び耐環境性に優れるとともにアッべ数の低い硬化物からなるレンズ等の造形物を高精度に造形することができる造形方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る接合装置の概略構成を示し、図1(a)は平 面図であり、図1(b)は左側面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハを示す一部断面図で ある。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハの第1の変形例を示 す一部断面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハの第2の変形例を示 す一部断面図である。 本発明第1の実施形態に係る接合装置に用いられる制御装置を示すブロック 図である。 本発明の第1の実施形態に係る接合装置の動作を示すフローチャートである 。 本発明の第1の実施形態に係る接合装置の転写動作を示すフローチャートで ある。 本発明の第1の実施形態に係るレンズ製造方法の工程を説明する説明図であ る。 本発明の第2の実施形態に係るレンズ製造方法の工程を説明する説明図であ る。
10 造形装置
14 支持台
18 駆動源
24 可動台
32 y軸モータ
34 θ軸モータ
36 供給装置
44 可動ユニット
56 x軸モータ
60 光照射装置
62 転写体
64 支持部材用z軸モータ
68 光ファイバー
70 光源
72 検知装置
74 撮影部
76 レンズユニット
90 凸部
200 制御装置
204 主制御部
300 型
304 レンズアレイ
310 接合レンズアレイ
312 レンズ部
314 レンズ
W ウエハ
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1において、本発明の第1の実施形態に係る造形装置10が示されている。造形装置10は、造形物であり、光学部品であるレンズアレイの造形に用いられ、設置面に設置される基台12を有し、基台12の上に可動台24が支持されている。可動台24の上側面には、さらに支持台14が支持されている。
可動台24は、下側に突出した形状の突出部25が形成された下側部分26と、下側部分26の上側に位置する上側部分27とからなり、突出部25が基台12の上向きの面12aに形成されたy軸方向の溝(不図示)に嵌め込まれるように基台12に取り付けられている。このため、y軸方向の溝にガイドされ、可動台24は、面12a上でy軸方向に移動可能となっている。
突出部25には、送りネジ28が噛み合っている。送りねじ28は、軸の方向(長手方向)がy軸方向となるように、軸受30、30を用いて基台12に回動自在に支持されている。送りネジ28の図1における左端部には、基台12に固定されたy軸モータ32が連結されている。したがって、y軸モータ32を回転させることで、送りネジ28を介して突出部25に駆動が伝達され、可動台24がy軸方向に移動する。可動台をy軸のいずれの方向に移動させるかは、y軸モータ32の回転方向を制御することで決することができる。
可動台24の上側部分27には、θ軸モータ34が設けられている。θ軸モータ34は、可動台24の上側部分27を、可動台24の下側部分26に対してZ軸に垂直な方向の回転軸を中心に回転させる。このように、可動台24は全体としてy軸方向に移動可能であるとともに、上側部分27が下側部分26に対して回転可能となっている。
支持台14には、例えばガラス等からなるウエハWが載置され、支持台14は載置されたウエハWを重力方向下側から支持する。また、支持台14には、例えばモータ等を備えた駆動源18が連結されている。このため、支持台14は、可動台24の上側部分27に対してウエハWと一体として回転することができるようになっており、ウエハWにいわゆるスピンコートで樹脂等を塗布する際に用いられるスピンコート用の回転テーブルとして構成されている。
支持台14は、例えばガラス等の光透過性を有する材料を用いる等、後述する光照射装置60が発する光が通過することができるようになっている。なお、支持台14にウエハWを載置し、支持台14に載置された状態からウエハWを除去するには、例えばロボット等からなる載置・除去装置(不図示)を用いても良いし、操作者が手作業で行っても良い。
可動台24の上側部分27には、被成形物として用いられる光硬化性樹脂を、ウエハWに供給する供給装置36が設けられている。供給装置36には、バルブ38を介して、光硬化性樹脂を貯蔵する貯蔵部40が接続されており、供給装置36は、貯蔵部40に貯蔵された光硬化性樹脂を、略円形(円板形状)からなるウエハWの略中心部に上方から落下させるように供給することができる。ウエハWに供給された光硬化性樹脂は、支持台14が予め定められた所定時間回転することで遠心力によって拡散し、ウエハW表面に略均一な厚さで塗布された状態となる。
また、可動台24の上側部分27には、硬化装置として用いられる光照射装置60が設けられている。光照射装置60は、光伝達手段として用いられる光ファイバー68によって光源70に接続されており、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂に光を照射するために用いられる。本実施形態では、光照射装置60は、支持台14、ウエハW、及びウエハWに塗布された光硬化性樹脂に対して、後述する転写体62とは逆側である下側に設けられている。このため、転写体62を光硬化性樹脂に接触させた状態で、転写体62に遮られることなく光硬化性樹脂に光を照射することができる。
基台12には、可動台24が装着されているとともに支柱42が固定されている。支柱42には、支柱42に対してx軸方向に移動可能に可動ユニット44が取り付けられている。
可動ユニット44は、図中左側に位置する左側部分48と、左側部分48に固定された右側部分50とからなる。左側部分48は、支柱42に対してx軸方向に移動可能に支持され、送りネジ52が噛み合っている。送りねじ52は、軸の方向がx軸方向となるように軸受54により支柱42に回動可能に取り付けられている。
送りネジ52の一端部には、支柱42に取り付けられたx軸モータ56が連結されている。したがって、x軸モータ56を回転させると、送りネジ52を介して左側部分48にx軸モータ56の駆動が伝達され、可動ユニット44の左側部分48と右側部分50とが一体としてx軸方向に移動する。可動ユニット44をx軸方向におけるいずれの方向に移動させるかは、x軸モータ56の回転方向を制御することで決することができる。
可動ユニット44の右側部分50には、転写体62が、支持部材45を介して装着されている。支持部材45は、可動ユニット44に対してz軸方向に移動可能に取り付けられていて、図1中左側に突出した突出部46と、突出部46に固定された支持部47とからなる。支持部47には、例えば下向きの面に転写体62が着脱できるように装着されている。
突出部46には送りネジ58が螺合している。送りネジ58は、可動ユニット44の右側部分50に、軸受61、61を用いて軸方向がz軸方向となるように回動可能に取り付けられている。送りネジ58の上端部は、支持部材用z軸モータ64に連結されている。よって、支持部材用z軸モータ64を回転させると、送りネジ58を介して支持部材45に駆動が伝達され、支持部材45と、支持部材45に支持された転写体62とが一体としてz軸方向に移動する。
可動ユニット44の右側部分50には、ウエハW及び転写体62の位置を検知する検知手段として用いられる検知装置72が、支持部材45とは独立して上下動可能に(z軸方向に移動可能に)取り付けられている。
検知装置72は、例えばCCDカメラからなる撮影部74と、撮影部74のウエハWの側に設けられたレンズユニット76と、撮影部74による良好な撮影のための明るさを確保する照明手段として用いられるライト78とを有する。
検知装置72には、検知装置用z軸モータ80が取り付けられており、検知装置用z軸モータ80は、検知装置72を可動ユニット44に対してz軸方向に移動させるための駆動源として用いられ、検知装置72を上下動させることにより、撮影部74の焦点を転写体62等に合わせることができる。
以上のように、支持部材45は、可動ユニット44に対してz軸方向に移動可能に取り付けられていて、可動ユニット44は支柱42に対してx軸方向に移動可能に取り付けられている。よって、x軸モータ56と支持部材用z軸モータ64とを制御することで、支持部材45とともに転写体62を、x軸方向とz軸方向とに移動させることができる。また、先述のように、支持台14は、y軸モータ32及びθ軸モータ34を駆動することで、可動台24とともにy軸方向に移動し、回転する。よって、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を制御することにより、ウエハWと、光照射装置60及び転写体62との相対的な位置関係を変更することができる。
そして、ウエハWと転写体62との相対的な位置関係を変更することで、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂と転写体62とを、互いに当接させ離間させることができる。このように、本実施形態では、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34が、送りネジ28、52、58等とともに、光硬化樹脂と転写体62とを互いに当接させ離間させるように、光硬化性樹脂及び転写体62の少なくともいずれ一方を移動させる移動装置として用いられている。
y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34の制御の詳細については後述する。
上記実施形態において、光硬化性樹脂とは、例えば紫外線硬化樹脂等の不可視の光を照射することにより硬化する樹脂を含むものである。また、以上で説明した実施形態においては、被造形物として光硬化性樹脂が用いられているが、被造形物としては、転写体62が当接することで、又は転写体62を圧接することで転写体62の形状にならって変形可能であり、変形した状態を保って硬化させることができる材料を適宜用いることができ、例えば、加熱することで硬化する熱硬化性樹脂を用いることができる。
また、本実施形態では、被造形物を硬化させる硬化装置として、光硬化性樹脂を硬化させる光照射装置が用いられているが、硬化装置は被造形物として用いられる材料に応じて適宜選択される。例えば、前述のように被造形物として熱硬化性樹脂が用いられる場合、硬化装置としては、熱硬化性樹脂を加熱するヒータが選択される。
図2には、転写体62及びウエハWの詳細が示されている。
図2に示されるように、ウエハWは、基板W1の上方に、保持板W2が重ねられた構造をしている。基板W1は、例えば光が透過することができる材料であるガラスからなり、その厚さt1は、例えば400μmである。保持板W2は、例えば液体からなり、流動性が高い硬化前の光硬化性樹脂を所定の位置に保持するために用いられ、例えばシリコンからなり、その厚さt2は、例えば725μmであり、上方から下方に貫通する貫通孔hが複数形成されている。
それぞれの貫通孔hは、例えば、上方から下方に向かって狭くなるすり鉢形状をしている。また、基板W1の互いに隣り合う貫通孔hの間の位置には、例えば基板W1の内部にスクライブ層(刻み部)Sが形成されている。基板W1のスクライブ層Sが形成された位置は、他の部分よりも強度が弱いため、基板W1を分割する場合に、基板W1はスクライブ層Sにそって分割される。
転写体62は、例えば金属からなり、例えば凸部90の表面に転写形状が形成されている。凸部90の表面に形成された転写形状の形状にならって光硬化性樹脂を変形させ、変形した状態で光硬化性樹脂を硬化させることで、凸部90の表面に形成された転写形状が光硬化樹脂へと転写される。凸部90に形成される転写形状は、例えば球面、又は非球面からなり、転写体62を例えば機械的に加工することで形成される。光硬化性樹脂を硬化させて造形された造形物を、例えばレンズ等の光学部品や、光学部品を成形する際に用いる型として用いる場合、被造形物には精度が要求される。このため、凸部に形成される転写形状にも精度が要求され、一般に表面形状を形成する加工には長時間且つ高コストを要することが多い。そこで、本実施形態では、加工時間を短縮し、コストを抑制するために、転写体62に一箇所だけ転写形状が形成されている。
図2においては、ウエハWの上向きの面に光硬化性樹脂が塗布され、塗布された光硬化性樹脂が保持板W2の貫通孔hに流れ込むようにして保持板W2に保持され、保持された光硬化性樹脂に対して、少なくとも凸部90が光硬化性樹脂に接触するように、転写体62が接触した状態が示されている。この状態で、光照射装置60を用いて光硬化樹脂の凸部90に接触した位置、及びその周辺に光を照射すると、光硬化性樹脂が硬化して凸部に形成された転写形状が光硬化樹脂へと転写される。そして、光硬化性樹脂が硬化した後、転写体62は、図2に二点鎖線で示されるようにウエハWから離間し、図2中に矢印で示されるように、例えば、硬化した樹脂を保持する貫通孔hの隣の貫通孔hに保持された未硬化の樹脂に接するように移動する。
図3には、ウエハWの第1の変形例が示されている。
先述の実施形態に係るウエハWは、基板W1と保持板W2が積層されるようになっていたが、この第1の変形例に係る基板W1は、保持板W2だけからなる。第1の変形例に係る基板W1を用いる場合は、貫通孔hの少なくとも1つを下方から塞ぐように、転写体62を保持板W2に対して下方から接触させ、下方から塞がれた貫通孔hに上方から光硬化性樹脂を供給し、貫通孔hに供給された光硬化性樹脂に上方から光を照射することができるように、造形装置10の構成を変更することを要する。なお、先述の実施形態に係るウエハWと同一部分については、図3に同一番号を付して説明を省略する。
図4には、ウエハWの第2の変形例が示されている。
先述の実施形態に係るウエハWは、基板W1と保持板W2とが積層されるようになっていたのに対して、この第2の変形例では、ウエハWは、保持板W2を有せず、基板W1からなる。なお、先述の実施形態に係るウエハWと同一部分については、図4に同一番号を付して説明を省略する。
図5は、造形装置10が有する制御装置200を示すブロック図である。
図5に示されるように、制御装置200は、検知装置72で撮影された画像を認識する画像認識装置202を介して検知装置72からの出力が入力される主制御部204を有する。主制御部204は、モータ制御回路206を制御することで、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を制御する。また、主制御部204は、光源駆動回路208を制御することで光源70を制御する。また、主制御部204は、モータ制御回路210を制御することで検知装置用z軸モータ80を制御する。また、主制御部204は、バルブ駆動回路212を制御することで、バルブ38を制御する。また、主制御部204は、駆動源制御回路214を制御することで、駆動源18を制御する。
図6は、制御装置200による造形装置10の制御を示すフローチャートであり、造形物であり光学部品であるレンズアレイ造形する造形方法の工程を示している。ここで、レンズアレイとは、1つの部材に複数のレンズ部が形成された光学部品をいう。
一連の工程がスタートすると、ステップS100で、支持台14にウエハWを載置する載置工程が実行される。次のステップS200では、ウエハWに光硬化性樹脂を塗布する光硬化性樹脂塗布工程が実行される。光硬化樹脂塗布工程では、主制御部204は、バルブ駆動回路212を制御して、バルブ38を予め定められた時間、開いた状態とし、ウエハWの表面に光硬化性樹脂を供給させる。光硬化性樹脂の供給が完了した後、主制御部204は、駆動源制御回路214を制御して駆動源18を予め定められた時間、駆動させる。駆動源18が駆動することで、支持台14が回転し、支持台14に載置されたウエハWに供給された光硬化性樹脂が、遠心力によってウエハWの表面に略均一に拡散した状態となる。
次のステップS300では、転写体62に形成された転写形状を光硬化性樹脂に転写する転写工程が実行される。ステップS300の転写工程の詳細については後述する。
次のステップS400では、全ての転写工程が終了したか否かの判別がなされる。すなわち、ステップS300として、例えば、1500回〜2400回程度繰り返される転写工程のうち、最後の転写工程であるか否かの判別がなされる。ステップS400で、最後の転写工程ではないとの判別がなされると、ステップS300に戻る。一方、ステップS300で最後の転写工程であるとの判別がなされると、次のステップS500へと進む。
ステップS500では、塗布された光硬化性樹脂に転写がなされたウエハWが、支持台14に載置された状態から、造形装置10外へと搬出される。なお、造形装置10が、支持台14にウエハWを載置し、ウエハWを造形装置10から搬出するロボット等の装置を有していない場合は、ウエハWの支持台14への載置と、造形装置10からのウエハWの除去は操作者による手作業で行われ、主制御部204の制御によるステップS100及びステップS500の動作はなされない。
図7は、制御装置200による、熱硬化性樹脂に転写体62に形成された転写形状を転写する転写工程(ステップS300)における制御の詳細を示すフローチャートである。
転写工程がスタートすると、ステップS302でウエハWに塗布された光硬化性樹脂を、転写体62に形成された転写形状にならって変形させる変形工程が実行される。すなわち、ステップS302では、主制御部204は、モータ制御回路206を制御して、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を駆動させ、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂の所定の位置と転写体62とが接触し、光硬化性材料を変形させるように、転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させる。
ステップS302における変形工程では、検知装置72で検知され、画像認識装置202で画像処理されたデータに基づいて、転写体62が光硬化樹脂の適正な位置に接触するように支持台14及び転写体62に位置補正データを作成し、この補正データに基づいて、主制御部204による制御で転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させるようにしても良い。
ステップS302の変形工程では、先述のように光硬化性樹脂が、転写体62の凸部90にならって変形する。ここで、転写体62の凸部90は、レンズアレイを構成するそれぞれのレンズ部(光学部品部)の反対形状を有するように加工されている。このため、凸部90にならって変形することで、光効硬化性樹脂は、凹形状のレンズ部の形状に変形する。なお、本実施形態では、凹形状のレンズ部を形成するために、凸部90を有する転写体62を用いているが、例えば凸形状のレンズ部を形成するための凹部を有する転写体62を用いる等、形成しようとする光学部品部の形状に応じて、その光学部品部の形状と反対形状に加工された転写部を有する転写体62が用いられる。
次のステップS304では、転写体62と接触することにより、転写体62にならって変形した光硬化性樹脂を硬化させる硬化工程が実行される。すなわち、主制御部204は、光源駆動回路208を制御して、光源70に、光硬化樹脂の少なくとも転写体62と接触して変形した部分に予め定められた時間光を照射させる。ステップS304による転写工程を経ることにより、光硬化性樹脂は、レンズ部の形状に変形した状態で硬化し、光硬化性樹脂に1つのレンズ部が造られる。
次のステップS306では、硬化した光硬化樹脂と転写体62とを離間させる離婚工程が実行させる。すなわち、主制御部204は、モータ制御回路206を制御し、例えば、熱硬化樹脂と接触した状態にある転写体62を上方に移動させるように支持部材用z軸モータ64を駆動させる。
上述したステップS302、ステップS304、ステップS306により一連の転写工程が終了し、転写工程が終了することで、光硬化性樹脂に1つのレンズ部が形成される。そして、図6に示されるように、形成するレンズ部の数に応じて全ての転写が終了するまで転写工程が繰り返すことにより、光硬化性樹脂に繰り返した転写工程の回数と同数のレンズ部の形状が転写され、レンズアレイが造形される。
図8には、以上で説明をした工程により造形されたレンズアレイ304を用いて、少なくとも1つのレンズ部を有する、光学部品であるレンズを製造する工程が説明されている。
まず、形成されたレンズアレイは、図8(a)、図8(b)に示されるように、必要に応じて複数枚が、張り合わせる等の方法で接合される(接合工程)。図8(a)には、接合させる前の3個のレンズアレイ304が、図8(b)には、3枚のレンズアレイ304が接合された接合レンズアレイ310が示されている。
次に、接合工程で接合された接合レンズアレイ310を、少なくとも1つのレンズ部を有するように、例えば切断する等の方法で分割する(分割工程)。接合レンズアレイ310が分割されることにより、レンズが製造される。ここで、先述のように、ウエハWにスクライブ層S(図2参照)を形成しておけば、接合レンズアレイ310の分割が容易となる。
図8(c)には、レンズアレイ304が積層されるように接合された接合レンズアレイ310を、1つのレンズ部312を含むように切断することで製造されたレンズ314が示されている。レンズ314を、例えば、CMOSセンサ等の受光素子に取り付けることでカメラを製造することができ、製造されたカメラは、例えば携帯電話機に内蔵されるカメラとして用いられる。
なお、上述したレンズの製造工程では、レンズアレイ304を複数接合することにより接合レンズアレイを形成し、接合レンズアレイ310を分割することよって複数のレンズ部を有するレンズ314を製造する工程について説明したが、複数のレンズアレイ304を接合することなく単層のまま分割することで、単層からなるレンズ314を形成することができる。また、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310を分割することなく、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310として利用することもできる。
次に本発明の第2の実施形態について説明する。
第1の実施形態では、造形装置10(図1参照)を用いてレンズアレイ304(図8参照)の造形がなされたのに対して、この第2の実施形態では、造形装置10を用いて、レンズアレイを成形するために用いられる型の形成がなされる。型は、第1の実施形態と同様に、ステップS100の載置工程、ステップS200に光硬化性樹脂塗付工程、ステップS300の転写工程、ステップS500のウエハ搬出工程を経て造形され、ステップS300の転写工程は、最終的に成形されるレンズアレイのレンズ部の数に応じて繰り返される。
先述の第1の実施形態では、転写体62(図2参照)として、レンズアレイ304に形成されるレンズ部と反対形状に加工された転写部を有する転写体62が用いられた。これに対して、この第2の実施形態では、最終的に形成されるレンズアレイのレンズ部と同形状に加工されたレンズ部を有する転写体62が用いられる。このため、造形されるレンズ成形用の型には、最終的に形成されるレンズアレイ304のレンズ部312の形状が転写される。
図9には、本発明の第2の実施形態において、造形装置10を用いて造形された型を用いて、1次光学部品としてのレンズアレイを成形する工程と、成形されたレンズアレイを分割して2次光学部品としてのレンズを製造する工程が説明されている。
造形装置10で造形された型を用いてレンズアレイを成形し、レンズを製造するには、まず、図9(a)に示されるように、造形装置10を用いて製造した型300を用いて、例えばナノインプリント(nanoimprint)の技術を用いて、レンズアレイ304を成形する(成形工程)。
例えば、型300を2つ準備し、2つの型300、300を転写体62(図2参照)の形状が転写された側の面が互いに向かい合うように配置して、型300、300の間に、供給装置302を用いて例えば樹脂等のレンズアレイの材料を供給し、樹脂等の材料を型300、300の形状にならって変形した状態で硬化させ、型300の転写面の形状と反対の形状を有するレンズアレイを成形する。この際、例えば、型300の製造時と同様に、レンズアレイの材料として光硬化性樹脂を用いた場合、光を照射することで樹脂を硬化させることができる。
なお、2つの型300を転写体62の形状が転写された側の面が互いに向かい合うように配置して型300、300の間にレンズアレイの材料を供給することに替えて、型300の転写体62の形状が転写された側の面と、平面を有する平板とを対向するように配置して、型300と平板との間にレンズアレイの材料を供給しても良い。
形成されたレンズアレイは、先述の第1の実施形態で形成されたレンズアレイと同様に、図9(b)に示されるように必要に応じて複数枚が接合されて(接合工程)、図9(c)に示されるように接合レンズアレイ310とされ、接合レンズアレイ310が、少なくとも1つのレンズ部を有するように分割されて(分割工程)、図9(d)に示されるように、1つのレンズ部312を有するレンズ314が製造される。レンズ314は、先述の第1の実施形態で製造されたレンズと同様に、例えば、CMOSセンサ等の受光素子に取り付けることでカメラを製造することができ、製造されたカメラは、例えば携帯電話機に内蔵されるカメラとして用いられる。
先述の第1の実施形態と同様に、この第2の実施形態で製造されたレンズアレイ304は、接合することなく単層のまま分割することで、単層からなるレンズ314を形成することができる。また、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310を分割することなく、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310として利用することもできる。
上述した第1の実施形態では、造形装置10と、図6及び図7に工程が示される造形方法とを用いてレンズアレイを形成する例を説明し、第2の実施形態では、同装置と同方法とを用いてレンズアレイを成形するために用いられる型を成形する例にについて説明したが、造形装置10と、図6及び図7に工程が示される造形方法とを用いて造形することができる造形物は、レンズアレイ等の光学部品や、光学部品を成形するための型に限らず、例えば、電鋳で用いられる電鋳母型、入槽モデルを造形することができる。
次に、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物について詳細に説明する。
[硬化性組成物]
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は、(a)シリカ微粒子と、(b)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物(以下、単に「反応性(メタ)アクリレート(b)」とも言う)と、(c)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物(以下、単に「反応性(メタ)アクリレート(c)」とも言う)と、(d)重合開始剤とを含み、前記シリカ微粒子(a)が、特定のシラン化合物(e)及び(f)で表面処理されていることを特徴している。
その他、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は、1つのエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造及び/又は芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物(g)(以下、単に「反応性(メタ)アクリレート(g)とも言う」)ならびに種々の添加剤を含有してもよい。以下、これら各構成要素について説明する。
<シリカ微粒子(a)>
本発明の一実施形態に用いられるシリカ微粒子(a)としては、平均粒子径が1〜100nmのものを好適に用いることができる。1nm未満であると、作製した硬化性組成物の粘度が増大し、シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中での含有量が制限されるとともに硬化性組成物中での分散性が悪化し、硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物(以下、単に「硬化物」とも言う)において十分な透明性及び耐熱性を得ることができない傾向がある。また、100nmを越えると硬化物の透明性が悪化する場合がある。
シリカ微粒子(a)の平均粒子径は、硬化性組成物の粘度と硬化物の透明性とのバランスの点から、より好ましくは1〜50nm、さらに好ましくは5〜50nm、最も好ましくは5〜40nmである。なお、シリカ微粒子(a)の平均粒子径は、高分解能透過型電子顕微鏡((株)日立製作所製H−9000型)でシリカ微粒子を観察し、観察される微粒子像より任意に100個のシリカ粒子像を選び、公知の画像データ統計処理手法により数平均粒子径として求められた値である。
本実施形態において、シリカ微粒子(a)の硬化物への充填量を上げるために、平均粒子径が異なるシリカ微粒子を混合して用いてもよい。また、シリカ微粒子(a)として、多孔質シリカゾルや、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛等とケイ素との複合金属酸化物を用いてもよい。
硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の含有量は、表面処理されたシリカ微粒子として20〜80質量%であることが好ましく、硬化物の耐熱性と硬化性組成物の粘度のバランスの点から、より好ましくは20〜60質量%である。この範囲であれば、硬化性組成物の流動性及び硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散性が良好であるため、そのような硬化性組成物を用いれば、十分な強度及び耐熱性を持つ硬化物を容易に製造することができる。
また、シリカ微粒子(a)としては、硬化性組成物中での分散性の点から、有機溶媒に分散したシリカ微粒子を用いることが好ましい。有機溶媒としては、硬化性組成物中に含有される有機成分(後述する反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)及び反応性(メタ)アクリレート(g)など)が溶解するものを用いることが好ましい。
前記有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エステル類、グリコールエーテル類が挙げられる。後述するシリカ微粒子(a)、反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)及び反応性(メタ)アクリレート(g)の混合液から有機溶媒を除去する脱溶媒工程における脱溶媒のしやすさから、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、n−プロピルアルコール等のアルコール系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系の有機溶媒が好ましい。
これらの中でも、イソプロピルアルコールが特に好ましい。イソプロピルアルコールに分散したシリカ微粒子(a)を用いた場合には、脱溶媒後の硬化性組成物の粘度が他の溶媒を使用した場合に比べて低く、粘度が低い硬化性組成物を安定して作製することができる。
このような有機溶媒に分散したシリカ微粒子は従来公知の方法で製造することができ、また例えば商品名スノーテックIPA−ST(日産化学(株)製)等として市販されている。
また、本発明の一実施形態に用いられるシリカ微粒子(a)は、シラン化合物(e)及びシラン化合物(f)で表面処理されている。
以下、これら各シラン化合物について説明する。
<シラン化合物(e)>
前記シラン化合物(e)は、下記一般式(1)で表される化合物である。
Figure 2011093144
式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R3は水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、aは1〜6の整数であり、bは0〜2の整数である。なお、bが2である場合には、2つのR2は同一でも異なっていてもよく、bが1以下の場合には、複数存在するR3は同一でも異なっていてもよい。
前記フェニル基には、本発明の効果を損なわない範囲で置換基が結合していてもよい。
硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性の点から、好ましいR2はメチル基であり、好ましいR3はメチル基であり、好ましいaは3であり、好ましいbは0である。
シラン化合物(e)は硬化性組成物の粘度を低減させ、かつ後述する反応性(メタ)アクリレート(b)と反応することによって、シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中における分散安定性を向上させるため、及び硬化性組成物を硬化させる際の硬化収縮を低減し、硬化物に成形加工性を付与するために用いられるものである。つまり、シラン化合物(e)でシリカ微粒子(a)を表面処理しない場合には、硬化性組成物の粘度が高くなるとともに、硬化時の硬化収縮が大きくなり、硬化物が脆くなり、硬化物にクラックが発生したりするので好ましくない。
シラン化合物(e)としては、例えば、γ−アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジエチルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジエチルエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中における凝集防止、硬化性組成物の粘度の低減及び保存安定性向上の点からは、γ−アクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが好ましく、より好ましくは、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びγ−アクリロキシプロピルトリメトキシシランである。また、これらは、単独でも2種以上を併用して用いてもよい。
このようなシラン化合物(e)は公知の方法で製造することができ、また、市販されている。
シリカ微粒子(a)を表面処理する際のシラン化合物(e)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5〜40質量部、好ましくは10〜30質量部である。シラン化合物(e)の使用量が5質量部未満であると、硬化性組成物の粘度が高くなり、シリカ微粒子(a)の硬化性組成物中への分散性が悪化してゲル化を生じる可能性がある。また、40質量部を超えると、シリカ微粒子(a)の凝集を引き起こすことがある。なお、シリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。以後同様である。また、シリカ微粒子(a)の表面処理については後述する。
硬化性組成物中にアクリレート(後述する反応性アクリレート(b)、反応性アクリレート(c)及び反応性アクリレート(g))が多く含まれる場合には、前記シラン化合物(e)として、アクリル基を有する、つまりR1が水素原子である一般式(1)で表され
るシラン化合物を、硬化性組成物中にメタクリレート(後述する反応性メタクリレート(b)、反応性メタクリレート(c)及び反応性メタクリレート(g))が多く含まれる場合は、前記シラン化合物(e)として、メタクリル基を有する、つまりR1がメチル基で
ある一般式(1)で表されるシラン化合物を、用いることが好ましい。そのような場合には、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物を硬化させる際に硬化反応が起こりやすい。
<シラン化合物(f)>
本発明の一実施形態に用いられるシラン化合物(f)は、下記一般式(2)で表される化合物である。
Figure 2011093144
式(2)中、R4は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R5は水素原子
又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、cは0〜6の整数であり、dは0〜2の整数である。なお、dが2の場合には、2つのR4は同一でも異なっていてもよく、dが1以下の場合には、複数存在するR5は同一でも異なっていてもよい。
前記フェニル基には、本発明の効果を損なわない範囲で置換基が結合していてもよい。
硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性の点から、好ましいR4はメチル基であり、好ましいR5はメチル基であり、好ましいcは0又は1であり、好ましいdは0である。
シリカ微粒子(a)とシラン化合物(f)とが反応すると、シリカ微粒子(a)の表面に疎水性が付与され、前記有機溶媒中でのシリカ微粒子の分散性が向上するとともに、シリカ微粒子と後述する反応性(メタ)アクリレート(c)との相溶性が良好となり、それにより硬化性組成物の粘度が低減し、さらに硬化性組成物の保存安定性を向上させることができる。
シラン化合物(f)としては、例えば、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルジメチルエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、フェニルジエチルエトキシシラン、フェニルエチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ベンジルジメチルメトキシシラン、ベンジルメチルジメトキシシラン、ベンジルジエチルメトキシシラン、ベンジルエチルジメトキシシラン、ベンジルトリメトキシシラン、ベンジルジメチルエトキシシラン、ベンジルメチルジエトキシシラン、ベンジルジエチルエトキシシラン、ベンジルエチルジエトキシシラン、及びベンジルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン等が挙げられる。
硬化性組成物の粘度の低減、保存安定性向上の観点からは、フェニルジメチルメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、フェニルジエチルメトキシシラン、フェニルエチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシランが好ましく、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシランがより好ましい。また、これらのシラン化合物は、単独でも2種以上を併用して用いてもよい。
このようなシラン化合物(f)は公知の方法で製造することができ、また、市販されている。
シリカ微粒子(a)を表面処理する際のシラン化合物(f)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5〜40質量部、好ましくは10〜30質量部である。シラン化合物(f)の使用量が5質量部未満であると、硬化性組成物の粘度が高くなり、ゲル化を生じたり、硬化物の耐熱性が低下したりすることがある。また、40質量部を超えると、シリカ微粒子(a)の凝集を引き起こすことがある。また、シリカ微粒子(a)の表面処理については後述する。
さらに、シラン化合物(e)及びシラン化合物(f)の使用量の合計が、シリカ微粒子(a)100質量部に対して80質量部をこえると、処理剤量が多すぎるため、シリカ微粒子(a)の表面処理時にシリカ微粒子間での反応がおこることにより、凝集、ゲル化を生じることがある。
<反応性(メタ)アクリレート(b)>
本発明の一実施形態に用いられる2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物(b)としては、例えば、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、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。なお、本発明で用いられる反応性(メタ)アクリレート(b)において、エチレン性不飽和基は通常6個以下である。
これらを含有する本発明の硬化性組成物を硬化させると、耐熱性に優れた硬化物が形成される。
これらの中でも硬化物の耐熱性の観点から、3つのエチレン性不飽和基を有するものが好ましく、さらに単独重合体のガラス転移温度が80℃以上であるものが好ましい。特に、単独重合体のガラス転移温度が200℃以上であり、且つ多官能(メタ)アクリレートの中では硬化収縮が比較的少ない、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートが最も好ましい。なお、前記単独重合体のガラス転移温度は通常300℃以下である。
単独重合体のガラス転移温度は、以下の方法で測定する。
反応性(メタ)アクリレート(b)100質量部に光重合開始剤としてジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシド(BASFジャパン(株)製、商品名Lucirin TPO−L)1質量部を溶解させ、それをガラス基板(50mm×50mm)上に、硬化膜の厚みが200μmになるように塗布し、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で4J/cm2露光し硬化膜を作製する。その硬化膜を用いて、D
MS6100(セイコー電子工業(株)製)にて、引張モード、温度範囲30℃〜300℃、昇温速度2℃/分、周波数1Hzで測定したtanδ値のピーク温度よりガラス転移温度を求める。
本発明の一実施形態に用いられる反応性(メタ)アクリレート(b)の配合量は、表面処理前のシリカ微粒子(a)100質量部に対して、20〜500質量部であることが好ましく、硬化性組成物の粘度、硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散安定性、硬化物の耐熱性の点から、より好ましくは30〜300質量部であり、さらに好ましくは50〜200質量部である。配合量が20質量部未満では、硬化性組成物の粘度が高くなり、ゲル化を生じることがある。配合量が500質量部を超えると、硬化性組成物の硬化時の収縮が大きくなり、硬化物の反りやクラックを生じることがある。
<反応性(メタ)アクリレート(c)>
本発明の一実施形態に用いられる反応性(メタ)アクリレート(c)は2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ芳香環構造を有する化合物であり、反応性(メタ)アクリレート(c)を本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物に含有させることにより、得られる硬化物のアッベ数を低くすることができる。なお、本発明に用いられる反応性(メタ)アクリレート(c)において、エチレン性不飽和基は通常6個以下である。
反応性(メタ)アクリレート(c)としては、例えば下記一般式(3)で表される化合物を用いることができる。
Figure 2011093144
式(3)中、R6、R7、R8及びR9はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Xは芳香環を有する炭素数が6〜30の有機基であり、e及びfはそれぞれ独立に0〜3の整数である。eが2以上の場合には、複数存在するR8は同一でも異なってもよく、
fが2以上の場合には、複数存在するR9は同一でも異なってもよい。
なお、芳香環とはπ電子を持つ原子が環状に並んだ不飽和環状構造のことであり、前記の「炭素数が6〜30」とは、芳香環の炭素を含めて炭素数が6〜30ということである。
上記一般式(3)中、R6、R7、R8及びR9は、得られる硬化物の耐熱性を向上させるという観点からメチル基であることが好ましい。
上記一般式(3)中、e及びfについては、得られる硬化物の耐熱性を向上させるという観点及び原料の入手容易性という観点から、それぞれ独立に、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
上記一般式(3)中、Xの炭素数は、アッベ数を低くするという観点及び本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物の粘度を低くするという観点から、7〜24であることが好ましく、7〜19であることがより好ましく、7〜15であることがさらに好ましい。
Xの具体例としては、以下の(i)〜(p)で示すものを挙げることができる。
Figure 2011093144
なお、上記構造式中、波線を付した箇所が、一般式(3)で表される化合物におけるXの結合手を表す。
上記具体例の中では、屈折率、粘度、原料入手容易性の観点で、特に(k)のナフトイル骨格を有するもの、(m)のフェニルベンゾイル骨格を有するものが好ましい。
すなわち、下記一般式(5)で示される芳香族基含有(メタ)アクリレート化合物(以下、「芳香族基含有(メタ)アクリレート化合物(1)」とも言う。)及び後述する一般式(6)で示される芳香族基含有(メタ)アクリレート化合物が、反応性(メタ)アクリレート(c)として特に好ましい。
Figure 2011093144
上記一般式(5)中、R6、R7、R8及びR9はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、e及びfはそれぞれ独立に0〜3の整数である。eが2以上の場合には、複数存在するR8は同一でも異なってもよく、fが2以上の場合には、複数存在するR9は同一でも異なってもよい。
上記一般式(5)中、R6、R7、R8及びR9は、得られる硬化物の耐熱性を向上させるという観点からメチル基であることが好ましい。
上記一般式(5)中、e及びfについては、得られる硬化物の耐熱性を向上させるという観点及び原料の入手容易性という観点から、それぞれ独立に0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
さらに上記一般式(5)において、原料のハンドリング性の観点から、ナフトイル基中のカルボニル基は、ナフタレンのα位に結合していることがより好ましい。
すなわち、下記に示す構造の化合物が特に好ましい。
Figure 2011093144
また、上記したように、一般式(3)におけるXがフェニルベンゾイル骨格を有する化合物である、下記一般式(6)で示される芳香族基含有(メタ)アクリレート化合物(以下、「芳香族基含有(メタ)アクリレート化合物(2)」とも言う。)もまた特に好ましい。
Figure 2011093144
上記一般式(6)中、R6、R7、R8及びR9はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、e及びfはそれぞれ独立に0〜3の整数である。eが2以上の場合には、複数存在するR8は同一でも異なってもよく、fが2以上の場合には、複数存在するR9は同一でも異なってもよい。
上記一般式(6)中、R6、R7、R8及びR9は、得られる硬化物の耐熱性を向上させるという観点からメチル基であることが好ましい。
上記一般式(6)中、e及びfについては、得られる硬化物の耐熱性を向上させるという観点及び原料の入手容易性という観点から、それぞれ独立に、0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
さらに、上記一般式(6)中、原料の入手容易性の観点から、フェニルベンゾイル基中のカルボニル基は、ビフェニルの4位の炭素に結合していることがより好ましい。
すなわち、下記に示す構造が特に好ましい。
Figure 2011093144
また、反応性(メタ)アクリレート(c)として、下記一般式(4)で表される化合物を用いることもできる。
Figure 2011093144
上記一般式(4)中、R10及びR11はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、g及びhはそれぞれ独立に0〜3の整数である。
上記一般式(4)中、R10及びR11は原料の入手容易性という観点から水素原子であることが好ましい。
上記一般式(4)中、g及びhについても原料の入手容易性という観点から、それぞれ独立に0又は1であることが好ましく、1であることがより好ましい。
反応性(メタ)アクリレート(c)のうち上記一般式(4)で表されるものの具体例としては、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[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エトキシエトキシ)フェニル]フルオレン、大阪ガスケミカル(株)製の商品名オグソールEA−0200、EA−1000、EA−F5003、EA−F5503などが挙げられる。
反応性(メタ)アクリレート(c)としては、上記一般式(3)及び上記一般式(4)で示されるもの以外にも種々の化合物を用いることができる。例えば、2,2−ビス((メタ)アクリロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス〔4−(3−(メタ)アクリロキシ)−2−ヒドロキシプロポキシフェニル〕プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシトリエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシテトラエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシペンタエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシジプロポキシフェニル)プロパン、2(4−(メタ)アクリロキシエトキシフェニル)−2(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、2(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)−2(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、2(4−(メタ)アクリロキシジプロポキシフェニル)−2(4−(メタ)アクリロキシトリエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシプロポキシフェニル)プロパン、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−(メタ)アクリロイルオキシプロポキシプロポキシ)フェニル]フルオレン、9,9−ビス[4−(3−(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−(4−(メタ)アクリロイルオキシブトキシ)フェニル]フルオレン)などが挙げられる。
以上説明した反応性(メタ)アクリレート(c)は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物を硬化させて得られる硬化物の耐熱性の観点からは、反応性(メタ)アクリレート(c)としては、単独重合体のガラス転移温度が80℃以上である(メタ)アクリレート化合物が好ましい。単独重合体のガラス転移温度の測定方法は、前述と同様である。なお、単独重合体のガラス転移温度は通常300℃以下である。
上記の例示した(メタ)アクリレート化合物の中でも、得られる硬化物のアッベ数が低いこと及び耐熱性の観点から、上記一般式(3)で表される(メタ)アクリレート化合物、上記一般式(4)で表される(メタ)アクリレート化合物、2,2−ビス((メタ)アクリロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシエトキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(メタ)アクリロキシジエトキシフェニル)プロパン、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[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、大阪ガスケミカル(株)製のオグソールEA−F5003、EA−F5503が好ましく、上記一般式(5)で表される(メタ)アクリレート化合物、上記一般式(6)で表される(メタ)アクリレート化合物、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[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、大阪ガスケミカル(株)製のオグソールEA−F5503がより好ましい。
本発明の一実施形態に用いられる反応性(メタ)アクリレート(c)の配合量は、表面処理前のシリカ微粒子(a)100質量部に対して、5〜400質量部であることが好ましく、硬化性組成物の粘度、硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散安定性、硬化物の耐熱性、及び硬化物のアッベ数を低くする点から、より好ましくは10〜200質量部であり、さらに好ましくは20〜150質量部である。配合量が5質量部未満では、アッベ数が十分に低くならないことがある。配合量が400質量部を超えると、硬化物に着色が生じることがある。
<重合開始剤(d)>
本発明の一実施形態に用いられる重合開始剤(d)としては、ラジカルを発生する光重合開始剤及び熱重合開始剤が挙げられる。
光重合開始剤としては、例えばベンゾフェノン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシ−フェニルフェニルケトン、2,6−ジメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド及びジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシドが挙げられる。これらの光重合開始剤は単独で用いても2種以上を併用してもよい。
光重合開始剤の硬化性組成物中における含有量は、硬化性組成物を適度に硬化させる量であればよく、硬化性組成物100質量%に対して、0.01〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0.02〜5質量%であり、さらに好ましくは0.1〜2質量%である。光重合開始剤の含有量が多すぎると、硬化性組成物の保存安定性が低下したり、着色したり、架橋して硬化物を得る際の架橋が急激に進行し硬化時の割れ等の問題が発生する場合がある。また、光重合開始剤の含有量が少なすぎると硬化性組成物を十分に硬化させることができないことがある。
前記熱重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、t−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート等が挙げられる。
熱重合開始剤の硬化性組成物中における含有量は、硬化性組成物100質量%に対して、2質量%以下であることが好ましい。
<反応性(メタ)アクリレート(g)>
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は、上記成分に加えて、1つのエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造及び/又は芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物(g)を含有してもよい。反応性(メタ)アクリレート(g)は、硬化物に耐熱性を付与することと、硬化性組成物の硬化時の収縮を低減するために用いられる。
前記脂環式構造とは、炭素原子が環状に結合した構造のうち、芳香環構造を除くものであり、芳香環は、反応性(メタ)アクリレート(c)の説明にて記述したとおりである。
反応性(メタ)アクリレート(g)として好ましいのは、たとえば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−ブチルシクロヘキシル(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、ジシクロペンタジエニル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレートなどのシクロアルキル(メタ)アクリレート類;ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、o−トリル(メタ)アクリレート、m−トリル(メタ)アクリレート、フェネチル(メタ)アクリレート、フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、o−トリルオキシエチル(メタ)アクリレート、m−トリルオキシエチル(メタ)アクリレート、o−ビフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、o−ビフェニルオキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、m−ビフェニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ナフトキシエチル(メタ)アクリレート等の芳香族(メタ)アクリレート類;である。
硬化物の耐熱性の観点からは、反応性(メタ)アクリレート(g)としては、その単独重合体のガラス転移温度が80℃以上である(メタ)アクリレート化合物が好ましい。単独重合体のガラス転移温度の測定方法は、前述と同様である。また前記単独重合体のガラス転移温度は、通常300℃以下である。
上記の例示した(メタ)アクリレートの中でも、硬化物の透明性及び耐熱性の観点から、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートが好ましく、単独重合体のガラス転移温度が高いアダマンチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレートが最も好ましい。
本発明の一実施形態に用いられる(メタ)アクリレート(g)の配合量は、表面処理前のシリカ微粒子(a)100質量部に対して、5〜400質量部であることが好ましく、硬化性組成物の粘度、硬化性組成物中のシリカ微粒子(a)の分散安定性、硬化物の耐熱性の点から、より好ましくは10〜200質量部であり、さらに好ましくは10〜100質量部である。配合量が5質量部未満では、硬化性組成物の粘度が高くなり、ゲル化を生じることがある。配合量が400質量部を超えると、硬化物にクラックを生じたり、硬化物の耐熱性が低下したりすることがある。
また、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は、必要に応じて、組成物の粘度及び硬化物の透明性、耐熱性等の特性を損なわない範囲で、重合禁止剤、レベリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、溶剤、顔料、他の無機フィラー等の充填剤、反応性希釈剤、その他改質剤等を含んでいてもよい。
前記重合禁止剤は、保存中に硬化性組成物の含有成分が重合反応を起こすのを防止するために用いられる。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ベンゾキノン、p−t−ブチルカテコール、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールなどが挙げられる。
重合禁止剤の添加量は、組成物の透明性、硬化物の耐熱性の観点から、硬化性組成物100質量部に対して0.1質量部以下であることが好ましい。
重合禁止剤は、単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエステル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、アラルキル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物等が挙げられる。
レベリング剤は、単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記酸化防止剤とは、フリーラジカルなど酸化促進因子を捕捉する機能を有する化合物である。
酸化防止剤としては、工業的に一般に使用される酸化防止剤であれば特に限定はなく、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤などを用いることができる。
これら酸化防止剤は、単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記フェノール系酸化防止剤としては、例えば、イルガノックス1010(Irganox 1010:ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イル
ガノックス1076(Irganox 1076:オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ
社製)、イルガノックス1330(Irganox 1330:3,3',3'',5,5'
,5''−ヘキサ−t−ブチル−a,a',a''−(メシチレン−2,4,6−トリイル)
トリ−p−クレゾール、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イルガノックス3114(Irganox 3114:1,3,5−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−
ヒドロキシベンジル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イルガノックス3790(Irganox 3790:1,3,5−トリス((4−t−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−
キシリル)メチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イルガノックス1035(Irganox1035:チオジエチレンビス[3−(3,5−ジ− tert−ブチル−4−ヒド
ロキシフェニル)プロピオネート]、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イルガノックス1135(Irganox1135:ベンゼンプロパン酸、3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシ、C7−C9側鎖アルキルエステル、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イルガノックス1520L(Irganox1520L:4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)、イルガノックス3125(Irganox 3125、チバ・スペシャル
ティ・ケミカルズ社製)、アデカスタブAO−80(アデカスタブAO−80:3,9−ビス(2−(3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ)−1,1−ジメチルエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン、(株)ADEKA製)、スミライザーBHT(Sumilizer B
HT、住友化学(株)製)、スミライザーGA−80(Sumilizer GA−80
、住友化学(株)製)、シアノックス1790(Cyanox 1790、(株)サイテ
ック製)、ビタミンE(エーザイ(株)製)などが挙げられる。
前記リン系酸化防止剤としては、例えば、イルガフォス168(Irgafos 16
8:トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)、イルガフォス12(Irgafos 12:トリス[2−[[2,4
,8,10−テトラ−t−ブチルジベンゾ[d、f][1,3,2]ジオキサフォスフェフィン−6−イル]オキシ]エチル]アミン、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)、イルガフォス38(Irgafos 38:ビス(2,4−ビス(1,1−ジメチルエチ
ル)−6−メチルフェニル)エチルエステル亜りん酸、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製)、アデカスタブ329K((株)ADEKA製)、アデカスタブPEP36((株)ADEKA製)、アデカスタブPEP−8((株)ADEKA製)、Sandstab P−EPQ(クラリアント社製)、ウェストン618(Weston 618、GE社製)、ウェストン619G(Weston 619G、GE社製)、ウルトラノックス62
6(Ultranox 626、GE社製)、スミライザーGP(Sumilizer GP:6−[3−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロポキシ]−2,4,8,10−テトラ−tert−ブチルジベンズ[d,f][1.3.2]ジオキサホスフェピン)、住友化学(株)製)などが挙げられる。
前記硫黄系酸化防止剤としては、例えば、チオジプロピオン酸ジラウリル、ジミリスチル、ジステアリル等のジアルキルチオジプロピオネート化合物、テトラキス[メチレン(3−ドデシルチオ)プロピオネート]メタン等のポリオールのβ-アルキルメルカプトプ
ロピオン酸エステル化合物などが挙げられる。
上記紫外線吸収剤とは、一般的に波長約200〜380nmの紫外線を吸収して熱や赤外線などのエネルギーに変化させて放出させることができる化合物である。
紫外線吸収剤としては、工業的に一般に使用されるものであれば特に限定はなく、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ジフェニルメタン系、2−シアノプロペン酸エステル系、サリチル酸エステル系、アントラニレート系、ケイヒ酸誘導体系、カンファー誘導体系、レゾルシノール系、オキザリニド系、クマリン誘導体系の紫外線吸収剤等が使用できる。
これら紫外線吸収剤は、単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、例えば、2,2−メチレンビス[4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)−6[(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]]、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール、2−[5−クロロ(2H)−ベンゾトリアゾール−2−イル]−4−メチル−6−(tert−ブチル)フェノール等を挙げることができる。
前記トリアジン系紫外線吸収剤としては、例えば2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(ヘキシル)オキシ]−フェノール、2,4,6−トリス−(ジイソブチル4'−アミノ−ベンザルマロネート)−s−トリアジン、4,6
−トリス(2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシフェニル)−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ビス(2−ヒドロキシ−4−プロピルオキシフェニル)−6−(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン、2−(2−ヒドロキシ−4−ドデシルオキシフェニル)−4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン等を挙げることができる。
前記ジフェニルメタン系紫外線吸収剤としては、例えば、ジフェニルメタノン、メチルジフェニルメタノン、4−ヒドロキシジフェニルメタノン、4−メトキシジフェニルメタノン、4−オクトキシジフェニルメタノン、4−デシルオキシジフェニルメタノン、4−ドデシルオキシジフェニルメタノン、4−ベンジルオキシジフェニルメタノン、4,2'
,4'−トリヒドロキシジフェニルメタノン、2'−ヒドロキシ−4,4'−ジメトキシジ
フェニルメタノン、4−(2−エチルヘキシルオキシ)−2−ヒドロキシ−ジフェニルメタノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、ベンゾインエチルエーテルなどが挙げられる。
前記2−シアノプロペン酸エステル系紫外線吸収剤としては、例えば、エチルα−シアノ−β,β−ジフェニルプロペン酸エステル、イソオクチル α−シアノ−β,β−ジフ
ェニルプロペン酸エステル等が挙げられる。
前記サリチル酸エステル系紫外線吸収剤としては、例えば、サリチル酸イソセチル、サリチル酸オクチル、サリチル酸グリコール、サリチル酸フェニルなどが挙げられる。
前記アントラニレート系紫外線吸収剤としては、例えば、メンチルアントラニレート等が挙げられる。
前記ケイヒ酸誘導体系紫外線吸収剤としては、例えば、エチルヘキシルメトキシシンナメート、イソプロピルメトキシシンナメート、イソアミルメトキシシンナメート、ジイソプロピルメチルシンナメート、グリセリル−エチルヘキサノエートジメトキシシンナメート、メチル−α−カルボメトキシシンナメート、メチル−α−シアノ−β−メチル−p−メトキシシンナメート等が挙げられる。
前記カンファー誘導体系紫外線吸収剤としては、例えば、ベンジリデンカンファー、ベンジリデンカンファースルホン酸、カンファーベンザルコニウムメトスルフェート、テレフタリリデンジカンファースルホン酸、ポリアクリルアミドメチルベンジリデンカンファー等が挙げられる。
前記レゾルシノール系紫外線吸収剤としては、例えば、ジベンゾイルレゾルシノール、ビス(4−tert−ブチルベンゾイルレゾルシノール)等が挙げられる。
前記オキザリニド系紫外線吸収剤としては、例えば、4,4'−ジ−オクチルオキシオ
キザニリド、2,2'−ジエトキシオキシオキザニリド、2,2'−ジ−オクチルオキシ−5,5'−ジ−tert−ブチルオキザニリド、2,2'−ジ−ドデシルオキシ−5,5'
−ジ−tert−ブチルオキザニリド、2−エトキシ−2'−エチルオキザニリド、N,
N'−ビス(3−ジメチルアミノプロピル)オキザニリド、2−エトキシ−5−tert
−ブチル−2'−エトキシオキザニリド等が挙げられる。
前記クマリン誘導体系紫外線吸収剤としては、例えば、7−ヒドロキシクマリン等が挙げられる。
上記光安定剤とは、光エネルギーによって発生したラジカルによる自動酸化分解を低減させ、樹脂劣化を抑制する効能を有する化合物である。
光安定剤としては、工業的に一般に使用されるものであれば特に限定はなく、ヒンダードアミン系化合物(「HALS」と略記する。)、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物等が使用できる。
これら光安定剤は、単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記HALSとしては、例えば、N,N',N' ',N' ' '−テトラキス−(4,6−
ビス−(ブチル−(N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)アミノ)−トリアジン−2−イル)−4,7−ジアザデカン−1,10−ジアミン、ジブチルアミンと1,3,5−トリアジンとN,N'−ビス(2,2,6,6−テトラメチル
−4−ピペリジル)ブチルアミンとの重縮合物、ポリ[{(1,1,3,3−テトラメチルブチル)アミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジイル}{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}ヘキサメチレン{(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ}]、1,6−ヘキサンジアミン−N,N'−ビス(2,2
,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)とモルフォリン−2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジンとの重縮合物、ポリ[(6−モルフォリノ−s−トリアジン−2,4−ジイル)[(2,2,6,6,−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ]−ヘキサメチレン[(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)イミノ]等の、ピペリジン環がトリアジン骨格を介して複数結合した高分子量HALS;コハク酸ジメチルと4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジンエタノールとの重合物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールと3,9−ビス(2−ヒドロキシ−1,1−ジメチルエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンとの混合エステル化物等の、ピペリジン環がエステル結合を介して結合した高分子量HALS、ペンタメチルピペリジニルメタクリレート等が挙げられる。
その他の成分としては、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物はさらに溶剤を含んでいてもよい。溶剤の配合によって、硬化性組成物中の各成分の分散を助けることができる。
本発明の一実施形態の用いられる硬化性組成物において用いられる溶剤の具体例としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルなどのエステル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類;N,N−ジメチルホルムアミドなどのアミド類;トルエンなどの芳香族炭化水素類;塩化メチレンなどのハロゲン化炭化水素類;エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチ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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエチレングリコール類;プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、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等のプロピレングリコール類;アセトニトリル等が挙げられるが、好ましくは酢酸エチル、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、ジクロロメタン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等を挙げることができる。
上記溶剤は、単独でも2種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶剤の使用量は特に限定されないが、硬化性組成物100質量部に対して通常50〜200質量部、好ましくは50〜100質量部である。
上記充填剤又は顔料としては、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、クレー、アエロジル(登録商標)等、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、ステアリン酸亜鉛、亜鉛華、ベンガラ、アゾ顔料等が挙げられる。
このような各種成分を含有する本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物の、B型粘度計DV−III ULTRA(BROOKFIELD社製)で測定した25℃における
粘度は、通常30〜10000mPa・sであり、好ましくは100〜8000mPa・sであり、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は溶剤を含有していなくとも適度な粘度を有しており、良好なハンドリング性を有する。このことは、上述のシリカ微粒子(a)の表面処理による、シリカ微粒子(a)の反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)及び反応性(メタ)アクリレート(g)との高い相溶性、反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)及び反応性(メタ)アクリレート(g)中におけるシリカ微粒子(a)の高い分散安定性に起因する。
<硬化性組成物の製造方法>
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は、例えば、有機溶媒に分散したコロイダルシリカ(シリカ微粒子(a))をシラン化合物(e)及び(f)で表面処理する工程(工程1)、表面処理したシリカ微粒子(a)に反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)、及び必要に応じて反応性(メタ)アクリレート(g)を添加し、均一混合する工程(工程2)、工程2で得られたシリカ微粒子(a)と反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)(及び反応性(メタ)アクリレート(g))との均一混合液から有機溶媒及び水を留去・脱溶媒する工程(工程3)、工程3で脱溶媒された組成物に重合開始剤(d)を添加、均一混合して硬化性組成物とする工程(工程4)を順次行うことにより製造することができる。以下各工程について説明する。
(工程1)
工程1では、シリカ微粒子(a)をシラン化合物(e)及び(f)で表面処理する。表面処理は、シリカ微粒子(a)を反応器に入れ、攪拌しながら、シラン化合物(e)及び(f)を添加、攪拌混合し、さらに該シラン化合物の加水分解を行うのに必要な水と触媒を添加、攪拌しながら、該シラン化合物を加水分解し、シリカ微粒子(a)表面にて縮重合させることにより行う。なお、前記シリカ微粒子(a)としては、有機溶媒に分散したシリカ微粒子を用いることが好ましいことは、前述のとおりである。
なお、前記シラン化合物の加水分解による消失を、ガスクロマトグラフィーにより確認することができる。ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製、型式6850)にて、無極性カラムDB−1(J&W社製)を使用し、温度50〜300℃、昇温速度10℃/分、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/分、水素炎イオン化検出器にて内部標準法でシラン化合物の残存量を測定することができるため、シラン化合物の加水分解による消失を確認することができる。
なお、前述のようにシリカ微粒子(a)を表面処理する際のシラン化合物(e)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5〜40質量部、好ましくは10〜30質量部である。また、シラン化合物(f)の使用量は、シリカ微粒子(a)100質量部に対して通常5〜40質量部、好ましくは10〜30質量部である。
加水分解反応を行うのに必要な水の量の下限値は、シラン化合物(e)及び(f)に結合したアルコキシ基及びヒドロキシ基のモル数の合計の1倍、上限値は10倍である。水の量が過度に少ないと、加水分解速度が極端に遅くなり経済性に欠けたり、表面処理が充分進行しなかったりするおそれがある。逆に水の量が過度に多いと、シリカ微粒子(a)がゲルを形成するおそれがある。
加水分解反応を行う際には、通常、加水分解反応用の触媒が使用される。このような触媒の具体例としては、例えば、塩酸、酢酸、硫酸、リン酸等の無機酸;蟻酸、プロピオン酸、シュウ酸、パラトルエンスルホン酸、安息香酸、フタル酸、マレイン酸等の有機酸;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等のアルカリ触媒;有機金属;金属アルコキシド;ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジオクチレート、ジブチルスズジアセテート等の有機スズ化合物;アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、チタニウムテトラキス(アセチルアセトネート)、チタニウムビス(ブトキシ)ビス(アセチルアセトネート)、チタニウムビス(イソプロポキシ)ビス(アセチルアセトネート)、ジルコニウムビス(ブトキシ)ビス(アセチルアセトネート)、ジルコニウムビス(イソプロポキシ)ビス(アセチルアセトネート)等の金属キレート化合物;ホウ素ブトキシド、ホウ酸等のホウ素化合物等が挙げられる。
これらの中でも、水への溶解性、充分な加水分解速度が得られる点から、塩酸、酢酸、マレイン酸、ホウ素化合物が好ましい。これらの触媒は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
工程1においてシラン化合物(e)及び(f)の加水分解反応を行う際には、非水溶性触媒を用いてもよいが、水溶性触媒を使用することが好ましい。加水分解反応用の水溶性触媒を使用する場合は、水溶性触媒を適当量の水に溶解し、反応系に添加すると、触媒を均一に分散させることができるので好ましい。
加水分解反応に使用する触媒の添加量は、特に限定されないが、通常シリカ微粒子(a)100質量部に対して0.1〜10質量部、好ましくは0.5〜5質量部である。なお、前述のようにシリカ微粒子(a)として有機溶媒に分散したシリカ微粒子を使用する場合は、前記シリカ微粒子(a)の質量は、有機溶媒に分散したシリカ微粒子そのもののみの質量を指す。また本発明において、前記触媒は水に溶解した水溶液として加水分解反応に使用されることがあるが、その場合には、前記触媒の添加量は、水溶液全体としての添加量を表す。
加水分解反応の反応温度は特に限定されないが、通常、10〜80℃の範囲であり、好ましくは20〜50℃の範囲である。反応温度が過度に低いと、加水分解速度が極端に遅くなり経済性に欠けたり、表面処理が充分進行しなかったりするおそれがある。反応温度が過度に高いと、ゲル化反応が起こりやすくなる傾向がある。
また、加水分解反応を行うための反応時間は特に限定されないが、通常10分間〜48時間、好ましくは30分間〜24時間の範囲である。
なお、工程1におけるシラン化合物(e)及びシラン化合物(f)による表面処理は、両者を逐次に行ってもよいが、同時に一段で行う方が反応プロセスの単純化や効率化の点で好ましい。
(工程2)
工程2において、表面処理したシリカ微粒子(a)と反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)、及び必要に応じて反応性(メタ)アクリレート(g)とを混合する方法には、特に制限は無いが、たとえば、室温又は加熱条件下でミキサー、ボールミル、3本ロールなどの混合機により混合する方法や、工程1を行った反応器の中で連続的に攪拌しながら反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)(及び反応性(メタ)アクリレート(g))を添加、混合する方法が挙げられる。
(工程3)
工程3において、シリカ微粒子(a)と反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)(及び反応性(メタ)アクリレート(g))との均一混合液から有機溶媒及び水を留去・脱溶媒(以下、これらをまとめて脱溶媒という)するには、減圧状態で加熱することが好ましい。
温度は、20〜100℃に保つことが好ましく、凝集ゲル化防止と脱溶媒スピードとのバランスで、より好ましくは30〜70℃、さらに好ましくは30〜50℃である。温度を上げすぎると、硬化性組成物の流動性が極端に低下したり、ゲル状になったりすることがある。
減圧する際の真空度は、通常10〜4,000kPaであり、脱溶媒スピードと凝集ゲル化防止とのバランスを図る上で、さらに好ましくは10〜1,000kPa、最も好ましくは、10〜500kPaである。真空度の値が大きすぎると、脱溶媒スピードが極端に遅くなり経済性に欠ける。
脱溶媒後の組成物は、実質的に溶媒を含まないことが好ましい。ここでいう実質的とは、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物を用いて実際に硬化物を得る際に、再度、脱溶媒する工程を経る必要がないことを意味しており、具体的には、硬化性組成物中の有機溶媒及び水の残存量として、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下であることを意味する。
工程3においては、脱溶媒する前に、脱溶媒後の組成物100質量部に対して0.1質量部以下の重合禁止剤を添加してもよい。重合禁止剤は脱溶媒過程中や脱溶媒後の組成物及び硬化性組成物の保存中に組成物の含有成分が重合反応を起こすのを防止するために用いることができる。
工程3は、工程2を経たシリカ微粒子(a)と反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)(及び反応性(メタ)アクリレート(g))との均一混合液を専用の装置に移して行うこともできるし、工程2を工程1で実施した反応器を用いて行ったのであれば、工程2に引き続いて該反応器中で行うことができる。
(工程4)
工程4において、工程3で脱溶媒された組成物に重合開始剤(d)を添加、均一混合する方法には、特に制限は無いが、たとえば、室温でミキサー、ボールミル、3本ロール等の混合機により混合する方法や、工程1〜3を行った反応器の中で連続的に攪拌しながら重合開始剤(d)を添加、混合する方法が挙げられる。
さらに、このような重合開始剤(d)の添加、混合を行って得られた硬化性組成物に対して、必要に応じて濾過を行ってもよい。この濾過は、硬化性組成物中のゴミ等の外来の異物除去を目的として行う。濾過方法には、特に制限は無いが、加圧濾過孔径1.0μmのメンブレンタイプ、カートリッジタイプ等のフィルターを使用し、加圧濾過する方法が好ましい。
例えば、上記のようにして製造される本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物は、硬化することにより、光学レンズ、光ディスク基板、液晶表示素子用プラスチック基板、カラーフィルター用基板、有機EL表示素子用プラスチック基板、太陽電池基板、タッチパネル、光学素子、光導波路、LED封止材等の光学材料として用いることができる硬化物となる。
<硬化物の製造方法>
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物を硬化させることにより、硬化物が得られる。硬化の方法としては、活性エネルギー線の照射によりエチレン性不飽和基を架橋させる方法、熱をかけてエチレン性不飽和基を熱重合させる方法等があり、これらを併用することもできる。
硬化性組成物を紫外線等の活性エネルギー線により硬化させる場合は、上記の工程4において、硬化性組成物中に光重合開始剤を含有させる。
硬化性組成物に熱をかけて硬化させる場合は、上記の工程4において、硬化性組成物中に熱重合開始剤を含有させる。
本発明の一実施形態に用いられる硬化物は、例えば、本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物をガラス板、プラスチック板、金属板、シリコンウエハ等の基材上に塗布して塗膜を形成した後、その硬化性組成物に活性エネルギー線を照射することによって、あるいは加熱することによって、得ることができる。硬化のために、活性エネルギー線の照射と加熱との両方を行ってもよい。
前記硬化性組成物の塗布方法としては、例えば、バーコーター、アプリケーター、ダイコーター、スピンコーター、スプレーコーター、カーテンコーター、ロールコーター等による塗布、スクリーン印刷などによる塗布、ディッピングなどによる塗布が挙げられる。
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物の基材上への塗布量は特に限定されず、目的に応じて適宜調整することができ、活性エネルギー線照射及び/又は加熱での硬化処理後に得られる塗膜の膜厚が、1〜1,000μmとなる量が好ましく、10〜800μmとなる量がより好ましい。
硬化のために使用される活性エネルギー線としては、電子線、又は紫外から赤外の波長範囲の光が好ましい。
光源としては、例えば、紫外線であれば超高圧水銀光源又はメタルハライド光源、可視光線であればメタルハライド光源又はハロゲン光源、赤外線であればハロゲン光源が使用できるが、この他にもレーザー、LEDなどの光源が使用できる。
活性エネルギー線の照射量は、光源の種類、塗膜の膜厚などに応じて適宜設定されるが、好ましくは反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)、及び硬化性組成物に含有される場合には、反応性(メタ)アクリレート(g)のエチレン性不飽和基の反応率が80%以上、より好ましくは90%以上になるように適宜設定できる。反応率は、赤外吸収スペクトルにより、反応前後のエチレン性不飽和基の吸収ピーク強度の変化から算出される。
また、活性エネルギー線を照射して硬化させた後、必要に応じて、加熱処理(アニール処理)をして硬化をさらに進行させてもよい。その際の加熱温度は、80〜220℃の範囲にあることが好ましい。加熱時間は、10分〜60分の範囲にあることが好ましい。
本発明の一実施形態に用いられる硬化性組成物の硬化のために加熱処理により熱重合させる場合は、加熱温度は、80〜200℃の範囲にあることが好ましく、より好ましくは100〜150℃の範囲である。加熱温度が80℃より低いと、加熱時間を長くする必要があり経済性に欠ける傾向にあり、加熱温度が200℃より高いと、エネルギーコストがかかるうえに、加熱昇温時間及び降温時間がかかるため、経済性に欠ける傾向にある。
加熱時間は、加熱温度、塗膜の膜厚などに応じて適宜設定されるが、好ましくは反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)、及び硬化性組成物に含有される場合には、反応性(メタ)アクリレート(g)のエチレン性不飽和基の反応率が80%以上、より好ましくは90%以上になるように適宜設定できる。反応率は、赤外吸収スペクトルにより、反応前後のエチレン性不飽和基の吸収ピーク強度の変化から算出される。
<硬化物>
本発明の一実施形態に用いられる硬化物は、透明性、耐熱性及び耐環境性に優れることから、光学レンズ、液晶表示素子用プラスチック基板、カラーフィルター用基板、有機EL表示素子用プラスチック基板、太陽電池基板、タッチパネル、光学素子、光導波路、LED封止材等の光学材料として好適に用いることができる。
硬化物の屈折率は、用途に応じて適宜選択することができる。そして本発明の一実施形態に用いられる硬化物は耐熱性に優れているため、270℃、1分間の加熱処理を3回行う前後における屈折率の変化量が、好ましくは0.007以下であり、より好ましくは0.005以下、さらに好ましくは0.003以下である。270℃、1分間の加熱処理を3回行う前後における屈折率の変化量が0.007を越えると、光を利用する効率が変化するので、光効率が重要な用途には好ましくない。
本発明の一実施形態に用いられる硬化物はアッベ数が低く、通常アッベ数が50以下であり、好ましくは45以下である。そのため、本発明の一実施形態に用いられる硬化物と、アッベ数の高い材料、例えばポリメタクリル酸メチル樹脂とを組み合わせることにより、色収差の少ない光学材料が得られる。なお、アッベ数は、25℃で測定した、波長486nm、589nm、656nmの屈折率より算出する。また本発明の一実施形態に用いられる硬化物は耐熱性に優れ、そのため加熱を行う前後における屈折率の変化が小さいので、加熱を行う前後におけるアッベ数の変化も小さい。
本発明の一実施形態に用いられる硬化物は耐熱性に優れているため、窒素雰囲気で加熱した際の5%重量減少温度が通常300℃以上であり、好ましくは320℃以上、より好ましくは350℃以上である。加熱した際の5%重量減少温度が300℃を下回ると、例えば、この硬化物をアクティブマトリックス表示素子基板に用いた場合、その製造工程において反りやたわみ、場合によってはクラック発生などの問題が生じるおそれがある。
本発明の一実施形態に用いられる硬化物は、好ましくはその単独重合体のガラス転移温度が高い反応性(メタ)アクリレート(b)、反応性(メタ)アクリレート(c)(及び反応性(メタ)アクリレート(g))を含有する硬化性組成物を硬化させて得られるものなので、耐熱性に優れている。
また本発明の一実施形態に用いられる硬化物は、高いガラス転移温度を有する。硬化物のガラス転移温度は、動的粘弾性測定法を用いて周波数1Hzにて測定した際の損失正接tanδ値のピーク温度から求められ、通常150℃以上、好ましくは160℃以上である。ガラス転移温度が150℃未満の場合、この硬化物をアクティブマトリックス表示素子基板に用いると、その製造工程において反りやたわみ、場合によってはクラック発生などの問題が生じるおそれがある。また硬化物のガラス転移温度は、通常300℃以下である。
本発明の一実施形態に用いられる硬化物は透明性に優れているため、硬化膜200μm厚みでの波長400nmの光線透過率が好ましくは80%以上であり、且つ本発明の一実施形態に用いられる硬化物は耐熱性に優れているため、270℃、1分間の加熱処理を3回行う前後における波長400nm透過率の変化量が通常5%以下である。波長400nmの光線透過率が80%以下の場合は、光を利用する効率が低下するので、光効率が重要な用途には好ましくない。また、270℃、1分間の加熱処理を3回行う前後における波長400nmの光線透過率の変化量が5%を越える場合、この硬化物をアクティブマトリックス表示素子基板に用いた場合、その製造工程において着色の問題が生じるおそれがある。
さらに、本発明の一実施形態に用いられる硬化物は透明性に優れているため、硬化膜200μm厚みでの全光線透過率が好ましくは85%以上であり、且つ本発明の一実施形態に用いられる硬化物は耐熱性に優れているため、270℃、1分間の加熱処理を3回行う前後における全光線透過率の変化量が通常5%以下である。
本発明の一実施形態に用いられる硬化物は、屈折率温度依存係数の絶対値が10.0×10−5/℃以下であり、好ましくは、9.0×10−5/℃以下である。屈折率温度依存係数が10.0×10−5/℃を超えると、例えば光学レンズや光導波路に適用した場合には、使用環境のもとで温度が変化した際に、光の焦点距離がずれて画像精度が低下したり、光の伝播効率が低下したりするため好ましくない。光学レンズ等に従来使用されている材料としては、ポリカーボネートがあるが、その屈折率温度依存係数の絶対値は、10.7×10−5/℃であり、温度に対する変化が大きいものである。
なお、屈折率温度依存係数とは、MODEL 2010M PRISM COUPLER(Metricon社製)を用いて、測定温度を30〜60℃まで5℃刻みで温度を変えて本発明の一実施形態に用いられる硬化物の屈折率を測定し、温度に対する波長594nmの屈折率をプロットした際の傾きをいう。
以下、実施例及び比較例により本実施形態についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載により何らの限定を受けるものではない。
<反応性(メタ)アクリレート(C)の合成>
(合成例1)アクリレート化合物(A−1)
反応容器中にトルエン(純正化学(株)製)450質量部、グリセロールアクリレートメタクリレート(グリセロールの1,3−置換体、新中村化学工業(株)製)90質量部を加え、その後、冷却下にて1−ナフトイルクロリド(東京化成工業(株)製)80質量部を徐々に滴下した。さらに、トリエチルアミン(東京化成工業(株)製)43質量部を徐々に滴下し室温にて撹拌を行った。約15時間経過後、高速液体クロマトグラフィーで原料のグリセロールアクリレートメタクリレートがほぼ消失したことを確認し、純水を加えて反応を終了した。続いて、酢酸エチルで抽出を行い、飽和食塩水を用いて2回洗浄を行った。無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮しアクリレート化合物(A−1)を得た。
(合成例2)メタクリレート化合物(A−2)
反応容器中にトルエン(純正化学(株)製)450質量部、グリセロールジメタクリレート(グリセロールの1,3−置換体、新中村化学工業(株)製)90質量部を加え、その後、冷却下にて4−フェニルベンゾイルクロリド(東京化成工業(株)製)85質量部を徐々に添加した。さらに、トリエチルアミン(東京化成工業(株)製)40質量部を徐々に滴下し室温にて撹拌を行った。約15時間経過後、高速液体クロマトグラフィーで原料のグリセロールジメタクリレートがほぼ消失したことを確認し、純水を加えて反応を終了した。続いて、酢酸エチルで抽出を行い、飽和食塩水を用いて2回洗浄を行った。無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮しメタクリレート化合物(A−2)を得た。
<硬化性組成物の調製>
(実施例1)硬化性組成物(B−1)
セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30質量%、平均粒子径10〜20nm、商品名スノーテックIPA−ST;日産化学(株)製)100質量部を入れ、該セパラブルフラスコにγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン5.4質量部とフェニルトリメトキシシラン3.6質量部を加え、攪拌混合し、さらに濃度0.1825質量%のHCl溶液2.9質量部を加え、20℃で24時間撹拌することにより、シリカ微粒子の表面処理を行った。
なお、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びフェニルトリメトキシシランの加水分解による消失を、ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)により確認した。無極性カラムDB−1(J&W社製)を使用し、温度50〜300℃、昇温速度10℃/分、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/分、水素炎イオン化検出器にて内部標準法で測定した。フェニルトリメトキシシラン及びγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8時間で消失した。
次に、表面処理を行ったシリカ微粒子にトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:ビスコート#295;大阪有機化学(株)製、単独重合体のTg>250℃)30質量部と合成例1で合成したアクリレート化合物(A−1)(単独重合体のTg:109℃)25.7質量部を加えて均一に混合した。その後、攪拌しながら40℃、100kPaにて減圧加熱して、揮発分を除去した。
この得られた母液100質量部に、光重合開始剤としてジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシド(商品名Lucirin TPO−L;BASFジャパン(株)製)1質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物(B−1)を得た。
(実施例2)硬化性組成物(B−2)
実施例1において、アクリレート化合物(A−1)に代えて、合成例2で合成したメタクリレート化合物(A−2)を使用する以外は、実施例1と同様にして硬化性組成物(B−2)を得た。
(実施例3)硬化性組成物(B−3)
実施例2において、ジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシドに代えて、熱重合開始剤として、t−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)(商品名パーブチルO;日油(株)製)を使用する以外は、実施例2と同様にして硬化性組成物(B−3)を得た。
(実施例4)硬化性組成物(B−4)
セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30質量%、平均粒子径10〜20nm、商品名スノーテックIPA−ST;日産化学(株)製)100質量部を入れ、該セパラブルフラスコにγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン9.0質量部とフェニルトリメトキシシラン6.0質量部を加え、攪拌混合し、さらに濃度0.1825質量%のHCl溶液2.9質量部を加え、20℃で24時間撹拌することにより、シリカ微粒子の表面処理を行った。
なお、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びフェニルトリメトキシシランの加水分解による消失を、ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)により確認した。無極性カラムDB−1(J&W社製)を使用し、温度50〜300℃、昇温速度10℃/分、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/分、水素炎イオン化検出器にて内部標準法で測定した。フェニルトリメトキシシラン及びγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8時間で消失した。
次に、表面処理したシリカ微粒子45質量部に対してトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:TMPTA;日本化薬(株)製、単独重合体のTg>250℃)22.5質量部とアダマンチルメタクリレート(商品名:ADMA;大阪有機化学(株)、単独重合体のTg:180℃)22.5質量部を加えて均一に混合した。その後、攪拌しながら40℃、100kPaにて減圧加熱して、揮発分を除去した。
この得られた母液に、反応性(メタ)アクリレート(c)としてEA−F5503(大阪ガスケミカル(株)製、単独重合体のTg:115℃)32.1質量部、HALSとしてペンタメチルピペリジニルメタクリレート(商品名FA−711MM;日立化成(株)製)1.07質量部、熱重合開始剤として1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名パーオクタO;日油(株)製)0.75質量部、t−ブチルパーオキシネオデカノエート(商品名パーブチルND;日油(株)製)0.32質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物(B−4)を得た。
(実施例5)硬化性組成物(B−5)
実施例4において、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの使用量を5.4質量部に、フェニルトリメトキシシランの使用量を3.6質量部に、トリメチロールプロパントリアクリレートの使用量を33.8質量部に、アダマンチルメタクリレートの使用量を11.3質量部に替える以外は、実施例4と同様にして硬化性組成物(B−5)を得た。
(実施例6)硬化性組成物(B−6)
実施例5において、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの使用量を6.0質量部に、フェニルトリメトキシシランの使用量を9.0質量部に替える以外は、実施例5と同様にして硬化性組成物(B−6)を得た。
(実施例7)硬化性組成物(B−7)
実施例4において、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランの使用量を5.4質量部に、フェニルトリメトキシシランの使用量を3.6質量部に替える以外は、実施例4と同様にして硬化性組成物(B−7)を得た。
(実施例8)硬化性組成物(B−8)
セパラブルフラスコに、イソプロピルアルコール分散型コロイダルシリカ(シリカ含量30質量%、平均粒子径10〜20nm、商品名スノーテックIPA−ST;日産化学(株)製)100質量部を入れ、該セパラブルフラスコにγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン5.4質量部とフェニルトリメトキシシラン3.6質量部を加え、攪拌混合し、さらに濃度0.1825質量%のHCl溶液2.9質量部を加え、20℃で24時間撹拌することにより、シリカ微粒子の表面処理を行った。
なお、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びフェニルトリメトキシシランの加水分解による消失を、ガスクロマトグラフィー(アジレント(株)製 型式6850)により確認した。無極性カラムDB−1(J&W社製)を使用し、温度50〜300℃、昇温速度10℃/分、キャリアガスとしてHeを使用し、流量1.2cc/分、水素炎イオン化検出器にて内部標準法で測定した。フェニルトリメトキシシラン及びγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランは、上記HCl溶液を添加後8時間で消失した。
次に、表面処理したシリカ微粒子39質量部に対してトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:TMPTA;日本化薬(株)製、単独重合体のTg>250℃)30質量部を加えて均一に混合した。その後、攪拌しながら40℃、100kPaにて減圧加熱して、揮発分を除去した。
この得られた母液に、反応性(メタ)アクリレート(b)としてトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:TMPTA;日本化薬(株)製、単独重合体のTg>250℃)15質量部、反応性(メタ)アクリレート(c)としてEA−F5503(大阪ガスケミカル(株)製、単独重合体のTg:115℃)25質量部、HALSとしてペンタメチルピペリジニルメタクリレート(商品名FA−711MM;日立化成(株)製)1質量部、熱重合開始剤として1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名パーオクタO;日油(株)製)0.7質量部、t−ブチルパーオキシネオデカノエート(商品名パーブチルND;日油(株)製)0.3質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物(B−8)を得た。
(比較例1)硬化性組成物(B−9)
実施例1において、アクリレート化合物(A−1)に代えて、o−フェニルフェノキシエチルアクリレート(東亞合成(株)製)を使用する以外は、実施例1と同様にして硬化性組成物(B−9)を得た。
(比較例2)硬化性組成物(B−10)
合成例2で合成したメタクリレート化合物(A−2)を50質量部、トリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:ビスコート#295;大阪有機化学(株)製)を50質量部、光重合開始剤としてジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシド(商品名Lucirin TPO−L;BASFジャパン(株)製)1質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物(B−10)を得た。
(比較例3)硬化性組成物(B−11)
実施例4において、EA−F5503(大阪ガスケミカル(株)製、単独重合体のTg:115℃)に代えて、o−フェニルフェノキシエチルアクリレート(東亞合成(株)製)を使用する以外は、実施例4と同様にして硬化性組成物(B−11)を得た。
(比較例4)硬化性組成物(B−12)
トリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:TMPTA;日本化薬(株)製)を29質量部、アダマンチルメタクリレート(商品名:ADMA;大阪有機化学(株))29質量部、EA−F5503(大阪ガスケミカル(株)製、単独重合体のTg:115℃)42質量部、HALSとしてペンタメチルピペリジニルメタクリレート(商品名FA−711MM;日立化成(株)製)1質量部、熱重合開始剤として1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名パーオクタO;日油(株)製)0.7質量部、t−ブチルパーオキシネオデカノエート(商品名パーブチルND;日油(株)製)0.3質量部を溶解し、メンブレンフィルター(孔径1.0μm)で加圧ろ過(圧力0.2MPa)して硬化性組成物(B−12)を得た。
(比較例5)
比較例5として、光学材料として一般に用いられ市販されているポリカーボネート樹脂((株)パルテック製)を使用した。
<硬化膜の製造>
上記の実施例1、2及び比較例1、2で調製した硬化性組成物(B−1)、(B−2)、(B−4)、(B−5)をそれぞれ別々のガラス基板上に、硬化膜の厚みが200μmになるように塗布した。引き続き、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で4J/cm2露光し塗膜を硬化させた。その後、180℃で30分間アニール処理を行った。
上記の実施例3で調製した硬化性組成物(B−3)をガラス基板上に、硬化膜の厚みが200μmになるように塗布し、140℃で25分間、加熱処理して塗膜を硬化させた。その後、180℃で30分間アニール処理を行った。
上記の実施例4〜8及び比較例3、4で調製した硬化性組成物(B−4)〜(B−8)、(B−11)及び(B−12)をそれぞれ別々のガラス基板上に、硬化膜の厚みが200μmになるように塗布し、130℃で30分間加熱処理して塗膜を硬化させた。その後、180℃で30分間アニール処理を行った。
<性能評価方法>
(1)粘度
硬化性組成物(B−1)〜(B−12)の粘度は、B型粘度計DV−III ULTRA
(BROOKFIELD社製)を用いて、25℃で測定した。結果を表1及び2に示した。
硬化性組成物は、粘度が適度に低いほどハンドリング性が良好であると言える。
(2)屈折率
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜に対して、270℃、1分間の加熱処理を3回行い、加熱処理前後の波長594nmの屈折率を、MODEL 2010M PRISM
COUPLER(Metricon社製)を用いて30℃において測定した。結果を表1及び2に示した。加熱処理前後の屈折率変化が少ないほど良好な硬化膜である。
(3)アッベ数
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜に対して、270℃、1分間の加熱処理を3回行い、加熱処理前後のアッベ数を、MODEL 2010M PRISM COUPLER(Metricon社製)を用いて30℃で測定した、波長486nm、589nm、656nmの屈折率より算出した。結果を表1及び2に示した。アッベ数は低いほど良好な硬化膜であり、また、加熱処理前後の変化が少ないほど良好である。
(4)可視紫外光線透過率
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜に対して、270℃、1分間の加熱処理を3回行い、加熱処理前後の波長400nmの光線透過率(T%)を、JIS−K7105に準拠し分光光度計(日本分光(株)製、UV3100)を用いて測定した。結果を表1及び2に示した。その透過率の値が大きいほど、また、加熱処理前後の透過率変化が少ないほど良好な硬化膜である。
(5)全光線透過率
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜に対して、270℃、1分間の加熱処理を3回行い、加熱処理前後の全光線透過率を、ヘイズメーターCOH400(日本電色工業(株)製)を用いて測定した。結果を表1及び2に示した。その透過率の値が大きいほど、また、加熱処理前後の透過率変化が少ないほど良好な硬化膜である。
(6)ガラス転移温度
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜について、DMS6100(セイコー電子工業(株)製)を用いて、引張モード、温度範囲30〜300℃、昇温速度2℃/分、周波数1Hzにてtanδ値を測定し、tanδ値のピークの温度をガラス転移温度とした。結果を表1及び2に示した。そのガラス転移点が高いほど、耐熱性が良好な硬化膜である。
(7)5%重量減少温度
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜について、TG−DTA(セイコー電子工業(株)製)を用いて、窒素雰囲気下、温度範囲20〜500℃、昇温速度10℃/分で処理した際の、5%重量減少温度を求めた。結果を表1及び2に示した。その5%重量減少温度の値が高いほど、耐熱性が良好な硬化膜である。
(8)屈折率温度依存係数
上記<硬化膜の製造>で得られた硬化膜について、MODEL 2010M PRISM COUPLER(Metricon社製)を用いて、測定温度を30〜60℃まで5℃刻みで温度を変えて屈折率を測定し、温度に対する波長594nmの屈折率をプロットした際の傾きを屈折率温度依存係数として、その絶対値を求めた。結果を表1及び2に示した。その値が小さいほど、屈折率の温度依存性が小さく耐環境性に優れている。
Figure 2011093144
Figure 2011093144
表1より、実施例1〜8に示す硬化性組成物は適度な粘度であるためハンドリング性が良好である。また、本発明の一実施形態に用いられる硬化物はアッベ数が低く、アッベ数が高い材料と組み合わせることで効果的に色収差を低減することができる。さらに、本発明の一実施形態に用いられる硬化物は耐熱性に優れ、270℃、1分間の加熱処理を3回行う前後の透過率(400nm)、全光線透過率の変化が小さく、透明性が良好である。
実施例に示した硬化物は、その屈折率温度依存係数の絶対値が10.0×10−5/℃以下である。すなわち、温度に対する屈折率の変化が小さく、耐環境性に優れている。
比較例1及び2は、ハンドリング性は良好でありアッベ数も低いが、耐熱性に劣るため加熱処理後の透過率が低く透明性に劣る。
比較例3及び4も、ハンドリング性は良好でありアッベ数も低いが、屈折率温度依存係数の絶対値が大きく、耐環境性に劣る。
比較例5に示したポリカーボネート樹脂は、従来光学レンズに使用されているものであり、透明性に優れアッベ数は低いが、耐熱性が劣る。また、屈折率温度依存係数の絶対値は10.7×10−5/℃であり、耐環境性にも劣る。
以上述べたように、本発明は、例えば、レンズアレイ等の光学部品や、電鋳に用いられる母型等の造形物を造形する造形方法や、例えばCMOSセンサ等の受光素子を備えたカメラ等に用いられるレンズ等の光学部品を製造する光学部品製造方法等に適用することができる。
特定の2種類のシラン化合物で表面処理したシリカ微粒子と、特定の2種類の(メタ)アクリレートと、重合開始剤とを含有する本発明に用いられる硬化性組成物は、適度な粘度を有しており、ハンドリング性が良好である。
該硬化性組成物を硬化することにより得られる硬化物は、透明性、耐熱性に優れ、アッベ数も低く、またアッベ数が高い材料との組み合わせにより効果的に色収差を低減することができる。
該硬化物は、透明板、光学レンズ、光ディスク基板、液晶表示素子用プラスチック基板、カラーフィルター用基板、有機EL表示素子用プラスチック基板、太陽電池基板、タッチパネル、光学素子、光導波路、LED封止材等に好適に用いることができる。
さらに、本発明に用いられる硬化物は温度変化に対する屈折率変化が小さく耐環境性に優れ、光学レンズや光導波路等に好適に用いることができる。

Claims (9)

  1. 被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程と、
    被造形物の、少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、
    被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程と、
    を有し、
    被造形物に前記転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返す造形方法であって、前記被造形物は、
    (a)シリカ微粒子と、
    (b)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物と、
    (c)2つ以上のエチレン性不飽和基を有し且つ芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物と、
    (d)重合開始剤と、
    を含み、
    前記シリカ微粒子(a)が、下記一般式(1)で表されるシラン化合物(e)及び下記一般式(2)で表されるシラン化合物(f)で表面処理されている硬化性組成物である造形方法:
    Figure 2011093144
    (式(1)中、R1は水素原子又はメチル基を表し、R2は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R3は水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、aは1〜6の整数であり、bは0〜2の整数である。);
    Figure 2011093144
    (式(2)中、R4は炭素数1〜3のアルキル基又はフェニル基を表し、R5は水素原子又は炭素数1〜10の炭化水素基を表し、cは0〜6の整数であり、dは0〜2の整数である。)。
  2. 前記硬化性組成物が、さらに(g)1つのエチレン性不飽和基を有し且つ脂環式構造及び/又は芳香環構造を有する(メタ)アクリレート化合物を含有する請求項1記載の造形方法。
  3. 前記(メタ)アクリレート化合物(b)が、3つのエチレン性不飽和基を有し且つ環構造を有しない(メタ)アクリレート化合物である請求項1又は2記載の造形方法。
  4. 前記(メタ)アクリレート化合物(c)が、下記一般式(3)で表される化合物及び/又は下記一般式(4)で表される化合物である請求項1乃至3いずれか記載の造形方法:
    Figure 2011093144
    (式(3)中、R6、R7、R8及びR9はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、Xは芳香環を有する炭素数が6〜30の有機基であり、e及びfはそれぞれ独立に0〜3の整数である。)。
    Figure 2011093144
    (式(4)中、R10及びR11はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を表し、g及びhはそれぞれ独立に0〜3の整数である。)。
  5. 前記シリカ微粒子(a)が、該シリカ微粒子(a)100質量部に対して5〜40質量部の前記シラン化合物(e)と、シリカ微粒子(a)100質量部に対して5〜40質量部の前記シラン化合物(f)とで表面処理されている請求項1乃至4いずれか記載の造形方法。
  6. 前記(メタ)アクリレート化合物(b)、(メタ)アクリレート化合物(c)及び(メタ)アクリレート化合物(g)の各単独重合体のガラス転移温度が、いずれも80℃以上である請求項2乃至5いずれか記載の造形方法。
  7. 前記硬化性組成物の25℃における粘度が、30〜10000mPa・sである請求項1乃至6いずれか記載の造形方法。
  8. 造形される造形物がレンズである請求項1乃至7記載の造形方法。
  9. 造形される造形物がレンズアレイである請求項1乃至7記載の造形方法。
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