JPWO2013136410A1 - ラジカル重合性組成物、その硬化物及びプラスチックレンズ - Google Patents

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Abstract

塗工に適した低い粘度を有し、かつ、硬化物が高屈折率を示すラジカル重合性組成物、該組成物を硬化させてなる硬化物、及び該組成物を硬化させてなるプラスチックレンズを提供する提供する。フェニルベンジルアクリレート(A)と、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)又はビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)とを必須の成分として含有することを特徴とするジカル重合性組成物。

Description

本発明はラジカル重合性組成物、該組成物を硬化させて得られる硬化物、及び該組成物からなるプラスチックレンズに関する。
光学用オーバーコート剤、ハードコート剤、反射防止膜、眼鏡レンズ、光ファイバー、光導波路、ホログラム等の光学部品には、近年、加工・生産性に優れる点から樹脂材料が広く用いられており、また、光学部品の小型化、薄型化といった傾向、或いは、反射防止性の調整といった観点から屈折率の高い樹脂材料が求められている。特に、近年、液晶テレビ、ノートパソコン、携帯ゲーム機、携帯電話等の表示に使用される液晶表示素子において、小型化、高抵抗性、高輝度化の要求が高くなっており、この実現にはプリズムシートの高屈折率化が不可欠である。
プリズムシートのような賦形材料を製造するには、高屈折率かつ粘度の低い光学材料が求められている。しかし、従来の樹脂材料は高屈折率化すると粘度が向上し、更には結晶化するという課題があった。
また、近年屈折率の高い光学材料として、屈折率の高い材料を提供するため、フルオレン骨格を持つ化合物が提案されている。例えば、アクリロイル基がアルキレンオキシ基を介してフルオレン骨格に結合した2官能型化合物や(下記特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)、フルオレン骨格を含有するジグリシジルエーテルとアクリル酸又はメタクリル酸とを反応させて得られる化合物(下記特許文献4参照)が知られており、これらは耐熱性が高く高屈折率であるとして注目されている。然しながら、前記したフルオレンの誘導体は一般に固形または常温で数十Pa・s以上の高粘度液体であるため、プリズムシートなどの賦形材料に用いる場合には、適当な粘度になるよう反応性希釈剤等を多量に用いて希釈する必要があり、そのため得られる硬化物の屈折率が低くなってしまうという課題があった。
現在使用されている反応性希釈剤としては、フェニルチオエチルアクリレート(PTEA)、o−フェニルフェノキシエチルアクリレート(OPPEA)、ナフチルチオエチルアクリレート(NTEA)がある。PTEAは高屈折率かつ低粘度ではあるが、硫黄を含有しているため、耐光性が悪く、臭気が強いため、作業性が悪く好ましくない。一方、NTEAはナフタレン環を有することから耐光性に難があるため、現在はOPPEAが選択されることが多い。
光学材料用の組成物として、フルオレン骨格を有する二官能(メタ)アクリレート化合物と、OPPEAの組み合わせが提案されている(特許文献5参照)。しかし、OPPEAは、その屈折率が1.576と比較的高い反応性希釈剤であるが、単独ではフルオレン骨格を有する二官能(メタ)アクリレートの粘度を十分に下げられるものではなく、実施例でも第3成分の反応性希釈剤を使用している。そのため、屈折率が高い上、組成物の粘度が賦形材料用途として十分低い反応性希釈剤が求められている。
特開平04−325508号公報 特開2007−84815号公報 国際公開番号WO2005/033061 特開平03−106918号公報 特開2008−94987号公報
Ind.Eng.CHEM.RES.2009,48, 1831−1839
本発明の課題は、塗工に適した低い粘度を有し、かつ、硬化物が高屈折率を示すラジカル重合性組成物、該組成物を硬化させてなる硬化物及びプラスチックレンズを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、フェニルベンジルアクリレートと、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル又はビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物とを含有することにより、光学材料として好適な高屈折率を示し、かつ低粘度のラジカル重合性組成物を提供できることを見出した。
即ち本発明は、フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)又はビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)とを含有することを特徴とするラジカル重合性組成物に関する。
また、本発明は、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)又は前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)とに加え、更にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)を含有するラジカル重合性組成物に関する。
本発明は、更に、前記ラジカル重合性組成物を硬化させてなる硬化物に関する。
本発明は、更に、前記ラジカル重合性組成物からなるプラスチックレンズに関する。
本発明によれば、塗工に適した低い粘度を有し、かつ、硬化物が高屈折率を示すラジカル重合性組成物、該組成物を硬化させてなる硬化物及びプラスチックレンズを提供することができる。
本願発明のラジカル重合性組成物は、光学用オーバーコート剤、ハードコート剤、反射防止膜、眼鏡レンズ、光ファイバー、光導波路、ホログラム、プリズム等の光学部品に広く適用することができる。
図1は製造例1で得られたオルトフェニルベンジルアクリレートのH−NMRスペクトルである。 図2は製造例2で得られたメタフェニルベンジルアクリレートのH−NMRである。 図3は製造例3で得られたパラフェニルベンジルアクリレートのH−NMRである。 図4は製造例4で得られた4,4‘−ビスアクリロイルメチルビフェニルのH−NMRである。 図5は製造例4で得られた4,4‘−ビスアクリロイルメチルビフェニルのマススペクトル。 図6は製造例6で得られた混合物(1)のガスクロトマトグラムである。
本発明のラジカル重合性組成物が含有するフェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)は、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート(OPBA)、メタフェニルベンジル(メタ)アクリレート(MPBA)、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート(PPBA)が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。このうち、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート及びメタフェニルベンジル(メタ)アクリレートは、25℃での液体の屈折率が1.57以上であり、かつ、粘度が30mPa・s以下であり、比較的高屈折率でありながら、低粘度を示す点において好ましい。また、パラフェニルベンジルアクリレートは、常温で固体であるものの、40℃での液体の屈折率が1.59以上と非常に高い値を示す点において好ましい。
中でも、組成物の低粘度性と、硬化物の高屈折率性とを高いレベルで兼備できることから、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート、メタフェニルベンジル(メタ)アクリレート及びパラフェニルベンジル(メタ)アクリレートを併用することが好ましい。その際の配合比は、低粘度でありながら、硬化物における屈折率が十分に高い組成物が得られることから、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート及びメタフェニルベンジル(メタ)アクリレートと、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレートとのモル比[{〔オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕+〔メタフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕}/〔パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕]が55/45〜10/90の範囲となるように用いることが好ましい。
更に、これらの中でも、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート及びパラフェニルベンジル(メタ)アクリレートは、より製造が簡便であるため、これらを併用することが好ましい。その際の配合比は、低粘度でありながら、硬化物における屈折率が十分に高い組成物が得られることから、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレートと、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレートとのモル比[〔オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕/〔パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕]が、55/45〜10/90の範囲であることが好ましい。
前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)の製造方法は、例えば、ビフェニルメタノールと(メタ)アクリル酸とをエステル化反応させる方法や、クロロメチルビフェニル、ブロモメチルビフェニルのようなハロゲン化メチルビフェニルと、(メタ)アクリル酸のカリウム、ナトリウム、リチウムなどのアルカリ金属塩とを反応させる方法などが挙げられる。
本願発明のラジカル重合性組成物は、硬化物が高い屈折率を示すことから、その不揮発分100質量部中に前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)を10〜95質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、硬化物が離形性に優れるラジカル重合性組成物が得られることから、30〜85質量部の範囲で含有することがより好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られることから、45〜80質量部の範囲で含有することが好ましく、50〜75の範囲で含有することがより好ましい。
本発明のラジカル重合性組成物が含有するビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)は、分子構造中に芳香環を有すため、これを含有することにより高屈折率の硬化塗膜が得られる。また、分子構造中に(メタ)アクリロイル基を2つ有するため、ラジカル重合による硬化性が高く、得られる塗膜の強靭性を向上させる効果に寄与する。
前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)は、例えば、2,2’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、3,3’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、4,4’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、2,4’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、2,4−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、2,6−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種類以上を併用しても良い。これらの中でも、製造が簡便であることから、2,2’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、3,3’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニル、4,4’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニルが好ましく、4,4’−ビス[(メタ)アクリロイルメチル]−1,1’−ビフェニルがより好ましい。
前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)を製造する方法は、例えば、ビフェニルジメタノールと(メタ)アクリル酸とをエステル化させる方法や、ビス(クロロメチル)ビフェニルやビス(ブロモメチル)ビフェニルのようなビス(ハロゲン化メチル)ビフェニルと、(メタ)アクリル酸とを反応させる方法等が挙げられる。
本願発明のラジカル重合性組成物は、硬化物が高い屈折率と高い靱性とを示すことから、その不揮発分100質量部中に前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)を5〜70質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、硬化物の耐熱性により優れるラジカル重合性組成物が得られることから、10〜50質量部の範囲で含有することがより好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られる点で、15〜30質量部の範囲で含有することが好ましい。
本発明で用いるビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)は、分子構造中に芳香環を有すため、これを含有することにより高屈折率の硬化塗膜が得られる。
前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)は、本発明のラジカル重合性組成物が含有する他の成分に対する溶解性に優れる点で、分子構造中に含まれるビフェニル構造単位の数が2〜5の範囲であることが好ましい。
前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を製造する方法は、例えば、ビフェニルとp−ホルムアルデヒドとを酸触媒下で反応させる方法が挙げられる。
本願発明のラジカル重合性組成物は、硬化物が高い屈折率を示すことから、その不揮発分100質量部中にビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を0.5〜15質量部の範囲で含有することが好ましく、1〜10質量部の範囲で含有することがより好ましい。
本願発明のラジカル重合性組成物は、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)又は前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を含有するが、中でも、低粘度でありながら高屈折率を示す樹脂組成物となることから、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との両方を含有することが好ましい。
本願発明では、硬化物が高い屈折率を示すラジカル重合性組成物が得られることから、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に、フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)を30〜95質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、硬化物が離形性に優れるラジカル重合性組成物が得られることから、35〜90質量部の範囲で含有することがより好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られることから、45〜85質量部の範囲で含有することが好ましく、55〜80の範囲で含有することがより好ましい。
また、本願発明では、硬化物が高い屈折率を示すラジカル重合性組成物が得られることから、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)を5〜70質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、硬化物の耐熱性により優れるラジカル重合性組成物が得られることから、10〜60質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られることから、15〜55質量部の範囲で含有することが好ましい。
また、本願発明では、硬化物が高い屈折率を示すラジカル重合性組成物が得られることから、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に、ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を0.5〜15質量部の範囲で含有することが好ましく、1〜10質量部の範囲で含有することがより好ましい。
本発明のラジカル重合性組成物は、高屈折率かつ低粘度の組成物が得られることから、ラジカル重合性組成物の不揮発分100質量部中における前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の合計の質量が15〜100質量部の範囲であることが好ましく、25〜95質量部の範囲であることがより好ましく、35〜80質量部の範囲であることが特に好ましい。
本願発明のラジカル重合性組成物が、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を含有する場合、これらを一度の反応で同時に製造することもできる。このようなラジカル重合性組成物は、例えば、ビフェニル、ハロゲン化水素、及びホルムアルデヒド誘導体を反応させて得られる反応混合物を、更に、アクリル酸又はアクリル酸アルカリ金属塩と反応させる工程を経て得られるラジカル重合性組成物が挙げられる。
このようなラジカル重合性組成物は、反応の副生成物として、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)以外の化合物を含有することがあるが、この場合、より高硬度かつ低粘度のラジカル重合性該組成物となることから、組成物100質量部中に占める前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の合計の質量が、50〜95質量部の範囲であることが好ましく、65〜80質量部の範囲であることがより好ましい。
前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を含有するラジカル樹脂組成物を一度の反応で同時に製造する方法は、より具体的には、例えば、ビフェニル、ハロゲン化水素及びホルムアルデヒド誘導体を酸触媒の存在下で反応させ、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)や、ビフェニル、ビフェニルのメチルクロロ化合物などの混合物を得、更に、該混合物が含むビフェニルのメチルクロロ化合物と、アクリル酸又はアクリル酸アルカリ金属塩とを反応させて前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)及び前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)とを含む混合物を得る方法などが挙げられる。
このような方法で前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を製造する場合、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の含有比率は、反応に用いるホルムアルデヒド誘導体の使用量や、酸触媒および有機酸の種類および使用量を変更することにより適宜調製することができる。具体的には、これらの含有比率を上記した好ましい範囲に調製し易い点で、ビフェニル1モルに対し、ホルムアルデヒドを1〜25モルの範囲で用いることが好ましく、1.5〜5モルの範囲で用いることがより好ましい。ここで、前記ホルムアルデヒド誘導体は、ホルマリン水溶液、パラホルムアルデヒド及びトリオキサン等が挙げられる。また、前記ハロゲン化水素はビフェニルに対して過剰のモル比で使用することが好ましく、例えば、濃塩酸及び塩化水素ガス等が挙げられる。該反応に用いられる酸触媒は、例えば、硫酸、リン酸、ポリリン酸、トリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、モノクロロ酢酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、塩化亜鉛などのルイス酸等が使用できる。また、該反応ではジメトキシエタン、ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル、酢酸等の有機溶媒を使用してもよい。反応温度は60〜180℃の範囲であることが好ましく、70〜120℃の範囲であることがより好ましい。また、反応時間は3〜60時間の範囲であることが好ましく、15〜45時間の範囲であることがより好ましい。
また、このような方法で前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)を製造する場合、組成物中に未反応原料のビフェニルが残る場合がある。このとき、本願発明のラジカル重合性組成物は、本願発明所望の効果である高屈折率かつ低粘度の組成物が得られることから、その不揮発分100質量部中にビフェニルを0.5〜15質量部の範囲で含有することが好ましく、1〜10質量部の範囲で含有することがより好ましい。
このような方法で得られるラジカル重合性組成物が含有する各成分の比率を測定する方法は、例えば、キャピラリーガスクロマトグラフ、液体クロマトグラフ、ゲルパーミネーションクロマトグラフなどが挙げられ、具体的には、アジレント社製『HP−1』(液相:100%ジメチルポリシロキサン)などのキャピラリーカラムを用いて、50℃から325℃昇温分析する方法が挙げられる。また、該生成物中に含まれる前記ビフェニル化合物(C)の重合度を同定する方法は、例えば、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)及び前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)を除いた成分を、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)や高速液体クロマトグラフ質量分析計(LC―MS)を用いて分析する方法が挙げられる。
本発明のラジカル重合性組成物は、前記前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル化合物(C)に加え、分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)を併用しても良い。分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)は、高屈折率を示す反面、粘度が非常に高い或いは常温で固形であるという特徴を有する。例えば、下記一般式(1)で表される化合物は、40℃での屈折率が1.617であり、常温で固体である。
Figure 2013136410
本願発明のラジカル重合性組成物が必須の成分として含有するフェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)又はビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)とからなる組成物は、前述の通り、低粘度かつ高屈折率であるという特徴を有する。そのため、これらの化合物を、分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)と併用した場合、分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)の屈折率の高さを生かしつつ、粘度の低いラジカル重合性合成組成物を得ることができる。
本願発明で用いる分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)は、例えば、フルオレン骨格またはジフェニルフルオレン骨格を有し、少なくとも一つの(メタ)アクリロイル基を持つ化合物が挙げられる。分子構造中のフルオレン骨格またはジフェニルフルオレン骨格は一つでも良いし、2つ以上でも良い。
本発明で用いる分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)の具体例は、例えば、下記一般式(2)〜(7)のいずれかで表される化合物等が挙げられる。
Figure 2013136410
[一般式(2)中、Xは水素原子又は水酸基であり、R1及びR4はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数が1〜3のアルキル基であり、R2は水素原子又はメチル基であり、R3は直接結合又はメチレン基であり、mは0〜5の整数である。]
Figure 2013136410
[一般式(3)中、2つのXはそれぞれ独立に水素原子又は水酸基であり、2つのR1はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数が1〜3のアルキル基であり、2つのR2はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、2つのR3はそれぞれ独立に直接結合又はメチレン基であり、m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。]
Figure 2013136410
[一般式(4)中、2つのXはそれぞれ独立に水素原子又は水酸基であり、2つのR1はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数が1〜3のアルキル基であり、R2は水素原子又はメチル基であり、m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。]
Figure 2013136410
[一般式(5)中、2つのXはそれぞれ独立に水素原子又は水酸基であり、2つのR1はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数が1〜3のアルキル基であり、2つのR2はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。]
Figure 2013136410
[一般式(6)中、2つのR1はそれぞれ独立に水素原子又は炭素原子数が1〜3のアルキル基であり、2つのR2はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基であり、2つのR3はそれぞれ独立に炭素原子数1〜6の炭化水素基であり、2つのR4はそれぞれ独立にシアノ基、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基であり、2つのaはそれぞれ独立に1〜4の整数であり、2つのbはそれぞれ独立に0〜4の整数であり、m及びnはそれぞれ独立に0〜5の整数である。]
Figure 2013136410
[一般式(7)中、2つのR1の一方は水酸基であり、他方はオキシ(メタ)アクリロイル基である。また、2つのR1の一方は水酸基であり、他方はオキシ(メタ)アクリロイル基である。]
これら分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)はそれぞれ単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。中でも、より屈折率の高いラジカル重合性組成物が得られることから、前記一般式(4)〜(7)のいずれかで示される化合物等の分子構造中にジフェニルフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物が好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られることから前記一般式(4)〜(6)のいずれかで示される化合物等の分子構造中に1つのジフェニルフルオレン骨格を持つ(メタ)アクリレート化合物がより好ましく、前記一般式(5)で示される化合物が特に好ましい。
本発明のラジカル重合性組成物が前記フルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)を含有する場合、より高屈折率かつ低粘度の組成物となることから、ラジカル重合性組成物の不揮発分100質量部中に前記フルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)を15〜80質量部の範囲で含有することが好ましく、25〜70質量部の範囲で含有することがより好ましい。
本発明のラジカル重合性組成物は、前記前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル化合物(C)に加えて、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記フルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)以外の(メタ)アクリレート化合物(Z)を併用しても良い。
前記(メタ)アクリレート化合物(Z)は、例えば、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、モルホリン(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、2−(2−エトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、4−ノニルフェノキシエチレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルエチル(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、ジシクロペンタニロキシエチル(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、ジシクロペンテニロキシエチル(メタ)アクリレート、フェニルフェノキシエチルアクリレート等の単官能(メタ)アクリレート化合物;
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFのエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFのプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルジ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、テトラブロモビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ヒドロピバルアルデヒド変性トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート化合物;
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのエチレンオキサイド付加物のトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンのプロピレンオキサイド付加物のトリ(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、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、アルキル変性したジペンタエリスリトールのトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンのエチレンオキサイド付加物のテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンのプロピレンオキサイド付加物のテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールのペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールのヘキサ(メタ)アクリレート等の3官能以上の(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
中でも、より屈折率の高いラジカル重合性組成物が得られることから、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェニルフェノキシエチルアクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物のジ(メタ)アクリレートが好ましい。
本願発明のラジカル重合性組成物が前記(メタ)アクリレート化合物(Z)を含有する場合、本願発明所望の効果である高屈折率かつ低粘度の組成物が得られることから、ラジカル重合性組成物の不揮発分100質量部中における前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル化合物(C)の合計の質量が25〜95質量部の範囲となるように用いることが好ましく、35〜80質量部の範囲となるように用いることがより好ましい。
本発明の組成物に紫外線を照射して硬化する場合、光重合開始剤を使用するのが好ましい。光重合開始剤としては、例えば1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、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サイド等があげられる。これらは、単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の組成物は、前記成分以外に離型剤、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、光安定剤(例えば、ヒンダードアミン等)、酸化防止剤、重合禁止剤、帯電防止剤、着色剤(例えば染料、顔料等)、無機フィラー、有機フィラー等を併用することができる。
本発明の組成物を硬化させる方法としては、該組成物を目的・用途に応じて基材へ塗布或いは成型した後、活性エネルギー線を照射するか、或いは、加熱する方法が挙げられる。
ここで、活性エネルギー線の照射によって硬化させる場合、かかる活性エネルギー線としては、電子線、紫外線、可視光線等が挙げられる。活性エネルギー線として、電子線を用いる場合には、コックロフトワルトン型加速器、バンデグラフ型電子加速器、共振変圧器型加速器、絶縁コア変圧器型、ダイナミトロン型、リニアフィラメント型および高周波型などの電子線発生装置を用いて本発明の硬化性組成物を硬化させることができる。また、活性エネルギー線として紫外線を用いる場合は、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯等の水銀灯、キセノンランプ、カーボンアーク、メタルハイトランプ、高出力のLED−UVランプ等により照射し、硬化させることができる。この際の紫外線の露光量は0.1〜1000mJ/cmの範囲であることが好ましい。
一方、加熱によって硬化させる場合は、60〜250℃の温度領域に加熱することによって硬化させることができる。
本発明のラジカル硬化性樹脂組成物の硬化物の屈折率は1.610以上であり、好ましくは1.620以上、より好ましくは1.630以上である。屈折率が1.610より小さい場合、光学材料用途として用いるのに屈折率が十分でない。
〔用途〕
以上詳述した本発明のラジカル重合性組成物は、眼鏡レンズ、デジタルカメラ用レンズ、フレネルレンズ、及びプリズムレンズ等のプラスチックレンズ、光学用オーバーコート剤、ハードコート剤、反射防止膜、光ファイバー、光導波路、ホログラム、プリズムレンズ、LED封止材料、太陽光電池用コーティング材等の各種光学材料に好適に使用することができる。
これらのなかでも特に、硬化物における屈折率が高く、かつ、硬化物の耐熱性及び耐湿性にも優れるという特性からプラスチックレンズに好ましく適用でき、特に液晶基板用プリズムレンズとして有用である。
ここで液晶基板用プリズムレンズとは、シート状成形体の片面に微細なプリズム形状部を複数有するものであって、通常、液晶表示素子の背面(光源側)に、該素子側にプリズム面が向くように配設され、更に、その背面に導光シートが配設されるように用いられるシート状レンズ、或いは前記プリズムレンズがこの導光シートの機能を兼ねているシート状レンズである。
ここで該プリズムレンズのプリズム部の形状は、プリズム頂角の角度θが70〜110°の範囲であることが、集光性に優れ輝度が向上する点から好ましく、特に75〜100°の範囲、中でも80〜95°の範囲であることが特に好ましい。
また、プリズムのピッチは、100μm以下であることが好ましく、特に70μm以下の範囲であることが、画面のモアレ模様の発生防止や、画面の精細度がより向上する点から好ましい。また、プリズムの凹凸の高さは、プリズム頂角の角度θとプリズムのピッチの値によって決定されるが、好ましくは50μm以下の範囲であることが好ましい。さらに、プリズムレンズのシート厚さは、強度面からは厚い方が好ましいが、光学的には光の吸収を抑えるため薄い方が好ましく、これらのバランスの点から50μm〜1000μmの範囲であることが好ましい。
本発明の組成物から前記したプリズムレンズを製造するには、例えば、該組成物をプリズムパターンが形成された金型あるいは樹脂型等の成形型に塗布し、組成物の表面を平滑化した後、透明基材を重ね合わせ活性エネルギー線を照射、硬化させることによって製造する方法が挙げられる。
ここで、透明基材としては透明性の高いものであれば、活性エネルギー線の透過性や取扱性等を考慮した場合には、厚さ3mm以下のものが好ましい。また、透明基材の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、これらポリマーの混合物等の合成樹脂あるいはガラス等が挙げられる。
このようにして得られる透明基材上に形成されたプリズムシートは、そのまま使用することもできるが、透明基材を剥離してプリズム部単独の状態として使用してもよい。透明基材上にプリズム部を形成したまま使用する場合には、その界面の接着が十分であることが耐候性および耐久性の点で重要であり、透明基材にプライマー処理等の接着性向上処理を施すことが好ましい。
一方、透明基材を剥離して使用する場合、比較的容易に剥離できるようにすることが好ましく、透明基材の表面をシリコーンやフッ素系の剥離剤で表面処理を施すことが好ましい。
以下本発明の態様を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に言及がない場合、単位は質量換算である。
本発明で粘度は、E型回転粘度計(東機産業株式会社製「RE80U」)を使用し、25℃条件下で測定した。
本発明で屈折率は、アッべ屈折率計(アタゴ社製「NAR−3T」)を用いて測定した。温度条件は通常25℃とし、25℃で固体のものに関しては、適当な温度を設定して測定した。
本発明では、水素原子のNMRを日本電子株式会社製のNMR「GSX270」を用い、300MHz、重クロロホルム溶媒の条件下で測定した。
本発明では、ガスクロマトグラフによるマススペクトルを、ガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)(島津社製「GC−2010」、カラム:島津社製「Zebron ZB−5」)を用い、Heキャリアガス、流量1.47mL/min、カラムオーブン50度、気化室300度、昇温50度から300度(25度/min)の条件下で測定した。
本発明では、高速液体クロマトグラフ(LC)分析を、高速液体クロマトグラフ(Waters社製「2695」、カラム:Chemical Evaluation and Research Institute製「L−Column2 ODS」)を用い、検出UV240nm、温度40度、流速1mL/min、アセトニトリル/水=70/30〜100/0の条件下で行った。
本発明では、ガスクロマトグラム(GC)分析を、ガスクロマトグラフ(Agilent社製「6850Series」、カラム:Agilent社製「Agilent DB−1」)を用い、Heキャリアガス、流速1mL/min、注入温度300度、検出温度300度、昇温50度から325度(25度/min)の条件下で行った。
製造例1
オルトフェニルベンジルアクリレートの合成
攪拌機、温度計、冷却管、塩化カルシウム管を具備した200mL3つ口フラスコに、オルトフェニルベンジルアルコール20.0g、脱水トルエン100.0g、トリエチルアミン13.2g、メトキノン7.8mgを仕込み、氷浴で10℃以下に冷却した。ここに、アクリル酸クロライド11.8gを30分間かけて滴下し、室温に戻し2時間反応を行った。反応終了後、反応溶液を水に注ぎ、5%NaOH水溶液、食塩水で洗浄後、溶媒留去することにより、橙色液体を得た。これをシリカゲルカラムで精製し、20.44gのオルトフェニルベンジルアクリレートを得た。得られたオルトフェニルベンジルアクリレートは常温で無色透明の液体であり、25℃における屈折率は1.5776、粘度は27mPa・sであった。H−NMRでの測定結果を以下に示す。
H−NMR(CDCl,300MHz): 7.53−7.49 (m, 1H of Ph), 7.48−7.28 (m, 8H of Ph), 6.41−6.34 (q, 1H of CH=CH), 6.34−6.07 (q, 1H of CH=CH), 5.82−5.77 (q, 1H of CH=CH), 5.13 (s, 2H of CH−Ph).
製造例2
メタフェニルベンジルアクリレートの合成
攪拌機、温度計、冷却管を具備した200mL4つ口フラスコに、3−(ブロモメチル)ビフェニル20.0g、脱水ジメチルホルムアミド39.3g、無水炭酸カリウム13.4g、メトキノン6.2mgを仕込み、室温でアクリル酸を添加した。炭酸ガスの発泡が収まった後、反応温度90℃に加熱し2時間反応を行った。室温に冷却後水120mLで希釈し、トルエン100gで抽出を行い、水洗を行った。得られた粗反応物をシリカゲルカラムで精製し、16.1gのメタフェニルベンジルアクリレートを得た。得られたメタフェニルベンジルアクリレートは常温で無色透明の液体であり、25℃における屈折率は1.5888、粘度は24mPa・sであった。H−NMRでの測定結果を以下に示す。
H−NMR(CDCl,300MHz): 7.60−7.32 (m, 9H of Ph), 6.50−6.42 (q, 1H of CH=CH), 6.22−6.12 (q, 1H of CH=CH), 5.87−5.82 (q, 1H of CH=CH), 5.26 (s, 2H of CH−Ph).
製造例3
パラフェニルベンジルアクリレートの合成
合成例1のオルトフェニルベンジルアルコールをパラフェニルベンジルアルコールに代え、同様の手順で、22.4gのパラフェニルベンジルアクリレートを得た。得られたパラフェニルベンジルアクリレートは常温で固形であり、融点は32℃、40℃における屈折率は1.5920であった。H−NMRでの測定結果を以下に示す。
H−NMR(CDCl,300MHz): 7.62−7.32 (m, 9H of Ph), 6.50−6.43 (q, 1H of CH=CH), 6.23−6.12 (q, 1H of CH=CH), 5.88−5.84 (q, 1H of CH=CH), 5.27 (s, 2H of CH−Ph).
製造例4
4,4’−ビスアクリロイルメチルビフェニルの合成
攪拌機、温度計、冷却管を具備した200mL4つ口フラスコに、4,4’−クロロメチルビフェニル18.0g、脱水ジメチルホルムアミド100mL、無水炭酸カリウム25.0g、メトキノン100mgを仕込み、空気をバフリングしながら反応温度120℃に上昇し、15分間反応を行った。50℃冷却後、蒸留水300mLに反応液を注ぎ、析出した結晶を濾過、乾燥した。これを、80mLエタノールから再結晶し、14.5gの4,4’−ビスアクリロイルメチルビフェニルを得た。得られた4,4’−ビスアクリロイルメチルビフェニルは融点61〜62℃の結晶であり、70℃における屈折率は1.5648であった。H−NMR及びマススペクトルでの測定結果を以下に示す。
H−NMR(CDCl,300MHz): 7.67−7.46 (m, 4H of Ph), 7.44−7.28 (m, 4H of Ph) , 6.50−6.43 (q, 2H of CH=CH), 6.23−6.12 (q, 2H of CH=CH), 5.88−5.84 (q, 2H of CH=CH), 5.27 (s, 4H of CH−Ph).
GC-MS:[M+H]=323
製造例5
ビフェニル化合物の合成
攪拌機、冷却管、温度計を具備した5L4つ口フラスコに、ジフェニル709g、パラホルムアルデヒド276g、酢酸1381g、濃塩酸958g、三塩化鉄117gを仕込み、80℃まで昇温した。仕込み溶液が80℃であることを確認後、15時間反応を行った。反応中、固体が析出した。反応終了後、60℃で反応液をろ過し、析出した固体を濾集した。この濾集した固体をメタノール500mLで洗浄、乾燥し、固体として90gのビフェニル化合物を得た。液体クロマトグラムを測定したところ、分子構造中に含まれるビフェニル構造単位の数がそれぞれ2,3及び4であるビフェニル化合物が含まれていることを確認した。含有比率は以下の通りである。ビフェニル化合物(構造単位の数が2のもの):99.24%(保持時間:15.73−17.08min)、ビフェニル化合物(構造単位が3のもの):0.54%(保持時間:19.93−20.55min)、ビフェニル化合物(構造単位が4のもの):0.22%(保持時間:21.99−22.23min)
製造例6
フェニルベンジルメタアクリレート(A)、ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)、ビフェニル及びビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の混合物(1)の製造
・クロロ中間体の合成
攪拌機、冷却管、温度計、塩化水素ガス導入装置を具備した5L4つ口フラスコに、ジフェニル709g、パラホルムアルデヒド276g、酢酸1381g、濃塩酸958gを仕込み、80℃まで昇温した。仕込み溶液が80℃であることを確認後、木下式ガラスボールフィルターを使って塩化水素ガスを20g/hr速度で仕込み溶液に導入した。仕込み溶液への塩化水素ガスの溶解が飽和であることを確認後、リン酸1061gを1時間かけて滴下し、更に、30時間反応を行った。反応終了後、直ちに反応溶液から下層を取り除き、有機層にトルエン2.3kgを添加し、有機層を400gの12.5%水酸化ナトリウム水溶液、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、蒸留水で洗浄した。有機層を留去後、クロロ中間体を白色固体として908g得た。
・アクリロイル化
上記で得られた中間体908gを反応溶媒であるDMF1603gに溶解し、炭酸カリウム372gおよびメトキノンを全量に対して300ppmになるように添加した。中間体溶液を40℃に昇温後、アクリル酸323gを1.5時間で中間体溶液に滴下した。滴下終了後、2時間かけて80℃まで昇温し、80℃にて3時間加熱撹拌した。得られた溶液に水3.4kgおよびトルエン1.8kgを添加し抽出を行った後、有機層を水層が中性になるまで洗浄した。有機層を濃縮して液状のサンプルを995g得た。得られたサンプルを0℃条件下で2日間保管したところ、結晶の析出は観測されなかった。
・サンプルの分析
得られたサンプルの25℃における液屈折率は1.592であり、粘度は30mPa・sであった。サンプル100質量部中に含まれる各成分の含有量を、ガスクロマトグラムを用いて測定したところ、フェニルベンジルアクリレート(A)が65.2質量部、ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)が18.6質量部、ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)が2.3質量部、ビフェニルが5.8質量部含まれており、残りの8.1質量部にはビフェニル以外の未反応原料等が含まれていた。また、フェニルベンジルアクリレート(A)の異性体の質量比(モル比も同等)[〔オルトフェニルベンジルアクリレート〕/〔メタフェニルベンジルアクリレート〕/〔パラフェニルベンジルアクリレート〕]は20/1/79であった。
製造例7
フェニルベンジルメタアクリレート(A)、ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)、ビフェニル及びビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の混合物(2)の製造
実施例1のクロロ中間体の合成において、リン酸1061gを1時間かけて滴下し、更に45時間反応をおこなった以外は同様にして、液状のサンプルを995g得た。
・サンプルの分析
得られたサンプルの25℃における液屈折率は1.589であり、粘度は33mPa・sであった。サンプル100質量部中に含まれる各成分の含有量を、ガスクロマトグラムを用いて測定したところ、フェニルベンジルアクリレート(A)が60.5質量部、ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)が23.0質量部、ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)が3.0質量部、ビフェニルが1.2質量部含まれており、残りの12.3質量部にはビフェニル以外の未反応原料等が含まれていた。また、フェニルベンジルアクリレート(A)の異性体の質量比(モル比も同等)[〔オルトフェニルベンジルアクリレート〕/〔メタフェニルベンジルアクリレート〕/〔パラフェニルベンジルアクリレート〕]は20.5/0.5/79であった。
実施例1
・ラジカル重合性組成物の配合
製造例6で得た混合物(1)100質量部と、光重合開始剤(チバスペシャリティケミカルズ製「イルガキュア184」)4質量部とを配合し、ラジカル重合性組成物(1)を得た。
・硬化フィルムの製造
上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)をクロムメッキ処理金属板上に塗布し、該組成物層の上から表面未処理の透明PETフィルムを重ね、該組成物層が厚さ50μmとなるように調整した。高圧水銀灯により、500mJ/cmの紫外線を透明基材側から照射して硬化させ、積層体を得た。該積層体の金属板及び透明PETフィルムからラジカル重合性組成物の硬化層を剥離し、硬化フィルムを得た。
・PET基材付き硬化フィルムの製造
表面未処理の透明PETフィルムを表面易接着処理済みの透明PETフィルムに変えた以外は、前記硬化フィルムの製造と同様の手順で積層体を得、該積層体から金属板のみを剥離し、PET基材付き硬化フィルムを得た。
・ガラス板付き硬化フィルムの製造
上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)を、バーコーター(No.20)を用いてガラス板に塗布した。次に、空気雰囲気下で120W/cmの高圧水銀灯を用い、500mJ/cmの照射量で照射し、ガラス板付き硬化フィルムを得た。
・評価
上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)、硬化フィルム、PET基材付き硬化フィルム及びガラス板付き硬化フィルムについて、以下に記載する種々の評価試験を行った。
評価1:屈折率の測定
上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)及び硬化フィルムの25℃条件下での屈折率を、アッベ屈折率計(アタゴ社製「NAR−3T」)を用いて測定した。硬化フィルムの屈折率は、1−ブロモナフタレンを用いてフィルムをアッベ屈折率計のプリズムに密着させて測定した。
評価2:粘度の測定
E型回転粘度計(東機産業株式会社製「RE80U」)を使用し、上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)の25℃条件下で測定した。
評価3:結晶析出試験
上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)を0℃で2日間保管後、結晶の析出が観測されるか否かを評価した。
◎:結晶の析出なし
×:結晶の析出あり
評価4:耐熱性試験
上記で得たガラス板付き硬化フィルムを125℃の乾燥機に入れ150時間保持した。保持後のフィルム色相及び形状の変化を目視で観察し、以下の基準で耐熱性の評価を行った。
◎:変化なし
○:色相のみ変化、形状変化なし
×:色相および形状が変化
評価5:離型性試験
上記配合により得たラジカル重合性組成物(1)をクロムメッキ処理したプリズム金型上に塗布し、該組成物層の上から表面未処理の透明PETフィルムを重ね、該組成物層が厚さ50μmとなるように調整した。高圧水銀灯により、500mJ/cmの紫外線を透明基材側から照射して硬化させた。プリズム金型からラジカル重合性組成物の硬化層を剥離する際、金型に硬化物が残るか否かで評価した。
◎:金型に硬化物が残らない
×:金型に硬化物が残る。
実施例2〜9
実施例1で用いた混合物(1)100質量部に替えて、表1に示した配合とした以外は、実施例1と同様にしてラジカル重合性組成物(2)〜(9)を得、これらについてそれぞれ硬化フィルム、PET基材付き硬化フィルム及びガラス板付き硬化フィルムを作成し、各種評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
Figure 2013136410
比較例1〜4
実施例1で用いた混合物(1)100質量部に替えて、表2に示した配合とした以外は、実施例1と同様にしてラジカル重合性組成物(1’)〜(4’)を得た。比較例1〜4で得たラジカル重合性組成物(1’)〜(4’)はいずれも常温で固体であるため、組成物の粘度測定及び結晶析出試験は行わなかった。また、各種フィルムの作成及びそれらの評価も行わなかった。
Figure 2013136410
表2の脚注
ラジカル重合性組成物の屈折率の測定に際し、比較例3で得たラジカル重合性組成物(1’)については40℃、比較例4で得たラジカル重合性組成物(2’)については70℃の条件下で測定した。
製造例8
フルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y1)の合成
攪拌機、温度計、コンデンサーを具備した200mL四つ口フラスコに、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン(和光純薬製)400.0g、脱水トルエン1000g、トリエチルアミン185g、メトキノン1.0gを仕込み、氷浴で10℃以下に冷却した。ここに、アクリル酸クロライド124gを30分間かけて滴下し、室温に戻し2時間反応を行った。反応終了後、反応溶液を水に注ぎ、5%NaOH水溶液、食塩水で洗浄後、トルエンを留去することにより反応組成物497gを得た。これを、シリカゲルカラムで精製することにより、下記式(13)で表されるフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y1)465gを得た。該化合物(Y1)の40℃における屈折率は1.617であり、外観は無色〜微黄色の固体であった。
Figure 2013136410
フルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y2):上記式(13)で表される化合物の市販品の例として、大阪ガスケミカル社製「オグゾールEA−0200」を用いた。
(メタ)アクリレート化合物(Z1):オルトフェニルフェノキシエチルアクリレート(東亞合成株式会社製「アロニックスM−106」)
実施例10〜22
実施例1で用いた混合物(1)100質量部に替えて、表3又は表4に示した配合とした以外は、実施例1と同様にしてラジカル重合性組成物(10)〜(22)を得、これらについてそれぞれ硬化フィルム、PET基材付き硬化フィルム及びガラス板付き硬化フィルムを作成し、実施例1で行った各種評価試験及び下記に示す種々の評価試験を行った。評価結果を表3又は表4に示す。
評価6:透明性試験
硬化フィルムについて、400〜900nmの波長領域の光透過率を測定した。
◎:全領域での透過率が85%以上
×:透過率85%未満の領域がある
評価7:密着性試験
PET基材付き硬化フィルムについて、PET基材と、ラジカル重合性組成物の硬化物層との密着性をJIS K5400に準拠して試験した。
◎:マス目がすべて残存する
×:はがれたマス目がある
評価8:耐溶剤性試験
ガラス板付き硬化フィルムのラジカル重合性組成物の硬化物層を、メチルエチルケトンを含ませた綿棒(ジョンソン社製)で50往復擦った後の塗膜表面の変化を目視で観察した。
◎:変化なし
×:曇りやはがれなどが見られる
評価9:耐湿性試験
ガラス板付き硬化フィルムを85℃、湿度85%の恒温恒湿機に入れ300時間保持した。保持後のフィルム色相及び形状の変化を目視で観察し、以下の基準で耐熱性の評価を行った。
◎:変化なし
○:色相のみ変化、形状変化なし
×:色相および形状が変化
Figure 2013136410
Figure 2013136410
比較例5〜9
実施例1で用いた混合物(1)100質量部に替えて、表5に示した配合とした以外は、実施例1と同様にしてラジカル重合性組成物(7’)〜(9’)を得た。これらについてそれぞれ硬化フィルム、PET基材付き硬化フィルム及びガラス板付き硬化フィルムを作成し、実施例10と同様に種々の評価試験を行った。評価結果を表5に示す。
Figure 2013136410
本発明の組成物は、プリズムシートをはじめとしたプラスチックレンズ等の光学部品用樹脂材料として有用である。
即ち本発明は、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレートと、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレートとを、両者のモル比[〔オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕/〔パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕]が55/45〜10/90の範囲となるように含有するフェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)とを必須の成分として含有することを特徴とするラジカル重合性組成物に関する。
本発明のラジカル重合性組成物が含有するフェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)は、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート(OPBA)、メタフェニルベンジル(メタ)アクリレート(MPBA)、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート(PPBA)が挙げられるこのうち、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレートは、25℃での液体の屈折率が1.57以上であり、かつ、粘度が30mPa・s以下であり、比較的高屈折率でありながら、低粘度を示す点において好ましい。また、パラフェニルベンジルアクリレートは、常温で固体であるものの、40℃での液体の屈折率が1.59以上と非常に高い値を示す点において好ましい。
本発明で用いるビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)は、分子構造中に芳香環を有すため、これを含有することにより高屈折率の硬化塗膜が得られる。
前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)は、本発明のラジカル重合性組成物が含有する他の成分に対する溶解性に優れる点で、分子構造中に含まれるビフェニル構造単位の数が2〜5の範囲であることが好ましい。
前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)を製造する方法は、例えば、ビフェニルとp−ホルムアルデヒドとを酸触媒下で反応させる方法が挙げられる。
本願発明のラジカル重合性組成物は低粘度でありながら高屈折率を示す樹脂組成物となることから、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)との両方を含有することが好ましい。
本願発明では、硬化物が高い屈折率を示すラジカル重合性組成物が得られることから、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に、フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)を30〜95質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、硬化物が離形性に優れるラジカル重合性組成物が得られることから、35〜90質量部の範囲で含有することがより好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られることから、45〜85質量部の範囲で含有することが好ましく、55〜80の範囲で含有することがより好ましい。
また、本願発明では、硬化物が高い屈折率を示すラジカル重合性組成物が得られることから、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)を5〜70質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、硬化物の耐熱性により優れるラジカル重合性組成物が得られることから、10〜60質量部の範囲で含有することが好ましい。更に、より低粘度のラジカル重合性組成物が得られることから、15〜55質量部の範囲で含有することが好ましい。
また、本願発明では、硬化物が高い屈折率を示すラジカル重合性組成物が得られることから、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に、ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)を0.5〜15質量部の範囲で含有することが好ましく、1〜10質量部の範囲で含有することがより好ましい。
本発明のラジカル重合性組成物は、高屈折率かつ低粘度の組成物が得られることから、ラジカル重合性組成物の不揮発分100質量部中における前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)の合計の質量が15〜100質量部の範囲であることが好ましく、25〜95質量部の範囲であることがより好ましく、35〜80質量部の範囲であることが特に好ましい。
本願発明のラジカル重合性組成物が、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)を含有する場合、これらを一度の反応で同時に製造することもできる。このようなラジカル重合性組成物は、例えば、ビフェニル、ハロゲン化水素、及びホルムアルデヒド誘導体を反応させて得られる反応混合物を、更に、アクリル酸又はアクリル酸アルカリ金属塩と反応させる工程を経て得られるラジカル重合性組成物が挙げられる。
このようなラジカル重合性組成物は、反応の副生成物として、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)以外の化合物を含有することがあるが、この場合、より高硬度かつ低粘度のラジカル重合性該組成物となることから、組成物100質量部中に占める前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)の合計の質量が、50〜95質量部の範囲であることが好ましく、65〜80質量部の範囲であることがより好ましい。
前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)を含有するラジカル樹脂組成物を一度の反応で同時に製造する方法は、より具体的には、例えば、ビフェニル、ハロゲン化水素及びホルムアルデヒド誘導体を酸触媒の存在下で反応させ、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)や、ビフェニル、ビフェニルのメチルクロロ化合物などの混合物を得、更に、該混合物が含むビフェニルのメチルクロロ化合物と、アクリル酸又はアクリル酸アルカリ金属塩とを反応させて前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)及び前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)とを含む混合物を得る方法などが挙げられる。
このような方法で前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)を製造する場合、前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)の含有比率は、反応に用いるホルムアルデヒド誘導体の使用量や、酸触媒および有機酸の種類および使用量を変更することにより適宜調製することができる。具体的には、これらの含有比率を上記した好ましい範囲に調製し易い点で、ビフェニル1モルに対し、ホルムアルデヒドを1〜25モルの範囲で用いることが好ましく、1.5〜5モルの範囲で用いることがより好ましい。ここで、前記ホルムアルデヒド誘導体は、ホルマリン水溶液、パラホルムアルデヒド及びトリオキサン等が挙げられる。また、前記ハロゲン化水素はビフェニルに対して過剰のモル比で使用することが好ましく、例えば、濃塩酸及び塩化水素ガス等が挙げられる。該反応に用いられる酸触媒は、例えば、硫酸、リン酸、ポリリン酸、トリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、モノクロロ酢酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、塩化亜鉛などのルイス酸等が使用できる。また、該反応ではジメトキシエタン、ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル、酢酸等の有機溶媒を使用してもよい。反応温度は60〜180℃の範囲であることが好ましく、70〜120℃の範囲であることがより好ましい。また、反応時間は3〜60時間の範囲であることが好ましく、15〜45時間の範囲であることがより好ましい。
また、このような方法で前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス(アクリロイルメチル)ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)を製造する場合、組成物中に未反応原料のビフェニルが残る場合がある。このとき、本願発明のラジカル重合性組成物は、本願発明所望の効果である高屈折率かつ低粘度の組成物が得られることから、その不揮発分100質量部中にビフェニルを0.5〜15質量部の範囲で含有することが好ましく、1〜10質量部の範囲で含有することがより好ましい。
即ち本発明は、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレートと、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレートとを、両者のモル比[〔オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕/〔パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕]が55/45〜10/90の範囲となるように含有するフェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造であるビフェニル化合物(C)とを必須の成分として含有することを特徴とするラジカル重合性組成物に関する。

Claims (10)

  1. フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)又はビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)とを必須の成分として含有することを特徴とするラジカル重合性組成物。
  2. 前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)が、オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレートと、パラフェニルベンジル(メタ)アクリレートとを、両者のモル比[〔オルトフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕/〔パラフェニルベンジル(メタ)アクリレート〕]が55/45〜10/90の範囲となるように含有するものである請求項1記載のラジカル重合性組成物。
  3. 前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に占める前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)の割合が、30〜95質量部の範囲で含有する請求項1記載のラジカル重合性組成物。
  4. 前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に占める前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)の割合が、5〜70質量部の範囲で含有する請求項1記載のラジカル重合性組成物。
  5. 前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)と、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)と、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)との合計100質量部中に占める前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の割合が、0.5〜15質量部の範囲で含有する請求項1記載のラジカル重合性組成物。
  6. ビフェニル、ハロゲン化水素、及びホルムアルデヒド誘導体を反応させて得られる反応混合物を、更に、アクリル酸又はアクリル酸アルカリ金属塩と反応させる工程を経て得られるラジカル重合性組成物であって、該組成物100質量部中に占める前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)の合計の質量が、50〜95質量部の範囲であるラジカル重合性組成物。
  7. 前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)及び前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)に加え、更に、分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)を含有する請求項1記載のラジカル重合性組成物。
  8. 前記フェニルベンジル(メタ)アクリレート(A)、前記ビス[(メタ)アクリロイルメチル]ビフェニル(B)、前記ビフェニル構造がメチレンを介して結節された分子構造を有するビフェニル化合物(C)及び分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)の合計100質量部中に、前記分子構造中にフルオレン骨格を有する(メタ)アクリレート化合物(Y)を15〜80質量部の範囲で含有する請求項7記載のラジカル重合性組成物。
  9. 請求項1から8のいずれか一つに記載のラジカル重合性組成物の硬化物。
  10. 請求項1から8のいずれか一つに記載のラジカル重合性組成物を硬化させてなるプラスチックレンズ。
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