KR20110119799A - 근적외선 흡수 색소 및 근적외선 차단 필터 - Google Patents

근적외선 흡수 색소 및 근적외선 차단 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성 및 내습성이 우수한 근적외선 흡수 색소 및 그 색소를 사용한 근적외선 차단 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 당해 근적외선 흡수 색소는, 하기 화학식 1로 표시되는 디이모늄염 화합물의 회합체로 되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pct00023

Description

근적외선 흡수 색소 및 근적외선 차단 필터{Near infrared absorbent dye and near infrared shielding filter}
본 발명은, 근적외광영역에 흡수를 갖는 근적외선 흡수 색소 및 그 색소를 이용한 근적외선 차단 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 적외선 흡수효과가 우수한 동시에, 내열성, 내습성이 우수한 근적외선 흡수 색소 및 그 색소를 함유해서 되는 근적외선 차단 필터에 관한 것이다.
최근 들어, 디스플레이의 대형화, 박형화의 요구가 높아지는 가운데, 플라즈마 디스플레이 패널(이하,「PDP」로 약기한다)이 일반적으로 널리 보급되기 시작하고 있다. PDP로부터는 근적외선이 방출되어, 근적외선 리모콘을 사용한 전자기기가 오작동을 일으켜 버리는 것으로부터, 근적외선 흡수 색소를 사용한 필터로 근적외선을 차단할 필요가 있다. 또한, 광학렌즈, 자동차용 유리, 건재용(建材用) 유리 등의 용도로도 근적외선 차단 필터가 널리 이용되고 있다. 이들 용도에 사용되는 근적외선 차단 필터는, 가시광영역을 투과하면서, 효과적으로 근적외광영역을 흡수하고, 또한, 높은 내열성, 내습성 및 내광성 등이 요구된다.
근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수 색소로서는, 종래, 시아닌계 색소, 폴리메틴계 색소, 스쿠아릴륨계 색소, 포르피린계 색소, 금속 디티올 착체계 색소, 프탈로시아닌계 색소, 디이모늄계 색소, 무기 산화물 입자 등이 사용되고 있다. 그 중에서도, 디이모늄계 색소는 근적외선의 흡수능이 높고, 가시광영역에서의 투명성이 높은 것으로부터 많이 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 문헌에는, 디이모늄염계의 근적외선 흡수 색소가 각종 예시되어 있으나, 그 중에서도 비교적 내열성, 내습성이 우수한, 예를 들면 음이온 성분이 비스(헥사플루오로안티몬산)인 N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-부틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄염이 일반적으로 사용되고 있다.
그러나, 이 디이모늄염 화합물은, 내열성, 내습성이 불충분하여, 사용 중에 색소가 분해되기 때문에, 근적외선 흡수능력이 저하되고, 또한 분해에 의해 생성된 알루미늄염이 가시광선영역에 흡수를 발생시키는 것으로부터, 가시광 투과율이 저하되어, 황색으로 정색(呈色)하여 색조를 손상시켜 버린다는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 2에는, 유기용매 용해성의 디이모늄계 색소를, 미립자 분산상태에서 수지 중에 분산 함유시킨 적외광 흡수막이 개시되어 있다.
그러나, 당해 문헌에 개시되어 있는 디이모늄계 색소는, 특히, 점착제 수지와 같은 유리 전이점이 낮은 수지 중에서는, 유기용매 용해성 색소의 분자간 상호작용이 약하기 때문에 열화(劣化)가 심하여, 실용성이 부족하다. 또한, 상기 문헌에 개시되어 있는 색소는, 분산 안정성이 나쁘기 때문에 결정이 조대(粗大)해지기 쉽고, 그 흡수 밴드는, 반치폭이 커서 흡수 극대의 흡광계수가 낮아지게 되어 버린다. 이 때문에 근적외선 차단 필터로서 사용할 때, 충분한 근적외선 흡수효과를 얻을 수 없으며, 또한 결정이 조대하기 때문에 빛이 산란되어 필터의 백탁을 일으킨다는 문제가 있었다.
일본국 특허공개 평10-180922호 공보 일본국 특허 제3987240호 공보
따라서, 더욱 내열성 및 내습성이 우수한 근적외선 흡수 색소의 개발이 요망되고 있어, 본 발명은, 그러한 특성을 구비한 근적외선 흡수 색소 및 그 색소를 사용한 근적외선 차단 필터를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 회합체를 형성한 디이모늄은, 높은 근적외선 흡수능력을 나타내는 동시에, 내열성 및 내습성이 우수한 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기게 이르렀다.
즉 본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 디이모늄염 화합물의 회합체로 되는 근적외선 흡수 색소이다.
Figure pct00001
(화학식 중, R1~R8은 각각 동일해도 되고 상이해도 되는 유기기를 나타내고, X는 음이온을 나타낸다.)
또한 본 발명은, 상기 화학식 1에 있어서, X가 헥사플루오로인산 이온인 근적외선 흡수 색소이다.
또한 본 발명은, 상기 화학식 1에 있어서, R1~R8 중 하나 이상이, 하기 화학식 2로 표시되는 시클로알킬-알킬기인 근적외선 흡수 색소이다.
Figure pct00002
(화학식 중, A는 탄소수 1~10의 직쇄 또는 분지상의 알킬기를 나타내고, m은 3~12의 정수를 나타낸다.)
또한 본 발명은, 상기 화학식 1에 있어서, R1~R8 중 하나 이상이, 하기 화학식 3으로 표시되는 모노할로겐화 알킬기인 근적외선 흡수 색소이다.
Figure pct00003
(화학식 중, n은 1~9의 정수를 나타내고, Y는 할로겐원자를 나타낸다.)
또한, 본 발명은 상기 화학식 1에 있어서, R1~R8 중 하나 이상이, iso-부틸기인 근적외선 흡수 색소이다.
또한 본 발명은, 상기 화학식 1로 표시되는 디이모늄염 화합물을 유기용매 중에 회합상태에서 분산해서 되는 근적외선 흡수 조성물이다.
또한 본 발명은, 상기 근적외선 흡수 색소를 함유해서 되는 근적외선 차단 필터이다.
본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 흡수 극대의 흡광계수가 높아 우수한 근적외선 흡수능력을 가지며, 내열성 및 내습성이 우수한 것으로, 이 색소를 사용함으로써, 빛의 산란이 작고 투명성이 우수하여, 장기간에 걸쳐 높은 근적외선 흡수능력을 유지하는 것이 가능한 근적외선 차단 필터를 얻을 수 있다.
도 1은 시험예 1에 있어서, 제조예 1~3 및 비교제조예 1~2에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 농도 100 ㎎/L의 분산액 또는 용액의 흡수 스펙트럼이다.
도 2는 시험예 1에 있어서, 제조예 1에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 각 농도의 분산액 또는 용액의 몰 흡광계수이다.
도 3은 시험예 1에 있어서, 제조예 2에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 각 농도의 분산액의 몰 흡광계수이다.
도 4는 시험예 1에 있어서, 제조예 2에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 염화메틸렌으로 농도 10 ㎎/L로 희석한 용액의 몰 흡광계수이다.
도 5는 시험예 1에 있어서, 제조예 3에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 각 농도의 분산액 또는 용액의 몰 흡광계수이다.
도 6은 시험예 1에 있어서, 제조비교예 1에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 농도 5 ㎎/L의 분산액의 몰 흡광계수이다.
도 7은 시험예 1에 있어서, 제조비교예 1에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 염화메틸렌으로 농도 10 ㎎/L로 희석한 용액의 몰 흡광계수이다.
도 8은 시험예 1에 있어서, 제조비교예 2에서 얻어진 디이모늄염 화합물의 농도 100 ㎎/L의 용액의 몰 흡광계수이다.
본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 하기 화학식 1로 표시되는 디이모늄염 화합물(이하, 「디이모늄염 화합물(1)」이라 하는 경우가 있다)의 회합체로 되는 것이다. 또한, 본 명세서 중에 있어서, 근적외선이란, 파장 750~2000 nm 범위의 빛을 의미한다.
[화학식 1]
Figure pct00004
(화학식 중, R1~R8은 각각 동일해도 되고 상이해도 되는 유기기를 나타내고, X는 음이온을 나타낸다.)
상기 화학식 1 중의 R1~R8의 유기기는, 각각 동일해도 되고 상이해도 되며, 회합체를 형성하는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 바람직한 유기기로서는, 할로겐원자로 치환되어 있어도 되는 직쇄 또는 분지상의 C1-10 알킬기, C3-12 시클로알킬기, 시클로알킬 고리가 치환되어 있어도 되는 C3-12 시클로알킬-C1-10 알킬기 등을 예시할 수 있다. R1~R8 중 하나 이상이 이들의 유기기이면 되나, R1~R8이 모두 동일하고, 이들 중 하나의 유기기이면, 양이온 구조가 대칭이 되어, 배열이 용이해지기 때문에 바람직하다.
C1-10의 직쇄 또는 분지상의 알킬기로서, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, n-아밀기, iso-아밀기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 2-에틸부틸기, 2-디메틸프로필기, 1,1-디메틸프로필기, 네오펜틸기, n-헥실기 등을 예시할 수 있다. 이들 중, iso-프로필기, iso-부틸기, iso-아밀기 등의 분지상의 C3-6 알킬기가 회합체 형성에 필요한 분자배열을 얻을 수 있는 점에서 바람직하고, 특히 iso-부틸기가 바람직하다.
또한 C3-12의 시클로알킬기로서는, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 들 수 있다.
C3-12 시클로알킬-C1-10 알킬기는, 시클로알킬 고리가 치환되어 있어도 되고 비치환이어도 되며, 치환될 수 있는 치환기로서는, 알킬기, 수산기, 설폰산기, 알킬설폰산기, 니트로기, 아미노기, 알콕시기, 할로겐화 알킬기, 또는 할로겐원자 등을 예시할 수 있는데, 바람직하게는 비치환이고, 하기 화학식 2로 표시되는 시클로알킬-알킬기가 회합체 형성에 필요한 분자배열을 용이하게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pct00005
(화학식 중, A는 탄소수 1~10의 직쇄 또는 분지상의 알킬기를 나타내고, m은 3~12의 정수를 나타낸다.)
상기 화학식 2 중, A의 탄소수는 1~4인 것이 바람직하고, m은 5~8이 바람직하며, 특히 5~6인 것이 바람직하다. 이러한 범위이면, 회합에 필요한 분자간 상호작용이 증대된다. 구체적으로는, 시클로펜틸메틸기, 2-시클로펜틸에틸기, 2-시클로펜틸프로필기, 3-시클로펜틸프로필기, 4-시클로펜틸부틸기, 2-시클로헥실메틸기, 2-시클로헥실에틸기, 3-시클로헥실프로필기, 4-시클로헥실부틸기 등을 예시할 수 있고, 이들 중에서도 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기, 2-시클로헥실에틸기, 2-시클로헥실프로필기, 3-시클로헥실프로필기, 4-시클로헥실부틸기가 바람직하며, 보다 바람직하게는 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기이며, 특히 시클로헥실메틸기가 바람직하다.
또한, 할로겐원자로 치환된 직쇄 또는 분지상의 C1-10 알킬기로서는, 2-할로게노에틸기, 2,2-디할로게노에틸기, 2,2,2-트리할로게노에틸기, 3-할로게노프로필기, 3,3-디할로게노프로필기, 3,3,3-트리할로게노프로필기, 4-할로게노부틸기, 4,4-디할로게노부틸기, 4,4,4-트리할로게노부틸기, 5-할로게노펜틸기, 5,5-디할로게노펜틸기, 5,5,5-트리플루오로펜틸기 등의 할로겐화 알킬기를 예시할 수 있다. 그 중에서도 하기 화학식 3으로 표시되는 모노할로겐화 알킬기가 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pct00006
(화학식 중, n은 1~9의 정수를 나타내고, Y는 할로겐원자를 나타낸다.)
화학식 3에 있어서, n은 1~4인 것이 바람직하고, Y가 불소원자인 것이 특히 바람직하다. 이러한 범위이면, 회합에 필요한 분자간 상호작용이 증대된다. 구체적으로는, 2-플루오로에틸기, 3-플루오로프로필기, 4-플루오로부틸기, 5-플루오로펜틸기 등의 모노플루오로알킬기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 3-플루오로프로필기, 4-플루오로부틸기, 5-플루오로펜틸기이고, 특히 3-플루오로프로필기가 바람직하가.
상기 디이모늄염 화합물(1) 중에서도, R1~R8이 모두 시클로헥실메틸기인 하기 화학식 4의 디이모늄염 화합물 및 R1~R8이 모두 3-플루오로프로필기인 하기 화학식 5의 디이모늄염 화합물은, 모두 신규한 화합물이다. 이들 디이모늄염 화합물은, 회합체를 형성하고, 특히 내열성 및 내습성이 우수하며, 높은 근적외선 흡수능을 가지고 있기 때문에 바람직하게 사용된다.
Figure pct00007
(화학식 중, X-는 음이온을 나타낸다.)
Figure pct00008
(화학식 중, X-는 음이온을 나타낸다.)
한편, 화학식 1 중의 X-는 디이모늄 양이온의 전하를 중화시키는데 필요한 음이온으로, 유기산 음이온, 무기 음이온 등을 사용할 수 있는데, 무기 음이온이 디이모늄염의 용해도를 저하시켜, 회합체를 형성하기 쉽게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 무기 음이온으로서 구체적으로는, 불소 이온, 염소 이온, 브롬 이온, 요오드 이온 등의 할로겐 이온, 과염소산 이온, 과요오드산 이온, 테트라플루오로붕산 이온, 헥사플루오로인산 이온, 헥사플루오로안티몬산 이온 등을 들 수 있다. 특히 회합체 형성에 필요한 분자배열을 용이하게 할 수 있기 때문에 헥사플루오로인산 이온이 바람직하다.
상기 본 발명에 사용하는 디이모늄염 화합물(1)은, 이하의 방법으로 제조할 수 있다.
즉, 울만 반응(Ullmann reaction) 및 환원반응으로 얻어지는, 하기 화학식 6으로 표시되는 아미노체를, N-메틸-2-피롤리돈(이하,「NMP」로 약기한다), 디메틸포름아미드(이하,「DMF 」로 약기한다) 등의 극성 용제 중, R1~R8에 대응하는 요오드화물과, 탈요오드화제로서 알킬금속의 탄산염을 첨가하고, 30℃~150℃, 바람직하게는 70~120℃에서 반응시켜서, 하기 화학식 7로 표시되는 알킬 치환체를 얻는다. 예를 들면, R1~R8이 모두 시클로헥실메틸기인 경우는, 대응하는 요오드화물로서 요오드화 시클로헥실알칸을 반응시키고, R1~R8이 모두 3-플루오로프로필기인 경우는 요오드화 플루오로알칸을 반응시킨다. 한편, R1~R8이 2종 이상의 상이한 유기기인 경우는, 각각의 유기기의 수에 대응하는 몰 수의 요오드화물을 상기와 동일하게 하여 순차 반응시키거나, 또는 이들을 동시에 첨가하여 반응시킴으로써 얻어진다. 예를 들면, R1~R8이 시클로헥실메틸기와 그 밖의 유기기인 경우에는, 치환기의 수에 대응하는 몰 수의 요오드화 시클로헥실알칸을 첨가하고, 반응 후, 순차 대응하는 몰 수의 요오드화물(예를 들면, 요오드화 플루오로알칸; 요오도알칸; 알콕시요오드; 요오드화 벤젠; 요오드화 벤질, 요오드화 페네틸 등의 페닐-1-요오도알칸 등)을 첨가하여 반응시키거나, 또는, 이들의 이종(異種)의 요오드화물을 동시에 첨가하여 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
Figure pct00009
Figure pct00010
(화학식 중, R1~R8은 상기한 의미를 갖는다)
이어서, 상기 화학식 7로 나타내어지는 알킬 치환체 및 대응하는 음이온 X-의 은염을, NMP, DMF, 아세토니트릴 등의 유기용매 중, 온도 30~150℃, 바람직하게는 40~80℃에서 반응시키고, 석출된 은을 여과 분별한 후, 물, 초산에틸, 헥산 등의 용매를 첨가하고 생성된 침전을 여과하여, 디이모늄염 화합물(1)을 얻을 수 있다.
본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 이렇게 하여 얻어지는 디이모늄염 화합물(1)의 회합체로 되는 것으로, 750 nm~1300 nm의 파장영역에 흡수를 나타내고, 또한 1110 nm~1250 nm에 극대 흡수 파장을 나타내는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 극대 흡수 파장이, 그 디이모늄염 화합물의 용해상태의 극대 흡수 파장에서 15~200 nm 장파장측으로 시프트된 것이다.
즉, 색소 화합물은 회합상태(회합체로서 분산된 상태)로, 소위 회합체 밴드를 형성하여, 용해상태와는 상이한 흡수 스펙트럼을 나타내는 것이 알려져 있고(예를 들면, Photographic Science and Engineering, Vol. 18, No. 323-335(1974)), 일반적으로 회합상태의 흡수 밴드는, 용해상태보다도 장파장측으로 이동한다. 디이모늄염 화합물은, 일반적으로 용해상태에 있어서 1050 nm~1095 nm 사이에 극대 흡수 파장을 나타내나, 본 발명의 근적외선 흡수 색소는 회합체를 형성하고 있기 때문에, 15 nm~200 nm 장파장측으로 시프트되고, 1110 nm~1250 nm에 흡수 극대 파장을 나타낸다. 시프트에 의한 변화량이 지나치게 크면, 900 nm~1100 nm 부근의 근적외선 흡수가 부족해지는 경우가 있기 때문에, 그 변화량은 15 nm~100 nm인 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 근적외선 흡수 색소의 흡수 파장영역 및 극대 흡수 파장은, 디이모늄염 화합물을, 분산매 중에 적어도 50 ㎎/L 이상의 농도로 0.001 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하(10-9 m~10-5 m)의 입자로서, 부유 또는 현탁되어 있는 상태(이하, 「분산상태」라 하는 경우가 있다)에 있어서 측정한 흡수 스펙트럼으로부터 구해진다. 이 입자경은, 마이크로트랙 입도 분석계에 의해 측정된다. 보다 구체적으로는, 디이모늄염 화합물 0.5부, 톨루엔 9.5부, 및 입경 0.3 ㎜의 지르코니아 비드 70부를 50 ㎖의 유리용기에 첨가하고, 페인트 쉐이커로 2시간 진탕한 후에, 지르코니아 비드를 여과 분별하여 얻어진 액체를, 디이모늄염 화합물의 농도가 100 ㎎/L가 되도록 톨루엔으로 희석한 디이모늄염 화합물 분산액에 대해서, 분광광도계에 의해 측정한 흡수 스펙트럼으로부터 구해진다. 한편, 용해상태의 극대 흡수 파장은, 이와 같이 조제한 디이모늄염 화합물 분산액을, 톨루엔으로 희석해가서 용해상태가 된 농도의 용액에 대해서, 분광광도계로 측정한 흡수 스펙트럼으로부터 구해진다. 톨루엔으로 5 ㎎/L 정도까지 희석해도 용해상태가 되지 않는 경우에는, 톨루엔 대신에 염화메틸렌으로 희석하고 동일하게 하여 구할 수 있다.
또한, 디이모늄염 화합물은, 회합체가 아니라, 결정으로서 상기 분산상태에 있는 경우도 있는데, 회합상태에서는, 결정 분산상태보다도 반치폭(흡수 극대에서의 흡광도의 절반의 흡광도를 나타내는 파장영역의 폭)이 작은 급준(急峻)한 흡수 밴드를 나타낸다. 결정 분산상태에서는, 용해상태에 대한 극대 흡수 파장의 변화량이 커서, 1250 nm보다도 장파장측으로 시프트되고, 또한, 극대 흡수 파장에 있어서의 몰 흡광계수가, 회합상태에서는 70,000 mol-1·L·㎝-1 이상(L은 셀 길이를 의미한다)인 것에 대해, 결정 분산상태에서는 40,000 mol-1·L·㎝-1 미만으로 낮아지기 때문에, 회합상태와 비교하여 근적외선 흡수능력이 현저히 떨어지는 것이 된다.
이와 같이, 디이모늄염 화합물이 회합상태인지 용해상태인지는, 분산상태에서 측정한 흡수 스펙트럼과, 용해상태에서 측정한 흡수 스펙트럼을 비교하여, 각각의 극대 흡수 파장 및 그 변화량으로부터 판별할 수 있다. 한편, 디이모늄염 화합물이, 회합상태인지 결정 분산상태인지는, 분산상태에 있어서 측정한 흡수 스펙트럼의 극대 흡수 파장 및 그 몰 흡광계수를 비교함으로써 판별하는 것이 가능하다.
본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 상기와 같이 하여 얻어진 디이모늄염 화합물(1)을 공지의 분산기를 사용하여 회합체를 형성시킨 고체 미립자 분산물로서 얻을 수 있다. 분산기로서는, 볼 밀, 진동 볼 밀, 유성(遊星) 볼 밀, 샌드밀, 콜로이드 밀, 제트 밀 및 롤러 밀 등을 예시할 수 있고, 일본국 특허공개 소52-92716호 공보 및 국제공개 88/074794호 팸플릿에 기재된 분산기를 사용하는 것도 가능하다. 이들 중에서도 세로형 또는 가로형의 매체 분산기가 바람직하다. 디이모늄염 화합물(1)을 분산시키는데 있어서는, 분산매를 사용하지 않아도 되나, 분산매의 존재하에서 행하는 것이 바람직하다. 분산매로서는, 물, 유기용매를 사용할 수 있는데, 코팅용 수지와 용이하게 혼합할 수 있는 것으로부터, 바람직하게는 유기용매이고, 특히 바람직하게는 톨루엔, 초산에틸 등의 코팅용 수지의 친용제이다. 추가로, 계면활성제를 사용해도 되고, 종래 공지의 음이온 계면활성제, 음이온성 폴리머, 비이온성 계면활성제 및 양이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 이와 같이 하여, 디이모늄염 화합물(1)을 분산매 중에 회합상태에서 함유한 근적외선 흡수 조성물이 얻어진다.
이렇게 하여 얻어지는 근적외선 흡수 조성물에는, 조성물 중의 디이모늄염 화합물(1)의 농도 등에 따라, 그 전부가 회합체를 형성하고 있는 경우뿐 아니라, 일부만이 회합체를 형성하고, 나머지는 용해상태 또는 결정 분산상태로 존재하는 경우도 있으나, 어느 경우도 근적외선 흡수 조성물의 극대 흡수 파장이 1110~1250 nm의 범위에 있고, 극대 흡수 파장에 있어서의 몰 흡광계수가 70,000 mol-1·L·㎝-1 이상인 것은 본 발명의 근적외선 흡수 조성물에 포함된다.
본 발명의 근적외선 차단 필터는, 상기 근적외선 흡수 조성물을 적당한 수지와 조합시켜, 캐스트법, 용융압출법 등의 공지의 제조방법으로 필름 또는 패널형상으로 함으로써 제작할 수 있다. 이 중 캐스트법은. 상기 근적외선 흡수 조성물을, 수지 및 용매에 분산시킨 후, 폴리에스테르나 폴리카보네이트 등의 투명한 필름, 패널, 유리기판 등의 지지체 상에, 이 분산액을 도포, 건조시켜서 필름형상으로 성막시키는 방법이다. 상기 캐스트법에 사용되는 수지로서는, 아크릴계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리이소시아네이트계 수지, 폴리알릴레이트계 수지, 에폭시계 수지 등의 수지 등을 예시할 수 있다. 또한 용제로서는 특별히 한정은 없으나, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 톨루엔, 크실렌, 테트라히드로푸란, 1,4-디옥산 등의 유기용매 또는 이들을 혼합시킨 용매를 사용할 수 있다. 용융압출법은, 상기 근적외선 흡수 조성물과 수지를 용융, 혼련한 후, 압출성형에 의해 패널형상으로 성형시키는 방법으로, 용융압출법에서 사용되는 수지는, 캐스트법과 동일하다. 또한, 본 발명의 근적외선 차단 필터는, 사전에 상기 근적외선 흡수 조성물로서 조제하지 않고, 디이모늄염 화합물(1)을 직접 상기 수지 또는 용매 중에 상기 분산기를 사용해서 분산시키고, 마찬가지로 캐스트법이나 용융압출법 등으로 성막 또는 성형함으로써 제작하는 것도 가능하다.
본 발명의 근적외선 차단 필터의 제작에 있어서는, 본 발명의 근적외선 흡수 색소만을 1종 또는 2종 이상 사용하는 것도 가능하나, 파장 850 nm 부근의 근적외선 차단성능이 약간 부족한 경우에는, 추가로, 프탈로시아닌계 색소류, 디티올계 금속 착체 등의 공지의 색소류를 첨가해도 된다. 또한 내광성을 향상시키기 위해, 벤조페논계, 벤조트리아졸계 등의 자외선 흡수 색소를, 추가로 첨가해도 된다. 또한 필요에 따라, 가시광영역에 흡수를 갖는 공지 색소를 첨가시켜서 색조를 조정해도 된다.
본 발명의 근적외선 차단 필터의 근적외선 투과율은, 상기 수지에 대한 본 발명의 근적외선 흡수 색소의 첨가량을 변경함으로써 제어할 수 있고, 상기 수지 100 질량부에 대해, 본 발명의 근적외선 흡수 색소를, 0.01 질량부~30 질량부의 범위에서 혼합하는 것이 바람직하다. 0.01 질량부 미만의 경우에는 근적외선 차단능력이 불충분한 경우가 있고, 30 질량부보다 많은 경우에는 가시광선 투과율도 저하되어 버리는 경우가 있다.
본 발명의 근적외선 차단 필터는, 근적외선의 차단이 필요해지는 각종 용도에 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, PDP용 근적외선 차단 필터, 자동차 유리용 내지 건재 유리용 근적외선 차단 필터 등에 사용할 수 있고, 특히 PDP용 근적외선 차단 필터로서 바람직하게 사용된다.
종래, 디이모늄염 화합물을 포함하는 근적외선 흡수 색소를, PDP용 등의 근적외선 차단 필터로서 사용할 때, 디이모늄염 화합물을 용해상태에서 사용하도록 치환기가 고안되어 있는 경우가 많으나, 이러한 근적외선 흡수 색소는 내구성이 떨어지는 것이 많아, 실용화의 장애가 되고 있다. 또한, 디이모늄염 화합물을 결정 분산상태로서 사용하는 예도 있으나, 분산 안정성이 나쁘기 때문에 결정이 조대해지고, 그 흡수 밴드는, 반치폭이 커서 흡수 극대의 흡광계수가 낮다. 이 때문에 근적외선 차단 필터로서 사용할 때, 충분한 근적외선 흡수효과를 얻을 수 없으며, 또한 결정이 조대하기 때문에 빛이 산란되어 필터의 백탁의 원인이 된다.
이에 대해, 본 발명의 근적외선 흡수 색소는 회합체를 형성하고 있기 때문에, 소위 회합체 밴드를 형성하여 흡수 밴드의 반치폭이 작은 급준한 흡수 밴드를 나타내고, 흡수 극대의 흡광계수가 높은 우수한 근적외선 흡수능력을 갖는다. 또한, 본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 분자 수가 수~수십 개 단위로 형성되는 분자 집합체로 생각되어, 근적외선 차단 필터로서 사용했을 때, 빛의 산란이 작고, 투명성이 우수한 근적외선 차단 필터를 얻을 수 있다. 또한, 디이모늄염 화합물이 분해되면 가시광선영역(480 nm 부근)에 흡수를 가져, 황색으로 정색시켜 버리는 아미늄염 화합물이 생성되지만, 회합체는 분자 집합체인 것으로부터, 단분자 분산상태, 즉 용해상태보다도, 분자간의 상호작용에 의해 안정화되기 때문에, 이 아미늄염 화합물이 생성되기 어렵고, 내열성, 내습성 및 내광성이 우수한 것으로 생각된다.
실시예
다음으로, 실시예 등을 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 중의「부」는 「질량부」를 나타낸다.
제조예 1
헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄의 제조:
DMF 100부에 N,N,N',N'-테트라키스(p-아미노페닐)-p-페닐렌디아민 10부, 시클로헥실메틸 요오다이드 63부 및 탄산칼륨 30부를 첨가하고, 120℃에서 10시간 반응시켰다. 이어서, 상기 반응액을 물 500부 중에 첨가하고, 생성된 침전을 여과하여, 메틸알코올 500부로 세정 후, 100℃에서 건조하여, N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디아민 24.1부를 얻었다. 얻어진 화합물은 적외 흡광 분석에 의해 출발원료 유래의 아미노기의 NH 신축 진동(NH stretching vibration)에 의한 흡수가 소실되어 있어, 모두 시클로헥실메틸기로 치환되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
얻어진 N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디아민 24.1부에, DMF 200부와 헥사플루오로인산은 7.9부를 첨가하고, 60℃에서 3시간 반응시켜서, 생성된 은을 여과 분별하였다. 이어서, 그 여액에 물 200부를 첨가하고, 생성시킨 침전을 여과 후, 건조시켜서, 헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 27.0부를 얻었다.
제조예 2
헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(3-플루오로프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄의 제조:
시클로헥실메틸 요오다이드 63부 대신에, 동일한 몰 수의 1-요오도-3-플루오로프로판을 사용한 것 이외에는 제조예 1과 동일하게 하여, 헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(3-플루오로프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 18부를 얻었다. 또한, 제조예 1과 동일하게 하여 얻어진 N,N,N',N'-테트라키스{p-디(3-플루오로프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디아민은 적외 흡광 분석에 의해, 출발원료 유래의 아미노기의 NH 신축 진동에 의한 흡수가 소실되어 있어, 모두 3-플루오로프로필기로 치환되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
제조예 3
헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(iso-부틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄의 제조:
시클로헥실메틸 요오다이드 63부 대신에, 동일한 몰 수의 이소부틸 요오다이드를 사용한 것 이외에는 제조예 1과 동일하게 하여, 헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(iso-부틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 18부를 얻었다. 또한, 제조예 1과 동일하게 하여 얻어진 N,N,N',N'-테트라키스{p-디(iso-부틸)아미노페닐}-p-페닐렌디아민은 적외 흡광 분석에 의해, 출발원료 유래의 아미노기의 NH 신축 진동에 의한 흡수가 소실되어 있어, 모두 iso-부틸기로 치환되어 있는 것을 확인하 수 있었다.
제조비교예 1
헥사플루오로안티몬산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄의 제조:
시클로헥실메틸 요오다이드 63부 대신에, 동일한 몰 수의 1-요오도프로판을 사용한 것 이외에는 제조예 1과 동일하게 하여, N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디아민 24.1부를 얻었다.
얻어진 N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디아민 24.1부에, DMF 200부와 헥사플루오로안티몬산은 12.9부를 첨가하고, 60℃에서 3시간 반응시켜서, 생성된 은을 여과 분별하였다. 이어서, 그 여액에 물 200부를 첨가하고, 생성시킨 침전을 여과 후, 건조시켜서, 헥사플루오로안티몬산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 28.0부를 얻었다.
제조비교예 2
테트라플루오로붕산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄의 제조:
제조비교예 1과 동일하게 하여 얻어진 N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디아민을 아세톤 250부와 테트라플루오로붕산은 14.5부를 첨가하고, 60℃에서 3시간 반응시켜서, 생성된 은을 여과 분별하였다. 이어서, 그 여액에 물 200부를 첨가하고, 생성시킨 침전을 여과 후, 건조시켜서, 테트라플루오로붕산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄의 근적외선 흡수 색소 29.9부를 얻었다.
시험예 1
제조예 1에서 얻어진 헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄을 0.5부, 톨루엔 9.5부, 및 입경 0.3 ㎜의 지르코니아 비드 70부를 50 ㎖의 유리용기에 첨가하고, 페인트 쉐이커로 2시간 진탕한 후에, 지르코니아 비드를 여과 분별하여, 디이모늄염 화합물 분산액을 조제하였다. 이 분산액을 톨루엔으로 희석하고, 농도가 5, 20, 50 및 100 ㎎/L가 되도록 조제하여 분광광도계 U-4100(주식회사 히타치 하이테크사 제조)으로 흡광도를 측정하였다. 제조예 2~3 및 제조비교예 1~2에서 얻어진 디이모늄염 화합물에 대해서도 동일하게 하여 흡광도를 측정하였다. 디이모늄염 화합물 농도 100 ㎎/L에 있어서의 각 디이모늄염 화합물의 흡광도를 도 1에 나타낸다. 제조예 2 및 제조비교예 1의 디이모늄염 화합물에 대해서는, 5 ㎎/L까지 희석해도 용해상태는 되지 않고, 톨루엔에 대해 거의 녹지 않았기 때문에, 희석용제로서 염화메틸렌을 사용하여, 디이모늄염 화합물 농도 10 ㎎/L가 되도록 조제하였다. 각각의 디이모늄염 화합물의 각 농도의 분산액 또는 용액의 몰 흡광계수를 도 2~8에 나타낸다. 또한, 각 디이모늄염 화합물의 용해상태와 회합상태에 있어서의 극대 흡수 파장과, 그 장파장 이동의 변화량, 분산상태의 극대 흡수 파장에 있어서의 몰 흡광계수 및 반치폭을 표 1에 나타낸다.
Figure pct00011
표 1로부터, 제조예 1~3의 디이모늄염 화합물은 회합체를 형성하고, 그 극대 흡수 파장은 용해상태보다도 약 20 nm~150 nm 장파장측으로 이동하는 것이 나타내어졌다. 이에 대해, 제조비교예 1의 디이모늄염 화합물은 결정 분산상태에 있고, 그 극대 흡수 파장은 1356 nm로 되어, 용해상태와 비교하여 284 nm 장파장측으로 이동해 있었다. 이 변화량이 크기 때문에 근적외선 흡수효과가 현저히 나쁜 것으로 되었다. 제조비교예 2의 디이모늄염 화합물은, 농도 100 ㎎/L에서도 극대 흡수 파장은 1070 nm로 용해상태였다. 또한 농도를 높게 해도 극대 흡수 파장의 장파장측으로의 이동은 나타내지 않았다.
또한 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 제조예 1, 제조예 2 및 제조예 3의 디이모늄염 화합물의 분산액은, 제조비교예 1의 분산액과 비교하여, 반치폭이 작아 급준한 흡수 밴드를 나타내고 있어, 근적외선 흡수효과이 우수한 것인 것이 나타내어졌다.
실시예 1
적외선 차단 필터의 제작:
제조예 1에서 얻어진 헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄을 0.5부, 톨루엔 9.5부, 및 입경 0.3 ㎜의 지르코니아 비드 70부를 50 ㎖의 유리용기에 첨가하고, 페인트 쉐이커로 2시간 진탕한 후에, 지르코니아 비드를 여과 분별하여 얻어진 액체를, 농도 100 ㎎/L가 되도록 톨루엔을 사용하여 희석해, 디이모늄염 화합물 분산액을 얻었다. 이 디이모늄염 화합물 분산액 40부를, 아크릴 래커계 수지(소켄 화학 주식회사 제조, 등록상표 써모락 LP-45M) 30부, 메틸에틸케톤 15부, 및 톨루엔 15부의 용액 중에 첨가하였다. 이 용액을 극간 치수 46 ㎛의 바 코터를 사용하여, 시판의 범용 폴리메타크릴 수지 필름(두께 50 ㎛) 상에 도포하였다. 이어서, 온도 100℃에서 3분간 건조시켜서, 근적외선 차단 필터를 얻었다.
실시예 2
헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 대신에 제조예 2에서 얻어진 헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(3-플루오로프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 근적외선 차단 필터를 제작하였다.
비교예 1
헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 대신에 제조비교예 1에서 얻어진 헥사플루오로안티몬산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 근적외선 차단 필터를 제작하였다.
비교예 2
헥사플루오로인산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(시클로헥실메틸)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄 대신에 제조비교예 2에서 얻어진 테트라플루오로붕산-N,N,N',N'-테트라키스{p-디(n-프로필)아미노페닐}-p-페닐렌디이모늄을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 근적외선 차단 필터를 제작하였다.
시험예 2
근적외선 차단 필터의 성능평가:
실시예 1~2 및 비교예 1~2에서 얻어진 근적외선 차단 필터의 헤이즈(탁도)를 탁도계 NDH5000(닛폰 덴쇼쿠 공업 주식회사)으로 측정하였다. 또한, 이들 근적외선 차단 필터를, 온도 80℃의 분위기하에서 보존하여 내열성 시험을 행하고, 소정 시간 경과 후의 파장 1000 nm 및 480 nm의 투과율을 분광광도계로 측정하였다. 추가로, 온도 60℃, 습도 95%의 분위기하에 보존하여 내습열성 시험을 행하고, 내열성 시험과 마찬가지로, 파장 1000 nm 및 480 nm에 있어서의 투과율을 측정하였다. 헤이즈 측정결과를 표 2에, 내열성 시험결과를 표 3에, 내습열성 시험결과를 표 4에 각각 나타낸다.
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
표 2로부터 명확한 바와 같이, 디이모늄염 화합물이 회합체로서 함유되는 실시예 1 및 2의 근적외선 차단 필터는, 결정 분산상태로 포함되는 비교예 1의 필터보다도 투명성이 우수하고, 용해상태인 비교예 2의 필터와 동등한 투명성을 나타내었다. 또한, 표 3 및 표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 근적외선 차단 필터는, 비교예 1과 비교하여 근적외선 흡수능력이 높고, 또한 비교예 2와 비교하여 내열성 및 내습열성이 우수한 것이 명확해졌다.
본 발명의 근적외선 흡수 색소는, 내열성, 내습성이 우수하여, 장기간에 걸쳐 근적외선 흡수능력이 저하되지 않는 것으로, 이 근적외선 흡수 색소를 함유시킨 근적외선 차단 필터는, PDP용, 자동차 유리용, 건재 유리용 등 각종 용도로 사용하는 것이 가능하며, 특히 PDP용 근적외선 차단 필터로서 매우 바람직하다.

Claims (21)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 디이모늄염 화합물의 회합체로 되는 근적외선 흡수 색소.
    [화학식 1]
    Figure pct00015

    (화학식 중, R1~R8은 각각 동일해도 되고 상이해도 되는 유기기를 나타내고, X는 음이온을 나타낸다.)
  2. 제1항에 있어서,
    화학식 1 중의 X-가 헥사플루오로인산 이온인 근적외선 흡수 색소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이, 할로겐원자로 치환되어 있어도 되는 직쇄 또는 분지상의 C1―10 알킬기, C3-12 시클로알킬기, 또는 시클로알킬 고리가 치환되어 있어도 되는 C3-12 시클로알킬-C1-10 알킬기인 근적외선 흡수 색소.
  4. 제3항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이, 하기 화학식 2로 표시되는 시클로알킬-알킬기인 근적외선 흡수 색소.
    [화학식 2]
    Figure pct00016

    (화학식 중, A는 탄소수 1~10의 직쇄 또는 분지상의 알킬기를 나타내고, m은 3~12의 정수를 나타낸다.)
  5. 제4항에 있어서,
    화학식 2로 표시되는 시클로알킬-알킬기가 시클로헥실메틸기인 근적외선 흡수 색소.
  6. 제3항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이, 하기 화학식 3으로 표시되는 모노할로겐화 알킬기인 근적외선 흡수 색소.
    [화학식 3]
    Figure pct00017

    (화학식 중, n은 1~9의 정수를 나타내고, Y는 할로겐원자를 나타낸다.)
  7. 제6항에 있어서,
    화학식 3으로 표시되는 모노할로겐화 알킬기가 3-플루오로프로필기인 근적외선 흡수 색소.
  8. 제3항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이 iso-부틸기인 근적외선 흡수 색소.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 근적외선 흡수 색소를 함유해서 되는 근적외선 차단 필터.
  10. 하기 화학식 1로 표시되는 디이모늄염을 유기용매 중에 회합상태에서 분산해서 되는 근적외선 흡수 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pct00018

    (화학식 중, R1~R8은 각각 동일해도 되고 상이해도 되는 유기기를 나타내고, X는 음이온을 나타낸다.)
  11. 제10항에 있어서,
    화학식 1 중의 X-가 헥사플루오로인산 이온인 근적외선 흡수 조성물.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이, 할로겐원자로 치환되어 있어도 되는 직쇄 또는 분지상의 C1―10 알킬기, C3-12 시클로알킬기, 또는 시클로알킬 고리가 치환되어 있어도 되는 C3-12 시클로알킬-C1-10 알킬기인 근적외선 흡수 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이, 하기 화학식 2로 표시되는 시클로알킬-알킬기인 근적외선 흡수 조성물.
    [화학식 2]
    Figure pct00019

    (화학식 중, A는 탄소수 1~10의 직쇄 또는 분지상의 알킬기를 나타내고, m은 3~12의 정수를 나타낸다.)
  14. 제13항에 있어서,
    화학식 2로 표시되는 시클로알킬-알킬기가 시클로헥실메틸기인 근적외선 흡수 조성물.
  15. 제12항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이, 하기 화학식 3으로 표시되는 모노할로겐화 알킬기인 근적외선 흡수 조성물.
    [화학식 3]
    Figure pct00020

    (화학식 중, n은 1~9의 정수를 나타내고, Y는 할로겐원자를 나타낸다.)
  16. 제15항에 있어서,
    화학식 3으로 표시되는 할로겐화 알킬기가 3-플루오로프로필기인 근적외선 흡수 조성물.
  17. 제12항에 있어서,
    화학식 1 중의 R1~R8 중 하나 이상이 iso-부틸기인 근적외선 흡수 조성물.
  18. 하기 화학식 4로 표시되는 디이모늄염 화합물.
    [화학식 4]
    Figure pct00021

    (화학식 중, X-는 음이온을 나타낸다.)
  19. 제18항에 있어서,
    화학식 4 중의 X-가 헥사플루오로인산 이온인 디이모늄염 화합물.
  20. 하기 화학식 5로 표시되는 디이모늄염 화합물.
    [화학식 5]
    Figure pct00022

    (화학식 중, X-는 음이온을 나타낸다.)
  21. 제20항에 있어서,
    화학식 5 중의 X-가 헥사플루오로인산 이온인 디이모늄염 화합물.
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