TW202214744A - 熱塑性樹脂及含該熱塑性樹脂之光學構件 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明有關新穎之熱塑性樹脂及藉此形成之光學構造,特別是光學透鏡。
本發明有關熱塑性樹脂及含其之光學構件。
作為相機、底片一體型相機、攝影機等之各種相機及感測相機等之光學系中使用之光學元件之材料,係使用光學玻璃或光學用透明樹脂。光學玻璃存在有耐熱性或透明度、尺寸穩定性、耐藥品性等優異,且具有各種折射率或阿倍數之多種材料,但除材料成本高以外,亦有成形加工性差,且生產性低的問題。特別是,於加工為像差修正所用之非球面透鏡時,因極高之技術與耗費高成本而於實用上成為較大障礙。
另一方面,由光學用透明樹脂,其中由熱塑性透明樹脂所成之光學透鏡具有可藉由射出成形而大量生產,且即使為非球面透鏡亦可容易製造之優點,目前已使用於相機用透鏡用途。例如例示為由雙酚A所成之聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚-4-甲基戊烯、聚甲基丙烯酸甲酯或非晶質聚烯烴等。
然而,光學用透明樹脂作為光學透鏡使用時,由於除了折射率與阿倍數以外,亦要求透明性、耐熱性、低雙折射性,故有使用部位被樹脂之特性平衡所限制之弱點。例如,聚苯乙烯之耐熱性低、雙折射較大,聚-4-甲基戊烯之耐熱性低,聚甲基丙烯酸甲酯之玻璃轉移溫度低、耐熱性低,由雙酚A所成之聚碳酸酯,由於具有雙折射較大等之弱點,故使用部位有限。
光學透鏡之光學設計中,藉由使用折射率、阿倍數彼此不同之複數透鏡而修正像差及色差之方法為已知。例如,將相較低之折射率、高阿倍數支環烯烴樹脂製之透鏡、與高折射率、低阿倍數之由雙酚A所成之聚碳酸酯樹脂製之透鏡予以組合,而修正像差及色差。然而,由於環烯烴樹脂與聚碳酸酯樹脂之間之吸水率差異而於吸水膨脹率產生差異,若將兩者組合形成透鏡單元,則於智慧型手機等之使用環境中吸水時,透鏡的大小會產生不同,而損及透鏡性能。
專利文獻1中報導使用顯示與高折射率、低阿倍數之聚碳酸酯樹脂相同程度之吸水率的十氫-1,4:5,8-二甲撐萘二醇(D-NDM)之低折射率、高阿倍數之聚碳酸酯樹脂,藉由組合該等,而緩和因吸水膨脹率差所致之透鏡性能損失。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2017/175693號
[發明欲解決之課題]
近年來,隨著光學單元之用途擴大而對光學性能的要求擴大及隨著設計者之設計理念不斷擴大,光學透鏡的光學設計,不僅限於將如上所述之比較高折射率、低阿倍數之樹脂製透鏡與低折射率、高阿倍數之樹脂製透鏡之組合,亦要求與低折射率、低阿倍數之樹脂透鏡之組合。
此外,不僅折射率及阿倍數,就耐熱性、雙折射、及與上述樹脂之吸水膨脹率差較小等,若作為光學透鏡用樹脂不適當,則設計者亦不會採用。
因此,本發明為了使光學透鏡之設計者可採用各種類型之透鏡,目的在於提供低折射率、低阿倍數及與聚碳酸酯樹脂同程度之吸水率的光學透鏡用之熱塑性樹脂。
[用以解決課題之手段]
本發明人等發現藉由具有以下態樣之本發明,可解決上述課題。
《態樣1》
一種熱塑性樹脂,其包含以式(1)、式(2)及式(3)表示之重複單位,折射率為1.510~1.570,
{式(1)中,R
1、R
2、R
3及R
4分別獨立表示氫原子或碳原子數1~10之烴基}
{式(3)中,n為1~8之範圍,R分別獨立選自氫原子或碳原子數1~3之烷基,R
5及R
6分別獨立表示氫原子或碳原子數1~10之烴基}。
《態樣2》
如態樣1之熱塑性樹脂,其中阿倍數為32.0~40.0。
《態樣3》
如態樣1或2之熱塑性樹脂,其中飽和吸水率為0.1%~0.7%。
《態樣4》
如態樣1至3中任一項之熱塑性樹脂,其中玻璃轉移溫度為130℃~160℃。
《態樣5》
如態樣1至4中任一項之熱塑性樹脂,其中配向雙折射為6×10
-3以下。
《態樣6》
如態樣1至5中任一項之熱塑性樹脂,其中上述式(1)之重複單位為1莫耳%以上40莫耳%以下。
《態樣7》
如態樣1至6中任一項之熱塑性樹脂,其中上述式(2)之重複單位為30莫耳%以上60莫耳%以下。
《態樣8》
如態樣1至7中任一項之熱塑性樹脂,其中上述式(3)之重複單位為20莫耳%以上50莫耳%以下。
《態樣9》
一種光學構件,其包含如態樣1至8中任一項之熱塑性樹脂。
下文將詳細說明用以實施本發明之形態,但本發明不限於此,在不脫離其主旨之範圍內可進行各種變更。
《熱塑性樹脂》
本發明之熱塑性樹脂包含以上述式(1)、上述式(2)及上述式(3)表示之重複單位。且折射率為1.510~1.570。
先前技術文獻1中記載之如D-NDM之含有多環系之骨架之重複單位構造具有每單位體積之原子密度高、高折射率及高阿倍數之特性。另一方面,藉由具有本發明之包含上述式(2)之螺環構造及上述式(3)之亞環己基雙酚骨架之重複單位構造,使每單位體積之原子密度變低,成為低折射率及低阿倍數。且,由於上述式(2)、上述式(3)具有正的雙折射性,相對地具有卡多構造之上述式(1)具有負的雙折射性,故藉由組合該等,而可低折射率、低阿倍數及低配向雙折射化。
《熱塑性樹脂構造》
上述式(1)中之R
1、R
2、R
3及R
4分別獨立表示氫原子或碳原子數1~10之烴基,作為烴基,可舉例為烷基、環烷基及芳基。
作為烷基,舉例為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第三丁基等,較佳為甲基、乙基。
作為環烷基,舉例為環丙基、環丁基、環戊基、環己基及雙環[1.1.1]戊基等。
作為芳基,舉例為苯基、甲苯基、萘基、二甲苯基等,較佳為苯基。
R
1~R
4較佳分別獨立為氫原子、甲基、苯基,更佳為氫原子或苯基,又更佳R
1及R
2分別獨立為氫原子或苯基,R
3及R
4為氫原子。
上述式(2)及上述式(3)具有正的雙折射,相對地具有卡多構造之上述式(1)具有負的雙折射。上述情況下,由於可不大幅增加折射率而增加上述式(1)之導入量,故可實現低折射率及低配向雙折射化。
以上述式(1)表示之重複單位,較佳為衍生自9,9-雙(4-(羥基乙氧基)苯基)茀(以下簡稱為BPEF)、9,9-雙(4-(羥基乙氧基)-3-苯基苯基)茀之重複單位,更佳為衍生自9,9-雙(4-(羥基乙氧基)苯基)茀之重複單位。
本發明之熱塑性樹脂中,上述式(1)表示之重複單位,可含有1莫耳%以上、5莫耳%以上、10莫耳%以上、12莫耳%以上、15莫耳%以上、20莫耳%以上、25莫耳%以上、30莫耳%以上,亦可含有40莫耳%以下、35莫耳%以下、30莫耳%以下、25莫耳%以下、20莫耳%以下、15莫耳%以下、10莫耳% 以下。本發明之熱塑性樹脂,上述式(1)之重複單位較佳包含1莫耳%以上40莫耳%以下,更佳為5莫耳%以上35莫耳%以下,又更佳為10莫耳%以上35莫耳%以下,特佳為12莫耳%以上35莫耳%以下,最佳為15莫耳%以上35莫耳%以下。
藉由以上述上限以下包含上述式(1),可低折射率化,藉由以上述下限以上包含上述式(1),可低雙折射化及高耐熱化。
上述式(2)表示之重複單位係衍生自3,9-雙(2-羥基-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10-四氧代螺(5.5)十一烷(以下有時簡稱為SPG)之重複單位。
本發明之熱塑性樹脂中,以上述式(2)表示之重複單位,可含有25莫耳%以上、30莫耳%以上、35莫耳%以上、40莫耳%以上、45莫耳%以上、50莫耳%以上,亦可60莫耳%以下、55莫耳%以下、50莫耳%以下、45莫耳%以下、40莫耳%以下。本發明之熱塑性樹脂中,上述式(2)之重複單位較佳包含25莫耳%以上60莫耳%以下,更佳為30莫耳%以上60莫耳%以下,又更佳為30莫耳%以上55莫耳%以下,特佳為30莫耳%以上50莫耳%以下。
藉由以上述上限以下包含上述式(2),可高耐熱化,藉由以上述下限以上包含上述式(2),可低折射率及低阿倍數化。
上述式(3)中之n表示1~8之範圍,較佳為1~5,更佳為1~3,又更佳為3。且,R分別獨立表示氫原子或碳原子數1~3之烷基,較佳為甲基、乙基,更佳為甲基。R
5、R
6分別獨立表示氫原子或碳原子數1~10之烴基,作為烴基可舉例為烷基、環烷基及芳基。
作為烷基,舉例為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第三丁基等,較佳為甲基、乙基。
作為環烷基,舉例為環丙基、環丁基、環戊基、環己基及雙環[1.1.1]戊基等。
作為芳基,舉例為苯基、甲苯基、萘基、二甲苯基等,較佳為苯基。
較佳R
5、R
6分別獨立為氫原子、甲基、苯基,更佳為氫原子或苯基,又更佳為氫原子。
由於R之取代基為上述時,可能進一步高耐熱化,且R
5、R
6之取代基為上述時,折射率不會大幅上升,可增加上述式(3)之導入量,故可能低折射率及高耐熱化。
以上述式(3)表示之重複單位較佳為衍生自4,4’-(3,3,5-三甲基亞環己基)雙酚(以下有時簡稱為BisTMC)、4,4’-亞環己基雙酚(以下有時簡稱為BisZ)、4,4’-(3-甲基亞環己基)雙酚(以下有時簡稱為Bis3MZ)之重複單位,更佳為衍生自BisTMC之重複單位。
本發明之熱塑性樹脂中,以上述式(3)表示之重複單位,可含有20莫耳%以上、25莫耳%以上、30莫耳%以上、35莫耳%以上、40莫耳%以上,可含有50莫耳%以下、45莫耳%以下、40莫耳%以下、35莫耳%以下、30莫耳%以下。本發明之熱塑性樹脂中,上述式(3)之重複單位較佳含有20莫耳%以上50莫耳%以下,更佳為25莫耳%以上50莫耳%以下,又更佳為25莫耳%以上45莫耳%以下,特佳為30莫耳%以上45莫耳%以下。
藉由以上述上限以下包含上述式(3),可低雙折射化,藉由以上述下限以上包含上述式(3),可低折射率化及低阿倍數化高耐熱化。
本發明之熱塑性樹脂,在獲得本發明之有利效果的範圍內,可含有上述式(1)、上述式(2)及上述式(3)表示之重複單位以外的重複單位。作為帶來此等重複單位之二羥基化合物,舉例為乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇、三環[5.2.1.0
2,6]癸烷二甲醇、環己烷-1,4-二甲醇、十清萘-2,6-二甲醇、降冰片烷二甲醇、五環十五烷二甲醇、環戊烷-1,3-二甲醇、異山梨酯、異甘露醇、艾杜糖醇、對苯二酚、間苯二酚、2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3-甲基-4-羥基苯基)丙烷、1,1-雙(4-羥基苯基)-1-苯基乙烷、雙(4-羥基苯基)二苯基甲烷、1,3-雙(2-(4-羥基苯基)-2-丙基)苯、雙(4-羥基苯基)碸、雙(4-羥基苯基)亞碸、聯酚、雙酚茀、雙甲酚茀等。此等種重複單位於全部重複單位中可為10莫耳%以下。
本發明之熱塑性樹脂較佳於末端不存在酚性羥基。亦即藉由使帶來上述式(3)表示之重複單位的單體聚合而於末端鍵結時,末端基成為酚性羥基。因此,例如較佳於聚合時使用比原料的二羥基化合物更為過量之碳酸二酯,藉由末端為苯基,而減少熱塑性樹脂之末端酚性羥基之量。末端酚性羥基之比率可如下求出。
末端酚性羥基比率=(末端酚性羥基量/總末端量)×100
又,總末端係由末端酚性羥基、終端醇性羥基及末端苯基而成。
雖不限於此例,但具體而言可藉由如下方法求出末端酚性羥基比率。
(1)以熱塑性樹脂之1H NMR測定進行觀測末端酚性羥基,取該波峰之積分將其設為1。此時,同時自源自上述式(1)之茀構造之4,5位之波峰積分強度求出茀結構1質子量之積分強度(A)。
當然,未觀測到末端酚性羥基之波峰時,末端酚性羥基比率為0。
(2)自熱塑性樹脂之GPC測定所得之數平均分子量與各重複單位之分子量與莫耳比求出熱塑性樹脂之平均聚合度,自上述式(1)之莫耳%與積分強度(A),以下述式求出末端之1H NMR光譜的積分強度(B)。
(B)=(A)×100×2/([上述式(1)之莫耳%]×平均聚合度)
(3)末端酚性羥基比率以1/(B)×100求出。
本發明之熱塑性樹脂之相對於總末端之末端酚性羥基比率較佳為30%以下、20%以下、15%以下、10%以下、5%以下、3%以下、1%以下或0.5%以下。
《熱塑性樹脂物性》
本發明之熱塑性樹脂之折射率於溫度:20℃、波長:589nm下測定時可為1.510以上、1.515以上、1.520以上、1.525以上、1.530以上、1.535以上、或1.540以上,可為1.570以下、1.565以下、1.560以下或1.555以下。例如,本發明之熱塑性樹脂之折射率可為1.510~1.570、1.520~1.570、1.520~1.560、1.530~1.560。
本發明之熱塑性樹脂之阿倍數為32.0以上、32.5以上、33.0以上、33.5以上、或34.0以上,可為40.0以下、39.5以下、39.0以下、38.5以下、38.0以下、37.5以下、或37.0以下。例如,本發明之熱塑性樹脂之阿倍數為32.0~40.0、32.0~38.0、32.0~37.0、32.0~36.0。
此處,阿倍數係自溫度:20℃、波長:486.13nm、587.56nm、656.27nm之折射率,使用下述式算出:
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd:波長587.56nm之折射率,
nF:波長486.13nm之折射率,
nC:波長656.27nm之折射率。
本發明之熱塑性樹脂的比黏度較佳為0.12~0.32之範圍,更佳為0.18~0.30之範圍。比黏度為0.12~0.32時,成形性及強度之均衡優異。
比黏度之測定方法係將熱塑性樹脂0.7g溶解於100ml二氯甲烷之溶液於20°C下之比黏度(ηSP),以烏氏黏度計測定,自以下式算出。
比黏度(ηSP)=(t-t0)/t0
[t0係二氯甲烷之降下秒數,t係試料溶之降下秒數]
本發明之熱塑性樹脂之配向雙折射(Δn)之絕對值較佳為6.0×10
-3以下,更佳為5.5×10
-3以下,又更佳為5.0×10
-3以下,較佳為4.5×10
-3以下。
配向雙折射若為上述以下,由於對色差不造成太大影響,故可維持如光學設計之性能。配向雙折射(Δn)係將由熱塑性樹脂所得之厚100μm之澆鑄膜於Tg±10℃延伸2倍後,於波長589nm下測定。
本發明之熱塑性樹脂之1mm厚的全光線透過率較佳為80%以上,更佳為85%以上,又更佳為88%以上。
本發明之熱塑性樹脂之飽和吸水率可為0.10%以上、0.15%以上、0.20%以上、0.25%以上、0.30%以上,可為0.70%以下、0.65%以下、0.60%以下。例如,本發明之熱塑性樹脂之飽和吸水率可為0.10%~0.70%、0.20%~0.70%、0.30%~0.65%。
本發明之熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度可為130℃以上、135℃以上、140℃以上、或145℃以上,可為160℃以下、155℃以下、150°C以下。本發明之熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度較佳為130℃~160℃,更佳為135℃~160℃,又更佳為135℃~155℃,特佳為140℃~155℃。
作為本發明之熱塑性樹脂,舉例為重複單位包含以式(1)、式(2)及式(3)表示之碳酸酯構造之聚碳酸酯,或重複單位包含以式(1)、式(2)及式(3)表示之重複單位與該等以外之酯構造之聚酯碳酸酯等。其中基於耐熱性、耐濕熱性之方面較佳為聚碳酸酯。
〈聚碳酸酯樹脂之製造方法〉
本發明之聚碳酸酯樹脂係藉由通常製造聚碳酸酯樹脂之本身已知之反應手段,例如,使碳酸二酯等之碳酸酯前驅物質與二羥基化合物反應之方法而製造。接著針對該等製造方法簡要說明基本手段。
使用碳酸二酯作為碳酸酯前物質之酯交換反應係在惰性氣體環境下,邊將特定比例之二羥基化合物與碳酸二酯加熱邊攪拌,將生成之醇或酚類餾出之方法進行。反應溫度因隨產生之醇或酚類之沸點等而異,但通常在120~300℃之範圍。反應係自其初期進行減壓邊將生成之醇或酚類餾出而完成反應。且,根據需要,可添加末端終止劑、抗氧化劑等。
作為前述酯交換反應所用之碳酸二酯,舉例為可經取代之碳數6~12之芳基、芳烷基等之酯。具體例示為碳酸二苯基、碳酸二甲苯酯、碳酸雙(氯苯基)酯及碳酸間甲苯酯等。其中特佳為碳酸二苯酯。碳酸二苯酯之使用量,相對於二羥基化合物之合計1莫耳,較佳為0.95~1.10莫耳,更佳為0.98~1.04莫耳。
起為了於熔融聚合法中加快聚合速度,可使用聚合觸媒,作為該聚合觸媒,舉例為鹼金屬化合物、鹼土金屬化合物、含氮化合物等。
作為此等化合物,較佳使用鹼金屬或鹼土類金屬之有機酸鹽、無機鹽、氧化物、氫氧化物、氫化物、烷氧化物、氫氧化4級銨等,該等化合物可單獨使用或組合使用。
作為鹼金屬化合物,可例示氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銫、氫氧化鋰、碳酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銫、碳酸鋰、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸銫、乙酸鋰、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸銫、硬脂酸鋰、硼氫化鈉、苯甲酸鈉、苯甲酸鉀、苯甲酸銫、苯甲酸鋰、磷酸氫2鈉、磷酸氫2鉀、磷酸氫2鋰、苯基磷酸2鈉、雙酚A之2鈉鹽、2鉀鹽、2銫鹽、2鋰鹽、酚之鈉鹽、鉀鹽、銫鹽、鋰鹽等。
作為鹼土類金屬化合物,可例示氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鍶、氫氧化鋇、碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸鍶、碳酸鋇、二乙酸鎂、二乙酸鈣、二乙酸鍶、二乙酸鋇等。
作為含氮化合物,舉例為氫氧化四甲基銨、氫氧化四乙基銨、羥基四丙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化三甲基苄基銨等之具有烷基、芳基之4級銨類。可例示四甲基銨硼氫化物、四丁基銨硼氫化物、四丁基銨四苯基硼酸鹽、四苯基銨四苯基硼酸鹽等之鹼或鹼性鹽等。
作為其他酯交換觸媒舉例為鋅、錫、鋯、鉛、鈦、鍺、銻、鋨之鹽,例如使用乙酸鋅、苯甲酸鋅、2-乙基己酸鋅、氯化錫(II)、氯化錫(IV)、乙酸錫(II)、乙酸錫(IV)、二丁基錫二月桂酸鹽、二丁基錫氧化物、二丁基錫二甲氧化物、乙醯丙酮酸鋯、氧乙酸鋯、四丁氧化鋯、乙酸鉛(II)、乙酸鉛(IV)、四丁氧化鈦(IV)等。亦可使用國際公開第2011/010741號及日本特開2017-179323號公報中使用之觸媒。
此外,亦可使用由鋁或其化合物與磷化合物所成之觸媒。該情況下,對於使用之總單體單位之合計1莫耳,可使用8×10
-5莫耳以上、9×10
-5莫耳以上、1×10
-4莫耳以上,可使用1×10
-3莫耳以下、8×10
-4莫耳以下、6×10
-4莫耳以下。
作為鋁鹽可舉例為鋁之有機酸鹽及無機酸鹽。作為鋁之有機酸鹽,可舉例為例如鋁之羧酸鹽,具體可舉例為甲酸鋁、乙酸鋁、丙酸鋁、草酸鋁、丙烯酸鋁、月桂酸鋁、硬脂酸鋁、苯甲酸鋁、三氯乙酸鋁、乳酸鋁、檸檬酸鋁及水楊酸鋁。作為鋁之無機酸鹽,可舉例例如氯化鋁、氫氧化鋁、氫氧化氯化鋁、碳酸鋁、磷酸鋁及膦酸鋁。作為鋁螯合物,舉例為例如乙醯丙酮酸鋁、乙醯乙酸鋁、乙基乙醯乙酸鋁及乙基乙醯丙酮酸鋁-二異丙氧化物。
作為磷化合物,可舉例例如膦酸系化合物、次磷酸系化合物、膦氧化物系化合物、亞膦酸系化合物、亞磷酸系化合物及膦系化合物。該等中,特別舉例為膦酸系化合物、次磷酸系化合物及膦氧化物系化合物,特別舉例為膦酸系化合物。
該等聚合觸媒之使用量,相對於二羥基成分1mol較佳為0.1μmol~500μmol,更佳為0.5μmol~300μmol,又更佳為1μmol~100μmol。
又,於反應後期亦可添加觸媒滅活劑。作為使用之觸媒滅活劑,可有效使用已知之觸媒失活劑,但該等中較佳為磺酸之銨鹽,鏻鹽。進而較佳為十二烷基苯磺酸四丁基鏻鹽等之十二烷基苯磺酸之鹽類、對甲苯磺酸四丁基銨鹽等之對甲苯磺酸之鹽類。
作為磺酸之酯,較佳使用苯磺酸甲酯、苯磺酸乙酯、苯磺酸丁酯、苯磺酸辛酯、苯磺酸苯酯、對甲苯磺酸甲酯、對甲苯磺酸乙酯、對甲苯磺酸丁酯、對甲苯磺酸辛酯、對甲苯磺酸苯酯等。其中,最佳使用十二烷基苯磺酸四丁鏻鹽。
該等觸媒失活劑之使用量,於使用選自鹼金屬化合物及/或鹼土類金屬化合物之至少1種聚合觸媒時,可以每1莫耳觸媒較佳為0.5~50莫耳之比例,更佳為0.5~10莫耳之比例,又更佳為0.8~5莫耳之比例使用。
<聚酯碳酸酯樹脂之製造方法>
本發明之熱塑性樹脂可為聚酯碳酸酯樹脂。聚酯碳酸酯樹脂可藉由通常製造聚酯碳酸酯樹脂之本身已知的反應手段,例如對於二羥基化合物使碳酸二酯等之碳酸酯前驅物質與二羧酸或其酯形成衍生物進行聚縮合反應之方法而製造。
二羥基化合物、二羧酸或其醯氯與光氣之反應,係於非水系中於酸結合劑及溶劑之存在下進行反應。例如,作為酸結合劑使用例如吡啶、二甲胺基吡啶、三級胺等。作為溶劑使用例如二氯甲烷或氯苯等之鹵化烴。作為分子量調節劑,期望使用例如酚或對-第三丁基酚等之末端終止劑。反應溫度通常為0~40℃,反應時間較佳為數分鐘~5小時。
酯交換反應係在惰性氣體環境下混合二羥基化合物與二羧酸或其二酯與碳酸二芳基酯,在減壓下通常於120~350℃,較佳150~300℃反應。減壓度係階段性變化,最終於133Pa以下將產生之醇餾除。反應時間通常為1~4小時左右。且,酯交換反應可使用用以促進反應之聚合觸媒。作為此種聚合觸媒係使用鹼金屬化合物或鹼土類金屬化合物或重金屬化合物作為主成分,根據需要,較佳進而使用含氮鹼性化合物作為副成分。
作為鹼金屬化合物,舉例為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、乙酸鈉、乙酸鉀、乙酸鋰、硬脂酸鈉、硬脂酸鉀、硬脂酸鋰、雙酚A之鈉鹽、鉀鹽、鋰鹽、苯甲酸鈉、苯甲酸鉀、苯甲酸鋰等。作為鹼土類金屬化合物,舉例為氫氧化鈣、氫氧化鋇、氫氧化鎂、氫氧化鍶、碳酸氫鈣、碳酸氫鋇、碳酸氫鎂、碳酸氫鍶、碳酸鈣、碳酸鋇、碳酸鎂、碳酸鍶、乙酸鈣、乙酸鋇、乙酸鎂、乙酸鍶、硬脂酸鈣、硬脂酸鋇、硬脂酸鎂、硬脂酸鍶等。
作為含氮鹼性化合物,舉例為氫氧化四甲基銨、氫氧化四乙基銨、氫氧化四丁基銨、氫氧化三甲基苄基銨、三甲胺、三乙胺、二甲基苄基胺、三苯胺、二甲胺基吡啶等。
作為其他酯交換觸媒,可同樣使用於上述聚碳酸酯之製造方法中,作為酯交換觸媒所舉例之觸媒。
本發明之熱塑性樹脂為聚酯碳酸酯時,聚合反應結束後,為了保持熱穩定性及水解穩定性,可去除觸媒或使之失活。一般適於實施添加已知酸性物質進行觸媒失活之方法。作為該等物質,具體而言,可適當使用苯甲酸丁酯等之酯類、對甲苯磺酸等之芳香族磺酸類、對甲苯磺酸丁酯、對甲苯磺酸己酯等之芳香族磺酸酯類、亞磷酸、磷酸、膦酸等之磷酸類、亞磷酸三苯酯、亞磷酸單苯酯、亞磷酸二苯酯、亞磷酸二乙酯、亞磷酸二正丙酯、亞磷酸二正丁酯、亞磷酸二正己酯、亞磷酸二辛酯、亞磷酸單辛酯等之亞磷酸酯類、磷酸三苯酯、磷酸二苯酯、磷酸單苯酯、磷酸二丁酯、磷酸二辛酯、磷酸單辛酯等之磷酸酯類、二苯基膦酸、二辛基膦酸、二丁基膦酸等之膦酸類、苯基膦酸二乙酯等之膦酸酯類、三苯基膦、雙(二苯基膦醯)乙烷等之膦類、硼酸、苯基硼酸等之硼酸類、十二烷基苯磺酸四丁基鏻鹽等之芳香族磺酸鹽類、硬脂醯氯、氯化苯甲醯、對甲苯磺醯氯等之有機鹵化物、二甲基硫酸等之烷基硫酸、氯化苄基等之有機鹵化物。該等失活劑,相對於觸媒劑量使用0.01~50倍莫耳,較佳使用0.3~20倍莫耳。相對於觸媒量少於0.01倍莫耳時,失活效果變得不足而欠佳。此外,相對於觸媒劑量多於50倍莫耳時,因耐熱性降低,成形體易著色而欠佳。
觸媒失活後,亦可設置將熱塑性樹脂中之低沸點化合物於13.3~133Pa之壓力、200~320℃之溫度揮發去除之步驟。
《熱塑性樹脂組成物》
本發明之熱塑性樹脂中,根據需要,可適當添加脫模劑、熱穩定劑、紫外線吸收劑、藍化劑、抗靜電劑、難燃劑、可塑劑、填充劑、抗氧化劑、光穩定劑、聚合金屬失活劑、潤滑劑、界面活性劑、抗菌劑等之添加劑作成樹脂組成物使用。作為具體之脫模劑、熱穩定劑,較佳舉例為國際公開2011/010741號說明書中記載者。
作為特佳之脫模劑,較佳使用硬脂酸單甘油酯、硬脂酸三甘油酯、季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸三甘油酯與硬脂酸硬脂酯之混合物。且脫模劑中之前述酯之量,於將脫模劑設為100重量%時,較佳為90重量%以上,更佳為95重量%以上。且,作為調配於熱塑性樹脂之脫模劑,相對於熱塑性樹脂100重量份,較佳於0.005~2.0重量份之範圍,更佳為0.01~0.6重量份之範圍內,又更佳為0.02~0.5重量份之範圍。
作為熱穩定劑,舉例為磷系熱穩定劑、硫系熱穩定劑及受阻酚系熱穩定劑。
且作為特佳之磷系熱穩定劑,可使用三(2,4-二第三丁基苯基)磷酸酯、雙(2,6-二第三丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二磷酸酯、四(2,4-二第三丁基苯基)-4,4’-聯苯基二亞磷酸酯。且,作為磷系熱穩定劑在聚碳酸酯樹脂中之含量,相對於熱塑性樹脂100重量份較佳為0.001~0.2重量份。
且,作為特佳之硫系熱穩定劑,為季戊四醇-四(3-月桂基硫丙酸酯)。且,硫系熱穩定劑在熱塑性樹脂中之含量,相對於熱塑性樹脂100重量份較佳為0.001~0.2重量份。
且作為較佳之受阻酚系熱穩定劑,為十八烷基-3-(3,5-二第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、季戊四醇-四[3-(3,5-二第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]。
作為熱塑性樹脂中之受阻酚系熱穩定劑之含量,相對於熱塑性樹脂100重量份較佳為0.001~0.3重量份。
亦可併用磷系熱穩定劑與受阻酚系熱穩定劑。
作為紫外線吸收劑,較佳為選自由苯并三唑系紫外線吸收劑、二苯甲酮系紫外線吸收劑、三嗪系紫外線吸收劑、環狀亞胺酯系紫外線吸收劑及氰丙烯酸酯系所成之群之至少1種紫外線吸收劑。
苯并三唑系紫外線吸收劑中,更佳為2-(2-羥基-5-第三辛基苯基)苯并三唑、2,2’-亞甲基雙[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-6-(2H-苯并三唑-2基)酚]。
作為二苯甲酮系紫外線吸收劑,舉例為2-羥基-4-正十二烷氧基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基-2’-羧基二苯甲酮。
作為三嗪系紫外線吸收劑,舉例為2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-[(己基)氧基]酚、2-(4,6-雙(2,4-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5-[(辛基)氧基]酚等。
作為環狀亞胺酯系紫外線吸收劑,特別適合為2,2’-對-伸苯基雙(3,1-苯噁嗪-4-酮)。
作為氰基丙烯酸酯系紫外線吸收劑,舉例為1,3-雙-[(2’-氰基-3’,3’-二苯基丙烯醯基)氧基]-2,2-雙[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯醯基)氧基]甲基)丙烷及1,3-雙-[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯醯基)氧基]苯等。
紫外線吸收劑之調配量,相對於熱塑性樹脂100重量份較佳為0.01~3.0重量份,若為該調配量之範圍,則根據用途,可對熱塑性樹脂成形品賦予足夠之耐候性。
作為抗氧化劑,舉例為三乙二醇-雙[3-(3-第三丁基-5-甲基-4-羥基苯基)丙酸酯]、1,6-己二醇-雙[3-(3,5-二第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、季戊四醇-四[3-(3,5-二第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]、十八烷基-3-(3,5-二第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二第三丁基-4-羥基苄基)苯、N,N-六亞甲基雙(3,5-二第三丁基-4-羥基-氫桂皮醯胺)、3,5-二第三丁基-4-羥基-苄基磷酸二乙酯、三(3,5-二第三丁基-4-羥基苄基)異氰尿酸酯及3,9-雙{1,1-二甲基-2-[β-(3-第三丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙醯氧基]乙基}-2,4,8,10-四氧雜螺(5,5)十一烷等。抗氧化劑之調配量,相對於熱塑性樹脂組成物100質量份,較佳為0.50質量份以下,更佳為0.05~0.40質量份,又更佳為0.05~0.20質量份或0.10~0.40質量份,特佳為0.20~0.40質量份。
《光學構件》
本發明之光學構件包含上述熱塑性樹脂。作為此等光學構件,只要上述熱塑性樹脂有用之光學用途,則未特別限制,但可舉例為光碟、透明導電性基板、光卡、薄片、薄膜、光纖、透鏡、稜鏡、光學膜、基盤、光學濾光片、硬塗膜等。
又,本發明之光學構件可由含有上述熱塑性樹脂之樹脂組成物構成,該樹脂組成物中,根據需要,可調配熱穩定劑、可塑劑、光穩定劑、聚合金屬失活劑、難燃劑、潤滑劑、抗靜電劑、界面活性劑、抗菌劑、紫外線吸收劑、脫模劑、藍化劑、填充劑、抗氧化劑等添加劑。
《光學透鏡》
作為本發明之光學構件,特別可舉例光學透鏡。作為此等光學透鏡,可舉例為用於行動電話、智慧型手機、平板終端、個人電腦、數位相機、攝影機、車載相機、監視相機等之攝像透鏡、或TOF相機等之感測相機。
本發明之光學透鏡藉射出成形製造時,較佳以汽缸溫度230~350℃、模具溫度70~180℃之條件成形。更佳以汽缸溫度250~300℃、模具溫度80~170℃之條件成形。汽缸溫度高於350℃時,熱塑性樹脂容易分解著色,低於230℃時,熔融黏度變高而成形容易變困難。且模具溫度高於180℃時,由熱塑性樹脂所成之成形片難以自模具取出。另一方面,模具溫度低於70℃時,成形時於模具内樹脂過早乾固不易控制成形片之形狀,賦予至模具之賦形難以充分轉印。
本發明之光學透鏡根據需要可使用非球面透鏡之形式適當實施。非球面透鏡由於單片透鏡之球面像差基本上為零,故無需組合多個球面透鏡來消除球面像差,從而可輕量化及減低成形成本。因此,非球面透鏡於光學透鏡中作為相機透鏡特別有用。
又,本發明之熱塑性樹脂,由於成形流動性高,故作為薄壁小型且複雜之形狀的光學透鏡材料特別有用。作為具體之鏡頭尺寸,中心部之厚度為0.05~3.0mm,更佳為0.05~2.0mm,又更佳為0.1~2.0mm。且,直徑為1.0mm~20.0mm,較佳為1.0~10.0mm,更佳為3.0~10.0mm。又,作為其形狀,較佳為單面為凸、單面為凹之半月板透鏡。
由本發明之熱塑性樹脂所成之透鏡係藉由模具成形、切割、研磨、雷射加工、放電加工、蝕刻等之任意方法成形。該等中,基於製造成本方面更佳為模具成形。
本發明將藉以下實施例更具體說明,但本發明不受限於此。
《評價方法》
〈熱可塑性樹脂組成〉
以JOL JNM-ECZ400S測定1H NMR,算出各熱塑性樹脂之組成比。
<玻璃轉移溫度>
所得熱塑性樹脂藉由T.I.Instruments Japan(股)製
Discovery DSC25 Auto型,以升溫速度20℃/min測定。試料以5~10mg測定。
<折射率>
製作各熱塑性樹脂之3mm厚試驗片並研磨後,使用島津製作所製之Kalnew精密折射計KPR-2000,測定折射率nd(587.56nm)。
<阿倍數>
自阿倍數之測量波長為486.13nm、587.56nm、656.27 nm之折射率,使用下述式算出。
νd=(nd-1)/(nF-nC)
nd:波長587.56nm之折射率,
nF:波長486.13nm之折射率,
nC:波長656.27nm之折射率。
<配向雙折射之絕對值>
將熱塑性樹脂溶解於二氯甲烷後,澆鑄於玻璃皿上,充分乾燥製作厚度100μm之澆鑄膜。該膜於Tg+10℃延伸2倍,使用日本分光(股)製橢圓偏光儀M-220測定589nm之相位差(Re),由下述式求出配向雙折射之絕對值(|Δn|)。
|Δn|=|Re/d|
Δn:配向雙折射
Re:相位差(nm)
d:厚(nm)
<吸水率>
根據ISO62測定藉由射出成形所得之板狀成形片。
<透鏡之光學失真評價>
以汽缸溫度270℃、模具溫度115℃下,使用住友重機(股)製SE30DU射出成形機,射出成形厚度0.2mm、凸面曲率半徑5mm、凹面曲率半徑4mm、ϕ5mm之非球面透鏡。以正交尼科爾法將非球面透鏡夾在兩片偏光板之間,藉由目視觀察漏光而評價光學失真。評價藉以下基準進行。
A:幾乎無漏光。
B:燒見到漏光。
C:有漏光。
F:漏光顯著。
[實施例]
<實施例1>
將21.93g(0.05莫耳)之9,9-雙[4-(2-羥基乙氧基)苯基]茀(BPEF)、173.50g(0.57莫耳)之3,9-雙(2-羥基-1,1-二甲基乙基)-2,4,8,10-四氧雜螺(5.5)十一烷(SPG)、117.95g(0.38莫耳)之4,4’-(3,3,5-三甲基亞環己基)雙酚(BisTMC)、218.50g(1.02莫耳)之碳酸二苯酯及作為觸媒之濃度40mmol/L之碳酸氫鈉水溶液0.125mL(碳酸氫鈉5.0μmol)與274mmol/L之氫氧化四甲基銨水溶液0.109mL(氫氧化四甲基銨30μmol)在氮氣環境下加熱至180℃並熔解。然後,歷時10分中將減壓度調整為20kPa。以60℃/hr之速度進行升溫至250℃,酚流出量達到70%後歷時1小時將反應器內壓力設為133Pa以下。合計攪拌3.5小時進行反應,反應結束後從燒瓶中取出樹脂。所得聚碳酸酯樹脂之組成比由NMR測定。
<實施例2~10>
以BPEF、SPG及BisTMC之組成比成為表1記載之比率,變更單體比率以外,與實施例1同樣製造聚碳酸酯樹脂。
《結果》
各實施例及比較例之構成及其評價結果彙總示於下表1。
本發明之熱塑性樹脂可使用於光學材料,可使用於光學透鏡、稜鏡、光碟、透明導電基板、光卡、薄片、薄膜、光纖、光學膜、光學濾光片、硬塗膜等之光學構件,特別於光學透鏡極為有用。
Claims (9)
- 如請求項1之熱塑性樹脂,其中阿倍數為32.0~40.0。
- 如請求項1或2之熱塑性樹脂,其中飽和吸水率為0.1%~0.7%。
- 如請求項1至3中任一項之熱塑性樹脂,其中玻璃轉移溫度為130℃~160℃。
- 如請求項1至4中任一項之熱塑性樹脂,其中配向雙折射為6×10 -3以下。
- 如請求項1至5中任一項之熱塑性樹脂,其中上述式(1)之重複單位為1莫耳%以上40莫耳%以下。
- 如請求項1至6中任一項之熱塑性樹脂,其中上述式(2)之重複單位為30莫耳%以上60莫耳%以下。
- 如請求項1至7中任一項之熱塑性樹脂,其中上述式(3)之重複單位為20莫耳%以上50莫耳%以下。
- 一種光學構件,其係包含如請求項1至8中任一項之熱塑性樹脂。
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