TWI576371B - 聚合性無機粒子分散劑,含有該聚合性無機粒子分散劑之無機有機複合粒子及無機有機樹脂複合材 - Google Patents

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Description

聚合性無機粒子分散劑,含有該聚合性無機粒子分散劑之無機有機複合粒子及無機有機樹脂複合材
本發明係關於一種高折射率、高阿貝數之聚合性無機粒子分散劑,與使用該聚合性無機粒子分散劑之無機有機複合粒子及無機有機樹脂複合材。詳細而言,係關於一種可提供兼具高折射率與高阿貝數之相反性能的複合材組成物且本身為高折射率、高阿貝數之聚合性無機粒子分散劑,與使用該聚合性無機粒子分散劑之無機有機複合粒子及無機有機樹脂複合材,進而使用該無機有機樹脂複合材之光學材料。又,本發明係關於一種兼具較高之折射率與較高之阿貝數之新穎化合物。
近年來,以行動電話為代表之資訊終端機器、平板顯示器(FPD,Flat Panel Display)、透鏡材料、光纖等中越來越多地使用輕量且耐衝擊性較高,生產效率較高之塑膠製材料來代替無機玻璃。
其中,於要求高折射率之領域,材料之高折射率化自不待言,亦謀求對不同波長之折射率差之程度較小之材料(高阿貝數之材料)。然而,塑膠製之材料中,折射率與阿貝數處於相反之關係,難以同時滿足兩者。
為了改善此種有機材料之問題,近年來,業界正研究使有機材料與無機材料於分子階層複合化而成之混合材料。具體 而言,以對有機材料賦予較高之折射率與機械強度等為目的,正研究使金屬氧化物奈米粒子[氧化鈦(折射率:2.5~2.7)、氧化鋯(折射率:2.1~2.2)、鈦酸鋇(折射率:2.4)]透明地分散而成之混合材料。
關於混合材料,為了達成較高之阿貝數,需要將成為基質之樹脂之阿貝數設定為較高,但樹脂中阿貝數與折射率處於相反關係,阿貝數較高之樹脂具有折射率較低之性質。因此,為了使混合材料高折射率化,需要將大量之金屬氧化物奈米粒子分散至成為基質之樹脂中。
例如專利文獻1中記載有由氧化鋯與丙烯酸系樹脂製作混合材料,混合材料中之氧化鋯填充量為30體積%(約70質量%),而達成了折射率nd=1.67、阿貝數νd=43。
另一方面,亦提出有僅以基質樹脂而兼具高折射率與高阿貝數之材料。例如專利文獻2中記載有藉由使1,4-二噻烷-2,5-二硫醇與二乙烯基碸進行麥可加成聚合而獲得之高分子材料可達成高折射率(589 nm之D射線:1.6859)與高阿貝數(48.6)。
又,專利文獻3中記載有藉由2,5-雙(巰基甲基)-1,4-二噻烷與二乙烯基碸或雙(乙烯基碸)甲烷之聚合反應,可達成高折射率(589 nm之D射線:1.6512)與高阿貝數(42.6)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:國際公開第2007/032217號
專利文獻2:日本專利特開2009-209277號公報
專利文獻3:日本專利特開2010-84122號公報
然而,由於專利文獻1中所記載之混合材料係藉由對成為基質之樹脂高填充無機粒子而達成上述值,故而存在無法進一步提高折射率與阿貝數之問題。即,難以獲得即便無機粒子之填充量較少,亦表現出1.65以上之折射率,進而藉由填充無機粒子可進行廣範圍之折射率控制,且可維持30以上之阿貝數之混合材料。又,於專利文獻1中,關於分散無機粒子之分散劑完全沒有記載,亦無法以所記載之無機粒子分散液本身進行聚合。
又,專利文獻2及專利文獻3中所記載之樹脂均需要利用熱之長時間之反應,就工業上之觀點而言,存在生產性極低之問題。又,根據本發明者之研究,由於構成該等樹脂之單體中不存在可於單體彼此間進行聚合之聚合性官能基,故而僅以單一之單體無法進行聚合,又,由於不存在無機粒子之吸附部位,故而於與無機粒子混合之情形時無法實現分散穩定化,進而無法進行透明分散,並且亦難以提高折射率。
本發明之課題在於提供一種本身具有聚合性,且具有高折射率與高阿貝數,可使無機粒子透明分散,進而藉由與無機 粒子之複合化可實現先前未有之兼具高折射率與高阿貝數之無機有機複合粒子及無機有機樹脂複合材的聚合性無機粒子分散劑。
又,本發明之課題在於提供一種含有上述聚合性無機粒子分散劑之無機有機複合粒子及無機有機樹脂複合材、與包含該無機有機樹脂複合材之光學材料、進而本身為高折射率且兼具較高之折射率與較高之阿貝數的新穎化合物。
本發明者等人為了解決上述課題而反覆進行各種研究,結果發現了具有特定物性之聚合性無機粒子分散劑,從而完成了本發明。具體而言,發現藉由使用分子內具有聚合性官能基A、與無機粒子吸附之部位B、及特定之基Q之聚合性無機粒子分散劑,即便為該聚合性無機粒子分散劑之均聚物,亦可兼具先前之有機材料無法達到之高折射率與高阿貝數,並且折射率及阿貝數之溫度依賴性較低。並且,發現藉由與無機粒子、進而有機樹脂進行複合化,可提高折射率並維持高阿貝數,從而完成了本發明。
即,本發明之主旨如下所述。
1.一種聚合性無機粒子分散劑,其係包含下述官能基A、B及Q之化合物,
A:聚合性官能基
B:羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基
Q:可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂肪族烴基。
2.如前項1之聚合性無機粒子分散劑,其中,包含上述官能基A、B及Q之化合物為下述式(I)或(II)所表示之化合物,(A1)n1-Q1-(B1)m1………(I)
[式(I)中,A1表示聚合性官能基,B1表示羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基,Q1表示可含有硫以外之雜原子之(n1+m1)價之含硫脂肪族烴基;n1及m1分別獨立地表示1~10之整數;再者,於n1及m1為2以上之整數之情形時,1分子中存在之複數個A1或B1可分別相同亦可不同]
{(A2)n2-Q2}m2-B2………(II)
[式(II)中,A2表示聚合性官能基,B2表示m2價之含有磷之含氧酸基,Q2表示可含有硫以外之雜原子之(n2+1)價之含硫脂肪族烴基;n2表示1~10之整數;m2表示2~10之整數;再者,1分子中存在之複數個A2或Q2可分別相同亦可不同]。
3.如前項2之聚合性無機粒子分散劑,其中,上述式(I)中之Q1或上述式(II)中之Q2分別為下述式(III)或(IV)所表示之基,[化1]
[式(III)中,環G表示飽和3~8員環之單環或橋環、或者2個或3個該等環鍵結而成之縮合環或螺環,形成環之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基;再者,形成環之一部分亞甲基亦可進而包含含有氧原子、氮原子或磷原子之2價基;L表示直接鍵結、硫基、醚基、可具有雜原子之脂肪族烴基,1分子中所含之複數個L可相同亦可不同;於式(III)為Q1之情形時,t為(n1+m)(其中,m及n1與上述式(I)中之含義相同),於式(III)為Q2之情形時,t為(n2+1)(其中,n2與上述式(II)中之含義相同)]
-[S]p-[CR2]q-[E]r- ...(IV)
[式(IV)中,R表示氫原子或可含有雜原子之烴基,E表示硫原子或氧原子;p表示1~3之整數;q表示1~3之整數,r表示0或1;1分子中所含之複數個R可相同亦可不同;再者,式(IV)中之S、CR2、E之鍵結順序為任意]。
4.如前項3之聚合性無機粒子分散劑,其中,硫原子以外之雜原子為氧原子、磷原子及氮原子中之任一者。
5.如前項2或3之聚合性無機粒子分散劑,其中,含硫脂肪族烴基包含含硫環狀脂肪族烴基。
6.如前項5之聚合性無機粒子分散劑,其中,含硫環狀脂 肪族烴基包含二噻烷環、二噻環、三噻環、硫雜螺環、二硫雜螺環、三硫雜螺環、四硫雜螺環、二硫環丁烷環、硫環丙烷環、及噻環中之至少一者。
7.如前項5或6之聚合性無機粒子分散劑,其中,含硫環狀脂肪族烴基包含含硫鏈狀脂肪族烴基作為取代基。
8.如前項1至7中任一項之聚合性無機粒子分散劑,其中,聚合性官能基A為(甲基)丙烯醯基、氧、硫環丙烷基、及異氰酸酯基中之任一者。
9.如前項1至8中任一項之聚合性無機粒子分散劑,其折射率為1.62以上。
10.如前項1至8中任一項之聚合性無機粒子分散劑,其阿貝數為40以上。
11.一種無機有機複合粒子,其含有如前項1至10中任一項之聚合性無機粒子分散劑與無機粒子。
12.如前項11之無機有機複合粒子,其中,無機粒子為折射率2.0以上之無機粒子。
13.如前項11或12之無機有機複合粒子,其中,無機粒子為直徑為1~10 nm之無機粒子。
14.如前項11至13中任一項之無機有機複合粒子,其中,無機粒子相對於聚合性無機粒子分散劑之含量為20~90質量%。
15.一種分散液,其含有如前項11至14中任一項之無機 有機複合粒子與分散媒。
16.如前項15之分散液,其進而含有聚合性單體。
17.一種無機有機樹脂複合材,其係使如前項11至14中任一項之無機有機複合粒子硬化而獲得。
18.一種光學材料,其包含如前項17之無機有機樹脂複合材。
19.如前項18之光學材料,其係光電路。
20.如前項18之光學材料,其係光波導。
21.如前項18之光學材料,其係透鏡。
22.一種化合物,其包含下述官能基A、B及Q,
A:聚合性官能基
B:羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基
Q:可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫環狀脂肪族烴基。
本發明之聚合性無機粒子分散劑由於本身可進行聚合,且具有較高之折射率與較高之阿貝數,故而可較佳地用作光學用材料。進而,本發明之聚合性無機粒子分散劑藉由使粒徑1~10 nm之金屬氧化物奈米粒子等無機粒子均勻地分散,可形成無機有機複合粒子,因此可維持透明性,並且實現高折射率化與高阿貝數化。因此,使用此種無機有機複合粒子製作之無機有機樹脂複合材可有效地應用於個人數位助理 等之顯示器、光學透鏡、微透鏡、開關類、導光片、導光板或光波導片等要求高折射率與高阿貝數之光學用途。
以下,對本發明之實施形態進行詳細說明。再者,以下所記載之形態為用以更好地理解本發明之主旨者,只要無特別指定,則並非為限定本發明者。
1.聚合性無機粒子分散劑
本發明之聚合性無機粒子分散劑係包含下述官能基A、B及Q之化合物。其中,該化合物較佳為於紫外區域至近紅外區域具有透明性之單體。
A:聚合性官能基
B:羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基
Q:可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂肪族烴基
(1)A:聚合性官能基
A為聚合性官能基,為可利用紫外線(UV,Ultraviolet)、電子束等放射線或熱等,於起始劑之存在下進行均聚合(聚合性官能基A彼此之聚合)之官能基。聚合性官能基A較佳為1價聚合性官能基。作為聚合性官能基A,例如可列舉:(甲基)丙烯醯基、氧、硫環丙烷基及異氰酸酯基等。其中,就容易合成聚合性無機粒子分散劑之方面而言,較佳為(甲基)丙烯醯基、氧或硫環丙烷基,進而就生產性或可進行微細加工等之觀點而言,較佳為可利用UV或電子束進行聚 合之官能基,尤佳為(甲基)丙烯醯基。
再者,於本說明書中,所謂「(甲基)丙烯醯基」,係指「丙烯醯基」與「甲基丙烯醯基」中之一者或兩者,下述之「(甲基)丙烯酸酯」亦相同。
藉由使聚合性無機粒子分散劑中具有聚合性官能基A,不僅於起始劑之存在下聚合性無機粒子分散劑可單獨進行聚合,而且於作為與光硬化性樹脂之調配組成物之一部分進行聚合之情形時,亦可獲得防止無機粒子之析出、防止分散不良或防止機械強度降低等作用效果。
(2)B:羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基
B為羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基,就聚合性無機粒子分散劑容易合成之方面而言,較佳為羧基,就聚合性無機粒子分散劑不易著色之方面而言,較佳為含有磷之含氧酸基。B係為了使無機粒子分散穩定化而與無機粒子吸附、配位,且作為具有氫鍵或共價鍵等化學鍵或相互作用之部位而發揮作用。較佳為選自羧基及以下所示之構造中之至少一種以上的1價或2價以上之基,通常為10價以下,較佳為5價以下,更佳為4價以下,進而較佳為3價以下。
作為含有磷之含氧酸基,可列舉以下之基。
[化2]
上述式中,x為2以上之整數,通常為10以下,較佳為5以下,更佳為4以下,進而較佳為3以下。
上述式中,R1並無特別限定,較佳為氫原子、可具有雜原子之烴基。
可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。再者,於本案說明書中,雜原子並無特別限定,較佳為硫原子、氧原子、氮原子、磷原子。
上述式中,R2並無特別限定,較佳為氫原子、可具有雜原子 之烴基。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
作為含有硫之含氧酸基,可列舉以下之基。
就抑制無機粒子之凝集,無機粒子之分散穩定化作用優異之方面而言,B可較佳地列舉羧基、或下述構造之基。於下述構造中,R1及R2與上述相同。
進而,就聚合性無機粒子分散劑容易合成之方面而言,B較佳為羧基。另一方面,就聚合性無機粒子分散劑不易著色之方面而言,較佳為具有下述構造之基。
[化6]
B可為1價,亦可為2價以上,作為1價之B,較佳為下述之式(I)中之B1,例如可例示以下之構造。
作為2價以上之B,較佳為下述之式(II)中之B2,例如可例示以下之構造。
上述式中,x為2以上之整數,通常為10以下,較佳為5以下,更佳為4以下,進而較佳為3以下。
(3)Q:可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂肪族烴基
Q為可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂肪族烴基,為用以將硫原子與脂肪族烴基導入至本發明之聚合性無機粒子分散劑中之基。本發明之聚合性無機粒子分散劑及使該分散劑硬化而獲得之本發明之無機有機樹脂複合材藉由含有硫原子與脂肪族烴基,可以較高之值兼具折射率與阿貝 數,同時可降低該等物性之溫度依賴性。
就容易提高光學特性之方面而言,較佳為含硫環狀脂肪族烴基。又,就聚合性無機粒子分散劑之穩定性之方面而言,於上述含硫脂肪族烴基之中,較佳為含硫飽和脂肪族烴基。再者,Q為可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂環狀肪族烴基的聚合性無機粒子分散材係新穎化合物。
Q之價數通常為2價以上,且通常為20價以下,較佳為10價以下,更佳為5價以下,進而較佳為4價以下,尤佳為3價以下。若價數較小,則就容易製造之方面而言較佳。
Q之分子量通常為160以上,較佳為170以上,更佳為180以上,且通常2000以下,較佳為1500以下,更佳為1300以下,進而較佳為1000以下,最佳為800以下。含硫脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
Q中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。含硫脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就折射率提高之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就化合物之穩定性較高之方面而言較佳。
Q為可含有硫原子以外之雜原子之含硫脂肪族烴基,於本 發明中,所謂含硫脂肪族烴基,係指構成脂肪族烴基之碳原子之至少一個被取代為硫原子之基。其中,較佳為構成脂肪族烴基之亞甲基之至少一個被取代為含有硫原子之2價基的基。
於本發明中,所謂可含有硫原子以外之雜原子,意指構成含硫脂肪族烴基之一部分碳原子可進而被取代為硫原子以外之雜原子。意指較佳為構成含硫脂肪族烴基之一部分亞甲基可被取代為含有硫原子以外之雜原子之2價基。
硫原子以外之雜原子並無限定,較佳為氧原子、磷原子及氮原子中之任一種或兩種以上,更佳為氧原子及/或氮原子。
作為構成脂肪族烴基之一部分碳原子被取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子之構造,例如可列舉脂肪族烴基之任意之亞甲基被取代為含有硫原子之2價基之構造。
作為含有硫原子之2價基,例如可列舉:硫基、二硫醚基或三硫醚基等含硫基;亞碸基、碸基、硫酯基(thioester group)、硫酯基(thionoester group)或硫羰基等含硫-氧基;硫代膦醯基或二硫代膦醯基等含硫-磷基;硫代醯胺基或硫脲基等含硫-含氮基等。又,亦可列舉:該等構造進而經羰基或酯基等含氧基;以下所例示之含氧-磷基[化9] 以下所例示之含氮基
等含有雜原子之2價基取代之構造。
上述式中,R3並無特別限定,可列舉:氫原子、及可具有雜原子之烴基。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。
於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
Q所表示之含硫脂肪族烴基較佳為碳數通常為3以上、更佳為4以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為12以下之脂肪族烴基之一部分被取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子的基,較佳為構成該脂肪族烴基之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基及任意之含有硫原子以 外之雜原子之2價基之基。
成為基本之脂肪族烴基可為鏈狀構造、環狀構造、或具有鏈狀構造作為取代基之環狀構造中之任一者。
於鏈狀構造之情形時,較佳為滿足上述碳數之範圍之直鏈或分支之脂肪族烴基,於一部分具有鏈狀構造之環狀構造之情形時,較佳為包含構成所含有之鏈狀構造之碳數在內而成為上述範圍內。
作為Q,具體而言,較佳為下述之式(I)中之Q1或下述之式(II)中之Q2
(4)聚合性無機粒子分散劑
本發明之聚合性無機粒子分散劑尤佳為使無機粒子具有分散穩定性,可維持無機粒子原本所具有之較高之折射率,且具有較高之阿貝數之化合物。因此,本發明之聚合性無機粒子分散劑較佳為不含苯環之類的折射率較高但會使阿貝數降低之官能基、或阿貝數較高但會使折射率降低之官能基作為除使無機粒子分散穩定化之吸附部位即B、與於起始劑之存在下可進行均聚合之官能基即A以外之構成。
本發明之聚合性無機粒子分散劑之分子量並無特別限制,通常為100以上,較佳為150以上,更佳為200以上,且通常為2000以下,較佳為1000以下,更佳為800以下。含硫脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就與其他單體製 作複合材之情形之溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
本發明之聚合性無機粒子分散劑中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為10質量%以上,較佳為15質量%以上,更佳為20質量%以上。又,通常為70質量%以下,較佳為60質量%以下,更佳為50質量%以下。含硫脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就折射率或阿貝數等光學特性提高之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就容易獲取原料之方面及化合物之穩定性增加之方面而言較佳。
聚合性無機粒子分散劑中之A與B之比率以B相對於A之基之數量之比率計通常為0.1以上,較佳為0.5以上,更佳為1以上,且通常為10以下,較佳為5以下,更佳為3以下,進而較佳為2以下。
藉由使B相對於A之比率高於上述下限,就本發明之聚合性無機粒子分散劑使無機粒子分散之功能提高之方面而言較佳。又,就存在本發明之聚合性無機粒子分散劑之保存穩定性提高,又,可抑制保存時及聚合時等之凝膠化之傾向之方面而言亦較佳。另一方面,藉由使B相對於A之比例低於上述上限,可提高由本發明之聚合性無機粒子分散劑獲得之無機有機樹脂複合材之強度。
聚合性無機粒子分散劑中之A之含有比例(質量%)通常為5質量%以上,較佳為10質量%以上,更佳為15質量%以上。又,通常為40質量%以下,較佳為30質量%以下,更 佳為20質量%以下。藉由A之含有比例為上述下限以上,可提高由本發明之聚合性無機粒子分散劑獲得之無機有機樹脂複合材之強度。藉由使A之含有比例為上述上限以下,本發明之聚合性無機粒子分散劑之保存穩定性提高,又,可抑制聚合時等之凝膠化。
聚合性無機粒子分散劑中之B之含有比例(質量%)通常為10質量%以上,較佳為15質量%以上,更佳為20質量%以上。又,通常為50質量%以下,較佳為40質量%以下。藉由使B之含有比例為上述下限以上,就本發明之聚合性無機粒子分散劑使無機粒子分散之功能提高之方面而言較佳。藉由使B之含有比例為上述上限以下,可抑制將本發明之聚合性無機粒子分散劑與無機粒子混合時之奈米粒子之凝集。
聚合性無機粒子分散劑中之Q之含有比例(質量%)通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為40質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為80質量%以下,更佳為70質量%以下,進而較佳為60質量%以下。藉由使Q之含有比例為上述下限以上,聚合性無機粒子分散劑之光學特性、尤其是折射率及阿貝數容易提高。藉由使Q之含有比例為上述上限以下,與聚合性單體混合而製造無機有機樹脂複合材時容易相溶。
本發明之聚合性無機粒子分散劑包含A、B及Q,但A、B及Q之鍵結順序並無特別限定。於B為1價之情形時, 不存在A與B之直接鍵結,A與B分別鍵結於Q而形成聚合性無機粒子分散劑。作為B為1價之情形之A、B及Q之鍵結之例,可列舉以下之構造。
其中,作為較佳之具體例,可列舉下述之式(I)所表示之化合物。於B為2價以上之情形時,Q與B可相互以任意位置、數量、比例鍵結。此時,1價之A可鍵結於Q及B中之任一者上。作為B為2價之情形之A、B及Q之鍵結之例,可列舉以下之構造。
[化12]A-Q-B-A A-Q-B-Q-A
其中,作為較佳之具體例,可列舉下述之式(II)所表示之化合物。
又,亦可併用1價之B與2價之B。1價之B通常係與Q鍵結而位於本發明之聚合性無機粒子分散劑之末端,2價之B係與A或Q鍵結。作為併用1價之B與2價之B之情形之A、B及Q之鍵結之例,可列舉以下之構造。
[化13]A-Q-B-Q-B
2.聚合性無機粒子分散劑之較佳之構造例
作為包含上述官能基A、B及Q之化合物,較佳為下述式 (I)或下述式(II)所表示之化合物(以下有分別稱為「化合物(I)」或「化合物(II)」之情況)。
(1)式(I)所表示之化合物(A1)n1-Q1-(B1)m1………(I)
式(I)中,A1表示聚合性官能基,B1表示羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基,Q1表示可含有硫以外之雜原子之(n1+m1)價之含硫脂肪族烴基。n1及m1分別獨立地表示1~10之整數。再者,於n1及m1為2以上之整數之情形時,1分子中存在之複數個A1或B1可分別相同亦可不同。
以下,對化合物(I)中所含之官能基A1、B1、Q1進行說明。
(1-1)官能基A1
A1為1價聚合性官能基,通常只要為可利用紫外線(UV)、電子束等活性能量射線或熱等於起始劑之存在下進行均聚合之官能基,則並無特別限制,具體而言,例如可列舉:(甲基)丙烯醯基、氧、硫環丙烷基及異氰酸酯基等。其中,就容易合成聚合性無機粒子分散劑之方面而言,較佳為(甲基)丙烯醯基、氧或硫環丙烷基,進而就生產性或可進行微細加工等觀點而言,較佳為可利用UV或電子束進行聚合之官能基,尤佳為(甲基)丙烯醯基。
藉由使聚合性無機粒子分散劑中具有聚合性官能基A1,不僅於起始劑之存在下聚合性無機粒子分散劑可單獨進行聚合,而且於作為與光硬化性樹脂之調配組成物之一部分進 行聚合之情形時,亦可獲得防止無機粒子之析出、防止分散不良或防止機械強度降低等作用效果。
(1-2)官能基B1
B1表示羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基。就聚合性無機粒子分散劑容易合成之方面而言,較佳為羧基,就聚合性無機粒子分散劑不易著色之方面而言,較佳為含有磷之含氧酸基。
上述含有磷之含氧酸基為1價之含有磷之含氧酸基,較佳為具有以下之構造之基。
此處,R1並無特別限定,較佳為氫原子、及可具有雜原子之烴基。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。
於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基亦可含有硫 以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
又,R2並無特別限定,較佳為氫原子、及可具有雜原子之烴基。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。
於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
具體而言,例如較佳為膦醯氧基[-OPO(OH)2]、膦醯基[-PO(OH)2],最佳為膦醯基。
作為含有硫之含氧酸基,例如可列舉磺基[-SO2(OH)]、亞磺酸基[-SO(OH)]及次磺酸基(-SOH),較佳為磺基、亞磺酸基,進而較佳為磺基。
就抑制無機粒子之凝集,無機粒子之分散穩定化作用優異之方面而言,B1較佳為羧基或含有磷之含氧酸基,更佳為含有磷之含氧酸基。
(1-3)官能基Q1
Q1表示可含有硫以外之雜原子之(n1+m1)價之含硫脂肪 族烴基。若Q1包含含硫脂肪族烴基,則就聚合性無機粒子分散劑之高阿貝數化之方面而言較佳。又,就聚合性無機粒子分散劑之穩定性之方面而言,於上述含硫脂肪族烴基之中,較佳為含硫飽和脂肪族烴基。
Q1之分子量通常為160以上,較佳為170以上,更佳為180以上,且通常為2000以下,較佳為1500以下,更佳為1300以下。含硫脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
Q1中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。含硫脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就折射率提高之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就化合物之穩定性較高之方面而言較佳。
Q1為可含有硫原子以外之雜原子之含硫脂肪族烴基,於本發明中,所謂含硫脂肪族烴基,係指構成脂肪族烴基之碳原子之至少一個被取代為硫原子之基。其中,較佳為構成脂肪族烴基之亞甲基之至少一個被取代為含有硫原子之2價基之基。
於本發明中,所謂可含有硫原子以外之雜原子,意指構成含硫脂肪族烴基之一部分碳原子可進而被取代為硫原子以 外之雜原子。意指較佳為構成含硫脂肪族烴基之一部分亞甲基可被取代為含有硫原子以外之雜原子之2價基。
硫原子以外之雜原子並無限定,較佳為氧原子、磷原子及氮原子中之任一種或兩種以上,更佳為氧原子及/或氮原子。
作為構成脂肪族烴基之一部分碳原子被取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子之構造,例如可列舉脂肪族烴基之任意之亞甲基被取代為含有硫原子之2價基之構造。作為含有硫原子之2價基,例如可列舉:硫基、二硫醚基或三硫醚基等含硫基;亞碸基、碸基、硫酯基(thioester group)、硫酯基(thionoester group)或硫羰基等含硫-氧基;硫代膦醯基或二硫代膦醯基等含硫-磷基;硫代醯胺基或硫脲基等含硫-含氮基等。又,亦可列舉:該等構造進而經羰基或酯基等含氧基;以下所例示之含氧-磷基 以下所例示之含氮基
等含有雜原子之2價基取代之構造。
上述式中,R3並無特別限定,可列舉:氫原子、及可具有雜原子之烴基。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。
於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
於上述通式(I)中,Q1所表示之含硫脂肪族烴基較佳為碳數通常為3以上、更佳為4以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為12以下之脂肪族烴基之一部分被取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子的基,較佳為構成該脂肪族烴基之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基及任意之含有硫原子以外之雜原子之2價基之基。
成為基本之脂肪族烴基可為鏈狀構造、環狀構造、或具有鏈狀構造作為取代基之環狀構造中之任一者。
於鏈狀構造之情形時,較佳為滿足上述碳數之範圍之直鏈或分支之脂肪族烴基,於一部分具有鏈狀構造之環狀構造之情形時,較佳為包含構成所含有之鏈狀構造之碳數在內而成為上述範圍內。
作為含硫脂肪族烴基,可列舉含硫環狀脂肪族烴基及含硫鏈狀脂肪族烴基。就可提高每分子體積之硫原子含量之方面而言,較佳為含硫環狀脂肪族烴基。以下,對含硫環狀脂肪族烴基及含硫鏈狀脂肪族烴基進行詳細說明。
(1-3-1)含硫環狀脂肪族烴基
含硫環狀脂肪族烴基亦可具有鏈狀構造作為取代基。於具有鏈狀構造之情形時,與A及/或B可經由鏈狀構造而鍵結,亦可不經由鏈狀構造而鍵結,但就容易製造之方面而言,較佳為經由鏈狀構造而鍵結。
作為鏈狀構造,就兼具折射率、阿貝數之觀點而言,較佳為可具有氧、氮等雜原子之含硫鏈狀脂肪族烴基。
含硫環狀脂肪族烴基之分子量於具有取代基之情形時以包含取代基在內之分子量計通常為160以上,較佳為170以上,更佳為180以上,且通常為2000以下,較佳為1500以下,更佳為1300以下。含硫環狀脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就化合物之溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
含硫環狀脂肪族烴基係針對於具有取代基之情形時以包含取代基在內之碳數計通常為3以上、更佳為4以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為12以下之脂肪族烴基,將構成脂肪族烴基之一部分亞甲基取代為含有硫原子之2價基及任意之含有硫原子以外之雜原子之2價基之基。
含硫環狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。含硫環狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就高折射率化之方面而言較佳,若為上述上限以下,則化合物之穩定性較高,故而較佳。
於含硫環狀脂肪族烴基之中,較佳為式(III)之構造所表示之含硫環狀脂肪族烴基。
式(III)中,環G表示飽和3~8員環之單環或橋環、或者2個或3個該等環鍵結而成之縮合環或螺環,形成環之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基。再者,形成環之一部分亞甲基亦可進而被取代為含有氧原子、氮原子或磷原子等雜原子之2價基。
L表示直接鍵結、硫基、醚基、或可具有雜原子之脂肪族烴基,1分子中所含之複數個L可相同亦可不同。t為(n1+m1)(其中,m1及n1與上述式(I)中之含義相同)。再者,Q1為式(III)之構造所表示之含硫環狀脂肪族烴基之無機粒子分散劑於新穎化合物之中亦為較佳之化合物。
‧環G
環G表示飽和3~8員環之單環或橋環、或者2個或3個該等環鍵結而成之縮合環或螺環,形成環之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基。再者,形成環之一部分亞甲基亦可進而被取代為含有氧原子、氮原子或磷原子等雜原子之2價基。
作為上述單環,例如可列舉:硫環丙烷(其中,A為硫環丙烷基之情況除外)、二硫環丙烷、硫環丁烷、1,2-二硫環丁烷、1,3-二硫環丁烷、三硫環丁烷、噻、1,2-二噻、1,3-二噻、1,2,3-三噻、1,2,4-三噻、四噻、下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴、1,2-二噻烷、1,3-二噻烷、1,4-二噻烷、1,2,3-三噻烷、1,2,4-三噻烷、1,3,5-三噻烷、1,2,3,4-四噻烷、1,2,4,5-四噻烷、雙(1,2,3,5,6-五硫雜環庚基)甲烷、三(1,2,3,5,6-五硫雜環庚基)甲烷、硫雜環庚烷(thiepane)、1,2-二硫雜環庚烷、1,3-二硫雜環庚烷、1,4-二硫雜環庚烷、1,2,3-三硫雜環庚烷、1,2,4-三硫雜環庚烷、1,2,5-三硫雜環庚烷、1,3,5-三硫雜環庚烷、1,2,3,4-四硫雜環庚烷、1,2,3,5-四硫雜環庚烷、1,2,4,5-四硫雜環庚烷、1,2,4,6-四硫雜環庚烷、1,2,3,4,5-五硫雜環庚烷、1,2,3,4,6-五硫雜環庚烷、1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷及六硫雜環庚烷等。
作為上述橋環,例如可列舉下述所示之構造之含硫環狀脂 肪族烴。
作為上述之2個或3個該等環鍵結而成之縮合環,例如可列舉下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴。
作為上述之2個或3個該等環鍵結而成之螺環,例如可列舉:1,4-二硫雜螺[4.5]癸烷、1,5-二硫雜螺[5.5]十一烷、2,4,8,10-四硫雜螺[5.5]十一烷、及下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴。
其中,就提高每分子體積之硫原子含量之方面而言,較佳為該含硫環狀脂肪族烴包含二噻烷環、二噻環、三噻環、硫雜螺環、二硫雜螺環、三硫雜螺環、四硫雜螺環、二硫環丁烷環、硫環丙烷環、及噻環中之至少一種。
又,下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴就工業上容易製造,作為化合物較為穩定,容易表現出光學特性之方面而言較佳。
進而,下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴基就可高效地導入硫原子,容易控制光學特性之方面而言較佳。
‧L
L表示直接鍵結、硫基、醚基、或可具有雜原子之脂肪族烴基,1分子中所含之複數個L可相同亦可不同。可具有雜原子之脂肪族烴基之碳數通常為1以上,且通常為6以下,較佳為5以下,更佳為4以下,進而較佳為3以下。
就易製造性或化合物之穩定性之方面而言,較佳為可具有雜原子之烴基。作為可具有雜原子之烴基,較佳為可具有雜原子之脂肪族烴基,更佳為可具有硫以外之雜原子之含硫鏈狀脂肪族烴基,進而較佳為以下(1-3-2)之含硫鏈狀脂肪族烴基。
於含硫環狀脂肪族烴基之環狀構造與A鍵結之情形時,L較佳為具有-C-S-、-C-C-S-、-C-O-、或-C-C-O-之構造。又,於含硫環狀脂肪族烴基之環狀構造與B鍵結之情形時,L較佳為具有-C-S-、-C-C-S-、-C-S-C-、-C-、-C-O-、-C-C-O-、或-C-O-C-之構造。再者,該等表述之左側表示與環狀構造之鍵結部位,右側表示與A或B之鍵結部位。
該等之中,為了提高硫原子之含量,碳數越少越好。又,環狀構造中所含之硫原子與取代基中所含之硫原子不形成硫縮醛構造之構造由於化合物穩定,故而較佳。
作為Q1之較佳之具體例,可列舉以下之構造。
[化25]
(1-3-2)含硫鏈狀脂肪族烴基
含硫鏈狀脂肪族烴基之分子量於具有取代基之情形時以包含取代基在內之分子量計通常為60以上,較佳為80以上,更佳為90以上,且通常為1000以下,較佳為500以下,更佳為300以下。含硫鏈狀脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
含硫鏈狀脂肪族烴基較佳為針對於具有取代基之情形時以包含取代基在內之碳數計通常為1以上、較佳為2以上、更佳為3以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為10以下之脂肪族烴基,將構成脂肪族烴基之一部分亞甲基取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子之基。
含硫鏈狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。
含硫鏈狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就無機粒子分散劑兼具高折射率化與高阿貝數之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就無機粒子分散劑之著色減少之方面而言較佳。若含硫脂肪族烴基為含硫鏈狀脂肪族烴基,則就溶解性或容易對硬化物賦予柔軟性之方面而言較佳。
於含硫鏈狀脂肪族烴基之中,較佳為式(IV)之構造所表示之含硫鏈狀脂肪族烴基。
-[S]p-[CR2]q-[E]r-………(IV)
式(IV)中,R表示氫原子或可含有雜原子之烴基,E表示氧原子。p表示1~3之整數。q表示1~3之整數。r表示0或1。1分子中所含之複數個R可相同亦可不同。式(IV)中之S、CR2、E之鍵結順序為任意。可具有雜原子之烴基之 碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
作為含硫鏈狀脂肪族烴基之具體例,可列舉:具有-S-C-C-S-C-O-或-S-C-C-O-構造之基、伸乙基硫基、伸乙基硫基伸乙基、伸乙基二硫醚基、伸乙基三硫醚基、及下述所示之基,但並不限定於該等。再者,於下述構造式中,附有波形線之直線部分為與A或B之鍵結部位。
該等之中,較佳為伸乙基硫基、伸乙基硫基伸乙基、及以下所示之基。
[化27]
本發明之聚合性無機粒子分散劑藉由具有此種含有雜原子之烴基Q1,可使無機粒子透明且穩定地分散於所需之分散介質中,又,於維持無機粒子所具有之較高之折射率之狀態下亦具有較高之阿貝數,使利用無機粒子控制高折射率區域之折射率與阿貝數成為可能。
<n1、m1>
上述式(I)中,n1及m1分別獨立地表示1~10之整數,較佳為1~6之整數,進而較佳為1~3之整數。n1及m1必須為1以上,但若過大,則聚合性無機粒子分散劑之折射率降低,故而欠佳。
n1與m1之比率係n1相對於m1之比率通常為0.1以上,較佳為0.2以上,更佳為0.3以上,進而較佳為0.5以上,且通常為10以下,較佳為5以下,更佳為3以下,進而較佳為2以下。尤佳為1。
作為式(I)所表示之化合物之較佳之具體例,可列舉以下之化合物。
[化28]
[化30]
(2)式(II)所表示之化合物{(A2)n2-Q2}m2-B2………(II)
式(II)中,A2表示聚合性官能基,B2表示m2價之含有磷之含氧酸基,Q2表示可含有硫以外之雜原子之(n2+1)價之 含硫脂肪族烴基。n2表示1~10之整數。m2表示2~5之整數。再者,1分子中存在之複數個A2或Q2可分別相同亦可不同。
以下,對式(II)所表示之化合物中所含之官能基A2、B2、Q2進行說明。
(2-1)官能基A2
A2為1價之聚合性官能基,通常只要為可利用紫外線(UV)或電子束等活性能量射線或熱等於起始劑之存在下進行均聚合之官能基,則並無特別限制,具體而言,例如可列舉:(甲基)丙烯醯基、氧、硫環丙烷基或異氰酸酯基等。其中,就生產性或可進行微細加工等之觀點而言,較佳為可利用UV或電子束進行聚合之官能基,尤佳為(甲基)丙烯醯基。
藉由使聚合性無機粒子分散劑中具有聚合性官能基A2,不僅於起始劑之存在下聚合性無機粒子分散劑可單獨進行聚合,而且於作為與光硬化性樹脂之調配組成物之一部分進行聚合之情形時,亦可獲得防止無機粒子之析出、防止分散不良、防止機械強度降低等作用效果。
(2-2)官能基B2
B2表示m2價之含有磷之含氧酸基。m2為2~5之整數。
作為m2價之含有磷之含氧酸基,例如可列舉具有以下之構造者。
[化31]
上述式(P)中,x為2以上、5以下之整數。
作為式(P)之構造,具體而言,可列舉以下之構造。
m2價之含有磷之含氧酸基亦可含有硫原子。例如可列舉具有以下之構造者。
[化33]
再者,B2亦可與Q2以外之任意之取代基鍵結。作為任意之取代基,例如可列舉:氫原子、可具有雜原子之烴基等。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
(2-3)官能基Q2
Q2表示可含有硫以外之雜原子之(n2+1)價之含硫脂肪族烴基。若Q2包含含硫脂肪族烴基,則就聚合性無機粒子分散劑之高阿貝數化之方面而言較佳。又,就聚合性無機粒子 分散劑之穩定性之方面而言,於上述含硫脂肪族烴基之中,較佳為含硫飽和脂肪族烴基。
Q2之分子量通常為160以上,較佳為170以上,更佳為180以上,且通常為2000以下,較佳為1500以下,更佳為1300以下。含硫脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
Q2中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。含硫脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就折射率提高之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就化合物之穩定性較高之方面而言較佳。
Q2為可含有硫原子以外之雜原子之含硫脂肪族烴基,該含硫脂肪族烴基係指構成脂肪族烴基之碳原子之至少一個被取代為硫原子之基。其中,較佳為構成脂肪族烴基之亞甲基之至少一個被取代為含有硫原子之2價基之基。
又,所謂可含有硫原子以外之雜原子,意指構成含硫脂肪族烴基之一部分碳原子可進而被取代為硫原子以外之雜原子。意指較佳為構成含硫脂肪族烴基之一部分亞甲基可被取代為含有硫原子以外之雜原子之2價基。
硫原子以外之雜原子並無限定,較佳為氧原子、磷原子及 氮原子中之任一種或兩種以上,更佳為氧原子及/或氮原子。
作為構成脂肪族烴基之一部分碳原子被取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子之構造,例如可列舉:脂肪族烴基之任意之亞甲基被取代為含有硫原子之2價基之構造。作為含有硫原子之2價基,例如可列舉:硫基、二硫醚基或三硫醚基等含硫基;亞碸基、碸基、硫酯基(thioester group)、硫酯基(thionoester group)或硫羰基等含硫-氧基;硫代膦醯基或二硫代膦醯基等含硫-磷基;硫代醯胺基或硫脲基等含硫-含氮基等。又,亦可列舉:該等構造進而經羰基或酯基等含氧基;以下所例示之含氧-磷基 以下所例示之含氮基
等含有雜原子之2價基取代之構造。
上述式中,R3並無特別限定,可列舉:氫原子、及可具有雜原子之烴基。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。
於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
於上述通式(II)中,Q2所表示之含硫脂肪族烴基表示碳數通常為3以上、更佳為4以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為12以下之脂肪族烴基之一部分被取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子的基,較佳為構成該脂肪族烴基之一部分亞甲基之一部分被取代為含有硫原子之2價基及任意之含有硫原子以外之雜原子之2價基之基。
成為基本之脂肪族烴基可為鏈狀構造、環狀構造、或具有鏈狀構造作為取代基之環狀構造中之任一者。
於鏈狀構造之情形時,較佳為滿足上述碳數之範圍之直鏈或分支之脂肪族烴基,於一部分具有鏈狀構造之環狀構造之情形時,較佳為包含構成所含之鏈狀構造之碳數在內而成為上述範圍內。
作為含硫脂肪族烴基,可列舉含硫環狀脂肪族烴基及含硫鏈狀脂肪族烴基。就提高每分子體積之硫原子含量之方面而言,較佳為含硫環狀脂肪族烴基。以下,對含硫環狀脂肪族烴基及含硫鏈狀脂肪族烴基進行詳細說明。
(2-3-1)含硫環狀脂肪族烴基
含硫環狀脂肪族烴基亦可具有鏈狀構造作為取代基。於具有鏈狀構造之情形時,與A及/或B可經由鏈狀構造而鍵結,亦可不經由鏈狀構造而鍵結,但就容易製造之方面而言,較佳為經由鏈狀構造而鍵結。
作為鏈狀構造,就折射率、阿貝數之兼具之觀點而言,較佳為可具有氧、氮等雜原子之含硫鏈狀脂肪族烴基。含硫環狀脂肪族烴基之分子量於具有取代基之情形時以包含取代基在內之分子量計通常為160以上,較佳為170以上,更佳為180以上,且通常為2000以下,較佳為1500以下,更佳為1300以下。含硫環狀脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
含硫環狀脂肪族烴基較佳為針對於具有取代基之情形時以包含取代基在內之碳數計通常為3以上、更佳為4以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為12以下之脂肪族烴基,將構成脂肪族烴基之一部分亞甲基取代為含有硫原子之2價基及任意之含有硫原子以外之雜原子之2價基之基。
含硫環狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。含硫環狀脂肪族烴基中所含 之硫原子之比例若為上述下限以上,則就高折射率化之方面而言較佳,若為上述上限以下,則化合物之穩定性較高,故而較佳。
於含硫環狀脂肪族烴基之中,較佳為式(III)之構造所表示之含硫環狀脂肪族烴基。
式(III)中,環G表示飽和3~8員環之單環或橋環、或者2個或3個該等環鍵結而成之縮合環或螺環,形成環之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基。再者,形成環之一部分亞甲基亦可進而被取代為含有氧原子、氮原子或磷原子等雜原子之2價基。
L表示直接鍵結、硫基、醚基、或可具有雜原子之脂肪族烴基,1分子中所含之複數個L可相同亦可不同。t為(n1+m1)(其中,m1及n1與上述式(I)中之含義相同)。再者,Q2為式(III)之構造所表示之含硫環狀脂肪族烴基之無機粒子分散劑於新穎化合物之中亦為較佳之化合物。
‧環G
環G表示飽和3~8員環之單環或橋環、或者2個或3個該等環鍵結而成之縮合環或螺環,形成環之一部分亞甲基被取代為含有硫原子之2價基。再者,形成環之一部分亞甲基亦可進 而被取代為含有氧原子、氮原子或磷原子等雜原子之2價基。
作為上述單環,例如可列舉:硫環丙烷(其中,排除A為硫環丙烷基之情況)、二硫環丙烷、硫環丁烷、1,2-二硫環丁烷、1,3-二硫環丁烷、三硫環丁烷、噻、1,2-二噻、1,3-二噻、1,2,3-三噻、1,2,4-三噻、四噻、下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴、1,2-二噻烷、1,3-二噻烷、1,4-二噻烷、1,2,3-三噻烷、1,2,4-三噻烷、1,3,5-三噻烷、1,2,3,4-四噻烷、1,2,4,5-四噻烷、雙(1,2,3,5,6-五硫雜環庚基)甲烷、三(1,2,3,5,6-五硫雜環庚基)甲烷、硫雜環庚烷、1,2-二硫雜環庚烷、1,3-二硫雜環庚烷、1,4-二硫雜環庚烷、1,2,3-三硫雜環庚烷、1,2,4-三硫雜環庚烷、1,2,5-三硫雜環庚烷、1,3,5-三硫雜環庚烷、1,2,3,4-四硫雜環庚烷、1,2,3,5-四硫雜環庚烷、1,2,4,5-四硫雜環庚烷、1,2,4,6-四硫雜環庚烷、1,2,3,4,5-五硫雜環庚烷、1,2,3,4,6-五硫雜環庚烷、1,2,3,5,6-五硫雜環庚烷及六硫雜環庚烷等。
作為上述橋環,例如可列舉下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴。
[化38]
作為上述之2個或3個該等環鍵結而成之縮合環,例如可列舉下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴。
作為上述之2個或3個該等環鍵結而成之螺環,例如可列舉:1,4-二硫雜螺[4.5]癸烷、1,5-二硫雜螺[5.5]十一烷、2,4,8,10-四硫雜螺[5.5]十一烷、及下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴。
又,就提高每分子體積之硫原子含量之方面而言,較佳為該含硫環狀脂肪族烴包含二噻烷環、二噻環、三噻環、硫雜螺環、二硫雜螺環、三硫雜螺環、四硫雜螺環、二硫環丁烷環、硫環丙烷環、及噻環中之至少一者。
其中,下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴基就工業上容易製造,作為化合物較為穩定,容易表現出光學特性之方面而言較佳。
進而,下述所示之構造之含硫環狀脂肪族烴基就可高效地導入硫原子,容易控制光學特性之方面而言較佳。
‧L
L表示直接鍵結、硫基、醚基、可具有雜原子之脂肪族烴基,1分子中所含之複數個L可相同亦可不同。可具有雜原子之脂肪族烴基之碳數通常為1以上,且通常為6以下,較佳為5以下,更佳為4以下,進而較佳為3以下。
就易製造性或化合物之穩定性之方面而言,較佳為可具有雜原子之烴基。作為可具有雜原子之烴基,較佳為可具有雜原子之脂肪族烴基,更佳為可具有硫以外之雜原子之含硫鏈狀脂肪族烴基,進而較佳為以下(2-3-2)之含硫脂肪族烴基。
於含硫環狀脂肪族烴基之環狀構造與A鍵結之情形時,L較佳為具有-C-S-、-C-C-S-、-C-O-、或-C-C-O-之構造。又,於含硫環狀脂肪族烴基之環狀構造與B鍵結之情形時,L較佳為具有-C-S-、-C-C-S-、-C-S-C-、-C-、-C-O-、-C-C-O-、 或-C-O-C-之構造。再者,該等表述之左側表示與環狀構造之鍵結部位,右側表示與A或B之鍵結部位。
該等之中,碳數越少越好,其原因在於提高硫原子之含量。又,環狀構造中所含之硫原子與取代基中所含之硫原子不形成硫縮醛構造之構造由於化合物穩定,故而較佳。
作為Q2之較佳之具體例,可列舉以下之構造。
(2-3-2)含硫鏈狀脂肪族烴基
含硫鏈狀脂肪族烴基之分子量於具有取代基之情形時以包含取代基在內之分子量計通常為60以上,較佳為80以 上,更佳為90以上,且通常為1000以下,較佳為500以下,更佳為300以下。含硫鏈狀脂肪族烴基之分子量若為上述下限以上,則就揮發性較低之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就溶解性(相溶性)優異之方面而言較佳。
含硫鏈狀脂肪族烴基較佳為針對於具有取代基之情形時以包含取代基在內之碳數計通常為1以上、較佳為2以上、更佳為3以上且通常為20以下、較佳為15以下、更佳為10以下之脂肪族烴骨架,將其一部分取代為硫原子及任意之硫原子以外之雜原子的基。
含硫鏈狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例以硫原子計通常為20質量%以上,較佳為30質量%以上,更佳為35質量%以上。又,通常為90質量%以下,較佳為85質量%以下,更佳為80質量%以下。
含硫鏈狀脂肪族烴基中所含之硫原子之比例若為上述下限以上,則就無機粒子分散劑兼具高折射率化與高阿貝數之方面而言較佳,若為上述上限以下,則就無機粒子分散劑之著色減少之方面而言較佳。若含硫脂肪族烴基為含硫鏈狀脂肪族烴基,則就溶解性或容易對硬化物賦予柔軟性之方面而言較佳。
於含硫鏈狀脂肪族烴基之中,較佳為式(IV)之構造所表示之含硫鏈狀脂肪族烴基。
-[S]p-[CR2]q-[E]r-………(IV)
於式(IV)中,R表示氫原子或可含有雜原子之烴基,E表 示氧原子。p表示1~3之整數。q表示1~3之整數。r表示0或1。1分子中所含之複數個R可相同亦可不同。式(IV)中之S、CR2、E之鍵結順序為任意。可具有雜原子之烴基之碳數通常為6以下,較佳為4以下,更佳為3以下,且通常為1以上。於可具有雜原子之烴基之中,就折射率及阿貝數之觀點而言,較佳為含硫鏈狀脂肪族烴基或含硫環狀脂肪族烴基。該等含硫鏈狀脂肪族烴基及含硫環狀脂肪族烴基中亦可含有硫以外之氧或氮等雜原子。另一方面,就合成之簡便性之方面而言,較佳為脂肪族烴基。其中,較佳為氫原子及脂肪族烴基,尤佳為氫原子。
作為含硫鏈狀脂肪族烴基之具體例,可列舉:具有-S-C-C-S-C-O-或-S-C-C-O-之構造之基、伸乙基硫基、伸乙基硫基伸乙基、伸乙基二硫醚基、伸乙基三硫醚基、及下述所示之基,但並不限定於該等。再者,於下述構造式中,附有波形線之直線部分為與A或B之鍵結部位。
該等之中,較佳為伸乙基硫基、伸乙基硫基伸乙基、及以 下所示之基。
本發明之聚合性無機粒子分散劑藉由具有此種Q2,可使無機粒子透明且穩定地分散於所需之分散介質中,又,於維持無機粒子所具有之較高之折射率之狀態下,亦具有較高之阿貝數,使利用無機粒子控制高折射率區域之折射率與阿貝數成為可能。
<n2、m2>
於上述式(II)中,n2表示1~10之整數,較佳為1~6之整數,進而較佳為1~3之整數。m2表示2~10之整數,較佳為2~6之整數,進而較佳為2~3之整數。n2及m2必須為1以上,但若過大,則聚合性無機粒子分散劑之折射率降低,故而欠佳。
作為式(II)所表示之化合物之較佳之具體例,可列舉以下之化合物。
[化46]
3.聚合性無機粒子分散劑之物性
(1)折射率
本發明之聚合性無機粒子分散劑通常折射率為1.62以上,較佳為1.65以上,更佳為1.7以上。折射率之上限並無特別限定,通常為2.0以下。藉由折射率為1.62以上,而抑制製成無機有機複合粒子之情形之表觀折射率降低,作為無 機有機複合材於nd=1.65以上之高折射率範圍內折射率之廣範圍之控制變得容易。再者,於本說明書中,在記載聚合性無機粒子分散劑、無機有機複合粒子之光學特性之情形時,係指使用該等製造之無機有機樹脂複合材之光學特性。
作為必需於此種高折射率之範圍內控制折射率之理由,例如有可進一步降低在抗反射用途中使用之情形之最低反射率之情況。即,作為各種基材之抗反射技術,進行對基材成膜低折射率之膜,使低折射率層表面的反射光與低折射率層與基材之界面中的反射光之相位反轉從而抵消。
然而,現狀係僅低折射率層之單獨膜無法完全地防止反射。其原因在於,依賴於基材之折射率與低折射率層之折射率,例如於基材之折射率為1.63之情形時,為了完全地防止反射,而必需成膜折射率為1.28左右之低折射率膜,但可以單獨之高分子成形此種低折射率膜之材料尚不存在。
另一方面,作為用以進一步防止反射之方法,已知有藉由積層低折射率與高折射率之材料,可於較廣之波長範圍內防止反射。此時,成為於基材與低折射率層之間夾持高折射率層之形態,但由於基材之折射率與低折射率層之折射率多種多樣,故而所夾入之高折射率層亦必需進行根據其等之折射率控制。
例如,於使用現狀下可獲取之折射率1.4左右之低折射率膜作為低折射率層,使用折射率1.5左右之基材作為基材之 情形時,為了獲得抗反射效果,所夾入之高折射率層之折射率必須為1.6~1.7。因此,作為可調整折射率之範圍,必需至少為1.6以上,更佳為1.62以上。
為了使聚合性無機粒子分散劑之折射率為1.62以上,較佳為聚合性無機粒子分散劑中含有有助於高折射率化之原子或官能基。作為有助於高折射率化之原子或官能基,可列舉:硫原子、氟除外之鹵素原子、氮原子、苯基等,就較高之阿貝數之觀點而言,鹵素原子或苯基欠佳,較佳為具有硫原子。
<折射率之測定方法>
作為折射率之測定方法,通常除了利用市售之阿貝計之直接測定以外,尤其針對薄膜狀樣品,亦可列舉:於各波長下測定利用使用分光膜厚計之膜厚測定之反射率而求出折射率之方法、根據利用橢圓偏光計之光之p偏向與s偏向之相位差△及反射振幅比角之測定使用各光學模型進行解析之方法等,但本發明中之折射率係指利用分光膜厚計測定之值。
於利用分光膜厚計測定折射率之情形時,可藉由利用cauchy模型對測定值進行擬合,而算出各波長(486 nm(F射線)、587 nm(d射線)、656 nm(C射線)下之折射率nF、nd、nC
本發明之聚合性無機粒子分散劑之折射率係對如下硬化膜進行測定,該硬化膜係如下述之實施例之項中所記載般使 用於含有聚合性無機粒子分散劑1~10質量%之溶液中添加下述之聚合起始劑0.001~1質量%而獲得之組成物形成薄膜,對該薄膜照射紫外線而獲得。
於本發明中,折射率係指nd,但關於折射率nF、nC,亦較佳為1.62以上。
(2)阿貝數
本發明之聚合性無機粒子分散劑之阿貝數為40以上,較佳為45以上,更佳為50以上。若聚合性無機粒子分散劑之阿貝數小於40,則於與無機粒子進行複合化之情形時,難以實現高折射率與高阿貝數之兼具,故而欠佳。又,於使用該分散劑製作無機有機複合粒子,製成無機有機樹脂複合材之情形時,對複合材賦予高阿貝數之效果變小,故而欠佳。阿貝數之上限並無特別限定,通常為60以下。
此處,已知折射率與賦予化合物之分子構造特徵之Lorentz-Lorentz之式。據此,聚合物之折射率係由其重複單位之分子體積V與分子折射[R]以下述式(1)表示。
n=√(2[R]/V+1)/(1-[R]/V)………(1)
另一方面,於將對上述之C射線(656 nm)、d射線(587 nm)、F射線(486 nm)之折射率分別設為nC、nd、nF時,阿貝數νd以下述式(2)表示。
νd=(nd-1)/(nF-nC)………(2)
使用化學便覽中所記載之原子分散之值,根據上述式 (1)、式(2),阿貝數νd係將分子分散設為[△R]而以下述之式表示。
νd=6nd/(nd 2+2)(nd+1)×[R]/[△R]………(3)
此處,分子分散係構成分子之原子分散之和。因此,為了使樹脂獲得高阿貝數,而必需含有較多原子分散[R]較大、分子分散[△R]較小之原子,最佳為氟(F)除外之鹵素原子或硫原子([R]較大,[△R]較小)。
其中,鹵素原子就環境問題等之觀點而言,存在限制使用之傾向,又,亦存在有害性,因此為了提高阿貝數,可較佳地使用硫原子。因此,作為本發明之聚合性無機粒子分散劑中之Q,較佳為含有硫原子者。
4.聚合性無機粒子分散劑之製造方法
作為本發明之聚合性無機粒子分散劑之包含A、B及Q之化合物之製造方法只要為可獲得A、B及Q鍵結之構造之方法,則並無特別限定,可藉由公知之方法使作為公知之基之A、B、Q鍵結而獲得。
具體而言,可使A與Q鍵結而獲得A-Q之構造之化合物後,使B鍵結於該A-Q之構造之化合物之Q,亦可使B與Q鍵結而獲得Q-B之構造之化合物後,使A鍵結於該Q-B之構造之化合物之Q。
再者,於B為2價以上之價數之情形時,較佳為首先進行A與Q之鍵結,其原因在於容易製造。又,就B為極性 較高之基,反應產物之純化較為困難之方面而言,亦較佳為首先進行A與Q之鍵結。
於形成A與B之鍵結之情形時,較佳為使一者與Q鍵結後,使另一者鍵結。
以下,對A與Q、Q與B、及A與B之鍵結方法進行說明。
(1)使A與Q鍵結之方法
作為聚合性官能基A,具體而言,可列舉:(甲基)丙烯醯基、氧、硫環丙烷基、異氰酸酯基等,以下,取作為可較佳地用於本發明之聚合性官能基之例子的(甲基)丙烯醯基為例,對與Q之連結方法進行說明。
作為導入(甲基)丙烯醯基之方法,最為通常的是使(甲基)丙烯酸衍生物與羥基或巰基反應之方法。即,可藉由使(甲基)丙烯酸衍生物與預先配置有羥基或巰基的可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂肪族烴基Q於適當之觸媒或反應試劑之存在下反應而獲得。
上述方法中所使用之「預先準備之羥基或巰基」亦可成為構成上述之式(III)中之L或式(IV)中之E之一部分之氧原子或硫原子。具體而言,可例示以下所示之方法1至5。
方法1:使作為(甲基)丙烯酸衍生物之(甲基)丙烯酸與Q之羥基進行酯化反應之方法
(甲基)丙烯酸與羥基之反應例於日本專利特開 2011-201937號公報、日本專利特開2012-36138號公報等中有所揭示。
方法2:藉由使用(甲基)丙烯酸甲酯等酯作為(甲基)丙烯酸衍生物之酯交換反應而導入(甲基)丙烯醯基之方法
酯與羥基之反應例於日本專利特開2011-201937號公報、日本專利特開平1-258642號公報、日本專利特開平4-66555號公報等中有所揭示。
方法3:藉由使用(甲基)丙烯醯氯等醯鹵作為(甲基)丙烯酸衍生物進行酯化而導入(甲基)丙烯醯基之方法
醯鹵與羥基之反應例於日本專利特開2011-201937號公報、日本專利特開2000-119220號公報等中有所揭示,醯鹵與巰基之反應例於日本專利特開平2-3675號公報、日本專利特開平2-229808號公報、日本專利特開平3-11054號公報等中有所揭示。
方法4:使用(甲基)丙烯酸酐作為(甲基)丙烯酸衍生物之方法
(甲基)丙烯酸酐與羥基之反應例於日本專利特開平2-229808號公報、日本專利特開平3-11054號公報等中有所揭示。(甲基)丙烯酸酐與巰基之反應例於日本專利特開平11-35522號公報中有所揭示。
方法5:使3-鹵代丙醯鹵與羥基或巰基反應,使所獲得之3-鹵代丙酸酯進行脫鹵化氫而構築(甲基)丙烯醯基之方法
可使預先配置有羥基或巰基之可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫脂肪族烴基Q與鹵代丙醯鹵反應,使所獲得之鹵代丙酸酯進行脫鹵化氫,而獲得具有(甲基)丙烯醯基之Q。
鹵代丙醯鹵與羥基之反應例於日本專利特開2011-201937號公報、日本專利特開2006-232797號公報等中有所揭示。鹵代丙醯鹵與巰基之反應例於日本專利特開平2-172969號公報等中有所揭示。
作為導入(甲基)丙烯醯基之方法,並不限定於該等方法。又,可根據所需之Q之構造或反應性而適當選擇該等方法。又,對於其他聚合性官能基,亦可使用公知之方法與所需之Q鍵結。
(2)使B與Q鍵結之方法
以下,取作為可較佳地用於本發明之與無機粒子吸附之部位B之下述構造為例,對與Q之連結方法進行說明。
(2-1)B為下述構造1之情形
方法6:藉由將具有鹵代烷基構造之Q誘導至格利雅化合物(Grignard compound)中後,使之與二氧化碳(CO2)加成而使碳酸酯構造碳數增加,成為酸性,而獲得羧基之方法。
以下之非專利文獻中對利用類似之基質之具體之配方進行了敍述。
Organic Synthesis,Collective Volume 6,845-853頁,1988年
方法7:利用具有羥基或巰基之Q與具有電子吸引性基之烯烴之麥可加成反應之方法。
利用使用丙烯酸作為具有電子吸引性基之烯烴的類似之基質之方法於日本專利特開2008-174506號公報及以下之非專利文獻中有所揭示。
Tetrahedron,49卷,15號,3149-3164頁,1993年
使用丙烯腈進行麥可加成後使腈基水解而製成羧基的類似之基質下之方法於日本專利5031554號公報及以下之非專利文獻中有所揭示。
Synthetic Communications,38卷,789-795頁,2008年
方法8:有使具有羥基或巰基之Q與琥珀酸酐反應之方法,利用類似之基質之反應例於日本專利特開2006-273709號公報或以下之非專利文獻中有所揭示。
Organic Synthesis,Collective Volume 11,1068-1073頁,2009年
方法9:使具有羥基或巰基之Q與氯乙酸酯反應之後,使酯水解之方法
利用類似之基質之羥基或巰基與氯乙酸酯之反應於美國專利第6080867號公報、美國專利第5925764號公報、以下之非專利文獻中有所揭示。
Tetrahedron Letters,30卷,28號,3633-3636頁,1989年
Chemical & pharmaceutical bulletin,38卷,11號,3035-3041頁,1990年
水解之方法於美國專利第6303804號公報、國際公開第2010/68242號、中國專利第102001981號公報、及以下之非專利文獻中有所例示。
Tetrahedron Letters,45卷,30號,5901-5903頁,2004年
作為導入構造1之方法,並不限定於該等方法。又,可根據所需之Q之構造或反應性而適當選擇該等方法。
(2-2)B為下述構造2或3之情形
[化50]
作為導入該等構造之方法,已知有藉由於鹼存在下使具有羥基或巰基之Q與磷醯氯或硫代磷醯氯反應而導入含有磷之含氧酸構造之方法。日本專利特開平11-80175號公報、日本專利第2735732號公報等中例示有利用類似之基質之具體之方法。藉由該方法獲得之化合物通常成為具有上述構造2及3之構造之化合物之混合物。於本發明中,該等混合物可於不分離之情況下使用。
(2-3)B為下述構造4之情形
作為使下述構造4與Q鍵結之方法,已知有於鹼存在下使具有羥基或巰基之Q與磷醯氯或硫代磷醯氯反應之方法。具體而言,利用類似之基質之方法於日本專利特開平5-320181號公報中有所例示。
於構造4中,R2為氫原子或可具有雜原子之脂肪族烴基。
使Q與B鍵結之法並不限定於該等方法。又,可根據所需之Q之構造或反應性而適當選擇該等方法。
又,上述方法中所使用之「鹵代烷基」及「羥基或巰基」亦可成為構成上述之式(III)中之L或式(IV)中之E之一部分之碳原子、氧原子或硫原子。
(3)使A與B連結之方法
於與無機粒子吸附之部位B為二價以上之情形時,亦可使聚合性官能基A直接鍵結於B。作為此時之方法,可例示對預先配置於B中之羥基或巰基應用上述之方法1至5之方法。又,作為其他方法,利用(甲基)丙烯酸酐與磷酸鹽之反應之類似化合物之合成方法於以下之非專利文獻中有所例示,使五氧化二磷與(甲基)丙烯酸或烯丙醇反應之類似化合物之方法於國際公開第2004/049068號中有所例示。
Bioorganic Chemistry,1989年,17卷1號1-12頁
作為將聚合性官能基A與二價以上之與無機粒子吸附之部位B連結之方法,並不限定於該等方法。又,可根據所需之A及B之構造或反應性而適當選擇該等方法。上述方法中所使用之「預先準備之羥基或巰基」亦可成為構成上述之式(III)中之L或式(IV)中之E之一部分之氧原子或硫原子。
5.無機粒子
(1)無機粒子之折射率
作為本發明之無機有機複合粒子中所使用之無機粒子,並無特別限定,可自公知之無機粒子中任意地選擇,較佳為具 有較高之折射率者,其折射率通常為2.0以上,較佳為2.2以上。無機粒子之折射率之上限並無特別限定,通常為3.0以下。
作為無機粒子,具體而言,較佳為氧化鋯(折射率2.1-2.2)、氧化鈦(折射率2.5-2.7)、氧化鈰(折射率2.1)、氧化錫(折射率1.9-2.0)、氧化鈮(折射率2.3)、氧化鋅(折射率2.0)、鈦酸鋇(折射率2.4)、鈦酸鍶(折射率2.4)、包含選自該等金屬氧化物中之至少1種之複合氧化物。
於無機粒子之折射率小於2.0之情形時,與本發明之聚合性無機粒子分散劑組合而製成無機有機複合粒子時,提高折射率之效果不足,無機有機複合粒子之硬化物之折射率難以達成1.65以上,故而欠佳。
(2)無機粒子之粒徑
就作為無機有機複合粒子而保持較高之透明性之觀點而言,無機粒子之大小以粒徑計較佳為1~10 nm,進而較佳為1~5 nm。其原因在於,藉由將粒子之大小設為1 nm以上,可防止如下情況:因無機粒子之尺寸效果,使折射率變得小於原本無機粒子所具有之折射率,而無法獲得高折射率。藉由設為10 nm以下,可防止因瑞利散射而無法確保透明性。
此處,所謂無機粒子之粒徑,係指利用穿透式電子顯微鏡(TEM,transmission electron microscope)直接觀察粒子,測 量任意地選擇之200個粒子之長軸之長度,進行平均時之值。
(3)無機粒子之製造方法
對於無機粒子之製造方法,並無特別限制,可自以下之文獻中所記載的於醇溶劑中之熱熔法、將氧化物原料之烷氧化物於氣相中噴霧熱分解之方法、將金屬氧化物直接粉碎之方法、利用微乳液之方法等公知之方法中適當選擇。
熱熔法:
W. Stober, A. Fink and E. Bohn, J. Colloid Interface Sci., Vol. 26, p. 62 (1986)
E..S.Tormey, R. L. Prober, H. K. Bowen and P. D. Calvert, Advances in Ceramic Society Press., Vol. 9, p. 140 (1984)
B. Fegley, Jr., and E. A. Barringer, Better Ceramics through Chemistry, Elsevier, p. 187 (1984)
噴霧熱分解法:
日本專利特開昭63-221842號公報
粉體工學會志vol 26,No.3,pp 169-173(1989)
粉體工學會志vol 33,No.3,pp 187-191(1996)
粉碎法:
Nano-Materials工學體系,第一卷New Ceramics-Glass,Fuji Techno System,p.45
微乳液:
M. Yanagi, Y. Asano, K. Kandori, K. Kon-no and A. Kitahara,1986,色材研究發表會要旨集,p.86(1986)
K. Osseo-Asare and F. J. Arriagada, Colloids Surfaces, Vol. 50, p.321 (1990)
T. Kawai, A, Fujino, and K. Kon-no, Colloids Surfaces A, Vol. 109, p. 245 (1996)
於本發明之無機有機複合粒子中,無機粒子可單獨使用1種,於無損本發明之效果之範圍內亦可組合2種以上而使用。
6.無機有機複合粒子
本發明之無機有機複合粒子係使無機粒子與本發明之聚合性無機粒子分散劑複合化而獲得者。
藉由使本發明之聚合性無機粒子分散劑與無機粒子複合化,可提高使用本發明之無機有機複合粒子獲得之無機有機樹脂複合材之折射率,可以無機粒子之含量為20質量%之低含量達成折射率nd=1.65以上之高折射率,且於nd=1.65以上之區域中,可於較廣之範圍內控制折射率與阿貝數。
此時,無機粒子及聚合性無機粒子分散劑亦可分別使用複數種。
無機有機複合粒子之製造方法並無特別限制,通常使用濕式法。所謂濕式法,係指使無機粒子懸浮於溶劑中,將聚合性無機粒子分散劑直接或以溶液狀態混合於無機粒子之懸 浮液中之方法。藉此,可製作均勻地分散有無機粒子之透明分散液。
於本發明之無機有機複合粒子中,無機粒子與聚合性無機粒子分散劑之調配量可基於各物質之折射率根據目的而設定,通常無機粒子相對於聚合性無機粒子分散劑之量較佳為20質量%以上、90質量%以下,更佳為40質量%以上、85質量%以下,進而較佳為60質量%以上、80質量%以下。
藉由將無機粒子相對於聚合性無機粒子分散劑之含量設定為20質量%以上,提高折射率之效果增高,作為無機有機複合粒子容易獲得1.65以上之折射率,故而較佳。又,藉由將無機粒子相對於聚合性無機粒子分散劑之含量設定為90質量%以下,無機粒子利用聚合性無機粒子分散劑之分散效果變高,分散穩定性提高,故而較佳。
使無機粒子懸浮之分散媒並無特別限定,但若考慮與聚合性無機粒子分散劑之親和性,則可較佳地使用有機系溶劑。具體而言,例如可列舉:四氫呋喃、甲苯、己烷、N-甲基吡咯啶酮、二甲基亞碸、乙醇、甲醇、丁醇、丙二醇單甲醚、乙二醇單甲醚及甲基異丁基酮等中之1種或2種以上。
分散媒相對於無機粒子之量通常為50質量%以上、99質量%以下。藉由將分散媒相對於無機粒子之量設定為50質量%以上,可調整無機粒子濃度,抑制凝膠化、粒子之析出等之產生。又,藉由將分散媒相對於無機粒子之量設定為 99質量%以下,可縮短用作組成物時之除去溶劑(分散媒)之步驟之時間,可抑制除去溶劑之步驟中之凝膠化或相分離等問題。
為了使無機粒子懸浮於上述之分散媒中,例如,使藉由熱熔法製作之無機粒子於不良溶劑中沈澱,除去上清液後,進而利用成為不良溶劑之溶劑及成為良溶劑之溶劑之1:1混合液等對附著於粒子表面之有機物清洗數次,利用離心分離機將濕的無機粒子回收後,添加所需之分散媒。
無機粒子懸浮液與聚合性無機粒子分散劑之混合方法並無特別限定,只要將既定量之聚合性無機粒子分散劑直接或溶解於任意之溶劑中而混合添加於無機粒子懸浮液中即可。以溶液狀態混合聚合性無機粒子分散劑時,較佳為使用與使無機粒子懸浮之分散媒相同者作為溶劑。
無機粒子懸浮液與聚合性無機粒子分散劑之混合條件並無特別限定,例如可列舉於大氣壓下於50℃以下之溫度下攪拌1~2小時左右之方法。
7.無機有機複合粒子分散液
藉由上述之無機粒子懸浮液與聚合性無機粒子分散劑之混合,可獲得無機有機複合粒子之分散液。該分散液可根據目的直接以分散液之形式使用,或將分散媒除去或置換成其他溶劑而使用。
(1)無機有機複合粒子之濃度
於將使無機粒子與聚合性無機粒子分散劑複合化而成之無機有機複合粒子以上述之分散液之形式使用之情形時,無機有機複合粒子分散液中之無機有機複合粒子之濃度通常為1質量%以上、50質量%以下,較佳為1質量%以上、30質量%以下。
藉由將上述無機有機複合粒子濃度設定為上述下限值以上,而無機有機複合粒子之濃度變得充分,即便於用作薄膜形成用之情形時,亦可形成充分之厚度之膜,故而較佳,藉由設定為上述上限值以下,無機有機複合粒子分散液之穩定性變得良好,不易產生凝膠化等,故而較佳。
(2)無機有機複合粒子分散液之組成比率
無機有機複合粒子分散液中之無機粒子之比例相對於無機有機複合粒子分散液,通常為0.2質量%以上,較佳為1質量%以上,更佳為2質量%以上。又,於可使無機粒子分散穩定化之範圍內,上限並無特別,通常無機粒子濃度為45質量%以下。
藉由將無機粒子濃度設定為0.2質量%以上,利用無機粒子之提高折射率之效果增高,故而較佳,反之,藉由設定為45質量%以下,無機粒子利用聚合性無機粒子分散劑之分散效果變高,分散穩定性提高,故而較佳。
(3)分散媒
分散媒並無特別限定,如上所述,若考慮與聚合性無機粒 子分散劑之親和性,則可較佳地使用有機系溶劑。具體而言,可列舉:四氫呋喃、甲苯、己烷、N-甲基吡咯啶酮、二甲基亞碸、乙醇、甲醇、丁醇、丙二醇單甲醚、乙二醇單甲醚或甲基異丁基酮等中之1種或2種以上。
(4)其他成分
<分散劑>
無機有機複合粒子分散液中亦可使用本發明之聚合性無機粒子分散劑以外之分散劑。只要無損本發明之效果,則亦可含有具有羧基、含有磷之含氧酸基、含有硫之含氧酸基等吸附部位之既知之分散劑中之1種或2種以上。
<抗氧化劑>
以對聚合性無機粒子分散劑賦予耐候性為目的,無機有機複合粒子分散液中亦可含有氮系、磷系等公知之抗氧化劑。於此情形時,無機有機複合粒子分散液中之抗氧化劑之含量相對於聚合性無機粒子分散劑,通常為0.01質量%以上,更佳為1質量%以上,且通常為5質量%以下,較佳為4質量%以下,更佳為3質量%以下。藉由無機有機複合粒子分散液中之抗氧化劑之含量為上述上限以上,可長期防止聚合反應後之硬化物之著色或劣化,藉由為上述上限以下,可抑制由添加抗氧化劑引起的聚合反應後之硬化物之透明性之降低、折射率之降低等。
<聚合抑制劑>
以防止聚合性無機粒子分散劑之聚合為目的,無機有機複合粒子分散液中亦可含有公知之聚合抑制劑。於此情形時,無機有機複合粒子分散液中之聚合抑制劑之含量相對於聚合性無機粒子分散劑,通常為0.01質量%以上,更佳為1質量%以上,且通常為5質量%以下,較佳為4質量%以下,更佳為3質量%以下。藉由無機有機複合粒子分散液中之聚合抑制劑之含量為上述下限以上,可長期防止聚合性無機有機分散劑之溶液中之凝膠化,藉由為上述上限以下,可抑制由添加聚合抑制劑引起的聚合反應後之硬化物之透明性之降低、折射率之降低等。
<其他>
無機有機複合粒子分散液中進而以改善黏度或操作性為目的亦可含有與聚合性無機粒子分散劑具有相溶性的公知之黏度調整劑或均化劑等。
8.無機有機樹脂複合材
由於本發明之無機有機複合粒子具有聚合性官能基A,故而藉由使該聚合性官能基A聚合,可獲得無機有機樹脂複合材。例如通常將聚合起始劑混合於無機有機複合粒子或其分散液中後,使之成形、硬化,藉此可獲得作為無機有機複合粒子之聚合體之無機有機樹脂複合材。
另一方面,將無機有機複合粒子與其他聚合性單體混合後,使各者聚合,亦可獲得無機有機樹脂複合材。例如,將 樹脂之原料單體混合於無機有機複合粒子或其分散液中後,混合促進各聚合之聚合起始劑,使之成形、硬化,藉此亦可獲得無機有機樹脂複合材。
以下,對無機有機樹脂複合材之製造方法加以說明。
8-1.無機有機複合粒子之聚合體之製造方法
通常將聚合起始劑混合於無機有機複合粒子或其分散液中後,使之成形、硬化,藉此可獲得作為無機有機複合粒子之聚合體之無機有機樹脂複合材。
(1)聚合起始劑
聚合起始劑係用以進行無機有機複合粒子之聚合反應。
通常,聚合起始劑之量相對於聚合性無機粒子分散劑之量,較佳為0.01質量%以上,尤佳為0.1質量%以上,特佳為1質量%以上,且通常較佳為20質量%以下,尤佳為15質量%以下,特佳為10質量%以下。藉由聚合起始劑之使用量為上述下限以上,而無引起硬化不良,或未反應成分溶出之情況,可獲得充分之折射率、機械強度。又,藉由聚合起始劑之使用量為上述上限以下,而無產生由聚合起始劑引起的著色等之情況,可抑制無機粒子之相分離、硬化物之白濁、脆化等。
只要為可使聚合性無機粒子分散劑進行聚合反應者,則所使用之聚合起始劑並無特別限制,可根據聚合性無機粒子分散劑之種類而適當使用苯乙酮類、二苯基酮類、安息香醚 類、羥基酮類、醯基氧化膦類、重氮鎓陽離子鎓鹽、錪陽離子鎓鹽、鋶陽離子鎓鹽等。
具體而言,例如可列舉:1-[4-(2-羥基乙氧基)苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、1-羥基環己基苯基酮、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲醯基苯基乙氧基氧化膦、2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-嗎啉基苯基)丁酮-1、2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、2-甲基-1-[4-甲基硫基苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香異丁醚、安息香異丙醚、雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)-苯基氧化膦、2-羥基-2-甲基-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙醇寡聚物、異丙基9-氧硫、鄰苯甲醯基苯甲酸甲酯、[4-(甲基苯硫基)苯基]苯基甲烷、2,4-二乙基9-氧硫、2-氯9-氧硫、二苯基酮、乙基蒽醌、二苯基酮銨鹽、9-氧硫銨鹽、雙(2,6-二甲氧基苯甲醯基)-2,4,4-三甲基-戊基氧化膦、2,4,6-三甲基二苯基酮、4-甲基二苯基酮、4,4'-雙二乙基胺基二苯基酮、1,4-二苯甲醯基苯、10-丁基-2-氯吖啶酮、2,2'-雙(鄰氯苯基)-4,5,4',5'-四(3,4,5-三甲氧基苯基)-1,2'-聯咪唑、2,2'-雙(鄰氯苯基)-4,5,4',5'-四苯基-1,2'-聯咪唑、2-苯甲醯基萘、4-苯甲醯基聯苯、4-苯甲醯基二苯醚、丙烯醯基化二苯基酮、雙(η 5-2,4-環戊二烯-1-基)-雙(2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)-苯基)鈦、鄰甲基苯甲醯基苯甲酸酯、對二甲基胺基苯甲酸乙酯、 對二甲基胺基苯甲酸異戊基乙酯、活性第三胺、咔唑-苯酮系光聚合起始劑、吖啶系光聚合起始劑、三系光聚合起始劑、苯甲醯系光聚合起始劑、三烯丙基鋶、六氟磷酸酯鹽、六氟磷酸三烯丙基鋶、六氟化磷系芳香族鋶鹽、六氟化銻系芳香族鋶鹽、六氟化銻系芳香族鋶鹽、六氟化銻系芳香族鋶鹽、三烯丙基鋶、六氟銻、六氟磷酸4-甲基苯基-[4-(2-甲基丙基)苯基]酯、1,2-辛二酮,1-[4-(苯硫基)-2-(鄰苯甲醯基肟)]、1-[9-乙基-6-(2-甲基苯甲醯基)-9H-咔唑-3-基]-1-(鄰乙醯基肟)、4-二甲基胺基苯甲酸乙酯、4-二甲基胺基苯甲酸乙酯、4-二甲基胺基苯甲酸2-乙基己酯、六氟磷酸(9-側氧基-9H--2-基)苯基錪、六氟磷酸雙[4-正烷基(C10~13)苯基]錪、雙[4-正烷基(C10~13)苯基]錪六氟銻、三氟磺酸三苯基鋶、雙環[2,2,1]庚烷-1-甲烷磺酸酯、六氟磷酸(9-側氧-9H--2-基)苯基鋶、對疊氮苯甲醛、對疊氮苯乙酮、對疊氮苯甲酸、對疊氮苯甲醛-2-磺酸鈉鹽、對疊氮亞苄基苯乙酮、4,4'-二疊氮查耳酮、4,4'-二疊氮二苯基硫醚、3,3'-二疊氮二苯基硫醚、2,6-雙-(4'-疊氮亞苄基)-4-甲基環己烷、1,3-雙-(4'-疊氮亞苄基)-丙酮、4,4'-二疊氮查耳酮-2-磺酸鈉鹽、4,4'-二疊氮均二苯乙烯-2,2'-二磺酸鈉鹽、1,3'-雙-(4'-疊氮亞苄基)-2'-二磺酸鈉鹽-2-丙酮、2,6-雙-(4'-疊氮亞苄基)-2'-磺酸(鈉鹽)環己酮、2,6-雙-(4'-疊氮亞苄基)-2'-磺酸(鈉鹽)4-甲基-環己酮、α-氰基-4,4'-二苯并均二苯乙烯、2,5-雙-(4'-疊氮 亞苄基磺酸鈉鹽)環戊酮、3-磺醯基疊氮苯甲酸、4-磺醯基疊氮苯甲酸、肉桂酸、α-氰基亞桂皮基丙酮酸、對疊氮-α-氰基肉桂酸、對苯二丙烯酸、對苯二丙烯酸二乙酯、聚肉桂酸乙烯酯、聚苯氧基-亞桂皮基乙酸異丙酯、聚苯氧基-α-氰基亞桂皮基乙酸異丙酯、萘醌(1,2)二疊氮(2)-4-磺酸鈉鹽、萘醌(1,2)二疊氮(2)-5-磺酸鈉鹽、萘醌(1,2)二疊氮(2)-5-磺酸酯(I)、萘醌(1,2)二疊氮(2)-5-磺酸酯(II)、萘醌(1,2)二疊氮(2)-4-磺酸鹽、2,3,4,4'-四羥基二苯基酮三(萘醌二疊氮磺酸)酯、萘醌-1,2,5-(三羥基二苯基酮)三酯、1,4-亞胺基醌-二疊氮(4)-2-磺醯胺(I)、1-重氮-2,5-二乙氧基-4-對三巰基苯鹽、5-硝基苊、N-乙醯基胺基-4-硝基萘及有機硼化合物等,但並不限定於該等。根據所需之硬化物之特性,該等可單獨使用,亦可組合2種以上而使用。
(2)成形
本發明之無機有機複合粒子或其分散液可應用於各種成形。例如,於成形為薄膜狀或片狀之情形時,係使用旋轉塗佈、棒式塗佈、噴霧、輥等既存之方法形成膜。又,亦可使用分注器等直接流入至所需之部位。
尤其於對無機有機複合粒子之分散液進行成形之情形時,通常設置作為分散介質之溶劑之乾燥步驟。乾燥時除了大氣、室溫下之風乾以外,亦可使用烘箱中之加熱乾燥、真空烘箱中之減壓乾燥、減壓加熱乾燥等通常之乾燥方法。尤 其於在空氣中對穩定性有擔憂之情形時,亦可於惰性氣體環境下進行乾燥。
(3)硬化方法
硬化方法並無特別限定,可藉由對上述成形體照射紫外線、電子束等放射線或熱而進行硬化。較佳為利用放射線之照射之硬化,其中,較佳為利用紫外線(UV)照射之硬化。於利用UV照射之情形時,較佳為紫外線燈使用高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、氙氣燈或紫外線-發光二極體(UV-LED,Ultraviolet-light emitting diode)等,以紫外線之照度30~3000 mW/cm2、累積光量10~10000 mJ/cm2進行照射而使之硬化。又,亦可將放射線之照射與紅外線、熱風、高頻加熱等併用。
藉由將上述照射條件設定為上述下限值以上,可防止由硬化不良引起的未反應成分之溶出,或提高折射率、機械強度,故而較佳。又,藉由將上述照射條件設定為上述上限以下,可抑制由紫外線引起的有機成分之劣化,或抑制著色、無機粒子之相分離、硬化物之白濁、脆化等,故而較佳。
8-2.無機有機複合粒子與聚合性單體之混合物之聚合體及其製造方法
本發明之無機有機樹脂複合材亦可含有上述之無機有機複合粒子與樹脂。由於本發明之無機有機複合粒子其本身具有較高之折射率與阿貝數,故而藉由與樹脂進行複合化,可 有效地賦予其物性。該複合化係指樹脂與無機有機複合粒子均勻地分佈而硬化之狀態。該複合化之方法並無特別限定,可列舉將作為樹脂之原料之聚合性單體與無機有機複合粒子混合後進行硬化之方法。
可含之樹脂並無特別限定,可較佳地使用(甲基)丙烯酸系樹脂、環氧樹脂、聚矽氧樹脂等。就折射率之觀點而言,可較佳地使用高折射率單體之種類相對較豐富之丙烯酸系樹脂。就透明性或折射率、生產性之優越性等之觀點而言,較佳為(甲基)丙烯酸系樹脂。作為樹脂之原料,可較佳地使用聚合性單體。
(1)聚合性單體
本說明書中之聚合性單體係指具有可利用紫外線或電子束等放射線或熱等進行聚合之官能基之單體。只要可與無機有機複合粒子混合而硬化,則可無特別限制地使用。
作為聚合性單體,例如可列舉:作為(甲基)丙烯酸系樹脂之原料之(甲基)丙烯酸酯類、作為環氧樹脂之原料之環氧化合物、及作為聚矽氧樹脂之原料之矽烷化合物等。又,例如可列舉具有乙烯基、(甲基)丙烯醯胺基等官能基之反應性單體。
(1-1)(甲基)丙烯酸酯
作為(甲基)丙烯酸系樹脂之原料即(甲基)丙烯酸酯,可列舉:單官能(甲基)丙烯酸酯、二官能(甲基)丙烯酸酯、多官 能(甲基)丙烯酸酯等。具體而言,作為單官能(甲基)丙烯酸酯,例如可列舉:(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸第三丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸甲基烯丙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基胺基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基胺基丙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙基胺基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二乙基胺基丙酯、聚乙二醇單烷基醚(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇單烷基醚(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯啶酮、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸四氫糠酯、(甲基)丙烯酸降基酯、(甲基)丙烯酸苯氧基-2-甲基乙酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸3-苯氧基-2-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸2-苯基苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸4-苯基苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸3-(2-苯基苯基)-2-羥基丙酯、環氧乙烷改質對異丙苯基苯酚之(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸2-溴苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2,4-二溴苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2,4,6-三溴苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸異癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸正硬脂酯、(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸異基酯、(甲基)丙烯酸三環癸酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯酯、(甲基)丙烯酸金剛烷 基酯、(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基丙酯、丙烯酸4-羥基丁酯、(甲基)丙烯酸2-羥基丁酯、聚1,4-丁二醇單(甲基)丙烯酸酯、鄰苯二甲酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙基-2-羥基乙酯、甘油單甲基丙烯酸酯、3-丙烯醯氧基甘油單甲基丙烯酸酯、鄰苯二甲酸2-甲基丙烯醯氧基乙基-2-羥基丙酯、末端羥基聚酯單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-苯氧基-2-羥基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯、(甲基)丙烯酸3-氯-2-羥基丙酯、甘油單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸環氧丙酯、聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇-聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、辛氧基聚乙二醇-聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸苄酯、苯酚環氧乙烷改質(n=2)(甲基)丙烯酸酯、壬基苯酚環氧丙烷改質(n=2.5)(甲基)丙烯酸酯、酸式磷酸2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯、磷酸二苯基-2-甲基丙烯醯氧基乙酯、酸式磷酸單(2-甲基丙烯醯氧基乙酯)、酸式磷酸單(2-丙烯醯氧基乙酯)、鄰苯基苯酚環氧丙基醚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸烯丙酯、酸式磷酸酯單(2-丙烯醯氧基乙基)酯、(甲基)丙烯酸、鄰苯二甲酸2-(甲基)丙烯醯氧基-2-羥基丙酯等鄰苯二甲酸衍生物之半(甲基)丙烯酸酯、含有茀骨架之單官能性(甲基)丙烯酸酯、羥基乙基化鄰苯基苯酚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸糠酯、卡必醇(甲基)丙烯酸酯、(甲 基)丙烯酸丁氧基乙酯、單官能(甲基)丙烯酸胺基甲酸乙酯、單官能環氧(甲基)丙烯酸酯及單官能聚酯(甲基)丙烯酸酯等。
作為2官能(甲基)丙烯酸酯,例如可列舉:新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-二羥基金剛烷二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A之EO(環氧)加成物二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(甲基)丙烯酸苯甲酸酯、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、2官能(甲基)丙烯酸胺基甲酸乙酯、2官能環氧(甲基)丙烯酸酯、2官能聚酯(甲基)丙烯酸酯、9,9-雙[4-(2-丙烯醯氧基乙氧基)苯基]茀、含有茀骨架之2官能性(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇羥基特戊酸酯二丙烯酸酯、新戊二醇改質三羥甲基丙烷二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇酯之己內酯改質二丙烯酸酯、雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、環氧乙烷改質雙酚A之(甲基)丙烯酸酯、環氧丙烷改質雙酚A之(甲基)丙烯酸酯、利用雙酚A與(甲基)丙烯酸環氧丙酯之反應獲得之環氧(甲基)丙烯酸酯、利用環氧乙烷改質雙酚A與(甲基)丙烯酸環氧丙酯之反應獲得之環氧(甲基)丙烯酸酯及利用環氧丙烷改質雙酚A與(甲基)丙烯酸環氧丙酯之反應獲得之環氧 (甲基)丙烯酸酯等。
作為多官能(甲基)丙烯酸酯,例如可列舉:季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、多官能(甲基)丙烯酸胺基甲酸乙酯、多官能環氧(甲基)丙烯酸酯、多官能聚酯(甲基)丙烯酸酯、含有茀骨架之多官能性(甲基)丙烯酸酯、異氰尿酸三[2-(丙烯醯氧基)乙酯]、異氰尿酸三[2-(丙烯醯氧基)丙酯]、2,4,6-三(丙烯醯氧基乙氧基)-1,3,5-三及2,4,6-三(丙烯醯氧基丙氧基)-1,3,5-三等。
該等可單獨使用或組合2種以上而使用。
(1-2)環氧化合物
作為環氧樹脂之原料即環氧化合物,例如可列舉:雙酚A型環氧化合物、雙酚F型環氧化合物、苯酚酚醛清漆型環氧化合物、甲酚酚醛清漆型環氧化合物等酚醛清漆型環氧化合物;脂環式環氧化合物、異氰尿酸三環氧丙酯、乙內醯脲環氧化合物等含氮環環氧化合物;氫化雙酚A型環氧化合物、脂肪族系環氧化合物、環氧丙醚型環氧化合物、雙酚S型環氧化合物、聯苯型環氧化合物、二環環型環氧化合物、萘型環氧化合物等。該等可單獨使用或組合2種以上而使用。
作為上述環氧樹脂之硬化劑,例如可列舉:酸酐系硬化劑,即鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯 四甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、甲基耐地酸酐、耐地酸酐、戊二酸酐等。該等可單獨使用或組合2種以上而使用。
(1-3)矽烷化合物
又,作為聚矽氧樹脂之原料即矽烷化合物,亦可使用具有可聚合之官能基之二甲基矽烷化合物、甲基苯基矽烷化合物、含有胺基之矽烷化合物、含有羧基之矽烷化合物、含有甲醇基之矽烷化合物、含有苯基之矽烷化合物、有機氫矽烷化合物、含有多環式烴之矽烷化合物、含有芳香環烴之矽烷化合物、苯基倍半矽氧烷等。該等可單獨使用或組合2種以上而使用。
(1-4)其他聚合性單體
此外,亦可添加具有乙烯基或(甲基)丙烯醯胺基等官能基之反應性單體。
(2)製造方法
作為包含無機有機複合粒子與樹脂之無機有機樹脂複合材之製造方法,並無特別限制,可利用與上述之8-1中記載之方法相同方法製造。通常,最佳為濕式法。所謂濕式法,係指將無機有機複合粒子之分散液與所需之聚合性單體混合後,將分散媒除去之方法。
無機有機樹脂複合材中之有機樹脂之比例可根據目的而任意地設定,並無特別限定,相對於本發明之聚合性無機粒 子分散劑與無機粒子之合計,通常為10質量%以上,較佳為20質量%以上,更佳為30質量%以上,且通常為80質量%以下。藉由與無機有機複合粒子進行複合化之有機樹脂為10質量%以上,而容易控制所獲得之硬化物之機械物性。又,藉由為80質量%以下,可發揮利用無機有機複合粒子之折射率改善效果。即,只要以使無機有機樹脂複合材之有機樹脂之比例成為上述範圍之方式調整聚合性單體之混合量即可。通常,相對於本發明之聚合性無機粒子分散劑與無機粒子之合計,通常為10質量%以上,較佳為20質量%以上,更佳為30質量%以上,且通常為80質量%以下。
於使用分散媒之情形時,無機有機複合粒子與聚合性單體之合計之濃度通常為1質量%以上、50質量%以下,較佳為1質量%以上、30質量%以下。藉由將上述無機有機複合粒子濃度設定為上述下限值以上,而無機有機複合粒子之濃度變得充分,即便於用作薄膜形成用之情形時亦可形成充分之厚度之膜,故而較佳,藉由設定為上述上限值以下,而無機有機複合粒子分散液之穩定性變得良好,不易產生凝膠化等,故而較佳。
可利用與上述之8-1中記載之方法相同之方法製造,製造方法之概略如下所述。添加上述之聚合起始劑以獲得無機有機樹脂複合材之硬化物。聚合起始劑之量通常相對於無機有機樹脂複合材中之無機成分以外之固形份,通常為0.01質 量%以上,較佳為0.1質量%以上,更佳為1質量%以上,且通常為20質量%以下,較佳為10質量%以下,更佳為5質量%以下。
藉由聚合起始劑之使用量為上述下限以上,而無引起硬化不良,或未反應成分溶出之情況,可獲得充分之折射率、機械強度之硬化物。又,藉由聚合起始劑之使用量為上述上限以下,而無產生由聚合起始劑引起的著色等之情況,可抑制無機粒子之相分離、硬化物之白濁、脆化等。
本發明之無機有機樹脂複合材可應用於各種成形。例如,於成形、硬化為薄膜狀或片狀之情形時,可使用旋轉塗佈、棒式塗佈、噴霧或輥等既存之方法形成膜後,照射紫外線、熱或電子束等使之聚合而硬化。又,亦可使用分注器等直接流入至所需之部位後,利用紫外線等使之聚合。
硬化方法並無特別限定,較佳為利用紫外線(UV)照射之硬化。於利用UV照射之情形時,較佳為紫外線燈使用高壓水銀燈、金屬鹵化物燈、氙氣燈、UV-LED等,以紫外線之照度30~3000 mW/cm2、累積光量10~10000 mJ/cm2進行照射而使之硬化。又,亦可將該等光或電子束與紅外線、熱風、高頻加熱等併用。
藉由將照射條件設定為上述下限值以上,而防止由硬化不良引起的未反應成分之溶出,獲得充分之折射率、機械強度,故而較佳。又,藉由設定為上述上限以下,而防止由紫 外線導致樹脂劣化,不易產生著色、無機粒子之相分離、硬化物之白濁或脆化等,故而較佳。
8-3.無機有機樹脂複合材
作為所獲得之硬化物之無機有機樹脂複合材之折射率於室溫(25℃)下較佳為1.60以上,進而較佳為1.65以上,特佳為1.70以上。折射率之上限並無特別限定,通常為2.0以下。又,所獲得之硬化物之阿貝數較佳為折射率於nd為1.60之情形時為40以上,於折射率nd為1.70之情形時為35以上,於折射率nd為1.75之情形時為30以上。
本發明之無機有機樹脂複合材之特徵之一在於,折射率與阿貝數可如上所述般於高折射率區域內廣範圍地變化。先前,若為同一樹脂材料系,則無法使折射率大幅度變化,為了改變折射率,而必需使構造不同之兩種單體分別藉由熱進行長時間聚合。又,此種使用利用熱之聚合之材料系即便與無機粒子進行複合化,亦無法縮短聚合所花費之時間,進而,亦無法賦予較高之阿貝數。又,由於係利用熱之聚合,故而亦不適於微細加工。
相對於此,使用本發明之無機有機複合粒子之無機有機樹脂複合材不僅可藉由利用光之短時間聚合而獲得,而且可較佳地用於組合各種光學特性之材料構成一個光學系統之透鏡之設計或必需進行折射率控制之多層膜之膜設計等。又,例如,於如需要曲率半徑較大之光電路之半導體晶片間資訊 傳遞用途等中,可利用折射率與阿貝數較高而降低彎曲部中之光散射損失,故而可較佳地使用。
進而,本發明之無機有機樹脂複合材具有光學特性之溫度依賴性較低之特徵。具體而言,本發明之無機有機樹脂複合材於60℃下之折射率為1.60以上,較佳為1.65以上,更佳為1.70以上。60℃下之折射率之上限並無特別限定,通常為2.0以下。又,60℃下之無機有機樹脂複合材之阿貝數較佳為於折射率nd為1.60之情形時為40以上,於折射率nd為1.65之情形時為35以上,於折射率nd為1.70之情形時為30以上。
本發明之無機有機樹脂複合材之折射率之溫度依賴性通常為1.0×10-3以下,較佳為3.0×10-4以下,更佳為2.5×10-4以下,進而較佳為2.4×10-4以下。又,無機有機樹脂複合材之阿貝數之溫度依賴性通常為1.0×10-1以下,較佳為9.0×10-2以下,更佳為8.0×10-2以下。
於智能手機(smartphone)等攜帶用電子機器或汽車電機零件等中,溫度因外部環境不同而大幅度變化,由溫度變化引起之折射率之變化會帶來導入光電路內之光之速度之變化,因此有可能產生因溫度不同而資訊處理速度產生差異等問題。因此,為了不產生此種由溫度引起之速度之差異,亦由溫度引起之折射率之變化越小越好。關於阿貝數,於將多波長之光同時導入同一光電路中之情形等,導入介質中之光 亦較佳為無根據不同波長之速度之差異,因此作為對不同波長之折射率之變化之指標之阿貝數越高越好。即,本發明之無機有機樹脂複合材可尤佳地用於該等要求光波導或光電路等之光學特性之低溫度依賴性之用途中。
9.用途
本發明之無機有機樹脂複合材即便於無機有機複合粒子於無機有機樹脂複合材料中所占之量較少之情形時亦為高折射率,且高阿貝數。因此,藉由使無機有機複合粒子之添加量變化,而適宜用於使用可視光全域之光學構件、如組合各種光學特性設計一個光學系統之透鏡用途、膜用途等要求廣範圍之折射率控制與阿貝數控制之用途。尤其最適宜用於反映本發明之無機有機複合粒子之特徵,於廣泛之波長區域內透明性較高,而且要求較高之折射率與阿貝數之各種光學用構件。進而特別適宜用於要求該等光學特性之低溫度依賴性之光學用構件。
即,可最適宜地用於液晶顯示器(LCD,Liquid Crystal Display)、電漿顯示面板(PDP,Plasma Display Panel)、電致發光顯示器(EL,Electroluminescence Display)或表面電場顯示器(SED,Surface-conduction Electron-emitter Display)等平板顯示器(FPD)之顯示部中所使用的前方散射、反射或聚光等之功能性薄膜。又,亦可應用於光波導、光電路、光纖、導光片、微陣列透鏡片、稜鏡片、菲涅耳透鏡、扁豆狀透鏡 等光傳送構件、透鏡片、擴散薄膜、全像基板或調光薄膜等中。
[實施例]
以下,藉由實施例及比較例具體地說明本發明,但本發明並不限定於該等實施例。
再者,於本實施例中,測定係藉由以下方法進行。
‧折射率
使用反射分光膜厚計(大塚電子股份有限公司製造之「FE-3000」),根據作為代表性之折射率之波長分散之近似式的n-Cauchy之分散式,於330~1000 nm之範圍內測定絕對反射率之光譜,藉由非線性最小平方法,求出折射率之光譜,獲得對波長486 nm(F射線)、587 nm(d射線)、656 nm(C射線)之光之折射率。測定係於溫度25℃下進行。
‧折射率之溫度依賴性
使用安裝有高溫載台之Metricon公司製造之Model 2010稜鏡耦合器,測定對633 nm之光之折射率。測定係於溫度30℃至80℃下進行,求出30℃至80℃之間的每1℃之折射率之變化量。上述測定溫度為與樣品接觸之稜鏡之溫度,充分靜置(10分鐘以上)至稜鏡之溫度變得與樣品之溫度相同之後,進行折射率測定。
‧阿貝數(νd)
使用反射分光膜厚計(大塚電子股份有限公司製造之 「FE-3000」),根據作為代表性之折射率之波長分散之近似式的n-Cauchy之分散式,於330~1000 nm之範圍內測定絕對反射率之光譜,藉由非線性最小平方法,求出折射率之光譜,獲得對波長486 nm(F射線)、587 nm(d射線)、656 nm(C射線)之光之折射率。進而,藉由下述式算出阿貝數。測定係於溫度25℃下進行。
阿貝數(νd)=(nd-1)/(nF-nC)(式中,nd表示對波長587 nm之光之折射率,nF表示對波長486 nm之光之折射率,nC表示對波長656 nm之光之折射率)
‧阿貝數(νd)之溫度依賴性
使用上述阿貝數(νd)之25℃之測定值,進而於80℃下亦以相同之方式算出阿貝數。阿貝數之溫度依賴性係求出25℃至80℃之間的每1℃之阿貝數之變化量。
測定係使用反射分光膜厚計(大塚電子股份有限公司製造之「FE-3000」)。於測定樣品下方設置加熱器,進而將5 mm厚之鋁板夾持於樣品與加熱器之間,藉此以使來自加熱器之熱均勻地傳遞至樣品之方式進行測定。又,將藉由非接觸型溫度計測定之樣品溫度設定為測定溫度。
又,分散液等之分散穩定性係藉由利用目視觀察,確認透明性而進行評價。
[無機粒子之合成]
藉由以下方法合成氧化鋯奈米粒子作為無機有機複合粒 子之形成中所使用之無機粒子。
將500 mL之苄醇(含氧有機溶劑)添加至1 L之三口燒瓶中,進行30分鐘氮氣起泡。於經氮氣起泡之狀態下,添加含有70質量%之丙醇鋯之1-丙醇溶液116.7 g(丙醇鋯(金屬氧化物前驅物)之莫耳數=0.25 mol),攪拌30分鐘,於其中添加油醯胺100.3 g(0.375 mol),進而攪拌30分鐘。對所製備之溶液(反應液)進行3小時氮氣起泡,並封入不鏽鋼製密閉容器中,於200℃下加熱48小時。
取所獲得之乳白色漿料狀反應液50 g,添加遠過量之乙醇而生成沈澱,進行離心分離並將沈澱回收。利用乙醇/己烷混合溶劑將沈澱清洗6次後,進行回收、乾燥,而獲得白色粉末狀之氧化鋯(產率80%)。
所獲得之氧化鋯之結晶性、一次粒徑係藉由X射線繞射測定(荷蘭PANalytical(原Phillips)公司製造之PW1700,X射線輸出(CuKα):40 Kv、30 mA,掃描軸:θ/2θ,掃描範圍(2θ):10.0~80.0°,測定模式:連續式(continuous),讀取寬度:0.05°,掃描速度:3.0°/min,縫隙DS:1°,SS:1°,RS:0.2 mm)、穿透式電子顯微鏡觀察進行確認。
微晶徑係根據X射線繞射測定之2θ=30附近之(111)面之波峰半高寬使用Scherrer式進行計算(D=K.λ/β.cosθ,半高寬修正式:β=(βo2-βi2)1/2,此處,K=0.9,λ=1.54056 Å,源自CuKα1射線之布拉格角(θ)及源自CuKα1射線之半高寬 (βo)係使用MDI公司製造之JADE5.0+並藉由峰形擬合法算出;源自試樣之源自CuKα1射線之半高寬(β)係根據預先藉由標準Si求出之源自CuKα1射線之繞射角(2θ)與源自CuKα1之源自裝置之半高寬之回歸曲線算出βi)。
其結果為,得知所獲得之氧化鋯之微晶徑為3~4 nm。又,進行利用穿透式電子顯微鏡之觀察,結果得知所生成之粒子之粒徑均處於1 nm以上、10 nm以下之範圍內。
[聚合性無機粒子分散劑之合成] 實施例1 <2-(羧基甲基硫基甲基)-5-(甲基丙烯醯基甲基硫基)-1,4-二噻烷之合成>
藉由以下方法合成2-(羧基甲基硫基甲基)-5-(甲基丙烯醯基甲基硫基)-1,4-二噻烷(以下稱為「MDC」)作為聚合性無機粒子分散劑。
於氮氣環境下,於附有滴液漏斗之1 L之三口燒瓶中添加藉由公知方法(例如日本專利第2895987號公報中記載之方 法)合成之2,5-雙(巰基甲基)-1,4-二噻烷32.4 g(153 mmol)、三乙基胺30.8 g(305 mmol)、二氯甲烷600 mL,於室溫下進行攪拌。歷時1小時向其中滴加溴乙酸第三丁酯29.7 g(153 mmol)後,於相同溫度下徹夜攪拌。
向其中添加水並分離有機層,利用飽和食鹽水清洗後,利用無水硫酸鈉進行脫水。將不溶物過濾分離後,進行濃縮,利用矽膠管柱層析法(正庚烷/乙酸乙酯=9/1體積比)將所獲得之油狀物純化,以無色油狀物之形式獲得2-(第三丁氧基羰基甲基硫基甲基)-5-(巰基甲基)-1,4-二噻烷24.5 g(75.0 mmol)。
於氮氣環境下,於附有滴液漏斗之1 L之三口燒瓶中添加上述所獲得之2-(第三丁氧基羰基甲基硫基甲基)-5-(巰基甲基)-1,4-二噻烷24.5 g(75.0 mmol)、三乙基胺8.3 g(82 mmol)、對甲氧基苯酚100 mg、及二氯甲烷600 mL,於室溫下進行攪拌。
歷時1小時向其中滴加甲基丙烯醯氯8.5 g(82 mmol)後,於相同溫度下攪拌3小時。添加水並分離有機層,利用飽和食鹽水清洗後,利用無水硫酸鈉進行脫水。將不溶物過濾分離後,進行濃縮,利用矽膠管柱層析法(正庚烷/乙酸乙酯=4/1體積比)將所獲得之油狀物純化,以無色油狀物之形式獲得2-(第三丁氧基羰基甲基硫基甲基)-5-(甲基丙烯醯基甲基硫基)-1,4-二噻烷25.5 g(64.6 mmol)。
於氮氣環境下,於附有滴液漏斗之500 mL之三口燒瓶中添加上述所獲得之2-(第三丁氧基羰基甲基硫基甲基)-5-(甲基丙烯醯基甲基硫基)-1,4-二噻烷10 g(25 mmol)、氯化銅(II)20 mg、二氯甲烷200 ml、三氟乙酸50 g,於室溫下進行攪拌。2.5小時後,追加三氟乙酸50 g,進而攪拌4小時後,添加水與乙酸乙酯並分離有機層。利用飽和食鹽水清洗後,利用無水硫酸鈉進行脫水、濃縮,以白色固體之形式獲得2-(羧基甲基硫基甲基)-5-(甲基丙烯醯基甲基硫基)-1,4-二噻烷7.14 g(21.1 mmol)。
紅外線(IR,infrared ray)(KBr,cm-1):
裝置:FT/IR-6100 A型(日本分光)
偵測器:TGS(triglycine sulfate,三甘胺硫酸酯)
測定方法:液膜法
分解能力:4 cm-1
累積次數:32次
3500~3100 cm-1(OH伸縮)、2900~2952 cm-1(CH伸縮)、1713、1693 cm-1(CO伸縮)
1H-NMR(300 MHz):
裝置:JEOL製造之JNM-AL300
溶劑:CDCl3
內部標準物質:TMS
δ[ppm]:6.11(1H,s),5.63(1H,s),3.30-2.70(12H,m),1.98(3H,s)
MS(API-ES,負):
裝置:Water LCT Premier XE
離子化法:流動注射分析(flow injection analysis),電噴霧電離(ESI,Electrospray ionization)(-)法
測定溶劑:甲醇
甲酸單酯:337[M-H]-、675[2M-H]-
實施例2 <磷酸雙[2-(5-甲基丙烯醯基甲基硫基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫基)乙酯]與磷酸[2-(5-甲基丙烯醯基甲基硫基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫基)乙酯]之混合物之合成>
藉由以下方法合成磷酸雙[2-(5-甲基丙烯醯基甲基硫基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫基)乙酯]與磷酸[2-(5-甲基丙烯醯基甲基硫基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫基)乙酯]之混合物(以下稱為「MDEP」)作為聚合性無機粒子分散劑。
於氮氣環境下,於附有滴液漏斗之1 L之三口燒瓶中添加經脫氣處理之乙醇370 ml、KOH 19.5 g(174 mmol),於室溫下進行溶解。添加藉由公知方法(例如日本專利第2895987號公報中記載之方法)合成之2,5-雙(巰基甲基)-1,4-二噻烷37.0 g(174 mmol),於相同溫度下使之溶解。
對反應液進行冰浴冷卻,以15分鐘滴加2-溴乙醇21.7 g(174 mmol)。於冰浴冷卻下攪拌1小時,升溫至室溫攪拌1小時後,返回冰浴冷卻後,利用2 N之鹽酸調整為pH值=1。將乙醇減壓餾去後,利用乙酸乙酯萃取,進行濃縮,利用矽膠管柱層析法(正庚烷/乙酸乙酯=1/1體積比)將所獲得之油狀物純化,以無色油狀物之形式獲得2-羥基乙基化物 (化合物A)21.0 g(81.9 mmol)(產率47%)。
於氮氣環境下,於附有滴液漏斗之500 mL之三口燒瓶中添加二氯甲烷210 ml與上述所獲得之化合物A 21.0 g,於進行溶解時添加1,1,1,3,3,3-六甲基二矽氮烷(TMS)9.4 g(58.2 mmol),於室溫下反應9小時,製成TMS化體(化合物B)。於所獲得之反應液中添加4-甲氧基苯酚53 mg,使之溶解後進行冰浴冷卻,添加三乙基胺9.1 g(89.9 mmol)。
一面保持冰浴冷卻之狀態,一面歷時30分鐘滴加甲基丙烯醯氯8.56 g(81.9 mmol)。其後,於冰浴冷卻下反應1小時,再升溫至室溫反應1小時。返回冰浴冷卻後添加水,進行分液、濃縮,藉由矽膠管柱層析法(正庚烷/乙酸乙酯=6/4體積比)將所獲得之油狀物純化,以無色油狀物之形式獲得甲基丙烯醯基化物(化合物C)17.5 g(53.9 mmol)(產率66%)。
於氮氣環境下,於附有滴液漏斗之100 mL之三口燒瓶中添加二氯甲烷20 ml與磷醯氯1.08 g(7.04 mmol),進行冰浴冷卻。一面保持冰浴冷卻一面由滴液漏斗歷時30分鐘向其中滴加上述所獲得之化合物C 4.64 g(14.3 mmol)與三乙基胺1.45 g(14.3 mmol)之二氯甲烷15 ml之混合溶液。於冰浴冷卻之狀態下攪拌1小時後,添加三乙基胺0.73 g(7.2 mmol),於相同溫度下反應4小時。於其中添加冰,攪拌10小時後,進行分液,利用經飽和食鹽水調整之0.1 N-鹽酸對有機層進行清洗,利用無水硫酸鎂進行乾燥,再進行濃縮 後,獲得無色油狀物4.5 g。
根據1H-NMR及液相色譜-質譜聯用儀(LC/MS,Liquid chromatography-mass spectrometry),確認為目標物之磷酸雙[2-(5-甲基丙烯醯基甲基硫基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫基)乙酯]與磷酸[2-(5-甲基丙烯醯基甲基硫基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫基)乙酯]之混合物。藉由高效液相層析法(HPLC,high performance liquid chromatography)獲得之混合物之含有純度為73%,磷酸酯之混合比,即磷酸二酯體與磷酸單酯體之比為1/2。
HPLC之分析條件如下所述。
管柱:Inertsil ODS-3V 5 μm 150 mm×4.6 mm I.D.(GL Sciences公司製造)
管柱槽溫度:40℃
溶離液:0.1體積%磷酸水溶液/乙腈=30/70(體積比)
流量:1 ml/min
偵測器:UV210 nm
IR(KBr,cm-1):
裝置:Thermo Fisher Scientific製造之NEXUS670及Nic-Plan
沖洗:氮氣(N2)
測定方法:顯微反射法
分解能力:4 cm-1
累積次數:128次
3500~3100 cm-1(OH伸縮)、 2952、2909 cm-1(CH伸縮)、 1659 cm-1(CO伸縮)、 1283、1027、893 cm-1(PO伸縮、CO伸縮、P-O-C烷基伸縮)
1H-NMR(400 MHz)
裝置:BRUKER製造之AVANCE400
溶劑:CDCl3
內部標準物質:TMS
δ[ppm]:6.10(1H),5.63(1H),3.65-3.63(2H),3.33-3.32(2H),3.15-2.70(10H),1.98(3H)
MS(API-ES,負):
裝置:Water LCT Premier XE
離子化法:流動注射分析,ESI(-)法
測定溶劑:甲醇
磷酸單酯:403[M-H]-、807[2M-H]-
磷酸二酯:710[M-H]-
[聚合性無機粒子分散劑之折射率及阿貝數之評價] 實施例3 <MDC>
稱取實施例1中合成之MDC 0.196 g置於玻璃製之10 ml樣品瓶中,於室溫下溶解於四氫呋喃(THF)7.784 g中而製作 2.5質量%之分散液。於其中添加相對於MDC為10質量%之作為聚合起始劑之1-羥基環己基苯基酮(日本SiberHegner公司製造之Luna 200),使之溶解。
使用旋轉塗佈機(MIKASA製造)(轉速:1000 rpm,時間:20秒)將所製作之溶液塗佈於玻璃基板上並乾燥,而形成薄膜。其後,於遮斷氧氣之環境下,使用高壓水銀燈(EYE GRAPHICS公司製造),照射照度100 mW/cm2、累積光量350 mJ/cm2之紫外線,製作聚合性無機粒子分散劑MDC單獨之硬化膜(膜厚280 nm)。
依據上述方法對所獲得之硬化膜之折射率、阿貝數進行測定。將其結果示於表1。表1中一併記載有上述MDC於THF中之分散穩定性。
實施例4 <MDEP之折射率及阿貝數>
稱取實施例2中獲得之MDEP置於玻璃製之10 mL樣品瓶中,於室溫下溶解於四氫呋喃4 mL中而製作10質量%之分散液。於其中添加相對於MDEP為5質量%之作為聚合起始劑之1-羥基環己基苯基酮(日本SiberHegner公司製造之Luna 200),使之溶解。
使用旋轉塗佈機(MIKASA公司製造)(轉速:1000 rpm,時間:20秒)將所製作之溶液塗佈於玻璃基板上並乾燥,而形成薄膜。其後,於遮斷氧氣之環境下,使用高壓水銀燈(EYE GRAPHICS公司製造),照射照度100 mW/cm2、累積光量 350 mJ/cm2之紫外線,製作聚合性無機粒子分散劑MDEP單獨之硬化膜(膜厚400 nm)。依據上述方法對所獲得之硬化膜之折射率、阿貝數進行測定。將其結果示於表1。表1中一併記載有上述MDEP於THF中之分散穩定性。
比較例1 <Q中包含芳香環之聚合性無機粒子分散劑之折射率及阿貝數>
藉由日本專利特開2006-273709號公報中記載之合成例3之方法,製造以下之化合物α。
化合物α
於實施例3中,將聚合性無機粒子分散劑由實施例1中合成之MDC變更為利用上述方法獲得之化合物α,除此以外,藉由相同方法製作聚合性無機粒子分散劑單獨之硬化膜,以相同之方式測定折射率與阿貝數,將結果與分散穩定性一併示於表1。
比較例2 <Q中不含硫原子之聚合性無機粒子分散劑(酸式磷酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯)之折射率及阿貝數>
於實施例3中,將聚合性無機粒子分散劑由實施例1中合成之MDC變更為酸式磷酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯(共榮社化學公司製造之Light Ester P-2M),除此以外,利用相同之方法製作 聚合性無機粒子分散劑單獨之硬化膜,以相同之方式測定折射率與阿貝數,將結果與分散穩定性一併示於表1。
比較例3 <Q中不含硫原子之聚合性無機粒子分散劑(酸式磷酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯)之折射率及阿貝數>
於比較例1中,將聚合性無機粒子分散劑變更為鄰苯二甲酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯(新中村化學公司製造之CB-1),除此以外,利用相同之方法製作聚合性無機粒子分散劑單獨之硬化膜,以相同之方式測定折射率與阿貝數,將結果與分散穩定性一併示於表1。
實施例5 <MDC>
使用以與實施例3相同之方式獲得之硬化膜,藉由上述方法測定阿貝數之溫度依賴性。折射率之測定中係使用如下溶液:製作使用四氫呋喃(THF)作為溶劑之6.0質量%之MDC分散液,於其中添加相對於MDC為10質量%之作為聚合起始劑之1-羥基環己基苯基酮(日本SiberHegner公司製造之Luna 200),使之溶解而成之溶液。使用旋轉塗佈機(MIKASA製造)(轉速:500 rpm,時間:20秒)將所製作之溶液塗佈於 玻璃基板上並進行乾燥,形成薄膜。其後,於遮斷氧氣之環境下,使用高壓水銀燈(EYE GRAPHICS公司製造),照射照度100 mW/cm2、累積光量350 mJ/cm2之紫外線,製作聚合性無機粒子分散劑MDC單獨之硬化膜(膜厚430 nm)。利用上述之方法進行薄膜之折射率之測定。將結果示於表2。
比較例4 <化合物α>
於實施例5中,將聚合性無機粒子分散劑變更為化合物α,除此以外,藉由相同之方法製作聚合性無機粒子分散劑單獨之硬化膜,藉由上述之方法以相同之方式測定折射率與阿貝數之溫度依賴性,將結果示於表2。
根據以上之評價結果,得知本發明之聚合性無機粒子分散劑與包含芳香環之聚合性無機粒子分散劑相比,折射率、阿貝數、溫度依賴性尤其高。
[無機有機樹脂複合材之製造及評價] 實施例6 (MDC)
將實施例1中製造之MDC 0.7997 g添加、混合至使藉由上述方法合成之氧化鋯0.2 g(氧化鋯相對於MDC為20質量%)懸浮於四氫呋喃32.3 g中而成之分散液中,而製作固形份濃度為3質量%之分散液。
於其中添加相對於MDC為10質量%之作為聚合起始劑之1-羥基環己基苯基酮(日本SiberHegner公司製造之Luna 200),使之溶解。使用旋轉塗佈機(MIKASA公司製造)(轉速:1000 rpm,時間:20秒)將所製作之溶液(將該溶液之分散穩定性示於表1)塗佈於玻璃基板上並乾燥,形成薄膜。其後,於遮斷氧氣之環境下,使用高壓水銀燈(EYE GRAPHICS公司製造),照射照度100 mW/cm2、累積光量350 mJ/cm2之紫外線,製作無機有機複合粒子之硬化膜(膜厚210 μm)。依據上述方法測定該硬化膜之折射率與阿貝數。將結果示於表3。
實施例7 (MDC)
於實施例6中,將氧化鋯相對於MDC之使用量設定為40質量%,除此以外,以與實施例4相同之方式獲得硬化膜,測定其折射率與阿貝數。將結果示於表3。
實施例8 (MDC)
於實施例6中,將氧化鋯相對於MDC之使用量設定為60質量%,除此以外,以與實施例4相同之方式獲得硬化膜,測定其折射率與阿貝數。將結果示於表3。
[無機有機樹脂複合材之製造及評價] 實施例9 <MDEP>
將實施例2中獲得之MDEP 0.25 g添加、混合至使藉由上述方法合成之氧化鋯0.06 g(氧化鋯相對於MDEP為20質量 %)懸浮於四氫呋喃3 ml中而成之分散液中,製作固形份濃度為10質量%之分散液。於其中添加相對於MDEP為5質量%之作為聚合起始劑之1-羥基環己基苯基酮(日本SiberHegner公司製造之Luna 200),使之溶解。
使用旋轉塗佈機(MIKASA公司製造)(轉速:1000 rpm,時間:20秒)將所製作之溶液(將該溶液之分散穩定性示於表1)塗佈於玻璃基板上並乾燥,而形成薄膜。其後,於遮斷氧氣之環境下,使用高壓水銀燈(EYE GRAPHICS公司製造),照射照度100 mW/cm2、累積光量350 mJ/cm2之紫外線,製作無機有機複合粒子之硬化膜(膜厚340 μm)。依據上述方法測定該硬化膜之折射率與阿貝數。將結果示於表3。
實施例10
於實施例9中,將氧化鋯相對於MDEP之使用量設定為40質量%,除此以外,以於實施例9相同之方式獲得硬化膜,測定其折射率與阿貝數。將結果示於表3。
實施例11
於實施例9中,將氧化鋯相對於MDEP之使用量設定為60質量%,除此以外,以與實施例9相同之方式獲得硬化膜,測定其折射率與阿貝數。將結果示於表3。
實施例12
於實施例9中,將氧化鋯相對於MDEP之使用量設定為70質量%,除此以外,以與實施例9相同之方式獲得硬化 膜,測定其折射率與阿貝數。將結果示於表3。
比較例5
於比較例1中,將聚合性無機粒子分散劑變更為鄰苯二甲酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯(新中村化學公司製造之CB-1),除此以外,利用相同之方法製作聚合性無機粒子分散劑單獨之硬化膜,以相同之方式測定折射率與阿貝數,將結果與分散穩定性一併示於表3。
比較例6
於比較例2中,將聚合性無機粒子分散劑變更為鄰苯二甲酸2-甲基丙烯醯氧基乙酯(新中村化學公司製造之CB-1),除此以外,利用相同之方法製作無機有機複合粒子之硬化膜,以相同之方式測定折射率與阿貝數,將結果與分散穩定性一併示於表3。
根據以上結果,得知如下情況。根據實施例3、4,得知實施例1、2中所製造之聚合性無機粒子分散劑MDC、MDEP即便單獨使用亦可形成硬化物,透明性較高,折射率為1.62以上,並且具有40以上之阿貝數。
又,根據實施例6~8及實施例9~12,得知先前之分散劑為了達成1.65以上之折射率,而無機粒子濃度必須為60質量%以上,但藉由使本發明之分散劑(MDC、MDEP)與無機粒子複合化,即便無機粒子濃度為20質量%之低濃度,亦可達成高折射率與高阿貝數。
又,得知具有利用聚合性無機粒子分散劑之吸附部位之透明分散效果,且藉由進一步提高無機粒子濃度,可於廣範圍內維持先前未有之折射率之提高與高阿貝數。
上文詳細且使用特定之樣態說明了發明,但從業者明瞭,於不脫離本發明之意旨與範圍之情況下可進行各種變更及變形。再者,本申請案係基於2011年9月30日提出申請之日本專利申請案(日本專利特願2011-217350),且藉由引用而將其全文援引於本申請案中。
(產業上之可利用性)
本發明之聚合性無機粒子分散劑本身可進行聚合,且具有較高之折射率與較高之阿貝數,因此可較佳地用作光學用材料。進而,本發明之聚合性無機粒子分散劑可藉由使粒徑1~10 nm之金屬氧化物奈米粒子等無機粒子均勻地分散而 形成無機有機複合粒子,因此可維持透明性並且實現高折射率化與高阿貝數化。
因此,由此種無機有機複合粒子製作之無機有機樹脂複合材可應用於個人數位助理等之顯示器、光學透鏡、微透鏡、開關類、導光片、導光板、光波導、光電路等要求高折射率與高阿貝數之光學用途。

Claims (21)

  1. 一種聚合性無機粒子分散劑,其係包含下述官能基A、B及Q之化合物,A:聚合性官能基B:羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基Q:可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫環狀脂肪族烴基。
  2. 如申請專利範圍第1項之聚合性無機粒子分散劑,其中,包含上述官能基A、B及Q之化合物為下述式(I)或(II)所表示之化合物,(A1)n1-Q1-(B1)m1 ...(I)[式(I)中,A1表示聚合性官能基,B1表示羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基,Q1表示可含有硫以外之雜原子之(n1+m1)價之含硫環狀脂肪族烴基;n1及m1分別獨立地表示1~10之整數;再者,於n1及m1為2以上之整數之情形時,1分子中存在複數個之A1或B1可分別相同亦可不同;]{(A2)n2-Q2}m2-B2 ...(II)[式(II)中,A2表示聚合性官能基,B2表示m2價之含有磷之含氧酸基,Q2表示可含有硫以外之雜原子之(n2+1)價之含硫環狀脂肪族烴基;n2表示1~10之整數; m2表示2~10之整數;再者,1分子中存在複數個之A2或Q2可分別相同亦可不同]。
  3. 如申請專利範圍第2項之聚合性無機粒子分散劑,其中,上述式(I)中之Q1或上述式(II)中之Q2分別為下述式(III)所表示之基, [式(III)中,環G表示飽和3~8員環之單環或橋環、或者2個或3個該等環鍵結而成之縮合環或螺環,形成環之亞甲基之一部分被取代為含有硫原子之2價基;再者,形成環之亞甲基之一部分亦可進而包含含有氧原子、氮原子或磷原子之2價基;L表示直接鍵結、硫基、醚基、可具有雜原子之脂肪族烴基,1分子中含有複數個之L可相同亦可不同;於式(III)為Q1之情形時,t為(n1+m)(其中,m及n1與上述式(I)中之含義相同),於式(III)為Q2之情形時,t為(n2+1)(其中,n2與上述式(II)中之含義相同)]。
  4. 如申請專利範圍第3項之聚合性無機粒子分散劑,其中,硫原子以外之雜原子為氧原子、磷原子及氮原子中之任一者。
  5. 如申請專利範圍第1項之聚合性無機粒子分散劑,其 中,含硫環狀脂肪族烴基包含二噻烷環、二噻環、三噻環、硫雜螺環、二硫雜螺環、三硫雜螺環、四硫雜螺環、二硫環丁烷環、硫環丙烷環及噻環中之至少一者。
  6. 如申請專利範圍第1項之聚合性無機粒子分散劑,其中,含硫環狀脂肪族烴基包含含硫鏈狀脂肪族烴基作為取代基。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之聚合性無機粒子分散劑,其中,聚合性官能基A為(甲基)丙烯醯基、氧、硫環丙烷基及異氰酸酯基中之任一者。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之聚合性無機粒子分散劑,其折射率為1.62以上。
  9. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之聚合性無機粒子分散劑,其阿貝數為40以上。
  10. 一種無機有機複合粒子,其含有申請專利範圍第1至9項中任一項之聚合性無機粒子分散劑與無機粒子。
  11. 如申請專利範圍第10項之無機有機複合粒子,其中,無機粒子為折射率2.0以上之無機粒子。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之無機有機複合粒子,其中,無機粒子為直徑為1~10nm之無機粒子。
  13. 如申請專利範圍第10或11項之無機有機複合粒子,其中,無機粒子相對於聚合性無機粒子分散劑之含量為20~90質量%。
  14. 一種分散液,其含有申請專利範圍第10至13項中任一項之無機有機複合粒子與分散媒。
  15. 如申請專利範圍第14項之分散液,其進而含有聚合性單體。
  16. 一種無機有機樹脂複合材,其係使申請專利範圍第10至13項中任一項之無機有機複合粒子硬化而獲得。
  17. 一種光學材料,其包含申請專利範圍第16項之無機有機樹脂複合材。
  18. 如申請專利範圍第17項之光學材料,其係光電路。
  19. 如申請專利範圍第17項之光學材料,其係光波導。
  20. 如申請專利範圍第17項之光學材料,其係透鏡。
  21. 一種化合物,其包含下述官能基A、B及Q,A:聚合性官能基B:羧基、含有磷之含氧酸基、或含有硫之含氧酸基Q:可含有硫以外之雜原子之2價以上之含硫環狀脂肪族烴基。
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