JP7696681B2 - アシルホスフィン組成物、重合開始剤、重合性組成物、ならびに硬化物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(Y1、Y2およびY3のそれぞれは、炭素数が1以上6以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が2以上6以下である直鎖状のアルケニル基、炭素数が6以上15以下であるアリール基および炭素数が7以上13以下であるアリールアルキル基のいずれかである。Y1、Y2およびY3のそれぞれの水素基は、水酸基により置換されていてもよい。Y1、Y2およびY3のそれぞれのメチレン基は、-O-、-S-、-CO-および-N+ H-のいずれかにより置換されていてもよい。Y1、Y2およびY3の任意の2つは、互いに結合されていてもよい。)
X2は、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基および炭素数が6以上15以下であるアリール基のいずれかであり、そのアリール基の水素基のそれぞれは、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルコキシ基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、ビニル基、ビニルエーテル基、メルカプト基、イソシアネート基および複素環含有基のいずれかにより置換されていてもよい。X2のメチレン基のそれぞれは、-O-および-S-のいずれかにより置換されていてもよい。)
Z1は、-O-および-NR2-のいずれかであり、そのR2は、水素基および炭素数が1以上20以下である炭化水素基のいずれかである。
Z2は、炭素数が1以上6以下であるアルキレン基である。
nは、0以上30以下の整数である。
ただし、アスタリスク(*)は、未結合の結合手を表している。)
1.アシルホスフィン組成物
2.重合性組成物
3.硬化物およびその製造方法
4.用途(重合開始剤など)
まず、本発明の一実施形態のアシルホスフィン組成物に関して説明する。
ここで説明するアシルホスフィン組成物は、後述するように、重合開始剤などとして用いられる。ただし、アシルホスフィン組成物の用途は、重合開始剤に限らずに、他の用途でもよい。
(Y1、Y2およびY3のそれぞれは、炭素数が1以上6以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が2以上6以下である直鎖状のアルケニル基、炭素数が6以上15以下であるアリール基および炭素数が7以上13以下であるアリールアルキル基のいずれかである。Y1、Y2およびY3のそれぞれの水素基は、水酸基により置換されていてもよい。Y1、Y2およびY3のそれぞれのメチレン基は、-O-、-S-、-CO-および-N+ H-のいずれかにより置換されていてもよい。Y1、Y2およびY3の任意の2つは、互いに結合されていてもよい。)
X2は、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基および炭素数が6以上15以下であるアリール基のいずれかであり、そのアリール基の水素基のそれぞれは、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルコキシ基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、ビニル基、ビニルエーテル基、メルカプト基、イソシアネート基および複素環含有基のいずれかにより置換されていてもよい。X2のメチレン基のそれぞれは、-O-および-S-のいずれかにより置換されていてもよい。)
2種類以上のアニオンは、上記したように、アシルホスフィンアニオンを含んでいる。アシルホスフィンアニオンの種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。
アシルホスフィンアニオンの構成に関する詳細は、以下で説明する通りである。
アリール基は、1個または2個以上の芳香族環を含む1価の基の総称である。アリール基の具体例は、炭素数が6~15であるため、フェニル基、ナフチル基およびアントラセニル基などである。ただし、後述する置換基を含んでいる場合におけるアリール基の炭素数は、その置換基の炭素数も含む全体の炭素数である。このため、一例を挙げると、トリメチルフェニル基の炭素数は、6ではなく9である。ここで説明したアリール基の炭素数に関する定義は、以降においても同様である。
直鎖状のアルキル基、分岐状のアルキル基、直鎖状のアルコキシ基、分岐状のアルコキシ基およびアリール基のそれぞれに関する詳細は、上記した通りである。
上記した2種類以上のアニオンは、アシルホスフィンアニオンを含んでいれば、そのアシルホスフィンアニオン以外の他のアニオンをさらに含んでいてもよい。他のアニオンの種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。
カチオンは、上記したように、第4級アンモニウム型のカチオン(N+ HY1Y2Y3)である。カチオンの種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。なお、Y1の種類は、Y2の種類と同じでもよいし、Y2の種類と異なってもよい。同様に、Y1の種類は、Y3の種類と同じでもよいし、Y3の種類と異なってもよいと共に、Y2の種類は、Y3の種類と同じでもよいし、Y3の種類と異なってもよい。
ここで説明するアシルホスフィン組成物では、アシルホスフィンアニオンのモル当量に対するカチオンのモル当量の比(当量比)が適正化されており、具体的には1.005~1.100である。アシルホスフィン組成物の溶解性が向上すると共に、そのアシルホスフィン組成物の安定性が向上するからである。この当量比は、当量比=(カチオンの価数×カチオンのモル数)/(アシルホスフィンアニオンの価数×アシルホスフィンアニオンのモル数)により算出される。
アシルホスフィン組成物の具体例は、式(1)および式(2)に示した条件(Y1~Y3、X1およびX2)を満たすカチオンおよび2種類以上のアニオンを含む組成物であれば、特に限定されない。
アシルホスフィン組成物の製造方法は、特に限定されない。このため、アシルホスフィン組成物は、既知の製造方法を用いて製造可能である。なお、いくつかのアシルホスフィン組成物の具体的な製造方法に関しては、後述する。
このアシルホスフィン組成物は、式(1)に示したカチオンと、式(2)に示したアシルホスフィンアニオンを含む2種類以上のアニオンとを含んでおり、当量比が1.005~1.100である。
次に、上記したアシルホスフィン組成物を用いた本発明の一実施形態の重合性組成物に関して説明する。
この重合性組成物は、アシルホスフィン組成物と、反応基含有化合物と、水性溶媒とを含んでいる。ただし、アシルホスフィン組成物の種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。このように種類が1種類でも2種類以上でもよいことは、反応基含有化合物および水性溶媒のそれぞれに関しても同様である。
アシルホスフィン組成物は、重合性組成物の重合反応時において重合開始剤として機能する。なお、アシルホスフィン組成物の構成に関する詳細は、上記した通りである。
重合性組成物中におけるアシルホスフィン組成物の含有量は、特に限定されないが、中でも、全固形分中において0.1質量%~30質量%であることが好ましく、1質量%~10質量%であることがより好ましい。重合性組成物の保存安定性および硬化性が向上するからである。
反応基含有化合物は、式(3)で表される反応基を含む化合物であり、その反応基含有化合物に含まれる反応基の数は、1個だけでもよいし、2個以上でもよい。
Z1は、-O-および-NR2のいずれかであり、そのR2は、水素基および炭素数が1以上20以下である炭化水素基のいずれかである。
Z2は、炭素数が1以上6以下であるアルキレン基である。
nは、0以上30以下の整数である。
ただし、アスタリスク(*)は、未結合の結合手を表している。)
反応基の数が2個以上である場合には、2個以上のR1の種類は、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。もちろん、反応基の数が3個以上である場合には、3個以上のR1のうちの一部のR1の種類だけが互いに同じでもよい。
炭素数が1~20である炭化水素基の種類は、特に限定されない。ここで説明する炭化水素基とは、水素および炭素により構成される1価の基の総称である。この炭化水素基は、直鎖状でもよいし、分岐状でもよいし、環状でもよいし、それらの2種類以上が互いに結合された状態でもよい。また、炭化水素基は、1個または2個以上の炭素間不飽和結合を含んでいてもよい。この炭素間不飽和炭素結合は、炭素間二重結合でもよいし、炭素間三重結合でもよいし、双方でもよい。
反応基の数が2個以上である場合には、2個以上のZ2の種類は、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。もちろん、反応基の数が3個以上である場合には、3個以上のZ2のうちの一部のZ2の種類だけが互いに同じでもよい。
nの値は、上記したように、0~30の整数であるため、0でもよい。nの値が0である場合には、反応基はR1-C(=CH2 )-C(=O)-Z1-*で表される。
反応基が結合される母体の種類は、特に限定されない。反応基の数がy個である場合には、上記した母体は、y価の炭化水素基などである。y=1である場合には、母体は、上記したアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルキルアルキル基、アリール基およびアリールアルキル基などであり、それらの各基の炭素数は、特に限定されない。y=w(wは、2以上の整数である。)である場合には、母体は、上記したアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、シクロアルキルアルキル基、アリール基およびアリールアルキル基のそれぞれから(w-1)個の水素基が離脱した基などであり、それらの炭素数は、特に限定されない。
重合性組成物中における反応基含有化合物の含有量は、特に限定されないが、中でも、全固形分中において60質量%~99質量%であることが好ましく、70質量%~95質量%であることがより好ましい。重合性組成物の硬化性が向上するからである。
水性溶媒とは、25℃および1気圧の条件下において液体であると共に、水および水と混和可能である有機溶媒を含む溶媒の総称である。すなわち、水性溶媒は、水だけでもよいし、水と混和可能である有機溶媒だけでもよいし、双方の混合物でもよい。この水と混和可能である有機溶媒とは、20℃において100gの水に対して0.01g以上溶解する有機溶媒を意味する。
重合性組成物中における水性溶媒の含有量は、特に限定されないが、中でも、10質量%~99質量%であることが好ましく、30質量%~95質量%であることがより好ましく、50質量%~90質量%であることがさらに好ましい。重合性組成物の取り扱い性が向上すると共に、その重合性組成物を用いて形成される硬化物の厚さが制御されやすくなるからである。
なお、重合性組成物は、必要に応じて、さらに、他の成分のいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。他の成分の種類は、重合性組成物の用途などに応じて任意に設定可能である。
また、他の成分は、着色剤である。この着色剤は、重合性組成物を着色する成分である。着色剤を利用して重合性組成物が着色可能になるからである。着色剤の種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。
増感剤の種類は、特に限定されないが、具体的には、チオキサントンおよびベンゾフェノンなどである。
光重合(ラジカル)開始剤の種類は、特に限定されないが、具体的には、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、α-ヒドロキシアセトフェノン、α―アミノアセトフェノンおよびオキシムエステルなどである。
ここで説明する有機溶剤は、上記した水性溶媒以外の溶媒の総称である。有機溶剤の種類は、特に限定されないが、具体的には、ケトン類、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、セロソルブ系溶剤、アルコール系溶剤(ただし、水性溶媒に該当するアルコール系溶剤を除く。)、エーテルエステル系溶剤、BTX系溶剤、脂肪族炭化水素系溶剤、テルペン炭化水素油、ハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤およびハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤などである。
この重合性組成物を製造する場合には、水性溶媒中にアシルホスフィン組成物および反応基含有化合物を投入したのち、その水性溶媒を撹拌する。この場合には、さらに、水性溶媒中に着色剤などを添加してもよい。これにより、水性溶媒中においてアシルホスフィン組成物および反応基含有化合物のそれぞれが分散または溶解されるため、重合性組成物が調製される。
この重合性組成物によれば、水性溶媒と共にアシルホスフィン組成物および反応基含有化合物を含んでおり、そのアシルホスフィン組成物が上記した構成を有している。よって、重合性組成物の保存安定性および硬化性が担保されることにより、その重合性組成物を用いて良好な硬化物が製造されやすくなるため、優れた物性を得ることができる。なお、重合性組成物に関する他の作用および効果は、アシルホスフィン組成物に関する他の作用および効果と同様である。
次に、上記した重合性組成物を用いた本発明の一実施形態の硬化物およびその製造方法に関して説明する。
ここで説明する硬化物は、上記したように、重合性組成物の硬化反応物である。より具体的には、硬化物は、重合開始剤として機能するアシルホスフィン組成物を介して反応基含有化合物が重合反応(光ラジカル重合反応)することにより形成される反応物である。よって、基体の表面に重合性組成物が塗布されたのち、その重合性組成物が重合反応することにより、その基体の表面に重合性組成物の硬化反応物(硬化物)を含む被膜が形成される。
この硬化物を製造する場合には、最初に、上記した手順により、重合性組成物を調製する。続いて、基体の表面に重合性組成物を塗布したのち、その重合性組成物を乾燥させる
。これにより、基体の表面に、重合性組成物を含む塗膜が形成される。
この硬化物によれば、重合性組成物の硬化反応物であり、その重合性組成物が上記した構成を有している。よって、重合性組成物に関して説明した場合と同様の理由により、優れた物性を得ることができる。なお、硬化物に関する他の作用および効果は、重合性組成物に関する他の作用および効果と同様である。
上記したアシルホスフィン組成物、重合性組成物および硬化物のそれぞれの用途は、特に限定されないが、一例を挙げると、各種レンズ、各種フィルムおよび各種機能膜などである。
まず、以下で説明する手順により、アシルホスフィン組成物を合成すると共に、そのアシルホスフィン組成物を用いて重合性組成物を調製したのち、その重合性組成物を用いて被膜(硬化物)を製造することにより、アシルホスフィン組成物、重合性組成物および硬化物のそれぞれの物性を評価した。
C1~C5で表される5種類のアシルホスフィン組成物を合成した。アシルホスフィン組成物に関する当量比および重量比のそれぞれは、表1および表2に示した通りである。
なお、比較のために、C6およびC7のそれぞれで表される他の組成物も合成した。他の組成物に関する当量比および重量比のそれぞれは、表2に示した通りである。
重合性組成物を調製する場合には、最初に、水性溶媒(イオン交換水)70質量部と、反応基含有化合物(KJケミカルズ株式会社製のアクリロイルモルホリン ACMO(登録商標))22.5質量部と、反応基含有化合物(新中村化学工業株式会社製のアルコキシ化グリセリンアクリレート A-GLY-20E)5.7質量部と、重合開始剤(C1~C5のそれぞれに示したアシルホスフィン組成物)1.5質量部と、レベリング剤(EVONIC社製のポリエーテル変性ポリシロキサンコポリマー TEGOglide100)0.3質量部とを秤量した。ここで用いたアシルホスフィン組成物(C1~C5)は、C1~C5のそれぞれに示したアニオン(アシルホスフィンアニオン)と共に他のアニオン(水酸化物イオン)を含んでいる。続いて、水性溶媒中に反応基含有化合物、重合開始剤およびレベリング剤を投入したのち、その水性溶媒を撹拌(水性溶媒の温度=25℃,撹拌時間=10分間)した。最後に、0.45μmのフィルタを用いて水性溶媒を濾過することにより、重合性組成物を得た。
コーティング器具(スピンコータ)を用いて基体(コーニング社製のガラス板 イーグルXG)の表面に重合性組成物を塗布したのち、その重合性組成物を乾燥(乾燥温度=90℃,乾燥時間=2分間)させた。これにより、重合性組成物の塗膜(厚さ=2μm)が形成された。こののち、光源として高圧水銀ランプを用いて、塗膜に活性エネルギー線(紫外線光,照度=20mW/cm2 ,照射量=500mJ/cm2 )を照射した。これにより、重合性組成物中において反応基含有化合物が重合開始剤(アシルホスフィン組成物および他の組成物)を介して重合反応したため、硬化物を含む被膜が形成された。
アシルホスフィン組成物の物性(溶解性)と、重合性組成物の物性(保存安定性)と、硬化物の物性(硬化性)とを評価したところ、表1および表2に示した結果が得られた。ただし、他の組成物を用いた場合においても同様に、溶解性、保存安定性および硬化性を評価した。
表1および表2に示したように、溶解性、保存安定性および硬化性のそれぞれは、重合性組成物の構成に応じて大きく変動した。
表1および表2に示した結果から、アシルホスフィン組成物が式(1)に示したカチオンと式(2)に示したアシルホスフィンアニオンを含む2種類以上のアニオンとを含んでおり、当量比が1.005~1.100であると、優れた溶解性が得られた。この場合には、アシルホスフィン組成物を含む重合性組成物において優れた保存安定性が得られたと共に、その重合性組成物を用いて形成された被膜(硬化物)において優れた硬化性が得られた。また、上記した重合性組成物に活性エネルギー線を照射することにより得られた被膜(硬化物)では、優れた硬化性が得られた。よって、アシルホスフィン組成物(重合開始剤)、重合性組成物および硬化物のそれぞれにおいて、優れた物性が得られたと共に、その硬化物の製造方法により、優れた物性を有する硬化物が得られた。
Claims (9)
- 式(1)で表されるカチオンと、
式(2)で表されるアシルホスフィンアニオン、を含む2種類以上のアニオンと
を含み、
前記アシルホスフィンアニオンのモル当量に対する前記カチオンのモル当量の比が1.005以上1.100以下である、
アシルホスフィン組成物。
N+HY1Y2Y3 ・・・(1)
(Y1、Y2およびY3のそれぞれは、炭素数が1以上6以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が2以上6以下である直鎖状のアルケニル基、炭素数が6以上15以下であるアリール基および炭素数が7以上13以下であるアリールアルキル基のいずれかである。Y1、Y2およびY3のそれぞれの水素基は、水酸基により置換されていてもよい。Y1、Y2およびY3のそれぞれのメチレン基は、-O-、-S-および-COのいずれかにより置換されていてもよい。Y1、Y2およびY3の任意の2つは、互いに結合されていてもよい。)
(X1は、炭素数が6以上15以下のアリール基であり、そのアリール基の水素基のそれぞれは、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルコキシ基および炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルコキシ基のいずれかにより置換されていてもよい。
X2は、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基および炭素数が6以上15以下であるアリール基のいずれかであり、そのアリール基の水素基のそれぞれは、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルキル基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルキル基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のアルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のアルコキシ基、炭素数が1以上8以下である直鎖状のハロゲン化アルコキシ基、炭素数が3以上8以下である分岐状のハロゲン化アルコキシ基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、水酸基、アミノ基、カルボキシル基、メタクリロイル基、アクリロイル基、エポキシ基、ビニル基、ビニルエーテル基、メルカプト基、イソシアネート基および複素環含有基のいずれかにより置換されていてもよい。X2のメチレン基のそれぞれは、-O-および-S-のいずれかにより置換されていてもよい。)
当量比=(カチオンの価数×カチオンのモル数)/(アシルホスフィンアニオンの価数×アシルホスフィンアニオンのモル数)により算出される。 - 前記アシルホスフィンアニオンの重量に対する前記カチオンの重量の比は、0.25以上1.00以下である、
請求項1記載のアシルホスフィン組成物。 - 前記X1は、2,4,6-トリメチルフェニル基である、
請求項1または請求項2に記載のアシルホスフィン組成物。 - 前記X2は、フェニル基である、
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のアシルホスフィン組成物。 - 前記Y1、Y2およびY3のうちの1つは、前記炭素数が1以上6以下である直鎖状のアルキル基であり、
前記Y1、Y2およびY3のうちの残りの2つのそれぞれは、末端の1つの前記水素基が前記水酸基により置換された前記炭素数が1以上6以下である直鎖状のアルキル基である、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のアシルホスフィン組成物。
。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のアシルホスフィン組成物を含む、
重合開始剤。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のアシルホスフィン組成物と、
式(3)で表される反応基、を含む反応基含有化合物と、
水性溶媒と
を含む、重合性組成物。
(R1は、水素基およびメチル基のいずれかである。
Z1は、-O-および-NR2のいずれかであり、そのR2は、水素基および炭素数が1以上20以下である炭化水素基のいずれかである。
Z2は、炭素数が1以上6以下であるアルキレン基である。
nは、0以上30以下の整数である。
ただし、アスタリスク(*)は、未結合の結合手を表している。) - 請求項7記載の重合性組成物の硬化反応物である、
硬化物。 - 請求項7記載の重合性組成物に活性エネルギー線を照射する、
硬化物の製造方法。
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