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JP2005076002A - Organic-inorganic composite material and method for producing the same - Google Patents

Organic-inorganic composite material and method for producing the same Download PDF

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JP2005076002A
JP2005076002A JP2003311235A JP2003311235A JP2005076002A JP 2005076002 A JP2005076002 A JP 2005076002A JP 2003311235 A JP2003311235 A JP 2003311235A JP 2003311235 A JP2003311235 A JP 2003311235A JP 2005076002 A JP2005076002 A JP 2005076002A
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JP
Japan
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organic
composite material
inorganic composite
rare earth
producing
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Application number
JP2003311235A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Kinoshita
博章 木下
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
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  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

【課題】 有機材料と無機材料とを含有した光学特性が良好な材料を提供する。
【解決手段】 有機無機複合材料において、有機無機有機樹脂と、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有することを特徴とする有機無機複合材料。
【選択図】 なし
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a material having a good optical property containing an organic material and an inorganic material.
An organic-inorganic composite material comprising an organic-inorganic organic resin, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements.
[Selection figure] None

Description

本発明は、有機無機複合材料およびその製造方法に関するものである。特に、従来のプラスチックレンズ等に用いられている光学材料等と比べ、高屈折率、低分散な光学材料を提供するものである。   The present invention relates to an organic-inorganic composite material and a method for producing the same. In particular, the present invention provides an optical material having a high refractive index and low dispersion as compared with an optical material used for a conventional plastic lens or the like.

光学材料分野において、樹脂レンズは、安価にレンズ形状を成形できることから、めがねレンズ、カメラレンズ等のプラスチックレンズ、プリズム等に使用され、いまや欠かすことのできない材料である。光学レンズ材料として、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA樹脂)は、その透明性、表面硬度、耐熱性に優れていることより光学用途、透明成形材料として利用されている。また、メタクリル酸メチルにスチレンを共重合させたメタクリル酸メチル−スチレン共重合樹脂(MS樹脂)は、屈折率の高い光学プラスチックとして使われている。   In the field of optical materials, resin lenses can be molded at low cost, so they are used for eyeglass lenses, plastic lenses such as camera lenses, prisms, and the like, and are now indispensable materials. As an optical lens material, polymethyl methacrylate resin (PMMA resin) is used as an optical application and a transparent molding material because of its excellent transparency, surface hardness, and heat resistance. Further, methyl methacrylate-styrene copolymer resin (MS resin) obtained by copolymerizing styrene with methyl methacrylate is used as an optical plastic having a high refractive index.

MS樹脂はPMMA樹脂よりも安価でかつ屈折率が高く成形性に優れているが、分散が大きい材料である。またその他に光学用途に用いられるプラスチックであるポリカーボネート、非晶性ポリオレフィン樹脂、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン共重合体等も、PMMAに比べ高屈折率であるが、いずれも高分散の材料のため用途は限定される。
一方、有機高分子材料の弱点である耐熱性や、硬度などを改良するために、有機物質と無機物質との複合材料に関する提案も行われている。例えば、ゾル−ゲル法で形成された金属酸化物の三次元微細構造体中にアミド基含有非反応性ポリマーが均一分散された有機無機複合材料が提案されている(特許文献1)。
MS resin is less expensive than PMMA resin and has a high refractive index and excellent moldability, but is a material with large dispersion. In addition, polycarbonate, amorphous polyolefin resin, and 9,9-bis [4- (2-hydroxyethoxy) phenyl] fluorene copolymer, which are plastics used for optical applications, also have a higher refractive index than PMMA. However, the applications are limited because they are highly dispersed materials.
On the other hand, in order to improve heat resistance and hardness, which are weak points of organic polymer materials, proposals have been made on composite materials of organic substances and inorganic substances. For example, an organic-inorganic composite material in which an amide group-containing nonreactive polymer is uniformly dispersed in a three-dimensional microstructure of a metal oxide formed by a sol-gel method has been proposed (Patent Document 1).

また、SiO2 系3次元微細構造体中に、ポリマーとして(メタ)アクリレート系モノマーの共重合体、有機ケイ素化合物、ウレタン結合を有するポリマーを分散させたレンズ用無機・有機ハイブリッド材料が提案されている。(特許文献2ないし4) Also proposed is an inorganic / organic hybrid material for lenses in which a copolymer of (meth) acrylate monomers, an organosilicon compound, and a polymer having a urethane bond are dispersed as a polymer in a SiO 2 -based three-dimensional microstructure. Yes. (Patent Documents 2 to 4)

これらの有機無機複合材料を得る方法の多くは、シリコンアルコキシドやその誘導体、ポリシランなど、ケイ素化合物を出発原料として用いることが多く、またケイ素以外の金属を導入する場合、金属アルコキシドやその誘導体を利用したものが一般的である。したがって、金属の種類としては、Ti、Ge、Al、Zrなど金属アルコキシドの扱いが比較的容易な金属に限定されている。
その結果、製造される有機無機複合材料の屈折率、分散特性が限定されてしまうという問題点があった。
特許第2574049号公報 特開平7−90155号公報 特開平7−97499号公報 特開平7−97511号公報
Many of the methods for obtaining these organic-inorganic composite materials use silicon compounds as starting materials, such as silicon alkoxides and their derivatives, polysilanes, etc. When using metals other than silicon, use metal alkoxides and their derivatives. It is common. Therefore, the types of metals are limited to metals that are relatively easy to handle metal alkoxides such as Ti, Ge, Al, and Zr.
As a result, there is a problem that the refractive index and dispersion characteristics of the organic-inorganic composite material to be manufactured are limited.
Japanese Patent No. 2574049 JP-A-7-90155 JP 7-97499 A JP-A-7-97511

本発明は、高屈折率・低分散な無機有機複合材料およびその製造方法を課題とするものであり、光学特性を高めるうえで効果がある各種の金属成分を導入した無機有機複合材料およびその製造方法を課題とするものである。   An object of the present invention is an inorganic-organic composite material having a high refractive index and a low dispersion, and a method for producing the same, and an inorganic-organic composite material having various metal components that are effective in enhancing optical properties and the production thereof The method is the subject.

本発明の課題は、有機無機複合材料において、有機無機有機樹脂と、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有する有機無機複合材料によって解決することができる。
また、有機樹脂と、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有した有機無機複合材料の製造方法において、アルミニウム化合物の原料にベーマイトゾルを用いる有機無機複合材料の製造方法である。
ベーマイトゾルの作製に少なくとも1種の希土類元素を含む塩を溶解した水溶液を用いた前記の有機無機複合材料の製造方法である。
ベーマイトゾルは、アルミニウムのアルコキシドまたはその誘導体に対して、モル比で20〜500の水を含み50℃〜90℃とした水溶液を加えて加水分解し、さらに酸を加えることにより解膠する前記の有機無機複合材料の製造方法である。
ベーマイトゾルと希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを混合した溶液をビニル系モノマーに混合させる前に、水性溶媒を有機溶剤に置換する工程を有する前記の有機無機複合材料の製造方法である。
希土類元素がLa,Y,Gd,Taより選ばれた少なくとも一種である前記の有機無機複合材料の製造方法である。
The object of the present invention can be solved by an organic-inorganic composite material containing an organic-inorganic organic resin, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements. it can.
An organic-inorganic composite using a boehmite sol as a raw material for an aluminum compound in a method for producing an organic-inorganic composite material containing an organic resin, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements It is a manufacturing method of material.
In the method for producing an organic-inorganic composite material, an aqueous solution in which a salt containing at least one kind of rare earth element is dissolved is used for producing boehmite sol.
The boehmite sol is hydrolyzed by adding an aqueous solution containing 20 to 500 mol of water in a molar ratio to 50 to 90 ° C. with respect to the aluminum alkoxide or derivative thereof, and further peptized by adding an acid. It is a manufacturing method of an organic inorganic composite material.
The organic-inorganic composite material having a step of replacing an aqueous solvent with an organic solvent before mixing a solution obtained by mixing boehmite sol and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements with a vinyl monomer. It is a manufacturing method.
In the method for producing an organic-inorganic composite material, the rare earth element is at least one selected from La, Y, Gd, and Ta.

本発明は、ラジカル重合可能なビニル系モノマーと、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有する有機無機複合材料であり、アルミニウム化合物としてべーマイトを使用することにより屈折率及び分散特性に優れた光学材料を提供することができる。   The present invention is an organic-inorganic composite material containing a vinyl monomer capable of radical polymerization, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements, and uses boehmite as the aluminum compound By doing so, an optical material excellent in refractive index and dispersion characteristics can be provided.

本発明は、有機樹脂とアルミニウム化合物と少なくとも1種の希土類元素を含有する有機無機複合材料である。
有機無機複合材料は、有機成分と無機成分とを配合することによって製造することができるが、一般には有機成分は有機溶剤を混合した組成物が利用されており、また無機成分は、金属塩等を使用して金属成分を導入している。
The present invention is an organic-inorganic composite material containing an organic resin, an aluminum compound, and at least one rare earth element.
The organic-inorganic composite material can be produced by blending an organic component and an inorganic component. Generally, however, a composition in which an organic solvent is mixed is used as the organic component, and the inorganic component is a metal salt or the like. Is used to introduce metal components.

ところが、有機成分の合成樹脂と希土類の塩類、酸化物等を配合して混合した場合には、希土類の均等な分散が難しいため凝集を起こし、外観上も均質にならず白濁や散乱を生じるなど光学素子として使用するには不都合であった。
そこで本発明では、有機成分である合成樹脂と混合する希土類化合物に、アルミニウム化合物を加えることで、希土類化合物の均等な分散を可能にし、透明な有機無機複合材料が得られることを見出したものである。
However, when organic resin synthetic resins and rare earth salts, oxides, etc. are blended and mixed, it is difficult to evenly disperse the rare earth, causing agglomeration, resulting in non-uniform appearance and white turbidity and scattering. It was inconvenient to use as an optical element.
Therefore, the present invention has found that by adding an aluminum compound to a rare earth compound to be mixed with a synthetic resin that is an organic component, the rare earth compound can be evenly dispersed and a transparent organic-inorganic composite material can be obtained. is there.

本発明の効果が得られる理由は不明であるが、アルミニウム化合物の存在によって、希土類酸化物またはその一部がビニル基などの有機鎖に置換された形態をとり、共有結合やイオン結合、水素結合などによって有機成分とが均質に混合することに寄与しているものと推測される。   The reason why the effects of the present invention can be obtained is unknown, but the presence of an aluminum compound takes a form in which a rare earth oxide or a part thereof is substituted with an organic chain such as a vinyl group, and a covalent bond, an ionic bond, or a hydrogen bond. It is speculated that this contributes to the homogeneous mixing of the organic components.

以下に、本発明の有機無機複合材料の製造方法を述べる。
本発明のアルミニウム化合物の原料としては、Al(OR)3 (R:アルキル基)で表されるアルコキシドや、(RO)3-nAlLn(Rはアルキル基、n=1〜2、Lは配位子を示し、アセチルアセトナ基、エトキシアセチルアセトナ基等)で表される誘導体、Al(NO33・9H2O などの金属塩が挙げられる。
ベーマイトゾルは、アルミニウム化合物原料として上記化合物を加水分解して得られた無定形のアルミニウムモノヒドロキシドを加水分解後に直ちに加熱する等の方法によって得られた容易に解膠しうる粒子であって、AlO(OH)の分子式で表される物質を含むゾルである。
Below, the manufacturing method of the organic inorganic composite material of this invention is described.
As a raw material of the aluminum compound of the present invention, an alkoxide represented by Al (OR) 3 (R: alkyl group), (RO) 3-n AlL n (R is an alkyl group, n = 1 to 2, L is Derivatives represented by acetylacetona group, ethoxyacetylacetona group and the like, and metal salts such as Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O are exemplified.
Boehmite sol is an easily peptized particle obtained by a method such as heating immediately after hydrolysis of amorphous aluminum monohydroxide obtained by hydrolysis of the above compound as an aluminum compound raw material, A sol containing a substance represented by the molecular formula of AlO (OH).

また、ベーマイトゾルは、アルミニウムや水酸基を有しているために、室温において有機樹脂成分と共有結合や水素結合を持ちやすく分散性が良い。ベーマイトゾルの有機基として、アルミニウムイソプロポキシドなどのアルコキシドやその誘導体を選択すると、Al−O結合を分子構造として最初から持っているため架橋しやすい。
ベーマイトゾルは、上記化合物に10℃以上100℃未満、好ましくは50℃〜90℃の比較的高温の水を主成分とする水溶液を加えて、30℃以上200℃未満、好ましくは50〜100℃の油浴などで1時間以上、好ましくは10時間から100時間攪拌を行なう。このときに還流加熱を行なうことも有効である。使用する水の量としては、アルミニウム化合物に対してモル比で20〜500と比較的多量の水を用いることが必要である。
これらの操作によって、水酸化アルミニウムは解膠して、均質な微粒子に変化して粘性の低いべーマイトを含んだゾルになる。ゾル中に含まれるベーマイトの濃度は、1×10-6mol/l以上、好ましくは1×10-4mol/l以上であれば良い。
In addition, since boehmite sol has aluminum and a hydroxyl group, it easily has a covalent bond or a hydrogen bond with an organic resin component at room temperature and has good dispersibility. When an alkoxide such as aluminum isopropoxide or a derivative thereof is selected as the organic group of the boehmite sol, it has an Al—O bond as a molecular structure from the beginning, and thus is easily crosslinked.
The boehmite sol is obtained by adding an aqueous solution mainly composed of relatively high temperature water of 10 ° C. or higher and lower than 100 ° C., preferably 50 ° C. to 90 ° C., to 30 ° C. or higher and lower than 200 ° C., preferably 50 ° C. to 100 ° C. In an oil bath or the like for 1 hour or longer, preferably 10 to 100 hours. It is also effective to perform reflux heating at this time. As the amount of water to be used, it is necessary to use a relatively large amount of water of 20 to 500 in molar ratio with respect to the aluminum compound.
By these operations, the aluminum hydroxide is peptized to be converted into uniform fine particles to become a sol containing boehmite having a low viscosity. The concentration of boehmite contained in the sol may be 1 × 10 −6 mol / l or more, preferably 1 × 10 −4 mol / l or more.

本発明における希土類とは、Y、Ta及び15種のランタノイド、すなわちLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Luを挙げることができる。これらのなかでも、Y,La,Gd,Taは可視域で透明であるので、撮像用光学素子として使うの場合には特に好ましい。
また、これらを導入するためには、希土類の塩化物、硝酸塩などの無機酸塩、酢酸塩などの有機酸塩の水溶性の化合物を用いることができる。
水溶性の化合物を用いることによって、任意の量の希土類成分を導入することが可能となる。
また、ベーマイトを作る際に、希土類化合物をあらかじめ比較的高温の水に溶解しておき、それをベーマイトの作製に使うことで、高濃度で希土類を含んだベーマイトゾルを作ることができる。
In the present invention, the rare earth includes Y, Ta and 15 lanthanoids, that is, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. it can. Among these, Y, La, Gd, and Ta are transparent in the visible range, and are particularly preferable when used as an imaging optical element.
In order to introduce them, water-soluble compounds of inorganic acid salts such as rare earth chlorides and nitrates and organic acid salts such as acetates can be used.
By using a water-soluble compound, an arbitrary amount of rare earth component can be introduced.
Further, when boehmite is produced, a rare earth compound is dissolved in water at a relatively high temperature in advance and used for producing boehmite, whereby a boehmite sol containing rare earth at a high concentration can be produced.

有機無機複合材料に使用する有機樹脂としては、アクリレート樹脂、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ABS樹脂、ポリエステル等や、エポキシ、不飽和エステル、アクリレート、ウレタン、エーテルなどが挙げられる。好ましくは、モノマー状態で添加できるものが良い。モノマーとしては、ビニル系モノマーが挙げられる。   Examples of the organic resin used for the organic-inorganic composite material include acrylate resin, polyolefin, polystyrene, polycarbonate, ABS resin, polyester, and the like, epoxy, unsaturated ester, acrylate, urethane, ether, and the like. Preferably, what can be added in a monomer state is good. Examples of the monomer include vinyl monomers.

ビニル系モノマーとしては、メチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸、スチレン等の芳香族ビニル系単量体、アクリロニトリル等のシアン化ビニル系単量体、アクリル酸、マレイン酸,マレイン酸エステル類,イタコン酸およびイタコン酸エステル類、N−アルキルマレイミド類、N−フェニルマレイミド(PMI)類等である。   Examples of vinyl monomers include methacrylic acid esters such as methyl methacrylate, acrylic acid esters, aromatic vinyl monomers such as methacrylic acid and styrene, vinyl cyanide monomers such as acrylonitrile, acrylic acid, and maleic acid. , Maleic acid esters, itaconic acid and itaconic acid esters, N-alkylmaleimides, N-phenylmaleimide (PMI) s and the like.

また、好ましいモノマーとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピレンメタクリレート、ブチルメタクリレート、アミルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、フェニルメタクリレート等のメタクリル酸アルキルエステル類、メチルアクリレート、エチルアクリレート、アミルアクリレート、ヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、フェニルアクリレート、ベンジルアクリレート等のアクリル酸アルキルエステル類、スチレン、α−メチルスチレン等の側鎖アルキル置換スチレン、ビニルトルエン等の核アルキル置換スチレン、ブロモスチレン、クロルスチレン等のハロゲン化スチレン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニル系単量体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロニトリル、マレオニトリル、α−クロロアクリロニトリル等のシアン化ビニル系単量体、その他マレイン酸、マレイン酸エステル類、イタコン酸およびイタコン酸エステル類、N−アルキルマレイミド類、N−フェニルマレイミド(PMI)類等である。   Preferred monomers include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propylene methacrylate, butyl methacrylate, amyl methacrylate, hexyl methacrylate, phenyl methacrylate and other methacrylic acid alkyl esters, methyl acrylate, ethyl acrylate, amyl acrylate, hexyl acrylate, octyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, dodecyl acrylate, phenyl acrylate, acrylic acid alkyl esters such as benzyl acrylate, side chain alkyl-substituted styrene such as styrene and α-methylstyrene, nuclear alkyl-substituted styrene such as vinyltoluene, bromostyrene, Halogenated styrene such as chlorostyrene, vinyl naphthalene, etc. Group vinyl monomers, vinyl cyanide monomers such as acrylonitrile, methacrylonitrile, fumaronitrile, maleonitrile, α-chloroacrylonitrile, other maleic acid, maleic acid esters, itaconic acid and itaconic acid esters, N- Alkyl maleimides, N-phenylmaleimide (PMI) and the like.

特に高屈折率、低分散の特性を得るためには、ポリマー成分として高屈折率は特に重要ではなく、むしろ低分散であることが重要である。単独で重合させた場合に、アッベ数νd が50以上の低分散な重合体となるモノマーが有効である。そのため、モノマー成分としては、芳香族を含まないメタクリル酸アルキルエステル類や、アクリル酸アルキルエステル類が好ましい。また、フッ素を導入した誘導体、例えば、トリフルオロメタクリレートなども、重合体のポリマーが、低分散であり好ましい。
また、金属塩を凝集させることなく、樹脂中に分散させるために、アルコール、グリコール、酢酸、アセチルアセトネートなどを金属塩溶液に添加してもよい。特に酢酸や、アセチルアセトネートなど金属塩と錯体を形成するものは、金属塩を高濃度に含有させる場合に有効である。
In particular, in order to obtain the characteristics of high refractive index and low dispersion, the high refractive index is not particularly important as a polymer component, but rather it is important that it is low dispersion. A monomer that becomes a low-dispersion polymer having an Abbe number ν d of 50 or more when polymerized alone is effective. Therefore, as a monomer component, the methacrylic acid alkylesters and acrylic acid alkylesters which do not contain an aromatic are preferable. In addition, a derivative into which fluorine is introduced, such as trifluoromethacrylate, is preferable because the polymer polymer has low dispersion.
Further, alcohol, glycol, acetic acid, acetylacetonate and the like may be added to the metal salt solution in order to disperse the metal salt in the resin without aggregating the metal salt. Particularly, those which form a complex with a metal salt such as acetic acid and acetylacetonate are effective when the metal salt is contained in a high concentration.

更に吸水性の向上や硬度の向上などを目的として、必須成分以外にシリカやチタニア、ジルコニアなどの成分などを含ませることも有効である。これらの成分は、アルコキシドやその誘導体などを用いることができる。例えば、シリカであれば、テトラエトキシシランやメチルトリエトキシシラン、あるいは、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)、ビニル基を持ったもの、エチレンオキシド基を持ったものなどがある。メタクリル酸2−ヒドロキシエチルなどは、親水基を持っているためベーマイトゾルとの水素結合などを介して親和性も良い。   It is also effective to include components such as silica, titania and zirconia in addition to the essential components for the purpose of improving water absorption and hardness. As these components, alkoxides and derivatives thereof can be used. For example, in the case of silica, there are tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), those having a vinyl group, and those having an ethylene oxide group. Since 2-hydroxyethyl methacrylate has a hydrophilic group, it has good affinity through hydrogen bonding with boehmite sol.

本発明のベーマイトゾルを用いる方法では、水が過剰に存在することから、有機樹脂との相溶性が悪い場合がある。この課題を解決する方法として、ベーマイトゾルを調製した後、ベーマイトゾル中の溶媒を有機溶剤にて置換することも有効である。この手段としては、例えばベーマイトゾルをエバポレータを用いて減圧下で20℃程度のメタノールやn−プロパノールなどのアルコール等により連続的に置換を行い水を除去することにより有機樹脂成分と混合しやすいベーマイト微粒子を得て、これを有機樹脂と混合させることが有効である。   In the method using the boehmite sol of the present invention, since water is excessively present, the compatibility with the organic resin may be poor. As a method for solving this problem, it is also effective to replace the solvent in the boehmite sol with an organic solvent after the boehmite sol is prepared. As this means, for example, boehmite sol can be easily mixed with an organic resin component by removing water by continuously replacing the boehmite sol with an alcohol such as methanol or n-propanol at about 20 ° C. under reduced pressure. It is effective to obtain fine particles and mix them with an organic resin.

また、これらの成分に、重合重合開始剤、分子量調節剤、分散剤その他溶媒等の重合助剤等を添加配合して重合する。重合開始方法としては、加熱による方法、重合開始剤を添加する方法のいずれの方法も採用することができる。   Further, a polymerization assistant such as a polymerization polymerization initiator, a molecular weight regulator, a dispersant and other solvents is added to these components and polymerized. As a polymerization initiation method, any of a heating method and a method of adding a polymerization initiator can be employed.

重合開始剤としては、有機過酸化物やアゾ系開始剤を乳化剤や界面活性剤とともに用いることができる。
アゾ系化合物の開始剤としては、具体的には、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)や、2,2’−アゾビス(2’−メチルブチロニトリル)、1,1’アゾビス(シクロヘキサン−1−カーボニトリル)等のアゾニトリル類、有機過酸化物としては、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート類等のパーオキシエステル類、ラウロイルパーオキシド等のジアシルパーオキシド類、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン等のパーオキシケタール類等から選択可能である。
As the polymerization initiator, an organic peroxide or an azo initiator can be used together with an emulsifier or a surfactant.
Specific examples of the initiator of the azo compound include 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2′-methylbutyronitrile), 1,1′azobis ( Azonitriles such as cyclohexane-1-carbonitrile), and organic peroxides include peroxyesters such as t-hexylperoxyisopropyl monocarbonate and t-hexylperoxy-2-ethylhexanoate, and lauroyl par It can be selected from diacyl peroxides such as oxide, peroxyketals such as 1,1-bis (t-hexylperoxy) 3,3,5-trimethylcyclohexane, and the like.

さらにこれらの重合において樹脂の流動性調節のために用いる分子量調節剤は、t−ドデシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン等のメルカプタン類、1−メチル−4−イソプロピリデンシクロヘキセン等のモノテルペノイド類、2,4−ジフェニル−4−メチル−1’ペンテン等のスチレンダイマー類を挙げることができる。
また、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色防止剤、帯電防止剤、蛍光塗料、離型剤その他の安定剤等を添加して利用してもよい。
Further, molecular weight regulators used for regulating the fluidity of the resin in these polymerizations include mercaptans such as t-dodecyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, n-octyl mercaptan, and monomonomers such as 1-methyl-4-isopropylidenecyclohexene. Examples thereof include terpenoids and styrene dimers such as 2,4-diphenyl-4-methyl-1 ′ pentene.
Further, antioxidants, ultraviolet absorbers, anti-coloring agents, antistatic agents, fluorescent paints, mold release agents and other stabilizers may be added for use.

こうして得られた樹脂には、アルミニウム化合物や金属化合物として導入された希土類元素が、樹脂中の酸素原子などと配位結合や水素結合をして、余分な水分や、溶剤を除去した後にも樹脂内にとどまっており、金属種の種類、導入量に応じて屈折率、分散特性に関与する。
得られた有機無機複合材料は、光硬化、プレス成形、射出成形等の成形方法によって光学素子等の作製を行うことができる。
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
In the resin thus obtained, the rare earth element introduced as an aluminum compound or metal compound forms a coordinate bond or hydrogen bond with an oxygen atom or the like in the resin, and the resin is removed even after removing excess moisture and solvent. It is involved in the refractive index and dispersion characteristics depending on the type of metal species and the amount introduced.
The obtained organic-inorganic composite material can be used to produce an optical element or the like by a molding method such as photocuring, press molding, or injection molding.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.

La23を10mol%、Al23を10mol%、メチルメタクリレートを80mol%の配合比で有機無機複合材料を作製した。
アルミニウムイソプロポキシド:1モル部に、酢酸ランタン1.5水塩:1モル部を、水400モル部に溶解した80℃の温水を加えて加水分解を行い、次いで1規定の硝酸を添加してさらに80℃で76時間攪拌して解膠をおこない、ランタンを含有したベーマイトゾルを作製した。
La 2 O 3 and 10mol%, Al 2 O 3 of 10 mol%, to produce an organic-inorganic composite materials in the compounding ratio of 80 mol% of methyl methacrylate.
Aluminum isopropoxide: 1 mol part of lanthanum acetate 1.5 hydrate: 1 mol part of water is dissolved in 400 mol part of water to perform hydrolysis by adding 80 ° C warm water, and then 1N nitric acid is added. Further, the mixture was stirred at 80 ° C. for 76 hours to peptize to prepare a boehmite sol containing lanthanum.

次に、ベーマイトゾルを減圧エバポレータで55℃にて24時間還流し、水を除去した。得られたベーマイトゾルに対して、ランタンとのモル比が1:8の比率で、メチルメタクリレート(MMA)と紫外線硬化剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製 イルガキュア500)を添加して混合した。
得られた混合液を、紫外線透過性の成形型に移し、窒素パージを行なって酸素を除去した後、照射強度0.6W/cm2 の紫外線ランプで24時間照射した後、140℃まで2℃/minで昇温後2時間保持することで有機無機複合材料を得た。
Next, the boehmite sol was refluxed at 55 ° C. for 24 hours with a vacuum evaporator to remove water. Methyl methacrylate (MMA) and an ultraviolet curing agent (Irgacure 500 manufactured by Ciba Specialty Chemicals) were added to and mixed with the boehmite sol in a molar ratio of lanthanum of 1: 8.
The obtained liquid mixture was transferred to a UV-transmissive mold, purged with nitrogen to remove oxygen, irradiated with an ultraviolet lamp with an irradiation intensity of 0.6 W / cm 2 for 24 hours, and then heated to 140 ° C. at 2 ° C. An organic-inorganic composite material was obtained by maintaining the temperature for 2 hours after raising the temperature at / min.

得られた有機無機複合材料から、評価用に直径50mm、厚さ2.Ommの平板成形品を作製し、400nm〜800nmの光透過率、屈折率、アッベ数を測定した。光透過率は88%、屈折率は、1.603、アッベ数は62.5であった。   From the obtained organic-inorganic composite material, a diameter of 50 mm and a thickness of 2. An Omm flat plate molded article was prepared, and the light transmittance, refractive index, and Abbe number of 400 nm to 800 nm were measured. The light transmittance was 88%, the refractive index was 1.603, and the Abbe number was 62.5.

比較例1
La23を10mol%、SiO2を10mol%、メチルメタクリレートを80mol%の配合比で有機無機複合材料を作製した。
メチルトリメトキシシラン(MTMOS):1モル部、フェニルトリメトキシシラン(PTMOS):1モル部、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPTMOS):1モル部と、酢酸ランタン1.5水塩:1モル部を溶解した水200モル部とを室温で5時間攪拌混合し、この溶液に、トリメトキシシラン(TMOS):1モル部とメタノールを混合した溶液を加え、72時間攪拌混合してゾルを得た。
Comparative Example 1
An organic-inorganic composite material was prepared at a compounding ratio of 10 mol% La 2 O 3 , 10 mol% SiO 2 , and 80 mol% methyl methacrylate.
Methyltrimethoxysilane (MTMOS): 1 mol part, phenyltrimethoxysilane (PTMOS): 1 mol part, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTMOS): 1 mol part, and lanthanum acetate 1.5 hydrate: 1 200 mol parts of water in which mol parts were dissolved were stirred and mixed at room temperature for 5 hours. To this solution, a solution of trimethoxysilane (TMOS): 1 mol part and methanol was added, and the mixture was stirred and mixed for 72 hours. Obtained.

次に、得られたゾルを減圧エバポレータで55℃にて24時間還流し、水を除去した。次いで、ゾルに、メチルメタクリレート(MMA)と紫外線硬化剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製 イルガキュア500)を添加して混合した。
得られた混合液を、紫外線透過性の成形型に移し、窒素パージを行なって酸素を除去した後、照射強度0.6W/cm2 の紫外線ランプで24時間照射した後、140℃まで2℃/minで昇温後2時間保持することで有機無機複合材料を得たが、不透明で光学素子として使えないものであった。
Next, the obtained sol was refluxed at 55 ° C. for 24 hours with a vacuum evaporator to remove water. Next, methyl methacrylate (MMA) and an ultraviolet curing agent (Irgacure 500 manufactured by Ciba Specialty Chemicals) were added to the sol and mixed.
The obtained liquid mixture was transferred to a UV-transmissive mold, purged with nitrogen to remove oxygen, irradiated with an ultraviolet lamp with an irradiation intensity of 0.6 W / cm 2 for 24 hours, and then heated to 140 ° C. at 2 ° C. An organic-inorganic composite material was obtained by maintaining the temperature for 2 hours after raising the temperature at / min, but it was opaque and could not be used as an optical element.

23を20mo1%、Al23を20mol%、MMAを60mol%の有機無機複合材料を作製した。
アルミニウムイソプロポキシド:1モル部に、塩化イットリウム6水塩:1モル部を、水150モル部に溶解した80℃の温水を加えて加水分解を行い、次いで1規定の硝酸を添加してさらに80℃で76時間攪拌して解膠をおこない、イットリウムを含有したベーマイトゾルを作製した。
An organic-inorganic composite material of 20 mol% Y 2 O 3 , 20 mol% Al 2 O 3 and 60 mol% MMA was produced.
Aluminum isopropoxide: 1 mol part of yttrium chloride hexahydrate: 1 mol part of water dissolved in 150 mol parts of water was added to carry out hydrolysis, followed by addition of 1N nitric acid. Peptization was carried out by stirring at 80 ° C. for 76 hours to prepare a boehmite sol containing yttrium.

次に、ベーマイトゾルを減圧エバポレータで55℃にて24時間還流し、水をほぼ除去した。得られたベーマイトゾルに対して、ランタンとのモル比が1:8の比率で、メチルメタクリレート(MMA)と紫外線硬化剤(長瀬産業製 イルガキュア500)を添加して混合した。
得られた混合液を、紫外線透過性の成形型に移し、窒素パージを行なって酸素を除去した後、照射強度0.6W/cm2 の紫外線ランプで24時間照射した後、140℃まで2℃/minで昇温後2時間保持することで有機無機複合材料を得た。
Next, the boehmite sol was refluxed at 55 ° C. for 24 hours with a vacuum evaporator to substantially remove water. Methyl methacrylate (MMA) and an ultraviolet curing agent (Irgacure 500 manufactured by Nagase Sangyo Co., Ltd.) were added to and mixed with the boehmite sol at a molar ratio of lanthanum of 1: 8.
The obtained liquid mixture was transferred to a UV-transmissive mold, purged with nitrogen to remove oxygen, irradiated with an ultraviolet lamp with an irradiation intensity of 0.6 W / cm 2 for 24 hours, and then heated to 140 ° C. at 2 ° C. An organic-inorganic composite material was obtained by maintaining the temperature for 2 hours after raising the temperature at / min.

得られた有機無機複合材料から、評価用に直径50mm、厚さ2.0mmの平板成形品を作製し、400nm〜800nmの光透過率、屈折率、アッベ数を測定した。光透過率は86%、屈折率は、1.634、アッベ数は56.3であった。   A flat plate molded product having a diameter of 50 mm and a thickness of 2.0 mm was prepared for evaluation from the obtained organic-inorganic composite material, and light transmittance, refractive index, and Abbe number of 400 nm to 800 nm were measured. The light transmittance was 86%, the refractive index was 1.634, and the Abbe number was 56.3.

La23を30mol%、Al23を15mol%、、SiO2を10mol%、有機樹機樹脂形成用モノマー45mol%の有機無機複合材料を作製した。
アルミニウムイソプロポキシド:1モル部に、塩化ランタン7水塩:1モル部を、水150モル部に溶解した80℃の温水を加えて加水分解を行い、次いで1規定の硝酸を添加してさらに80℃で76時間攪拌して解膠をおこない、ランタンを含有したベーマイトゾルを作製した。
An organic-inorganic composite material of 30 mol% La 2 O 3 , 15 mol% Al 2 O 3 , 10 mol% SiO 2, and 45 mol% monomer for forming an organic tree machine resin was produced.
Aluminum isopropoxide: 1 mol part of lanthanum chloride heptahydrate: 1 mol part of water was added to 80 mol of hot water dissolved in 150 mol parts of water, followed by hydrolysis. Peptization was performed by stirring at 80 ° C. for 76 hours to prepare a boehmite sol containing lanthanum.

次に、ベーマイトゾルにn−プロパノールを加え、加熱して共沸点まで水減少させ、ベーマイトのn−プロパノール溶液とした。生成したベーマイトゾルに、トリメトキシシランとメタクリル酸2−ヒドロキシエチルを加えて減圧エバポレータで55℃にて24時間還流し、n−プロパノールを除去した。   Next, n-propanol was added to the boehmite sol and heated to reduce the water to the azeotropic point to obtain a boehmite n-propanol solution. Trimethoxysilane and 2-hydroxyethyl methacrylate were added to the produced boehmite sol and refluxed at 55 ° C. for 24 hours with a vacuum evaporator to remove n-propanol.

得られたゾルに、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートとを、La23:30mol%、Al23:15mol%、SiO2:10mol%、有機樹機樹脂形成用モノマー:45molとなるように配合するとともに、紫外線硬化剤(チバ・スペシャリティ・ケミカルズ製 イルガキュア500)を添加し、30分間混合した。得られた溶液を減圧エバポレーターで溶媒を除去した後、紫外線透過性の型に移し、窒素パージを行なって酸素を除去した後、照射強度0.6W/cm2 の紫外線ランプで24時間照射した後、140℃まで2℃/minで昇温後2時間保持することで有機無機複合材料を得た。 To the obtained sol, neopentyl glycol diacrylate and trimethylolpropane triacrylate were added, La 2 O 3 : 30 mol%, Al 2 O 3 : 15 mol%, SiO 2 : 10 mol%, monomer for forming an organic tree machine resin: While mixing so as to be 45 mol, an ultraviolet curing agent (Irgacure 500 manufactured by Ciba Specialty Chemicals) was added and mixed for 30 minutes. After removing the solvent from the resulting solution with a vacuum evaporator, it was transferred to an ultraviolet light transmissive mold, purged with nitrogen to remove oxygen, and then irradiated with an ultraviolet lamp with an irradiation intensity of 0.6 W / cm 2 for 24 hours. The organic-inorganic composite material was obtained by keeping the temperature up to 140 ° C. at 2 ° C./min and holding for 2 hours.

得られた有機無機複合材料から、評価用に直径50mm、厚さ2.Ommの平板成形品を作製し、400nm〜800nmの光透過率、屈折率、アッベ数を測定した。光透過率は86%、屈折率は、1.684、アッベ数は53.3であった。   From the obtained organic-inorganic composite material, a diameter of 50 mm and a thickness of 2. An Omm flat plate molded article was prepared, and the light transmittance, refractive index, and Abbe number of 400 nm to 800 nm were measured. The light transmittance was 86%, the refractive index was 1.684, and the Abbe number was 53.3.

本発明は、ラジカル重合可能なビニル系モノマーと、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有する有機無機複合材料であり、アルミニウム化合物としてべーマイトを使用することにより、有機樹脂と共有結合や水素結合を持ちやすく分散性が良くなり、屈折率および分散特性に優れた光学材料を提供することができる。   The present invention is an organic-inorganic composite material containing a vinyl monomer capable of radical polymerization, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements, and uses boehmite as the aluminum compound By doing so, it is easy to have a covalent bond or hydrogen bond with the organic resin, the dispersibility is improved, and an optical material excellent in refractive index and dispersion characteristics can be provided.

Claims (6)

有機無機複合材料において、有機樹脂と、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有することを特徴とする有機無機複合材料。 An organic-inorganic composite material comprising an organic resin, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements. 有機樹脂と、アルミニウム化合物と、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを含有した有機無機複合材料の製造方法において、アルミニウム化合物の原料にベーマイトゾルを用いることを特徴とする有機無機複合材料の製造方法。 In the method for producing an organic-inorganic composite material containing an organic resin, an aluminum compound, and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements, boehmite sol is used as a raw material for the aluminum compound. A method for producing an organic-inorganic composite material. ベーマイトゾルの作製に少なくとも1種の希土類元素を含む塩を溶解した水溶液を用いることを特徴とする請求項2に記載の有機無機複合材料の製造方法。 The method for producing an organic-inorganic composite material according to claim 2, wherein an aqueous solution in which a salt containing at least one kind of rare earth element is dissolved is used for producing boehmite sol. ベーマイトゾルは、アルミニウムのアルコキシドまたはその誘導体に対してモル比で20〜500の水を含み50℃〜90℃とした水溶液を加えて加水分解し、さらに酸を加えることにより解膠することを特徴とする請求項2に記載の有機無機複合材料の製造方法。 Boehmite sol is hydrolyzed by adding an aqueous solution containing 20 to 500 moles of water in an aluminum alkoxide or derivative thereof to a temperature of 50 to 90 ° C., and further peptized by adding an acid. The method for producing an organic-inorganic composite material according to claim 2. ベーマイトゾルと、希土類元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の金属種とを混合した溶液をビニル系モノマーに混合させる前に、水性溶媒を有機溶剤に置換する工程を有することを特徴とする請求項2に記載の有機無機複合材料の製造方法。 Before mixing a solution in which boehmite sol and at least one metal species selected from the group consisting of rare earth elements are mixed with a vinyl monomer, the method has a step of replacing an aqueous solvent with an organic solvent. The manufacturing method of the organic inorganic composite material of Claim 2. 希土類元素がLa,Y,Gd,Taより選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の有機無機複合材料の製造方法。 6. The method for producing an organic-inorganic composite material according to claim 1, wherein the rare earth element is at least one selected from La, Y, Gd, and Ta.
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