JP4890961B2 - 光学用樹脂 - Google Patents

Description

本発明は、種々の光学要素の材料として用いることのできる複屈折の小さい樹脂であって、かつ透明性に優れ、黄色度と成形加工時の臭気が少なく、実用的な耐熱性を有する光学用樹脂に関する。

近年、眼鏡レンズや透明板などの一般光学部品はもとよりオプトエレクトロニクス用の光学部品、例えば音響、映像、文字情報等を記録する光ディスク装置のようなレーザー関連機器に用いる光学部品の材料などとして、従来のガラス系材料に代えて、高分子樹脂を用いる傾向が強まっている。これは、高分子樹脂からなる光学材料が、一般にガラス系光学材料に比べ、射出成形や押出成形のような成形技術を容易に適用でき、また透明性や実用的な耐熱性に優れ、安価に光学部品を生産できるためである。また近年では光学部品の薄型化が求められており、成形加工性の優れた光学用樹脂が求められている。しかしながら、高分子樹脂を射出成形や押出成形を行うと複屈折性を示すため、光学部品としての機能性を損なう場合がある。この問題を解決すべく種々の提案がなされており、例えば、高分子樹脂に光学異方性低分子の添加により複屈折を打ち消す方法（例えば、特許文献１）が提案されている。
特開平８−１１０４０２号公報

本発明の目的は、ビフェニル誘導体を含有することにより複屈折を低減し、成形加工性と透明性に優れ、黄色度が低く、成形加工時の臭気が少なく、実用的な耐熱性を有するスチレン系樹脂組成物を提供するものである。

本発明は、
（１）スチレン系樹脂が、一般式（１）で表されるビフェニル誘導体を０．１〜２０質量％含有してなるスチレン系樹脂組成物からなることを特徴とする光学用樹脂。

（式中Ｒは炭素数１以上のアルキル基で、すべて同一でも異なっていてもよい。）
（２）スチレン系樹脂が、単一のスチレン系単量体を重合して得られたスチレン系樹脂である（１）の光学用樹脂。
（３）スチレン系樹脂が、スチレン系単量体及びそのスチレン系単量体と共重合可能な単量体とを重合して得られたスチレン系樹脂であって、該共重合可能な単量体が９０質量％以下（但し、０質量％は含まない。）である（１）の光学用樹脂。
（４）ビフェニル誘導体の、空気気流（２００ｍｌ／分）中の示差熱分析（昇温速度１０℃／分）により測定した１０％減量温度が２００℃以上である（１）〜（３）のいずれかの光学用樹脂。
（５）ＪＩＳ Ｋ７２１０に基づき測定されたメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）が０．５〜２０ｇ／１０分である（１）〜（４）のいずれかの光学用樹脂。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の光学用樹脂を成形してなる光学部材。
（７）（１）〜（５）のいずれかに記載の光学用樹脂を成形してなるレンズ。
（８）レンズが、スクリーンレンズ、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、眼鏡レンズ、光学機器用レンズ、オプトエレクトロニクス用レンズ、レーザー用レンズ、ピックアップ用レンズ、自動車用ランプレンズ又はＯＨＰ用レンズである（７）記載のレンズ。
（９）（１）〜（５）のいずれかに記載の光学用樹脂を成形してなる光ディスク基板。
（１０）（１）〜（５）のいずれかに記載の光学用樹脂を成形してなる光学シート。
（１１）光学シートが、光学用ベースシート、導光板、光拡散板又は集光板である（１０）記載の光学シート。
（１２）（１）〜（５）のいずれかに記載の光学用樹脂を成形してなる光学フィルム。
（１３）光学フィルムが、光学用ベースフィルム、光反射防止フィルム又は光拡散フィルムである（１２）の光学フィルム。
（１４）（１）〜（５）のいずれかに記載の光学用樹脂を成形してなる光ファイバー。
である。

本発明のスチレン系樹脂組成物は、複屈折が小さく、成形加工性と透明性に優れ、黄色度が低く、成形加工時の臭気が少なく、実用的な耐熱性を有することから、例えば眼鏡レンズや透明板などの一般光学部品、音響、映像、文字情報等を記録する光ディスク、オプトエレクトロニクス用の光学部品、光ファイバー等の用途に適しており有用である。

以下に本発明を詳細に説明する。

スチレン系樹脂は、スチレン系単量体を含む樹脂であれば特に制限されるものではない。中でも、例えば、単一のスチレン系単量体を重合して得られたスチレン系樹脂を重合した樹脂が好ましい。このスチレン系単量体は、スチレン構造を有する単量体であれば特に制限されるものではないが、例えば、スチレン、置換スチレン（ｐ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｏ−ｔ−ブチルスチレン、ｍ−ｔ−ブチルスチレン、ｐ−ｔ−ブチルスチレン、α−メチルスチレン等）等があげられる。

スチレン系樹脂は、上記のスチレン系単量体のうち、異なる２種以上を共重合した共重合樹脂でも、上記のスチレン系単量体以外でスチレン系単量体と共重合可能な単量体とスチレン系単量体とを共重合して得られた共重合樹脂でもよい。上記のスチレン系単量体以外の単量体としては、例えば、アクリロニトリル、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、ブタジエン、無水マレイン酸等があげられる。

このようにして得られたスチレン系樹脂の具体例として、単一のスチレン系単量体を重合して得られたスチレン系樹脂ではポリスチレン樹脂が、共重合樹脂では、例えば、スチレン−α−メチルスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、メチルメタクリレート−スチレン樹脂、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン樹脂、メチルメタクリレート−アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、スチレン−メタクリル酸樹脂、スチレン−無水マレイン酸樹脂、スチレン−ブタジエン−スチレン樹脂等が挙げられる。成形加工性が良好で成形品の吸湿による変形が少なく、比較的安価という観点から、ポリスチレン樹脂、又はメチルメタクリレート−スチレン樹脂が好ましい。

共重合樹脂において、スチレン系単量体と共重合可能な単量体の比率は、０質量％を超え９０質量％以下が好ましい。

スチレン系樹脂の重合方法は公知の手法が採用できるが、透明性、黄色度の観点から塊状重合あるいは、溶液重合が好ましい。

ビフェニル誘導体は一般式（１）で示され、スチレン系樹脂が有する配向複屈折性を低減する傾向の配向複屈折性を示すもので、スチレン系樹脂中に０．１〜２０質量％含むことが必要である。その含有率が０．１〜１５質量％であれば好ましく、０．１〜１０質量％であれば、更に好ましい。含有率が０．１質量％を未満の場合は複屈折の低減効果が少なく、２０質量％を超える場合は透明性や耐熱性が大きく低下する。

ビフェニル誘導体の分子量は好ましくは５０００以下、さらに好ましくは１０００以下である。分子量が５０００を越えたビフェニル誘導体を用いると、透明性が低下したり、複屈折の低減効果が低下したりして好ましくない。

（式中Ｒは炭素数１以上のアルキル基で、すべて同一でも異なっていてもよい。）

ビフェニル誘導体は、空気気流（２００ｍｌ／分）中の示差熱分析（昇温速度１０℃／分）により測定した１０％減量温度が２００℃以上であることが好ましい。更に好ましくは２５０℃以上である。１０％減量温度が２００℃未満の場合、黄色度や成形加工時の臭気が強くなり、また実用的な耐熱性が得られない。なお、示差熱分析は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製示差熱熱重量同時測定装置ＴＧ／ＤＴＡ６２００を用いて行った。

このような条件を満足するビフェニル誘導体として例えば、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラメチルエステル、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエチルエステル、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラプロピルエステルなどがある。

スチレン系樹脂組成物の製造方法としては特に制限はなく、スチレン系樹脂の重合時にビフェニル誘導体を添加する方法、スチレン系樹脂とビフェニル誘導体を押出機やバンバリーミキサー、ロール等を使用して溶融混練して得る方法等が採用できる。

スチレン系樹脂組成物は、ＪＩＳ Ｋ７２１０に基づき測定されたメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）が、好ましくは０．５〜２０ｇ／１０分である。より好ましくは、１．０〜１５ｇ／１０分で、特に好ましくは１．５〜１０ｇ／１０分である。なお、測定温度は２００℃、荷重は４９Ｎの条件で、東洋精機製作所社製メルトインデックサ（Ｆ−Ｆ０１）を使用して測定した。ＭＦＲが０．５ｇ／１０分未満であると成形加工性に課題が発生するとともに複屈折が大きくなり、２０ｇ／１０分を越えると耐熱性に劣る等の課題が発生する。ＭＦＲの調整は、スチレン系樹脂の分子量やビフェニル誘導体の添加量等で調整することができる。

スチレン系樹脂組成物には、必要に応じて酸化防止剤、耐候剤、滑剤、可塑剤、着色剤、帯電防止剤、鉱油、難燃剤等の添加剤を添加することができ、製造時任意の段階で配合することができる。

スチレン系樹脂組成物は、射出成形、押出成形、圧縮成形、真空成形等の公知の方法により各種成形体に加工され、レンズ（スクリーンレンズ、眼鏡レンズ、光学機器用レンズ、オプトエレクトロニクス用レンズ、レーザー用レンズ、ピックアップ用レンズ、自動車用ランプレンズ、ＯＨＰ用レンズ等）、光ディスク、光学シート（導光板、光拡散板、集光板等）、光学フィルム（光反射防止フィルム、光拡散フィルム等）、光ファイバー等の用途に好適である。

次に実施例をもって本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

実験例１
容積約２０Ｌの完全混合型攪拌槽である第一反応器と容積約４０Ｌの攪拌機付塔式プラグフロー型反応器である第二反応器を直列に接続し、さらに予熱器を付した脱揮槽を２基直列に接続して構成した。スチレン５２質量％、メチルメタクリレート（以下、ＭＭＡと略す。）４８質量％で構成する単量体溶液８５質量部に対し、エチルベンゼン１５質量部、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート０．０１質量部、ｎ−ドデシルメルカプタン（以下ｎ−ＤＤＭと略す）０．０１質量部、オクタデシル−３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート０．０５質量部を混合し原料溶液とした。

この原料溶液を毎時６．２ｋｇで１２７℃に制御した第１反応器に連続的に供給し、ついで第一反応器から出た反応液を、入り口から流れの方向に向かって１２７℃から１５５℃の勾配がつくように調整した第二反応器に導入した。第二反応器から出た反応液を予熱器で１６０℃に加温した後、６７ｋＰａに減圧した第一脱揮槽に導入し、さらに予熱器で２３０℃に加温した後、１．３ｋＰａに減圧した第二脱揮槽に導入して単量体と溶剤を除去した。これをダイから溶融状態でストランド状に押し出した後カッティングし、ペレット状の高分子樹脂（以下、ＭＳと略す。）を得た。

実験例２
単量体溶液をスチレン１００質量％で構成した以外は実験例１と同様に行い高分子樹脂（以下、ＰＳと略す。）を得た。

実施例１〜３、比較例１〜４
表１に示す配合で、スチレン系樹脂とビフェニル誘導体を配合し、東芝機械社製２軸押出機ＴＥＭ−３５Ｂを用いてストランド状に押出し、ペレタイザーにて切断することによりペレット形状のスチレン系樹脂組成物を得た。評価結果を表１に示した。

評価は下記の方法によった。

（１）透明性
射出成形機（住友重機械社製サイキャップ１６５／７５）を用いて、シリンダー温度２３０℃、金型温度５０℃で縦９０ｍｍ、横９０ｍｍ、厚さ２ｍｍのプレートを成形した。このプレートの中央部を、ＡＳＴＭ Ｄ１００３に基づきヘーズメーター（日本電色工業社製ＮＤＨ−１００１ＤＰ型）を用いてヘーズを測定した（単位：％）。ヘーズが２％以下を合格とした。

（２）黄色度
透明性と同じプレートの中央部を、色差計（日本電色工業社製Σ−８０）を用いて、黄色度の尺度としてｂ値を測定した。ｂ値が１以下を合格とした。

（３）複屈折
透明性と同じプレートを用い、プレートの中央部を、位相差測定装置（王子計測社製ＫＯＢＲＡ−ＷＲ）を用いてリタデーションＲｅ₁を測定した（単位：ｎｍ）。ビフェニル誘導体を配合していない樹脂のリタデーションＲｅ₀を用い、下記式でリタデーション保持率（単位：％）を計算した。リタデーション保持率が９０％以下を合格とした。
リタデーション保持率（％）＝Ｒｅ₁／Ｒｅ₀×１００

（４）耐熱性
射出成形機（東芝機械社製ＩＳ−５０ＥＰＮ）を用いて、シリンダー温度２２０℃、金型温度５０℃で長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍのバーを成形した。この成形品より１０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの試験片を切り出し、ＪＩＳ Ｋ７２０６に基づき、東洋精機製作所社製ＨＤＴ＆ＶＳＰＴ試験装置を用い、５０法（荷重５０Ｎ、昇温速度５０℃／時間）でビカット軟化温度（以下、ＶＳＴと略す。）を測定した（単位：℃）。ＶＳＴが８０℃以上を合格とした。

（５）臭気
成形中における臭気を１点（無臭）、２点（僅かに臭う）、３点（臭い）、４点（かなり臭い）、５点（耐えられない）の５段階で評価した。２点以下を合格とした。

実施例１のスチレン系樹脂組成物を用いて、プロジェクター用のレンズを射出成形で作成し、実際に投影してみたところ、投影画面の周囲にも虹色は認められなかった。なお、レンズ成形は、住友重機械社製サイキャップ１６５／７５）を用いて、シリンダー温度２３０℃、金型温度７０℃で行った。

本発明のスチレン系樹脂組成物に関わる実施例は、複屈折が小さく、透明性が良好で、黄色度と成形加工時の臭気が少なく、実用的な耐熱性を示した。

Claims (14)

1. スチレン系樹脂が、一般式（１）で表されるビフェニル誘導体を０．１〜２０質量％含有してなるスチレン系樹脂組成物からなることを特徴とする光学用樹脂。
   

   

   （式中Ｒは炭素数１以上のアルキル基で、すべて同一でも異なっていてもよい。）
2. 前記スチレン系樹脂が、単一のスチレン系単量体を重合して得られたスチレン系樹脂であることを特徴とする請求項１記載の光学用樹脂。
3. 前記スチレン系樹脂が、スチレン系単量体及びそのスチレン系単量体と共重合可能な単量体とを重合して得られたスチレン系樹脂であって、該共重合可能な単量体が９０質量％以下（但し、０質量％は含まない。）であることを特徴とする請求項１記載の光学用樹脂。
4. 前記ビフェニル誘導体の、空気気流（２００ｍｌ／分）中の示差熱分析（昇温速度１０℃／分）により測定した１０％減量温度が２００℃以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光学用樹脂。
5. ＪＩＳ Ｋ７２１０に基づき測定されたメルトマスフローレイト（ＭＦＲ）が０．５〜２０ｇ／１０分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光学用樹脂。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用樹脂を成形してなることを特徴とする光学部材。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用樹脂を成形してなることを特徴とするレンズ。
8. 前記レンズが、スクリーンレンズ、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、眼鏡レンズ、光学機器用レンズ、オプトエレクトロニクス用レンズ、レーザー用レンズ、ピックアップ用レンズ、自動車用ランプレンズ又はＯＨＰ用レンズであることを特徴とする請求項７記載のレンズ。
9. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用樹脂を成形してなることを特徴とする光ディスク基板。
10. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用樹脂を成形してなることを特徴とする光学シート。
11. 前記光学シートが、光学用ベースシート、導光板、光拡散板又は集光板であることを特徴とする請求項１０記載の光学シート。
12. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用樹脂を成形してなることを特徴とする光学フィルム。
13. 前記光学フィルムが、光学用ベースフィルム、光反射防止フィルム又は光拡散フィルムであることを特徴とする請求項１２の光学フィルム。
14. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学用樹脂を成形してなることを特徴とする光ファイバー。