WO2025178005A1 - 無機粒子含有組成物 - Google Patents
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- C09C3/06—Treatment with inorganic compounds
Definitions
- the present invention relates to an inorganic particle-containing composition. More specifically, it relates to an inorganic particle-containing composition that is useful for forming coating films such as optical materials, paints, coating agents, and inks.
- Inorganic particles such as metal oxides obtained by dry methods such as gas-phase methods or by high-temperature firing generally tend to have excellent crystallinity and other inorganic physical properties.
- the particles tend to aggregate, they must be crushed and dispersed to primary particles or a similar level for use in optical materials, etc.
- various techniques for dispersing inorganic particles have been developed, and methods that involve crushing in the presence of dispersants such as siloxane polymers, silane compounds such as silane coupling agents, carboxylic acid-based dispersants, and phosphorus-based dispersants have been reported (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
- the present invention was made in consideration of the above-mentioned current situation, and aims to provide an inorganic particle-containing composition with excellent dispersion stability.
- the inventors conducted extensive research into compositions containing inorganic particles and discovered that excellent dispersion stability could be achieved by using zinc chalcogenide and a dispersant with zirconium oxide, titanium oxide, and titanate as inorganic particles. They then came up with the idea of successfully resolving the above-mentioned problems, leading to the present invention.
- the present invention includes the following inorganic particle-containing compositions and the like.
- An inorganic particle-containing composition comprising at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and titanates, zinc chalcogenide, and a dispersant.
- the dispersant contains a compound having a polar functional group.
- the dispersant is represented by the following formula (1); (wherein X1 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent).
- the inorganic particle-containing composition according to any one of [1] to [4] above, wherein the dispersant contains a phosphoric acid compound having a phosphoric acid group and/or a phosphoric acid ester group.
- the phosphoric acid compound is represented by the following formula (2): (wherein R 1 is the same or different and represents a hydrogen atom or an organic group; R 2 is the same or different and represents an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms; a is an integer of 1 to 3; and n is an integer of 0 to 20), [7] The inorganic particle-containing composition according to [5] or [6] above, wherein the phosphoric acid compound has a molecular weight of 98 to 2,000.
- a method for producing an inorganic particle-containing composition comprising a step of disintegrating aggregates of at least one type of particles selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and titanates in the presence of zinc chalcogenide and a dispersant.
- the dispersant contains a compound having a polar functional group.
- the inorganic particle-containing composition of the present invention has the above-mentioned configuration and exhibits excellent dispersion stability, making it suitable for use in optical materials, paints, coating agents, inks, etc.
- (meth)acrylate means “acrylate” or “methacrylate”
- (meth)acrylic means “acrylic” or “methacrylic”
- (meth)acryloyl means “acryloyl” or “methacryloyl.”
- (meth)acrylate is sometimes referred to as a (meth)acrylic acid ester.
- the inorganic particle-containing composition of the present invention contains at least one selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate (hereinafter also referred to as Zr- or Ti-containing oxide), zinc chalcogenide, and a dispersant. Because the inorganic particle-containing composition has excellent dispersion stability, a uniform coating film can be formed by using such a composition.
- Zr- or Ti-containing oxide zirconium oxide, titanium oxide, and titanate
- zinc chalcogenide increases the absolute value of the zeta potential of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate, which is thought to improve the dispersion stability of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate.
- the content of zinc chalcogenide in the above composition is not particularly limited, but is preferably 1 to 150% by mass relative to 100% by mass of the total of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate.
- the content of zinc chalcogenide is more preferably 2 to 100% by mass, even more preferably 3 to 50% by mass, and particularly preferably 5 to 35% by mass.
- the content of the dispersant in the composition is not particularly limited, but is preferably 1 to 30% by mass, relative to 100% by mass of the total of zirconium oxide, titanium oxide, titanate, and zinc chalcogenide.
- the content of the dispersant is 1% by mass or more, the dispersibility of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate can be further improved.
- the smaller the amount of organic dispersant in the composition the higher the refractive index of the resulting coating film.
- the content of the dispersant is 30% by mass or less, the refractive index of the resulting coating film can be further increased.
- the content of the dispersant is more preferably 2 to 25% by mass, even more preferably 5 to 22% by mass, and particularly preferably 10 to 20% by mass.
- the inorganic particle-containing composition contains a sulfur-containing polymer as a dispersant is one of the preferred embodiments of the present invention.
- the composition contains a sulfur-containing polymer
- its content is not particularly limited, but is preferably 1 to 30% by mass relative to 100% by mass of the total of zirconium oxide, titanium oxide, titanate, and zinc chalcogenide.
- the content of the sulfur-containing polymer is 1% by mass or more, the dispersibility of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate can be further improved.
- the content of the sulfur-containing polymer is 30% by mass or less, the refractive index of the coating film formed can be further increased.
- the content of the sulfur-containing polymer is more preferably 2 to 25% by mass, even more preferably 4 to 20% by mass, and particularly preferably 5 to 15% by mass.
- the inorganic particle-containing composition contains a phosphoric acid compound as a dispersant is also one of the preferred embodiments of the present invention.
- the composition contains a phosphate compound
- its content is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10% by mass relative to 100% by mass of the total of zirconium oxide, titanium oxide, titanate, and zinc chalcogenide.
- the content of the phosphate compound is 0.5% by mass or more, the dispersibility of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate can be further improved, and when the content of the phosphate compound is 10% by mass or less, the refractive index of the coating film formed can be further increased.
- the content of the phosphate compound is more preferably 1 to 9% by mass, even more preferably 2 to 8% by mass, and particularly preferably 3 to 7% by mass.
- the total content of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate in the composition is not particularly limited, but is preferably 10 to 99% by mass relative to 100% by mass of the solids content in the composition. If the total content of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate is 10% by mass or more, the refractive index of the formed coating film can be further increased.
- the total content of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate is more preferably 25 to 95% by mass, even more preferably 40 to 90% by mass, and particularly preferably 60 to 85% by mass.
- the total content of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate in the above composition is preferably 5 to 99% by mass, more preferably 10 to 70% by mass, and even more preferably 10 to 45% by mass, based on 100% by mass of the composition.
- the zirconium oxide and titanium oxide contained in the inorganic particle-containing composition of the present invention are not particularly limited as long as they are zirconium oxide and titanium oxide, respectively.
- the titanate may be a compound represented by ABO 3 (wherein A is a metal element other than Ti, and B is Ti).
- the above zirconium oxide, titanium oxide, and titanate preferably have a degree of crystallinity of 80% or more.
- the degree of crystallinity is more preferably 85% or more, even more preferably 90% or more, even more preferably 94% or more, and particularly preferably 98% or more.
- the above crystallinity can be determined by powder X-ray diffraction measurement, as with the crystallite size, and the value obtained by powder X-ray diffraction measurement can be used as the crystallinity of zirconium oxide, titanium oxide, or titanate.
- A may be any metal element other than titanium, and examples of the metal include alkali metals such as Li, Na, and K; alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr, and Ba; transition metals such as V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Ri, Zr, Sn, Nb, and W; and rare earth metals such as Ce, Dy, Er, Eu, Gd, Ho, La, Lu, Nd, Pr, Pm, Sm, Sc, Tb, Tm, Y, and Yb.
- A is preferably an alkaline earth metal, more preferably barium or strontium, and even more preferably barium.
- the form of the zirconium oxide, titanium oxide, and titanate is not particularly limited, and may be primary particles or may contain secondary particles formed by aggregation of primary particles.
- the measurement sample when the inorganic particle-containing composition is a liquid containing a solvent, the measurement sample is the composition as is, or, if necessary, diluted with the solvent.
- the measurement sample is prepared by mixing and stirring a solvent capable of dissolving the dispersant contained in the composition, preferably a preferred solvent among the solvents described below in the method for producing an inorganic particle-containing composition (e.g., cyclopentanone, N-methylpyrrolidone, benzyl alcohol).
- the concentration in the measurement sample is typically about 1 to 2 mass % as the total concentration of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate contained in the inorganic particle-containing composition; however, the concentration may be adjusted appropriately during measurement depending on the amount of scattered light and the presence or absence of multiple scattering.
- the Zr- or Ti-containing oxide preferably has an average primary particle diameter (D1) of 1 to 50 nm.
- D1 average primary particle diameter of 1 to 50 nm.
- the average primary particle diameter (D1) of the Zr- or Ti-containing oxide is more preferably 3 to 45 nm, even more preferably 5 to 40 nm, even more preferably 7 to 30 nm, and particularly preferably 10 to 25 nm.
- the average primary particle diameter (D1) is the crystallite diameter Dc when the crystalline Zr- or Ti-containing oxide is contained, and the specific surface area diameter Ds when the crystalline Zr- or Ti-containing oxide is not contained.
- the crystalline Zr- or Ti-containing oxide is contained can be confirmed by powder X-ray diffraction measurement.
- the Zr- or Ti-containing oxide and/or its aggregates can be used as a sample, and the determination can be made from the obtained X-ray diffraction pattern using analysis software (PDXL2, manufactured by Rigaku Corporation).
- the crystallite diameter Dc is determined by performing powder X-ray diffraction analysis on the Zr- or Ti-containing oxide or its aggregate, measuring the full width at half maximum of the diffraction line with the highest diffraction intensity (the strongest line) among the diffraction lines in the obtained X-ray diffraction chart, and using the Scherrer equation.
- the diffraction intensity refers to the height of the peak top of the diffraction line.
- analysis software (PDXL2, manufactured by Rigaku Corporation) can be used as the analysis software.
- the apparatus and conditions for carrying out the powder X-ray diffraction measurement are not particularly limited.
- the specific surface area diameter Ds can be calculated by the following formula using the specific surface area and true density of the target particles (the above Zr- or Ti-containing oxide or aggregate thereof).
- Ds(m) 6/( ⁇ S) ⁇ [g/m 3 ]: true density of the particles or their aggregates, which can be determined by a pycnometer.
- the ratio of dispersed particle size (Dd) of the Zr- or Ti-containing oxide to average primary particle size (D1) is preferably 0.5 to 2.3, more preferably 0.8 to 2, even more preferably 1 to 1.8, and particularly preferably 1 to 1.5.
- the shape of the Zr- or Ti-containing oxide is not particularly limited and may be any of amorphous, granular, plate-like, columnar, needle-like, etc., but granular is preferred, and among granular shapes, spherical is preferred. Note that the granular shape refers to a uniform shape with an aspect ratio of 1.5 or less.
- the shape of the inorganic particles, where the aspect ratio is the value obtained by dividing the longest diameter by the shortest diameter within the particle, is preferably 5 or less, more preferably 2 or less, and most preferably 1.5 or less.
- the zinc chalcogenide contained in the inorganic particle-containing composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a zinc chalcogenide, and may be a compound containing zinc element and a Group 16 element (oxygen, sulfur, selenium, tellurium, polonium, livermorium).
- the zinc chalcogenide is preferably zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), zinc telluride (ZnTe), or the like, more preferably zinc oxide or zinc sulfide, and even more preferably zinc oxide.
- the average primary particle size of the zinc chalcogenide is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 nm.
- the average primary particle size of the zinc chalcogenide is more preferably 5 to 40 nm, even more preferably 7 to 30 nm, and particularly preferably 10 to 25 nm.
- the average primary particle size of the zinc chalcogenide can be measured as follows. As with the Zr- or Ti-containing oxides, when the zinc chalcogenide contains crystalline zinc chalcogenide, the crystallite diameter Dc can be used, and when it does not contain crystalline zinc chalcogenide, the specific surface area diameter Ds can be used. The crystallite diameter Dc and the specific surface area diameter Ds can be measured in the same manner as in the cases of zirconium oxide, titanium oxide, and titanates.
- the shape of the zinc chalcogenide is not particularly limited and may be amorphous, granular, plate-like, columnar, needle-like, or the like. However, granular shapes are preferred, and among granular shapes, spherical shapes are preferred.
- the granular shape refers to a uniform shape with an aspect ratio of 1.5 or less.
- the shape of the inorganic particles, where the aspect ratio is the value obtained by dividing the longest diameter by the shortest diameter within the particle, is preferably 5 or less, more preferably 2 or less, and most preferably 1.5 or less.
- the dispersant contained in the inorganic particle-containing composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a compound that exhibits dispersibility for the Zr- or Ti-containing oxide, but it is preferable that it contains a compound having a polar functional group.
- the polar functional group is not particularly limited, but is preferably a neutral or acidic polar functional group, such as a sulfinyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphoric acid ester group, a carboxy group, an alkoxysilyl group, or a hydroxyl group.
- the dispersant contains a compound having, as a polar functional group, at least one selected from the group consisting of a sulfinyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphoric acid ester group, a carboxy group, an alkoxysilyl group, and a hydroxyl group.
- the polar functional group include a sulfinyl group, a phosphoric acid group, and a phosphoric acid ester group.
- the inorganic particle-containing composition of the present invention contains, as the dispersant, a dispersant having a sulfinyl group and a dispersant having a phosphate group and/or a phosphate ester group.
- the molecular weight of the dispersant (when the dispersant is a polymer, the weight average molecular weight) is not particularly limited, but is preferably, for example, 98 to 5,000, more preferably 150 to 3,500, and even more preferably 200 to 3,000.
- the weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
- the dispersant having a sulfonic acid group is not particularly limited, and examples thereof include polymers of sulfonic acid group-containing monomers and derivatives thereof, such as vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, 2-acrylamidoethanesulfonic acid, 2-acrylamidopropanesulfonic acid, 2-methacrylamidopropanesulfonic acid, 2-methacrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, allylsulfonic acid, methallyl sulfonic acid, allyloxybenzenesulfonic acid, and 2-hydroxy-3-(2-propenyloxy)propanesulfonic acid.
- derivatives include conventionally known compounds such as esters and salts.
- the dispersant having a carboxy group is not particularly limited, and examples thereof include polyacrylic acid; a copolymer of an unsaturated carboxylic acid monomer such as (meth)acrylic acid or maleic acid and an unsaturated polyalkylene glycol monomer; a copolymer of an unsaturated carboxylic acid monomer and an aromatic monomer such as styrene; a copolymer of an unsaturated carboxylic acid monomer and an acrylic acid ester, and ammonium salts, organic amine salts, and alkali metal salts thereof.
- the dispersant having an alkoxysilyl group is not particularly limited, and examples thereof include 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, vinyltris( ⁇ -methoxyethoxy)silane, and ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane.
- the dispersant having a hydroxyl group is not particularly limited, and examples thereof include polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and polyethylene glycol monoalkyl ethers such as polyethylene glycol monomethyl ether.
- Dispersant having a sulfinyl group An embodiment in which the inorganic particle-containing composition contains a dispersant having a sulfinyl group is one of the preferred embodiments of the present invention.
- the dispersant having a sulfinyl group is not particularly limited, but may be a dispersant represented by the following formula (1):
- the sulfur-containing polymer preferably has a structural unit (U1) represented by the formula: wherein X1 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
- the sulfur-containing polymer is not particularly limited as long as it has a structural unit represented by formula (1) above. It may have one or more structural units (U1), but it preferably has a plurality of structural units (U1). It is more preferable that the structural unit (U1) be included as a repeating unit, and it is even more preferable that the structural unit be included as a repeating unit.
- X1 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
- the divalent aromatic hydrocarbon group include a phenylene group, a naphthylene group, an anthrylene group, a triphenylene group, a biphenylene group, and a phenanthrylene group.
- the divalent aromatic hydrocarbon group is preferably a phenylene group, a naphthylene group, an anthrylene group, a biphenylene group, or a triphenylene group, and more preferably a phenylene group, in order to further reduce the light dispersion of the polymer.
- the substituent (also referred to as "substituent ⁇ ") that the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 may have is not particularly limited, but preferably includes a reactive functional group, a halogen atom, or an alkyl group, alkoxy group, aryl group, aralkyl group, or sulfur-containing hydrocarbon group that may have a substituent (also referred to as "substituent ⁇ ").
- groups containing these functional groups include groups having the above-mentioned acidic functional group, basic functional group, or curable functional group together with a hydrocarbon chain or a linking group. That is, in the present invention, the reactive functional group includes not only the above-mentioned acidic functional group, basic functional group, or curable functional group, but also groups containing these functional groups and a linking chain.
- the linking chain include divalent hydrocarbon groups such as alkylene groups and arylene groups, linking groups such as ethers, esters, carbonyls, and amides, and combinations of these.
- a carboxy group is preferred as the reactive functional group, it means that a carboxy group and/or a group containing a carboxy group is preferred as the reactive functional group.
- halogen atom examples include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, with a bromine atom being preferred.
- alkyl group examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an s-butyl group, a t-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, a hexyl group, a 2-methylpentyl group, a 3-methylpentyl group, a 2,2-dimethylbutyl group, a 2,3-dimethylbutyl group, a heptyl group, etc.
- the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and even more preferably
- alkoxy group examples include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, an isopropoxy group, an s-butoxy group, a t-butoxy group, a pentyloxy group, a phenoxy group, a cyclohexyloxy group, a benzyloxy group, etc.
- the alkoxy group is preferably an alkoxy group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and even more preferably a methoxy group.
- the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a biphenyl group, and a triphenyl group. Of these, a phenyl group is preferred.
- the number of carbon atoms in the aryl group is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 18, and even more preferably 6 to 12.
- Examples of the aralkyl group include a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, a phenylpentyl group, a phenylhexyl group, a phenyloctyl group, etc.
- the number of carbon atoms in the aralkyl group is preferably 7 to 14, and more preferably 7 to 9.
- Examples of the sulfur-containing hydrocarbon group include an alkylthio group, an arylthio group, etc.
- the number of carbon atoms in the sulfur-containing hydrocarbon group is preferably 1 to 8, more preferably 1 to 6, and even more preferably 1 to 4.
- the above alkyl group, alkoxy group, aryl group, aralkyl group, and sulfur-containing hydrocarbon group may further have a substituent (substituent ⁇ ).
- substituent ⁇ include alkyl groups and halogen atoms, and preferred forms of these are the same as those of the alkyl group, halogen atom, etc. as the above substituent ⁇ .
- an alkyl group is preferable, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms is more preferable, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is still more preferable, and a methyl group is particularly preferable.
- the substituent ⁇ the above-mentioned curable functional groups are preferred, and a mercapto group is particularly preferred.
- the inorganic particle-containing composition of the present invention tends to easily produce a cured film having excellent heat resistance and solvent resistance.
- a group containing a mercapto group a thioalkyl group or a thioaryl group is preferred, and a thioalkyl group is more preferred.
- the amount thereof is not particularly limited, but the amount of mercapto groups is preferably 1 to 300 mol %, more preferably 5 to 200 mol %, and even more preferably 10 to 50 mol %, relative to 100 mol % of all aromatic rings (all structural units).
- the amount of mercapto groups in the sulfur-containing polymer can be measured by 1 H-NMR, ICP, GPC, IR, or elemental analysis.
- the number of substituents ⁇ that the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 may have is not particularly limited.
- the number may be appropriately selected for purposes such as adjusting the solubility of the sulfur-containing polymer in a solvent used in producing the inorganic particle-containing composition described below, or finely controlling the refractive index.
- the number of the substituents is, for example, preferably 1 to 6, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1.
- the position to which the substituent ⁇ is bonded is not particularly limited.
- the types of the substituents ⁇ may be the same or different.
- each structural unit (U1) When the sulfur-containing polymer has a plurality of structural units (U1), the type of the divalent aromatic hydrocarbon group, and the type, number, bonding position, etc. of the substituent ⁇ that the divalent aromatic hydrocarbon group may have in each structural unit (U1) may be the same or different.
- the structural unit (U1) there are no particular restrictions on the position at which the sulfinyl group (—S( ⁇ O)—) is bonded to the divalent aromatic hydrocarbon group, the position at which the other main chain is bonded to the divalent aromatic hydrocarbon group, or the positional relationship therebetween.
- One preferred embodiment of the structural unit (U1) is, for example, an embodiment in which the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 is a phenylene group.
- a structural unit (U1) in which the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 is a phenylene group is also referred to as structural unit ( U1-1 ).
- the phenylene group may or may not have a substituent (also referred to as "substituent ⁇ -1").
- the type and preferred form of the substituent ⁇ -1 are the same as those of the substituent ⁇ .
- the total number of substituents ⁇ -1 bonded to the phenylene group is an integer from 0 to 4, preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2, and even more preferably 1.
- the position of the substituent ⁇ -1 is not particularly limited, and when the carbon atom of the phenylene group to which the sulfinyl group is bonded is considered to be the 1st position, the position of the substituent ⁇ -1 may be the 2nd, 3rd, or 4th position of the phenylene group. Of these, the 4th or 2nd position is preferred, and the 4th position is more preferred.
- the bonding position of the other main chain to the phenylene group is not particularly limited. It may be the 2nd, 3rd, or 4th position of the phenylene group. Of these, the 2nd or 3rd position is preferred, and the 3rd position is more preferred.
- the sulfur-containing polymer preferably contains a plurality of the structural units (U1-1), preferably as a repeating unit, and more preferably as a repeating unit.
- the sulfur-containing polymer contains a plurality of the structural units (U1-1)
- the type, number, and bonding position of the substituent ⁇ -1 bonded to the phenylene group represented by X1 the bonding position of the sulfinyl group in the phenylene group, and the bonding position of the other main chain in each structural unit (U1-1) may be the same or different.
- the sulfur-containing polymer may have at least one of the structural units (U1) as a structural unit. Therefore, the sulfur-containing polymer may be a polymer consisting of only one or more structural units (U1), or may be a polymer containing the structural unit (U1) and a structural unit other than the structural unit (U1). Structural units other than the structural unit (U1) are also referred to as "other structural units.” The other structural units may be of one type, or two or more types.
- the content of the structural unit (U1) in the sulfur-containing polymer is not particularly limited, but the content of the structural unit (U1) is preferably 1 to 100 moles per 100 moles of the total content of all structural units in the sulfur-containing polymer. It is more preferably 5 moles or more, and even more preferably 10 moles or more. On the other hand, it is more preferably 98 moles or less, even more preferably 95 moles or less, and particularly preferably 90 moles or less. The same applies to the content of the structural unit (U1-1) in a preferred embodiment of the sulfur-containing polymer.
- the other structural units are not particularly limited, but are preferably structural units (U2) represented by the following formula (3) and/or structural units (U3) represented by the following formula (4).
- X2 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
- X3 represents a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
- the sulfur-containing polymer is a polymer that contains the structural unit (U1) and further contains the structural unit (U2) and/or the structural unit (U3).
- the type of divalent aromatic hydrocarbon group represented by X 2 in the structural unit (U2) and X 3 in the structural unit (U3), the type, number, bonding position, etc. of the substituent that the divalent aromatic hydrocarbon group may have, including preferred embodiments thereof, are the same as the type of divalent aromatic hydrocarbon group represented by X 1 in the structural unit (U1) and the type, number, bonding position, etc. of the substituent ⁇ that the divalent aromatic hydrocarbon group may have, and the explanation for the structural unit (U1) can be applied mutatis mutandis.
- the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X 2 and X 3 is a phenylene group.
- Structural units in which the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X 2 and X 3 is a phenylene group are also referred to as structural units (U2-1) and (U3-1).
- the type, number, and bonding position of the substituent bonded to the phenylene group, the bonding position of the sulfide group or sulfonyl group on the phenylene group, and the bonding position of the other main chain in the structural unit (U2-1) and the structural unit (U3-1), including these preferred embodiments, are the same as the type, number, and bonding position of the substituent ⁇ -1 bonded to the phenylene group, the bonding position of the sulfinyl group on the phenylene group, and the bonding position of the other main chain in the structural unit (U1-1), and the explanation for the structural unit (U1-1) can be applied mutatis mutandis.
- the sulfur-containing polymer may contain a plurality of the structural units (U2-1) and/or the structural units (U3-1), or may contain them as a repeating unit, or may contain a plurality of repeating units.
- the sulfur-containing polymer contains a plurality of the structural units (U2-1) and/or the structural units (U3-1)
- the bonding positions of the sulfide groups and sulfonyl groups in the phenylene groups, and the bonding positions of the other main chains may be the same or different.
- the total content of the structural units (U1), (U2), and (U3) is not particularly limited, but it is preferable that the total content be 1 to 100 moles per 100 moles of the total content of all structural units. It is more preferably 30 moles or more, even more preferably 50 moles or more, and even more preferably 80 moles or more.
- the preferred range of the content of the structural unit (U1) relative to 100 moles of the total content of all structural units is as described above, but it is preferable that the remainder be the total content of the structural units (U2) and (U3).
- the structural units (U1), (U2), and (U3) in the sulfur-containing polymer are structural units (U1-1), (U2-1), and (U3-1), respectively, the preferred range of the total content of the structural units (U1-1), (U2-1), and (U3-1) per 100 moles of the total content of all structural units is the same as the preferred range of the total content of the structural units (U1), (U2), and (U3).
- the content of the structural unit (U2) is not particularly limited, but is preferably 0 to 9,900 moles per 100 moles of the structural unit (U1). It is more preferably 0.01 mole or more, even more preferably 1.0 mole or more, and particularly preferably 5 moles or more. On the other hand, it is more preferably 900 moles or less, even more preferably 500 moles or less, even more preferably 100 moles or less, and particularly preferably 95 moles or less.
- the structural unit (U2) in the sulfur-containing polymer is the structural unit (U2-1)
- the preferred range for the content of the structural unit (U2) is the same as that for the content of the structural unit (U2).
- the content of the structural unit (U3) is not particularly limited, but is preferably 0 to 9,900 moles per 100 moles of the structural unit (U1). It is more preferably 0.01 mole or more, even more preferably 1.0 mole or more, and particularly preferably 5 moles or more. On the other hand, it is more preferably 900 moles or less, even more preferably 500 moles or less, even more preferably 100 moles or less, and particularly preferably 95 moles or less.
- the structural unit (U3) in the sulfur-containing polymer is the structural unit (U3-1)
- the preferred range for the content of the structural unit (U3-1) is the same as that for the content of the structural unit (U3) described above.
- the method for producing the sulfur-containing polymer is not particularly limited.
- a production method including a polymerization step of oxidatively polymerizing a monomer component containing an aromatic disulfide compound and/or an aromatic thiol compound is preferred, and more preferred is a production method including an oxidation step of oxidizing the polymer obtained by the polymerization step after the polymerization step.
- the above production method allows for efficient production of a sulfur-containing polymer having the structural unit (U1).
- the polymerization step is a step of oxidatively polymerizing a monomer component containing an aromatic disulfide compound and/or an aromatic thiol compound, and can produce a polymer containing at least a plurality of structural units (U2) as repeating units.
- the oxidative polymerization can be carried out in a state in which the monomer components are heated and melted, but is preferably carried out in a composition in which the monomer components are dispersed or dissolved in a solvent.
- the composition i.e., a composition containing the monomer components and a solvent, is also referred to as a raw material composition, and the composition from the start of the polymerization reaction to the end of the polymerization reaction is also referred to as a reaction composition.
- the composition obtained by the polymerization reaction is also referred to as a polymer composition.
- the monomer component includes an aromatic disulfide compound and/or an aromatic thiol compound, and among these, it is preferable to include an aromatic disulfide compound.
- the aromatic disulfide compound is more preferably a diaryl disulfide compound represented by the following formula (5), and the aromatic thiol compound is more preferably a thioaryl compound represented by the following formula (6).
- a 1 and A 2 are the same or different and represent a monovalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent.
- Examples of the monovalent aromatic hydrocarbon group represented by A1 and A2 include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a triphenyl group, a biphenyl group, and a phenanthryl group. Among these, a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a biphenyl group, or a triphenyl group is preferred, and a phenyl group is more preferred.
- Examples of the substituent that the monovalent aromatic hydrocarbon group represented by A1 and A2 may have include the same groups as the substituent ⁇ that the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 in formula (1) may have, and the number of substituents and the bonding position to the aromatic hydrocarbon group are similar to those of the substituent that the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 in formula (1) may have.
- the diaryl disulfide compound is preferably a diphenyl disulfide compound, and the thioaryl compound is preferably a benzenethiol compound. Of these, diphenyl disulfide compounds are preferred. These compounds may have a substituent, and the type of substituent is the same as the substituent in the diaryl disulfide compound and the thioaryl compound.
- the number of substituents that the diphenyl disulfide compound can have is 0 to 10, preferably 1 to 8, more preferably 2 to 6, and even more preferably 2 to 4.
- the bonding position of the substituent to the phenyl group in the diphenyl disulfide compound is not particularly limited, but preferably includes the para-position (4th position) relative to the carbon atom to which the disulfide group is bonded (1st position).
- the number of substituents that the benzenethiol compound can have is 0 to 5, preferably 1 to 4, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1 to 2.
- the bonding position of the substituent to the phenyl group in the benzenethiol compound is not particularly limited, but preferably includes the para-position (4th position) relative to the carbon atom (1st position) to which the mercapto group is bonded.
- the above-mentioned catalyst is not particularly limited, but is preferably a substance containing a metal element such as vanadium (V), zirconium (Zr), titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), or iron (Fe), and one or more of these can be used in combination.
- a metal element such as vanadium (V), zirconium (Zr), titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), or iron (Fe), and one or more of these can be used in combination.
- substances containing vanadium or iron as a metal element are preferred due to their high catalytic activity toward oxidative polymerization, with iron-containing substances being more preferred.
- the amount of the catalyst used in the polymerization is not particularly limited, but the total content of metal elements contained in the catalyst relative to 100 mol% of the monomer component is preferably in the range of 0.001 to 50 mol%. From the viewpoint that the influence of catalyst residue on physical properties tends to be small, 30 mol% or less is preferred, 20 mol% or less is more preferred, 10 mol% or less is even more preferred, and 5 mol% or less is particularly preferred. From the viewpoint that a sulfur-containing polymer with a high molecular weight is easily obtained, 0.01 mol% or more is more preferred, 0.1 mol% or more is even more preferred, and 1 mol% or more is particularly preferred.
- the above polymerization is preferably carried out in the presence of oxygen. Carrying out the polymerization in the presence of oxygen promotes the oxidative polymerization reaction. Therefore, the above polymerization is preferably carried out while supplying an oxygen-containing gas.
- a method of supplying an oxygen-containing gas to the gas phase during the polymerization reaction, or a method of bubbling an oxygen-containing gas into the reaction composition during the polymerization reaction, etc. can be employed. From the perspective of easily promoting oxidative polymerization, a method of continuously supplying an oxygen-containing gas to the reaction composition during the polymerization reaction is preferred, and a bubbling method is particularly preferred.
- the oxygen-containing gas is not particularly limited, but examples thereof include oxygen gas, a mixed gas of oxygen and nitrogen, and air. From the viewpoint of excellent economy, air is preferably used.
- the water vapor concentration in the oxygen-containing gas is not particularly limited, but is preferably 1000 g/m or less , more preferably 10 g/m or less , even more preferably 1 g/m or less , and most preferably 0.1 g/m or less , and dry air is preferred.
- the supply amount of oxygen (O 2 ) per minute (supply rate) per m 3 of total volume of the reaction composition is preferably 0.00002 m 3 /min to 2 m 3 /min, more preferably 0.0001 to 0.2 m 3 /min or more, and even more preferably 0.0002 to 0.02 m 3 /min or more.
- the polymerization step it is preferable to further use an acid and/or a salt thereof.
- an acid and/or a salt thereof in combination with the catalyst, it becomes easier to control the molecular weight of the polymer obtained by the polymerization reaction to a high range, and it becomes easier to obtain a high-molecular-weight sulfur-containing polymer even in a short time.
- the acid is preferably a Bronsted acid, and in particular, an acid having an acid dissociation constant of -19 to 4 is preferred. More preferably, the acid dissociation constant is 3 or less and -8 or more.
- acids having an acid dissociation constant of -19 to 4 include inorganic acids such as phosphoric acid, nitric acid, sulfuric acid, persulfuric acid, sulfurous acid, hydrochloric acid, and hydrobromic acid; sulfonic acids such as methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, 10-camphorsulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, and 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonic acid; chlorocarboxylic acids such as chloroacetic acid, dichloroacetic acid, and trichloroacetic acid; and fluorocarboxylic acids such as fluoroacetic acid, difluoroacetic acid, trifluoroacetic acid, perfluoropropionic acid, perfluorobutyric acid, and 4-fluorobenzoic acid. Of these, 10-camphorsulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid
- the salt of the acid is not particularly limited as long as it is a salt of the acid.
- salts of the acid with a metal element of Group 1 of the periodic table, such as sodium or potassium, a metal element of Group 2 of the periodic table, such as magnesium or calcium, or ammonium are preferred.
- sodium persulfate, ammonium persulfate, sodium toluenesulfonate, sodium trifluoromethanesulfonate, etc. are preferred.
- the acid and/or salt thereof may be used alone or in combination with two or more.
- the amount of the acid and/or salt thereof used is preferably 0.01 to 100 mol %, more preferably 0.1 to 10 mol %, and even more preferably 0.5 to 5 mol %, based on 100 mol % of the monomer component.
- a solvent may be used in the polymerization. While the solvent is not particularly limited, preferred examples include dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, tetrachloroethylene, 1,1,2,2-tetrachloroethane, nitromethane, nitrobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, ethyl acetate, and cyclopentyl methyl ether.
- the amount of the solvent used is not particularly limited, it is preferably 1 to 10,000 parts by mass, and more preferably 10 to 1,000 parts by mass, per 100 parts by mass of the monomer components used as raw materials.
- non-halogenated solvents such as N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, ethyl acetate, and cyclopentyl methyl ether.
- the polymerization may be carried out at atmospheric pressure at a temperature below the boiling point of the solvent, under reflux conditions, or under pressure while heating to a temperature above the boiling point.
- the polymerization temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which oxidative polymerization proceeds. However, in terms of ease of carrying out the oxidative polymerization reaction using inexpensive equipment, it is preferably 0 to 250°C, more preferably 30°C or higher, and even more preferably 50°C or higher, while more preferably 200°C or lower, and even more preferably 180°C or lower.
- the polymerization time is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 hours, more preferably 1 to 80 hours, even more preferably 5 to 50 hours, and particularly preferably 10 to 24 hours.
- diaryl disulfide compound represented by formula (5) and/or the thioaryl compound represented by formula (6) are used as the monomer component by the above-mentioned oxidative polymerization, it is usually possible to obtain a polymer having a structure in which the main chain has the aromatic hydrocarbon groups represented by A 1 and A 2 bonded via sulfide groups (—S—) or the like, i.e., a composition (polymer composition) containing a polymer having one or more structural units selected from the group consisting of the structural units (U1), (U2), and (U3) above as structural units.
- the polymer obtained by the polymerization step is a polymer having a structural unit (U1) such as the structural unit (U1-1), then the polymer can be used as the sulfur-containing polymer.
- the polymer obtained in the polymerization step it is preferable to subject the polymer obtained in the polymerization step to an oxidation step.
- the oxidation step is a step in which an oxidation reaction is carried out using an oxidizing agent.
- the oxidizing agent is not particularly limited, and known oxidizing agents can be used, such as quinone compounds, perbenzoic acid, metachloroperbenzoic acid, lead tetraacetate, thallium acetate, tetracyanoquinodimethane, tetracyanoethylene, cerium (IV) acetylacetonate, manganese (III) acetylacetonate, peroxides, chloric acid, hypochlorous acid, hypochlorites, and compounds capable of generating hypochlorous acid.
- peroxides include metachloroperbenzoic acid, hydrogen peroxide, ammonium persulfate, sodium persulfate, peracetic acid, and t-butyl hydroperoxide.
- the oxidizing agents may be used alone or in combination.
- the amount of the oxidizing agent added is preferably 0.01 to 1,000 mol, more preferably 0.05 to 500 mol, even more preferably 0.1 to 100 mol, and even more preferably 0.2 to 20 mol, per mol of sulfur atoms in the polymer (P).
- the reaction temperature for the oxidation reaction is preferably 0 to 200°C, more preferably 10°C or higher, and even more preferably 15°C or higher, from the viewpoint of facilitating the progression of the oxidation reaction.
- the reaction temperature for the oxidation reaction is preferably 180°C or lower, and even more preferably 150°C or lower, from the viewpoint of facilitating the suppression of side reactions.
- the reaction time for the oxidation reaction is typically 0.1 to 100 hours, preferably 1 to 80 hours, more preferably 5 to 50 hours, and even more preferably 10 to 24 hours.
- the reaction can be carried out for a longer time than the above-mentioned reaction time.
- the amount of oxidizing agent added is not particularly limited as long as the desired oxidation reaction of sulfur atoms proceeds, but is usually preferably 0.01 to 1000 mol, more preferably 0.05 to 500 mol, even more preferably 0.1 to 100 mol, and particularly preferably 0.5 to 20 mol, per mol of sulfur atoms in the polymer.
- a solvent may be used, and preferred examples of the solvent used include the same solvents as those used in the polymerization step.
- the oxidation step makes it possible to obtain a polymer having a higher proportion of the structural unit (U1) than the polymer obtained in the polymerization step, and this polymer can be used as the sulfur-containing polymer.
- a preferred form of the sulfur-containing polymer is one in which at least one of the divalent aromatic hydrocarbon groups constituting the main chain, such as the divalent aromatic hydrocarbon group represented by X1 in the structural unit (U1), has a reactive functional group as a substituent.
- Methods for producing a sulfur-containing polymer of this form include a method using a diaryl disulfide compound or a thioaryl compound having a reactive functional group as a substituent as a monomer component in the polymerization step, and a production method including a step of introducing a reactive functional group (reactive functional group introduction step) before or after the oxidation step.
- a sulfur-containing polymer having a higher refractive index and reactive properties it is preferable to introduce a mercapto group (—SH) as the reactive functional group.
- a sulfur-containing polymer having a mercapto group as a substituent it is preferable to include a step of introducing a mercapto group (mercapto group introduction step) before or after the oxidation step.
- the mercapto group introduction step may be carried out by any method that can introduce a mercapto group into the sulfur-containing polymer obtained in the polymerization step or the oxidation step.
- a step of reacting a sulfonating agent with a reducing substance is preferred.
- the sulfonating agent that can be used in the mercapto group introduction step is not particularly limited, as long as it is a compound that can introduce a sulfonyl group into an aromatic hydrocarbon group.
- Examples include concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, and chlorosulfonyl. Of these, chlorosulfonic acid is preferred.
- the amount of the sulfonating agent used is not particularly limited, but it is preferably used in an amount of 0.1 to 10,000% by mass relative to 100% by mass of the polymer. It is more preferably 1% by mass or more, even more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 1,000% by mass or less, and even more preferably 500% by mass or less.
- the reducing substance that can be used in the mercapto group introduction step is not particularly limited, but preferred examples include metal or semimetal hydrides and their complex compounds (ate complexes), such as sodium hydride, sodium borohydride, lithium aluminum hydride, butyllithium, diborane, sodium cyanoborohydride, lithium triethylborohydride, lithium tri(sec-butyl)borohydride, potassium tri(sec-butyl)borohydride, diisobutylaluminum hydride, sodium bis(2-methoxyethoxy)aluminum hydride, tributyltin hydride, lithium hexamethyldisilazide, and lithium diisopropylamide; metals such as metallic tin and metallic zinc; compounds containing low-valent metal ions, such as divalent iron ions and divalent tin ions; acid-based organic compounds such as formic acid and oxalic acid; phosphine-based organic compounds such as tripheny
- metals are preferred, and metallic zinc is more preferred.
- zinc is used, even if heavy metals used as catalysts in the polymerization step remain, the heavy metals are easily removed, making it easier to obtain a sulfur-containing polymer with reduced coloration.
- a metal is used as the reducing substance, its form is not particularly limited, but it is preferably in the form of fine particles.
- the amount of the reducing substance used is not particularly limited, but it is preferably 0.01 to 1000% by mass of the reducing substance relative to 100% by mass of the polymer. It is more preferably 0.1% by mass or more, even more preferably 5% by mass or more, and even more preferably 100% by mass or less, even more preferably 50% by mass or less.
- the reaction is thought to proceed through a mechanism in which a sulfonyl group is introduced into a divalent aromatic hydrocarbon group contained in the polymer used by a sulfonating agent, and the sulfonyl group is reduced to a mercapto group by the action of a reducing substance.
- the order of mixing the sulfonating agent and reducing substance with the polymer is not particularly limited.
- method (1) mixing a sulfonating agent with the polymer to introduce a sulfonyl group into the divalent aromatic hydrocarbon group, and then mixing a reducing substance with the polymer into which the sulfonyl group has been introduced to reduce the introduced sulfonyl group to a mercapto group, (2) mixing the sulfonating agent and reducing substance with the polymer substantially simultaneously, and (3) mixing the reducing substance with the polymer first, and then mixing the sulfonating agent.
- method (1) is preferred.
- the reaction in the mercapto group introduction step is preferably carried out in a solvent.
- the solvent include sulfoxide or sulfone solvents such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; amide solvents such as N-methylpyrrolidone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylformamide, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone; ethers such as tetrahydrofuran, diethyl ether, and cyclopentyl methyl ether; chlorinated hydrocarbons such as chloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, 1,2-dichloroethane, tetrachloroethylene, 1,1,2,2-tetrachloroethane, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, and 1,3-dichlorobenzene; carbonyl compounds such as cyclohexanone; esters such as ethyl acetate,
- sulfoxide solvents are more preferred, and sulfolane is even more preferred.
- the amount of the solvent used is preferably 0.5 to 50,000 parts by mass, and more preferably 10 to 5,000 parts by mass, per 100 parts by mass of the polymer used in the mercapto group introduction step.
- the reaction temperature in the mercapto group introduction step is not particularly limited as long as it is a temperature at which the sulfonation reaction and reduction reaction proceed, but is preferably -20 to 250°C, more preferably -5°C or higher, even more preferably 5°C or higher. From the viewpoint of suppressing side reactions, it is more preferably 150°C or lower, even more preferably 80°C or lower.
- the reaction time for the above reaction is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 100 hours, more preferably 0.5 hours or higher, even more preferably 2 hours or higher. From the viewpoint of excellent productivity, it is more preferably 50 hours or lower, even more preferably 20 hours or lower.
- the sulfur-containing polymer can be obtained by the above production method, but the polymer composition obtained in the polymerization step contains impurities, such as the solvent used in the polymerization step and residues of the catalyst used (catalyst residues). Furthermore, the polymer or polymer-containing composition obtained in the oxidation step may contain residual acids, etc. Because these impurities can affect the heat resistance, etc., of the inorganic particle-containing composition of the present invention, it is preferable to isolate the sulfur-containing polymer and reduce these impurities. Therefore, it is preferable that the method for producing the sulfur-containing polymer further includes a purification step.
- a conventionally known purification method can be used in the purification step.
- a reprecipitation method is not particularly limited, but examples include a method in which the polymer composition is dropped into hydrochloric acid-acidified methanol to precipitate the polymer, which is then filtered to obtain a precipitate, and the obtained precipitate is washed with water or a lower alcohol such as methanol.
- the purification step can also use a conventionally known method using an adsorbent to remove components derived from the oxidizing agent used in the oxidation step and impurity components derived from the polymerization step. It is also preferable to use the reprecipitation method and a method using an adsorbent in combination.
- the method for producing the sulfur-containing polymer may include other steps in addition to the polymerization step, oxidation step, reactive functional group introduction step, and purification step.
- the other steps include an aging step, neutralization step, dilution step, drying step, concentration step, solvent substitution step, and dissolution step. These steps can be carried out by known methods.
- the sulfur-containing polymer can be obtained by the above-mentioned production method.
- R 1 's are the same or different and represent a hydrogen atom or an organic group
- R 2 's are the same or different and represent an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms
- a is an integer of 1 to 3
- n is an integer of 0 to 20
- R 1s may be the same or different and each represents a hydrogen atom or an organic group, preferably an organic group.
- the organic group is not particularly limited, but examples thereof include hydrocarbon groups which may have a heteroatom.
- the number of carbon atoms in the organic group is not particularly limited, but is preferably 1 to 20. It is more preferably 1 to 16, even more preferably 1 to 12, still more preferably 1 to 8, and particularly preferably 1 to 4.
- hydrocarbon group in the organic group examples include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and an aralkyl group having 6 to 20 carbon atoms.
- alkyl group examples include methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl (amyl), n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl, n-tridecyl, n-tetradecyl, n-pentadecyl, n-hexadecyl, n-heptadecyl, n-octadecyl, n-nonadecyl, n-icosyl, i-propyl, sec-butyl, i-butyl, t-butyl, 1-methylbutyl, 1-ethylpropyl, 2-methylbutyl, i-amyl, neopentyl, 1,2-dimethylpropyl
- aliphatic alkyl groups such as 2-ethylbutyl, 2-ethyl-2-methylpropyl, 1-methylheptyl, 2-ethylhexyl, 1,5-dimethylhexyl, t-octyl, branched nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, stearyl, and icosyl; and alicyclic alkyl groups such as cyclopropyl, cyclopropylmethyl, cyclobutyl, cyclobutylmethyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohexylmethyl, cycloheptyl, cyclooctyl, cyclohexylpropyl, cyclododecyl, norbornyl (C7), a
- alkynyl group examples include an ethynyl group, a 1-propynyl group, a 2-propynyl group, a butynyl group, a pentynyl group, a hexynyl group, a heptynyl group, an octynyl group, a nonynyl group, a decynyl group, a dodecynyl group, an octadecynyl group, and an icosynyl group.
- aryl group examples include a phenyl group, an o-, m- or p-tolyl group, a 2,3- or 2,4-xylyl group, a mesityl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a biphenylyl group, and a benzhydryl group.
- aralkyl group examples include a benzyl group, a phenethyl group, and a phenylpropyl group.
- R 1 is represented by the following formula: -(R 1' -COO) m -R 1'' (wherein R 1′ represents an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, R 1′′ represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and m is a number from 1 to 10) is also preferred.
- the oxyalkylene group represented by -(R 2 O)- in the above formula (2) is an oxyalkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and when two or more types of oxyalkylene groups are present, they may be added in any form such as random addition, block addition, or alternating addition.
- the oxyalkylene group represented by the above-mentioned —(R 2 O)— is preferably an oxyalkylene group having 2 to 8 carbon atoms, and more preferably an oxyalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.
- These oxyalkylene groups are alkylene oxide adducts, and examples of such alkylene oxides include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, isobutylene oxide, 1-butene oxide, 2-butene oxide, styrene oxide, etc. Ethylene oxide, propylene oxide, and butylene oxide are more preferred, and ethylene oxide and propylene oxide are even more preferred.
- the oxyethylene group represented by -(R 2 O)- in the above formula (2) contains an oxyethylene group to which ethylene oxide is added
- the oxyethylene group content is preferably 50 to 100 mol %, more preferably 60 to 100 mol %, even more preferably 70 to 100 mol %, particularly preferably 80 to 100 mol %, and most preferably 90 to 100 mol %, based on 100 mol % of all oxyalkylene groups.
- the above-mentioned phosphate compound preferably has a molecular weight of 98 to 2000. When the molecular weight of the phosphate compound is within this range, it can penetrate more fully into the fine gaps between the zirconium oxide, titanium oxide, or titanate particles, thereby further improving dispersibility.
- the molecular weight of the phosphate compound is more preferably 180 to 1800, even more preferably 200 to 1500, even more preferably 220 to 1200, and particularly preferably 240 to 1000.
- the molecular weight of the phosphoric acid compound can be measured by high performance liquid chromatography (HPLC) or gel permeation chromatography (GPC).
- the present invention also relates to a method for producing an inorganic particle-containing composition, the method comprising the step of disintegrating aggregates of at least one type of particle selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and titanates in the presence of zinc chalcogenide and a dispersant.
- the method for producing the inorganic particle-containing composition is not particularly limited as long as it includes a step of disintegrating agglomerates of particles of at least one type selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and titanates in the presence of zinc chalcogenide and a dispersant.
- the disintegration step involves disintegrating a mixture containing agglomerates of Zr- or Ti-containing oxide particles, zinc chalcogenide, and a dispersant.
- the dispersant used in producing the inorganic particle-containing composition can be the same as the dispersant described for the inorganic particle-containing composition, and the preferred form of the dispersant is also as described above.
- the amount of zinc chalcogenide used in the above-mentioned disintegration step is not particularly limited, but is preferably 1 to 150% by mass relative to 100% by mass of the aggregates of zirconium oxide particles, titanium oxide particles, and titanate particles combined.
- the amount of zinc chalcogenide used is more preferably 2 to 100% by mass, even more preferably 3 to 50% by mass, and particularly preferably 5 to 35% by mass.
- the use of the sulfur-containing polymer as a dispersant is one of the preferred embodiments of the present invention.
- the amount of the sulfur-containing polymer used is not particularly limited, but is preferably 1 to 30% by mass relative to 100% by mass of the aggregate of zirconium oxide particles, titanium oxide particles, and titanate particles, more preferably 2 to 25% by mass, even more preferably 4 to 20% by mass, and particularly preferably 5 to 15% by mass.
- the use of the phosphoric acid compound as a dispersant is one of the preferred embodiments of the present invention.
- the amount of the phosphoric acid compound used in the disintegration step is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10 mass% relative to 100 mass% of the aggregate of zirconium oxide particles, titanium oxide particles, and titanate particles, more preferably 1 to 9 mass%, even more preferably 2 to 8 mass%, and particularly preferably 3 to 7 mass%.
- the above-mentioned crushing step may be carried out without using a solvent, but is preferably carried out in the presence of a solvent. That is, it is preferable that the mixture containing the agglomerates of at least one particle type selected from the group consisting of zirconium oxide, titanium oxide, and titanates, zinc chalcogenide, and a dispersant further contain a solvent, which tends to suppress temperature rise due to crushing and enable crushing to be performed under mild temperature conditions.
- the solvent is not particularly limited, but one that has excellent solubility for the dispersant is preferred.
- non-halogenated solvents are preferred, and it is more preferred to include at least one solvent selected from the group consisting of cyclohexanone, cyclopentanone, propylene glycol monomethyl ethyl ether acetate, methyl ethyl ketone, toluene, xylene, tetrahydrofuran, and N-methylpyrrolidone.
- the amount of solvent used in the disintegration step is not particularly limited, but is preferably 20 to 1,000 parts by mass, more preferably 60 to 400 parts by mass, and even more preferably 100 to 250 parts by mass, per 100 parts by mass of the total content of the Zr- or Ti-containing oxide particle agglomerates, zinc chalcogenide, and dispersant.
- R agglomeration degree
- D1 and D2 use the same unit (for example, nm).
- the average secondary particle diameter (D2) is the 50% particle diameter in the volume-based particle size distribution measured by a particle size distribution measurement method using dynamic light scattering (DLS).
- a measuring device for the average secondary particle diameter (D2) it is preferable to use a concentrated particle size analyzer FPAR-1000 (Otsuka Electronics Co., Ltd.).
- the measurement sample used is one prepared as follows. Specifically, 0.04 g of the aggregate (powder) of Zr- or Ti-containing oxide particles to be measured is weighed into a 10 cc screw tube, and 8 g of benzyl alcohol is added.
- the mixture is shaken for 2 minutes, ultrasonically irradiated for 1 minute, shaken for 2 minutes, ultrasonically irradiated for 1 minute, and shaken for 2 minutes in this order at room temperature, and the resulting liquid is used as the measurement sample.
- the shaking is performed using a shaker (TUBE MIXER TRIO, manufactured by AS ONE Corporation, product number: HM-1N), and the ultrasonic irradiation is performed using an ultrasonic device (Branson, BRANSONIC, product number: 5510J-DTH).
- the concentration can be adjusted appropriately using benzyl alcohol depending on the amount of scattered light and the presence or absence of multiple scattering during measurement.
- the crushing is preferably carried out so that the dispersed particle diameter (Dd) in the obtained inorganic particle-containing composition is smaller than the average secondary particle diameter (D2) of the aggregates of the Zr- or Ti-containing oxide particles used, and so that the degree of crushing (r) represented by the following formula is less than 5. It is more preferable to carry out the crushing until the degree of crushing (r) becomes 3 or less, and even more preferably until the degree of crushing (r) becomes 2 or less.
- Dd is the dispersed particle diameter (Dd) (unit: nm) in the inorganic particle-containing composition
- D1 is the average primary particle diameter (D1) (unit: nm) of the aggregates of the Zr- or Ti-containing oxide particles used.
- the aggregates of Zr- or Ti-containing oxide particles used in the crushing step preferably contain crystalline zirconium oxide and/or titanium oxide.
- the preferred ranges of the crystallinity of the crystalline zirconium oxide and titanium oxide are as described above for the zirconium oxide, titanium oxide, and titanate contained in the inorganic particle-containing composition.
- the crystallinity can be determined by powder X-ray diffraction measurement.
- the average secondary particle diameter (D2) of the Zr- or Ti-containing oxide particle agglomerates is not particularly limited, but is preferably 5 to 25,000 nm. By setting the average secondary particle diameter (D2) within this range, the resulting inorganic particle-containing composition tends to have excellent light transmittance.
- the average secondary particle diameter (D2) is more preferably 20,000 nm or less, even more preferably 10,000 nm or less, and particularly preferably 8,000 nm or less.
- the lower limit is more preferably 25 nm or more, even more preferably 35 nm or more, and particularly preferably 50 nm or more.
- the definitions of the average primary particle diameter (D1) of the Zr- or Ti-containing oxide particle agglomerates used in the above-mentioned crushing step, the average primary particle diameter (D1) of the Zr- or Ti-containing oxide particles in the inorganic particle-containing composition obtained by the above-mentioned production method, the definition of the dispersed particle diameter (Dd), and the measurement methods thereof are the same as the average primary particle diameter (D1) and dispersed particle diameter (Dd) and measurement methods thereof for the Zr- or Ti-containing oxide contained in the inorganic particle-containing composition described above.
- agglomerates of Zr- or Ti-containing oxide particles having an agglomeration degree (R) of 5 or more but the agglomeration degree (R) is more preferably 10 or more, and even more preferably 15 or more.
- R agglomeration degree
- the specific surface area of the aggregate of Zr- or Ti-containing oxide particles is not particularly limited, but is preferably 1 to 300 m 2 /g, more preferably 10 to 200 m 2 /g, and even more preferably 15 to 150 m 2 /g.
- the specific surface area of the aggregate of Zr- or Ti-containing oxide particles is a value measured by the BET method, and specifically, can be measured by the method described in the examples.
- the structure of the Zr- or Ti-containing oxide particle agglomerates is not particularly limited and may be porous or dense. They may also be hollow.
- the shape of the Zr- or Ti-containing oxide particle agglomerates is not particularly limited and may be amorphous, granular, plate-like, columnar, needle-like, or the like. Granular shapes are preferred, and among granular shapes, spherical shapes are preferred. The term "granular" refers to a uniform shape with an aspect ratio of 1.5 or less.
- the method for producing the aggregate of Zr- or Ti-containing oxide particles used in the crushing step is not particularly limited, and it can be produced by, for example, a conventionally known wet method, dry method, or the like.
- Specific examples of preferred methods include solid-phase synthesis methods in which particles of Zr- or Ti-containing oxide are obtained by thermally decomposing a solid raw material, such as thermal decomposition of oxalate; liquid-phase synthesis methods such as a method in which a metal alkoxide is subjected to hydrolysis and condensation reaction in an organic solvent or a method in which an oxide is precipitated in an alkaline aqueous solution from an inorganic metal salt, such as a metal nitrate, sulfate, or chloride; a method in which a metal hydroxide or metal oxide obtained by such a liquid-phase synthesis method is calcined at a high temperature; and gas-phase reaction methods such as a method in which heated vapor of a metal chloride, such as TiCl4 ,
- Preferred methods for producing titanium dioxide include hydrothermal treatment of a hydrolysis product of titanium alkoxide in aqueous alcohol or organic acid, a chlorine method in which heated vapor of TiCl4 is reacted with heated oxygen to form TiO2 particles in a high-temperature gas phase, and a sulfuric acid method in which anatase-type TiO2 fine particles, which are precipitates obtained by thermally hydrolyzing an aqueous solution of TiOSO4, are baked at 800 to 1000°C to grow.
- the chlorine method and sulfuric acid method are preferred.
- zirconium oxide particles As the aggregate of particles of the Zr- or Ti-containing oxide, a commercially available product can also be used.
- Commercially available products of the zirconium oxide particles include zirconium oxide UEP-100, UEP-50, and UEP manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd., zirconium oxide PCS-90 and PCS-60 manufactured by Nippon Denko Co., Ltd., and Zirconeo-Cp and Zirconeo-Rp manufactured by ITEC Corporation.
- titanium oxide particles include, for example, AEROXIDE® TiO2 P-25, AEROXIDE® TiO2 P-90, AEROXIDE® TiO2 T-805, and AEROXIDE® TiO2 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.
- titanium dioxide examples include NKT-90 manufactured by Teika Corporation; fine particle titanium dioxide MT-05, MT-100SA, MT-100HD, and MT-500B manufactured by Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.; high-purity titanium dioxide PT-601A and TTO-51(A) manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.; titania for catalyst carriers SSP-M, SSP-N, and STR-100N manufactured by Fuji Titanium Industry Co., Ltd.; microtitanium TAF-1500J and TAF-500J manufactured by Resonac Holdings Co., Ltd.; and super titania F-2, F-4A, and F-6A.
- Commercially available titanate particles include, for example, barium titanate nanoparticles manufactured by Merck.
- the zinc chalcogenide used in the above-mentioned disintegration step may be in the form of an aggregate or a dispersion of zinc chalcogenide particles.
- the aggregate of zinc chalcogenide can be produced by a wet method, a dry method, or the like, in the same manner as the above-mentioned zirconium oxide, titanium oxide, and titanate.
- the zinc chalcogenide used in the above-mentioned crushing step is not particularly limited as long as it is a zinc chalcogenide, and may be a compound containing zinc element and a Group 16 element (oxygen, sulfur, selenium, tellurium, polonium, livermorium).
- the zinc chalcogenide is preferably zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), zinc telluride (ZnTe), or the like, more preferably zinc oxide or zinc sulfide, and even more preferably zinc oxide.
- the average primary particle size of the zinc chalcogenide used in the crushing step is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 nm.
- the average primary particle size of the zinc chalcogenide is more preferably 5 to 40 nm, even more preferably 7 to 30 nm, and particularly preferably 10 to 25 nm.
- the average primary particle size has the same meaning as the average primary particle size of the zinc chalcogenide in the inorganic particle-containing composition, and can be determined by the same measurement method.
- the zinc oxide commercially available zinc oxide aggregates or dispersions can be used.
- zinc oxide aggregates include FINEX-50, FINEX-30, FINEX-50LP, FINEX-33W, FINEX-52W-LP2, FINEX-33W-LP2, FINEX-50S-LP2, FINEX-30S-LPT, and FINEX-50-OTS manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., and ultrafine zinc oxide FZO-50 manufactured by Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.
- zinc oxide dispersions include DIF-5CS and DIF-AW4OP-3W manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
- the above-mentioned crushing methods include a method using a planetary mill, a method using an attritor, a method using a jet mill, a method using a vibrating ball mill, a method using a ball mill, and a method using beads.
- the method using beads is preferred, as it tends to enable crushing in a short period of time.
- the average particle size of the beads is not particularly limited. It may be appropriately selected depending on the type of particles used (Zr- or Ti-containing oxide), the size of the primary particles, the cohesive force, etc., but beads with an average particle size in the range of 0.01 mm to 2 mm are usually used. It is preferably 0.02 mm or more, more preferably 0.04 mm or more. It is preferably 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, even more preferably 0.1 mm or less, and particularly preferably 0.08 mm or less. It is preferable to use beads such that the ratio of the average particle size of the beads to the average primary particle size (D1) of the aggregates of Zr- or Ti-containing oxide particles to be disintegrated is in the range of 100 to 10,000. The ratio is more preferably 200 to 8,000, and even more preferably 500 to 5,000.
- Apparatus that can be used in the above method include commercially available apparatuses, such as Ready Mill RMB, Easy Nano RMB, Easy Nano RMB II type, Neo-Alpha Mill NAM, Sand Grinder BSG, Sand Grinder ESG (all manufactured by Imex Co., Ltd.), Labostar Mini LMZ015, Labostar Mini DMS65, Labostar Mini HFM02, Labostar LMZ06, Labostar LME075, Nano Getter, and MAX Nano Getter (all manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.).
- apparatuses such as Ready Mill RMB, Easy Nano RMB, Easy Nano RMB II type, Neo-Alpha Mill NAM, Sand Grinder BSG, Sand Grinder ESG (all manufactured by Imex Co., Ltd.), Labostar Mini LMZ015, Labostar Mini DMS65, Labostar Mini HFM02, Labostar LMZ06, Labostar LME075, Nano Getter, and MAX Nano Getter (all manufactured by Ashizawa Fine
- other components may be present in addition to the aggregates of Zr- or Ti-containing oxide particles, zinc chalcogenide, dispersant, and solvent.Other components may also be present in the mixture.
- the other components include carboxylic acid compounds such as oleic acid, alcohol compounds such as benzyl alcohol and cyclohexyl alcohol, silane compounds such as 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate, and surface conditioners (surface tension adjusters) such as BYK-307 and BYK-378.
- the content of the other components is preferably 0.001 to 10 parts by mass relative to a total of 100 parts by mass of the aggregates of the Zr- or Ti-containing oxide particles. It is more preferably 0.005 to 5 parts by mass or less, and even more preferably 1 part by mass or less. On the other hand, it is more preferably 0.01 part by mass or more, and even more preferably 0.1 part by mass or more.
- the inorganic particle-containing composition of the present invention can be used as it is for various applications as a functional coating agent or the like that can exhibit the functions of inorganic particles. However, it can also be used for the above-mentioned applications by further increasing its added value by adding a conventionally known polymerizable monomer or resin component for the purpose of, for example, turning the resulting film into a cured film (coating film) or increasing adhesion to a substrate. For example, by adding a conventionally known surface tension adjuster used in paints and inks to the inorganic particle-containing composition, it is possible to adjust the film-forming properties and imprint moldability.
- the present invention also relates to a polymerizable composition containing an inorganic particle-containing composition and a polymerizable monomer. Use of the polymerizable composition for forming a coating film is one of the preferred embodiments of the present invention.
- the total content of zirconium oxide, titanium oxide, titanate, and zinc chalcogenide in the polymerizable composition is not particularly limited, but is preferably 1 to 99% by mass relative to 100% by mass of the polymerizable composition.
- the refractive index of the formed coating film can be further increased.
- the total content of zirconium oxide, titanium oxide, titanate, and zinc chalcogenide is more preferably 5 to 90% by mass, even more preferably 5 to 75% by mass, and particularly preferably 10 to 50% by mass.
- the polymerizable monomer contained in the polymerizable composition is not particularly limited as long as it is a monomer having a polymerizable functional group, but examples include compounds having an ethylenically unsaturated group, compounds having two or more ring-opening polymerizable groups in the molecule, compounds containing two or more isocyanate groups in the molecule, and compounds containing two or more oxazoline groups in the molecule.
- the compound having an ethylenically unsaturated group is not particularly limited, but includes compounds having a radical curable group and/or an addition curable group such as an acrylic group, a methacrylic group, an acrylamide group, a methacrylamide group, an allyl group, or a vinyl group or a maleimide group.
- suitable (meth)acrylic monomers include sulfur-containing (meth)acrylates such as bisphenol A (meth)acrylate, bisphenol A-(EO) adduct (meth)acrylate, bisphenol S (meth)acrylate, bisphenol S-(EO) adduct (meth)acrylate, urethane (meth)acrylate, 4-hydroxyphenyl (meth)acrylate, and bis(4-methacryloylthiophenyl) sulfide, 1H,1H,2H,2H-heptafluorodecyl (meth)acrylate, and (meth)acrylates having an adamantyl skeleton; triallyl cyanurate; glycidyl (meth)acrylate, and 3,4-epoxycyclohexylmethyl methacrylate.
- sulfur-containing (meth)acrylates such as bisphenol A (meth)acrylate, bisphenol A-(EO) adduct (meth)acrylate, bisphenol
- Compounds containing two or more isocyanate groups in the molecule are not particularly limited, but examples include aliphatic polyisocyanate compounds such as tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, lysine triisocyanate, and xylylene diisocyanate; alicyclic polyisocyanate compounds such as isophorone diisocyanate, bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, and 4,9-bis(isocyanatomethyl)tricyclodecane; and aromatic polyisocyanates such as tolylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, diphenyl sulfide-4,4-diisocyanate, and phenylene diisocyanate.
- aliphatic polyisocyanate compounds such as tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, lysine triisocyanate, and
- Examples of compounds containing two or more oxazoline groups within the molecule include 2,2'-(1,3-phenylene)bis-(2-oxazoline) and oxazoline group-containing polymers such as EPOCROS (registered trademark) manufactured by Nippon Shokubai.
- the polymerizable monomer is preferably a compound having an ethylenically unsaturated group, more preferably a compound having a (meth)acrylic group, and even more preferably a (meth)acrylic monomer having an aromatic group.
- the polymerization initiator is not particularly limited, and a conventionally known thermal polymerization initiator or photopolymerization initiator can be appropriately selected and used. Examples thereof include aminobenzoate-based initiators, acetophenone-based initiators, benzoin-based initiators, benzophenone-based initiators, acylphosphine oxide-based initiators, oxime ester-based initiators, and cationic initiators.
- the content of the polymerization initiator is not particularly limited, but is, for example, preferably in the range of 0.01 to 20% by mass, more preferably 0.05 to 10% by mass, and even more preferably 0.1 to 5% by mass, relative to 100% by mass of the polymerizable monomer.
- the ultraviolet light irradiation dose (cumulative exposure dose) is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.001 to 100 J/ cm2 , more preferably 0.01 to 50 J/ cm2 , and even more preferably 0.05 to 10 J/ cm2 .
- the light source various mercury lamps, LEDs, etc. can be used, but ultra-high pressure mercury lamps, metal halide lamps, and LEDs are preferred.
- the method for forming a coating film using the polymerizable composition is not particularly limited, but it is preferable to form a coating film by applying the composition to a substrate or the like.
- the coating method is not particularly limited, and conventionally known methods can be used. Among these, spin coating, bar coating, squeegee coating, inkjet coating, spraying, roll coating, rotary coating, and the like are preferred.
- the coating thickness is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the intended use of the resulting film. For example, when used as an optical material, it is preferable to adjust the coating thickness so that the resulting film has a thickness of 0.01 to 1000 ⁇ m.
- the coating thickness is more preferably 0.1 to 100 ⁇ m, and even more preferably 0.5 to 10 ⁇ m.
- the mold used in the above-mentioned pattern formation process is not particularly limited as long as it has a transfer pattern consisting of projections and recesses formed on its surface.
- Examples of materials for the mold surface include silicone-based resins, fluorine-based resins, epoxy resins, quartz, and glass.
- the surface tension of the mold surface is not particularly limited, but is preferably 40 mN/m or less. It is more preferably 35 mN/m or less, even more preferably 30 mN/m or less, and particularly preferably 25 mN/m or less.
- the inorganic particle-containing composition and the polymerizable composition of the present invention are preferably used as molding materials or raw materials for molding materials, coating agents or raw materials for coating agents, nanoparticle inks for nanoimprint lithography and the like, and in various applications including optical applications such as optical materials, optical device members, and display device members, as well as machine part materials, electric/electronic part materials, automobile part materials, and civil engineering and construction materials.
- the inorganic particle-containing composition and the polymerizable composition contain at least one selected from the group consisting of zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and titanates, they can be particularly suitably used for the production of optical materials, optical device members, and display device members.
- ZrO 2 zirconium oxide
- TiO 2 titanium oxide
- titanates they can be particularly suitably used for the production of optical materials, optical device members, and display device members.
- optical device components include micro-LEDs, light-emitting elements, optical waveguides, multiplexers, demultiplexers, disconnectors, optical splitters, and optical fiber adhesives; display device components such as substrates for display elements such as LCDs, organic ELs, and PDPs, substrates for color filters, touch panel substrates, index matching materials used in touch panels, etc., display protective films, display backlights, light guide plates, anti-reflection films, anti-fogging films, and light extraction enhancers for LEDs and organic ELs; applications in which imprint molding can be applied to form diffractive optical elements, lenses, etc. that can be precisely thinned on inorganic, glass, or resin substrates; wafer-level optics, etc.
- display device components such as substrates for display elements such as LCDs, organic ELs, and PDPs, substrates for color filters, touch panel substrates, index matching materials used in touch panels, etc., display protective films, display backlights, light guide plates, anti-reflection films, anti
- the inorganic particle-containing composition and polymerizable composition contain at least one selected from the group consisting of zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), and titanates, and have a high refractive index, and therefore can be preferably used as a high refractive index molding material, a raw material for a high refractive index molding material, a coating agent for forming a high refractive index film, or a raw material for a coating agent for forming a high refractive index film for the above-mentioned applications, particularly for producing the above-mentioned optical materials, optical device members, display device members, nanoparticle inks for nanoimprint lithography, etc.
- ZrO 2 zirconium oxide
- TiO 2 titanium oxide
- titanates titanates
- ⁇ Crystal structure evaluation method The zirconium oxide particles, titanium oxide particles, aggregates of titanate particles, and zinc chalcogenide used in each example and comparative example were used as samples, and the crystal structure and crystallinity were measured using an X-ray diffractometer SmartLab (manufactured by Rigaku Corporation) under the following measurement conditions.
- ⁇ Average primary particle diameter (D1)> In each example, when the aggregate of inorganic particles used in the comparative example is one containing zirconium oxide (crystalline) as an inorganic component, X-ray diffraction measurement was performed, and the crystallite size was determined from the full width at half maximum of the diffraction line (strongest line) with the largest diffraction intensity in the obtained X-ray diffraction pattern, and the obtained value was taken as the average primary particle diameter (D1).
- the diffraction line of the lattice plane (11-1) was the strongest line, and the full width at half maximum of the diffraction line of the lattice plane (11-1) was measured, and the value of the crystallite diameter Dc (11-1) was calculated using analysis software (PDXL2) from the obtained value, and the obtained value was taken as the average primary particle diameter (D1) of each aggregate of inorganic particles used.
- Example 5 when the aggregates of inorganic particles used contained titanium oxide (crystalline) as the inorganic component, the diffraction line of the lattice plane (101) was the strongest line, and the value of the crystallite diameter Dc(101) was calculated from the full width at half maximum of this diffraction line in the same manner as above, and the obtained value was taken as the average primary particle diameter (D1) of each aggregate of inorganic particles used.
- the apparatus and conditions for X-ray diffraction measurement were the same as those for the crystalline structure.
- Example 1 to 7 when the zinc chalcogenide used contained zinc oxide (crystalline) as the inorganic component, the diffraction line of the lattice plane (101) was the strongest line, and the value of the crystallite diameter Dc(101) was calculated from the full width at half maximum of this diffraction line in the same manner as above, and the obtained value was taken as the average primary particle diameter (D1) of each inorganic particle used.
- the apparatus and conditions for X-ray diffraction measurement were the same as those for the crystalline structure.
- the specific surface area of the inorganic particle aggregates and zinc chalcogenide used in each example and comparative example was measured by the BET method using a BELSORP-MR6 (manufactured by Microtrac-Bell). The measurement sample was prepared by vacuum-drying the inorganic particle aggregates for 20 hours in a vacuum dryer at 25°C.
- the inorganic particle-containing compositions obtained in each Example and Comparative Example were diluted with the solvent (D) used in each Example so that the concentration of inorganic particles contained in each composition was about 3 mass %, and the diluted compositions were used as measurement samples. Note that the concentration was adjusted appropriately depending on the amount of scattered light and the presence or absence of multiple scattering.
- Shimadzu CBM-20A Apparatus 2 Agilent Technologies 1260 Infinity Detector: Differential refractive index detector (RI) (Shimadzu Corporation, SPD-20MA), and ultraviolet-visible-infrared spectrophotometer (Shimadzu Corporation, SPD-20MA) Column: TSKgel Super HM-N, manufactured by TOSOH Corporation Column temperature: 40°C Flow rate: 0.3ml/min Calibration curve: Polystyrene Standards Eluent: chloroform, tetrahydrofuran
- ⁇ MALDI time-of-flight mass spectrometry
- Equipment Time-of-flight mass spectrometer (Bruker Autoflex III)
- Sample preparation Approximately 2 mg of a measurement sample, 20 mg of 2,5-dihydroxybenzoic acid as a matrix agent, and 2.0 mg of sodium iodide as an ionizing agent were dissolved in 1.0 g of tetrahydrofuran. The prepared solution was applied to a measurement target plate and then dried at room temperature for approximately 100 minutes.
- the peak intensity derived from the 1s orbital of carbon atoms was also measured, and the O/S ratio was calculated taking the results into consideration. Furthermore, for sulfur atom peaks that could be separated into sulfide and disulfide peaks, the sulfide/disulfide ratio was also calculated. The measurement method, bond energy positions, etc. were determined with reference to Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy (published by JEOL in March 1991). For those in which the sulfide and sulfoxide peaks could be separated by 1 H-NMR measurement, the O/S ratio was calculated by calculating the integral ratio of each peak.
- the refractive index and film thickness of the coating film obtained in each Example and Comparative Example were determined from the reflectance spectrum of the coating film on the slide glass with the coating film prepared in each Example and Comparative Example.
- the refractive index was evaluated by calculating the refractive index value at 589 nm and the film thickness value from the measured reflectance using the following device.
- the refractive index and film thickness of the cured film obtained in each Example and Comparative Example were also determined in the same manner.
- the three-neck flask was then heated to 160°C under nitrogen flow (20 mL/min) for 10 minutes, after which air bubbling was switched to (150 mL/min) and the mixture was stirred for 40 hours to carry out oxidative polymerization. After polymerization was complete, air bubbling was stopped, and 240 mL of N-methylpyrrolidone was added and stirred for 10 minutes. The reaction mixture was then cooled to room temperature, and THF (2.2 L) was added as a solvent. After stirring for 10 minutes, 192 mL of pure water was added and stirred for 5 minutes.
- the phosphate-based dispersant (1) used was a compound represented by the above formula (2), and R 1 , R 2 , a, and n in formula (2) are shown in Table 1.
- the evaluation results for the crystal structure, average primary particle diameter (D1), specific surface area, and composition (contents of metal elements, sulfur, and chlorine) of the used ZrO 2 (1) and ZnO (1) are shown in Table 2.
- the contents of metal elements, sulfur, and chlorine shown in Table 2 are the ratios (mass%) of the mass content of each element to the total amount (total mass) of the masses of metal elements, sulfur, and chlorine detected in ZrO 2 (1) and ZnO (1) by X-ray fluorescence analysis (XRF).
- Table 3 shows the raw materials and their blending ratios used to prepare the inorganic particle-containing composition (1).
- the sulfur-containing polymer (Po1) (mass%), phosphate-based dispersant (1) (mass%), zirconium oxide particles (mass%), and zinc oxide (mass%) refer to the respective proportions (mass%) of the sulfur-containing polymer (Po1), phosphate-based dispersant (1), zirconium oxide particles, and zinc oxide (mass%) relative to the total mass of the sulfur-containing polymer (Po1), phosphate-based dispersant (1), zirconium oxide particles, and zinc oxide (mass%) used.
- the dispersion stability of the inorganic particle-containing composition (1) was evaluated visually at 23°C for 90 days, 40°C for 10 days, and 40°C for 30 days (presence or absence of thickening or solidification in the composition), and the dispersed particle diameter (Dd) of the inorganic particle-containing composition (1) after 30 days at 40°C was confirmed.
- Table 4 shows the results of the dispersion stability evaluation.
- BYK-307 (a surface tension modifier manufactured by BYK-Chemie) was added to and mixed with the resulting inorganic particle-containing composition (1) in an amount of 0.05 parts by mass of BYK-307 per 100 parts by mass of the solids content of the inorganic particle-containing composition (1), thereby preparing an inorganic particle-containing composition (1-2).
- the resulting inorganic particle-containing composition (1-2) was dropped onto a slide glass mounted on a spin coater using a pipette, and spin-coated at a rotation speed of 1500 rpm for 90 seconds to obtain a coating film (1).
- a polymerizable composition (1) was prepared by mixing a UV-curable monomer and the like with the inorganic particle-containing composition (1), and a cured film (1) was obtained using the obtained polymerizable composition (1). Specifically, the process is as follows.
- a polymerizable composition (1) was obtained by adding and mixing the components together such that a polymerizable composition (1) containing 3.1 parts by mass of Esacure 3644 (manufactured by IGM Resins B.V.) as a photosensitizer was added to 1.0 part by mass of Esacure 3644 (manufactured by IGM Resins B.V.) as a photosensitizer was added to 100 parts by mass of the UV-curable monomer.
- the obtained polymerizable composition (1) was dropped onto a glass slide on a spin coater using a pipette, and spin-coated at 1500 rpm for 90 seconds.
- the prepared coating film on the glass slide was placed on a hot plate preheated to 50°C and dried by heating for 1 minute.
- the dried coating film was then cured by irradiating it with UV light under a nitrogen atmosphere for 90 seconds.
- the UV-cured film was placed on a hot plate preheated to 80°C and heated for 10 minutes, and then placed on a hot plate preheated to 150°C and heated for 10 minutes to obtain a cured film (1).
- the refractive index, film thickness, and haze of the obtained cured film (1) were evaluated.
- the refractive index (refractive index relative to the NaD line (589 nm)) was 1.82, the film thickness was 1.19 ⁇ m, and the haze was 0.09%.
- the evaluation results for the cured film (1) are shown in Table 4.
- the dispersion stability of the polymerizable composition (1) was evaluated for 90 days at 23° C., 10 days at 40° C., and 30 days at 40° C., and the dispersed particle size (Dd) of the polymerizable composition (1) after 30 days at 40° C. was confirmed.
- the results of the evaluation of the dispersion stability are shown in Table 4.
- the obtained dried film was pressed against a transparent replica film mold (1) having a striped line-and-space pattern with a spacing of 1.0 ⁇ m, a top surface width of 1 ⁇ m on the convex portions, a bottom surface width of 1 ⁇ m on the concave portions, and a height of 1 ⁇ m within a 1 cm ⁇ 1 cm area using a nanoimprinting apparatus EITRE®3 (manufactured by Obducat) at a pressure of 0.5 MPa for 30 seconds, and then irradiated with UV at 60 mW/cm 2 ⁇ 120 seconds to obtain an imprint-cured film (1) to which the transparent replica film mold (1) was pressed.
- a nanoimprinting apparatus EITRE®3 manufactured by Obducat
- the transparent replica film mold (1) was then released from the imprinted cured film (1), yielding a pattern imprinted film (1-2) to which the shape of the transparent replica film mold (1) had been transferred.
- the imprinted film (1-2) was placed on a hot plate preheated to 80°C, maintained at this temperature for 10 minutes, and then placed on a hot plate preheated to 150°C and maintained at this temperature for 10 minutes, yielding an imprinted film (1).
- the resulting imprinted film (1) was cut perpendicular to the pattern shape to which the striped line and space shapes had been transferred using a glass cutter, and the cross-section of the transferred pattern shape was observed at 10,000x magnification using an FE-SEM (JSM7600F manufactured by JEOL Ltd.).
- the transfer pattern shape reflecting the shape of the transparent replica film mold (1) was reproduced to 95% or more, confirming the feasibility of imprint molding. Furthermore, cross-sectional observation confirmed that the residual film thickness of the cured film underlying the striped line and space shapes was 0.04 ⁇ m.
- the refractive index, film thickness, and haze of the cured film in the region of the obtained imprint film (1) to which the transfer pattern shape was not imparted were evaluated. As a result, the refractive index (refractive index for NaD line (589 nm)) was 1.89, the film thickness was 0.50 ⁇ m, and the haze was 0.12%.
- the transparent replica film mold (1) used can be manufactured from a metal mold (1) having a striped line and space pattern with a spacing of 1.0 ⁇ m, a width of 1 ⁇ m on the top of the convex portion, a width of 1 ⁇ m on the bottom of the concave portion, and a height of 1 ⁇ m within a 1 cm x 1 cm area on the metal surface of a silicone-based material or the like.
- a UV-curable transparent resin (1) is applied to a substrate such as a transparent PET film, the coated surface of the film is pressed against the metal mold (1), UV curing or heat curing is performed, and the film is released from the metal mold (1), thereby obtaining a transparent replica film mold (1) that reflects the pattern shape of the metal mold (1) on the PET film.
- the UV-curable transparent resin (1) used in the production of the transparent replica film mold (1) is as follows.
- the transfer pattern shape was confirmed by the same method as in the evaluation of the imprinted cured film (1) described above, and it was confirmed that the transfer pattern shape reflecting the shape of the metal mold (1) was reproduced by 95% or more.
- UV-curable transparent resin (1) UV-curable liquid silicone rubber (PDMS) KER-4690-A/B, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
- Examples 2 to 14, Comparative Examples 1 to 5 The crushing treatment was carried out in the same manner as in Example 1, except that the zirconium oxide, titanium oxide, titanate, zinc chalcogenide, sulfur-containing polymer (Po1), phosphate-based dispersant, compounding ratio, crushing time, etc. were as shown in Table 3.
- inorganic particle-containing compositions (2) to (14) were produced, and in Comparative Examples (1) to (5), inorganic particle-containing compositions (c1) to (c5) were produced.
- polymerizable compositions were prepared using each of the obtained inorganic particle-containing compositions in the same manner as in Example 1, and these were evaluated in the same manner as in Example 1.
- cured films were prepared using each of the polymerizable compositions in the same manner as in Example 1, and these were also evaluated in the same manner as in Example 1.
- the evaluation results are shown in Table 4.
- the phosphate-based dispersants, zirconium oxide, titanium oxide, titanate, and zinc oxide used in each of the examples and comparative examples are as follows, and the results of evaluation of the crystal structure, etc. are shown in Table 2.
- Phosphate-based dispersant (1) A compound represented by the above formula (2), where R 1 , R 2 , a, and n in formula (2) are shown in Table 1.
- Phosphate-based dispersant (2) A compound represented by the above formula (2), where R 1 , R 2 , a, and n in formula (2) are shown in Table 1.
- Phosphate-based dispersant (3) Plysurf A208F, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
- Phosphate-based dispersant (4) DISPERBYK-111, manufactured by BYK Japan Phosphate-based dispersant (5): KAYAMER PM-21, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.
- ZrO 2 (1) UEP-50, zirconium oxide, manufactured by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo Co., Ltd.
- TiO 2 (2) Titania SSP-M for catalyst carrier, titanium oxide, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
- TiO 2 (3) Ultrafine titanium oxide STR-100N, titanium oxide, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
- BaTiO 3 (1) Barium titanate nanoparticles, barium titanate, manufactured by Merck ZnO (1): FINEX-50, zinc oxide, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
- the inorganic particle-containing composition and the polymerizable composition obtained by mixing zinc oxide as zinc chalcogenide with zirconium oxide, titanium oxide, or titanate in Examples 1 to 14 had high dispersion stability, and it was confirmed that the zinc chalcogenide improved the dispersibility of zirconium oxide, titanium oxide, and titanate.
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Abstract
本発明は、分散安定性に優れる無機粒子含有組成物を提供することを目的とする。
本発明は、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種と、カルコゲン化亜鉛と、分散剤とを含む、無機粒子含有組成物である。
Description
本発明は、無機粒子含有組成物に関する。より詳しくは、光学材料、塗料、コーティング剤、インク等の塗膜形成等に有用な無機粒子含有組成物に関する。
気相法等の乾式法や高温での焼成等で得られる金属酸化物等の無機粒子は一般的に結晶性や無機物が有する物性等に優れる傾向があるものの、粒子が凝集することから、光学材料等に用いるためには、一次粒子又はそれに近いレベルに解砕し分散させる必要があった。このような課題に対して、無機粒子を分散させる技術が種々開発されており、シロキサンポリマー、シランカップリング剤等のシラン化合物、カルボン酸系分散剤、リン系分散剤等の分散剤の存在下で解砕処理を行う方法等が報告されている(例えば特許文献1~3参照)。
上述の通り、従来、無機粒子の凝集体を解砕する種々の技術が開発されているものの、無機粒子は凝集しやすいため、一度凝集体を解砕しても経時的に凝集し、分散性が低下するという課題があり、より均一な塗膜を形成するうえで、分散安定性に優れる無機粒子含有組成物が求められていた。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、分散安定性に優れる無機粒子含有組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、無機粒子を含む組成物について種々検討したところ、無機粒子として酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩に対して、カルコゲン化亜鉛と分散剤とを用いることにより、分散安定性に優れるものとなることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
本発明は、以下の無機粒子含有組成物等を包含する。
〔1〕酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種と、カルコゲン化亜鉛と、分散剤とを含む、無機粒子含有組成物。
〔2〕上記分散剤は、極性官能基を有する化合物を含む、上記〔1〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔3〕上記極性官能基は、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種である、上記〔2〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔4〕上記分散剤は、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を含む、上記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
〔5〕上記分散剤は、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有するリン酸系化合物を含む、上記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
〔6〕上記リン酸系化合物は、下記式(2);
(式中、R1は、同一又は異なって、水素原子又は有機基を表す。R2は、同一又は異なって、炭素数2~20のアルキレン基を表す。aは、1~3の整数である。nは、0~20の整数である。)で表される化合物である、上記〔5〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔7〕上記リン酸系化合物は、分子量が98~2000である、上記〔5〕又は〔6〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔8〕上記硫黄含有重合体の含有割合が、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、1~30質量%である、上記〔4〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔9〕上記リン酸系化合物の含有割合が、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、0.5~10質量%である、上記〔5〕~〔7〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
〔10〕上記〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物と重合性単量体とを含む、重合性組成物。
〔11〕無機粒子含有組成物を製造する方法であって、該製造方法は、カルコゲン化亜鉛と分散剤との存在下で、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体を解砕する工程を含む、無機粒子含有組成物の製造方法。
〔12〕上記分散剤は、極性官能基を有する化合物を含む、上記〔11〕に記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔13〕上記極性官能基は、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種である、上記〔11〕又は〔12〕に記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔14〕上記分散剤は、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を含む、上記〔11〕~〔13〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔15〕上記分散剤は、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有するリン酸系化合物を含む、上記〔11〕~〔14〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔1〕酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種と、カルコゲン化亜鉛と、分散剤とを含む、無機粒子含有組成物。
〔2〕上記分散剤は、極性官能基を有する化合物を含む、上記〔1〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔3〕上記極性官能基は、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種である、上記〔2〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔4〕上記分散剤は、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を含む、上記〔1〕~〔3〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
〔5〕上記分散剤は、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有するリン酸系化合物を含む、上記〔1〕~〔4〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
〔6〕上記リン酸系化合物は、下記式(2);
(式中、R1は、同一又は異なって、水素原子又は有機基を表す。R2は、同一又は異なって、炭素数2~20のアルキレン基を表す。aは、1~3の整数である。nは、0~20の整数である。)で表される化合物である、上記〔5〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔7〕上記リン酸系化合物は、分子量が98~2000である、上記〔5〕又は〔6〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔8〕上記硫黄含有重合体の含有割合が、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、1~30質量%である、上記〔4〕に記載の無機粒子含有組成物。
〔9〕上記リン酸系化合物の含有割合が、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、0.5~10質量%である、上記〔5〕~〔7〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
〔10〕上記〔1〕~〔9〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物と重合性単量体とを含む、重合性組成物。
〔11〕無機粒子含有組成物を製造する方法であって、該製造方法は、カルコゲン化亜鉛と分散剤との存在下で、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体を解砕する工程を含む、無機粒子含有組成物の製造方法。
〔12〕上記分散剤は、極性官能基を有する化合物を含む、上記〔11〕に記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔13〕上記極性官能基は、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種である、上記〔11〕又は〔12〕に記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔14〕上記分散剤は、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を含む、上記〔11〕~〔13〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
〔15〕上記分散剤は、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有するリン酸系化合物を含む、上記〔11〕~〔14〕のいずれかに記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
本発明の無機粒子含有組成物は、上述の構成よりなり、分散安定性に優れるため、光学材料、塗料、コーティング剤、インク等に好適に用いることができる。
以下に本発明の好ましい形態について具体的に説明するが、本発明は以下の記載のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下に記載される本発明の個々の好ましい形態を2又は3以上組み合わせた形態も、本発明の好ましい形態に該当する。また、本明細書において、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート」または「メタクリレート」を意味し、「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を意味し、「(メタ)アクリロイル」は「アクリロイル」または「メタクリロイル」を意味する。また(メタ)アクリレートを(メタ)アクリル酸エステルということもある。
本発明の無機粒子含有組成物は、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種(以下、Zr又はTi含有酸化物ともいう。)と、カルコゲン化亜鉛と、分散剤とを含むものであり、分散安定性に優れるため、このような組成物を用いることにより均一な塗膜を形成することができる。
上記無機粒子含有組成物において、カルコゲン化亜鉛が酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩のゼータ電位の絶対値を高めることにより、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散安定性が向上するものと考えられる。
上記無機粒子含有組成物において、カルコゲン化亜鉛が酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩のゼータ電位の絶対値を高めることにより、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散安定性が向上するものと考えられる。
上記組成物におけるカルコゲン化亜鉛の含有割合は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計100質量%に対して、1~150質量%であることが好ましい。カルコゲン化亜鉛の含有割合としてより好ましくは2~100質量%であり、更に好ましくは3~50質量%であり、特に好ましくは5~35質量%である。
上記組成物における分散剤の含有割合は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、1~30質量%であることが好ましい。分散剤の含有割合が1質量%以上である場合、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散性をより高めることができる。また、組成物中の有機系分散剤の量が少ないほど、塗膜を形成した際の塗膜の屈折率が高まる。分散剤の含有割合が30質量%以下である場合、塗膜を形成した際の塗膜の屈折率をより高めることができる。分散剤の含有割合としてより好ましくは2~25質量%であり、更に好ましくは5~22質量%であり、特に好ましくは10~20質量%である。
上記無機粒子含有組成物が分散剤として硫黄含有重合体を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記組成物が硫黄含有重合体を含む場合、その含有割合は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、1~30質量%であることが好ましい。硫黄含有重合体の含有割合が1質量%以上である場合、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散性をより高めることができる。硫黄含有重合体の含有割合が30質量%以下である場合、塗膜を形成した際の塗膜の屈折率をより高めることができる。硫黄含有重合体の含有割合としてより好ましくは2~25質量%であり、更に好ましくは4~20質量%であり、特に好ましくは5~15質量%である。
上記組成物が硫黄含有重合体を含む場合、その含有割合は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、1~30質量%であることが好ましい。硫黄含有重合体の含有割合が1質量%以上である場合、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散性をより高めることができる。硫黄含有重合体の含有割合が30質量%以下である場合、塗膜を形成した際の塗膜の屈折率をより高めることができる。硫黄含有重合体の含有割合としてより好ましくは2~25質量%であり、更に好ましくは4~20質量%であり、特に好ましくは5~15質量%である。
上記無機粒子含有組成物が分散剤としてリン酸系化合物を含む形態もまた、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記組成物がリン酸系化合物を含む場合、その含有割合は、特に制限されないが酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、0.5~10質量%であることが好ましい。リン酸系化合物の含有割合が0.5質量%以上である場合、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散性をより高めることができ、リン酸系化合物の含有割合が10質量%以下である場合、塗膜を形成した際の塗膜の屈折率をより高めることができる。リン酸系化合物の含有割合としてより好ましくは1~9質量%であり、更に好ましくは2~8質量%であり、特に好ましくは3~7質量%である。
上記組成物がリン酸系化合物を含む場合、その含有割合は、特に制限されないが酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、0.5~10質量%であることが好ましい。リン酸系化合物の含有割合が0.5質量%以上である場合、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の分散性をより高めることができ、リン酸系化合物の含有割合が10質量%以下である場合、塗膜を形成した際の塗膜の屈折率をより高めることができる。リン酸系化合物の含有割合としてより好ましくは1~9質量%であり、更に好ましくは2~8質量%であり、特に好ましくは3~7質量%である。
上記組成物における酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計の含有割合は、特に制限されないが、組成物中の固形分100質量%に対して10~99質量%であることが好ましい。酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計の含有割合が10質量%以上である場合、塗膜を形成した際の屈折率をより高めることができる。酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計の含有割合としてより好ましくは25~95質量%であり、更に好ましくは40~90質量%であり、特に好ましくは60~85質量%である。
上記組成物における酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計の含有割合は、組成物100質量%に対して5~99質量%であることが好ましい。より好ましくは10~70質量%であり、更に好ましくは10~45質量%である。
本発明の無機粒子含有組成物は、分散安定性に優れる。例えば、分散安定性は、製造直後の無機粒子含有組成物10gを10mLサンプル瓶に充填し、40℃にて30日間静置し、目視により、静置後の無機粒子含有組成物における層分離、固化の有無、組成物の粘度の変化で評価することができる。また、静置後の無機粒子含有組成物の分散粒子径(Dd)を評価し、粒径の変化が元(製造直後)の分散粒子径を100%とした場合に、40℃にて30日間静置後の分散粒子径が500%以下となることも好ましい状態である。より好ましくは300%以下であり、更に好ましくは200%以下であり、一層好ましくは150%以下であり、特に好ましくは120%以下である。
以下では、本発明の無機粒子含有組成物に含まれる必須成分及び任意成分について更に説明する。
<酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩>
本発明の無機粒子含有組成物に含まれる酸化ジルコニウム、酸化チタンは、それぞれ、ジルコニウムの酸化物、チタンの酸化物であれば特に制限されない。
チタン酸塩は、ABO3(式中、AはTi以外の金属元素であり、BはTiである。)で表される化合物であればよい。
本発明の無機粒子含有組成物に含まれる酸化ジルコニウム、酸化チタンは、それぞれ、ジルコニウムの酸化物、チタンの酸化物であれば特に制限されない。
チタン酸塩は、ABO3(式中、AはTi以外の金属元素であり、BはTiである。)で表される化合物であればよい。
上記酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩は、結晶化度が80%以上であることが好ましい。結晶化度としては85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、94%以上がよりさらに好ましく、98%以上が特に好ましい。上記結晶化度は、上記結晶子径と同様に粉末X線回折測定により求めることができ、粉末X線回折測定により得られた値を酸化ジルコニウム、酸化チタン又はチタン酸塩の結晶化度として採用することができる。
上記チタン酸塩ABO3におけるAはチタン以外の金属元素であればよいが、上記金属としてはLi、Na、K等のアルカリ金属;Mg、Ca、Sr、Ba等のアルカリ土類金属;V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Al、Ri、Zr、Sn、Nb、W等の遷移金属;Ce、Dy、Er、Eu、Gd、Ho、La、Lu、Nd、Pr、Pm、Sm、Sc、Tb、Tm、Y、Yb等の希土類金属が挙げられる。
上記Aとして好ましくはアルカリ土類金属であり、より好ましくはバリウム、ストロンチウムである。さらに好ましくはバリウムである。
上記Aとして好ましくはアルカリ土類金属であり、より好ましくはバリウム、ストロンチウムである。さらに好ましくはバリウムである。
上記酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の形態は特に制限されず、一次粒子であっても、一次粒子が凝集した二次粒子を含むものであってもよい。
本発明の無機粒子含有組成物中の上記Zr又はTi含有酸化物の分散粒子径(Dd)は、5~60nmであることが好ましく、より好ましくは8~50nmであり、さらに好ましくは10~45nm、特に好ましくは10~35nmである。
上記分散粒子径(Dd)は、動的光散乱法(DLS)による粒度分布測定方法により測定された、体積基準の粒度分布における50%粒子径である。
上記分散粒子径(Dd)の測定装置としては、濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000(大塚電子株式会社)を用いることが好ましい。上記の測定方法において、無機粒子含有組成物が溶媒を含む液状物である場合は、該組成物をそのまま、あるいは必要に応じて該溶媒で希釈したものを測定試料とする。無機粒子含有組成物が固体状である場合は、該組成物に含まれる分散剤を溶解し得る溶媒、好ましくは無機粒子含有組成物の製造方法において後述する溶媒の中でも好ましい溶媒(例えばシクロペンタノン、N-メチルピロリドン、ベンジルアルコール)を混合、攪拌することにより調製したものを測定試料とする。いずれの場合においても測定試料における濃度は、通常は、無機粒子含有組成物に含まれる酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計の濃度として1~2質量%程度であるが、測定にあたり、散乱光量、多重散乱の有無により適宜濃度調整すればよい。
上記分散粒子径(Dd)は、動的光散乱法(DLS)による粒度分布測定方法により測定された、体積基準の粒度分布における50%粒子径である。
上記分散粒子径(Dd)の測定装置としては、濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000(大塚電子株式会社)を用いることが好ましい。上記の測定方法において、無機粒子含有組成物が溶媒を含む液状物である場合は、該組成物をそのまま、あるいは必要に応じて該溶媒で希釈したものを測定試料とする。無機粒子含有組成物が固体状である場合は、該組成物に含まれる分散剤を溶解し得る溶媒、好ましくは無機粒子含有組成物の製造方法において後述する溶媒の中でも好ましい溶媒(例えばシクロペンタノン、N-メチルピロリドン、ベンジルアルコール)を混合、攪拌することにより調製したものを測定試料とする。いずれの場合においても測定試料における濃度は、通常は、無機粒子含有組成物に含まれる酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩の合計の濃度として1~2質量%程度であるが、測定にあたり、散乱光量、多重散乱の有無により適宜濃度調整すればよい。
上記Zr又はTi含有酸化物は、平均一次粒子径(D1)が1~50nmであることが好ましい。このような無機粒子含有組成物を製膜した場合に、透明性により優れた塗膜が得られる。上記Zr又はTi含有酸化物の平均一次粒子径(D1)としてより好ましくは3~45nmであり、更に好ましくは5~40nmであり、一層好ましくは7~30nmであり、特に好ましくは10~25nmである。
上記平均一次粒子径(D1)としては、結晶性の上記Zr又はTi含有酸化物を含むものである場合は結晶子径Dcを、結晶性のZr又はTi含有酸化物を含まないものである場合は比表面積径Dsを採用する。結晶性のZr又はTi含有酸化物を含むか否かは、粉末X線回折測定により確認することができる。たとえば、上記Zr又はTi含有酸化物及び/又はその凝集体を試料とし、得られたX線回折パターンより、解析ソフト(リガク社製、PDXL2)を用い判定することができる。
上記平均一次粒子径(D1)としては、結晶性の上記Zr又はTi含有酸化物を含むものである場合は結晶子径Dcを、結晶性のZr又はTi含有酸化物を含まないものである場合は比表面積径Dsを採用する。結晶性のZr又はTi含有酸化物を含むか否かは、粉末X線回折測定により確認することができる。たとえば、上記Zr又はTi含有酸化物及び/又はその凝集体を試料とし、得られたX線回折パターンより、解析ソフト(リガク社製、PDXL2)を用い判定することができる。
上記結晶子径Dcとしては、上記Zr又はTi含有酸化物若しくはその凝集体の粉末X線回折測定を行い、得られたX線回折チャートにおける回折線のうち、回折強度が最も大きい回折線(最強線)の半値全幅を測定し、Scherrerの式を用いて求めた値を採用する。ここで回折強度は回折線のピークトップの高さを意味する。解析ソフトとして、たとえば、解析ソフト(リガク社製、PDXL2)を用いることができる。
上記粉末X線回折測定を行う装置、条件等は、特に制限されないが、たとえば、装置としては、全自動多目的X線回折装置SmartLab(リガク社製)を用いることができ、測定条件は、実施例に示した条件を採用することが好ましい。
比表面積径Dsとしては、対象となる粒子(上記Zr又はTi含有酸化物若しくはその凝集体)の比表面積、真密度の値を用いて下記式により求めることができる。
Ds(m)=6/(ρ・S)
ρ[g/m3]:該粒子又はその凝集体の真密度、ピクノメーターにより求めることができる。
S[m2/g]:該粒子又はその凝集体の比表面積、BET法により測定することができる。
上記粉末X線回折測定を行う装置、条件等は、特に制限されないが、たとえば、装置としては、全自動多目的X線回折装置SmartLab(リガク社製)を用いることができ、測定条件は、実施例に示した条件を採用することが好ましい。
比表面積径Dsとしては、対象となる粒子(上記Zr又はTi含有酸化物若しくはその凝集体)の比表面積、真密度の値を用いて下記式により求めることができる。
Ds(m)=6/(ρ・S)
ρ[g/m3]:該粒子又はその凝集体の真密度、ピクノメーターにより求めることができる。
S[m2/g]:該粒子又はその凝集体の比表面積、BET法により測定することができる。
上記無機粒子含有組成物は上記Zr又はTi含有酸化物の分散粒子径(Dd)/平均一次粒子径(D1)が0.5~2.3であることが好ましく、より好ましくは0.8~2であり、更に好ましくは1~1.8であり、特に好ましくは1~1.5である。
上記Zr又はTi含有酸化物の形状は、特に限定されず、不定形、粒状、板状、柱状、針状等のいずれであってもよいが、粒状が好ましく、粒状の中でも球状が好ましい。なお、上記粒状とは、アスペクト比が1.5以下の偏りのない形状を意味する。上記無機粒子の形状としては、粒子内で最も長い径を最も短い径で除した値をアスペクト比とした場合に、5以下であることが好ましく、更に2以下である事が好ましく、1.5以下であることが最も好ましい。
<カルコゲン化亜鉛>
本発明の無機粒子含有組成物に含まれるカルコゲン化亜鉛は、亜鉛のカルコゲン化物であれば特に制限されず、亜鉛元素と第16族元素(酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム、リバモリウム)とを含有する化合物であればよい。
カルコゲン化亜鉛として好ましくは酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、及びテルル化亜鉛(ZnTe)等であり、より好ましくは酸化亜鉛、硫化亜鉛であり、更に好ましくは酸化亜鉛である。
本発明の無機粒子含有組成物に含まれるカルコゲン化亜鉛は、亜鉛のカルコゲン化物であれば特に制限されず、亜鉛元素と第16族元素(酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム、リバモリウム)とを含有する化合物であればよい。
カルコゲン化亜鉛として好ましくは酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、及びテルル化亜鉛(ZnTe)等であり、より好ましくは酸化亜鉛、硫化亜鉛であり、更に好ましくは酸化亜鉛である。
上記カルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径は特に制限されないが、1~50nmであることが好ましい。カルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径としてより好ましくは5~40nmであり、さらに好ましくは7~30nmであり、特に好ましくは10~25nmである。カルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径は以下のとおり測定することができる。
上記Zr又はTi含有酸化物と同様に、カルコゲン化亜鉛が結晶性のカルコゲン化亜鉛を含むものである場合は結晶子径Dcを、結晶性のカルコゲン化亜鉛を含まないものである場合は比表面積径Dsを採用することができる。結晶子径Dc、比表面積径Dsの測定方法は酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩の場合と同様に行うことができる。
上記Zr又はTi含有酸化物と同様に、カルコゲン化亜鉛が結晶性のカルコゲン化亜鉛を含むものである場合は結晶子径Dcを、結晶性のカルコゲン化亜鉛を含まないものである場合は比表面積径Dsを採用することができる。結晶子径Dc、比表面積径Dsの測定方法は酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩の場合と同様に行うことができる。
上記カルコゲン化亜鉛の形状は、特に限定されず、不定形、粒状、板状、柱状、針状等のいずれであってもよいが、粒状が好ましく、粒状の中でも球状が好ましい。なお、上記粒状とは、アスペクト比が1.5以下の偏りのない形状を意味する。上記無機粒子の形状としては、粒子内で最も長い径を最も短い径で除した値をアスペクト比とした場合に、5以下であることが好ましく、更に2以下であることが好ましく、1.5以下であることが最も好ましい。
<分散剤>
本発明の無機粒子含有組成物に含まれる分散剤は、上記Zr又はTi含有酸化物に対して分散性を発揮する化合物であれば特に制限されないが、極性官能基を有する化合物を含むものであることが好ましい。
本発明の無機粒子含有組成物に含まれる分散剤は、上記Zr又はTi含有酸化物に対して分散性を発揮する化合物であれば特に制限されないが、極性官能基を有する化合物を含むものであることが好ましい。
上記極性官能基としては、特に制限されないが好ましくは中性又は酸性の極性官能基である。中性又は酸性の極性官能基として好ましくは、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基、水酸基等である。
上記分散剤が極性官能基として、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種を有する化合物を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記極性官能基としてより好ましくはスルフィニル基、リン酸基、リン酸エステル基である。
本発明の無機粒子含有組成物が、上記分散剤としてスルフィニル基を有する分散剤とリン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する分散剤とを含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記分散剤が極性官能基として、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種を有する化合物を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記極性官能基としてより好ましくはスルフィニル基、リン酸基、リン酸エステル基である。
本発明の無機粒子含有組成物が、上記分散剤としてスルフィニル基を有する分散剤とリン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する分散剤とを含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記分散剤の分子量(分散剤が重合体の場合、重量平均分子量)としては特に制限されないが、例えば、98~5000であることが好ましい。より好ましくは、150~3500であり、更に好ましくは200~3000である。
上記分散剤が重合体の場合、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。
上記分散剤が重合体の場合、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。
(スルホン酸基を有する分散剤)
上記スルホン酸基を有する分散剤としては特に制限されないが、例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-アクリルアミドエタンスルホン酸、2-アクリルアミドプロパンスルホン酸、2-メタクリルアミドプロパンスルホン酸、および2-メタクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、アリルオキシベンゼンスルホン酸、2-ヒドロキシ-3-(2-プロペニルオキシ)プロパンスルホン酸などのスルホン酸基含有モノマーおよびその誘導体を重合したものが挙げられる。誘導体とはエステルや、塩などの従来公知の化合物が挙げられる。
上記スルホン酸基を有する分散剤としては特に制限されないが、例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-アクリルアミドエタンスルホン酸、2-アクリルアミドプロパンスルホン酸、2-メタクリルアミドプロパンスルホン酸、および2-メタクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、アリルオキシベンゼンスルホン酸、2-ヒドロキシ-3-(2-プロペニルオキシ)プロパンスルホン酸などのスルホン酸基含有モノマーおよびその誘導体を重合したものが挙げられる。誘導体とはエステルや、塩などの従来公知の化合物が挙げられる。
(カルボキシ基を有する分散剤)
上記カルボキシ基を有する分散剤としては特に制限されないが、ポリアクリル酸;(メタ)アクリル酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸系単量体と不飽和ポリアルキレングリコール系単量体との共重合体;不飽和カルボン酸系単量体とスチレン等の芳香族系単量体との共重合体;不飽和カルボン酸系単量体とアクリル酸エステルとの共重合体、及び、これらのアンモニウム塩、有機アミン塩、アルカリ金属塩等が挙げられる。
上記カルボキシ基を有する分散剤としては特に制限されないが、ポリアクリル酸;(メタ)アクリル酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸系単量体と不飽和ポリアルキレングリコール系単量体との共重合体;不飽和カルボン酸系単量体とスチレン等の芳香族系単量体との共重合体;不飽和カルボン酸系単量体とアクリル酸エステルとの共重合体、及び、これらのアンモニウム塩、有機アミン塩、アルカリ金属塩等が挙げられる。
(アルコキシシリル基を有する分散剤)
上記アルコキシシリル基を有する分散剤としては特に限定されず、3―(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
上記アルコキシシリル基を有する分散剤としては特に限定されず、3―(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
(水酸基を有する分散剤)
上記水酸基を有する分散剤としては特に限定されず、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルなどのポリエチレングリコールモノアルキルエーテル類等が挙げられる。
上記水酸基を有する分散剤としては特に限定されず、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルなどのポリエチレングリコールモノアルキルエーテル類等が挙げられる。
(スルフィニル基を有する分散剤)
上記無機粒子含有組成物がスルフィニル基を有する分散剤を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記スルフィニル基を有する分散剤としては、特に制限されないが、下記式(1);
上記無機粒子含有組成物がスルフィニル基を有する分散剤を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記スルフィニル基を有する分散剤としては、特に制限されないが、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構造単位(U1)を有する硫黄含有重合体が好ましい。
上記硫黄含有重合体は、上記式(1)で表される構成単位を有する限り特に制限されず、構成単位(U1)を1つ以上有すればよいが、複数有することが好ましく、また、構成単位(U1)を繰り返し単位として有することがより好ましく、繰返し単位として複数有することがより好ましい。
上記硫黄含有重合体は、上記式(1)で表される構成単位を有する限り特に制限されず、構成単位(U1)を1つ以上有すればよいが、複数有することが好ましく、また、構成単位(U1)を繰り返し単位として有することがより好ましく、繰返し単位として複数有することがより好ましい。
上記式(1)において、X1は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。上記2価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、トリフェニレン基、ビフェニレン基、フェナントリレン基等が挙げられる。なかでも、重合体の光分散がより小さくなる点で、上記2価の芳香族炭化水素基は、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、ビフェニレン基、トリフェニレン基であることが好ましく、フェニレン基であることがより好ましい。
上記X1で表される上記2価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基(「置換基α」とも称する)としては、特に制限されないが、好ましくは、反応性官能基、ハロゲン原子、又は、置換基(「置換基β」とも称する。)を有してもよい、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、もしくは硫黄含有炭化水素基が挙げられる。
上記反応性官能基としては、酸性官能基、塩基性官能基、硬化性官能基、及びこれらの官能基を含む基等が挙げられる。上記酸性官能基としては、カルボキシ基(-COOH)、リン酸基(-OPO(OH)2)、水酸基(-OH)、スルホ基(-SO3H)、ホスホン酸基(-PO(OH)2)、ホスフィン酸基(-PO(OH)-)等が挙げられる。上記塩基性官能基としてはアミノ基、アンモニウム基、イミノ基、アミド基、イミド基、マレイミド基等の塩基性官能基等が挙げられる。上記硬化性官能基としては、ビニル基、(メタ)アクリロイル基、アリル基、メタリル基等の反応性二重結合を有する基等の反応性不飽和結合を有する基;エポキシ基、オキセタン基等の反応性環状エーテル基を有する基等の反応性イオン結合を有する基、メルカプト基(-SH)等が挙げられる。
上記これらの官能基を含む基としては、例えば、上述した酸性官能基、塩基性官能基、又は硬化性官能基と、炭化水素鎖や結合基とを有する基等が挙げられる。すなわち、本発明においては、上記反応性官能基には、上述した酸性官能基、塩基性官能基や硬化性官能基だけでなく、これらの官能基と結合鎖を含む基も含まれる。上記結合鎖としては、アルキレン基、アリーレン基等の2価の炭化水素基や、エーテル、エステル、カルボニル、アミド等の結合基や、これらの組み合わせ等が挙げられる。例えば、上記反応性官能基としてカルボキシ基が好ましいという場合、上記反応性官能基として、カルボキシ基、及び/又は、カルボキシ基を含む基が好ましいことを意味する。
上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、なかでも、臭素原子が好ましい。
上記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、ヘプチル基等が挙げられる。上記アルキル基としては、炭素数1~18のアルキル基が好ましく、炭素数1~6のアルキル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。
上記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、ヘプチル基等が挙げられる。上記アルキル基としては、炭素数1~18のアルキル基が好ましく、炭素数1~6のアルキル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。
上記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、フェノキシ基、シクロヘキシルオキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられる。上記アルコキシ基としては、炭素数1~18のアルコキシ基が好ましく、炭素数1~6のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基がさらに好ましい。
上記アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、トリフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基が好ましい。上記アリール基の炭素数は、6~30であることが好ましく、6~18であることがより好ましく、6~12であることが更に好ましい。
上記アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、トリフェニル基等が挙げられる。なかでも、フェニル基が好ましい。上記アリール基の炭素数は、6~30であることが好ましく、6~18であることがより好ましく、6~12であることが更に好ましい。
上記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルペンチル基、フェニルヘキシル基、フェニルオクチル基等が挙げられる。上記アラルキル基の炭素数は、7~14であることが好ましく、7~9であることがより好ましい。
上記硫黄含有炭化水素基としては、例えば、アルキルチオ基、アリールチオ基等が挙げられる。上記硫黄含有炭化水素基の炭素数は、1~8であることが好ましく、1~6であることがより好ましく、1~4であることが更に好ましい。
上記硫黄含有炭化水素基としては、例えば、アルキルチオ基、アリールチオ基等が挙げられる。上記硫黄含有炭化水素基の炭素数は、1~8であることが好ましく、1~6であることがより好ましく、1~4であることが更に好ましい。
上記アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、及び、硫黄含有炭化水素基は、更に置換基(置換基β)を有していてもよい。上記置換基βとしては、アルキル基、ハロゲン原子等が挙げられ、これらの好ましい形態は、上記置換基αとしてのアルキル基、ハロゲン原子等と同様である。
上記置換基αの中でも、後述する溶媒に対する硫黄含有重合体の溶解性が優れるものとなり易い観点から、アルキル基が好ましく、炭素数1~18のアルキル基がより好ましく、炭素数1~6のアルキル基がさらに好ましく、メチル基が特に好ましい。
また、上記置換基αとしては、上記硬化性官能基が好ましく、中でもメルカプト基が好ましい。硫黄含有重合体が置換基αとしてメルカプト基を有することにより、硬化反応性等の反応性に優れるとともに屈折率が高いものとなり易い。これらの官能基もしくはこれらの官能基を含む基を置換基として有する硫黄含有重合体を用いた場合、本発明の無機粒子含有組成物からは、耐熱性や耐溶剤性に優れる硬化物膜が得られ易い傾向がある。メルカプト基を含む基としては、チオアルキル基、チオアリール基が好ましく、チオアルキル基がより好ましい。
また、上記置換基αとしては、上記硬化性官能基が好ましく、中でもメルカプト基が好ましい。硫黄含有重合体が置換基αとしてメルカプト基を有することにより、硬化反応性等の反応性に優れるとともに屈折率が高いものとなり易い。これらの官能基もしくはこれらの官能基を含む基を置換基として有する硫黄含有重合体を用いた場合、本発明の無機粒子含有組成物からは、耐熱性や耐溶剤性に優れる硬化物膜が得られ易い傾向がある。メルカプト基を含む基としては、チオアルキル基、チオアリール基が好ましく、チオアルキル基がより好ましい。
上記硫黄含有重合体がメルカプト基を有する場合、その量は特に制限されないが、メルカプト基の量としては全芳香環(全構成単位)100モル%に対して、1~300モル%であることが好ましい。より好ましくは5~200モル%であり、更に好ましくは10~50モル%である。
硫黄含有重合体におけるメルカプト基の量は、1H-NMR、ICP、GPC、IR、元素分析により測定することができる。
硫黄含有重合体におけるメルカプト基の量は、1H-NMR、ICP、GPC、IR、元素分析により測定することができる。
X1で表される上記2価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基αの数は、特に限定されない。後述する無機粒子含有組成物の製造に用いる溶媒に対する硫黄含有重合体の溶解性等を調整したり、屈折率等を微妙に制御する等の目的で適宜選択すればよい。上記置換基の数は、例えば、1~6であることが好ましく、1~3であることがより好ましく、1であることが更に好ましい。上記2価の芳香族炭化水素基において、上記置換基αが結合する位置は特に制限されない。
上記構成単位(U1)において置換基αが2個以上ある場合、置換基αの種類は同一であっても異なっていてもよい。
上記構成単位(U1)において置換基αが2個以上ある場合、置換基αの種類は同一であっても異なっていてもよい。
上記硫黄含有重合体が構成単位(U1)を複数有する場合、各構成単位(U1)における、上記2価の芳香族炭化水素基の種類、上記2価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基αの種類、数、結合位置等は、同じであっても異なっていてもよい。
上記構成単位(U1)において、2価の芳香族炭化水素基にスルフィニル基(-S(=O)-)が結合する位置、2価の芳香族炭化水素基に対する他方の主鎖の結合位置、これらの位置関係はいずれも特に制限されない。
上記構成単位(U1)において、2価の芳香族炭化水素基にスルフィニル基(-S(=O)-)が結合する位置、2価の芳香族炭化水素基に対する他方の主鎖の結合位置、これらの位置関係はいずれも特に制限されない。
上記硫黄含有重合体が構成単位(U1)を複数有する場合、各構成単位(U1)における、スルフィニル基(-S(=O)-)が上記2価の芳香族炭化水素基に結合する位置は同じであっても異なっていてもよいし、2価の芳香族炭化水素基に対する他方の主鎖の結合位置は同じであっても異なっていてもよい。また各構成単位(U1)における、2価の芳香族炭化水素基にスルフィニル基が結合する位置と、2価の芳香族炭化水素基に対する他方の主鎖の結合位置との位置関係は、同じであっても異なっていてもよい。
上記構成単位(U1)の好ましい実施形態の一つとして、例えば、上記X1で表される2価の芳香族炭化水素基がフェニレン基である形態が挙げられる。X1で表される2価の芳香族炭化水素基がフェニレン基である構成単位(U1)を構成単位(U1-1)とも称する。
上記フェニレン基は置換基(「置換基α-1」とも称する)を有していてもよいし、有していなくてもよい。上記置換基α-1の種類は、上記置換基αと同様であり、好ましい形態も同様である。
上記フェニレン基は置換基(「置換基α-1」とも称する)を有していてもよいし、有していなくてもよい。上記置換基α-1の種類は、上記置換基αと同様であり、好ましい形態も同様である。
上記フェニレン基に結合する置換基α-1の総数は0~4の整数であり、好ましくは1~3であり、より好ましくは1又は2であり、さらに好ましくは1である。上記置換基α-1の位置は特に制限されず、スルフィニル基が結合するフェニレン基の炭素原子を1位としたとき、置換基α-1の位置はフェニレン基の2位であってもよいし、3位であってもよいし、4位であってもよい。中でも、4位又は2位が好ましく、4位がより好ましい。
上記構成単位(U1-1)において、スルフィニル基が結合するフェニレン基の炭素原子を1位としたとき、フェニレン基に対する他方の主鎖の結合位置は特に制限されない。フェニレン基の2位であってもよいし、3位であってもよいし、4位であってもよい。中でも、2位又は3位が好ましく、3位がより好ましい。
上記硫黄含有重合体)は、上記構成単位(U1-1)を複数含むことが好ましく、また、繰返し単位として含むことが好ましく、繰返し単位として複数含むことがより好ましい。上記硫黄含有重合体が上記構成単位(U1-1)を複数含む場合、各構成単位(U1-1)における、X1で表されるフェニレン基に結合する置換基α-1の種類、数、結合位置、フェニレン基におけるスルフィニル基の結合位置、他方の主鎖の結合位置等は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
上記硫黄含有重合体は、構成単位として上記構成単位(U1)を少なくとも1個有すればよい。よって、上記硫黄含有重合体は、1個又は複数の構成単位(U1)のみからなる重合体であってもよいし、上記構成単位(U1)と、上記構成単位(U1)以外の構成単位を含む重合体であってもよい。上記構成単位(U1)以外の構成単位を、他の構成単位とも称する。上記他の構成単位は1種でもよいし2種以上であってもよい。
上記硫黄含有重合体における上記構成単位(U1)の含有割合は、特に制限されないが、硫黄含有重合体中の全構成単位の合計含有量100モルに対して、構成単位(U1)の含有量が1~100モルであることが好ましい。より好ましくは5モル以上であり、さらに好ましくは10モル以上である。一方、より好ましくは98モル以下であり、さらに好ましくは95モル以下であり、特に好ましくは90モル以下である。上記硫黄含有重合体の好ましい一実施形態における構成単位(U1-1)の含有量についても同様である。
上記他の構成単位としては、特に制限されないが、下記式(3)で表される構成単位(U2)及び/又は下記式(4)で表される構成単位(U3)であることが好ましい。
(式中、X2は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)
(式中、X3は、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)
すなわち、上記硫黄含有重合体が、上記構成単位(U1)を含み、さらに上記構成単位(U2)及び/又は上記構成単位(U3)を含む重合体であることは、上記硫黄含有重合体における好ましい実施形態の一つである。
すなわち、上記硫黄含有重合体が、上記構成単位(U1)を含み、さらに上記構成単位(U2)及び/又は上記構成単位(U3)を含む重合体であることは、上記硫黄含有重合体における好ましい実施形態の一つである。
上記構成単位(U2)におけるX2、上記構成単位(U3)におけるX3で各々表される2価の芳香族炭化水素基の種類、2価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基の種類、数、結合位置等は、これらの好ましい形態を含め、上記構成単位(U1)におけるX1で表される2価の芳香族炭化水素基の種類、2価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基αの種類、数、結合位置等と同様であり、構成単位(U1)における説明を準用することができる。
上記構成単位(U2)、上記構成単位(U3)においても、好ましい実施形態の一つとして、上記X2、上記X3で各々表される2価の芳香族炭化水素基がフェニレン基である形態が挙げられる。X2、X3でそれぞれ表される2価の芳香族炭化水素基がフェニレン基である構成単位を構成単位(U2-1)、構成単位(U3-1)とも称する。構成単位(U2-1)、構成単位(U3-1)における、フェニレン基に結合する置換基の種類、数、結合位置、フェニレン基におけるスルフィド基、スルホニル基の結合位置、他方の主鎖の結合位置等はこれらの好ましい形態を含め、構成単位(U1-1)における、フェニレン基に結合する置換基α-1の種類、数、結合位置、フェニレン基におけるスルフィニル基の結合位置、他方の主鎖の結合位置等と同様であり、構成単位(U1―1)における説明を準用することができる。
上記硫黄含有重合体は、上記構成単位(U2-1)及び/又は上記構成単位(U3-1)を複数含んでいてもよいし、また、繰返し単位として含んでいてもよいし、繰返し単位として複数含んでいてもよい。上記硫黄含有重合体が上記構成単位(U2-1)及び/又は上記構成単位(U3-1)を複数含む場合、各構成単位(U2-1)、(U3-1)における、X2、X3でそれぞれ表されるフェニレン基に結合する置換基の種類、数、結合位置、フェニレン基におけるスルフィド基、スルホニル基の結合位置、他方の主鎖の結合位置等は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
上記硫黄含有重合体において、上記構成単位(U1)、上記構成単位(U2)、及び上記構成単位(U3)の合計含有量は、特に制限されないが、全構成単位の合計含有量100モルに対する上記合計含有量が、1~100モルであることが好ましい。より好ましくは30モル以上であり、さらに好ましくは50モル以上であり、さらに好ましくは80モル以上である。
上記硫黄含有重合体における、全構成単位の合計含有量100モルに対する上記構成単位(U1)の含有量の好ましい範囲は、上述したとおりであるが、残部が上記構成単位(U2)及び(U3)の合計含有量であることが好ましい。
上記硫黄含有重合体において構成単位(U1)、(U2)、(U3)が各々構成単位(U1-1)、(U2-1)、(U3-1)である場合、全構成単位の合計含有量100モルに対する、上記構成単位(U1-1)、上記構成単位(U2-1)、及び上記構成単位(U3-1)の合計含有量の好ましい範囲は、上記の構成単位(U1)、上記構成単位(U2)、及び上記構成単位(U3)の合計含有量の場合と同様である。
上記硫黄含有重合体において構成単位(U1)、(U2)、(U3)が各々構成単位(U1-1)、(U2-1)、(U3-1)である場合、全構成単位の合計含有量100モルに対する、上記構成単位(U1-1)、上記構成単位(U2-1)、及び上記構成単位(U3-1)の合計含有量の好ましい範囲は、上記の構成単位(U1)、上記構成単位(U2)、及び上記構成単位(U3)の合計含有量の場合と同様である。
上記硫黄含有重合体において、上記構成単位(U2)の含有量は、特に制限されないが、上記構成単位(U1)の含有量100モルに対し、0~9900モルであることが好ましい。より好ましくは0.01モル以上であり、さらに好ましくは1.0モル以上であり、特に好ましくは5モル以上である。一方、より好ましくは900モル以下であり、さらに好ましくは500モル以下であり、さらにより好ましくは100モル以下であり、特に好ましくは95モル以下である。上記硫黄含有重合体において構成単位(U2)が構成単位(U2-1)である場合、上記構成単位(U2-1)の含有量の好ましい範囲は、上記の構成単位(U2)の含有量の場合と同様である。
上記硫黄含有重合体において、上記構成単位(U3)の含有量は、特に制限されないが、上記構成単位(U1)の含有量100モルに対し、0~9900モルであることが好ましい。より好ましくは0.01モル以上であり、さらに好ましくは1.0モル以上であり、特に好ましくは5モル以上である。一方、より好ましくは900モル以下であり、さらに好ましくは500モル以下であり、さらにより好ましくは100モル以下であり、特に好ましくは95モル以下である。上記硫黄含有重合体において構成単位(U3)が構成単位(U3-1)である場合、上記構成単位(U3-1)の含有量の好ましい範囲は、上記の構成単位(U3)の含有量の場合と同様である。
上記硫黄含有重合体の製造方法は、特に制限されない。例えば、芳香族ジスルフィド化合物及び/又は芳香族チオール化合物を含む単量体成分を酸化重合する重合工程を含む製造方法が好ましく、中でも、該重合工程を行った後に、該重合工程により得られた重合体を酸化する酸化工程を含む製造方法がより好ましい。上記製造方法により上記構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を効率よく製造することができる。
上記重合工程は、芳香族ジスルフィド化合物及び/又は芳香族チオール化合物を含む単量体成分を酸化重合する工程である。該工程により、少なくとも構成単位(U2)を繰返し単位として複数含む重合体を得ることができる。
上記酸化重合は、単量体成分を加熱溶融した状態で行うこともできるが、単量体成分を溶媒に分散又は溶解した組成物中で行うことが好ましい。なお、上記組成物、すなわち、単量体成分と溶媒とを含む組成物を原料組成物とも称し、重合反応が開始してから重合反応が終了するまでの組成物を反応組成物とも称する。また重合反応により得られた組成物を重合体組成物とも称する。
上記酸化重合は、単量体成分を加熱溶融した状態で行うこともできるが、単量体成分を溶媒に分散又は溶解した組成物中で行うことが好ましい。なお、上記組成物、すなわち、単量体成分と溶媒とを含む組成物を原料組成物とも称し、重合反応が開始してから重合反応が終了するまでの組成物を反応組成物とも称する。また重合反応により得られた組成物を重合体組成物とも称する。
上記単量体成分としては、芳香族ジスルフィド化合物及び/又は芳香族チオール化合物を含む。これらの中でも、芳香族ジスルフィド化合物を含むことが好ましい。
上記芳香族ジスルフィド化合物としては、下記式(5)で表されるジアリールジスルフィド化合物がより好ましく、上記芳香族チオール化合物としては下記式(6)で表されるチオアリール化合物がより好ましい。
上記芳香族ジスルフィド化合物としては、下記式(5)で表されるジアリールジスルフィド化合物がより好ましく、上記芳香族チオール化合物としては下記式(6)で表されるチオアリール化合物がより好ましい。
(式(5)及び(6)中、A1及びA2は、同一又は異なって、置換基を有してもよい1価の芳香族炭化水素基を表す。)
A1及びA2で表される上記1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、トリフェニル基、ビフェニル基、フェナントリル基等である。なかでも、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、又は、トリフェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。A1及びA2で表される上記1価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基としては上記式(1)中のX1で表される2価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基αと同様の基をあげることができ、置換基の数や芳香族炭化水素基への結合位置は上記式(1)中のX1で表される2価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基の場合に準じる。
A1及びA2で表される上記1価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、トリフェニル基、ビフェニル基、フェナントリル基等である。なかでも、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、又は、トリフェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。A1及びA2で表される上記1価の芳香族炭化水素基が有してもよい置換基としては上記式(1)中のX1で表される2価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基αと同様の基をあげることができ、置換基の数や芳香族炭化水素基への結合位置は上記式(1)中のX1で表される2価の芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基の場合に準じる。
上記ジアリールジスルフィド化合物としては、ジフェニルジスルフィド化合物が好ましく、上記チオアリール化合物としてはベンゼンチオール化合物が好ましい。中でもジフェニルジスルフィド化合物が好ましい。これらの化合物は、置換基を有していてもよく、置換基の種類は上記ジアリールジスルフィド化合物、上記チオアリール化合物における置換基と同様である。
上記ジフェニルジスルフィド化合物が有することができる置換基の数は0~10個であり、好ましくは1~8であり、より好ましくは2~6であり、さらに好ましくは2~4である。上記ジフェニルジスルフィド化合物におけるフェニル基に対する置換基の結合位置は特に制限されないが、ジスルフィド基が結合した炭素原子(1位)に対し、パラ位(4位)を含むことが好ましい。
上記ベンゼンチオール化合物が有することができる置換基の数は0~5個であり、好ましくは1~4であり、より好ましくは1~3であり、さらに好ましくは1~2である。上記ベンゼンチオール化合物におけるフェニル基に対する置換基の結合位置は特に制限されないが、メルカプト基が結合した炭素原子(1位)に対し、パラ位(4位)を含むことが好ましい。
上記ベンゼンチオール化合物が有することができる置換基の数は0~5個であり、好ましくは1~4であり、より好ましくは1~3であり、さらに好ましくは1~2である。上記ベンゼンチオール化合物におけるフェニル基に対する置換基の結合位置は特に制限されないが、メルカプト基が結合した炭素原子(1位)に対し、パラ位(4位)を含むことが好ましい。
上記ジフェニルスルフィド化合物の具体的としては、例えば、3,3’-ジメチルジフェニルジスルフィド、2,2’-ジメチルジフェニルジスルフィド、4,4’-ジメチルジフェニルジスルフィド(ビス(4-メチルフェニル)ジスルフィド)、2,2’,3,3’-テトラメチルジフェニルジスルフィド、2,2’,5,5’-テトラメチルジフェニルジスルフィド、2,2’,6,6’-テトラメチルジフェニルジスルフィド、3,3’,5,5’-テトラメチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサメチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,6,6’-ヘキサメチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’,6,6’-オクタメチルジフェニルジスルフィド、2,2’-ジエチルジフェニルジスルフィド、3,3’-ジエチルジフェニルジスルフィド、2,2’,6,6’-テトラエチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’-テトラエチルジフェニルジスルフィド、2,2’,5,5’-テトラエチルジフェニルジスルフィド、3,3’,5,5’-テトラエチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサエチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,6,6’-ヘキサエチルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’,6,6’-オクタエチルジフェニルジスルフィド、2,2’-ジプロピルジフェニルジスルフィド、3,3’-ジプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,6,6’-テトラプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’-テトラプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,5,5’-テトラプロピルジフェニルジスルフィド、3,3’,5,5’-テトラプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,6,6’-ヘキサプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’,6,6’-オクタプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’-ジイソプロピルジフェニルジスルフィド、3,3’-ジイソプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,6,6’-テトライソプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’-テトライソプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,5,5’-テトライソプロピルジフェニルジスルフィド、3,3’,5,5’-テトライソプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’-ヘキサイソプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,6,6’-ヘキサイソプロピルジフェニルジスルフィド、2,2’,3,3’,5,5’,6,6’-オクタイソプロピルジフェニルジスルフィド等が挙げられる。
上記ベンゼンチオール化合物の具体的としては、例えば、3-メチルベンゼンチオール、2-メチルベンゼンチオール、4-メチルベンゼンチオール、チオフェノール(ベンゼンチオール)、2,3-ジメチルベンゼンチオール、2,5-ジメチルベンゼンチオール、2,6-ジメチルベンゼンチオール、3,5-ジメチルベンゼンチオール等が挙げられる。
上記ジスルフィド化合物は、チオール化合物の酸化によっても調製することができる。そのため、上記重合工程においては、上記ジスルフィド化合物の前駆体として、チオール化合物を使用することもできる。チオール化合物2分子を酸化的に結合させることにより、ジスルフィド化合物を得ることができる。上記酸化的に結合させる方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
上記酸化重合は、特に限定されないが、キノン系化合物を用いる酸化重合や、触媒を用いる酸化重合が好ましい。廃液量が少なくて済む観点より、触媒を用いる酸化重合がより好ましい。触媒を用いる酸化重合としては、例えば、溶媒に上記単量体成分及び触媒を溶解又は分散させた組成物を加熱することにより、重合反応を行うことがより好ましい。上記触媒としては、特に限定されないが、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、チタニウム(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)等の金属元素を含む物質が好ましく、1種又は2種以上を混合して用いることができる。
上記金属元素を含む物質の中でも、酸化重合に対する触媒活性が高い点で、金属元素としてバナジウム、鉄をそれぞれ含む物質(これらをそれぞれバナジウム含有物質、鉄含有物質とも称する)が好ましく、鉄含有物質がより好ましい。上記バナジウム含有物質としては、バナジウムを含む金属、バナジウム化合物分子内にV=O結合を有するオキソバナジウム化合物が好ましい。上記オキソバナジウム化合物としては、例えば、バナジルアセチルアセトナート、オキソバナジウムサレン錯体、N,N’-ビスサリチリデンエチレンジアミンオキソバナジウム、フタロシアニンオキソバナジウム、テトラフェニルポルフィリンオキソバナジウム等が挙げられる。上記鉄含有物質としては、分子内に塩素を有する鉄化合物が好ましい。また酸化数が3以上の鉄を含む化合物が好ましい。そのような鉄含有物質としては、例えば、塩化第二鉄(Fe(Cl)3)、5,10,15,20-テトラフェニル-21H,23H-ポルフィン塩化鉄(III)、トリフルオロメタンスルホン酸鉄(III)等が挙げられる。
上記重合において用いる上記触媒の量は、特に制限されないが、上記単量体成分100モル%に対する、上記触媒に含まれる金属元素の合計含有量が、0.001~50モル%の範囲であることが好ましく、触媒残差による物性への影響が小さくなる傾向がある観点から、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、10モル%以下がさらに好ましく、5モル%以下が特に好ましく、分子量が高い硫黄含有重合体が得られ易い観点から0.01モル%以上がより好ましく、0.1モル%以上がさらに好ましく、1モル%以上が特に好ましい。
上記重合は、酸素存在下で行うことが好ましい。酸素存在下で行うことにより、酸化重合反応が促進される。よって上記重合は、酸素含有ガスの供給下で行うことが好ましい。例えば、重合反応中、気相部分に酸素含有ガスを供給する方法、重合反応中の反応組成物に酸素含有ガスをバブリングする方法等が採用される。酸化重合を促進し易い観点から、重合反応中の反応組成物に酸素含有ガスを連続的に供給する方法が好ましく、中でもバブリングする方法が好ましい。
酸素含有ガスは酸素分子(O2)を含有するガスであることが好ましい。酸素含有ガスは酸素分子(O2)以外のガス成分を含んでいてもよい。酸素含有ガスに含まれる酸素分子(O2)以外のガス成分としては、特に制限されないが、好ましくは、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ラドン(Rn)等の希ガス類;窒素(N2)などの不活性ガスが挙げられる。上記不活性ガス以外に炭酸ガス(CO2)、水蒸気等が含まれていてもよい。
酸素含有ガスにおける酸素分子(O2)の含有率は、特に制限されないが、常温(25℃)、1気圧下において、酸素含有ガスにおける酸素分子(O2)の体積割合が酸素含有ガス100体積%に対し0.1~100体積%であることが好ましい。より好ましくは、1~60体積%であり、さらに好ましくは10~30体積%である。酸素含有ガスにおける残分は、例えば不活性ガスである。
酸素含有ガスにおける酸素分子(O2)の含有率は、特に制限されないが、常温(25℃)、1気圧下において、酸素含有ガスにおける酸素分子(O2)の体積割合が酸素含有ガス100体積%に対し0.1~100体積%であることが好ましい。より好ましくは、1~60体積%であり、さらに好ましくは10~30体積%である。酸素含有ガスにおける残分は、例えば不活性ガスである。
酸素含有ガスとしては、特に制限されないが、例えば、酸素ガス、酸素と窒素との混合ガス、空気等が挙げられる。経済性に優れる観点から、空気を用いることが好ましい。酸素含有ガス中の水蒸気濃度は、特に制限されないが、1000g/m3以下が好ましく、10g/m3以下がより好ましく、1g/m3以下が更に好ましく、0.1g/m3以下が最も好ましく、乾燥空気が好ましい。
酸素含有ガスの供給量は、反応速度を促進でき且つ制御し易い観点から、反応組成物の総容積1m3あたり、1分間当たりの酸素(O2)の供給量(供給速度)として、0.00002m3/分~2m3/分であることが好ましく、より好ましくは0.0001~0.2m3/分以上であり、さらに好ましくは0.0002~0.02m3/分以上である。
酸素含有ガスの供給量は、反応速度を促進でき且つ制御し易い観点から、反応組成物の総容積1m3あたり、1分間当たりの酸素(O2)の供給量(供給速度)として、0.00002m3/分~2m3/分であることが好ましく、より好ましくは0.0001~0.2m3/分以上であり、さらに好ましくは0.0002~0.02m3/分以上である。
上記重合工程において、さらに酸及び/又はその塩を用いることが好ましい。上記触媒と共に酸及び/又はその塩を併用することにより、重合反応により得られる重合体の分子量を高い範囲まで制御し易くなり、短時間でも、高分子量の硫黄含有重合体が得られ易くなる。
上記酸としては、ブレンステッド酸が好ましく、中でも、酸解離定数が-19~4である酸が好ましい。より好ましくは酸解離定数が3以下であり、また-8以上である。酸解離定数が-19~4の酸としては、例えば、リン酸、硝酸、硫酸、過硫酸、亜硫酸、塩酸、臭化水素酸等の無機酸;メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、10-カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホン酸等のスルホン酸;クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸等のクロロカルボン酸;フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、パーフルオロプロピオン酸、パーフルオロ酪酸、4-フルオロ安息香酸等のフルオロカルボン酸等が挙げられる。なかでも、10-カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、過硫酸が好ましい。
上記酸としては、ブレンステッド酸が好ましく、中でも、酸解離定数が-19~4である酸が好ましい。より好ましくは酸解離定数が3以下であり、また-8以上である。酸解離定数が-19~4の酸としては、例えば、リン酸、硝酸、硫酸、過硫酸、亜硫酸、塩酸、臭化水素酸等の無機酸;メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、10-カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、1,1,2,2-テトラフルオロエタンスルホン酸等のスルホン酸;クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリクロロ酢酸等のクロロカルボン酸;フルオロ酢酸、ジフルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸、パーフルオロプロピオン酸、パーフルオロ酪酸、4-フルオロ安息香酸等のフルオロカルボン酸等が挙げられる。なかでも、10-カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、過硫酸が好ましい。
上記酸の塩としては、上記酸の塩であれば特に制限されないが、例えば、ナトリウム、カリウム等の周期律表第1族金属元素、マグネシウム、カルシウム等の周期律表第2族金属元素、アンモニウム等と上記酸との塩が好ましい。中でも、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、トルエンスルホン酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム等が好ましい。上記酸及び/又はその塩は、1種のみ使用してもよいし、2種以上使用してもよい。酸及び/又はその塩の使用量は、単量体成分100モル%に対し、0.01~100モル%であることが好ましく、0.1~10モル%であることがより好ましく、0.5~5モル%であることが更に好ましい。
上記重合においては、溶媒を使用してもよい。上記溶媒は特に制限されないが、好ましい溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、1,1,2,2-テトラクロロエタン、ニトロメタン、ニトロベンゼン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,3-ジクロロベンゼン、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、シクロペンチルメチルエーテル等が挙げられる。上記溶媒の使用量は特に制限されないが、原料である上記単量体成分100質量部に対し、1~10000質量部であることが好ましく、より好ましくは10~1000質量部である。上記溶媒の中でも、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、シクロペンチルメチルエーテル等の非ハロゲン系溶媒を使用することが好ましい。
上記重合は、溶媒の沸点以下の温度で常圧で重合を行ってもよいし、リフラックス条件で重合を行ってもよいし、沸点以上の温度に加熱しながら加圧状態で重合を行ってもよい。上記重合において、重合温度は酸化重合が進行する温度であれば、特に限定されないが、安価な設備で酸化重合反応を行いやすい点で、0~250℃であることが好ましく、30℃以上がより好ましく、50℃以上が更に好ましく、一方、200℃以下がより好ましく、180℃以下が更に好ましい。重合時間は、特に限定されないが、0.1~100時間であることが好ましく、1~80時間であることがより好ましく、5~50時間であることがさらに好ましく、10~24時間であることが特に好ましい。
上述した酸化重合により、単量体成分として、上記式(5)で表されるジアリールジスルフィド化合物及び/又は上記式(6)で表されるチオアリール化合物を用いた場合には、通常、上記主鎖が、上記A1、A2で表される芳香族炭化水素基がスルフィド基(-S-)等により結合した構造の重合体、すなわち、上記構成単位(U1)、(U2)及び(U3)からなる群から選択される1種又は2種以上を構成単位とする重合体を含む組成物(重合体組成物)を得ることができる。
上記重合工程において上述した好ましい条件で酸化重合を行った場合、上記構成単位(U2)の含有割合が相対的に高い重合体が得られ易い。
同様に、単量体成分として、上記のジフェニルジスルフィド化合物及び/又はベンゼンチオール化合物を用いた場合には、主な構成単位として上記構成単位(U2-1)を主な構成単位として含む重合体を得ることができる。
同様に、単量体成分として、上記のジフェニルジスルフィド化合物及び/又はベンゼンチオール化合物を用いた場合には、主な構成単位として上記構成単位(U2-1)を主な構成単位として含む重合体を得ることができる。
上記重合工程により得られた重合体が、構成単位(U1-1)等の構成単位(U1)を有する重合体であれば、該重合体を上記硫黄含有重合体として用いることができる。
上記重合工程により得られた上記重合体における構成単位(U1)、(U1-1)の割合を高くする目的で、酸化工程に供することが好ましい。上記酸化工程は、上記重合工程で得られた重合体を酸化する工程である。
上記重合工程により得られた上記重合体における構成単位(U1)、(U1-1)の割合を高くする目的で、酸化工程に供することが好ましい。上記酸化工程は、上記重合工程で得られた重合体を酸化する工程である。
上記酸化工程は、酸化剤を使用した酸化反応を行う工程である。上記酸化剤としては、特に限定されず、公知のものを使用することができ、例えば、キノン系化合物、過安息香酸、メタクロロ過安息香酸、四酢酸鉛、酸酢酸タリウム、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン、セリウム(IV)アセチルアセトネート、マンガン(III)アセチルアセトネート、過酸化物、塩素酸、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、次亜塩素酸を発生し得る化合物等が挙げられる。
なかでも、主鎖上に含まれる硫黄原子(スルフィド基、-S-)を適度に酸化して、スルフィニル基(-S(=O)-)を形成することができる点で、過酸化物、塩素酸、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩、及び次亜塩素酸を発生し得る化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を使用することがより好ましい。上記過酸化物としては、例えば、メタクロロ過安息香酸、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過酢酸、t-ブチルハイドロパーオキシド等が挙げられる。上記酸化剤は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。上記酸化剤の添加量は、重合体(P)中の硫黄原子1モルに対し、0.01~1000モルであることが好ましく、0.05~500モルであることがより好ましく、0.1~100モルであることがより好ましく、0.2~20モルであることが更に好ましい。
上記酸化反応の反応温度は、上記酸化反応が進行し易い観点から、0~200℃あることが好ましく、10℃以上がより好ましく、15℃以上が更に好ましく、副反応を抑制し易い観点から180℃以下がより好ましく、150℃以下が更に好ましい。上記酸化反応の反応時間は、通常、0.1~100時間であり、1~80時間であることが好ましく、5~50時間であることがより好ましく、10~24時間であることが更に好ましい。
スルホニル基(-S(-O)2-)の含有量を多くしたい場合は、上述した反応時間よりも長時間で反応させればよい。また、この場合の酸化剤の添加量は、所望の硫黄原子の酸化反応が進行するのであれば特に限定されないが、通常、重合体中の硫黄原子1モルに対し、0.01~1000モルであることが好ましく、0.05~500モルであることがより好ましく、0.1~100モルであることが更に好ましく、0.5~20モルであることが特に好ましい。
上記酸化反応においては、溶媒を使用してもよい。使用する溶媒としては、上記重合工程において使用する溶媒と同様の溶媒が好ましく挙げられる。
上記酸化工程により、重合工程で得られた重合体に比べ、構成単位(U1)の割合が高い重合体を得ることができ、これを上記硫黄含有重合体として用いることができる。
上記酸化工程により、重合工程で得られた重合体に比べ、構成単位(U1)の割合が高い重合体を得ることができ、これを上記硫黄含有重合体として用いることができる。
上述したように、硫黄含有重合体の好ましい形態として、上記構成単位(U1)におけるX1で表される2価の芳香族炭化水素基等の主鎖を構成する2価の芳香族炭化水素基の少なくとも一つが置換基として反応性官能基を有する形態が挙げられるが、該形態の硫黄含有重合体を製造する方法としては、反応性官能基を置換基として有するジアリールジスルフィド化合物、チオアリール化合物を上記重合工程における単量体成分として用いる方法、上記酸化工程の前、若しくは、後に反応性官能基を導入する工程(反応性官能基導入工程)を有する製造方法が挙げられる。屈折率がより高く、反応性を有する硫黄含有重合体を製造する観点から、前記反応性官能基としてメルカプト基(-SH)を導入することが好ましい。置換基としてメルカプト基を有する硫黄含有重合体を製造する場合は、上記酸化工程の前、若しくは、後にメルカプト基を導入する工程(メルカプト基導入工程)を有することが好ましい。
上記メルカプト基導入工程は、上記重合工程又はさらに上記酸化工程で得られた硫黄含有重合体にメルカプト基を導入できれば、特に用いる方法に制限はないが、例えば、スルホン化剤及び還元性物質を反応させる工程であることが好ましい。
上記メルカプト基導入工程において用いることのできるスルホン化剤は、芳香族炭化水素基にスルホニル基を導入できる化合物であれば、特に制限されない。例えば、濃硫酸、発煙硫酸、クロロスルホン酸、クロロスルホニル等が挙げられる。中でも、クロロスルホン酸が好ましい。上記スルホン化剤の使用量は、特に制限されないが、重合体100質量%に対し、スルホン化剤を0.1~10000質量%で用いることが好ましい。より好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは10質量%以上であり、また、より好ましくは1000質量%以下、さらに好ましくは500質量%以下である。
上記メルカプト基導入工程において用いることのできる還元性物質としては、特に制限されないが、例えば、水素化ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、ブチルリチウム、ジボラン、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、水素化トリエチルホウ素リチウム、水素化トリ(sec-ブチル)ホウ素リチウム、水素化トリ(sec-ブチル)ホウ素カリウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、水素化ビス(2-メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム、水素化トリブチルスズ、リチウムヘキサメチルジシラジド、リチウムジイソプロピルアミド等の金属あるいは半金属の水素化物やその錯化合物(アート錯体);金属スズ、金属亜鉛等の金属;鉄の2価イオン、スズの2価イオン等の低原子価金属イオンを含有する化合物;ギ酸、シュウ酸等の酸系有機化合物;トリフェニルホスフィン等のホスフィン系有機化合物;ヒドラジン等の無機化合物が好ましく挙げられる。これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも金属が好ましく、金属亜鉛がより好ましい。亜鉛を用いた場合、上記重合工程において触媒に用いた重金属が残存していた場合でも該重金属を除去し易く、着色の抑制された、硫黄含有重合体が得られ易い。また上記還元性物質として金属を用いる場合、その形態は特に制限されないが、微粒子状であることが好ましい。上記還元性物質の使用量は、特に制限されないが、重合体100質量%に対し、還元性物質を0.01~1000質量%で用いることが好ましい。より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、また、より好ましくは100質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下である。
上記メルカプト基導入工程においては、用いる重合体に含まれる2価の芳香族炭化水素基に、スルホン化剤によりスルホニル基が導入され、該スルホニル基が還元性物質の作用によりメルカプト基に還元されるメカニズムで反応が進行すると考えられる。
上記重合体に対する、スルホン化剤、還元性物質の混合順序は特に制限されない。例えば、上記重合体にスルホン化剤を混合し、上記2価の芳香族炭化水素基にスルホニル基を導入する反応を行わせた後、スルホニル基が導入された重合体に、還元性物質を混合し、導入されたスルホニル基をメルカプト基に還元する反応を行わせる方法(1)、上記重合体にスルホン化剤及び還元性物質を実質的に同時に混合する方法(2)、上記重合体に還元性物質を先に混合し、次にスルホン化剤を混合する方法(3)等が挙げられる。中でも方法(1)が好ましい。
上記重合体に対する、スルホン化剤、還元性物質の混合順序は特に制限されない。例えば、上記重合体にスルホン化剤を混合し、上記2価の芳香族炭化水素基にスルホニル基を導入する反応を行わせた後、スルホニル基が導入された重合体に、還元性物質を混合し、導入されたスルホニル基をメルカプト基に還元する反応を行わせる方法(1)、上記重合体にスルホン化剤及び還元性物質を実質的に同時に混合する方法(2)、上記重合体に還元性物質を先に混合し、次にスルホン化剤を混合する方法(3)等が挙げられる。中でも方法(1)が好ましい。
上記メルカプト基導入工程における反応は、溶媒中で行われることが好ましく、溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、スルホラン等のスルホキシド又はスルホン系溶剤;N-メチルピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等のアミド系溶剤;テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル類;クロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、1,1,2,2-テトラクロロエタン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,3-ジクロロベンゼン等の塩素化炭化水素類;シクロヘキサノン等のカルボニル化合物類;酢酸エチル等のエステル類;水が好ましく挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でもスルホキシド系溶剤がより好ましく、スルホランがさらに好ましい。上記溶媒の使用量は特に制限されないが、上記メルカプト基導入工程において用いる重合体100質量部に対し、0.5~50000質量部であることが好ましく、より好ましくは10~5000質量部である。
上記メルカプト基導入工程における反応温度は、上記のスルホン化反応及び還元反応が進行する温度であれば、特に限定されないが、-20~250℃であることが好ましく、-5℃以上がより好ましく、5℃以上が更に好ましく、また、副反応を抑制する点で、150℃以下がより好ましく、80℃以下が更に好ましい。上記反応の反応時間は、特に限定されないが、0.1~100時間であることが好ましく、0.5時間以上がより好ましく、2時間以上がさらに好ましく、また生産性に優れる観点から、50時間以下であることがより好ましく、20時間以下であることがさらに好ましい。
上記製造方法により、上記硫黄含有重合体を得ることができるが、上記重合工程で得られた重合体組成物は、上記重合工程で用いた溶媒の他、用いた触媒の残差(触媒残差)等の物質、いわゆる不純物を含む。また上記酸化工程により得られた重合体又は重合体を含む組成物は、酸等が残存している可能性がある。これらの不純物は本発明の無機粒子含有組成物の耐熱性等に影響することがあるため、硫黄含有重合体を単離するとともに、これらの不純物を低減することが好ましい。よって、上記硫黄含有重合体の製造方法は、精製工程をさらに含むことが好ましい。
上記精製工程において用いる精製方法としては、従来公知の精製方法を用いることができる。例えば、再沈殿法を用いることが好ましい。再沈殿法としては、特に限定されないが、例えば、上記重合体組成物を、塩酸酸性メタノール中に滴下して重合体を沈殿させ、これをろ過して沈殿物を得て、得られた沈殿物を水やメタノール等の低級アルコールで洗浄する方法等が挙げられる。上記精製工程としては、上記酸化工程で用いた酸化剤由来の成分や重合工程由来の不純物成分等を除去するために従来公知の吸着材を用いた方法を用いることもできる。上記再沈殿法と吸着材を用いる方法を併用することも好ましい。
上記硫黄含有重合体の製造方法においては、重合工程、酸化工程、反応性官能基導入工程、精製工程の他に、さらに他の工程を有していてもよい。上記他の工程としては、例えば、熟成工程、中和工程、希釈工程、乾燥工程、濃縮工程、溶媒置換工程、溶解工程等が挙げられる。これらの工程は、公知の方法により行うことができる。上述した製造方法により、上記硫黄含有重合体を得ることができる。
(リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する分散剤)
上記無機粒子含有組成物がリン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する分散剤(以下、リン酸系化合物、もしくはリン酸系分散剤ともいう)を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記リン酸系化合物としては、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する限り特に制限されないが、下記式(2);
上記無機粒子含有組成物がリン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する分散剤(以下、リン酸系化合物、もしくはリン酸系分散剤ともいう)を含む形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記リン酸系化合物としては、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有する限り特に制限されないが、下記式(2);
(式中、R1は、同一又は異なって、水素原子又は有機基を表す。R2は、同一又は異なって、炭素数2~20のアルキレン基を表す。aは、1~3の整数である。nは、0~20の整数である。)で表される化合物であることが好ましい。
上記式(2)において、R1は、同一又は異なって、水素原子又は有機基であり、好ましくは有機基である。
上記有機基としては、特に制限されないが、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基が挙げられる。
上記有機基の炭素数としては特に制限されないが、1~20であることが好ましい。より好ましくは1~16であり、更に好ましくは1~12であり、一層好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
上記有機基における炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数2~20のアルキニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のアラルキル基等が挙げられる。
上記有機基としては、特に制限されないが、ヘテロ原子を有していてもよい炭化水素基が挙げられる。
上記有機基の炭素数としては特に制限されないが、1~20であることが好ましい。より好ましくは1~16であり、更に好ましくは1~12であり、一層好ましくは1~8であり、特に好ましくは1~4である。
上記有機基における炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数2~20のアルキニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のアラルキル基等が挙げられる。
上記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基(アミル基)、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基、i-プロピル基、sec-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、1-メチルブチル基、1-エチルプロピル基、2-メチルブチル基、i-アミル基、ネオペンチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1,1-ジメチルプロピル基、t-アミル基、1,3-ジメチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、2-エチルブチル基、2-エチル-2-メチルプロピル基、1-メチルヘプチル基、2-エチルヘキシル基、1,5-ジメチルヘキシル基、t-オクチル基、分岐したノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、ステアリル基、イコシル基等の脂肪族アルキル基;シクロプロピル基、シクロプロピルメチル基、シクロブチル基、シクロブチルメチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロヘキシルプロピル基、シクロドデシル基、ノルボルニル基(C7)、アダマンチル基(C10)、シクロペンチルエチル基等の脂環式アルキル基が挙げられる。
上記アルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ドデセニル基、オクタデセニル基、イコセニル基等が挙げられる。
上記アルキニル基としては、例えば、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基、ヘプチニル基、オクチニル基、ノニニル基、デシニル基、ドデシニル基、オクタデシニル基、イコシニル基等が挙げられる。
上記アルキニル基としては、例えば、エチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基、ヘプチニル基、オクチニル基、ノニニル基、デシニル基、ドデシニル基、オクタデシニル基、イコシニル基等が挙げられる。
上記アリール基としては、例えば、フェニル基、o-,m-若しくはp-トリル基、2,3-若しくは2,4-キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、ベンズヒドリル基等が挙げられる。
上記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等が挙げられる。
上記アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基等が挙げられる。
上記炭化水素基は、ヘテロ原子を有していてもよく、例えば、カルボニル基、アミド基、エーテル基、エステル基、水酸基、チオエーテル基等の置換基を有していてもよい。上記置換基として好ましくは、カルボニル基、アミド基、エーテル基、エステル基、水酸基であり、より好ましくはカルボニル基、エステル基である。
上記R1がカルボニル構造を有し、R2との連結部分がエステル構造となる形態は、好ましい実施形態の1つである。
上記有機基が(メタ)アクリロイル基である形態もまた、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記炭化水素基の炭素数には上記置換基の炭素数も含まれる。
上記R1がカルボニル構造を有し、R2との連結部分がエステル構造となる形態は、好ましい実施形態の1つである。
上記有機基が(メタ)アクリロイル基である形態もまた、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記炭化水素基の炭素数には上記置換基の炭素数も含まれる。
上記有機基として好ましくはアルキル基、アルケニル基であり、より好ましくはメチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基(アミル基)、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基等の炭素数1~8の直鎖アルキル基;i-プロピル基、sec-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、1-メチルブチル基、1-エチルプロピル基、2-メチルブチル基、i-アミル基、ネオペンチル基、1,2-ジメチルプロピル基、1,1-ジメチルプロピル基、t-アミル基、1,3-ジメチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、2-エチルブチル基、2-エチル-2-メチルプロピル基、1-メチルヘプチル基、2-エチルヘキシル基、1,5-ジメチルヘキシル基、t-オクチル基、1-エチルペンチル基等の炭素数1~8の分岐のアルキル基;ビニル基、アリル基、イソプロペニル基等のアルケニル基である。
上記R1の有機基が、ポリエステル構造を有する形態もまた、本発明の好ましい実施形態の1つであり、上記R1が下記式;
-(R1’-COO)m-R1’’
(式中、R1’は、炭素数1~10のアルキレン基を表す。R1’’は、炭素数1~4のアルキル基を表す。mは、1~10の数である。)で表される形態も好ましい。
-(R1’-COO)m-R1’’
(式中、R1’は、炭素数1~10のアルキレン基を表す。R1’’は、炭素数1~4のアルキル基を表す。mは、1~10の数である。)で表される形態も好ましい。
上記式(2)における-(R2O)-で表されるオキシアルキレン基は、炭素数2~20のオキシアルキレン基であり、オキシアルキレン基が2種以上存在する場合には、ランダム付加、ブロック付加、交互付加等のいずれの付加形態であってもよい。
上記-(R2O)-で表されるオキシアルキレン基は、炭素数2~8のオキシアルキレン基が好ましく、より好ましくは、炭素数2~4のオキシアルキレン基である。
これらのオキシアルキレン基は、アルキレンオキシド付加物であり、このようなアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、イソブチレンオキシド、1-ブテンオキシド、2-ブテンオキシド、スチレンオキシド等が挙げられる。より好ましくは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドであり、更に好ましくは、エチレンオキシド、プロピレンオキシドである。
上記-(R2O)-で表されるオキシアルキレン基は、炭素数2~8のオキシアルキレン基が好ましく、より好ましくは、炭素数2~4のオキシアルキレン基である。
これらのオキシアルキレン基は、アルキレンオキシド付加物であり、このようなアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、イソブチレンオキシド、1-ブテンオキシド、2-ブテンオキシド、スチレンオキシド等が挙げられる。より好ましくは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドであり、更に好ましくは、エチレンオキシド、プロピレンオキシドである。
上記式(2)における-(R2O)-で表されるオキシアルキレン基が、エチレンオキシドが付加したオキシエチレン基を含むものである場合、全オキシアルキレン基100モル%中にオキシエチレン基を50~100モル%含むことが好ましい。より好ましくは60~100モル%、更に好ましくは70~100モル%であり、特に好ましくは80~100モル%であり、最も好ましくは90~100モル%である。
上記式(2)におけるaは、1~3の整数である。好ましくはaは1又は2である。
上記無機粒子含有組成物は、式(2)におけるaが1であるリン酸モノエステルと、aが2であるリン酸ジエステルと、aが3であるリン酸トリエステルの2種以上を含んでいてもよく、リン酸モノエステルとリン酸ジエステルとを含む形態は本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記無機粒子含有組成物は、式(2)におけるaが1であるリン酸モノエステルと、aが2であるリン酸ジエステルと、aが3であるリン酸トリエステルの2種以上を含んでいてもよく、リン酸モノエステルとリン酸ジエステルとを含む形態は本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記式(2)におけるnは、0~20の整数である。nとして好ましくは1~15であり、より好ましくは2~10であり、更に好ましくは3~8であり、特に好ましくは3~6である。
一態様において、nが1である形態も好ましい実施形態の1つである。
上記リン酸系化合物がオキシアルキレン基を有する場合、溶媒との親和性がより向上するため、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の分散性がより高まる。
一態様において、nが1である形態も好ましい実施形態の1つである。
上記リン酸系化合物がオキシアルキレン基を有する場合、溶媒との親和性がより向上するため、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の分散性がより高まる。
上記リン酸系化合物は、分子量が98~2000であることが好ましい。リン酸系化合物の分子量が上記範囲であることにより、酸化ジルコニウム、酸化チタン又はチタン酸塩の粒子間の細かい隙間により充分に入り込むことができ、分散性がより向上する。リン酸系化合物の分子量としてより好ましくは180~1800であり、更に好ましくは200~1500であり、一層好ましくは220~1200であり、特に好ましくは240~1000である。
上記リン酸系化合物の分子量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)法、又はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。
上記リン酸系化合物の分子量は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)法、又はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。
〔無機粒子含有組成物の製造方法〕
本発明は、無機粒子含有組成物を製造する方法であって、該製造方法は、カルコゲン化亜鉛と分散剤との存在下で、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体を解砕する工程を含む、無機粒子含有組成物の製造方法でもある。
本発明は、無機粒子含有組成物を製造する方法であって、該製造方法は、カルコゲン化亜鉛と分散剤との存在下で、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体を解砕する工程を含む、無機粒子含有組成物の製造方法でもある。
上記無機粒子含有組成物の製造方法は、カルコゲン化亜鉛と分散剤との存在下で、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体を解砕する工程を含む限り特に制限されないが、上記解砕工程において、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体とカルコゲン化亜鉛と分散剤とを含む混合物を解砕することが好ましい。
上記無機粒子含有組成物の製造において用いる分散剤は、無機粒子含有組成物において述べた分散剤と同様のものを用いることができ、分散剤の好ましい形態についても、上述のとおりである。
上記解砕工程におけるカルコゲン化亜鉛の使用量は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の凝集体の合計100質量%に対して、1~150質量%であることが好ましい。カルコゲン化亜鉛の使用量としてより好ましくは2~100質量%であり、更に好ましくは3~50質量%であり、特に好ましくは5~35質量%である。
上記解砕工程における分散剤の使用量は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の凝集体の合計100質量%に対して、1~30質量%であることが好ましい。分散剤の使用量が1質量%以上である場合、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の解砕性をより向上させることができ、分散剤の使用量が30質量%以下である場合、得られる組成物を用いて塗膜を形成した際の塗膜の屈折率をより高めることができる。分散剤の使用量としてより好ましくは2~25質量%であり、更に好ましくは5~22質量%であり、特に好ましくは10~20質量%である。
上記無機粒子含有組成物の製造方法において、分散剤として上記硫黄含有重合体を用いる形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記硫黄含有重合体の使用量は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の凝集体の合計100質量%に対して、1~30質量%であることが好ましい。硫黄含有重合体の使用量としてより好ましくは2~25質量%であり、更に好ましくは4~20質量%であり、特に好ましくは5~15質量%である。
上記硫黄含有重合体の使用量は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の凝集体の合計100質量%に対して、1~30質量%であることが好ましい。硫黄含有重合体の使用量としてより好ましくは2~25質量%であり、更に好ましくは4~20質量%であり、特に好ましくは5~15質量%である。
上記無機粒子含有組成物の製造方法において、分散剤として上記リン酸系化合物を用いる形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記解砕工程におけるリン酸系化合物の使用量は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の凝集体の合計100質量%に対して、0.5~10質量%であることが好ましい。リン酸系化合物の使用量としてより好ましくは1~9質量%であり、更に好ましくは2~8質量%であり、特に好ましくは3~7質量%である。
上記解砕工程におけるリン酸系化合物の使用量は、特に制限されないが、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子及びチタン酸塩粒子の凝集体の合計100質量%に対して、0.5~10質量%であることが好ましい。リン酸系化合物の使用量としてより好ましくは1~9質量%であり、更に好ましくは2~8質量%であり、特に好ましくは3~7質量%である。
上記解砕工程は、溶媒を用いずに行ってもよいが、溶媒の存在下で行うことが好ましい。
すなわち、上記酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体とカルコゲン化亜鉛と分散剤とを含む混合物は、さらに溶媒を含むことが好ましい。この場合、解砕による温度上昇等を抑え、マイルドな温度条件下で解砕を行える傾向がある。
上記溶媒は特に制限されないが、上記分散剤の溶解性に優れるものが好ましい。例えば、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、1,1,2,2-テトラクロロエタン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,3-ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、ニトロメタン、ニトロベンゼン、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、シクロペンチルメチルエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘプタノン、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、スルホラン等の非ハロゲン系溶媒等があげられ、1種又は2種以上を用いることができる。中でも、非ハロゲン系溶媒が好ましく、中でも、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフレン、N-メチルピロリドン等からなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含むことがより好ましい。
すなわち、上記酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体とカルコゲン化亜鉛と分散剤とを含む混合物は、さらに溶媒を含むことが好ましい。この場合、解砕による温度上昇等を抑え、マイルドな温度条件下で解砕を行える傾向がある。
上記溶媒は特に制限されないが、上記分散剤の溶解性に優れるものが好ましい。例えば、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、1,1,2,2-テトラクロロエタン、クロロベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、1,3-ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、ニトロメタン、ニトロベンゼン、N-メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、シクロペンチルメチルエーテル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、シクロヘプタノン、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、スルホラン等の非ハロゲン系溶媒等があげられ、1種又は2種以上を用いることができる。中でも、非ハロゲン系溶媒が好ましく、中でも、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、プロピレングリコールモノメチルエチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフレン、N-メチルピロリドン等からなる群から選択される少なくとも1種の溶媒を含むことがより好ましい。
上記解砕工程で用いる溶媒の量は特に制限されないが、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛及び分散剤の合計含有量100質量部に対して、20~1000質量部であることが好ましく、60~400質量部であることがより好ましく、100~250質量部であることがさらに好ましい。上記混合物における、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛及び分散剤の合計含有量100質量部に対する上記溶媒の含有量の好ましい範囲についても同様である。
上記製造方法における解砕の方法(解砕方法とも称する)は、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体を、一次粒子である無機粒子に解砕する操作(解砕操作)を含むものであれば、特に制限されない。さらに無機粒子をさらに細かく粉砕する操作を含んでいてもよいが、凝集体を一次粒子径付近まで解砕することが好ましい。
上記解砕工程で用いるZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体は、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子が凝集した粒子を意味する。上記酸Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体においてはZr又はTi含有酸化物の粒子が一次粒子として複数存在し、これらが凝集している。上記製造方法に用いるZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体として好ましくは、下記式で示されるように、平均一次粒子径(D1)に対する平均二次粒子径(D2)の比である凝集度(R)が5以上である粒子である。
凝集度(R)=平均二次粒子径(D2)/平均一次粒子径(D1)
上記式において、平均一次粒子径(D1)、平均二次粒子径(D2)における単位(例えばnm)は同じものを用いる。
凝集度(R)=平均二次粒子径(D2)/平均一次粒子径(D1)
上記式において、平均一次粒子径(D1)、平均二次粒子径(D2)における単位(例えばnm)は同じものを用いる。
上記平均二次粒子径(D2)は、動的光散乱法(DLS)による粒度分布測定方法により、測定された、体積基準の粒度分布における50%粒子径である。
上記平均二次粒子径(D2)の測定装置としては、濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000(大塚電子株式会社)を用いることが好ましい。
上記の測定方法において測定試料は以下のようにして調整されたものを用いる。すなわち、10ccスクリュー管に、測定するZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体(粉末)0.04gを秤取し、ベンジルアルコール8gを添加したものを、室温雰囲気で、振とう処理を2分間、超音波照射処理を1分間、振とう処理を2分間、超音波照射処理を1分間、および振とう処理を2分間、この順で行った後、得られた液を測定試料とする。上記振とう処理は振とう機(アズワン社製、TUBE MIXER TRIO、品番:HM-1N)を用いて行い、超音波照射処理は超音波装置(ブランソン社製、BRANSONIC、品番:5510J-DTH)を用いて行う。ただし、測定にあたり、散乱光量、多重散乱の有無に応じて、ベンジルアルコールを用いて適宜濃度調整すればよい。
上記平均二次粒子径(D2)の測定装置としては、濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000(大塚電子株式会社)を用いることが好ましい。
上記の測定方法において測定試料は以下のようにして調整されたものを用いる。すなわち、10ccスクリュー管に、測定するZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体(粉末)0.04gを秤取し、ベンジルアルコール8gを添加したものを、室温雰囲気で、振とう処理を2分間、超音波照射処理を1分間、振とう処理を2分間、超音波照射処理を1分間、および振とう処理を2分間、この順で行った後、得られた液を測定試料とする。上記振とう処理は振とう機(アズワン社製、TUBE MIXER TRIO、品番:HM-1N)を用いて行い、超音波照射処理は超音波装置(ブランソン社製、BRANSONIC、品番:5510J-DTH)を用いて行う。ただし、測定にあたり、散乱光量、多重散乱の有無に応じて、ベンジルアルコールを用いて適宜濃度調整すればよい。
上記製造方法において、上記解砕は、得られる無機粒子含有組成物における分散粒子径(Dd)が、用いた上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の平均二次粒子径(D2)より小さく、且つ、下記式で示される解砕度(r)が5未満となるように行うことが好ましい。上記解砕度(r)が3以下となるまで行うことがより好ましく、上記解砕度(r)が2以下となるまで行うことがさらに好ましい。
解砕度(r)=Dd/D1
上記式において、Ddは上記無機粒子含有組成物における分散粒子径(Dd)(単位:nm)であり、D1は用いた上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)(単位:nm)である。
解砕度(r)=Dd/D1
上記式において、Ddは上記無機粒子含有組成物における分散粒子径(Dd)(単位:nm)であり、D1は用いた上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)(単位:nm)である。
上記解砕工程で用いるZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)は、特に制限されないが、平均一次粒子径(D1)が1~50nmであることが好ましい。このようなZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体を平均一次粒子径(D1)近くまで解砕すると、得られる上無機粒子含有組成物を塗膜とした場合に、透明性により優れたものとなる。Zr又はTi含有酸化物の粒子の平均一次粒子径(D1)としてより好ましくは3~45nmであり、更に好ましくは5~40nmであり、一層好ましくは7~30nmであり、特に好ましくは10~25nmである。
解砕工程で用いるZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体は、結晶性のジルコニウムの酸化物及び/又はチタンの酸化物を含むことが好ましい。結晶性のジルコニウムの酸化物、チタンの酸化物の結晶化度の好ましい範囲は、無機粒子含有組成物に含まれる酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩について述べたとおりである。また、上記結晶化度は、粉末X線回折測定により求めることができる。
上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体における平均二次粒子径(D2)は、特に制限されないが、5~25000nmであることが好ましい。上記平均二次粒子径(D2)を上記範囲とすることにより、得られる無機粒子含有組成物が光透過性に優れたものとなり易い傾向がある。上記平均二次粒子径(D2)は、より好ましくは20000nm以下であり、さらに好ましくは10000nm以下であり、特に好ましくは8000nm以下である。下限値はより好ましくは25nm以上であり、さらに好ましくは35nm以上であり、特に好ましくは50nm以上である。
上記解砕工程で用いるZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体における平均一次粒子径(D1)、上記製造方法により得られる無機粒子含有組成物中のZr又はTi含有酸化物の粒子の平均一次粒子径(D1)の定義、分散粒子径(Dd)の定義、及び、これらの測定方法は、上述の無機粒子含有組成物に含まれるZr又はTi含有酸化物についての平均一次粒子径(D1)、分散粒子径(Dd)及びこれらの測定方法と同様である。
上述したように、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体としては、上記凝集度(R)が5以上であるものを用いることが好ましいが、上記凝集度(R)としては、より好ましくは10以上であり、さらに好ましくは15以上である。上限値は特に制限されないが、好ましくは1000以下であり、より好ましくは500以下であり、さらに好ましくは300以下である。
上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の比表面積としては特に制限されないが、1~300m2/gであることが好ましい。より好ましくは10~200m2/gであり、更に好ましくは15~150m2/gである。
Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の比表面積は、BET法により測定された値であり、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の比表面積は、BET法により測定された値であり、具体的には実施例に記載の方法により測定することができる。
上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の構造は、特に制限されず、多孔質構造であってもよいし、緻密な構造であってもよい。また中空形状であってもよい。上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の形状は、特に限定されず、不定形、粒状、板状、柱状、針状等のいずれであってもよいが、粒状が好ましく、粒状の中でも球状が好ましい。なお、上記粒状とは、アスペクト比が1.5以下の偏りのない形状を意味する。
上記解砕工程で用いZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の製造方法は特に制限されず、例えば、従来公知の湿式法、乾式法等により製造することができる。
具体的には例えば、シュウ酸塩の熱分解等の固体原料を熱分解させてZr又はTi含有酸化物の粒子を得る固相合成法、金属アルコキシドを有機溶媒中で加水分解及び縮合反応させる方法や金属硝酸塩、硫酸塩、塩化物等の金属無機塩よりアルカリ水溶液中で酸化物を析出させる方法等の液相合成法、その液相合成法で得られた金属水酸化物又は金属酸化物を高温で焼成する方法;TiCl4等の金属塩化物の加熱蒸気を加熱酸素と反応させ、高温気相で金属酸化物からなる粒子を形成させる方法等の気相反応法等が好ましく挙げられる。中でも気相反応法が好ましい。
具体的には例えば、シュウ酸塩の熱分解等の固体原料を熱分解させてZr又はTi含有酸化物の粒子を得る固相合成法、金属アルコキシドを有機溶媒中で加水分解及び縮合反応させる方法や金属硝酸塩、硫酸塩、塩化物等の金属無機塩よりアルカリ水溶液中で酸化物を析出させる方法等の液相合成法、その液相合成法で得られた金属水酸化物又は金属酸化物を高温で焼成する方法;TiCl4等の金属塩化物の加熱蒸気を加熱酸素と反応させ、高温気相で金属酸化物からなる粒子を形成させる方法等の気相反応法等が好ましく挙げられる。中でも気相反応法が好ましい。
二酸化チタンの製造方法としては、チタンアルコキシドの加水分解生成物を含水アルコール中又は有機酸中で水熱処理する方法、TiCl4の加熱蒸気を加熱酸素と反応させ、高温気相でTiO2粒子を形成させる塩素法、TiOSO4の水溶液を熱加水分解して得られる沈殿であるAnatase型のTiO2微粒子を800~1000℃で焼成し成長させる硫酸法等が好ましく挙げられる。中でも塩素法、硫酸法が好ましい。
上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体として、市販品を用いることもできる。
上記酸化ジルコニウム粒子の市販品としては、第一稀元素化学工業株式会社製;酸化ジルコニウムUEP-100、UEP-50、UEP、新日本電工株式会社製;酸化ジルコニウムPCS-90、PCS-60、株式会社アイテック製;Zirconeo-Cp、Zirconeo-Rp等が挙げられる。
上記酸化チタン粒子の市販品としては、例えば、日本アエロジル株式会社製;AEROXIDE(R)TiO2 P-25、AEROXIDE(R)TiO2 P-90、AEROXIDE(R)TiO2 T-805、AEROXIDE(R)TiO2 NKT-90、テイカ株式会社製;微粒子酸化チタンMT-05、MT-100SA、MT-100HD、MT-500B、石原産業株式会社製;高純度酸化チタンPT-601A、TTO-51(A)、堺化学工業株式会社製;触媒担体用チタニアSSP-M、SSP-N、STR-100N、富士チタン工業株式会社製;マイクロチタンTAF-1500J、TAF-500J、株式会社レゾナック・ホールディングス製;スーパータイタニアF-2、F-4A、F-6A等が挙げられる。
上記チタン酸塩粒子の市販品としては、例えば、Merck社製;チタン酸バリウムナノ粒子等が挙げられる。
上記酸化ジルコニウム粒子の市販品としては、第一稀元素化学工業株式会社製;酸化ジルコニウムUEP-100、UEP-50、UEP、新日本電工株式会社製;酸化ジルコニウムPCS-90、PCS-60、株式会社アイテック製;Zirconeo-Cp、Zirconeo-Rp等が挙げられる。
上記酸化チタン粒子の市販品としては、例えば、日本アエロジル株式会社製;AEROXIDE(R)TiO2 P-25、AEROXIDE(R)TiO2 P-90、AEROXIDE(R)TiO2 T-805、AEROXIDE(R)TiO2 NKT-90、テイカ株式会社製;微粒子酸化チタンMT-05、MT-100SA、MT-100HD、MT-500B、石原産業株式会社製;高純度酸化チタンPT-601A、TTO-51(A)、堺化学工業株式会社製;触媒担体用チタニアSSP-M、SSP-N、STR-100N、富士チタン工業株式会社製;マイクロチタンTAF-1500J、TAF-500J、株式会社レゾナック・ホールディングス製;スーパータイタニアF-2、F-4A、F-6A等が挙げられる。
上記チタン酸塩粒子の市販品としては、例えば、Merck社製;チタン酸バリウムナノ粒子等が挙げられる。
上記解砕工程で用いるカルコゲン化亜鉛は、カルコゲン化亜鉛粒子の凝集体であっても、分散体であってもよい。
例えば、カルコゲン化亜鉛の凝集体は、上述の酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩と同様に、湿式法、乾式法等により製造することができる。
例えば、カルコゲン化亜鉛の凝集体は、上述の酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩と同様に、湿式法、乾式法等により製造することができる。
上記解砕工程で用いるカルコゲン化亜鉛は、亜鉛のカルコゲン化物であれば特に制限されず、亜鉛元素と第16族元素(酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム、リバモリウム)とを含有する化合物であればよい。
カルコゲン化亜鉛として好ましくは酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、及びテルル化亜鉛(ZnTe)等であり、より好ましくは酸化亜鉛、硫化亜鉛であり、更に好ましくは酸化亜鉛である。
上記解砕工程で用いるカルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径は特に制限されないが、1~50nmであることが好ましい。カルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径としてより好ましくは5~40nmであり、さらに好ましくは7~30nmであり、特に好ましくは10~25nmである。上記平均一次粒子径については、無機粒子含有組成物におけるカルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径と同様の意味であり、同様の測定方法により求めることができる。
酸化亜鉛としては、市販の酸化亜鉛の凝集体や分散体を用いることができる。
酸化亜鉛の凝集体の市販品としては、堺化学工業株式会社製;FINEX-50、FINEX-30、FINEX-50LP、FINEX-33W、FINEX-52W-LP2、FINEX-33W-LP2、FINEX-50S-LP2、FINEX-30S-LPT、FINEX-50-ОTS、石原産業株式会社製;超微粒子酸化亜鉛FZО-50等が挙げられる。
酸化亜鉛の分散体としては、堺化学工業株式会社製;DIF-5CS、DIF-AW4ОP-3W等があげられる。
カルコゲン化亜鉛として好ましくは酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、及びテルル化亜鉛(ZnTe)等であり、より好ましくは酸化亜鉛、硫化亜鉛であり、更に好ましくは酸化亜鉛である。
上記解砕工程で用いるカルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径は特に制限されないが、1~50nmであることが好ましい。カルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径としてより好ましくは5~40nmであり、さらに好ましくは7~30nmであり、特に好ましくは10~25nmである。上記平均一次粒子径については、無機粒子含有組成物におけるカルコゲン化亜鉛の平均一次粒子径と同様の意味であり、同様の測定方法により求めることができる。
酸化亜鉛としては、市販の酸化亜鉛の凝集体や分散体を用いることができる。
酸化亜鉛の凝集体の市販品としては、堺化学工業株式会社製;FINEX-50、FINEX-30、FINEX-50LP、FINEX-33W、FINEX-52W-LP2、FINEX-33W-LP2、FINEX-50S-LP2、FINEX-30S-LPT、FINEX-50-ОTS、石原産業株式会社製;超微粒子酸化亜鉛FZО-50等が挙げられる。
酸化亜鉛の分散体としては、堺化学工業株式会社製;DIF-5CS、DIF-AW4ОP-3W等があげられる。
上記解砕方法としては、遊星ミルを用いる方法、アトライターを用いる方法、ジェットミルを用いる方法、振動ボールミルを用いる方法、ボールミルを用いる方法、ビーズを用いる方法が挙げられる。これらの中でも、ビーズを用いる方法が好ましい。短時間で解砕することができる傾向があるためである。
ビーズを用いる方法において、用いるビーズの材質、硬度は特に制限されない。用いる粒子の種類(Zr又はTi含有酸化物)、一次粒子の大きさ、凝集の強さ等により適宜選択すればよい。上記ビーズの材質としては、例えば、ガラス、アルミナ、ジルコン(ジルコニア・シリカ系セラミックス)、ジルコニア、窒化ケイ素、スチール等の無機材料、樹脂材料が挙げられる。解砕する凝集体が結晶性の酸化ジルコニウム粒子及び/又は酸化チタン粒子の凝集体である場合、上記ビーズの材質としてはジルコニアが好ましく、上記ビーズのモース硬度としては8~10の範囲が好ましい。
上記ビーズの平均粒径は特に制限されない。用いる粒子の種類(Zr又はTi含有酸化物)、一次粒子の大きさ、凝集力等により適宜選択すればよいが、通常、平均粒径が0.01mm~2mmの範囲内のビーズを用いる。好ましくは0.02mm以上、より好ましくは0.04mm以上である。好ましくは1mm以下であり、より好ましくは0.5mm以下であり、さらに好ましくは0.1mm以下であり、特に好ましくは0.08mm以下である。
解砕するZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)に対するビーズの平均粒径の比が、100~10000の範囲となるビーズを用いることが好ましい。該比は、200~8000がより好ましく、500~5000がさらに好ましい。
解砕するZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)に対するビーズの平均粒径の比が、100~10000の範囲となるビーズを用いることが好ましい。該比は、200~8000がより好ましく、500~5000がさらに好ましい。
上記ビーズの平均粒径は、個数基準の平均粒径であり、通常は、ビーズの光学顕微鏡像より個々のビーズの粒径(直径)を測定し、個数基準の粒度分布を求め、50%径を該ビーズの平均粒径として採用する。
上記ビーズとしては、市販品を用いることができる。例えば、YTZ(R)ボール(Φ0.015mm、0.03mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm)、アルミナボールHD、HD-11、SSA-995、SSA-999W、SSA-999S(以上、ニッカトー株式会社製)、NZ10、NZ30、NZ50、NZ30HLC、NZ50HLC(以上、ニイミ産業株式会社製)等が挙げられる。
上記ビーズとしては、市販品を用いることができる。例えば、YTZ(R)ボール(Φ0.015mm、0.03mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm)、アルミナボールHD、HD-11、SSA-995、SSA-999W、SSA-999S(以上、ニッカトー株式会社製)、NZ10、NZ30、NZ50、NZ30HLC、NZ50HLC(以上、ニイミ産業株式会社製)等が挙げられる。
上記ビーズを用いる方法において、ビーズの使用量は、特に制限されないが、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体1質量部に対するビーズの割合が1~50質量部となるようにビーズを用いることが好ましい。上記割合は、より好ましくは5~30質量部であり、さらに好ましくは10~20質量部である。
上記ビーズを用いる方法としては、例えば、ペイントシェーカーを用いる方法、ビーズミルを用いる方法が挙げられる。
上記ペイントシェーカーを用いる方法の場合、ビーズを用いてZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体を解砕することができれば、特に制限する条件はなく、平均一次粒子径をできるだけ低減することなく、分散粒子径を低減する条件を選択することが好ましい。このような観点から、好ましい振動速度は100~1000cpmであり、好ましい振動幅は750cpmであり、好ましい処理時間は1~24時間である。
上記方法において用いることのできる装置としては、市販の装置をあげることができ、例えば、No.488試験用分散機(ペイントシェーカー・ペイントコンディショナー)(株式会社東洋精機製作所製)、分散機スタンダードモデル(株式会社セイワ技研製)等が挙げられる。
上記ペイントシェーカーを用いる方法の場合、ビーズを用いてZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体を解砕することができれば、特に制限する条件はなく、平均一次粒子径をできるだけ低減することなく、分散粒子径を低減する条件を選択することが好ましい。このような観点から、好ましい振動速度は100~1000cpmであり、好ましい振動幅は750cpmであり、好ましい処理時間は1~24時間である。
上記方法において用いることのできる装置としては、市販の装置をあげることができ、例えば、No.488試験用分散機(ペイントシェーカー・ペイントコンディショナー)(株式会社東洋精機製作所製)、分散機スタンダードモデル(株式会社セイワ技研製)等が挙げられる。
上記ビーズミルを用いる方法の場合、ビーズを用いてZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体を解砕することができれば、特に制限する条件はなく、平均一次粒子径をできるだけ低減することなく、分散粒子径を低減する条件を選択することが好ましい。このような観点から、好ましい回転数は500rpm~8000rpmであり、好ましい周速は5~20m/sであり、好ましい処理時間は1~24時間であり、循環式の場合の好ましいパス回数は5~500回であり、好ましい流量は0.1~100L/分である。
上記方法において用いることのできる装置としては、市販の装置をあげることができ、例えば、レディーミルRMB、イージーナノRMB、イージーナノRMBII型、Neo―アルファミルNAM、サンドグラインダーBSG、サンドグラインダーESG(以上、アイメックス株式会社製)、ラボスターミニLMZ015、ラボスターミニDMS65、ラボスターミニHFM02、ラボスターLMZ06、ラボスターLME075、ナノ・ゲッター、MAXナノ・ゲッター(以上、アシザワ・ファインテック株式会社製)等が挙げられる。
上記方法において用いることのできる装置としては、市販の装置をあげることができ、例えば、レディーミルRMB、イージーナノRMB、イージーナノRMBII型、Neo―アルファミルNAM、サンドグラインダーBSG、サンドグラインダーESG(以上、アイメックス株式会社製)、ラボスターミニLMZ015、ラボスターミニDMS65、ラボスターミニHFM02、ラボスターLMZ06、ラボスターLME075、ナノ・ゲッター、MAXナノ・ゲッター(以上、アシザワ・ファインテック株式会社製)等が挙げられる。
上記ビーズを用いる方法においては、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛及び分散剤の混合物を上記ビーズと混合し、解砕することが好ましく、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛、分散剤及び上記溶媒の混合物を上記ビーズと混合し、解砕を行うことがより好ましい。
上記解砕工程において、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛、分散剤及び上記溶媒以外の他の成分を更に共存させることができる。上記混合物においてもまた、他の成分を共存させることができる。
上記他の成分としては、例えば、オレイン酸等のカルボン酸系化合物、ベンジルアルコール、シクロヘキシルアルコール等のアルコール系化合物、3―(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート等のシラン化合物、BYK-307、BYK-378等の表面調整剤(表面張力調整剤)等が挙げられる。上記他の成分の含有量は、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の合計100質量部に対し、0.001~10質量部であることが好ましい。より好ましくは0.005~5質量部以下であり、さらに好ましくは1質量部以下である。一方、より好ましくは0.01質量部以上であり、さらに好ましくは0.1質量部以上である。
上記他の成分としては、例えば、オレイン酸等のカルボン酸系化合物、ベンジルアルコール、シクロヘキシルアルコール等のアルコール系化合物、3―(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート等のシラン化合物、BYK-307、BYK-378等の表面調整剤(表面張力調整剤)等が挙げられる。上記他の成分の含有量は、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の合計100質量部に対し、0.001~10質量部であることが好ましい。より好ましくは0.005~5質量部以下であり、さらに好ましくは1質量部以下である。一方、より好ましくは0.01質量部以上であり、さらに好ましくは0.1質量部以上である。
上記ビーズを用いる方法においては、解砕後、得られた組成物よりビーズを除去することが好ましい。ビーズを除去する手段としては、ろ過、遠心分離等が挙げられる。
上述した製造方法により、無機粒子含有組成物が得られるが、上記製造方法は、上記解砕工程後にさらに他の工程を有していてもよい。上記他の工程としては精製工程が挙げられる。例えば、上記ビーズを用いる方法において生成したビーズの摩耗粉や、原料に用いたZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の一部が解砕されずに残留した場合には該残留物を除去するために、ろ過等の精製工程を行うことができる。
上述した製造方法により、無機粒子含有組成物が得られるが、上記製造方法は、上記解砕工程後にさらに他の工程を有していてもよい。上記他の工程としては精製工程が挙げられる。例えば、上記ビーズを用いる方法において生成したビーズの摩耗粉や、原料に用いたZr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体の一部が解砕されずに残留した場合には該残留物を除去するために、ろ過等の精製工程を行うことができる。
〔重合性組成物〕
本発明の無機粒子含有組成物は、そのままでも、無機粒子の機能を発揮し得る機能性コーティング剤等として各種用途に用いることができるが、例えば得られる膜を硬化物膜(塗膜)としたり、基材との密着性を高めたりする等の目的で従来公知の重合性単量体や樹脂成分を添加しさらに付加価値を高めて上記の用途等に用いることもできる。
例えば、無機粒子含有組成物に、塗料やインクに用いられる従来公知の表面張力調整剤を添加することにより、成膜性やインプリント成型性を調整することもできる。
本発明は、無機粒子含有組成物と重合性単量体とを含む重合性組成物でもある。
上記重合性組成物を塗膜形成に用いることは、本発明の好ましい実施形態の1つである。
本発明の無機粒子含有組成物は、そのままでも、無機粒子の機能を発揮し得る機能性コーティング剤等として各種用途に用いることができるが、例えば得られる膜を硬化物膜(塗膜)としたり、基材との密着性を高めたりする等の目的で従来公知の重合性単量体や樹脂成分を添加しさらに付加価値を高めて上記の用途等に用いることもできる。
例えば、無機粒子含有組成物に、塗料やインクに用いられる従来公知の表面張力調整剤を添加することにより、成膜性やインプリント成型性を調整することもできる。
本発明は、無機粒子含有組成物と重合性単量体とを含む重合性組成物でもある。
上記重合性組成物を塗膜形成に用いることは、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記重合性組成物における重合性単量体の割合は特に制限されないが、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して0.5~200質量%であることが好ましい。より好ましくは2~100質量%であり、更に好ましくは5~75質量%であり、特に好ましくは10~50質量%である。
重合性組成物における酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計の含有割合は、特に制限されないが、重合性組成物100質量%に対して1~99質量%であることが好ましい。酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計の含有割合が1質量%以上である場合、塗膜を形成した際の屈折率をより高めることができる。酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計子の含有割合としてより好ましくは5~90質量%であり、更に好ましくは5~75質量%であり、特に好ましくは10~50質量%である。
上記重合性組成物における酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計の含有割合は、組成物中の固形分100質量%に対して15~95質量%であることが好ましい。より好ましくは35~90質量%であり、更に好ましくは50~82質量%である。
上記重合性組成物に含まれる重合性単量体は、重合性官能基を有する単量体であれば特に制限されないが、例えば、エチレン性不飽和基を有する化合物、分子内に開環重合性基を2個以上有する化合物、分子内にイソシアネート基を2個以上含む化合物、分子内にオキサゾリン基を2個以上含む化合物等が挙げられる。
エチレン性不飽和基を有する化合物としては特に制限されないが、アクリル基、メタクリル基、アクリルアミド基、メタアクリルアミド基、アリル基、又は、ビニル基、マレイミド基等のラジカル硬化性基及び/又は付加硬化性基を有する化合物が挙げられ、具体例としては、ジビニルベンゼン等の芳香族ビニル系モノマー;ジアリルフタレート、ジアリルベンゼンホスホネート等の芳香族アリル系モノマー;N-ベンジル(メタ)アクリルアミド、4-アクリロイルモルフォリン等の(メタ)アクリルアミドモノマー;酢酸ビニル等のビニルエステルモノマー;ビス(4-ビニルチオフェニル)スルフィド、フェニルビニルスルフィド等のビニルチオエーテル;(ジ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸ベンジル、9,9-ビス(4-(メタ)アクリロイルオキシフェニル)フルオレン、(9H-フルオレン-9,9-ジイル)ビス(4,1-フェニレン)ジ(メタ)アクリレート等のフルオレン骨格を有するジ(メタ)アクリレート、トリス[2-(メタ)アクリロイルオキシエチル]トリアジンベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸(1-ナフチル)メチル、2-ナフタレン(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸(デカヒドロ-1,4:5,8-ジメタノナフタレン)-2-イル、4-フェニルベンジル(メタ)アクリレート、2-フェニルベンジル(メタ)アクリレート等のビフェニルメチル(メタ)アクリレート、4,4’-ビス(メタ)アクリルオキシメチルビフェニル、o-フェニルフェノールエチル(メタ)アクリレート、フェノキシベンジル(メタ)アクリレート、o-フェニルフェノール-(EO)付加-(メタ)アクリレート、o-フェニルフェノール-(EO)2-(メタ)アクリレート、ビスフェノールA(メタ)アクリレート、ビスフェノールA-(EO)付加-(メタ)アクリレート、ビスフェノールS(メタ)アクリレート、ビスフェノールS-(EO)付加-(メタ)アクリレート、ウレンタン(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、ビス(4-メタクリロイルチオフェニル)スルフィド等の硫黄含有(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸1H,1H,2H,2H-ヘプタフルオロデシル、アダマンチル骨格を有する(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル系モノマー;トリアリルシアヌレート;グリシジル(メタ)アクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート等が挙げられる。
分子内に開環重合性基を2個以上有する化合物としては特に制限されないが、エポキシ基、オキセタン基、エチレンスルフィド基、アジリジン基等の開環重合性基を有する化合物が挙げられ、具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、フルオレン系エポキシ化合物、ブロモ置換基を有する芳香族エポキシ化合物等の芳香族エポキシ化合物;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール(PEG600)とエピハロヒドリンとの縮合反応により得られるもの等の脂肪族エポキシ化合物、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、イプシロン-カプロラクトン変性3,4-エポキシシクロヘキシルメチル3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビス-(3,4-エポキシシクロヘキシル)アジペート等の脂環式エポキシ化合物、水添ビスフェノールA型エポキシ化合物、水添ビスフェノールS型エポキシ化合物、水添ビスフェノールF型エポキシ化合物等の水添エポキシ化合物、1,2-ビス〔(3-エチル-3-オキセタニルメトキシ)メチル〕エタン、ジペンタエリスリトールテトラキス(3-エチル-3-オキセタニルメチル)エーテル等の脂肪族オキセタン化合物;フェノールノボラックオキセタン、ビフェニル骨格を有するジオキセタン化合物(宇部興産社製、ETERNACOLL(登録商標)OXBP)、フェニル骨格を有するジオキセタン化合物(宇部興産社製、ETERNACOLL(登録商標)OXTP)、フルオレン骨格を有するジオキセタン化合物等の芳香族オキセタン化合物、ビス(2,3-エピチオプロピル)スルフィド、ビス(2,3-エピチオプロピル)ジスルフィド、1,3-ビス(2,3-エピチオプロピルチオ)シクロヘキサン等の脂肪族エピスルフィド化合物;1,2-ビス(2,3-エピチオプロピルチオ)ベンゼン、1,3-ビス(2,3-エピチオプロピルチオ)ベンゼン等の芳香族エピスルフィド化合物;3-メルカプトプロピレンスルフィド、4-メルカプトブテンスルフィド等のメルカプト基含有エピチオ化合物等があげられる。
分子内にイソシアネート基を2個以上含む化合物としては特に制限されないが、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジントリイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート化合物;イソホロンジイソシアネート、ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、4,9-ビス(イソシアナトメチル)トリシクロデカン等の脂環族ポリイソシアネート化合物;トリレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、ジフェニルスルフィド-4,4-ジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート化合物;4,5-ビス(イソシアナトメチル)-1,3-ジチオラン等の複素環ポリイソシアネート化合物;ビス(イソチオシアナトエチル)ジスルフィド等の脂肪族ポリイソチオシアネート化合物;3,9-ビス(イソチオシアナトメチル)トリシクロデカン、4,8-ビス(イソチオシアナトメチル)トリシクロデカン等の脂環族ポリイソチオシアネート化合物;トリレンジイソチオシアネート等の芳香族ポリイソチオシアネート化合物;2,5-ジイソチオシアナトチオフェン、2,5-ビス(イソチオシアナトメチル)チオフェン等の含硫複素環ポリイソチオシアネート化合物等があげられる。
分子内にオキサゾリン基を2個以上含む化合物としては、例えば、2,2’-(1,3-フェニレン)ビス-(2-オキサゾリン)、日本触媒製、エポクロス(登録商標)等のオキサゾリン基含有ポリマー等があげられる。
重合性単量体として好ましくはエチレン性不飽和基を有する化合物であり、より好ましくは(メタ)アクリル基を有する化合物であり、更に好ましくは芳香族基を有する(メタ)アクリル系モノマーである。
上記重合性組成物は、上記Zr又はTi含有酸化物の粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛、分散剤、溶媒及び重合性単量体以外のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては上述の表面調整剤、重合開始剤、光増感剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、顔料、染料、酸化防止剤、樹脂、反応性希釈剤、光安定剤、可塑剤、非反応性化合物、連鎖移動剤、熱重合開始剤、嫌気重合開始剤、重合禁止剤、無機充填剤、有機充填剤、カップリング剤等の密着向上剤、熱安定剤、防菌・防カビ剤、難燃剤、艶消し剤、消泡剤、レベリング剤、湿潤・分散剤、沈降防止剤、増粘剤・タレ防止剤、色分かれ防止剤、乳化剤、スリップ・スリキズ防止剤、皮張り防止剤、乾燥剤、防汚剤、帯電防止剤、導電剤(静電助剤)等が挙げられる。
その他の成分としては上述の表面調整剤、重合開始剤、光増感剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、顔料、染料、酸化防止剤、樹脂、反応性希釈剤、光安定剤、可塑剤、非反応性化合物、連鎖移動剤、熱重合開始剤、嫌気重合開始剤、重合禁止剤、無機充填剤、有機充填剤、カップリング剤等の密着向上剤、熱安定剤、防菌・防カビ剤、難燃剤、艶消し剤、消泡剤、レベリング剤、湿潤・分散剤、沈降防止剤、増粘剤・タレ防止剤、色分かれ防止剤、乳化剤、スリップ・スリキズ防止剤、皮張り防止剤、乾燥剤、防汚剤、帯電防止剤、導電剤(静電助剤)等が挙げられる。
記重合開始剤としては特に制限されず、従来公知の熱重合開始剤、光重合開始剤を適宜選択して用いることができ、例えば、アミノベンゾエート系開始剤、アセトフェノン系開始剤、ベンゾイン系開始剤、ベンゾフェノン系開始剤、アシルフォスフィンオキサイド系開始剤、オキシムエステル系開始剤、カチオン性開始剤等が挙げられる。上記重合開始剤は、市販されているものを使用することができ、例えば、IGM RESINS社製の「Esacure A198」、「Omnipol ASA」「Omnirad EDB」、「Omnirad EHA」、Rahn AG社製の「GENOPOL AB-1」「GENOPOL AB-2」等のアミノベンゾエート系開始剤や、IGM RESINS社製の「Omnirad 1173」、「Omnirad 127」、「Esacure KIP 150」、「Esacure KIP 160」、「Omnirad 184」等のアセトフェノン系開始剤や、IGM RESINS社製の「Omnirad TPO」、「Omnirad TPO-L」、「Omnirad 819」等のアシルフォスフィンオキサイド系開始剤や、IGM RESINS社製の「Omnirad 1312」、「Omnirad 1314」、「Omnirad 1316」等のオキシムエステル系開始剤や、IGM RESINS社製の「Omnicat 250」、「Omnicat 432」等のカチオン性開始剤などが挙げられる。
上記重合開始剤の含有量は特に制限されないが、たとえば、上記重合性単量体100質量%に対して、0.01~20質量%の範囲であることが好ましく、0.05~10質量%であることが更に好ましく、0.1~5質量%であることが更により好ましい。
上記重合開始剤の含有量は特に制限されないが、たとえば、上記重合性単量体100質量%に対して、0.01~20質量%の範囲であることが好ましく、0.05~10質量%であることが更に好ましく、0.1~5質量%であることが更により好ましい。
光増感剤としては特に制限されず、従来公知の光増感剤を適宜選択して用いることができ、例えば、IGM RESINS社製の「Omnirad ITX」、「Omnirad DETX」、「Omnirad DETX」等のチオキサントン系光増感剤や、「Esacure3644」等のクマリン系光増感剤等が挙げられる。
上記光増感剤の含有量は特に制限されないが、たとえば、上記重合性単量体100質量%に対して、0.01~20質量%の範囲であることが好ましく、0.05~10質量%であることが更に好ましく、0.1~5質量%であることが更により好ましい。
上記光増感剤の含有量は特に制限されないが、たとえば、上記重合性単量体100質量%に対して、0.01~20質量%の範囲であることが好ましく、0.05~10質量%であることが更に好ましく、0.1~5質量%であることが更により好ましい。
紫外線吸収剤としては特に制限されず、従来公知の紫外線吸収剤を適宜選択して用いることができ、例えば、BASF社製TINUVIN400、TINUVIN405、TINUVIN460、TINUVIN479等のトリアジン系紫外線吸収剤や、TINUVIN326、TINUVIN360、TINUVIN900、TINUVIN928、TINUVIN1130等のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤等が挙げられる。
光安定化剤としては特に制限されず、従来公知の光安定化剤を適宜選択して用いることができ、例えば、アデカスタブLA-52、アデカスタブLA-57、アデカスタブLA-63P、アデカスタブLA-68、アデカスタブLA-72、アデカスタブLA-77、アデカスタブLA-81、アデカスタブLA-82、アデカスタブLA-87、アデカスタブLA-402XP、アデカスタブLA-502XP(いずれもADEKA社製)、チヌビン111FDL、チヌビン123、チヌビン144(ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)[{3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル}メチル]ブチルマロネート)、チヌビン292(ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケートとメチル1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジルセバケートとの混合物)、チヌビン5100(いずれもBASF社製)等が挙げられる。
上記重合性組成物を硬化する方法は、特に制限されず、例えば、加熱による方法(熱硬化)、活性エネルギー線を用いる方法など従来公知の方法を用いることができる。加熱による方法の場合、加熱温度は、特に制限されないが、50~400℃が好ましく、100~300℃がより好ましい。また加熱時間は、特に制限されないが、0.01~10時間が好ましく、0.1~2時間がより好ましい。上記活性エネルギー線を用いる方法の場合、活性エネルギー線としては紫外線、または電子線が好ましく、紫外線がより好ましい。紫外線照射を行う場合、紫外線照射量(積算露光量)は特に制限されないが、0.001~100J/cm2の範囲となるよう照射することが好ましく、より好ましくは、0.01~50J/cm2、さらに好ましくは0.05~10J/cm2である。光源としては、各種水銀灯、LED等を用いることができるが、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ、LEDが好ましい。
上記重合性組成物を用いて塗膜を形成する方法としては特に制限されないが、基材等に塗布して塗膜を形成することが好ましい。
塗布により塗膜を形成する場合、塗布方法は、特に制限されず、従来公知の方法を採用することができる。中でも、スピン塗布、バーコート塗布、スキージ塗布、インクジェット塗布、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法等が好ましい。塗布する厚みは、特に制限されず、得られる膜の用途等に応じて適宜選択すればよい。例えば光学材料として用いる場合、得られる膜の厚みが0.01~1000μmとなるよう塗布厚みを調整することが好ましい。上記塗布厚みは、より好ましくは0.1~100μmであり、さらに好ましくは0.5~10μmである。
塗布により塗膜を形成する場合、塗布方法は、特に制限されず、従来公知の方法を採用することができる。中でも、スピン塗布、バーコート塗布、スキージ塗布、インクジェット塗布、スプレー法、ロールコート法、回転塗布法等が好ましい。塗布する厚みは、特に制限されず、得られる膜の用途等に応じて適宜選択すればよい。例えば光学材料として用いる場合、得られる膜の厚みが0.01~1000μmとなるよう塗布厚みを調整することが好ましい。上記塗布厚みは、より好ましくは0.1~100μmであり、さらに好ましくは0.5~10μmである。
上記塗膜形成において、塗布した膜(塗膜)に対し、加熱および/または活性エネルギー線照射を行うことが好ましい。塗膜に含まれる溶媒を、加熱することにより蒸発除去することができる。また、加熱することにより、又は活性エネルギー線照射を行うことにより、塗膜に含まれる重合性単量体等の反応を促進し硬化膜を得ることができる。
上記塗膜形成において、加熱をする場合、加熱温度は、特に制限されないが、50~400℃が好ましく、100~300℃がより好ましい。また加熱時間は、特に制限されないが、0.01~10時間が好ましく、0.1~2時間がより好ましい。
上記活性エネルギー線としては紫外線、または電子線が好ましく、紫外線がより好ましい。紫外線照射を行う場合、紫外線照射量(積算露光量)は特に制限されないが、好ましい量としては上述のとおりである。
上記重合性組成物を塗布する基材は、特に制限されないが、例えば、ガラス板、石英板、有機樹脂フィルム、有機樹脂成型物、これらの表面に透明無機酸化物層を有するフィルム、シート、板等の光透過性基板;Si半導体基板、InGaAs等の化合物半導体基板等の受光基板;LED、有機EL、レーザーダイオード(半導体レーザー)等の発光基板等が好ましい。
上記重合性組成物を用いて塗膜を形成した後、金型、樹脂型を用いてナノインプリント成型法等によりパターンを形成することも本発明の好ましい実施形態の一つである。
パターン形成方法としては特に制限されないが、上述の方法等により基板に重合性組成物を塗布して塗膜を形成する工程と、塗膜形成工程で得られた塗膜に凹凸パターンを有するモールドを押圧してパターンを形成する工程を含むことが好ましい。
パターン形成方法としては特に制限されないが、上述の方法等により基板に重合性組成物を塗布して塗膜を形成する工程と、塗膜形成工程で得られた塗膜に凹凸パターンを有するモールドを押圧してパターンを形成する工程を含むことが好ましい。
上記パターン形成工程において用いられるモールドは、表面に凹凸からなる転写パターンが形成されたものであれば特に制限されないが、モールド表面の材質としては、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、石英、ガラス等が挙げられる。
上記モールド表面の表面張力としては特に制限されないが、40mN/m以下であることが好ましい。より好ましくは35mN/m以下であり、更に好ましくは30mN/m以下であり、特に好ましくは25mN/m以下である。
〔用途〕
本発明の無機粒子含有組成物、重合性組成物は、光学材料、オプトデバイス部材、表示デバイス部材等の光学用途を始め、機械部品材料、電気・電子部品材料、自動車部品材料、土木建築材料等の各種用途において、成型材料あるいは成型材料用原料、コーティング剤あるいはコーティング剤用原料、ナノインプリントリソグラフィ等のナノ粒子インク等として好ましく使用される。
本発明の無機粒子含有組成物、重合性組成物は、光学材料、オプトデバイス部材、表示デバイス部材等の光学用途を始め、機械部品材料、電気・電子部品材料、自動車部品材料、土木建築材料等の各種用途において、成型材料あるいは成型材料用原料、コーティング剤あるいはコーティング剤用原料、ナノインプリントリソグラフィ等のナノ粒子インク等として好ましく使用される。
例えば、上記無機粒子含有組成物、重合性組成物は、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含むため、特に、光学材料、オプトデバイス部材、表示デバイス部材の製造に好適に使用することができる。具体的な用途として、例えば、眼鏡レンズ、VR(仮想現実)、AR(拡張現実)、MR(複合現実)を可能とするデジタル眼鏡・ゴーグル・ディスプレイ、(デジタル)カメラや携帯電話用カメラや車載カメラ等のカメラ用撮像レンズ、光ビーム集光レンズ、光拡散用レンズ等のレンズ、LED用封止材、光学用接着剤、光学用粘接着材、光伝送用接合材料、フィルター、回折格子、回折光学素子、プリズム、光案内子、ウォッチガラス、表示装置用のカバーガラス等の透明ガラスやカバーガラス等の光学材料用途;フォトセンサー(光学センサー(CMOSセンサー、TOFセンサー等))、フォトスイッチ、LED、マイクロLED、発光素子、光導波管、合波器、分波器、断路器、光分割器、光ファイバー接着剤等のオプトデバイス部材用途;LCDや有機ELやPDP等の表示素子用基板、カラーフィルター用基板、タッチパネル用基板、タッチパネル等に使用するインデックスマッチング材、ディスプレイ保護膜、ディスプレイバックライト、導光板、反射防止フィルム、防曇フィルム、LED・有機EL等光取出し向上剤等の表示デバイス部材用途;無機製、ガラス製、または樹脂製等の基板上に精密・薄膜化可能な回折光学素子、レンズ等を形成できるインプリント成型が適用可能な用途;ウエハレベルオプティクス等が挙げられる。これらの中でも撮像レンズ、VR(仮想現実)、AR(拡張現実)、MR(複合現実)を可能とするデジタル眼鏡・ゴーグル・ディスプレイ、フィルター、回折格子、回折光学素子、プリズム、光案内子、LED、マイクロLED、発光素子、カラーフィルター、タッチパネルがより好ましい。
また、上記無機粒子含有組成物、重合性組成物は、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種を含み、屈折率が高いため、高屈折率成型材料、あるいは高屈折率成型材料用原料、高屈折率膜形成用コーティング剤、あるいは高屈折率膜形成用コーティング剤用原料として、上記の用途、特に上記の光学材料、オプトデバイス部材、表示デバイス部材、ナノインプリントリソグラフィ等のナノ粒子インクの製造に好ましく用いることができる。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。
[酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩、カルコゲン化亜鉛に関する評価]
各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛における結晶構造、結晶化度、平均一次粒子径(D1)、比表面積、組成は以下のようにして測定した。
各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛における結晶構造、結晶化度、平均一次粒子径(D1)、比表面積、組成は以下のようにして測定した。
<結晶構造の評価方法>
各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛を試料として、結晶構造、結晶化度は、X線回折装置SmartLab(リガク社製)を用いて測定した。測定条件は以下のとおりである。
X線源:CuKα(0.154nm)
X線出力設定:45kV、200mA
サンプリング幅:0.0200°
スキャンスピード:5.0000°/min
測定範囲:5~90°
測定温度:25℃
結晶構造は、各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛を試料とし、得られたX線回折パターンにより判定した。
各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛を試料として、結晶構造、結晶化度は、X線回折装置SmartLab(リガク社製)を用いて測定した。測定条件は以下のとおりである。
X線源:CuKα(0.154nm)
X線出力設定:45kV、200mA
サンプリング幅:0.0200°
スキャンスピード:5.0000°/min
測定範囲:5~90°
測定温度:25℃
結晶構造は、各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛を試料とし、得られたX線回折パターンにより判定した。
<平均一次粒子径(D1)>
各実施例、比較例で用いた無機粒子の凝集体が酸化ジルコニウム(結晶性)を無機成分とするものである場合は、X線回折測定を行い、得られたX線回折パターンにおいて回折強度が最も大きい回折線(最強線)の半値全幅より結晶子径を求め、求めた値を平均一次粒子径(D1)とした。実施例5、6以外の実施例において用いた各無機粒子の凝集体においては格子面(11-1)の回折線が最強線となっており、格子面(11-1)の回折線の半値全幅を測定し、得られた値より解析ソフト(PDXL2)を用いて結晶子径Dc(11-1)の値を算出し、得られた値を、用いた各無機粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)とした。実施例5、6において用いた各無機粒子の凝集体が酸化チタン(結晶性)を無機成分とするものである場合においては格子面(101)の回折線が最強線となっており、該回折線の半値全幅より上記の場合と同様にして結晶子径Dc(101)の値を算出し、得られた値を、用いた各無機粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)とした。X線回折測定を行った装置及び条件は結晶構造の場合と同様である。実施例1~7において用いたカルコゲン化亜鉛が酸化亜鉛(結晶性)を無機成分とするものである場合においては格子面(101)の回折線が最強線となっており、該回折線の半値全幅より上記の場合と同様にして結晶子径Dc(101)の値を算出し、得られた値を、用いた各無機粒子の平均一次粒子径(D1)とした。X線回折測定を行った装置および条件は結晶構造の場合と同様である。
各実施例、比較例で用いた無機粒子の凝集体が酸化ジルコニウム(結晶性)を無機成分とするものである場合は、X線回折測定を行い、得られたX線回折パターンにおいて回折強度が最も大きい回折線(最強線)の半値全幅より結晶子径を求め、求めた値を平均一次粒子径(D1)とした。実施例5、6以外の実施例において用いた各無機粒子の凝集体においては格子面(11-1)の回折線が最強線となっており、格子面(11-1)の回折線の半値全幅を測定し、得られた値より解析ソフト(PDXL2)を用いて結晶子径Dc(11-1)の値を算出し、得られた値を、用いた各無機粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)とした。実施例5、6において用いた各無機粒子の凝集体が酸化チタン(結晶性)を無機成分とするものである場合においては格子面(101)の回折線が最強線となっており、該回折線の半値全幅より上記の場合と同様にして結晶子径Dc(101)の値を算出し、得られた値を、用いた各無機粒子の凝集体の平均一次粒子径(D1)とした。X線回折測定を行った装置及び条件は結晶構造の場合と同様である。実施例1~7において用いたカルコゲン化亜鉛が酸化亜鉛(結晶性)を無機成分とするものである場合においては格子面(101)の回折線が最強線となっており、該回折線の半値全幅より上記の場合と同様にして結晶子径Dc(101)の値を算出し、得られた値を、用いた各無機粒子の平均一次粒子径(D1)とした。X線回折測定を行った装置および条件は結晶構造の場合と同様である。
<比表面積>
各実施例、比較例で用いた無機粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛の比表面積は、BELSORP-MR6(マイクロトラック・ベル製)を用いて、BET法によりBET比表面積を測定した。測定試料は、無機粒子の凝集体を25℃の真空乾燥機中で、20時間、真空乾燥したものを試料とした。
各実施例、比較例で用いた無機粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛の比表面積は、BELSORP-MR6(マイクロトラック・ベル製)を用いて、BET法によりBET比表面積を測定した。測定試料は、無機粒子の凝集体を25℃の真空乾燥機中で、20時間、真空乾燥したものを試料とした。
<組成>
各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛を試料として、蛍光X線分析(XRF)を行い、金属元素、硫黄、塩素の含有量を評価した。具体的には、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛について蛍光X線分析(XRF)により検出された各金属元素、硫黄、塩素の含有質量の合計に対する各元素の含有質量の割合を求めた。
各実施例、比較例で用いた酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛を試料として、蛍光X線分析(XRF)を行い、金属元素、硫黄、塩素の含有量を評価した。具体的には、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、チタン酸塩粒子の凝集体、カルコゲン化亜鉛について蛍光X線分析(XRF)により検出された各金属元素、硫黄、塩素の含有質量の合計に対する各元素の含有質量の割合を求めた。
[無機粒子含有組成物に関する評価]
各実施例、比較例で得られた無機粒子含有組成物における分散粒子径(Dd)は以下のようにして測定した。
各実施例、比較例で得られた無機粒子含有組成物における分散粒子径(Dd)は以下のようにして測定した。
<分散粒子径(Dd)>
各実施例、比較例で得られた無機粒子含有組成物を用いて、以下のようにして試料を調製し、濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000(大塚電子株式会社)により、体積基準の粒度分布を測定し、それぞれ10%粒子径をD10、50%粒子径をD50、99%粒子径をD99とし、50%粒子径(D50)を、測定した無機粒子含有組成物の分散粒子径(Dd)とした。
(測定試料の調製方法)
各実施例、比較例で得られた無機粒子含有組成物を、各組成物に含まれる無機粒子の濃度として3質量%程度となるよう、各実施例で用いた溶媒(D)で希釈したものを測定試料とした。なお、測定にあたり、散乱光量、多重散乱の有無に応じて適宜濃度調整を行った。
各実施例、比較例で得られた無機粒子含有組成物を用いて、以下のようにして試料を調製し、濃厚系粒径アナライザーFPAR-1000(大塚電子株式会社)により、体積基準の粒度分布を測定し、それぞれ10%粒子径をD10、50%粒子径をD50、99%粒子径をD99とし、50%粒子径(D50)を、測定した無機粒子含有組成物の分散粒子径(Dd)とした。
(測定試料の調製方法)
各実施例、比較例で得られた無機粒子含有組成物を、各組成物に含まれる無機粒子の濃度として3質量%程度となるよう、各実施例で用いた溶媒(D)で希釈したものを測定試料とした。なお、測定にあたり、散乱光量、多重散乱の有無に応じて適宜濃度調整を行った。
[各合成例で得られた硫黄含有重合体に関する評価]
各合成例で得られた硫黄含有重合体の平均分子量等は以下のようにして測定した。
<重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)>
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により、下記の条件で測定して、各合成例で得られた硫黄含有重合体の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求めた。
装置1:SHIMADZU社製、CBM-20A
装置2:アジレント・テクノロジー社製 1260 Infinity
検出器:示差屈折率検出器(RI)(SHIMADZU社製、SPD-20MA)、及び、紫外可視赤外分光光度計(SHIMADZU社製、SPD-20MA)
カラム:TOSOH社製、TSKgel SuperHM-N
カラム温度:40℃
流速:0.3ml/min
検量線:Polystyrene Standards
溶離液:クロロホルム、テトラヒドロフラン
各合成例で得られた硫黄含有重合体の平均分子量等は以下のようにして測定した。
<重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)>
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により、下記の条件で測定して、各合成例で得られた硫黄含有重合体の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求めた。
装置1:SHIMADZU社製、CBM-20A
装置2:アジレント・テクノロジー社製 1260 Infinity
検出器:示差屈折率検出器(RI)(SHIMADZU社製、SPD-20MA)、及び、紫外可視赤外分光光度計(SHIMADZU社製、SPD-20MA)
カラム:TOSOH社製、TSKgel SuperHM-N
カラム温度:40℃
流速:0.3ml/min
検量線:Polystyrene Standards
溶離液:クロロホルム、テトラヒドロフラン
<MALDI(飛行時間型質量分析)>
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件でMALDI測定を行った。
装置:飛行時間型質量分析装置(Bruker AutoflexIII)
サンプル調製:1.0gのテトラヒドロフランに約2mgの測定試料、マトリックス剤として、20mgの2,5-ジヒドロキシ安息香酸、イオン化剤として、2.0mgのヨウ化ナトリウムを溶解させ、調整した溶液を測定用ターゲットプレートに塗布後、室温で100分程乾燥した。
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件でMALDI測定を行った。
装置:飛行時間型質量分析装置(Bruker AutoflexIII)
サンプル調製:1.0gのテトラヒドロフランに約2mgの測定試料、マトリックス剤として、20mgの2,5-ジヒドロキシ安息香酸、イオン化剤として、2.0mgのヨウ化ナトリウムを溶解させ、調整した溶液を測定用ターゲットプレートに塗布後、室温で100分程乾燥した。
<1H-NMR>
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件で1H-NMR測定を行った。
装置:日本電子株式会社製、核磁気共鳴装置(400MHz)
測定溶媒:重ジクロロメタン、重クロロホルム
サンプル調製:得られた重合体の数mg~数十mgを測定溶媒に溶解した。
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件で1H-NMR測定を行った。
装置:日本電子株式会社製、核磁気共鳴装置(400MHz)
測定溶媒:重ジクロロメタン、重クロロホルム
サンプル調製:得られた重合体の数mg~数十mgを測定溶媒に溶解した。
<13C-NMR>
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件で13C-NMR測定を行った。
装置:日本電子株式会社製、核磁気共鳴装置(400MHz)
測定溶媒:重クロロホルム
サンプル調製:各合成例で得られた硫黄含有重合体の数十mg~数百mgを測定溶媒に溶解した。
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件で13C-NMR測定を行った。
装置:日本電子株式会社製、核磁気共鳴装置(400MHz)
測定溶媒:重クロロホルム
サンプル調製:各合成例で得られた硫黄含有重合体の数十mg~数百mgを測定溶媒に溶解した。
<IR>
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件でIR測定を行った。
装置:JASCO社製フーリエ変換赤外分光光度計(FT/IR-6100)
サンプル調製:約2mgのサンプルを約300mgの乾燥臭化カリウム(KBr)で希釈した。混合物を乳鉢及び乳棒ですりつぶし、成型した。
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の条件でIR測定を行った。
装置:JASCO社製フーリエ変換赤外分光光度計(FT/IR-6100)
サンプル調製:約2mgのサンプルを約300mgの乾燥臭化カリウム(KBr)で希釈した。混合物を乳鉢及び乳棒ですりつぶし、成型した。
<元素含有比率O/S比>
各合成例で得られた硫黄含有重合体が10%濃度になるようにシクロヘキサノン溶媒に溶解し、重合体溶液を調製した。該重合体溶液0.25mlを、シリコンウェハ上にスピンコートすることにより製膜した試料を用いて、JEOL社製光電子分光装置(JPS-9010TR、XPS装置、光源:Mg、X線出力:400W)を用い、硫黄原子の2p軌道由来のピーク強度と酸素原子の1s軌道由来のピーク強度を測定し、その積分比を計算することでO/S比を算出した。必要に応じて、炭素原子の1s軌道由来のピーク強度も測定し、その結果も考慮してO/S比を算出した。また、硫黄原子ピークについては、スルフィドとジスルフィドのピークにピーク分離できるものに関して、スルフィド/ジスルフィド比も算出した。なお、測定方法及び結合エネルギーの位置等は、Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy(JEOL社、1991年3月発行)を参考とした。1H-NMR測定により、スルフィドとスルホキシドのピーク分離が可能であるものに関しては、それぞれの積分比を計算することでO/S比を算出した。
各合成例で得られた硫黄含有重合体が10%濃度になるようにシクロヘキサノン溶媒に溶解し、重合体溶液を調製した。該重合体溶液0.25mlを、シリコンウェハ上にスピンコートすることにより製膜した試料を用いて、JEOL社製光電子分光装置(JPS-9010TR、XPS装置、光源:Mg、X線出力:400W)を用い、硫黄原子の2p軌道由来のピーク強度と酸素原子の1s軌道由来のピーク強度を測定し、その積分比を計算することでO/S比を算出した。必要に応じて、炭素原子の1s軌道由来のピーク強度も測定し、その結果も考慮してO/S比を算出した。また、硫黄原子ピークについては、スルフィドとジスルフィドのピークにピーク分離できるものに関して、スルフィド/ジスルフィド比も算出した。なお、測定方法及び結合エネルギーの位置等は、Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy(JEOL社、1991年3月発行)を参考とした。1H-NMR測定により、スルフィドとスルホキシドのピーク分離が可能であるものに関しては、それぞれの積分比を計算することでO/S比を算出した。
<結合エネルギー>
各合成例で得られた硫黄含有重合体が10%濃度になるようにシクロヘキサノン溶媒に溶解し、重合体溶液を調製した。該重合体溶液0.25mlを、シリコンウェハ上にスピンコートすることにより製膜した試料を用いて、JEOL社製光電子分光装置(JPS-9010TR、XPS装置)を用い、硫黄原子の2p3/2軌道のピーク位置より結合エネルギーを計測した。
各合成例で得られた硫黄含有重合体が10%濃度になるようにシクロヘキサノン溶媒に溶解し、重合体溶液を調製した。該重合体溶液0.25mlを、シリコンウェハ上にスピンコートすることにより製膜した試料を用いて、JEOL社製光電子分光装置(JPS-9010TR、XPS装置)を用い、硫黄原子の2p3/2軌道のピーク位置より結合エネルギーを計測した。
<有機元素分析>
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の装置で元素分析測定を行った。
装置:ジェイ・サイエンス・ラボJM10
各合成例で得られた硫黄含有重合体について、下記の装置で元素分析測定を行った。
装置:ジェイ・サイエンス・ラボJM10
[各実施例、比較例で作製したコーティング膜の評価]
各実施例、比較例で作製したコーティング膜に関する各評価は以下のようにして行った。
<UV照射によるコーティング膜の硬化方法>
各実施例、比較例で作製したコーティング膜付きスライドガラスにおける硬化膜の作製は、エリアUV照射器を用いてコーティング膜付きスライドガラスのコーティング膜にUV照射することでコーティング膜の硬化を行い成膜した。装置は以下の通りである。
装置:エリアUV照射システム(シーシーエス株式会社製)
電源:PSCC-60048-NL(シーシーエス株式会社製)
照射波長:365nm
照射強度:100mW/cm2
各実施例、比較例で作製したコーティング膜に関する各評価は以下のようにして行った。
<UV照射によるコーティング膜の硬化方法>
各実施例、比較例で作製したコーティング膜付きスライドガラスにおける硬化膜の作製は、エリアUV照射器を用いてコーティング膜付きスライドガラスのコーティング膜にUV照射することでコーティング膜の硬化を行い成膜した。装置は以下の通りである。
装置:エリアUV照射システム(シーシーエス株式会社製)
電源:PSCC-60048-NL(シーシーエス株式会社製)
照射波長:365nm
照射強度:100mW/cm2
<膜の屈折率、膜厚の評価方法>
各実施例、比較例で得られたコーティング膜の屈折率、膜厚は、各実施例、比較例で作製したコーティング膜付きスライドガラスにおけるコーティング膜の反射スペクトルより求めた。屈折率は下記の装置を用い、測定した反射率から算出した589nmにおける屈折率の値、膜厚の値を評価した。各実施例、比較例で得られた硬化膜の屈折率、膜厚についても同様の方法で求めた。
装置:フィルメトリクス社製膜厚測定システムF-20
標準ファイバーステージSS-1 (スポット径1.5mm)
各実施例、比較例で得られたコーティング膜の屈折率、膜厚は、各実施例、比較例で作製したコーティング膜付きスライドガラスにおけるコーティング膜の反射スペクトルより求めた。屈折率は下記の装置を用い、測定した反射率から算出した589nmにおける屈折率の値、膜厚の値を評価した。各実施例、比較例で得られた硬化膜の屈折率、膜厚についても同様の方法で求めた。
装置:フィルメトリクス社製膜厚測定システムF-20
標準ファイバーステージSS-1 (スポット径1.5mm)
<膜の透明性(ヘイズ)の評価方法>
透明性は、ヘイズの測定により判定した。
各実施例、比較例で作製したコーティング膜付きスライドガラスのヘイズ測定を行い、得られた測定値より、基板として用いたスライドガラス基板のヘイズ測定値を差引いたものを、コーティング膜のヘイズとした。各実施例、比較例で得られた硬化膜のヘイズについても同様の方法で求めた。
ヘイズは下記の装置を用いた。
装置:日本電色工業社製濁度計HAZE METER NDH5000
透明性は、ヘイズの測定により判定した。
各実施例、比較例で作製したコーティング膜付きスライドガラスのヘイズ測定を行い、得られた測定値より、基板として用いたスライドガラス基板のヘイズ測定値を差引いたものを、コーティング膜のヘイズとした。各実施例、比較例で得られた硬化膜のヘイズについても同様の方法で求めた。
ヘイズは下記の装置を用いた。
装置:日本電色工業社製濁度計HAZE METER NDH5000
(硫黄含有重合体の合成)
[合成例1]
<硫黄含有重合体(Po1a)の製造>
3.0Lの三口フラスコに、ジフェニルジスルフィド(218.33g、1.00mol)、ビス(4-メチルフェニル)ジスルフィド(49.21g、0.20mol)、塩化鉄(III)(9.73g、60.00mmol)、(+)-CSA((+)-10-カンファースルホン酸)(2.79g、12.00mmol)、Na2S2O8(ペルオキソ二硫酸ナトリウム)(2.57g、12.00mmol)を加えた。次いで、三口フラスコを160℃に加熱しながら窒素フロー(20mL/分)を10分間行った後、空気バブリング(150mL/分)に切り替え、40時間攪拌することで酸化重合を行った。重合終了後、空気バブリングを停止し、N-メチルピロリドンを240mL加えて10分間撹拌した。次いで、反応液を室温まで冷却し、さらに溶媒としてTHF(2.2L)を加え、10分間攪拌後、純水を192mL加え、5分間攪拌した。次いで、ナスフラスコを氷冷バスで氷冷しながら、トリクロロイソシアヌル酸(122.11g、0.66mol)を添加し、2時間攪拌後、亜鉛粉末(31.53g、0.48mol)を加え、室温で14時間攪拌した。反応終了後、反応液にメタノール(12L)を加えることで生成物を析出させ、析出した沈殿を濾過後、メタノールと純水で洗浄した。次いで、得られた粉末を室温で真空乾燥を行うことで、白色の硫黄含有重合体(Po1a)粉末を得た。収率は92%であった。得られた硫黄含有重合体(Po1a)の構造は、1H-NMR、XPS、ICP、IR、GPC、元素分析、MALDI測定により同定した。その結果、1H-NMR(CD2Cl2,400MHz,ppm):δ=7.56(m,17H),δ=7.19(m,6H),2.35(m,3H)、XPSよりスルフィド基:スルホキシド基:スルホン酸基=45:55:0mol%であることが確認され、IRより、2570cm-1付近にメルカプト由来のピークが観測され、GPCより、Mw=2400、Mn=1150と確認され、末端構造を-SHと確認した。Mn=1150より、末端の芳香環(構成単位)の割合は、全芳香環(全構成単位)100モル%に対して9.5モル%であることが確認された。
[合成例1]
<硫黄含有重合体(Po1a)の製造>
3.0Lの三口フラスコに、ジフェニルジスルフィド(218.33g、1.00mol)、ビス(4-メチルフェニル)ジスルフィド(49.21g、0.20mol)、塩化鉄(III)(9.73g、60.00mmol)、(+)-CSA((+)-10-カンファースルホン酸)(2.79g、12.00mmol)、Na2S2O8(ペルオキソ二硫酸ナトリウム)(2.57g、12.00mmol)を加えた。次いで、三口フラスコを160℃に加熱しながら窒素フロー(20mL/分)を10分間行った後、空気バブリング(150mL/分)に切り替え、40時間攪拌することで酸化重合を行った。重合終了後、空気バブリングを停止し、N-メチルピロリドンを240mL加えて10分間撹拌した。次いで、反応液を室温まで冷却し、さらに溶媒としてTHF(2.2L)を加え、10分間攪拌後、純水を192mL加え、5分間攪拌した。次いで、ナスフラスコを氷冷バスで氷冷しながら、トリクロロイソシアヌル酸(122.11g、0.66mol)を添加し、2時間攪拌後、亜鉛粉末(31.53g、0.48mol)を加え、室温で14時間攪拌した。反応終了後、反応液にメタノール(12L)を加えることで生成物を析出させ、析出した沈殿を濾過後、メタノールと純水で洗浄した。次いで、得られた粉末を室温で真空乾燥を行うことで、白色の硫黄含有重合体(Po1a)粉末を得た。収率は92%であった。得られた硫黄含有重合体(Po1a)の構造は、1H-NMR、XPS、ICP、IR、GPC、元素分析、MALDI測定により同定した。その結果、1H-NMR(CD2Cl2,400MHz,ppm):δ=7.56(m,17H),δ=7.19(m,6H),2.35(m,3H)、XPSよりスルフィド基:スルホキシド基:スルホン酸基=45:55:0mol%であることが確認され、IRより、2570cm-1付近にメルカプト由来のピークが観測され、GPCより、Mw=2400、Mn=1150と確認され、末端構造を-SHと確認した。Mn=1150より、末端の芳香環(構成単位)の割合は、全芳香環(全構成単位)100モル%に対して9.5モル%であることが確認された。
<硫黄含有重合体(Po1)の製造>
2.0Lの三口フラスコに、上記硫黄含有重合体(Po1a)を200.0g加え、スルホランを溶媒として1.1L添加した。次いで、三口フラスコを130℃に加熱しながら窒素フロー(0.5L/分)を10分間行った後、室温になるまで放冷した。放冷後、水冷バスに三口フラスコを浸し、窒素フロー(0.25L/分)を行いながら、クロロ硫酸98.3g.を徐々に滴下した。滴下完了後、室温で2時間撹拌し、再び、三口フラスコを水冷バスで冷却しながら亜鉛16.6gを添加し、14時間攪拌した。反応終了後、得られた反応溶液をメタノール5.5Lに滴下することで生成物を析出させ、析出した沈殿を濾過後、メタノールと純水で洗浄した。次いで、得られた粉末を室温で真空乾燥を行うことで、重合体(Po1)粉末を得た。収率は90%であった。得られた重合体(Po1)の構造は、1H-NMR、ICP、GPC、IR、元素分析により同定した。その結果、1H-NMR(CDCl3,600MHz,ppm):δ=7.53(m,10H),δ=7.24(m,12H),2.34(m,3H)、IRより、2570cm-1付近にメルカプト由来のピークが観測され、GPCより、Mw=2370、Mn=1150と確認でき、全芳香環に対して27.7mol%のチオール(-SH)基が存在することを確認した。重合体(Po1a)のチオール(-SH)基の含有量が全芳香環(全構成単位)100モル%に対して9.5モル%であると考えられることから、本反応で導入されたメルカプト基の量は18.2mol%であると考えられる。元素分析により反応前の硫黄含有重合体(Po1a)よりも硫黄含有重合体(Po1)は、硫黄原子重量比が増加していることを確認した。
2.0Lの三口フラスコに、上記硫黄含有重合体(Po1a)を200.0g加え、スルホランを溶媒として1.1L添加した。次いで、三口フラスコを130℃に加熱しながら窒素フロー(0.5L/分)を10分間行った後、室温になるまで放冷した。放冷後、水冷バスに三口フラスコを浸し、窒素フロー(0.25L/分)を行いながら、クロロ硫酸98.3g.を徐々に滴下した。滴下完了後、室温で2時間撹拌し、再び、三口フラスコを水冷バスで冷却しながら亜鉛16.6gを添加し、14時間攪拌した。反応終了後、得られた反応溶液をメタノール5.5Lに滴下することで生成物を析出させ、析出した沈殿を濾過後、メタノールと純水で洗浄した。次いで、得られた粉末を室温で真空乾燥を行うことで、重合体(Po1)粉末を得た。収率は90%であった。得られた重合体(Po1)の構造は、1H-NMR、ICP、GPC、IR、元素分析により同定した。その結果、1H-NMR(CDCl3,600MHz,ppm):δ=7.53(m,10H),δ=7.24(m,12H),2.34(m,3H)、IRより、2570cm-1付近にメルカプト由来のピークが観測され、GPCより、Mw=2370、Mn=1150と確認でき、全芳香環に対して27.7mol%のチオール(-SH)基が存在することを確認した。重合体(Po1a)のチオール(-SH)基の含有量が全芳香環(全構成単位)100モル%に対して9.5モル%であると考えられることから、本反応で導入されたメルカプト基の量は18.2mol%であると考えられる。元素分析により反応前の硫黄含有重合体(Po1a)よりも硫黄含有重合体(Po1)は、硫黄原子重量比が増加していることを確認した。
<硫黄含有重合体(Po1)のSH基の定量>
20mLの試験管に、硫黄含有重合体(Po1)を2.0g加えた後、1,2-エポキシシクロヘキサンを5.0g添加し、80℃で2時間撹拌した。反応終了後、THF(5mL)を加え、得られた溶液を塩酸酸性メタノール溶液50mLに滴下することで生成物を析出させ、析出した沈殿を濾過後、メタノールと純水で洗浄した。次いで、得られた粉末を室温で真空乾燥を行うことで、重合体(Po1t)粉末を得た。収率は89%であった。得られた重合体(Po1t)の構造は、1H-NMR、ICP、GPC、IR、元素分析により同定した。その結果、1H-NMR(CDCl3,600MHz,ppm):δ=7.53(m,6H),δ=7.24(m,8H)、3.16(m,1H)、2.69(m,1H)、2.34(m,2H)、1.79(m,4H)、1.32(m,4H)、IRより、2570cm-1付近にメルカプト由来のピークが観測され、GPCより、Mw=2410、Mn=1150と確認でき、元素分析により重合体中の塩素原子含有量は検出限界以下であり、反応前の硫黄含有重合体(Po1)よりも重合体(Po1t)は、硫黄原子の重量比が増加していることを確認した。1H-NMRより、重合体(Po1t)中に全芳香環中の27.7mol%にメルカプト基が導入されたことを確認した。以上のことから、重合体(Po1)は、全芳香環の27.7mol%にメルカプト基が導入されていることが分かり、GPCのMnより全構成単位に対して末端に9.5mol%のメルカプト基が存在することが算出でき、側鎖に18.2mol%のメルカプト基が導入されたことを確認した。
20mLの試験管に、硫黄含有重合体(Po1)を2.0g加えた後、1,2-エポキシシクロヘキサンを5.0g添加し、80℃で2時間撹拌した。反応終了後、THF(5mL)を加え、得られた溶液を塩酸酸性メタノール溶液50mLに滴下することで生成物を析出させ、析出した沈殿を濾過後、メタノールと純水で洗浄した。次いで、得られた粉末を室温で真空乾燥を行うことで、重合体(Po1t)粉末を得た。収率は89%であった。得られた重合体(Po1t)の構造は、1H-NMR、ICP、GPC、IR、元素分析により同定した。その結果、1H-NMR(CDCl3,600MHz,ppm):δ=7.53(m,6H),δ=7.24(m,8H)、3.16(m,1H)、2.69(m,1H)、2.34(m,2H)、1.79(m,4H)、1.32(m,4H)、IRより、2570cm-1付近にメルカプト由来のピークが観測され、GPCより、Mw=2410、Mn=1150と確認でき、元素分析により重合体中の塩素原子含有量は検出限界以下であり、反応前の硫黄含有重合体(Po1)よりも重合体(Po1t)は、硫黄原子の重量比が増加していることを確認した。1H-NMRより、重合体(Po1t)中に全芳香環中の27.7mol%にメルカプト基が導入されたことを確認した。以上のことから、重合体(Po1)は、全芳香環の27.7mol%にメルカプト基が導入されていることが分かり、GPCのMnより全構成単位に対して末端に9.5mol%のメルカプト基が存在することが算出でき、側鎖に18.2mol%のメルカプト基が導入されたことを確認した。
[実施例1]
50mLプラスチックボトルに、株式会社ニッカトー製ジルコニアボールYTZ(0.05mm)を60g、酸化ジルコニウム粒子UEP-50(第一稀元素化学工業株式会社製)(以下、ZrO2(1)ともいう)を5.51g、硫黄含有重合体として合成例1で得られた硫黄含有重合体(Po1)を0.70g、カルコゲン化亜鉛として酸化亜鉛粒子FINEX-50(堺化学工業株式会社製)(以下、ZnO(1)ともいう)を0.49g、リン酸系化合物としてトリエチレングリコールモノメチルエーテルリン酸エステルを含む混合物(以下、リン酸系分散剤(1)ともいう)を0.28g、溶媒としてシクロペンタノンを13g投入した後、株式会社東洋精機製作所製ペイントシェーカーにて室温で5時間解砕した。解砕終了後、分散液組成物が得られ、分散液組成物中に含まれるジルコニアボールYTZ(0.05mm)を濾過によって分離することで、乳白色の組成物である無機粒子含有組成物(1)を得た。得られた無機粒子含有組成物(1)について、分散粒子径(Dd)、について評価した結果を表3に示す。なお、用いたリン酸系分散剤(1)は、上記式(2)で表される化合物であり、式(2)におけるR1、R2、a及びnを表1に示す。また、用いたZrO2(1)、ZnO(1)の結晶構造、平均一次粒子径(D1)、比表面積および組成(金属元素、硫黄、塩素の含有量)についての評価結果を表2に示す。なお、表2に示した金属元素、硫黄、塩素の含有量は、ZrO2(1)、ZnO(1)について蛍光X線分析(XRF)により検出された金属元素、硫黄、塩素の各含有質量の合計量(合計質量)に対する各元素の含有質量の割合(質量%)である。
また、表3に、無機粒子含有組成物(1)を調製するために用いた各原料、配合比等を示す。表3中、硫黄含有重合体(Po1)(質量%)、リン酸系分散剤(1)(質量%)、酸化ジルコニウム粒子(質量%)、酸化亜鉛(質量%)は、用いた硫黄含有重合体(Po1)、リン酸系分散剤(1)、酸化ジルコニウム粒子、酸化亜鉛(質量%)との合計質量に対する硫黄含有重合体(Po1)、リン酸系分散剤(1)、酸化ジルコニウム粒子、酸化亜鉛(質量%)のそれぞれの割合(質量%)を意味する。実施例1以外の各実施例、比較例の場合についても同様である。無機粒子含有組成物(1)についての分散安定性の評価として23℃における90日間、40℃における10日間、40℃における30日間の分散安定性(組成物における増粘、固化の有無)の評価を目視で行い、40℃における30日間後の無機粒子含有組成物(1)の分散粒子径(Dd)の確認を行った。分散安定性の評価した結果を表4に示す。
50mLプラスチックボトルに、株式会社ニッカトー製ジルコニアボールYTZ(0.05mm)を60g、酸化ジルコニウム粒子UEP-50(第一稀元素化学工業株式会社製)(以下、ZrO2(1)ともいう)を5.51g、硫黄含有重合体として合成例1で得られた硫黄含有重合体(Po1)を0.70g、カルコゲン化亜鉛として酸化亜鉛粒子FINEX-50(堺化学工業株式会社製)(以下、ZnO(1)ともいう)を0.49g、リン酸系化合物としてトリエチレングリコールモノメチルエーテルリン酸エステルを含む混合物(以下、リン酸系分散剤(1)ともいう)を0.28g、溶媒としてシクロペンタノンを13g投入した後、株式会社東洋精機製作所製ペイントシェーカーにて室温で5時間解砕した。解砕終了後、分散液組成物が得られ、分散液組成物中に含まれるジルコニアボールYTZ(0.05mm)を濾過によって分離することで、乳白色の組成物である無機粒子含有組成物(1)を得た。得られた無機粒子含有組成物(1)について、分散粒子径(Dd)、について評価した結果を表3に示す。なお、用いたリン酸系分散剤(1)は、上記式(2)で表される化合物であり、式(2)におけるR1、R2、a及びnを表1に示す。また、用いたZrO2(1)、ZnO(1)の結晶構造、平均一次粒子径(D1)、比表面積および組成(金属元素、硫黄、塩素の含有量)についての評価結果を表2に示す。なお、表2に示した金属元素、硫黄、塩素の含有量は、ZrO2(1)、ZnO(1)について蛍光X線分析(XRF)により検出された金属元素、硫黄、塩素の各含有質量の合計量(合計質量)に対する各元素の含有質量の割合(質量%)である。
また、表3に、無機粒子含有組成物(1)を調製するために用いた各原料、配合比等を示す。表3中、硫黄含有重合体(Po1)(質量%)、リン酸系分散剤(1)(質量%)、酸化ジルコニウム粒子(質量%)、酸化亜鉛(質量%)は、用いた硫黄含有重合体(Po1)、リン酸系分散剤(1)、酸化ジルコニウム粒子、酸化亜鉛(質量%)との合計質量に対する硫黄含有重合体(Po1)、リン酸系分散剤(1)、酸化ジルコニウム粒子、酸化亜鉛(質量%)のそれぞれの割合(質量%)を意味する。実施例1以外の各実施例、比較例の場合についても同様である。無機粒子含有組成物(1)についての分散安定性の評価として23℃における90日間、40℃における10日間、40℃における30日間の分散安定性(組成物における増粘、固化の有無)の評価を目視で行い、40℃における30日間後の無機粒子含有組成物(1)の分散粒子径(Dd)の確認を行った。分散安定性の評価した結果を表4に示す。
<無機粒子含有組成物(1)を用いた膜評価>
得られた上記無機粒子含有組成物(1)にBYK-307(BYK-Chemie社製、表面張力調整剤)を、無機粒子含有組成物(1)の固形分100質量部に対してBYK-307が0.05質量部の割合となるよう添加混合し、無機粒子含有組成物(1-2)を調製した。得られた無機粒子含有組成物(1-2)を、ピペットを使用してスピンコーター上のスライドガラスに滴下し、1500rpmの回転数で90秒間スピンコートを行うことによりコーティング膜(1)を得た。得られたコーティング膜(1)の屈折率、膜厚およびヘイズを評価した結果、屈折率(NaD線(589nm)に対する屈折率)が1.93であり、膜厚は1.10μmであり、ヘイズは0.10%であった。
上記無機粒子含有組成物(1)に対して、UV硬化性モノマー等を混合することで重合性組成物(1)を調製し、得られた重合性組成物(1)を用いて硬化膜(1)を得た。具体的には以下のとおりである。上記無機粒子含有組成物(1)に対し、UV硬化性モノマーとして1-ナフチルメチルアクリレート(共栄社化学株式会社製、商品名:ライトアクリレートNMT-A)とOGSOL EA0200(大阪ガスケミカル社製)の9:1(質量比)混合液を無機粒子含有組成物(1)の固形分100質量部に対して30質量部、表面張力調整剤としてBYK-307(BYK-Chemie社製、表面張力調整剤)を無機粒子含有組成物(1)の固形分100質量部に対して0.05質量部、紫外線吸収剤としてTinuvin405(BASF社製)を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して1.4質量部、光安定化剤としてアデカスタブLA-81を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して1.4質量部、光重合開始剤としてOmnipolASA(IGM Resins B.V.社製)を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して3.1質量部、光増感剤としてEsacure3644(IGM Resins B.V.社製)を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して1.0質量部の割合となるよう、各成分を添加、混合することにより、重合性組成物(1)を得た。
得られた重合性組成物(1)を、ピペットを使用してスピンコーター上のスライドガラスに滴下し、1500rpmの回転数で90秒間スピンコートを行った。作製したスライドガラス上のコーティング膜を、予め50℃に加熱したホットプレート上に静置し、1分間加熱保持することにより乾燥した。次いで、乾燥したコーティング膜に対してUV照射を窒素雰囲気下で90秒間行うことでコーティング膜を硬化させ、UV硬化した膜を予め80℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持後、更に予め150℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持することにより硬化膜(1)を得た。得られた硬化膜(1)の屈折率、膜厚およびヘイズを評価した結果、屈折率(NaD線(589nm)に対する屈折率)が1.82であり、膜厚が1.19μmであり、ヘイズは0.09%であった。硬化膜(1)についての各種評価結果を表4に示す。重合性組成物(1)についての分散安定性の評価として23℃における90日間、40℃における10日間、40℃における30日間の分散安定性の評価を行い、40℃における30日間後の重合性組成物(1)の分散粒子径(Dd)の確認を行った。分散安定性の評価した結果を表4に示す。
得られた上記無機粒子含有組成物(1)にBYK-307(BYK-Chemie社製、表面張力調整剤)を、無機粒子含有組成物(1)の固形分100質量部に対してBYK-307が0.05質量部の割合となるよう添加混合し、無機粒子含有組成物(1-2)を調製した。得られた無機粒子含有組成物(1-2)を、ピペットを使用してスピンコーター上のスライドガラスに滴下し、1500rpmの回転数で90秒間スピンコートを行うことによりコーティング膜(1)を得た。得られたコーティング膜(1)の屈折率、膜厚およびヘイズを評価した結果、屈折率(NaD線(589nm)に対する屈折率)が1.93であり、膜厚は1.10μmであり、ヘイズは0.10%であった。
上記無機粒子含有組成物(1)に対して、UV硬化性モノマー等を混合することで重合性組成物(1)を調製し、得られた重合性組成物(1)を用いて硬化膜(1)を得た。具体的には以下のとおりである。上記無機粒子含有組成物(1)に対し、UV硬化性モノマーとして1-ナフチルメチルアクリレート(共栄社化学株式会社製、商品名:ライトアクリレートNMT-A)とOGSOL EA0200(大阪ガスケミカル社製)の9:1(質量比)混合液を無機粒子含有組成物(1)の固形分100質量部に対して30質量部、表面張力調整剤としてBYK-307(BYK-Chemie社製、表面張力調整剤)を無機粒子含有組成物(1)の固形分100質量部に対して0.05質量部、紫外線吸収剤としてTinuvin405(BASF社製)を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して1.4質量部、光安定化剤としてアデカスタブLA-81を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して1.4質量部、光重合開始剤としてOmnipolASA(IGM Resins B.V.社製)を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して3.1質量部、光増感剤としてEsacure3644(IGM Resins B.V.社製)を前記UV硬化性モノマー100質量部に対して1.0質量部の割合となるよう、各成分を添加、混合することにより、重合性組成物(1)を得た。
得られた重合性組成物(1)を、ピペットを使用してスピンコーター上のスライドガラスに滴下し、1500rpmの回転数で90秒間スピンコートを行った。作製したスライドガラス上のコーティング膜を、予め50℃に加熱したホットプレート上に静置し、1分間加熱保持することにより乾燥した。次いで、乾燥したコーティング膜に対してUV照射を窒素雰囲気下で90秒間行うことでコーティング膜を硬化させ、UV硬化した膜を予め80℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持後、更に予め150℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持することにより硬化膜(1)を得た。得られた硬化膜(1)の屈折率、膜厚およびヘイズを評価した結果、屈折率(NaD線(589nm)に対する屈折率)が1.82であり、膜厚が1.19μmであり、ヘイズは0.09%であった。硬化膜(1)についての各種評価結果を表4に示す。重合性組成物(1)についての分散安定性の評価として23℃における90日間、40℃における10日間、40℃における30日間の分散安定性の評価を行い、40℃における30日間後の重合性組成物(1)の分散粒子径(Dd)の確認を行った。分散安定性の評価した結果を表4に示す。
<インプリント膜(1)の製造>
上記重合性組成物(1)を用いてインプリント成型を行った。具体的には以下のとおりである。上記重合性組成物(1)を、ピペットを使用してスピンコーター上のスライドガラスに滴下し、2500rpmの回転数で90秒間スピンコートを行った。作製したスライドガラス上のコーティング膜を、予め50℃に加熱したホットプレート上に静置し、1分間加熱保持することにより乾燥し、膜厚0.75μmの乾燥膜を得た。得られた乾燥膜を、ナノインプリント装置EITRE(R)3(obducat社製)を用いて1cm×1cm範囲内に間隔1.0μm、凸部上面の幅1μm、凹部底面の幅1μm、高さ1μm、ストライプ状にライン&スペース形状が付与された透明レプリカフィルムモールド(1)に圧力0.5MPaで30秒間押し当て、60mW/cm2×120秒間UV照射することにより、透明レプリカフィルムモールド(1)が圧着されたインプリント硬化膜(1)を得た。その後、インプリント硬化膜(1)から透明レプリカフィルムモールド(1)を離型し、透明レプリカフィルムモールド(1)形状が転写されたパターンインプリント膜(1-2)を得た。インプリント膜(1-2)を予め80℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持後、更に予め150℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持することによりインプリント膜(1)を得た。得られたインプリント膜(1)について、ストライプ状にライン&スペース形状が転写されたパターン形状に対し垂直にガラスカッターを用いて切断し、パターン断面形状をFE-SEM(日本電子製:JSM7600F)を用いて倍率1万倍で転写パターン形状の断面を観察し、透明レプリカフィルムモールド(1)の形状を反映した転写パターン形状を95%以上再現する事を確認し、インプリント成型が可能なことを確認した。また、ストライプ状のライン&スペース形状の下層の硬化膜の残膜厚が0.04μmであることを断面の観察により確認した。得られたインプリント膜(1)の転写パターン形状が付与されていない硬化膜の範囲について、屈折率、膜厚およびヘイズを評価した結果、屈折率(NaD線(589nm)に対する屈折率が1.89であり、膜厚が0.50μmであり、ヘイズは0.12%であった。
なお、使用した透明レプリカフィルムモールド(1)は、シリコン系等の金属面の1cm×1cm範囲内に間隔1.0μm、凸部上面の幅1μm、凹部底面の幅1μm、高さ1μm、ストライプ状にライン&スペース形状が付与された金属金型(1)から製造することができ、UV硬化性透明樹脂(1)を透明PETフィルム等の基材に塗布し、フィルム塗布面を金属金型(1)へ押し付け、UV硬化又は熱硬化を行い、金属金型(1)からフィルムを離型することで、PETフィルム上に金属金型(1)のパターン形状を反映した透明レプリカフィルムモールド(1)を得ることができる。
透明レプリカフィルムモールド(1)の製造に用いたUV硬化性透明樹脂(1)は以下の通りであり、転写パターン形状の確認については、上記インプリント硬化膜(1)評価と同様の方法で確認を行い、金属金型(1)の形状を反映した転写パターン形状を95%以上再現する事を確認した。
UV硬化性透明樹脂(1):紫外線硬化型液状シリコーンゴム(PDMS)KER-4690-A/B、信越化学工業株式会社製
上記重合性組成物(1)を用いてインプリント成型を行った。具体的には以下のとおりである。上記重合性組成物(1)を、ピペットを使用してスピンコーター上のスライドガラスに滴下し、2500rpmの回転数で90秒間スピンコートを行った。作製したスライドガラス上のコーティング膜を、予め50℃に加熱したホットプレート上に静置し、1分間加熱保持することにより乾燥し、膜厚0.75μmの乾燥膜を得た。得られた乾燥膜を、ナノインプリント装置EITRE(R)3(obducat社製)を用いて1cm×1cm範囲内に間隔1.0μm、凸部上面の幅1μm、凹部底面の幅1μm、高さ1μm、ストライプ状にライン&スペース形状が付与された透明レプリカフィルムモールド(1)に圧力0.5MPaで30秒間押し当て、60mW/cm2×120秒間UV照射することにより、透明レプリカフィルムモールド(1)が圧着されたインプリント硬化膜(1)を得た。その後、インプリント硬化膜(1)から透明レプリカフィルムモールド(1)を離型し、透明レプリカフィルムモールド(1)形状が転写されたパターンインプリント膜(1-2)を得た。インプリント膜(1-2)を予め80℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持後、更に予め150℃に加熱したホットプレート上に静置し、10分間加熱保持することによりインプリント膜(1)を得た。得られたインプリント膜(1)について、ストライプ状にライン&スペース形状が転写されたパターン形状に対し垂直にガラスカッターを用いて切断し、パターン断面形状をFE-SEM(日本電子製:JSM7600F)を用いて倍率1万倍で転写パターン形状の断面を観察し、透明レプリカフィルムモールド(1)の形状を反映した転写パターン形状を95%以上再現する事を確認し、インプリント成型が可能なことを確認した。また、ストライプ状のライン&スペース形状の下層の硬化膜の残膜厚が0.04μmであることを断面の観察により確認した。得られたインプリント膜(1)の転写パターン形状が付与されていない硬化膜の範囲について、屈折率、膜厚およびヘイズを評価した結果、屈折率(NaD線(589nm)に対する屈折率が1.89であり、膜厚が0.50μmであり、ヘイズは0.12%であった。
なお、使用した透明レプリカフィルムモールド(1)は、シリコン系等の金属面の1cm×1cm範囲内に間隔1.0μm、凸部上面の幅1μm、凹部底面の幅1μm、高さ1μm、ストライプ状にライン&スペース形状が付与された金属金型(1)から製造することができ、UV硬化性透明樹脂(1)を透明PETフィルム等の基材に塗布し、フィルム塗布面を金属金型(1)へ押し付け、UV硬化又は熱硬化を行い、金属金型(1)からフィルムを離型することで、PETフィルム上に金属金型(1)のパターン形状を反映した透明レプリカフィルムモールド(1)を得ることができる。
透明レプリカフィルムモールド(1)の製造に用いたUV硬化性透明樹脂(1)は以下の通りであり、転写パターン形状の確認については、上記インプリント硬化膜(1)評価と同様の方法で確認を行い、金属金型(1)の形状を反映した転写パターン形状を95%以上再現する事を確認した。
UV硬化性透明樹脂(1):紫外線硬化型液状シリコーンゴム(PDMS)KER-4690-A/B、信越化学工業株式会社製
[実施例2~14、比較例1~5]
酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩、カルコゲン化亜鉛、硫黄含有重合体(Po1)、リン酸系分散剤、配合比、解砕時間等を表3に記載したものとする以外は、実施例1と同様にして、解砕処理を行い、実施例2~14においては無機粒子含有組成物(2)~(14)、比較例(1)~(5)においては無機粒子含有組成物(c1)~(c5)をそれぞれ製造した。更に、得られた各無機粒子含有組成物を用いて実施例1と同様に重合性組成物を調製し、これらについて実施例1と同様にして評価を行った。また、各重合性組成物を用いて実施例1と同様にして硬化膜を作成し、これらについても実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表4に示す。
なお、各実施例、比較例で用いたリン酸系分散剤及び酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩、酸化亜鉛は以下のとおりであり、結晶構造等を評価した結果を表2に示す。
リン酸系分散剤(1):上記式(2)で表される化合物であり、式(2)におけるR1、R2、a及びnを表1に示す。
リン酸系分散剤(2):上記式(2)で表される化合物であり、式(2)におけるR1、R2、a及びnを表1に示す。
リン酸系分散剤(3):プライサーフ A208F、第一工業製薬株式会社製
リン酸系分散剤(4):DISPERBYK-111、ビックケミー・ジャパン社製
リン酸系分散剤(5):KAYAMER PM-21、日本化薬株式会社製
ZrO2(1):UEP-50、酸化ジルコニウム、第一稀元素化学工業株式会社製
TiO2(1):TAF-1500J、酸化チタン、富士チタン工業株式会社製
TiO2(2):触媒担体用チタニアSSP-M、酸化チタン、堺化学工業株式会社製
TiO2(3):超微粒子酸化チタンSTR-100N、酸化チタン、堺化学工業株式会社製
BaTiO3(1):チタン酸バリウムナノ粒子、チタン酸バリウム、Merck社製
ZnO(1):FINEX-50、酸化亜鉛、堺化学工業株式会社製
酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩、カルコゲン化亜鉛、硫黄含有重合体(Po1)、リン酸系分散剤、配合比、解砕時間等を表3に記載したものとする以外は、実施例1と同様にして、解砕処理を行い、実施例2~14においては無機粒子含有組成物(2)~(14)、比較例(1)~(5)においては無機粒子含有組成物(c1)~(c5)をそれぞれ製造した。更に、得られた各無機粒子含有組成物を用いて実施例1と同様に重合性組成物を調製し、これらについて実施例1と同様にして評価を行った。また、各重合性組成物を用いて実施例1と同様にして硬化膜を作成し、これらについても実施例1と同様にして評価を行った。評価結果を表4に示す。
なお、各実施例、比較例で用いたリン酸系分散剤及び酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩、酸化亜鉛は以下のとおりであり、結晶構造等を評価した結果を表2に示す。
リン酸系分散剤(1):上記式(2)で表される化合物であり、式(2)におけるR1、R2、a及びnを表1に示す。
リン酸系分散剤(2):上記式(2)で表される化合物であり、式(2)におけるR1、R2、a及びnを表1に示す。
リン酸系分散剤(3):プライサーフ A208F、第一工業製薬株式会社製
リン酸系分散剤(4):DISPERBYK-111、ビックケミー・ジャパン社製
リン酸系分散剤(5):KAYAMER PM-21、日本化薬株式会社製
ZrO2(1):UEP-50、酸化ジルコニウム、第一稀元素化学工業株式会社製
TiO2(1):TAF-1500J、酸化チタン、富士チタン工業株式会社製
TiO2(2):触媒担体用チタニアSSP-M、酸化チタン、堺化学工業株式会社製
TiO2(3):超微粒子酸化チタンSTR-100N、酸化チタン、堺化学工業株式会社製
BaTiO3(1):チタン酸バリウムナノ粒子、チタン酸バリウム、Merck社製
ZnO(1):FINEX-50、酸化亜鉛、堺化学工業株式会社製
表4に示すように、実施例1~14において、無機粒子含有組成物の分散安定性の評価及び重合性組成物の分散安定性の評価において、23℃における90日間後、40℃における30日間後の分散性として分散粒子径に変化が無いことを確認した。比較例1~5については、23℃における90日間後、40℃における10日間後に増粘し、分散粒子径が高まり、無機粒子が凝集していることが確認され、40℃における30日間後では無機粒子含有組成物及び重合性組成物は固化することが確認された。結果として、実施例1~14において、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩に対してカルコゲン化亜鉛として酸化亜鉛を混合した無機粒子含有組成物及びその重合性組成物は分散安定性が高いことが分かり、カルコゲン化亜鉛が酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩の分散性を向上させていることが確認された。
Claims (15)
- 酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種と、カルコゲン化亜鉛と、分散剤とを含む、無機粒子含有組成物。
- 前記分散剤は、極性官能基を有する化合物を含む、請求項1に記載の無機粒子含有組成物。
- 前記極性官能基は、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項2に記載の無機粒子含有組成物。
- 前記分散剤は、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を含む、請求項1~3のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。 - 前記分散剤は、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有するリン酸系化合物を含む、請求項1~4のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
- 前記リン酸系化合物は、下記式(2);
(式中、R1は、同一又は異なって、水素原子又は有機基を表す。R2は、同一又は異なって、炭素数2~20のアルキレン基を表す。aは、1~3の整数である。nは、0~20の整数である。)で表される化合物である、請求項5に記載の無機粒子含有組成物。 - 前記リン酸系化合物は、分子量が98~2000である、請求項5又は6に記載の無機粒子含有組成物。
- 前記硫黄含有重合体の含有割合が、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、1~30質量%である、請求項4に記載の無機粒子含有組成物。
- 前記リン酸系化合物の含有割合が、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸塩及びカルコゲン化亜鉛の合計100質量%に対して、0.5~10質量%である、請求項5~7のいずれかに記載の無機粒子含有組成物。
- 請求項1~9のいずれかに記載の無機粒子含有組成物と重合性単量体とを含む、重合性組成物。
- 無機粒子含有組成物を製造する方法であって、
該製造方法は、カルコゲン化亜鉛と分散剤との存在下で、酸化ジルコニウム、酸化チタン及びチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも1種の粒子の凝集体を解砕する工程を含む、無機粒子含有組成物の製造方法。 - 前記分散剤は、極性官能基を有する化合物を含む、請求項11に記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
- 前記極性官能基は、スルフィニル基、スルホン酸基、リン酸基、リン酸エステル基、カルボキシ基、アルコキシシリル基及び水酸基からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項11又は12に記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
- 前記分散剤は、下記式(1);
(式中、X1は、置換基を有してもよい2価の芳香族炭化水素基を表す。)で表される構成単位(U1)を有する硫黄含有重合体を含む、請求項11~13のいずれかに記載の無機粒子含有組成物の製造方法。 - 前記分散剤は、リン酸基及び/又はリン酸エステル基を有するリン酸系化合物を含む、請求項11~14のいずれかに記載の無機粒子含有組成物の製造方法。
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