JP6311264B2 - 樹脂組成物、延伸フィルム、円偏光板及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
特許文献2や3のフルオレン環を有するポリカーボネート樹脂からなる延伸フィルムは逆波長分散性を示す位相差フィルムや画像表示装置の外光反射防止のための円偏光板として有用であることが知られている。しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献2の9,9−ビス[4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル]−フルオレンを用いた樹脂や、特許文献3の9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−フルオレンを用いた樹脂で所望の逆波長分散性を発現するためには、フルオレン環を有する繰り返し単位の割合を高くする必要があり、共重合による分子設計の自由度が低く、さらに耐熱性や溶融加工性、機械強度などの諸物性と、光学物性との両立が困難であった。また、画像表示装置の色漏れを補正する目的においては、装置の特性に応じて逆波長分散性を調整することが望まれ、そのためには種々の特性を維持しつつも、位相差比が非常に小さく、強い逆波長分散性を示し得ることが求められている。しかし、前述の特許文献2や、特許文献3に記載のフルオレン環を側鎖に有するジヒドロキシ化合物は逆波長分散の発現が弱く、それらを用いた樹脂から位相差フィルムを作製した場合には、他の必要物性を維持したまま強い逆波長分散性を示すものにすることは困難であった。このため、樹脂の光学物性と機械強度などの諸物性をさらに改良するには、光学物性と機械強度などの諸物性のバランスに優れた新しい化合物を原料に用いることが求められる。特許文献5に記載のポリエステルは、フィルムとして用いられておらず、光学特性等も不明である。また、特許文献6に記載のポリエステルは、延伸方向の複屈折が負となる、負の屈折率異方性を示すことが記載されている。位相差フィルムとしては、延伸方向に正の屈折率異方性を有している必要があり、前述のポリエステル延伸フィルムはこの要件を満たさない。また、位相差の波長依存性についても不明である。
また、ゼロ複屈折でフラット分散の光学材料、いわゆる広帯域ゼロ複屈折材料は、液晶表示装置の偏光板保護フィルムや、光学レンズなど幅広い用途で求められている。
即ち本発明は以下を要旨とする。
前記2価のオリゴフルオレンは、置換基を有していてもよい2以上のフルオレン単位を含み、該フルオレン単位の9位の炭素原子同士が、直接結合、又は、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、若しくは置換基を有していてもよいアラルキレン基を介して結合され、かつ、
波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が下記式(2)を満足することを特徴とする樹脂組成物。
Re450/Re550 ≦ 1.0 (2)
[2] 2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有する樹脂組成物であって、
前記2価のオリゴフルオレンは、置換基を有していてもよい2以上のフルオレン単位を含み、該フルオレン単位の9位の炭素原子同士が、直接結合、又は、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、若しくは置換基を有していてもよいアラルキレン基を介して結合され、
前記重合体に対する前記2価のオリゴフルオレンのモル分率が1%以上であり、かつ、
正の屈折率異方性を有することを特徴とする樹脂組成物。
[3] 前記重合体がポリカーボネートであることを特徴とする[1]又は[2]に記載の樹脂組成物。
前記2価のオリゴフルオレンは、置換基を有していてもよい2以上のフルオレン単位を含み、前記フルオレン単位の9位の炭素原子同士が、直接結合、又は置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、若しくは置換基を有していてもよいアラルキレン基を介して結合されていることを特徴とする樹脂組成物。
[5] 波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が下記式(2)を満足することを特徴とする[2]〜[4]のいずれかに記載の樹脂組成物。
Re450/Re550 ≦ 1.0 (2)
R3は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
nは1〜5の整数値を示す。)
[10] 測定温度240℃、剪断速度91.2sec-1における溶融粘度が500Pa・s以上、5000Pa・s以下であることを特徴とする[1]〜[9]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[11] 光弾性係数が45×10-12Pa-1以下であることを特徴とする[1]〜[10]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[13] 前記重合体が、下記一般式(10a)で表されるジヒドロキシ化合物と下記一般式(11)で表される炭酸ジエステルとを溶融重縮合して得られることを特徴とする[3]又は[4]に記載の樹脂組成物。
R3は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、
又は置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、及びシアノ基からなる群より選ばれる置換基である。ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
nは1〜5の整数値を示す。)
[15] 前記一般式(11)で表される炭酸ジエステルより生成するモノヒドロキシ化合物の含有割合が1500質量ppm以下であることを特徴とする[13]又は[14]に記載の樹脂組成物。
[16] 前記一般式(10a)において、R1及びR2がメチレン基であることを特徴とする[13]〜[15]のいずれかに記載の樹脂組成物。
[18] [1]〜[16]のいずれかに記載の樹脂組成物からなることを特徴とする光学部材。
[19] [1]〜[16]のいずれかに記載の樹脂組成物からなることを特徴とするフィルム。
[20] [19]に記載のフィルムを少なくとも一方向に延伸して得られることを特徴とする延伸フィルム。
[22] [21]に記載の1/4λ板を有することを特徴とする円偏光板。
[23] [22]に記載の円偏光板を備えることを特徴とする画像表示装置。
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
nは1〜5の整数値を示す。)
[26] 長周期型周期表第1族と第2族の金属の含有割合が500質量ppm以下であることを特徴とする[24]又は[25]に記載のオリゴフルオレンジオール。
[27] 熱重量測定における5%重量減少温度が250℃以上であることを特徴とする[24]〜[26]のいずれかに記載のオリゴフルオレンジオール。
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
Riiiは水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキル基であり、
R17は炭素数1〜10の有機置換基である。
nは1〜5の整数値を示す。)
R3は、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基である。ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ar1は、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基である。
nは1〜5の整数値を示す。)
[32] 前記一般式(10d)において、R3が、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、又は2,2−ジメチルプロピレン基であり、R4〜R9が水素原子であり、Ar1が、フェニル基であり、nが1〜2の整数値であることを特徴とする、[30]又は[31]に記載のオリゴフルオレンジアリールエステル。
R3は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
R18は、水素原子または置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基である。
nは1〜5の整数値を示す。)
本発明において繰り返し単位とは、重合体において任意の連結基に挟まれた部分構造を示す。重合体の末端部分で一方が連結基であり、もう一方が重合反応性基である部分構造も含む。なお、本発明において構造単位とは、繰り返し単位と同義である。
また本発明において、「置換基を有していてもよい」は「置換されていてもよい」と同義である。
このように、本発明の樹脂組成物は2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体のほか、後述するその他の重合体を含んでいてもよく、また、添加剤等を含んでいてもよい。また、本発明の樹脂組成物は、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体からなるものであってもよい。
本発明の樹脂組成物に含まれる重合体は、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する。
2価のオリゴフルオレンは、置換基を有していてもよい2以上のフルオレン単位を含み、かつ、該フルオレン単位の9位の炭素原子同士が直接結合されたもの、又は、該フルオレン単位の9位の炭素原子同士が、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、若しくは置換基を有していてもよいアラルキレン基を介して結合位されたものである。
また、前記アリーレン基における炭素数は特に限定されないが、後述のフルオレン比率を高めるとの観点からは、通常4以上であり、また、通常10以下であり、好ましくは8以下であり、より好ましくは6以下である。
さらに、前記アラルキレン基における炭素数は特に限定されないが、後述のフルオレン比率を高めるとの観点からは、通常6以上であり、また、通常10以下であり、好ましくは9以下であり、より好ましくは8以下である。
R3は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である[ただし、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい]。
nは1〜5の整数値を示す。)
R1及びR2は、それぞれ独立に、以下に示す(a)〜(e)からなる群から選ばれるいずれか1つである。
(a)直接結合
(b)置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基
(c)置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基
(d)置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基
(e)置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子又はカルボニル基で連結された基
R1〜R3において、「置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基」の具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−ヘキシレンなどの直鎖状のアルキレン基;メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチルメチレン基、プロピルメチレン基、ブチルメチレン基、(1−メチルエチル)メチレン基、1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、1−エチルエチレン基、2−エチルエチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、1,1−ジメチルエチレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、3−メチルプロピレン基などの分岐鎖を含むアルキレン基(R1及びR2において置換位置の数値は、フルオレン環側の炭素からつけるものとする);下記[C]群に示されるような脂環構造の任意の2箇所に直鎖状又は分岐状のアルキレン基の結合手を持つ脂環式アルキレン基
上記[C]群に示されるような脂環構造や、上記[D]群に示されるような複素環構造が、任意の2箇所に有している直鎖状又は分岐状のアルキレン基の結合手の具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−ヘキシレンなどの直鎖状のアルキレン基;1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、1−エチルエチレン基、2−エチルエチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、1,1−ジメチルエチレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、3−メチルプロピレン基などの分岐鎖を含むアルキレン基(ここで置換位置の数値は、上記環構造に結合した炭素からつけるものとする)が挙げられる。
特に、逆波長分散性を発現するとの観点からは、R1及び/又はR2を置換されていてもよいアルキレン基とする場合には、その炭素数を2以上とすることが好ましい。一方で、フラット分散性を発現するとの観点からは、R1及びR2を置換されていてもよいアルキレン基とする場合には、その炭素数を1とすることが好ましい。
さらに、逆波長分散性を発現させる場合においてR1及び/又はR2置換されていてもよいアルキレン基とする場合には、フルオレン環の配向を主鎖に対して固定しやすくし、効率的に逆波長分散特性を得るとの観点からは炭素数は5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることがさらに好ましく、2以下であることが特に好ましい。一方で樹脂組成物に柔軟性を付与するとの観点からは、その炭素数は2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、4以上であることがさらに好ましい。
また、フルオレン比率を高めるとの観点からは、R3を置換されていてもよいアルキレン基とする場合には、その炭素数を4以下とすることが好ましく、2以下とすることがより好ましい。
また、フルオレン比率を高めるとの観点からは、R3を置換されていてもよいアリーレン基とする場合には、その炭素数を8以下とすることが好ましく、6以下とすることがより好ましい。
また、フルオレン比率を高めるとの観点からは、R3を置換されていてもよいアラルキレン基とする場合には、その炭素数を8以下とすることが好ましい。
当該アラルキレン基が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子(例、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子);炭素数1〜10のアルキル基(例、メチル基、エチル基、イソプロピル基等);炭素数1〜10のアルコキシ基(例、メトキシ基、エトキシ基等);炭素数1〜10のアシル基(例、アセチル基、ベンゾイル基等);炭素数1〜10のアシルアミノ基(例、アセトアミド基、ベンゾイルアミド基等);ニトロ基;シアノ基;ハロゲン原子(例、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、炭素数1〜10のアルキル基(例、メチル基、エチル基、イソプロピル基等)、炭素数1〜10のアルコキシ基(例、メトキシ基、エトキシ基等)、炭素数1〜10のアシル基(例、アセチル基、ベンゾイル基等)、炭素数1〜10のアシルアミノ基(例、アセトアミド基、ベンゾイルアミド基等)、ニトロ基、シアノ基などから選ばれる1〜3個の置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基(例、フェニル基、ナフチル基等)等が挙げられる。当該置換基の数は、特に限定されないが、1〜3個が好ましい。置換基が2個以上ある場合は、置換基の種類は同一でも異なっていてもよい。また、工業的に安価に製造できるとの観点からは無置換であることが好ましい。
又は置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子若しくはカルボニル基で連結された基であり、
より好ましくは直接結合、直鎖状のアルキレン基、分岐鎖を含むアルキレン基、上記[C]群に示されるような脂環構造の任意の2箇所に直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基の結合手を持つ脂環式アルキレン基、フェニレン基、
又は置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子で連結された基であり、
さらに好ましくは、芳香環を有さないことで光学フィルムに求められる低い光弾性係数を達成できる傾向がある、直接結合、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、メチルメチレン基、1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、2−メトキシメチル−2−メチルプロピレン基又は下記[H]群に示されるような脂環式アルキレン基
より好ましくは直接結合、置換されていてもよい炭素数2〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子若しくはカルボニル基で連結された基である。
さらに好ましくは直接結合、直鎖状のアルキレン基、分岐鎖を含むアルキレン基、上記[C]群に示されるような脂環構造の任意の2箇所に直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基の結合手を持つ脂環式アルキレン基、フェニレン基、又は置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子で連結された基である。
よりさらに好ましくは、芳香環を有さないことで光学フィルムに求められる低い光弾性係数を達成できる、直接結合、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、メチルメチレン基、1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、2−メトキシメチル−2−メチルプロピレン基又は上記[H]群に示されるような脂環式アルキレン基、或いは、樹脂組成物のガラス転移温度を高くできる、1,4−フェニレン基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基及び置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子で連結された基である。
最も好ましくは、エチレン基、又はn−プロピレン基である。鎖長が長いとガラス転移温度が低くなる傾向があるため、短い鎖状の基、例えば炭素数3以下の基が好ましい。さらに、分子構造が小さくなるので繰り返し単位中のフルオレン環の濃度(フルオレン比率)を高くすることができることから、所望とする光学物性を効率良く発現させることができる。
これらの中でも、酸性度の高いプロトンを持たず、分子量が小さく、フルオレン比率を高めることができる傾向があることから、N,N−ジメチルアミノ基、N−エチルアミノ基、又はN,N−ジエチルアミノ基が好ましく、N,N−ジメチルアミノ基であることがより好ましい。
これらの中でも、酸性度の高いプロトンを持たず、分子量が小さく、フルオレン比率を高めることができる傾向があることから、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、又はフェニルスルフィニル基が好ましく、メチルスルフィニル基であることがより好ましい。
これらの中でも、比較的導入が容易で、電子吸引性の置換基のため、フルオレン9位の反応性を高める傾向があることから、、フッ素原子、塩素原子、又は臭素原子が好ましく、塩素原子又は臭素原子であることがより好ましい。
これらR4〜R9の中で好ましくは、全て水素原子、或いはR4及び/又はR9がハロゲン原子、アシル基、ニトロ基、シアノ基、及びスルホ基からなる群から選ばれるいずれかであり、かつ、R5〜R8が水素原子である。全て水素原子の場合、工業的にも安価なフルオレンから誘導できる。また、R4及び/又はR9がハロゲン原子、アシル基、ニトロ基、シアノ基、及びスルホ基からなる群から選ばれるいずれかで、かつ、R5〜R8が水素原子の場合、フルオレン9位の反応性が向上するため、様々な誘導反応が適応可能となる傾向がある。より好ましくは、全て水素原子、或いはR4及び/又はR9がフッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びニトロ基からなる群から選ばれるいずれかで、かつ、R5〜R8が水素原子であり、特に好ましくは全て水素原子の場合である。また、上記のものとすることで、フルオレン比率を高めることができ、かつ、フルオレン環同士の立体障害が生じにくく、フルオレン環に由来する所望の光学特性が得られる傾向もある。
また、前記一般式(1)においてnは1〜5の整数値を表わすが、合成上の容易さの観点からは4以下であることが好ましく、3以下であることがより好ましい。
なお、上述のとおり、前記2価のオリゴフルオレンは、2以上のフルオレン単位を含み、該フルオレンの9位の炭素原子同士が、直接結合、又は、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を有していてもよいアリーレン基、若しくは置換基を有していてもよいアラルキレン基を介して結合されたものであるが、より具体的には、2以上のフルオレン単位の9位の炭素原子同士を、一般式(1)におけるR3として前述した基で結合したものであってもよい。また、アルキレン基が有していてもよい置換基、アリーレン基が有していてもよい置換基、アラルキレン基が有していてもよい置換基として、一般式(1)におけるR3における置換基として例示したものを適用してもよい。また、前記置換基α1及び/又はα2として、一般式(1)におけるR1及び/又はR2を適用してもよい。
上記一般式(1)で表される2価のオリゴフルオレンの具体的な構造としては、下記[J]群に示されるような構造が挙げられる。
本発明の樹脂組成物に含有される重合体は、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有するものである。例えば、2価のオリゴフルオレン同士が任意の連結基により連結した重合体が挙げられる。また、該重合体は、2価のオリゴフルオレン以外の任意の繰り返し単位を有する共重合体であってもよい。
前記重合体において用いられる連結基の具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、下記[A]群に示される連結基
繰り返し単位を連結基で連結した重合体として具体的には、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、若しくはポリスルホンを含む重合体及びそれらを併用した重合体が挙げられ、好ましくは、一般に透明性の高いポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、又はポリアクリレートを含む重合体であり、特に好ましくは、耐熱性と溶融加工性や機械強度とのバランスに優れるポリエステル、又はポリカーボネートを含む重合体、特に好ましくは一般に耐熱性や耐薬品性に優れるポリカーボネートを含む重合体である。
2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体は、さらに任意の2価の有機基を繰り返し単位として含む共重合体であってもよい。この場合、繰り返し単位同士は前述の連結基により連結したものであることが好ましい。
共重合体において、2価のオリゴフルオレンと併用してもよい任意の2価の有機基としては、樹脂組成物に必要とされる光学特性及び物性の範囲に制御するとの観点から、以下の一般式(3)で表される2価の有機基を好ましく用いることができる。この場合、任意の2価の有機基として、一般式(3)で表される2価の有機基以外の2価の有機基をさらに併用してもよい。
重合体が前記一般式(3)で表される2価の有機基を含む場合、樹脂組成物に正の屈折率異方性を付与する機能を担うことができる他、位相差の波長分散性や光弾性係数といった光学物性や、機械強度、耐熱性、溶融加工性などの種々の樹脂物性を好ましい範囲に制御する等、樹脂組成物の物性を任意に制御することができる傾向がある。
なお、主鎖に対して垂直に配向した芳香環を持たないか、そのような芳香環を持っていてもその割合が全体の中で少ない樹脂組成物は、一般に正の屈折率異方性を示すことが知られている。前記一般式(3)で表される2価の有機基の繰り返し単位においても、側鎖に芳香環を有するもの以外は、全て正の屈折率異方性を示す構造であるため、前記一般式(3)で表される2価の有機基を50モル%以上含む樹脂組成物は正の屈折率異方性を示すと考えられる。
前述のとおり、一般式(3)におけるR10は、置換されていてもよい炭素数2〜20のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜20のアリーレン基、置換されていてもよい炭素数2〜100のアルキレンエーテル基、置換されていてもよい炭素数4〜20の脂環構造を持つ有機基又は置換されていてもよい炭素数4〜20の複素環構造を持つ有機基を示す。
置換基を有するアリーレン基の具体例としては、2−メチル−1,4−フェニレン基、5−メチル−1,3−フェニレン基、2,5−ジメチル−1,4−フェニレン基、2−メトキシ−1,4−フェニレン基、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレン基、2,5−ジメトキシ−1,4−フェニレン基、2,3,5,6−テトラフルオロ−1,4−フェニレン基などの置換アリーレン基が挙げられる。
式(7)及び式(8)において、R13及びR14は、置換されていてもよい炭素数2〜10のアルキレン基を示す。その具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、エチレン基、n−プロピレン基、n−ブチレン基、n−ペンチレン基、n−ヘキシレンなどの直鎖状のアルキレン基;1−メチルエチレン基、2−メチルエチレン基、1−エチルエチレン基、2−エチルエチレン基、1−メチルプロピレン基、2−メチルプロピレン基、2,2−ジメチルプロピレン基、3−メチルプロピレン基などの分岐鎖を含むアルキレン基(ここで置換位置の数値は、末端側の炭素からつけるものとする)などが挙げられる。
その炭素数は、2以上であり、また、8以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。
これらR13及びR14の中で好ましくは、不斉点を有さないためモノマーの品質管理が容易な直鎖状のアルキレン基であり、より好ましくは工業的に安価に導入でき、柔軟性と吸水性を与えることができるエチレン基である。
式(7)において、pは1〜40の整数であるが、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、また、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。
式(6)において、R12は、置換されていてもよい炭素数4〜20のシクロアルキレン基を示す。その具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、ガラス転移温度を高くすることができ、光弾性係数を低くすることができる傾向があることから、下記[R]群に示されるようなシクロアルキレン基
このように、2価のオリゴフルオレンと、一般式(3)で表される2価の有機基の、少なくとも2種類以上を繰り返し単位として含有する共重合体を用いる場合において、2価のオリゴフルオレンと、一般式(3)で表される2価の有機基は、後述する光学物性が発現する範囲内であれば、前記共重合体中に任意の質量で含まれていてよい。
2価のオリゴフルオレンの好ましい含有割合は、逆波長分散性を発現させ、かつ、溶融加工性や機械強度を保つためには、前記共重合体全体の質量に対して5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、12質量%以上であることがさらに好ましく、15質量%以上であることが特に好ましく、また、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることがさらに好ましく、60質量%以下であることが特に好ましい。同様の観点から、2価のオリゴフルオレンの好ましいモル分率は、前記共重合体に含まれる全繰り返し単位に対して1%以上であることが好ましく、2%以上であることがより好ましく、3%以上であることがさらに好ましく、4%以上であることが特に好ましく、5%以上であることが最も好ましく、また、50%以下であることが好ましく、50%未満であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましく、35%以下であることがよりさらに好ましく、30%以下であることが特に好ましく、20%以下であることが最も好ましい。また同様の観点から、一般式(3)で表される2価の有機基の好ましい含有割合は、前記共重合体全体の質量に対して10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましく、40質量%以上であることが特に好ましく、また、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、88質量%以下であることがさらに好ましく、85質量%以下であることが特に好ましく、80質量%以下であることが最も好ましい。同様の観点から、一般式(3)で表される2価の有機基の好ましいモル分率は、前記共重合体に含まれる全繰り返し単位に対して10%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましく、40%以上であることが特に好ましく、また、98%以下であることが好ましく、95%以下であることがより好ましく、92%以下であることがさらに好ましく、90%以下であることがよりさらに好ましく、85%以下であることが特に好ましく、80%以下であることが最も好ましい。
本発明の樹脂組成物は、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有するものである。また、本発明の樹脂組成物は該重合体さらにその他の成分を含有していてもよい。
本発明の樹脂組成物は、ブレンドに起因する他の効果の発現を期待して、その他の成分として任意の重合体を含んでいてもよい。つまり、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体の他に任意の重合体を共存在させてもよい。
特に、位相差フィルム用として好適に用いられるとの観点からは、正の屈折率異方性を示すポリマーまたはオリゴマーのブレンド若しくは共重合体を共存在させることが好ましく、光学性能が良好で、溶融製膜や溶液キャスト製膜ができる傾向があることから、熱可塑性樹脂を共存在させることがより好ましい。共存在させるものとしては、具体的には、重縮合系ポリマー、オレフィン系ポリマー、又は付加重合系ポリマーがあげられ、重縮合系ポリマーが好ましい。重縮合系ポリマーとしては、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルカーボネート、ポリアミド、ポリイミド等があげられ、中でもポリエステル又はポリカーボネートが好ましい。
逆波長分散性を発現させ、かつ、溶融加工性や機械強度を保つとの観点から、樹脂組成物における2価のオリゴフルオレンの好ましい含有割合は、樹脂組成物全体の質量に対して5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、12質量%以上であることがさらに好ましく、15質量%以上であることが特に好ましく、20質量%以上であることが最も好ましく、また、90質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、70質量%以下であることがさらに好ましく、60質量%以下であることが特に好ましい。同様の観点から、2価のオリゴフルオレンの好ましいモル分率は、樹脂組成物全体に含まれる全繰り返し単位に対して1%以上であることが好ましく、2%以上であることがより好ましく、3%以上であることがさらに好ましく、4%以上であることが特に好ましく、5%以上であることが最も好ましく、また、50%以下であることが好ましく、50%未満であることがより好ましく、40%以下であることがさらに好ましく、35%以下であることがよりさらに好ましく、30%以下であることが特に好ましく、20%以下であることが最も好ましい。また同様の観点から、一般式(3)で表される2価の有機基の好ましい含有割合は、樹脂組成物全体の質量に対して10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、30質量%以上であることがさらに好ましく、40質量%以上であることが特に好ましく、また、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、88質量%以下であることがさらに好ましく、85質量%以下であることが特に好ましく、80質量%以下であることが最も好ましい。同様の観点から、一般式(3)で表される2価の有機基の好ましいモル分率は、樹脂組成物全体に含まれる全繰り返し単位に対して10%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましく、40%以上であることが特に好ましく、また、98%以下であることが好ましく、95%以下であることがより好ましく、92%以下であることがさらに好ましく、90%以下であることがよりさらに好ましく、85%以下であることが特に好ましく、80%以下であることが最も好ましい。
樹脂組成物全体の質量に対して30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、60質量%以上であることが特に好ましく、また、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることがさらに好ましく、80質量%以下であることが特に好ましい。同様の観点から、2価のオリゴフルオレンの好ましいモル分率は、樹脂組成物全体に含まれる全繰り返し単位に対して10%以上であることが好ましく、15%以上であることがより好ましく、20%以上であることがさらに好ましく、25%以上であることが特に好ましく、また、80%以下であることが好ましく、75%以下であることがより好ましく、70%以下であることがさらに好ましく、65%以下であることが特に好ましい。また同様の観点から、一般式(3)で表される2価の有機基の好ましい含有割合は、樹脂組成物全体の質量に対して5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることがさらに好ましく、20質量%以上であることが特に好ましく、また、70質量%以下であることが好ましく、60質量%以下であることがより好ましく、50質量%以下であることがさらに好ましく、40質量%以下であることが特に好ましい。同様の観点から、一般式(3)で表される2価の有機基の好ましいモル分率は、樹脂組成物全体に含まれる全繰り返し単位に対して20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましく、35%以上であることが特に好ましく、また、90%以下であることが好ましく、85%以下であることがより好ましく、80%以下であることがさらに好ましく、75%以下であることが特に好ましい。
本発明の樹脂組成物の屈折率異方性は正負のどちらであっても、後述の<3−4.位相差比>に記載の逆波長分散フィルムに用いる場合の条件を満足することで、逆波長分散性を示す。ここで、負の屈折率異方性を有する逆波長分散フィルムを得るには、正の屈折率異方性を有し、短波長ほど波長分散が大きくなる波長分散性の大きな構造単位と、大きな負の屈折率異方性を有し、波長分散性の小さな構造単位を組み合わせて用いることが必要となるが、後者の材料は一般には知られておらず、負の屈折率異方性を有する逆波長分散フィルムを得ることは一般には難しい。そのため、本発明の樹脂組成物は、逆波長分散性やフラット分散性などの所望の光学特性を示す光学材料として用いる場合には、正の屈折率異方性を有するものであることが好ましい。
本発明において「正の屈折率異方性を有する樹脂組成物」とは、延伸フィルムに成形した際に、以下の測定条件において正の屈折率異方性を示す樹脂組成物を意味する。また「負の屈折率異方性」についても同様に定義される。
方法A:重合体として、2価のオリゴフルオレンと、一般式(3)で表される2価の有機基とを繰り返し単位として含有する共重合体を用いる方法、
方法B:2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体の他に、上記一般式(3)で表される2価の有機基を繰り返し単位として有する重合体を共存在させる方法、
方法C:2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体が正の屈折率異方性を持つように、R1〜R3を適切に選択する方法。
これらの方法において、一般式(3)で表される2価の有機基は単一種類のものを用いてもよく、一般式(3)の範囲内の複数種類の有機基を組み合わせて用いてもよい。また、2価のオリゴフルオレンは単一種類のものを用いてもよく、複数種類のものを組み合わせて用いてもよい。
「正の屈折率異方性を有する樹脂組成物」を実現するための方法Aとは、重合体として、2価のオリゴフルオレンと、一般式(3)で表される2価の有機基の、少なくとも2種類以上を繰り返し単位として含有する共重合体を用いる方法である。
方法Aにおいて、本発明の樹脂組成物は、重合体として、2価のオリゴフルオレンと、上記一般式(3)で表される2価の有機基の、少なくとも2種類以上を繰り返し単位として含有する共重合体を含んでいればよく、該共重合体以外の任意の重合体をさらに含有していてもよい。さらに、前記共重合体は、2価のオリゴフルオレン及び一般式(3)以外の繰り返し単位(ただし、前述の連結基を除く)を含有していてもよい。
「正の屈折率異方性を有する樹脂組成物」を実現するための方法Bとは、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体の他に、一般式(3)で表される2価の有機基を繰り返し単位として有する重合体を共存在させる方法である。
「正の屈折率異方性を有する樹脂組成物」を実現するための方法Cとは、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体が正の屈折率異方性を持つように、R1〜R3を適切に選択する方法である。
2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体が正の屈折率異方性を持つためのR1〜R3は、正の屈折率異方性を持つように選択されたものであれば何ら限定されないが、具体的には、R1及びR2は、それぞれ独立に、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基、又は置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子若しくはカルボニル基で連結された基が挙げられ、R3は、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基が挙げられる。主鎖に芳香環を導入することで、主鎖と直交するフルオレン環の持つ負の屈折率異方性を打消し、正の屈折率異方性を与えることができる傾向があると予想される。そのため、R1〜R3の持つ芳香環の数は、R1〜R3に含まれる総和として好ましくは2つ以上、より好ましくは3つ以上、更に好ましくは4つ以上である。
本発明の樹脂組成物は、位相差フィルム用途を想定した場合、波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比、すなわち位相差比が下記式(2)を満足することが好ましい。
Re450/Re550 ≦ 1.0 (2)
ここで、「本発明の樹脂組成物は、位相差比が上記式(2)を満足する」とは、延伸フィルムに成形した際に、以下の測定条件において波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が上記式(2)を満足することを意味する。
0.5 ≦ Re450/Re550 < 1.0 (2’)
位相差フィルムとして好適に用いることができるとの観点からは、本発明の樹脂組成物は、前記2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有するものであって、波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が前記式(2)を満足するものであることが好ましい。特に、本発明の樹脂組成物は、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有し、かつ、前記式(2)を満足する場合には、2価のオリゴフルオレンの含有割合が少なくとも充分な逆波長分散性を示す傾向がある。
1.0 ≦ Re630/Re550 (25)
ここで、「本発明の樹脂組成物は、位相差比’が上記式(25)を満足する」とは、延伸フィルムに成形した際に、以下の測定条件において波長630nmで測定した位相差(Re630)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が上記式(25)を満足することを意味する。
0.9 < Re450/Re550 < 1.1 (23)
ここで、「本発明の樹脂組成物において、位相差比が上記式(23)を満足する」とは、延伸フィルムに成形した際に、以下の測定条件において波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が上記式(23)を満足することを意味する。
位相差比(Re450/Re550)の値が上記範囲内である場合には、本発明の樹脂組成物を用いることでVAモードの液晶表示装置の色抜けを補正する位相差フィルムを得ることができ、波長による色抜けの少ない液晶表示装置の実現が可能となる。さらに、後述の<3−12.複屈折>に記載の条件を満足させることで、可視領域の各波長において理想的な位相差特性を得ることができ、広帯域ゼロ複屈折材料とすることができる。また、液晶表示装置の偏光板保護フィルムとして、本発明の広帯域ゼロ複屈折材料を偏光板と貼り合わせることにより、波長による色抜けの少ない偏光板及び画像表示装置の実現が可能である。
0.97 < Re630/Re550 < 1.02 (26)
ここで、「本発明の樹脂組成物は、位相差比’が上記式(26)を満足する」とは、延伸フィルムに成形した際に、以下の測定条件において波長630nmで測定した位相差(Re630)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が上記式(26)を満足することを意味する。
本発明の樹脂組成物の質量に対するフルオレン骨格の質量は5%以上であることが好ましく、8%以上であることがより好ましく、10%以上であることがさらに好ましく、また、70%以下であることが好ましく、50%以下であることがより好ましく、30%以下であることがさらに好ましい。この範囲であれば、逆波長分散性や正の複屈折異方性といった所望の光学特性が得られる傾向がある。この範囲を下回ると、逆波長分散性が発現しない、もしくは逆波長分散性が不足する可能性がある。また、この範囲を上回る場合、屈折率異方性が負となる可能性があり、さらには樹脂が脆くなるなど、機械強度が低下する可能性がある。
一方で、フルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有する樹脂組成物は、芳香環を有するフルオレン環が主鎖に配向することで所望の光学特性を発現する傾向がある。例えば、フルオレン環が主鎖に略垂直に配向した場合、逆波長分散性を示し、フルオレン環が主鎖に対して45度程度傾いて配向した場合、フラット分散性を示すようになる。そのため、逆波長分散性、フラット分散性や、広帯域ゼロ複屈折などの所望の光学物性を効率よく発現するためには、繰り返し単位中のフルオレン環の割合を高めることが望ましい。これを本明細書中では、フルオレン比率と呼び、下記式(27)にて定義することとする。ここで、フルオレン環の分子量は炭素原子13個分の原子量の総和とし、水素原子は該分子量には含まず、また、置換基を有する場合であっても置換基は該分子量には含まれない。また、フルオレン環の分子量の総和とは、フルオレンを有する繰り返し単位に含まれる、全てのフルオレン環の分子量の合計値を意味し、例えば、2つフルオレン環を有する場合にはフルオレン環2つ分の分子量となり、同様に3つ有する場合にはフルオレン環3つ分の分子量となる。一方で、フルオレンを有する繰り返し単位の分子量とは、該繰り返し単位そのものの分子量を意味する。
フルオレン比率(%) = フルオレン環の分子量の総和/フルオレンを有する繰り返し単位の分子量 × 100 (27)
本発明の樹脂組成物のガラス転移温度は90℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、110℃以上であることがさらに好ましく、120℃以上であることが特に好ましく、また、170℃以下であることが好ましく、160℃以下であることがより好ましく、150℃以下であることがさらに好ましい。この範囲を下回ると、使用環境下において、光学物性が設計値から変化してしまうおそれがあり、実用的に必要な耐熱性を満たさない可能性がある。また、この範囲を上回ると、樹脂組成物の溶融加工性が低下し、良好な外観や寸法精度の高い成形体が得られない可能性がある。さらに、耐熱性が高すぎてしまい、その反面、機械強度は低下するため、樹脂組成物が脆くなって、加工性や成形体の取り扱い性が悪化する場合があることが考えられる。
本発明の樹脂組成物の溶融粘度は、測定温度240℃、剪断速度91.2sec-1において、500Pa・s以上であることが好ましく、800Pa・s以上であることがより好ましく、1000Pa・s以上であることがさらに好ましく、また、5000Pa・s以下であることが好ましく、4500Pa・s以下であることがより好ましく、4000Pa・s以下であることがさらに好ましい。この範囲を下回ると、実用に耐えうる機械強度が得られない可能性がある。また、後述する溶融製膜法に適切な溶融粘度範囲から外れてしまう可能性がある。この範囲を上回ると、前記のガラス転移温度が高すぎる場合と同様に、成形性が悪化する可能性がある。
本発明の樹脂組成物の分子量は、還元粘度で表すことができる。本発明の樹脂組成物の還元粘度は、後掲の実施例の項に記載されるように、溶媒として塩化メチレンを用い、高分子濃度を0.6g/dLに精密に調整し、温度20.0℃±0.1℃でウベローデ粘度管を用いて測定される。本発明の樹脂組成物の還元粘度に特に制限は無いが、好ましくは0.30dL/g以上であり、より好ましくは0.35dL/g以上である。還元粘度の上限は、好ましくは1.20dL/g以下、より好ましくは0.60dL/g以下、更に好ましくは0.50dL/g以下である。
本発明の樹脂組成物は、多量の金属および金属イオンを含有すると、重合や加工時に着色したり、熱分解が起こりやすくなるおそれがある。例えば、樹脂組成物を製造する際に用いた触媒の残存物や、樹脂組成物の原料中にコンタミしている金属成分や、反応装置などから溶出する金属なども可能な限り低減することが重要である。特にNa、K、Cs、Feの影響が顕著であるため、本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、Na、K、Cs、Feの含有割合の合計が3質量ppm以下であることが好ましく、1質量ppm以下であることがより好ましく、0.8質量ppm以下であることがさらに好ましく、0.5質量ppm以下であることが特に好ましい。樹脂組成物中の金属量は、湿式灰化などの方法で樹脂組成物中の金属を回収した後、原子発光、原子吸光、ICP等の方法を使用して測定することが出来る。
本発明の樹脂組成物の光弾性係数は45×10-12Pa-1以下であることが好ましい。さらに好ましくは40×10-12Pa-1以下であり、特に好ましくは35×10-12Pa-1以下であり、また、通常5×10-12Pa-1以上である。光弾性係数が高くなると、大型の成形品に使用する場合や、成形品を折り曲げたりする場合に、応力が発生する部分において、材料の複屈折が変化し、光学物性の均一性が損なわれる可能性がある。
本発明の樹脂組成物は、逆波長分散性を示す位相差フィルムや、フラット分散性を示す位相差フィルム用途を想定した場合、フィルムにした際に、550nmにおける複屈折が0.001以上であることが好ましい。後述のように本発明の樹脂組成物を用いて成形するフィルムの厚みを非常に薄く設計するためには、複屈折が高い方が好ましい。従って、550nmにおける複屈折は0.002以上であることが更に好ましく、また、通常0.005以下である。550nmにおける複屈折が0.001未満の場合には、フィルムの厚みを過度に大きくする必要があり、製膜材料の使用量が増え、厚み・透明性・位相差の点から均質性の制御が困難となる傾向がある。そのため、550nmにおける複屈折が0.001未満の場合には、精密性・薄型・均質性を求められる機器に適合できない可能性がある。
一方で本発明の樹脂組成物は、広帯域ゼロ複屈折材料を想定した場合には、フィルムにした際に、550nmにおける複屈折が0.0005以下であることが好ましい。前述のように本発明の樹脂組成物を用いて広帯域ゼロ複屈折を有する偏光板保護フィルムを設計するためには、複屈折が低い方が好ましい。従って、550nmにおける複屈折は0.0002以下であることが更に好ましく、0.0001以下が特に好ましく、また、通常0.00001以上である。550nmにおける複屈折が0.0005超過の場合には、複屈折が十分に小さくないため、フィルムの厚みが厚いと色抜けが起こる可能性がある。
本発明の樹脂組成物は、光学レンズなどの広帯域ゼロ複屈折材料を想定した場合には、589nmにおける屈折率が1.54以上であることが好ましい。本発明の樹脂組成物を用いて光学レンズを設計するためには、レンズを薄くするためにも、屈折率が高い方が好ましい。従って、589nmにおける屈折率は、1.56以上であることが更に好ましく、1.58以上が特に好ましく、通常1.65以下である。
本発明の樹脂組成物は、撮像系光学レンズなどの広帯域ゼロ複屈折材料を想定した場合には、アッベ数が35以下であることが好ましい。本発明の樹脂組成物を用いて撮像系光学レンズを設計するためには、アッベ数が低い方が好ましい。従って、アッベ数は、30以下であることが更に好ましく、25以下が特に好ましく、通常15以上である。
本発明の樹脂組成物は、フルオレン環の配向に由来する740cm-1の吸収の延伸方向と垂直方向の強度比が、1.2以上であることが好ましく、1.3以上であることがより好ましく、1.4以上であることがさらに好ましく、また、通常2.0以下である。本発明の樹脂組成物を逆波長分散フィルム用途として用いる場合、フルオレン環の配向に由来する740cm-1の吸収の延伸方向と垂直方向の強度比が高い方が、その樹脂組成物中に含まれるフルオレン環を有する繰り返し単位はその割合が少なくても逆波長分散性を示す傾向にある。なお、前記強度比は以下の方法にて測定することができる。
まず本発明の樹脂組成物から延伸フィルムを作成し、偏光ATR分析を実施する。その分析結果において、カルボニルの配向に由来する1245cm-1の吸収の延伸方向と垂直方向の強度比(2色比:延伸方向の強度/垂直方向の強度)が1.2以上であり、主鎖が延伸方向へ配向していることを確認する。次に、フルオレン環の配向に由来する740cm-1の吸収の延伸方向と垂直方向の強度比を算出する。
本発明の樹脂組成物は、2価のオリゴフルオレンの特定配座(コンフォメーション)が、ゴーシュ配座を安定配座としない場合であって、トランス配座の主鎖とフルオレン環のなす角度が50°以上、好ましくは60°以上、より好ましくは70°以上の時に、逆波長分散性が発現されると予想できる。
2価のオリゴフルオレンの特定配座(コンフォメーション)のエネルギー計算及び該配座におけるフルオレン環と主鎖がなす角度の計算は以下の通りに算出することができる。
ソフトウェアは、AM1法について米国Wavefunction社製PC Spartan Pro 1.0.5(Windows(登録商標)32bit版)を使用する。なお、収束判定値等、計算精度にかかわる入力値は全て当該ソフトウェアのデフォルト値を使用する。
ここで、2価のオリゴフルオレンに関しては、ポリカーボネート樹脂組成物の場合には繰り返し単位の両末端をメチルカーボネート化した構造に対して、ポリエステル又はポリエステルカーボネート樹脂組成物の場合には繰り返し単位の両末端をメチルエステル化した構造に対して計算する。
なお、主鎖とフルオレン環のなす角度は、以下のように定める。まず、両末端のメチル基の炭素原子同士を結ぶ直線を主鎖方向、フルオレンの3位、6位、9位の炭素原子を通る平面をフルオレン平面とする。このとき、主鎖方向と交差するフルオレン平面上の直線は無限に存在するが、主鎖方向との角度が最小となるフルオレン平面上の直線は一意に定まる。その角度を主鎖とフルオレン環のなす角度とする。
上記一般式(1)で表される2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体は、例えば、下記一般式(20)で表されるオリゴフルオレンモノマーの重合等の方法により製造できる。
<4−1.重合反応性基>
A3及びA4において、「重合反応性基」の具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、ヒドロキシメチル基、2−ヒドロキシエチル基、3−ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシブチル基、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル基、2−メトキシメチル−2−メチルプロピレン基、4−ヒドロキシフェニル基、4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル基、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル基、(4−(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン−1−イル)メチル基等のヒドロキシル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、エトキシカルボニルメチル基、2−(エトキシカルボニル)エチル基、2−(メトキシカルボニル)プロピル基等のエステル基;2−ヒドロキシエトキシカルボニル基、2−(2−ヒドロキシエトキシ)カルボニルエチル基、2−(2−ヒドロキシエトキシ)カルボニルプロピル基、2−(4−ヒドロキシブトキシ)カルボニルエチル基、2−[[4−(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン−1−イル]メトキシ]カルボニルエチル基等のヒドロキシエステル基;カルボキシル基、カルボキシルメチル基、カルボキシルエチル基等のカルボキシル基;アミノメチル基、2−アミノエチル基、3−アミノプロピル基等のアミノ基;アクリロイルオキシメチル基、メタクリロイルオキシメチル基、2−(アクリロイルオキシ)エチル基、3−(アクリロイルオキシ)プロピル基等のアクリル基;2,3−エポキシプロピル基、2,3−エポキシプロポキシメチル基、2−(2,3−エポキシプロポキシ)エチル基等のエポキシ基等が挙げられる。
なお、上記一般式(20)で表されるオリゴフルオレンモノマーは、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体の原料として用いることができるが、重合反応性基は、A3及びA4の2か所のみであることが好ましく、種々の樹脂組成物を製造するための重合条件で、重合反応性基として働くような置換基は、R3〜R9には含まれないことが好ましい。
これらの中で好ましくは、このモノマーの製造を短工程で実施できる傾向があるA3及びA4が同一のものであり、より好ましくは、好ましい重合体であるポリエステル、ポリカーボネート、又はポリエステルカーボネートに用いられる、ヒドロキシル基、エステル基、又はヒドロキシエステル基である場合である。A3及びA4がヒドロキシル基の場合、光学性能が良好のため好ましい重合体であるポリエステル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネートに共通に使用できるモノマーである、下記一般式(10a)
前記ヒドロキシル基の中でもヒドロキシメチル基(式(10a)において、R1及びR2がメチレン基の場合における−R1−OH基及び−R2−OH基)は、導入が容易でかつ高いガラス転移温度の樹脂組成物が得られるため、特に好ましい。ヒドロキシメチル基は、モノマー分子中のフルオレンの割合を高めることができるうえ、9位で主鎖と連結するフルオレン骨格を有しながら、驚くべきことに負の屈折率異方性が小さいため、樹脂組成物中において、上記2価のオリゴフルオレンの質量比及び/又はモル分率が高い範囲においても、正の屈折率異方性を有している。このため、正の屈折率異方性と高い屈折率を有し、光弾性係数が小さい樹脂組成物を得ることができる傾向がある。さらに、波長分散が小さい傾向があるため、フラット分散位相差フィルムに好適である。また、前記ヒドロキシル基の中でもヒドロキシプロピル基は、少ない添加量で位相差フィルムとしての特性を発揮できるため、特に好ましい。すなわち、樹脂組成物の屈折率異方性が正で550nmにおける複屈折が0付近の時に逆波長分散性が大きくなるが、ヒドロキシプロピル基を有するオリゴフルオレンモノマーに由来する構造単位は、屈折率異方性が大きく負であるので、それ以外の正の屈折率異方性を有する構造単位に対してより少ない量で樹脂組成物の屈折率異方性を正かつ複屈折を0付近にすることができる。
A3及びA4がエステル基の場合のR17において「炭素数1〜10の有機置換基」の具体的な構造は以下に挙げられ、これらに限定されるものではないが、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、n−ヘキシル、n−デシルなどの直鎖状のアルキル基;イソプロピル基、2−メチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、2−エチルヘキシル基などの分岐鎖を含むアルキル基;シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基などの環状のアルキル基;フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等のアリール基;2−ピリジル基、2−チエニル基、2−フリル基などのヘテロアリール基;ベンジル基、2−フェニルエチル基、p−メトキシベンジル基などのアラルキル基などが挙げられる。これらの中で、R17がメチル基、又はエチル基の場合、ジヒドロキシ化合物とのエステル交換で生じる低沸点のアルコールを除去することでポリエステル及びポリエステルカーボネートを効率的に合成できるため、特に好ましい。一方で、R17がアリール基の場合、エステル交換反応が容易に進行するため、上記ジエステル化合物とジヒドロキシ化合物、炭酸ジエステルを一括添加で反応器に仕込むことで、好ましい重合体であるポリエステルカーボネートを1段階で合成することができるため、好ましい。特に、分子量が小さく、ポリエステルカーボネート合成後、フェノールとして留去できるフェニル基が特に好ましい。また、R17がアリール基の場合、重合時の反応性の観点から、炭酸ジエステルとして後述のジアリールカーボネート類を用いることが好ましく、副生物を容易に除去できるとの観点からは、R17のアリール基と、ジアリールカーボネート類におけるアリール基とが同じであることがより好ましい。
A3及びA4がヒドロキシエステル基の場合、光学性能が良好のため好ましい重合体であるポリエステル、ポリエステルカーボネートに共通に使用できるモノマーである、下記一般式(10c)
前記一般式(20)で示されるオリゴフルオレンモノマーの具体例としては、下記[L]群に示されるような構造が挙げられる。
上記一般式(10a)で表されるオリゴフルオレンのうち、特に好ましいヒドロキシメチル基を有するオリゴフルオレンモノマーとは、下記一般式(19)に示されるジヒドロキシ化合物(以下、オリゴフルオレンジオールと称する。)である。
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基であり、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。nは1〜5の整数値を示す。)
R3〜R9及びnとしては、一般式(1)において好ましく例示したものを適用することができる。
このオリゴフルオレンジオールを用いて樹脂組成物を得ると、2価のオリゴフルオレンにおいて、両末端に位置するフルオレンの9位の炭素原子にそれぞれ結合したR1及びR2の炭素数が1となるため、簡便にフラット分散性を発現する樹脂組成物を得られることができる傾向がある。
上記一般式(10b)のうち、特に好ましいアリールエステル基を有するオリゴフルオレンモノマーとは、下記一般式(10d)で表される化合物である。
Ar1の具体例としては、フェニル基、トリル基、クロロフェニル基、ナフチル基、m−クレジル基、ビフェニル基などが挙げられ、中でも工業的に安価であり分子量の比較的小さいとの観点からは、フェニル基、トリル基、クロロフェニル基、又はm−クレジル基であることが好ましく、重合後にフェノールとして留去することが可能なフェニル基であることがより好ましい。
本発明のオリゴフルオレンモノマー中の塩素含有割合は、Cl換算質量で100質量ppm以下であることが好ましい。さらには10質量ppm以下であることが好ましい。塩素成分の含有割合が多い場合、重合反応に用いる触媒を失活させてしまい、所望の分子量まで重合が進行しなくなったり、反応が不安定化し、生産性が悪化する可能性がある。また、得られたポリマー中にも塩素成分が残存し、ポリマーの熱安定性を低下させるおそれがある。
本発明の樹脂組成物に上記一般式(3)で表される2価の有機基を繰り返し単位として導入する方法としては、得られる樹脂組成物の透明性や均一性の観点から、
1. 前記式(10a)で表されるオリゴフルオレンを有するジヒドロキシ化合物と、前記一般式(3)で表される有機基を有する下記式(21)で表されるジヒドロキシ化合物とを共重合する方法、
2. 前記式(10b)で表されるオリゴフルオレンを有するジエステル化合物を、前記一般式(3)で表される有機基を有する下記式(21)で表されるジヒドロキシ化合物でエステル交換をした後に、前記一般式(3)で表される有機基を有する下記式(21)で表されるジヒドロキシ化合物とを共重合する2段階で導入する方法、
3. 前記式(10d)で表されるオリゴフルオレンを有するジアリールエステル化合物と、前記一般式(3)で表される有機基を有する下記式(21)で表されるジヒドロキシ化合物とを共重合する方法、
4. 前記式(10a)で表されるオリゴフルオレンを有するジヒドロキシ化合物、前記一般式(3)で表される有機基を有する下記一般式(28)で表されるジカルボン酸化合物、及び、前記一般式(3)で表される有機基を有する下記一般式(21)で表されるジヒドロキシ化合物とを共重合する方法、
が好ましい。
HOCOR10−COOH (28)
(式(21)及び式(28)中、R10は、前記一般式(3)のそれと同じである。)
ここで、上記一般式(3)で表される2価の有機基は単一種類のものを用いてもよく、異なる複数種類の有機基を組み合わせて用いてもよい。異なる複数種類の有機基を組み合わせて用いることは、異なる複数種類の上記一般式(21)で表されるジヒドロキシ化合物、及び/又は、上記一般式(28)で表されるジカルボン酸化合物を用いることで達成される。
前述のとおり、重合体としてはポリエステル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネートが好ましく、一般的に、ポリエステルよりもポリカーボネートの方が十分なガラス転移温度を有し、耐加水分解性に優れていることから、ポリカーボネートが特に好ましい。一方で、一般的に、柔軟性においては、ポリカーボネートよりもポリエステルの方が優れていることから、ポリエステルが特に好ましい。ポリエステルカーボネートは、ガラス転移温度と耐加水分解性、及び、柔軟性のバランスが優れていることから、特に好ましい。
なお、ポリカーボネート及びポリエステルカーボネートは<8.ポリカーボネートの重合方法>等の方法により製造することができる。また、ポリエステルについても同様の方法により製造することができ、具体的には<9.ポリエステルの重合方法>等の方法により製造することができる。
本発明の樹脂組成物は、ガラス転移温度及び耐加水分解性の観点から前記重合体がポリカーボネートであることが好ましい。以下、重合体がポリカーボネートである樹脂組成物を、「ポリカーボネート樹脂組成物」と略記する場合がある。なかでも、2価のオリゴフルオレンが、耐熱性と溶融加工性や機械強度とのバランスに優れる傾向があるポリエステル、ポリカーボネート、又はポリエステルカーボネートを構成する、下記[Y]群に示されるカーボネート結合及び/又はエステル結合で連結された繰り返し単位構造を含有することが好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、重合体としてポリカーボネートを含有する樹脂組成物を示し、ポリカーボネートのみから構成されていても、ポリカーボネート以外の重合体が共存在されていてもよい。
ここで、上記一般式(3)で表される2価の有機基は単一種類のものを用いてもよく、複数種類の有機基の構造単位を組み合わせて用いてもよい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物において、前記連結基としてカーボネート結合を有する、下記一般式(22)で表される繰り返し単位構造を有する重合体を含有することが、十分高いガラス転移点と所望の光学特性を与えるため好ましい。
R3は直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基であり、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
nは1〜5の整数値を示す。
なお、R1〜R9及びnとしては一般式(1)において好ましく例示したものを適用することができる。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、物性及び光学特性を好ましい範囲に調整するため、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体が上記一般式(3)で表される2価の有機基を繰り返し単位として有していてもよく、2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体と上記一般式(3)で表される2価の有機基を繰り返し単位として有する重合体が共存在していてもよい。ここで、上記一般式(3)で表される2価の有機基を繰り返し単位として有する際には、高い耐加水分解性を有する、下記一般式(12)で表されるカーボネート結合で連結された繰り返し単位構造の形で有することが好ましい。
更に好ましくは、高い透明性とガラス転移温度、吸水性、低い光弾性係数を与えることで、位相差フィルムとして優れた物性を付与する、上記一般式(13)で表される繰り返し単位構造である。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物の製造方法としては、ジヒドロキシ化合物と、下記一般式(11)で表される炭酸ジエステルとを溶融重縮合する方法(溶融重合法)を含むことが好ましい。もう一つの一般的なポリカーボネートの製造方法として知られる界面重合法は、使用できるモノマーが芳香族ジヒドロキシ化合物に限定されるため、アルコール性ヒドロキシ基を有するジヒドロキシ化合物も含む、より幅広い構造に適用できる溶融法を用いることが好ましい。また、界面法は毒性の強いホスゲンや塩化メチレン、クロロベンゼン等の含塩素溶媒を用いる必要もあり、環境負荷も高い傾向がある。
この溶融重合法で用いられる炭酸ジエステルとしては、通常、前記一般式(11)で表されるものが挙げられる。前記式(11)で表される炭酸ジエステルとしては、例えば、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネート、ビス(クロロフェニル)カーボネート、m−クレジルカーボネート、ジナフチルカーネート、ビス(ビフェニル)カーボネートなどに代表されるジアリールカーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジシクロヘキシルカーボネートなどに代表されるジアルキルカーボネート類が挙げられる。なかでも、好ましくはジアリールカーボネート類が用いられ、特にジフェニルカーボネートが好ましく用いられる。これらの炭酸ジエステルは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いてもよい。
重合に用いる炭酸ジエステルの一部を上記一般式(28)で表されるジカルボン酸化合物、及び/又は、上記一般式(20)で表されるオリゴフルオレンモノマーの重合反応性基A3及びA4がカルボキシル基のジカルボン酸化合物と置換する、重合に用いるジヒドロキシ化合物の一部としてジヒドロキシエステル、及び/又はジヒドロキシエステルオリゴマーを用いる等の方法により、ポリエステルカーボネートが得られる。ここで用いることのできるジヒドロキシエステル、及び/又はジヒドロキシエステルオリゴマーは、ジカルボン酸化合物とジヒドロキシ化合物の反応により、合成することが可能である。上記一般式(28)で表されるジカルボン酸化合物としては、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’−ベンゾフェノンジカルボン酸、4,4’−ジフェノキシエタンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルスルホンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸などを挙げることができ、得られたポリエステルカーボネートの耐熱性や熱安定性の観点から、芳香族ジカルボン酸が好ましく、特には取扱いや入手のし易さから、テレフタル酸、又はイソフタル酸が好ましく、中でもテレフタル酸が好適である。これらのジカルボン酸成分はジカルボン酸そのものとして前記ポリエステルカーボネートの原料とすることができるが、製造法に応じて、メチルエステル体、フェニルエステル体等のジカルボン酸エステルや、ジカルボン酸ハライド等のジカルボン酸誘導体を原料とすることもできる。なお、ジカルボン酸化合物として、上記一般式(20)で表されるオリゴフルオレンモノマーを用いる場合、ジヒドロキシ化合物として、上記一般式(10a)で表されるオリゴフルオレンを有するジヒドロキシ化合物を用いることは必須ではなく、製造コスト削減の観点から、上記一般式(10a)で表されるオリゴフルオレンを有するジヒドロキシ化合物を用いないことが好ましい。
溶融重合における重合触媒(エステル交換触媒)としては、例えば長周期型周期表第1族及び/又は、第2族の金属化合物が使用される。エステル交換触媒(以下、単に触媒、重合触媒と言うことがある)は、反応速度または重縮合して得られるポリカーボネート樹脂組成物の品質に非常に大きな影響を与え得る。
長周期型周期表第1族と第2族の金属化合物と共に補助的に、塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合物、塩基性アンモニウム化合物、アミン系化合物等の塩基性化合物を併用することも可能であるが、長周期型周期表第1族及び/又は、第2族の金属化合物のみを使用することが特に好ましい。
上記重合触媒の使用量は、長周期型周期表第1族と第2族の金属化合物を用いる場合、反応に用いる全ジヒドロキシ化合物1モルに対して、金属換算量として、通常、0.1μmol〜100μmolの範囲内で用い、好ましくは0.5μmol〜50μmolの範囲内であり、さらに好ましくは1μmol〜25μmolの範囲内である。重合触媒の使用量が少なすぎると、所望の分子量のポリカーボネートを製造するのに必要な重合活性が得られない場合があり、一方、重合触媒の使用量が多すぎると、得られるポリマーの色相が悪化し、副生成物が発生したりして流動性の低下やゲルの発生が多くなり、目標とする品質のポリカーボネートの製造が困難になる場合がある。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物に含有されるポリカーボネートを溶融重合法で製造する方法としては、ジヒドロキシ化合物と、必要に応じジカルボン酸化合物を重合触媒の存在下で炭酸ジエステルと反応させる。重合は、通常、2段階以上の多段工程で実施され、重合反応器は1つで条件を変えて2段階以上の工程で実施してもよいし、2つ以上の反応器を用いて、それぞれの条件を変えて2段階以上の工程で実施してもよいが、生産効率の観点からは、2つ以上、好ましくは3つ以上、更に好ましくは3〜5つ、特に好ましくは、4つの反応器を用いて実施する。重合反応はバッチ式、連続式、あるいはバッチ式と連続式の組み合わせの何れでも構わないが、生産効率と品質の安定性の観点から、連続式が好ましい。
特に本発明のポリカーボネート樹脂組成物の着色や熱劣化を抑制し、色相や耐光性の良好なポリカーボネート樹脂組成物を得るには、全反応段階における内温の最高温度が270℃以下、特に260℃以下であることが好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、上述の通り重縮合後、通常、冷却固化させ、回転式カッター等でペレット化することができる。ペレット化の方法は限定されるものではないが、最終重合反応器から溶融状態で抜き出し、ストランドの形態で冷却固化させてペレット化させる方法、最終重合反応器から溶融状態で一軸または二軸の押出機に樹脂を供給し、溶融押出しした後、冷却固化させてペレット化させる方法、又は、最終重合反応器から溶融状態で抜き出し、ストランドの形態で冷却固化させて一旦ペレット化させた後に、再度一軸または二軸の押出機に樹脂を供給し、溶融押出しした後、冷却固化させてペレット化させる方法等が挙げられる。後述するように、副生する炭酸ジエステル由来のモノヒドロキシ化合物がポリカーボネート中に多く含まれると、位相差フィルムに加工した後に、環境変化による光学的特性の変化を招くことがあるため、本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、押出機を使用して炭酸ジエステル由来のモノヒドロキシ化合物を除去することが好ましく、中でも、最終重合反応器から溶融状態で単数または複数のベント口を有する一軸または二軸の押出機に樹脂を供給し、ベント口を減圧にしてモノヒドロキシ化合物を除去しつつ溶融押出しした後、冷却固化させてペレット化させる方法が好ましい。
溶融重合法では重合反応において炭酸ジエステルからフェノール等のモノヒドロキシ化合物が副生するため、これが本発明のポリカーボネート樹脂組成物中に残存し、フィルム製膜時や延伸時に揮発して、臭気の原因となったり、フィルムの欠陥を招いたりすることがある。また、本発明のポリカーボネート樹脂組成物が位相差フィルムに加工された後に、該フィルム中に残存している炭酸ジエステル由来のモノヒドロキシ化合物は、環境変化により位相差フィルムの光学的特性を変化させることがあるため、本発明のポリカーボネート樹脂組成物に含まれる炭酸ジエステル由来のモノヒドロキシ化合物は1500質量ppm以下であることが好ましい。さらには1000質量ppm以下であることが好ましい。下限については、上記問題を解決するために少ない方がよいが、溶融重合法では高分子中に残存するモノヒドロキシ化合物をゼロにすることは困難であること、除去のためには過大な労力が必要であることから、通常1質量ppmである。本発明のポリカーボネート樹脂組成物中に残存する炭酸ジエステル由来のモノヒドロキシ化合物を低減するためには、上記のように高分子を押出機で脱揮処理すること、重合終盤の圧力を3kPa以下、好ましくは2kPa以下にすることが効果的であるが、圧力を下げすぎると分子量が急激に上昇して、反応の制御が困難になる場合があるため、高分子の末端基濃度を水酸基過剰かアリール基過剰にして、末端基バランスを偏らせて製造することが好ましい。中でも熱安定性の観点から、水酸基末端濃度を50mol/ton以下、特には30mol/ton以下にすることが好ましい。水酸基末端濃度は、1H−NMR等で定量することができる。水酸基末端濃度は炭酸ジエステルと全ジヒドロキシ化合物の仕込みのモル比により調節することができる。
重合に用いる炭酸ジエステルを上記一般式(28)で表されるジカルボン酸化合物、及び/又は、上記一般式(20)で表されるオリゴフルオレンモノマーの重合反応性基A3及びA4がカルボキシル基のジカルボン酸化合物と置換する、重合に用いるジヒドロキシ化合物の一部として、上記一般式(20)で表されるオリゴフルオレンモノマーの重合反応性基A3及びA4がヒドロキシ基のジヒドロキシ化合物と置換する等の方法により、ポリエステルが得られる。
好ましいジカルボン酸、重合触媒、重合条件等は<8.ポリカーボネートの重合方法>記載の方法と同じである。
本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物には、任意の添加剤を含有させてもよい。同様に、本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物に含有される重合体にも、任意の添加剤を含有させてもよい。
本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物には、成形時等における分子量の低下や色相の悪化を防止するために熱安定剤を配合することができる。同様に、本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物に含有される重合体にも、同様の理由から、熱安定剤を配合することができる。
かかる熱安定剤としては、通常知られるヒンダードフェノール系熱安定剤および/またはリン系熱安定剤が挙げられる。
また、本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物には、酸化防止の目的で通常知られた酸化防止剤を配合することもできる。かかる酸化防止剤としては、例えばペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、グリセロール−3−ステアリルチオプロピオネート、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−tert−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ペンタエリスリトール−テトラキス[3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル−3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、N,N−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマイド)、3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−ベンジルホスホネート−ジエチルエステル、トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、4,4’−ビフェニレンジホスフィン酸テトラキス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)、3,9−ビス{1,1−ジメチル−2−[β−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ]エチル}−2,4,8,10−テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン等の1種又は2種以上が挙げられる。これら酸化防止剤の配合量は、本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物を100質量部とした場合、0.0001質量部以上が好ましく、また、0.5質量部が好ましい。
上記の添加剤は、本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物に上記成分を同時に、または任意の順序でタンブラー、V型ブレンダー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、押出機等の混合機により混合して製造することができるが、中でも押出機、特には二軸押出機により混練することが、分散性向上の観点から好ましい。
本発明にかかる樹脂組成物又はポリカーボネート樹脂組成物は光弾性係数が小さく、耐熱性および成形性にも優れ、さらに着色が少なく高い透明性を兼ね備えている傾向があるため、それらを成形して得られる成形体はフィルムやレンズ、プリズムといった光学部材に好適である。例えば、本発明にかかるフィルムは、各種ディスプレイ(液晶表示装置、有機EL表示装置、プラズマ表示装置、FED電界放出表示装置、SED表面電界表示装置)の視野角補償用、外光の反射防止用、色補償用、直線偏光の円偏光への変換用などの位相差フィルムとして用いることができる。また、本発明にかかるレンズ、プリズムは、フレネルレンズ、ピックアップレンズ等の光学レンズや光学プリズムにも用いることもできる。
本発明の樹脂組成物及び本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、フィルムとして好適に用いることができる。本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物を製膜することでフィルムを得ることができる。
本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物を用いて原反フィルムを製膜する方法としては、本発明の樹脂組成物又は本発明のポリカーボネート樹脂組成物を溶媒に溶解させてキャストした後、溶媒を除去する流延法、溶媒を用いず溶融製膜する方法、具体的にはTダイを用いた溶融押出法、カレンダー成形法、熱プレス法、共押出法、共溶融法、多層押出、インフレーション成形法等があり、特に限定されないが、流延法は、残存溶媒による問題が生じるおそれがあるため、好ましくは溶融製膜法、中でも後の延伸処理のし易さから、Tダイを用いた溶融押出法が好ましい。
本発明のフィルムは、内部ヘイズが3%以下であることが好ましく、1.5%以下であることがより好ましい。位相差フィルムの内部ヘイズが上記上限値よりも大きいと光の散乱が起こり、例えば偏光子と積層した際、偏光解消を生じる原因となる場合がある。内部ヘイズの下限値は特に定めないが、通常0.2%以上である。測定サンプルは、事前にヘイズ測定を行っておいた粘着剤付き透明フィルムを、試料フィルムの両面に貼り合せ、外部ヘイズの影響を除去した状態のものを作成して用い、測定値は、粘着剤付き透明フィルムのヘイズ値の差分を用いる。
本発明のフィルムは、厚みによらず、当該フィルムそのものの全光線透過率が80%以上であることが好ましく、この透過率は90%以上であることが更に好ましい。透過率が上記下限以上であれば、着色の少ないフィルムが得られ、偏光板と貼り合わせた際、偏光度や透過率の高い円偏光板となり、画像表示装置に用いた際に、高い表示品位を実現することが可能となる。なお、本発明のフィルムの全光線透過率の上限は特に制限はないが通常99%以下である。
このようにして得られる原反フィルムは、少なくとも一方向に延伸することにより本発明の延伸フィルムとすることができる。その延伸の方法は、自由端延伸、固定端延伸、自由端収縮、固定端収縮等、様々な延伸方法を、単独で用いることも、同時もしくは逐次で用いることもできる。また、延伸方向に関しても、水平方向・垂直方向・厚さ方向、対角方向等、様々な方向や次元に行なうことが可能であり、特に限定されない。好ましくは、横一軸延伸方法、縦横同時二軸延伸方法、縦横逐次二軸延伸方法等が挙げられる。延伸する手段としては、テンター延伸機、二軸延伸機等、任意の適切な延伸機を用いることができる。
歪み速度(%/分)= 延伸速度(mm/分)/原反フィルムの長さ(mm) ×100
また、延伸後加熱炉で熱固定処理を行っても良いし、テンターの幅を制御したり、ロール周速を調整したりして、緩和工程を行っても良い。この処理を行うことで、高温条件下での長期使用による光学的特性の変動を抑制することができる。
本発明の延伸フィルムは、このような延伸工程における処理条件を適宜選択・調整することによって作製することができる。
本発明の延伸フィルムは、波長450nmで測定した位相差(Re450)と波長550nmで測定した位相差(Re550)の比が下記式(2)を満足する位相差フィルムであることが好ましい。
Re450/Re550 ≦ 1.0 (2)
また、本発明の延伸フィルムは、<3−4.位相差比>に記載した物性値を満足することが好ましい。同様に、<3−11.光弾性係数>に記載した物性値を満足することが好ましい。同様に、<3−12.複屈折>に記載した物性値を満足することが好ましい。
本発明のフィルムは、飽和吸水率が1.0質量%より大きいことが好ましい。飽和吸水率が1.0質量%より大きければ、このフィルムを他のフィルムなどと貼りあわせる際、容易に接着性を確保することができる傾向がある。例えば、偏光板と貼りあわせる際、フィルムが親水性であるため、水の接触角も低く、接着剤を自由に設計し易く、高い接着設計ができる。飽和吸水率が1.0質量%以下の場合は、疎水性となり、水の接触角も高く、接着性の設計が困難になる。また、フィルムが帯電し易くなり、異物の巻き込み等、円偏光板、画像表示装置に組み込んだ際、外観欠点が多くなるという問題が生じる傾向がある。一方、飽和吸水率が2.0質量%より大きくなると湿度環境下での光学特性の耐久性が悪くなる傾向があるため好ましくない。本発明のフィルムは、飽和吸水率が1.0質量%より大きいことが好ましく、1.1質量%以上であることがより好ましく、また、2.0質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下であることがより好ましい。
一方で、フィルムやそれを用いた画像表示装置の使用条件によっては、飽和吸水率を1.0質量%以下としてもよい。
本発明にかかるフィルムは、各種ディスプレイ(液晶表示装置、有機EL表示装置、プラズマ表示装置、FED電界放出表示装置、SED表面電界表示装置)の視野角補償用、外光の反射防止用、色補償用、直線偏光の円偏光への変換用などの位相差フィルムとして用いることができる。
本発明にかかる樹脂組成物及びポリカーボネート樹脂組成物は光弾性係数が小さく、耐熱性および成形性にも優れ、さらに着色が少なく高い透明性を兼ね備えている傾向があるため、その他の光学フィルムや光ディスク、光学プリズム、ピックアップレンズ等にも用いることもできる。
例えば、本発明の延伸フィルムを前述の<3−4.位相差比>に記載の条件を満足させることで、1/4λ板として用いることができる。このようにして作成した本発明の1/4λ板を偏光板と貼り合わせることにより、円偏光板等を作製することができ、あらゆる波長において外光反射防止機能を有する黒色性に優れた円偏光板とすることができ、さらには画像表示装置に適用した場合には黒色の再現性が極めて良好な画像表示装置の実現が可能である。前記偏光板としては、公知の様々な構成のものを採用することができる。例えば、従来公知の方法により、各種フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて染色し、架橋、延伸、乾燥することによって調製した偏光子に保護フィルムを積層させたもの等が使用できる。
また、本発明の延伸フィルムを前述の<3−4.位相差比>に記載の条件を満足させることで、VAモードの液晶表示装置の色抜けを補正する位相差フィルムを得ることができ、波長による色抜けの少ない液晶表示装置の実現が可能となる。さらに、前述の<1−13.複屈折>に記載の条件を満足させることで、可視領域の波長において理想的な位相差特性を得ることができ、広帯域ゼロ複屈折材料とすることができる。また、液晶表示装置の偏光板保護フィルムとして、本発明の広帯域ゼロ複屈折材料を偏光板と貼り合わせることにより、波長による色抜けの少ない偏光板及び画像表示装置の実現が可能である。
本発明で使用されるオリゴフルオレンモノマー(20)の製造方法は何ら限定されないが、例えば、下記式に示される製造法A、製造法B又は製造法C等の方法により製造することができる。
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基であり、R4〜R9のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
A3及びA4はそれぞれ独立に、重合反応性基を示す。nは1〜5の整数値を示す。
ここで、各構造式中のR3〜R9の好ましい置換基は、上記一般式(1)中のR3〜R9と同様である。また、各構造式中のnの好ましい値は、上記一般式(1)中のnと同様である。
製造法Aは、フルオレン類(I)を原料として、9位モノ置換フルオレン類(IIIa)及び(IIIb)を合成した後、これらのモノ置換体を架橋することで、オリゴフルオレンモノマー(20)を製造する方法である。ここで、一般式(IIIa)と(IIIb)は、同一であっても異なっていてもよい。なお、フルオレン類(I)を原料とせずに、9位モノ置換フルオレン類(IIIa)及び/又は(IIIb)を合成してもよい。
製造法Bは、フルオレン類(I)を原料として、9―ヒドロキシメチルフルオレン類(IV)へと変換した後に、脱水により合成したオレフィン体(V)をフルオレニルアニオンと反応させることで、R3がメチレン基であるオリゴフルオレン化合物(IIa)を製造する方法である。なお、無置換の9―ヒドロキシメチルフルオレンは試薬として購入可能である。ここで得られるオリゴフルオレン化合物(IIa)から製造法Cの工程(ii)に従い、重合反応性基A3及びA4を導入して、オリゴフルオレンモノマー(20)とすることもできる。
製造法Cは、原料のフルオレン類(I)の架橋反応(工程(i))を行うことで、オリゴフルオレン化合物(II)を合成し、その後、ヒドロキシル基、エステル基、カルボキシル基などの重合反応性基を導入(工程(ii))することで、オリゴフルオレンモノマー(20)を製造する方法である。
以下、製造法Cを、工程(i)オリゴフルオレン化合物(II)の製造法と、工程(ii)オリゴフルオレンモノマー(20)の製造法に分けて記載する。
9,9’−ビフルオレニルの合成法は複数知られており、フルオレノンや9−ブロモフルオレンから合成できる(J.Chem.Res.,2004,760;Tetrahedron Lett.,2007,48,6669.)。なお、9,9’−ビフルオレニルは試薬として購入可能である。
下記一般式(IIa)で表されるメチレン架橋を有するオリゴフルオレン化合物は、フルオレン類(I)及びホルムアルデヒド類から、塩基存在下、下記式で表される反応に従って製造することができる。
工程(ia)で用いられるホルムアルデヒド類とは、反応系中にホルムアルデヒドを供給できる物質であれば特に限定されないが、ガス状のホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド水溶液、ホルムアルデヒドが重合したパラホルムアルデヒド、トリオキサン等が挙げられる。これらの中で、パラホルムアルデヒドを用いることが、工業的に安価かつ粉末状のため操作性が容易で正確に秤量することが可能であることから、特に好ましい。
目的とするn数のオリゴフルオレン化合物(IIa)を製造する場合、原料のフルオレン類(I)に対するホルムアルデヒド類の理論量(モル比)とは、n/(n+1)で表される。
(理論量を超えない方がよい理由)
フルオレン類(I)に対して、理論量超過のホルムアルデヒド類を用いた場合、目的とするn数以上のオリゴフルオレン化合物(IIa)が生成する傾向がある。n数が増加するほど、溶解性が低下するために、目的物に目的とするn数以上のオリゴフルオレン化合物(IIa)が存在する場合、精製負荷が大きくなる傾向があることが解っている。そのため、通常、ホルムアルデヒド類の使用量は目的のn数に応じた理論量のn/(n+1)倍モル以下であることが好ましい。
また、ホルムアルデヒド類の使用量が理論量のn/(n+1)を大きく下回ると、目的とするn数以下のオリゴフルオレン化合物(IIa)が主生成物となるか、あるいは、原料のフルオレン類(I)が未反応で残るため、収率が大きく低下する傾向があることが解っている。
そのため、最適なホルムアルデヒド類の使用量は、具体的には、n=1の場合、通常フルオレン類(I)に対して0.1倍モル以上、好ましくは0.3倍モル以上、さらに好ましくは0.38倍モル以上、また、通常0.5倍モル以下、好ましくは0.46倍モル以下、さらに好ましくは0.42倍モル以下である。
工程(ia)で用いられる塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、燐酸ナトリウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸カリウムなどの燐酸のアルカリ金属塩、n−ブチルリチウム、ターシャリブチルリチウムなどの有機リチウム塩、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムターシャリーブトキシド、などのアルカリ金属のアルコキシド塩、水素化ナトリウムや水素化カリウムなどの水素化アルカリ金属塩、トリエチルアミン、ジアザビシクロウンデセンなどの三級アミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの四級アンモニウムヒドロキシドなどが用いられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
工程(ia)は溶媒を用いて行うことが望ましい。使用可能な溶媒の具体例としては、アルキルニトリル系溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリルなど、エーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、メチルシクロペンチルエーテル、ターシャリーブチルメチルエーテルなど、ハロゲン系溶媒としては、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,1,2,2−テトラクロロエタンなど、ハロゲン系芳香族炭化水素としては、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼンなど、アミド系溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N,−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなど、スルホキシド系溶媒としては、ジメチルスルホキシド、スルホランなど、環状式脂肪族炭化水素としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどの単環状式脂肪族炭化水素;その誘導体であるメチルシクロペンタン、エチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、1,2−ジメチルシクロヘキサン、1,3−ジメチルシクロヘキサン、1,4−ジメチルシクロヘキサン、イソプロピルシクロヘキサン、n−プロピルシクロヘキサン、tert−ブチルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、イソブチルシクロヘキサン、1,2,4−トリメチルシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルシクロヘキサンなど;デカリンなどの多環状式脂肪族炭化水素;n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ドデカン、n−テトラデカンなどの非環状式脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素としては、トルエン、p−キシレン、o−キシレン、m−キシレンなど、アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ターシャリーブタノール、ヘキサノール、オクタノール、シクロヘキサノールなどが挙げられる。
工程(ia)で製造されるオリゴフルオレン化合物(IIa)は、nの値が大きくなるほど溶媒への溶解性が減少することが解っており、生成した目的物が速やかに析出することで、それ以上の反応の進行を抑制していると考えられる。そのため、溶媒の使用量は、nの値に応じて適切に調整することが好ましい。特にn=1又は2のオリゴフルオレン化合物(IIa)を製造する場合、目的物の選択性をあげるために、溶媒を過剰に用いないほうが良い。例えば、最も好ましい溶媒であるN,N−ジメチルホルムアミドを用いた場合の溶媒量の上限は、通常、原料のフルオレン類(I)の10倍体積量、好ましくは7倍体積量、さらに好ましくは4倍体積量となるような量が使用される。一方、溶媒の使用量が少なすぎると、攪拌が難しくなるとともに反応の進行が遅くなるので、下限としては、通常、原料のフルオレン類(I)の1倍体積量、好ましくは2倍体積量、さらに好ましくは3倍体積量となるような量が使用される。
工程(ia)を行う際、反応の形式はバッチ型反応でも流通型反応でもそれらを組み合わせたものでも特にその形式は制限なく採用できる。
<12−4−2−5.反応条件>
工程(ia)は目的とするn値のオリゴフルオレン化合物(IIa)に応じて、適宜調整すればよい。目的とするn値以上に反応が進行するのを抑制するためには、なるべく低温で反応を行うことが好ましい。一方、温度が低すぎると十分な反応速度が得られない可能性がある。
工程(ia)における一般的な反応時間は、通常下限が30分、好ましくは60分、さらに好ましくは2時間で、上限は特に限定はされないが通常20時間、好ましくは10時間、更に好ましくは5時間である。
反応終了後、目的物であるオリゴフルオレン化合物(IIa)は、反応液を希塩酸などの酸性水に添加し、あるいは希塩酸などの酸性水を反応液に添加し、析出させることにより単離することができる。
また、反応終了後、目的物であるオリゴフルオレン化合物(IIa)が可溶な溶媒と水を反応液に添加して抽出してもよい。溶媒により抽出された目的物は、溶媒を濃縮する方法、或いは貧溶媒を添加する方法などにより単離することができる。ただし、室温では溶媒に対するオリゴフルオレン化合物(IIa)の溶解性が非常に低い傾向があるため、通常は酸性水と接触させて析出させる方法が好ましい。
下記一般式(IIb)で表されるジフルオレン化合物は、フルオレン類(I)を原料として、アルキル化剤(VIIIa)と塩基存在下、下記式(ib)で表される反応に従って製造される。
ジフルオレン化合物(IIb)の製造法はn−ブチルリチウムを塩基として用い、フルオレン類(I)のアニオンを発生させた後に、アルキル化剤(VIIIa)とカップリングさせる方法が広く知られており、R3がエチレン基の場合や、R3がプロピレン基などの製造法が知られている(Organometallics,2008,27,3924;J.Molec.Cat.A:Chem.,2004,214,187.)。また、アルキレン基以外にも、キシリレン基で架橋した報告例がある(J.Am.Chem.Soc.,2007,129,8458.)。しかしながら、これらのn−ブチルリチウムを用いた方法で工業的に製造することは、安全面でも、コスト面でも非常に困難となる傾向がある。また、ジフルオレン化合物(IIb)の製造方法としては、フルオレンとエチレングリコールを塩基存在下、高温で脱水縮合させる方法が知られている(J.Org.Chem.,1965,30,2540.)。
下記一般式(IId)で表されるオリゴフルオレン化合物は、オリゴフルオレン化合物(IIc)を原料として、アルキル化剤(VIIIa)と塩基存在下、溶媒中で下記式(ic)で表される反応に従って製造される。
以下、下記式で示される工程(ii)におけるオリゴフルオレンモノマー(20)の製造方法をA3及びA4の種類ごとに分けて記載する。
<12−5−1.工程(iia):一般式(20)において、A3及びA4がヒドロキシメチル基の場合の製造方法>
A3及びA4がヒドロキシメチル基であるオリゴフルオレンジオール(19)は、オリゴフルオレン化合物(II)及びホルムアルデヒド類から、塩基存在下、下記式(iia)で表される反応に従って製造される。
<12−5−1−1.ホルムアルデヒド類>
工程(iia)で用いられるホルムアルデヒド類とは、反応系中にホルムアルデヒドを供給できる物質であれば特に限定されないが、ガス状のホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド水溶液、ホルムアルデヒドが重合したパラホルムアルデヒド、トリオキサン等が挙げられる。これらの中で、パラホルムアルデヒドを用いることが、工業的に安価かつ粉末状のため操作性が容易で正確に秤量することが可能であることから、特に好ましい。
塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、燐酸ナトリウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸カリウムなどの燐酸のアルカリ金属塩、n−ブチルリチウム、ターシャリブチルリチウムなどの有機リチウム塩、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムターシャリーブトキシド、などのアルカリ金属のアルコキシド塩、水素化ナトリウムや水素化カリウムなどの水素化アルカリ金属塩、トリエチルアミン、ジアザビシクロウンデセンなどの三級アミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの四級アンモニウムヒドロキシドなどが用いられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
工程(iia)は溶媒を用いて行うことが望ましい。
具体的に使用可能な溶媒は、アルキルニトリル系溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリルなど、ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど、エステル系溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸フェニル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、乳酸メチル、乳酸エチル等の直鎖状のエステル類;γ―ブチロラクトン、カプロラクトン等の環状エステル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−1−モノエチルエーテルアセテート等のエーテルエステル類など、エーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、メチルシクロペンチルエーテル、ターシャリーブチルメチルエーテルなど、ハロゲン系溶媒としては、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,1,2,2−テトラクロロエタンなど、ハロゲン系芳香族炭化水素としては、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼンなど、アミド系溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N,−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドンなど、スルホキシド系溶媒としては、ジメチルスルホキシド、スルホランなど、環状式脂肪族炭化水素としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどの単環状式脂肪族炭化水素;その誘導体であるメチルシクロペンタン、エチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、1,2−ジメチルシクロヘキサン、1,3−ジメチルシクロヘキサン、1,4−ジメチルシクロヘキサン、イソプロピルシクロヘキサン、n−プロピルシクロヘキサン、tert−ブチルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、イソブチルシクロヘキサン、1,2,4−トリメチルシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルシクロヘキサンなど;デカリンなどの多環状式脂肪族炭化水素;n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ドデカン、n−テトラデカンなどの非環状式脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素としては、トルエン、p−キシレン、o−キシレン、m−キシレンなど、アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ターシャリーブタノール、ヘキサノール、オクタノール、シクロヘキサノールなどが挙げられる。
これらの溶媒は1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。溶媒の使用量は、上限は特に制限はないが、反応器あたりの目的物の生成効率を考えると、通常、原料のオリゴフルオレン化合物(II)の10倍体積量、好ましくは7倍体積量、さらに好ましくは4倍体積量となるような量が使用される。一方、溶媒の使用量が少なすぎると、攪拌が難しくなるとともに反応の進行が遅くなる傾向があるので、下限としては、通常、原料のオリゴフルオレン化合物(II)の1倍体積量、好ましくは2倍体積量、さらに好ましくは3倍体積量となるような量が使用される。
工程(iia)を行う際、反応の形式はバッチ型反応でも流通型反応でもそれらを組み合わせたものでも特にその形式は制限なく採用できる。
バッチ式の場合の反応試剤の反応器への投入方法は、塩基を反応開始時に一括添加で仕込んだ場合、分解反応が進行しやすいことが解っているので、原料のオリゴフルオレン化合物(II)、ホルムアルデヒド類、及び溶媒を加えた後に、少量ずつ塩基を添加する方法が好ましい。
工程(iia)は温度が低すぎると十分な反応速度が得られず、逆に高すぎると分解反応が進行する傾向があることが解っており、温度管理が極めて重要である。そのため、最適な溶媒であるN,N,−ジメチルホルムアミドと最適な塩基であるナトリウムエトキシドを用いた場合、通常、下限を−50℃、上限を30℃で実施される。具体的には、R3がメチレン基でかつ、n=1の場合、反応温度の上限は、好ましくは20℃、より好ましくは10℃で実施される。一方下限は、好ましくは−20℃、より好ましくは0℃以上で実施される。R3がエチレン基でかつ、n=1の場合、反応温度の上限は、好ましくは25℃、より好ましくは20℃で実施される。一方下限は、好ましくは0℃、より好ましくは10℃以上で実施される。また、R3がメチレン基でかつ、n=2の場合、反応温度の上限は、好ましくは25℃、より好ましくは20℃で実施される。一方下限は、好ましくは0℃、より好ましくは10℃以上で実施される。
反応終了後、目的物であるオリゴフルオレンジオール(19)は、反応液を希塩酸などの酸性水に添加し、あるいは希塩酸などの酸性水を反応液に添加し、析出させることにより単離することができる。
また、反応終了後、目的物であるオリゴフルオレンジオール(19)が可溶な溶媒と水を反応液に添加して抽出してもよい。溶媒により抽出された目的物は、溶媒を濃縮する方法、或いは貧溶媒を添加する方法などにより単離することができる。
下記一般式(VII)で表されるオリゴフルオレン誘導体は、オリゴフルオレン化合物(II)及び電子吸引基置換オレフィン(VI)から、塩基存在下、下記の工程(iib)で表される反応に従って製造される。
反応試剤としての電子吸引基置換オレフィンは、工程(iib)における一般式(VI)で表されるものであり、一般式(VI)中、Ri、Rii及びRiiiは、それぞれ独立に、水素原子、又は、炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキル基を表す。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロヘキシル基などの(直鎖であっても分岐鎖であっても良い)アルキル基、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−チエニル基などのアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基、p−メトキシベンジル基などのアラルキル基が挙げられる。また、一般式(VI)中、電子吸引基置換オレフィンのEWGは、電子吸引基を表す。具体的には、ニトロ基、シアノ基、ホルミル基、カルボキシ基、炭素数1〜10の有機置換基を有するケトン基やエステル基が挙げられる。ケトン基やエステル基が有する有機置換基は、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基などの鎖状の(直鎖であっても分岐鎖であっても良い)アルキル基、シクロヘキシル基などの環状のアルキル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基などのヒドロキシアルキル基、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−チエニル基などアリール基、ベンジル基、2−フェニルエチル基、p−メトキシベンジル基などのアラルキル基などが挙げられる。これらの置換基は、工程(iib)において反応を阻害しない範囲で更に任意の置換基で置換されていても良い。
異なる2種以上の電子吸引基置換オレフィン(VI)を用いてもよいが、精製の簡便性から、1種類の電子吸引基置換オレフィン(VI)を用いることが好ましい。
電子吸引基置換オレフィン(VI)は、重合活性が高いため、高濃度で存在すると、光、熱、酸・塩基などの外部刺激により、容易に重合する傾向がある。その際、大きな発熱を伴うため、非常に危険となる場合がある。そのため、電子吸引基置換オレフィン(VI)の使用量は、安全性の観点から、あまり過剰に用いない方がよい。通常、原料であるオリゴフルオレン(II)に対して、10倍モル以下、好ましくは5倍モル以下、さらに好ましくは3倍モル以下である。下限は、原料に対して理論量で2倍モルであるので通常は2倍モル以上である。反応の進行を速め、原料や中間体を残存させないために、電子吸引基置換オレフィン(VI)の使用量は、原料のオリゴフルオレン(II)に対して2.2倍モル以上、さらに好ましくは2.5倍モル以上である。
塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、燐酸ナトリウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸カリウムなどの燐酸のアルカリ金属塩、n−ブチルリチウム、ターシャリブチルリチウムなどの有機リチウム塩、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムターシャリーブトキシド、などのアルカリ金属のアルコキシド塩、水素化ナトリウムや水素化カリウムなどの水素化アルカリ金属塩、トリエチルアミン、ジアザビシクロウンデセンなどの三級アミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシドなどの四級アンモニウムヒドロキシドが用いられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
R3がメチレン基の場合、オリゴフルオレン(II)は溶媒中、塩基存在下で容易に分解反応が進行する。そのため、有機層と水層の2層系で反応を行った場合に、分解反応などの副反応が抑制できることから、水溶性の無機塩基を用いることが好ましい。中でもコスト、反応性の面からアルカリ金属の水酸化物が好ましく、特に水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムがより好ましい。
R3がメチレン基以外の場合、有機層と水層の2層系でも反応は進行するが、有機層に溶解する有機塩基を用いて反応を行った場合に、速やかに反応が進行するため、有機塩基を用いることが好ましい。これらの中で好ましくは、本反応において十分な塩基性を有する、アルカリ金属のアルコキシドであり、より好ましくは、工業的に安価なナトリウムメトキシド又はナトリウムエトキシドである。ここでアルカリ金属のアルコキシドは、粉状のものを用いてもよく、アルコール溶液等の液状のものを用いてもよい。また、アルカリ金属とアルコールを反応させて調製してもよい。
工程(iib)において、有機層と水層の2層系での反応を行う場合、反応速度を上げるため、相間移動触媒を用いることが好ましい。
相間移動触媒としては、テトラメチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムブロミド、メチルトリオクチルアンモニウムクロリド、メチルトリデシルアンモニウムクロリド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド、テトラブチルアンモニウムヨージド、アセチルトリメチルアンモニウムブロミド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロリドなどの四級アンモニウム塩のハライド(フッ素は除く)、N,N−ジメチルピロリジニウムクロリド、N−エチル−N−メチルピロリジニウムヨージド、N−ブチル−N−メチルピロリジニウムブロミド、N−ベンジル−N−メチルピロリジニウムクロリド、N−エチル−N−メチルピロリジニウムブロミドなどの四級ピロリジニウム塩のハライド(フッ素は除く)、N−ブチル−N−メチルモルホリニウムブロミド、N−ブチル−N−メチルモルホリニウムヨージド、N−アリル−N−メチルモルホリニウムブロミドなどの四級モルホリニウム塩のハライド(フッ素は除く)、N−メチル−N−ベンジルピペリジニウムクロリド、N−メチル−N−ベンジルピペリジニウムブロミド、N,N−ジメチルピペリジニウムヨージド、N−メチル−N−エチルピペリジニウムアセテート、N−メチル−N−エチルピペリジニウムヨージドなどの四級ピペリジニウム塩のハライド(フッ素は除く)、クラウンエーテル類などが挙げられる。好ましくは四級アンモニウム塩、更に好ましくはベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、又はベンジルトリエチルアンモニウムクロリドである。
相間移動触媒の使用量は、原料であるオリゴフルオレン(II)に対して、多すぎるとエステルの加水分解や逐次マイケル反応などの副反応の進行が顕著になる傾向があり、また、コストの観点からも、通常、オリゴフルオレン(II)に対して5倍モル以下、好ましくは2倍モル以下、さらに好ましくは1倍モル以下である。相間移動触媒の使用量が少なすぎると反応速度が著しく低下する傾向があるため、通常、相間移動触媒の使用量は、原料のオリゴフルオレンに対して、0.01倍モル以上である。好ましくは、0.1倍モル以上、より好ましくは0.5倍モル以上である。
工程(iib)は溶媒を用いて行うことが望ましい。
具体的に使用可能な溶媒は、アルキルニトリル系溶媒としては、アセトニトリル、プロピオニトリルなど、ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど、エステル系溶媒としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸フェニル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸フェニル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、乳酸メチル、乳酸エチル等の直鎖状のエステル類;γ―ブチロラクトン、カプロラクトン等の環状エステル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコール−1−モノエチルエーテルアセテート等のエーテルエステル類など、エーテル系溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、メチルシクロペンチルエーテル、ターシャリーブチルメチルエーテルなど、ハロゲン系溶媒としては、1,2−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,1,2,2−テトラクロロエタンなど、ハロゲン系芳香族炭化水素としては、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼンなど、アミド系溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N,−ジメチルアセトアミドなど、スルホキシド系溶媒としては、ジメチルスルホキシド、スルホランなど、環状式脂肪族炭化水素としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどの単環状式脂肪族炭化水素;その誘導体であるメチルシクロペンタン、エチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、1,2−ジメチルシクロヘキサン、1,3−ジメチルシクロヘキサン、1,4−ジメチルシクロヘキサン、イソプロピルシクロヘキサン、n−プロピルシクロヘキサン、tert−ブチルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、イソブチルシクロヘキサン、1,2,4−トリメチルシクロヘキサン、1,3,5−トリメチルシクロヘキサンなど;デカリンなどの多環状式脂肪族炭化水素;n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、n−ノナン、n−デカン、n−ドデカン、n−テトラデカンなどの非環状式脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素としては、トルエン、p−キシレン、o−キシレン、m−キシレンなど、芳香族複素環としては、ピリジンなど、アルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ターシャリーブタノール、ヘキサノール、オクタノール、シクロヘキサノールなどが挙げられる。
溶媒の使用量は、上限は特に制限はないが、反応器あたりの目的物の生成効率を考えると、通常、原料のオリゴフルオレン(II)の20倍体積量、好ましくは15倍体積量、さらに好ましくは10倍体積量となるような量が使用される。一方、溶媒の使用量が少なすぎると試剤の溶解性が悪くなり攪拌が難しくなるとともに反応の進行が遅くなるので、下限としては、通常、原料のオリゴフルオレン(II)の1倍体積量、好ましくは2倍体積量、さらに好ましくは4倍体積量となるような量が使用される。
溶媒の使用量は、上限は特に制限はないが、反応器あたりの目的物の生成効率を考えると、通常、原料のオリゴフルオレン(II)の20倍体積量、好ましくは15倍体積量、さらに好ましくは10倍体積量となるような量が使用される。一方、溶媒の使用量が少なすぎると試剤の溶解性が悪くなり攪拌が難しくなるとともに反応の進行が遅くなる傾向があるので、下限としては、通常、原料のオリゴフルオレン(II)の1倍体積量、好ましくは2倍体積量、さらに好ましくは4倍体積量となるような量が使用される。
工程(iib)を行う際、反応の形式はバッチ型反応でも流通型反応でもそれらを組み合わせたものでも特にその形式は制限なく採用できる。
バッチ式の場合の反応試剤の反応器への投入方法は、電子吸引基置換オレフィン(VI)を反応開始時に一括添加で仕込んだ場合、電子吸引基置換オレフィン(VI)が高濃度で存在するため、副反応の重合反応が進行し易い。よって原料のオリゴフルオレン(II)、相間移動触媒、溶媒及び塩基を加えた後に、少量ずつ電子吸引基置換オレフィン(VI)を逐次添加するのが好ましい。
工程(iib)において、温度が低すぎると十分な反応速度が得られず、逆に高すぎると電子吸引基置換オレフィン(VI)の重合反応が進行しやすい傾向があるため、温度管理が極めて重要である。そのため、反応温度としては、具体的には、通常、下限は0℃、好ましくは10℃、より好ましくは15℃で実施される。一方通常、上限は、40℃、好ましくは30℃、より好ましくは20℃で実施される。
<12−5−2−7.目的物の分離・精製>
反応終了後、目的物であるオリゴフルオレン誘導体(VII)は、副生した金属ハロゲン化物、及び残存した無機塩基を濾過して反応液から除去した後に、溶媒を濃縮する方法、或いは目的物の貧溶媒を添加する方法などを採用して、目的物であるオリゴフルオレン誘導体(VII)を析出させることにより単離することができる。
抽出の際に使用可能な溶媒としては、目的物であるオリゴフルオレン誘導体(VII)が溶解するものであれば良く、特に制限はないが、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素化合物、ジクロロメタン、クロロホルムなどハロゲン系溶媒などの1種又は2種以上が好適に用いられる。
ここで得られるオリゴフルオレン誘導体(VII)のEWGが炭素数1〜10の有機置換基を有するケトン基である場合は、水素雰囲気下でのパラジウム炭素等の方法による水素添加や、水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤によるヒドリド還元により、A3及びA4
がヒドロキシル基を有する基であるオリゴフルオレンモノマー(20)を製造できる。
下記一般式(20c)で表されるオリゴフルオレンジオールは、オリゴフルオレンジエステル(20b)から還元剤存在下、下記工程(iic)に従って製造される。
エステルの還元によるジオールの合成は、その合成法がよく知られており、米国特許出願公開第2012/0170118号明細書では還元剤の水素化アルミニウムリチウムを用いた還元反応により、製造されている。その他の金属水素化物を用いる方法としては、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などが挙げられる。また、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金を触媒に用いた接触水素化反応によるエステルの還元も広く知られた方法である。
下記一般式(20d)で表されるオリゴフルオレンジヒドロキシエステルは、オリゴフルオレンジエステル(20b)及び、ジオール(VIII)から、塩基存在下、下記工程(iid)に従って製造される。
工程(iid)で用いられるジオール(VIII)は、炭素数1〜10のジオールを表す。具体的には、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの鎖状(直鎖であっても分岐鎖であっても良い)のアルキレンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの環状のアルキレンジオール、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などのオリゴエチレングリコール、イソソルビドなど二級のジオール、レゾルシノールなどの芳香族を含むジオールなどが挙げられる。これらのジオールは、本反応を阻害しない範囲で任意の置換基で置換されていても良い。
工程(iid)において,異なる2種以上のジオール(VIII)を用いることも可能であるが、精製の簡便性からは、通常は1種類のジオール(VIII)が用いられる。
ジオール(VIII)の使用量は、原料のオリゴフルオレンジエステル(20b)のエステル基の有機置換基から生じるアルコールと、加えたジオール(VIII)の競争反応となる傾向があるため、ジオール(VIII)の使用量が多いほうが、反応の進行が早い。また、ジオール(VIII)の使用量が多い方が、下記一般式(IX)に示すオリゴフルオレンがジオールで架橋された副生成物の生成を抑えることができる。この自己エステル交換生成物(IX)は、それ自身がポリエステルカーボネートを含むポリカーボネート原料、またはポリエステル原料として働くため、オリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)中に含有していても、ポリカーボネート原料、ポリエステル、ポリエステルカーボネート原料としては、大きな問題はないと考えられる。しかしながら、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネートの品質の観点から、自己エステル交換生成物(IX)の含有割合は、生成物のオリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)に対して、通常、0.1倍モル以下、好ましくは0.05倍モル以下、より好ましくは0.03倍モル以下である。
そのため、ジオール(VIII)の使用量は、通常、オリゴフルオレンジエステル(20b)に対して3倍モル以上、好ましくは10倍モル以上、さらに好ましくは50倍モル以上である。
ジオール(VIII)は、仕込み時に一括添加してもよく、反応の進行に従って分割添加してもよい。一般式(IX)に示す自己エステル交換生成物は、ジオール(VIII)の添加によりオリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)への変換が可能である。
工程(iid)で用いられる塩基としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、燐酸ナトリウム、燐酸水素ナトリウム、燐酸カリウムなどの燐酸のアルカリ金属塩、n−ブチルリチウム、ターシャリブチルリチウムなどの有機リチウム塩、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムターシャリーブトキシド、などのアルカリ金属のアルコキシド塩、水素化ナトリウムや水素化カリウムなどの水素化アルカリ金属塩、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシドなどの四級アンモニウムヒドロキシドが用いられる。
中でもコスト、反応性の面からアルカリ金属のアルコキシドが好ましく、特にナトリウムメトキシド又はナトリウムエトキシドがより好ましい。
塩基の使用量は原料であるオリゴフルオレンジエステル(20b)に対して、上限は特にないが、使用量が多すぎると撹拌や反応後の精製負荷が大きくなる傾向があるので、通常、フルオレンの10倍モル以下、好ましくは5倍モル以下、さらに好ましくは1倍モル以下である。
一方、塩基の使用量が少なすぎると反応の進行が遅くなる傾向があるので、下限としては、通常、原料のフルオレンに対して0.01倍モル以上、好ましくは0.05倍モル以上、さらに好ましくは0.1倍モル以上である。
工程(iid)は無溶媒で行っても良いが、原料のオリゴフルオレンジエステル(20b)が反応試剤のジオール(VIII)に対する溶解性が低く、反応性が低い場合には、溶媒を用いて行っても良い。
これらの溶媒は1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いても良い。
工程(iid)を行う際、反応の形式はバッチ型反応でも流通型反応でもそれらを組み合わせたものでも特にその形式は制限なく採用できる。
<12−5−4−5.反応条件>
溶媒や反応試剤であるジオール(VIII)に水分が含まれている場合、エステルの加水分解が進行し、副生成物として、含有される水分量に応じて以下に示すようなジカルボン酸(X)やヒドロキシカルボン酸(XI)が生成する傾向がある。
そのため、溶媒や反応試剤であるジオール(VIII)は無水のものを用いるか、反応前にトルエン、キシレンなどの反応に関与せず、水と共沸する溶媒で、共沸脱水を行ってから、反応を行うことが好ましい。
工程(iid)は温度が低すぎると十分な反応速度が得られない傾向があるため、反応温度としては、具体的には、通常、下限は20℃、好ましくは50℃、より好ましくは80℃で実施される。一方通常、上限は、150℃、好ましくは120℃、より好ましくは100℃で実施される。
反応終了後、目的物であるオリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)は、副生した金属ハロゲン化物、及び残存した無機塩基などの不溶物を濾過して反応液から除去した後に、溶媒を濃縮する方法、或いは目的物の貧溶媒を添加する方法などを採用して、目的物であるオリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)を析出させることにより単離することができる。
また、溶媒により抽出された目的物を、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどの水溶液で洗浄することにより、副生成物であるカルボン酸を除去することができる。
オリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)は、ポリエステルカーボネートを含むポリカーボネート原料、またはポリエステル原料として、そのまま重合に使用することも可能であるし、精製を行った後に次工程へ用いても良い。精製法としては、通常の精製法、例えば、再結晶や、再沈法、抽出精製など制限なく採用可能である。また、オリゴフルオレンジヒドロキシエステル(20d)を適当な溶媒に溶解して活性炭で処理することも可能である。その際に使用可能な溶媒は、抽出の際に使用可能な溶媒と同じである。
オリゴフルオレンジオール(10a)は、オリゴフルオレン化合物(II)とアルキル化剤(VIIIb)及び(VIIIc)のアルキル化反応により、脱離基を有するオリゴフルオレン(IX)を合成する工程(工程(iie))と、続く加水分解反応(工程(iif))を経る方法、あるいはオリゴフルオレン化合物(II)とアルキル化剤(Xa)及び(Xb)のアルキル化反応により、保護基を有するオリゴフルオレン(XI)を合成する工程(工程(iig))と、続く加水分解反応(工程(iih))を経る方法等の方法により製造することができる。
フルオレン類のアルキル化反応は広く知られており、例えば、9,9−ビス(ブロモへキシル)フルオレンや9,9−ビス(ヨードへキシル)フルオレンなどの9,9−ビス(ハロアルキル)フルオレンが報告されている(J.Org.Chem.,2010,75,2714.)。これらの知見から、オリゴフルオレン(II)を原料とすることで、脱離基を有するオリゴフルオレンの合成は可能である。また、ハロゲンの加水分解に関しても、多数報告例が知られていることから(Bull.Korean Chem.Soc.,2008,29.2491.)、この経路によりオリゴフルオレンジオール(10a)が合成できうる。
オリゴフルオレンジアリールエステル化合物(10d)は、オリゴフルオレンジエステル化合物(10b)を合成する工程(工程(iij)、、工程(iik)、もしくは工程(iil))と、続くジアリールカーボネート類(11a)とのエステル交換反応(工程(iim))を経る方法により製造することができる。
脱離基の例としては、ハロゲン原子(フッ素を除く。)、メシル基、またはトシル基などが挙げられる。Riiiは、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキル基を表し、R17は炭素数1〜10の有機置換基を示し、Ar1は、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基を表す。)
R1及びR2が直接結合であるオリゴフルオレンジエステル(10b)は、9位モノ置換フルオレン類(IIIc)および(IIId)より、 <12−1.製造法A>に記載の方法に従って製造される。
R1及びR2が置換されてもよいエチレン基であるオリゴフルオレンジエステル(10b)は、オリゴフルオレン化合物(II)及び不飽和カルボン酸エステル(VI−1)から、塩基存在下、<12−5−2:工程(iib)>の記載の方法に従って製造される。
R1及びR2が直接結合以外であるオリゴフルオレンジエステル(10b)は、塩基存在下、オリゴフルオレン(II)とアルキル化剤(Xc)及び(Xd)を<12−5−5>における工程(iie)又は(iig)として記載した方法と同様の方法で、アルキル化反応を行うことにより、製造することができる。
Ar1が置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基であるオリゴフルオレンジアリールエステル化合物(10d)は、オリゴフルオレンジエステル化合物(10b)及びジアリールカーボネート類(11a)から、エステル交換触媒存在下、工程(iim)で表される反応に従って製造される。
反応試剤としてのジアリールカーボネート類は、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネート、ビス(クロロフェニル)カーボネート、m−クレジルカーボネート、ジナフチルカーネート、ビス(ビフェニル)カーボネートなどが挙げられる。中でも、安価で、工業的に入手可能なジフェニルカーボネートが好ましい。
これらのジアリールカーボネートは、1種を単独で用いても良く、2種以上を混合して用いてもよい。
一方、塩基の使用量が少なすぎると原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)や中間体として、以下に示すようなオリゴフルオレンモノアリールエステル(10e)が残ってしまう場合があるので、下限としては、通常、原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)に対して1倍モル以上、好ましくは1.5倍モル以上、さらに好ましくは2倍モル以上である。
エステル交換反応触媒としては、テトラブトキシチタン、テトライソブトキシチタン、テトラメトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラキス(2−エチルヘキシルオキシ)チタン、テトラステアリルオキシチタン、テトラフェノキシチタン、チタニウム(IV)アセチルアセトナート、チタニウム(IV)ジイソプロポキシドビス(アセチルアセトナト)などのチタン化合物;、炭酸リチウム、ジブチルアミノリチウム、リチウムアセチルアセトナート、ナトリウムフェノキシド、カリウムフェノキシドなどのアルカリ金属化合物;カドミウムアセチルアセトナート、炭酸カドミウムなどのカドミウム化合物;ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコノセンなどのジルコニウム化合物;硫化鉛、水酸化鉛、鉛酸塩、亜鉛酸塩、炭酸鉛、酢酸鉛、テトラブチル鉛、テトラフェニル鉛、トリフェニル鉛、ジメトキシ鉛、ジフェノキシ鉛などの鉛化合物;酢酸銅、銅ビスアセチルアセトナート、オレイン酸銅、ブチル銅、ジメトキシ銅、塩化銅などの銅化合物;水酸化鉄、炭酸鉄、トリアセトキシ鉄、トリメトキシ鉄、トリフェノキシ鉄などの鉄化合物;亜鉛ビスアセチルアセトナート、ジアセトキシ亜鉛、ジメトキシ亜鉛、ジエトキシ亜鉛、ジフェノキシ亜鉛などの亜鉛化合物;ジn−ブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジn−オクリルスズオキシド、ジn−ブチルスズジメトキシド、ジn−ブチルスズジアクリレート、ジn−ブチルスズジメタクリレート、ジn−ブチルスズジラウレート、テトラメトキシスズ、テトラフェノキシスズ、テトラブチル−1,3−ジアセトキシジスタノキサンなどの有機スズ化合物;酢酸アルミニウム、アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムフェノキシドなどのアルミニウム化合物;二塩化バナジウム、三塩化バナジウム、四塩化バナジウム、硫酸バナジウムなどのバナジウム化合物;テトラフェニルホスホニウムフェノキシドなどのホスホニウム塩などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
一方、エステル交換反応触媒の使用量が少なすぎると反応時間が長くなりすぎてしまう場合があるため、下限としては、通常、原料のオリゴフルオレンジエステルに対して0.1モル%以上、好ましくは0.5モル%以上、さらに好ましくは1モル%以上である。
工程(iim)では、反応溶媒を用いてもよいが、反応溶媒を用いずに、原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)、ジアリールカーボネート類、及びエステル交換反応触媒だけで反応を行うことが好ましい。しかしながら、原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)、ジアリールカーボネート類が常温で固体で、攪拌が困難な場合においては、反応溶媒を使用してもよい。反応溶媒を使用する場合、上述の原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)、ジアリールカーボネート類、及びエステル交換反応触媒を好適に溶解及び/又は分散させることが可能な溶媒であれば、その種類は任意である。
溶媒の使用量は、上限は特に制限はないが、反応器あたりの目的物の生成効率を考えると、通常、原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)の15倍体積量、好ましくは10倍体積量、さらに好ましくは5倍体積量となるような量が使用される。一方、溶媒の使用量が少なすぎると試剤の溶解性が悪くなり攪拌が難しくなるとともに反応の進行が遅くなるので、下限としては、通常、原料のオリゴフルオレンジエステル(10b)の濃度として1倍体積量、好ましくは2倍体積量、さらに好ましくは4倍体積量となるような量が使用される。
工程(iim)を行う際、反応の形式はバッチ型反応でも流通型反応でもそれらを組み合わせたものでも特にその形式は制限なく採用できる。
工程(iim)において、温度が低すぎると十分な反応速度が得られない傾向があるため、通常、下限は50℃、好ましくは70℃、より好ましくは100℃で実施される。一方、上限は、通常、250℃、好ましくは200℃、より好ましくは180℃で実施される。
反応終了後、目的物であるオリゴフルオレンジアリールエステル(10d)は、反応液に貧溶媒を添加し、析出させることにより単離することができる。
また、反応終了後、目的物であるオリゴフルオレンジアリールエステル(I0d)が可溶な溶媒と水を反応液に添加して抽出してもよい。溶媒により抽出された目的物は、溶媒を濃縮する方法、或いは貧溶媒を添加する方法などにより単離することができる。
ISB;イソソルビド(ロケットフルーレ社製、商品名:POLYSORB)
DPC;ジフェニルカーボネート(三菱化学(株)製)
CHDM;1,4−シクロヘキサンジメタノール(シス、トランス混合物、SKケミカル社製)
BHEPF:9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−フルオレン(大阪ガスケミカル(株)製)
BCF:9,9−ビス[4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル]−フルオレン(大阪ガスケミカル(株)製)
DEF:フルオレン−9,9−ジエタノール(日本国特開2010−261008号公報に記載の方法で合成した。)
CHDA:1,4−シクロヘキサンジカルボン酸(シス、トランス混合物、イーストマンケミカル社製)
SPG:スピログリコール(三菱ガス化学(株)製)
BPA:2,2−ビス[4−ヒドロキシフェニル]プロパン(三菱化学(株)製)
TCDDM:トリシクロデカンジメタノール(オクセア社製)
PEG#1000:ポリエチレングリコール 数平均分子量:1000(三洋化成(株)製)
THF:テトラヒドロフラン(安定剤不含、WAKO社製)
オリゴフルオレンモノマー中のアルミニウム、ナトリウム含有率は次の通り測定した。分析試料を湿式分解処理後、ICP−AES(HORIBA Jobin Yvon社製 ULTIMA 2C)により分析を行った。また、ナトリウム含有率に関しては、分析試料によっては原子吸光法(VARIAN製 SpectrAA−220P)による分析も併用した。
オリゴフルオレンモノマー中の塩素含有率は次の通り測定した。分析試料を燃焼装置(三菱化学社製 AQF−2100M)を用いて、燃焼、吸収し、イオンクロマトグラフ(日本ダイオネクス株式会社社製 DX−500)により分析を行った。
オリゴフルオレンモノマーのガラス転移温度は、示差熱重量同時分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製TG−DTA6300)を用いて測定した。分析試料約4mgを同社製アルミパンに入れて密封し、200mL/分の窒素気流下、昇温速度10℃/分で室温(20〜30℃)から600℃まで昇温した。得られたTGデータ(熱重量データ)より、試料重量が5wt%減少した温度を5wt%重量減少温度とした。溶媒含有試料に関しては、試料重量が1H−NMRより見積もられた溶媒重量が減少後、重量変化がなくなった重量を試料の初期重量とし、その初期重量が5wt%減少した温度を5wt%重量減少温度とした。また、得られたTGデータ(熱重量データ)より、試料重量の減少が認められず、かつ、急峻な吸熱ピークが観測された、そのピークトップを試料の融点とした。
オリゴフルオレンモノマーの紫外可視領域(UV−Vis:280〜800nm)の吸収極大波長は、紫外可視吸収分光光度計(島津製作所社製UV−1650PC)を用いて測定した。溶媒としてテトラヒドロフランを用い、1cm角の石英セルを用いて、温度23±5℃で測定した。濃度は、フルオレン環として濃度が10μMとなるように、精密に調製した(例えば、化合物1ならば5.0μMに調製、化合物6Bならば0.33μMに調製)。
280〜800nmの範囲で吸収スペクトルを測定し、吸収の極大値を吸収極大波長(λmax)とした。
樹脂組成物の還元粘度は次のとおり測定した。森友理化工業社製ウベローデ型粘度管を用いて、溶媒として塩化メチレンを用い、温度20.0℃±0.1℃で測定した。濃度は0.6g/dLになるように、精密に調製した。
溶媒の通過時間t0、溶液の通過時間tから、式:ηrel=t/t0より相対粘度ηrelを求め、相対粘度ηrelから、式:ηsp=(η−η0)/η0=ηrel−1より比粘度ηspを求めた。比粘度ηspを濃度c(g/dL)で割って、式:ηred=ηsp/cより還元粘度(換算粘度)ηredを求めた。この数値が高いほど分子量が大きい。
樹脂組成物のガラス転移温度は、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製DSC6220)を用いて測定した。樹脂組成物試料約10mgを同社製アルミパンに入れて密封し、50mL/分の窒素気流下、昇温速度20℃/分で30℃から250℃まで昇温した。3分間温度を保持した後、30℃まで20℃/分の速度で冷却した。30℃で3分保持し、再び200℃まで20℃/分の速度で昇温した。2回目の昇温で得られたDSCデータより、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度である、補外ガラス転移開始温度を求め、それをガラス転移温度とした。
測定前に樹脂組成物試料を80℃で5時間以上、真空乾燥を行った。東洋精機株式会社製キャピログラフを用いて、直径1mm×長さ10mmのダイを使用して、温度240℃、剪断速度91.2sec-1における溶融粘度を測定した。
(8)樹脂組成物中のNa、K、Cs、Feの含有割合
パーキンエルマー社製マイクロウェーブ分解容器に樹脂組成物試料約0.5gを精秤し、97%硫酸(多摩化学製超高純度硫酸)2mLを加え、密閉状態にして230℃で10分間マイクロウェーブ加熱した。室温(30℃以下)まで冷却後、68%硝酸(多摩化学製超高純度硝酸)1.5mLを加えて、密閉状態にして150℃で10分間マイクロウェーブ加熱した後、再度室温(30℃以下)まで冷却を行い、68%硝酸2.5mLを加え、再び密閉状態にして230℃で10分間マイクロウェーブ加熱し、内容物を完全に分解させた。マイクロウェーブ加熱器はパーキンエルマー社製Multiwave3000を用いて、300Wから1000Wの間で出力を調整することで、温度を調整した。室温(30℃以下)まで冷却後、上記で得られた液を純水で希釈し、サーモクエスト社製ICP−MSで定量した。
樹脂組成物試料約1gを精秤し、塩化メチレン5mLに溶解した後、総量が25mLになるようにアセトンを添加した。溶液を0.2μmディスクフィルターでろ過して、液体クロマトグラフィーにてフェノールの定量を行った後、含有割合を算出した。
(10)樹脂組成物の光弾性係数
80℃で5時間、真空乾燥をした樹脂組成物試料約4gを、幅8cm、長さ8cm、厚さ0.5mmのスペーサーを用いて、熱プレスにて熱プレス温度200〜250℃で、予熱1〜3分、圧力20MPaの条件で1分間加圧後、スペーサーごと取り出し、水管冷却式プレスにて圧力20MPaで3分間加圧冷却してシートを作製した。このフィルムから幅5mm、長さ20mmにサンプルを切り出した。
切り出したサンプルを粘弾性測定装置に固定し、25℃の室温で貯蔵弾性率E’を周波数96Hzにて測定した。同時に、出射されたレーザー光を偏光子、試料、補償板、検光子の順に通し、光検出器(フォトダイオード)で拾い、ロックインアンプを通して角周波数ω又は2ωの波形について、その振幅とひずみに対する位相差を求め、ひずみ光学係数O’を求めた。このとき、偏光子と検光子の方向は直交し、またそれぞれ、試料の伸長方向に対してπ/4の角度をなすように調整した。光弾性係数Cは、貯蔵弾性率E’とひずみ光学係数O’を用いて次式より求めた。
C=O’/E’
前述の熱プレスによる方法で厚み100〜200μmのフィルムを成形し、このフィルムから幅6cm、長さ6cmの試料を切り出した。この試料をバッチ式二軸延伸装置(アイランド工業社製二軸延伸装置BIX−277−AL)を用いて、延伸温度を樹脂組成物試料のガラス転移温度+15℃、延伸速度1000%/分、延伸倍率2倍で、自由端一軸延伸を行い、延伸フィルムを得た。得られた延伸フィルムから幅4cm、長さ4cmに切り出したサンプルを位相差測定装置(王子計測機器社製KOBRA−WPR)により測定波長450nmの位相差(Re450)及び550nmの位相差(Re550)を測定した。両測定値の比(Re450/Re550)を位相差の波長分散性の指標とした。また、この位相差の測定において、延伸方向の位相差の測定値に正の値が出た場合、この樹脂の屈折率異方性は正である。
前述の熱プレスによる方法で厚み100〜200μmのフィルムを成形し、このフィルムから長さ40mm、幅10mmの長方形の試験片を作製した。万力の左右の接合面の間隔を40mmに開き、試験片の両端を接合面内に固定した。次に左右の接合面の間隔を2mm/秒以下の速度で狭めていき、フィルムが万力の接合面の外にはみ出さないようにしながら、くの字に折れ曲がったフィルム全体を該接合面内で圧縮していった。接合面間が完全に密着する迄に試験片が折れ曲がり部で2片(又は3片以上の破片)に割れた場合を「割れあり」、接合面間が完全に密着してもなお試験片が割れずに折り曲げられた場合「割れなし」とした。同一の種類のフィルムについて5回繰り返して試験を実施し、そのうち4回以上「割れあり」となったものを「×:脆性破壊する」、3回以下「割れあり」となったものを「○:脆性破壊しない」とした。
前述の熱プレスによる方法で取得したフィルムから、長さ40mm、幅8mmの長方形の試験片を切り出して測定試料とした。多波長アッベ屈折率計(株式会社アタゴ製DR−M4/1550)で、波長656nm(C線)、589nm(D線)、486nm(F線)の干渉フィルターを用いて、各波長の屈折率、nC、nD、nFを測定した。測定は、界面液としてモノブロモナフタレンを用い、20℃で行った。
アッベ数νdは次の式で計算した。
νd=(1−nD)/(nC−nF)
アッベ数が大きいほど、屈折率の波長依存性が小さいことを表す。
本発明の樹脂組成物から作成した延伸フィルムをヒートステージ上でガラス転移温度(Tg)以上に加熱し、延伸フィルムをその延伸方向にさらに2倍程度延伸し、空冷した試料について偏光ATR(一回反射法、Geクリスタル)測定を実施した。
(測定方法)
測定装置としてはNicolet社(現在のサーモフィッシャーサイエンティフィック社)製Magna550にATRアクセサリ「ファンデーションサンダードーム」(以下サンダードームと略す)を設置したものを使用した。また、KRS−5製偏光板をサンダードームの入射側入り口に設置し、赤外光に直線偏光を持たせた。偏光方向はフィルム面に平行な方向に固定した。試料を回転させることで、偏光方向とフィルム延伸方向が平行な状態のスペクトルを平行偏光スペクトルとし、垂直な状態のスペクトルを垂直偏光スペクトルとし、評価した。なお、測定条件は、分解能4cm-1、スキャン回数64回で実施した。
カルボニルの配向については、約1750cm-1に観測されるC=O伸縮振動と約1250cm-1に観測されるC−O伸縮振動を観測し、フルオレン環の配向については、約740cm-1に観測されるベンゼン環CH面外変角振動を観測した。
(評価方法)
評価方法としては、まず、吸光度表示した平行偏光スペクトルから垂直偏光スペクトルの差を差スペクトルとしたときに、差スペクトルの1750cm-1はマイナス方向に、1250cm-1の吸収はプラス方向にピークが明確に現れている状態にあることを確認し、カルボニル基が延伸方向に対して、垂直に配向している、すなわち、主鎖が延伸方向に配向していることが確認できたものを、カルボニルについて「○」とした。その後、フルオレン環の配向に関する差スペクトルの740cm-1の吸収がプラス方向に明確に現れている場合、すなわち、フルオレン環が主鎖に対して略垂直に配向しているものを、フルオレンについて「○」、明確に現れていない場合、フルオレンについて「×」とした。
<合成例1>9,9’−ジ(ヒドロキシメチル)−9,9’−ビフルオレニル(化合物1)の合成
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6)δ7.59(d,J=7.3Hz,4H),7.21(t,J=7.3Hz,4H),7.03(t,J=7.1Hz,4H),6.85(br,4H),5.81(t,J=4.8Hz,2H),4.07(br,4H).
UV−Vis(THF):λmax=269,290,302nm.
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):241℃
1L四口フラスコにフルオレン(120g、722mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(480ml)を入れ、窒素置換後、5℃以下に冷却した。ナトリウムエトキシド(24.6g、361mmol)を加え、パラホルムアルデヒド(8.7g、289mmol)を10℃を越えないように少量ずつ添加し、撹拌した。2時間後、1N塩酸(440ml)を滴下し、反応を停止した。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(240ml)でふりかけ洗浄した。その後、得られた粗生成物を脱塩水(240ml)に分散させ、1時間撹拌した。この懸濁液を吸引ろ過後、脱塩水(120ml)でふりかけ洗浄した。得られた粗生成物をトルエン(480ml)に分散させた後、ディーン−スターク装置を用いて、加熱還流条件下で脱水を行なった。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過し、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体としてビス(フルオレン−9−イル)メタン(化合物2A)を84.0g(収率:84.5%、HPLC純度:94.0%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.83(d,J=7.6Hz,4H),7.56(dd,J1=7.6Hz,J2=0.8Hz,4H),7.41(t,J=7.3Hz,4H),7.29(dt,J1=7.3Hz,J2=1.3Hz,4H),4.42(t,J=7.6Hz,2H),2.24(d,J=7.6Hz,2H).
500mL四口フラスコに合成例2Aで得られたビス(フルオレン−9−イル)メタン(100g、290mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(400ml)を入れ、窒素置換後、パラホルムアルデヒド(18.3g、610mmol)を加えた。5℃以下に冷却後、ナトリウムエトシキド(0.698g、13mmol)を加え、10℃を越えないように撹拌した。1時間半後、1N塩酸(32ml)を25℃を超えないように添加し、反応を停止した。さらに水(300ml)を加えて攪拌し、得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(100ml)でふりかけ洗浄した。得られた粗生成物をテトラヒドロフラン(400ml)に分散させた後、1時間加熱還流を行った。室温(20℃)に戻し、吸引ろ過後80℃で恒量になるまで減圧乾燥を行ない、白色固体108g(収率:91%、HPLC純度:99.1%)。得られた白色固体中のナトリウム含有率は620ppmであった。その後、白色固体を、トルエン(800ml)および水(200ml)混合液中へ分散させ、1時間加熱還流を行い、ろ別、乾燥後、得られた固体中のナトリウム含有率を測定したところ、390ppmであった。さらに、得られた白色固体をN,N−ジメチルホルムアミド(500ml)に分散させ、加温して均一な溶液とした後、40℃以下まで冷却し、0.03Nの塩酸(1500ml)中へゆっくりと滴下した。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(200ml)に分散させ、1時間撹拌した。この懸濁液を吸引ろ過後、脱塩水(100ml)でふりかけ洗浄を行なった。得られた生成物をトルエン(800ml)に分散させた後、加熱還流下で共沸脱水を行った。室温(20℃)に戻し、吸引ろ過後、100℃で恒量になるまで減圧乾燥することで白色固体としてビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)メタン(化合物2B)を104g(収率87%、HPLC純度:99.8%)得た。固体中のナトリウム、塩素の含有率はそれぞれ10ppm未満であった。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6)δ7.12(d,J=7.3Hz,4H),7.01−6.93(m,8H),6.77(dt,J1=7.3Hz,J2=1.0Hz,4H),4.97(t,J=4.6Hz,2H),3.31(s,2H),3.23(d,J=4.3Hz,4H).
UV−Vis(THF):λmax=263,292,304nm.
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):289℃
m.p.:226℃
100ml四口フラスコにフルオレン(2.0g、12mmol)、テトラヒドロフラン(35ml)を入れ、窒素置換後、エタノール−ドライアイス浴で、−50℃以下に冷却した。1.6mol/L n−ブチルリチウム(7.8ml、12.5mmol)を−40℃を越えないように少量ずつ添加し、撹拌した。その後、10℃まで昇温し、1時間撹拌した後、1,2−ジブロモエタン(0.55ml、6.4ml)を加え、さらに2時間撹拌した。その後、1N塩酸(0.5ml)を滴下し、生じた懸濁溶液を吸引ろ過し、水洗後、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物3A)0.63g(収率:29.2%、HPLC純度:98.0%)を得た。また、ろ液の溶媒を減圧留去し、エタノール(25ml)を加えて、30分撹拌した。懸濁液を吸引ろ過し、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物3A)を0.44g(収率:20.5%、HPLC純度:84.0%)得た。得られた白色固体を合わせると、1.07g(収率:49.7%)であった。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.75(d,J=7.6Hz,4H),7.37(dt,J1=7.6Hz,J2=0.5Hz,4H),7.27−7.34(m,8H),3.85(s,2H),1.74(t,J=2.3Hz,4H).
1L四口フラスコに合成例3Aで得られた1,2−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物3A、100g、278.9mmol)、パラホルムアルデヒド(17.6g、585.8mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(400ml)を入れ、窒素置換後、10℃以下に冷却した。ナトリウムエトキシド(1.80g、27.9mmol)を加え、室温(20℃)まで昇温し、1時間撹拌した。HPLCで原料の消失を確認後、0.1N塩酸(440ml)中に反応液を滴下し、反応を停止した。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(100ml)でふりかけ洗浄した。その後、得られた粗生成物をN,N−ジメチルホルムアミド(300ml)に分散させ、1時間撹拌した。この懸濁液を0.005N塩酸(1000ml)中に滴下し、30分撹拌後、吸引ろ過を行った。得られた粗生成物を脱塩水(500ml)中に分散させ、1時間撹拌を行なった。この懸濁液を吸引ろ過後、脱塩水(200ml)でふりかけ洗浄を行なった。得られた粗生成物をトルエン(500ml)に分散させた後、ディーン−スターク装置を用いて、加熱還流条件下で脱水を行なった。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過し、100℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)エタン(化合物3B)を112.4g(収率:96.3%、HPLC純度:99.1%)得た。固体中のナトリウム含有率は1ppm未満であった。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6)δ7.91(d,J=7.3Hz,4H),7.44(dt,J1=7.6Hz,J2=1.0Hz,4H),7.35(dt,J1=7.6Hz,J2=1.0Hz,4H),7.18(d,J=7.3Hz,4H),4.79(t,J=5.3Hz,2H),3.18(d,J=5.3Hz,2H),1.40(s,4H).
UV−Vis(THF):λmax=264,291,302nm.
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):301℃
m.p.:278℃
1L三口フラスコに合成例2Aで得られたビス(フルオレン−9−イル)メタン(化合物2A、80g、232.3mmol)、N−ベンジル−N,N,N−トリエチルアンモニウムクロリド(10.6g、46.5mmol)、塩化メチレン(400ml)を入れ、窒素置換後、水浴で15℃〜20℃に制御し、50%水酸化ナトリウム水溶液(64ml)を加えたところ、溶液の色は薄赤色に変化した。その後、アクリル酸エチル(50.5ml、465mmol)を5分かけて滴下した。1時間後さらにアクリル酸エチル(25.3ml、232mmol)を加え、反応の進行をHPLCで追跡しながら、9時間撹拌した。HPLCでモノ付加体が5%以下になったのを確認後、氷浴で冷却し、3N塩酸(293ml)を温度見合いで滴下し、クエンチした。有機層を液性が中性になるまで水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過し、溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をメタノール(400ml)に分散させ、30分間加熱還流することで、熱懸洗した。その後、室温(20℃)に戻し、吸引ろ過後、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体としてビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A)を96.1g(収率:75.9%、HPLC純度:96.0%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.03(d,J=7.6Hz,4H),6.97(dt,J1=7.6Hz,J2=1.5Hz,4H),6.82(dt,J1=7.6Hz,J2=1.3Hz,4H),6.77(d,J=7.6Hz,4H),3.88(q,J=7.1Hz,4H),3.12(s,2H),2.23(m,4H),1.13(m,4H),1.02(t,J=7.1Hz,6H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):295℃
m.p.:141℃
500ml四口フラスコに合成例4Aで得られたビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A、50g、91.8mmol)、トルエン(250ml)を入れ、窒素置換後、氷浴で5℃以下に冷却し、10℃以下を保ちながら水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウムの65wt%トルエン溶液(82.7ml、275mmol)を滴下し、1時間撹拌した。HPLCで原料の消失を確認後、酢酸エチル(9.9ml)を滴下し、30分撹拌した後、さらに3.1N水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、2時間撹拌を行なった。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(100ml)でふりかけ洗浄した。その後、得られた粗生成物を脱塩水(150ml)に分散させ、30分撹拌した。吸引ろ過後、液性が中性になるまで、ふりかけ洗浄を行い、トルエン(50ml)でふりかけ洗浄を行った。得られた粗生成物をテトラヒドロフラン(150ml)に分散させ、加温することで溶解させた。テトラヒドロフラン溶液を室温(20℃)に戻した後、シリカゲルショートパス(50g)を通し、テトラヒドロフラン(350ml)で洗い込み、得られた溶液をエバポレーターで溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をトルエン(250ml)に分散させ、30分間加熱還流することで熱懸洗した。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過後、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体としてビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]メタン(化合物4B)を35.5g(収率:83.9%、HPLC純度:99.8%)得た。固体中のナトリウム含有率、アルミニウム含有率は共に1ppm未満であった。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.05(d,J=7.6Hz,4H),6.97(dt,J1=7.6Hz,J2=1.5Hz,4H),6.81(dt,J1=7.6Hz,J2=1.3Hz,4H),6.77(d,J=7.6Hz,4H),3.19(q,J=6.3Hz,4H),3.08(s,2H),1.94(m,4H),0.77(t,J=5.8Hz,2H),0.47(m,4H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):301℃
m.p.:214℃
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.05−7.02(m,4H),6.97(dt,J1=7.2Hz,J2=1.2Hz,4H),6.81(dt,J1=7.3Hz,J2=1.3Hz,4H),6.77−6.75(m,4H),3.89−3.85(m,4H),3.57−3.51(m,4H),3.12(s,2H),2.28−2.21(m,4H),1.71−1.78(m,2H),1.21−1.14(m,4H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):306℃
m.p.:143℃
1L四口フラスコにフルオレン(100g、602mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(400ml)を入れ、窒素置換後、5℃以下に冷却した。ナトリウムエトキシド(20.5g、301mmol)を加え、パラホルムアルデヒド(11.4g、379mmol)を10℃を越えないように少量ずつ添加し、撹拌した。1時間半後、1N塩酸(330ml)を滴下し、反応を停止した。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(200ml)でふりかけ洗浄した。その後、得られた粗生成物を脱塩水(300ml)に分散させ、1時間撹拌した。この懸濁液を吸引ろ過後、脱塩水(120ml)でふりかけ洗浄を行なった。得られた粗生成物をトルエン(400ml)に分散させた後、ディーン−シュターク装置を用いて、加熱還流条件下で脱水を行なった。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過し、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として9,9−ビス[(フルオレン−9−イル)−メチル]フルオレン(化合物6A)を71.6g(収率:73.2%、HPLC純度:98.0%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.87(dd,J1=5.6Hz,J2=1.8Hz2H),7.73(dd,J1=6.3Hz,J2=1.8Hz,2H),7.56(d,J=7.6Hz,4H),7.47−7.54(m,4H),7.20(t,J=7.3Hz,4H),7.04(dt,J1=7.6Hz,J2=1.0,4H),6.63(dd,J1=7.6Hz,J2=0.8,4H),3.24(t,J=4.9Hz,2H),2.80(d,J=4.9Hz,4H).
500mL四口フラスコに合成例6Aで得られた9,9−ビス[(フルオレン−9−イル)−メチル]フルオレン(化合物6A、54g、104mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(370ml)を入れ、窒素置換後、パラホルムアルデヒド(7.8g、260mmol)を加えた。室温(20℃)にてナトリウムメトシキド(0.698g、13mmol)を加え、20℃を越えないように撹拌した。2時間半後、水750mlと1N塩酸(25ml)の混合液を攪拌した所に反応液を滴下し反応を停止した。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(200ml)でふりかけ洗浄した。その後、得られた粗生成物を脱塩水(500ml)に分散させ、1時間撹拌した。この懸濁液を吸引ろ過後、脱塩水(100ml)でふりかけ洗浄を行なった。得られた粗生成物をトルエン(400ml)に分散させた後、ディーン−スターク装置を用いて、加熱還流条件下で脱水を行なった。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過した。粗生成物をエタノール(200ml)に分散させ30分加熱還流後、吸引ろ過後、白色固体49.5g(収率:82%、LC純度:83%)を得た。THF(150ml)を加え加熱還流後、水(100ml)とエタノール(50ml)を加え結晶を析出させ、吸引ろ過後80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで白色固体36g(収率:59%、HPLC純度:92%)を得た。更にエタノール(200ml)に分散させ加熱還流後、ろ過する事を繰り返す事によりHPLC純度99%の白色固体9,9−ビス[(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)−メチル]フルオレン(化合物6B)を得た。固体中のナトリウム含有率は1ppm未満であった。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.02(dt,J1=7.6Hz,J2=0.8Hz4H),6.95(td,J1=7.6Hz,J2=0.8Hz,4H),6.74(td,J1=7.2Hz,J2=0.8Hz,4H),6.64−6.67(m,6H),6.42(dt,J1=8.0Hz,J2=0.8、2H),6.33−6.38(m,4H),3.36(d,J=6.8Hz,4H),3.06(s,4H).
UV−Vis(THF):λmax=266,305nm.
5wt%重量減少温度TG:304℃
m.p.:259℃
1L四口フラスコに合成例3Aで得られた1,2−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物3A、85g、237mmol)、テトラヒドロフラン(725ml)、N,N−ジメチルホルムアミド(85ml)を入れ、窒素置換後、ナトリウムエトキシド(3.23g、47.5mmol)を加え、室温(20℃)まで昇温し、30分撹拌した。アクリル酸エチル(59.3ml、545mmol)を2.5時間かけて滴下した。HPLCで原料の消失を確認後、0.1N塩酸(55ml)を反応液に滴下し、反応を停止した。テトラヒドロフランを減圧留去後、トルエン(425ml)を加え、有機層を液性が中性になるまで精製水で洗浄後、無水硫酸マグネシウムで乾燥、ろ過し、溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をメタノール(400ml)に分散させ、1時間加熱還流することで、熱懸洗した。その後、室温(20℃)に戻し、吸引ろ過後、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]エタン(化合物7A)を101g(収率:76.1%、HPLC純度:98.6%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.72(d,J=7.6Hz,4H),7.36(t,J=7.6Hz,4H),7.27(t,J=7.3Hz,4H),6.97(d,J=7.3Hz,4H),3.80(q,J=7.1Hz,4H),1.93(t,J=8.6Hz,4H),1.33(t,J=8.6Hz,4H),1.23(s,4H),1.01(t,J=7.1Hz,6H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):306℃
m.p.:150℃
1000ml四口フラスコに合成例7Aで得られた1,2−ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]エタン(化合物7A、100g、179mmol)、テトラヒドロフラン(500ml)を入れ、窒素置換後、氷浴で5℃以下に冷却し、15℃以下を保ちながら水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウムの65wt%トルエン溶液(161ml、537mmol)を滴下し、1時間撹拌した。HPLCで原料の消失を確認後、酢酸エチル(32ml)を滴下し、45分撹拌した後、さらに3.1N水酸化ナトリウム水溶液(257ml)を滴下し、1時間撹拌を行なった。テトラヒドロフランを減圧留去後、得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(100ml)でふりかけ洗浄した。その後、得られた粗生成物を酢酸エチル(700ml)に溶解させ、脱塩水(100ml)で3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、シリカゲルショートパス(50g)を通し、テトラヒドロフラン(800ml)で洗い込み、得られた溶液をエバポレーターで溶媒を減圧留去した。得られた粗生成物をトルエン(400ml)に分散させ、30分間加熱還流することで熱懸洗した。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過後、100℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]エタン(化合物7B)を75.6g(収率:89.0%、HPLC純度:98.7%)得た。固体中のナトリウム含有率は2ppm、アルミニウム含有率は2ppm未満であった。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6)δ7.81(d,J=7.3Hz,4H),7.35(t,J=7.3Hz,4H),7.29(t,J=7.3Hz,4H),7.02(d,J=7.3Hz,4H),4.02(t,J=5.0Hz,2H),2.93(m,4H),1.59(m,4H),1.19(s,4H),0.45(m,4H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):312℃
m.p.:253℃
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.62(d,J=7.6Hz,4H),7.33(t,J=8.0Hz,4H),7.25(t,J=6.0Hz,4H),7.19(br,4H),6.45(s,4H),3.80(d,J=6.4Hz,4H),3.12(s,4H),1.42(t,J=6.4Hz,2H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):327℃
m.p.:198℃
容量70mlのSUS316製オートクレーブにフルオレン(3.5g、21mmol)、1,4−ブタンジオール(4.9g、54mmol)、85%KOH(1.52g、23mmol)、テトラエチレングリコールジメチルエーテル(4.9g)を入れ、窒素雰囲気下、250℃で8時間反応させた。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.72(d,J=7.6Hz,4H),7.42(m,4H),7.25−7.36(m,8H),3.89(t,J=5.8Hz,2H),1.96−1.86(m,4H),1.15−1.05(m,4H).
500mL四口フラスコに合成例9Aで得られた1,2−ビス(フルオレン−9−イル)ブタン(化合物9A、37.0g、95.7mmol)、パラホルムアルデヒド(6.03g、201mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(148ml)を入れ、窒素置換後、10℃以下に冷却した。ナトリウムエトキシド(0.65g、9.6mmol)を加え、室温(20℃)まで昇温し、1時間撹拌した。HPLCで原料の消失を確認後、0.1N塩酸(162ml)中に反応液を滴下し、反応を停止した。得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(37ml)でふりかけ洗浄した。得られた粗生成物をトルエン(185ml)に分散させた後、ディーン−シュターク装置を用いて、加熱還流条件下で脱水を行なった。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過し、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)ブタン(化合物9B)を39.8g(収率:93.1%、HPLC純度:99.1%)得た。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6)δ7.71−7.66(m,4H),7.38−7.24(m,4H),3.71(d,J=6.3Hz,4H),1.89−1.81(m,4H),1.22(t,J=6.3Hz,2H),0.51−0.44(m,4H).
UV−Vis(THF):λmax=291,302nm.
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):314℃
m.p.:212℃
<合成例10A>1,1−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物10A)の合成
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ.7.75(dd,J1=16.4Hz,J2=7.4Hz,4H),7.55(d,J=7.6Hz,2H),7.40(t,J=7.6Hz,2H),7.31(q,J=7.6Hz,4H),7.17(t,J=7.6Hz,2H),6.98(d,J=7.6Hz,2H)3.98(d,J=4.4Hz,2H),3.0−3.1(m,1H),0.83(d,J=6.8Hz,3H).
1L四口フラスコに合成例10Aで得られたビス1,1−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物10A、100g、0.28mol)、パラホルムアルデヒド(45g、1.4mol)、N,N−ジメチルホルムアミド(400ml)を入れ、窒素置換後、10℃以下に冷却した。ナトリウムエトキシド(4g、0.056mol)を加え、徐々に室温(20℃)まで昇温し、1時間撹拌した。HPLCで原料の消失を確認後、メタノール(50ml)と1N塩酸(112ml)を滴下し、反応を停止した。トルエン(400ml)を加え分液を行い、水層をトルエン(200ml)で抽出した。トルエン層を合わせエバポレーターでトルエンを留去し226gの反応混合物を得た。メタノール(160ml)と1N塩酸(120ml)をトルエン(400ml)を加え加熱還流1時間後、室温(20℃)まで冷却後、得られた懸濁溶液を吸引ろ過し、脱塩水(100ml)とトルエン(150ml)でふりかけ洗浄した。得られた粗生成物をトルエン(380ml)に分散させた後、ディーン−シュターク装置を用いて、加熱還流条件下で脱水を行なった。室温(20℃)に戻した後、吸引ろ過し、60℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体とすることで白色固体としてビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)メタン(化合物10B)を69g(収率59%、HPLC純度:99%)得た。固体中のナトリウム、塩素の含有率はそれぞれ10ppm未満であった。
1H−NMR(400MHz,CHCl3−d3)δ7.37(dd,J1=15.0Hz,J2=8.0Hz,4H),7.18−7.23(m,4H),7.13(dt,J1=8.0Hz,J2=1.2Hz,2H),7.02(dt,J1=7.3Hz,J2=1.2Hz,2H),6.87−6.96(m,4H),3.85(dd,J1=12Hz,J2=6.4Hz,2H),3.69(q,J=7.2Hz,1H),3.18(dd,J1=11.2Hz,J2=6.4Hz,2H),1.49(d、J=7.2Hz,2H),1.06(t,J=6.8Hz,2H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):283℃
m.p.:180℃
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.72(dd,J1=10Hz,J2=8Hz,4H),7.37(t,J=7.2Hz,2H),7.33(t,J=6Hz,2H),7.21−7.30(m,4H),6.95(t,J=9.2Hz,2H),6.91(t,J=7Hz,2H),3.04(s,6H),2.23(dd,J1=12Hz,J2=9Hz,2H),1.56(d,J=14Hz,2H),1.36−1.46(m,2H),1.05−1.16(m,4H),0.58(d,J=6.8Hz,6H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):292℃
m.p.:147℃
300mL三口フラスコに合成例2Aで得られたビス(フルオレン−9−イル)メタン(化合物2A、10g、(29.0mmol)、N−ベンジル−N,N,N−トリエチルアンモニウムクロリド(1.32g、5.8mmol)、テトラヒドロフラン(50ml)を入れ、窒素置換後、水浴で15℃〜20℃に制御し、50%水酸化ナトリウム水溶液(8ml)を加えたところ、溶液の色は薄赤色に変化した。その後、アクリル酸メチル(7.81ml、87.1mmol)を3時間かけて滴下した。反応の進行をHPLCで追跡しながら、3時間撹拌した。HPLCでモノ付加体が10%以下になったのを確認後、氷浴で冷却し、3N塩酸(21ml)を温度見合いで滴下し、クエンチした。水層を廃棄した後、トルエン(20ml)を添加し、脱塩水で有機層を洗浄した。溶媒を減圧留去し、固体が析出し始めた時点で減圧を解除し、メタノール(40ml)を添加し、30分間攪拌した。その後吸引ろ過し、100℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体としてビス[9−(2−メトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物12A)を7.05g(収率:47%、HPLC純度:80%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.03(d,J=7.3Hz,4H),6.97(dt,J1=6.8,J2=1.3Hz,4H),6.75−6.83(m,8H),3.38(s,6H),3.12(s,2H),2.24(t,J=8.1Hz,4H),1.14(t,J=8.1Hz,4H).
300mL四口フラスコに合成例12Aの方法でられたビス[9−(2−メトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物12A、6.0g、11.61mmol)、ジフェニルカーボネート(12.1g、56.6mmol)、オルトチタン酸テトライソプロピル(0.49mL、1.66mmol)を入れ、145℃まで昇温して、3時間撹拌した。HPLCで反応の終了を確認後、トルエン(15ml)を加え、1時間加熱還流した。50℃へ冷却後、メタノール(18ml)を加えた。室温(20℃)へ冷却後、吸引ろ過を行った。得られた白色固体をトルエン(12ml)に分散させ、1時間加熱還流した。50℃へ冷却後、メタノール(18ml)を加えた。室温(20℃)へ冷却後、吸引ろ過を行い、100℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体としてビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物12B)を5.39g(収率:64%%、HPLC純度:98.1%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23−7.28(m,4H),7.07−7.16(m,6H),7.03(dt,J1=6.9Hz,J2=2.0,4H),6.78−6.90(m,12H),3.20(s,2H),2.37(t,J=8.3Hz,4H),1.40(t,J=8.3Hz,4H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):336℃
m.p.:176℃
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.23−7.28(m,4H),7.07−7.16(m,6H),7.03(dt,J1=6.9Hz,J2=2.0,4H),6.78−6.90(m,12H),3.20(s,2H),2.37(t,J=8.3Hz,4H),1.40(t,J=8.3Hz,4H).
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):336℃
m.p.:176℃
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.76(d,J=7.6,4H),7,41(dt,J1=7.3,J2=1.0,4H),7.32(dt,J1=7.3,J2=1.0,4H),7.22(t,J=8.3,4H),7.11(t,J=7.6,2H),7.03(d,J=7.6,4H),6.78(d,J=8.6,4H),2.06(t,J=8.1,4H),1.60(t,J=8.1,4H),1.29(s,4H)
5wt%重量減少温度(窒素雰囲気下):337℃
m.p.:232℃
1L四口フラスコに合成例3Aの方法で得られた1,2−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物3A、20g、59mmol)、N,N−ジメチルホルムアミド(200ml)を入れ、亜リン酸トリブチル(37.9ml、140mmol)を加え、窒素置換後、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(40%メタノール溶液)(25ml)を加え、空気(100ml/分)と窒素(300ml/分)の混合気体を反応系に流通させた。3時間攪拌後、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(40%メタノール溶液)(10ml)を加え、5時間攪拌させた。さらに、ベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシド(40%MeOH溶液)(10ml)を加え、さらに1時間攪拌させた。1N塩酸(200ml)を加えて、反応を停止し、酢酸エチル(400ml)を加えて、分液操作を行った。さらに、飽和食塩水(100ml)で有機層を3回洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、濾過し、有機溶媒を減圧留去した。得られた懸濁溶液にトルエン(100ml)、ヘキサン(200ml)を添加し、30分攪拌した後、吸引ろ過し、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体として1,2−ビス(9−ヒドロキシフルオレン−9−イル)エタン(化合物14A)を13.9g(収率:63.8%、HPLC純度:92.5%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.73(d,J=7.3Hz,4H),7.35(dt,J1=7.6Hz,J2=1.0,6H),7.26(dt,J1=7.6Hz,J2=1.0,4H),7.11(d,J=7.3Hz,4H),5.35(s,2H),1.40(s,4H).
300mL四口フラスコに合成例14Aの方法で得られた1,2−ビス(フルオレン−9−イル)エタン(化合物14A、17g、45mmol)、フェノキシエタノール(37g、267mmol)を入れ、窒素置換後、10℃以下に冷却した。ボロントリフルオリド−ジエチルエーテル錯体(5.6ml、45mmol)を加え、室温(20℃)で3時間攪拌後、さらにボロントリフルオリド−ジエチルエーテル錯体(5.6ml、45mmol)、クロロホルム(35ml)を加え、40℃で4時間、60℃で2時間攪拌した。さらに、ボロントリフルオリド−ジエチルエーテル錯体(5.6ml、45mmol)を加え、2時間、過熱還流した。室温(20℃)まで冷却した後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて、中和した後、吸引濾過によって、不溶物を除去した。酢酸エチル(120ml)を添加し、有機層を飽和食塩水で2回、脱塩水で1回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、濾過し、有機溶媒を減圧留去した。再度、酢酸エチル(150ml)に溶解させ、活性炭(日本ノリット株式会社、SXPLUS、pH=7、2.5g)を加え、1時間攪拌した後、セライト濾過し、有機溶媒を減圧留去した。メタノール(100ml)を加え、1時間攪拌し、吸引ろ過し、80℃で恒量になるまで減圧乾燥することで、白色固体としてビス−{[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン−9−イル}エタン(化合物14B)を15.8g(収率:56.1%、HPLC純度:86%)得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ7.77(d,J=7.3Hz,4H),7.36(dt,J1=7.6Hz,J2=1.0,4H),7.22(dt,J1=Hz,J2=1.0,4H),6.92(d,J=7.6Hz,4H),6.73(d,J=9.1Hz,4H),6.59(d,,J=9.1Hz,4H),3.91−3.93(m,4H),3.83−3.87(m,4H),1.92(t,J=6.3Hz,2H)1.82(s,4H).
<実験例1>
ISB59.43質量部(0.407モル)、ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]メタン(化合物4B)28.40質量部(0.062モル)、DPC101.32質量部(0.473モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物8.25×10-4質量部(4.68×10-6モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し発生するフェノールを反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ISB46.69質量部(0.320モル)、ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]メタン(化合物4B)42.60質量部(0.092モル)、DPC89.14質量部(0.416モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物7.26×10-4質量部(4.12×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ISB38.20質量部(0.261モル)、ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]メタン(化合物4B)37.86質量部(0.082モル)、CHDM12.71質量部(0.088モル)、DPC93.41質量部(0.436モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物7.61×10-4質量部(4.32×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ISB50.94質量部(0.349モル)、ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)メタン(化合物2B)18.79質量部(0.046モル)、CHDM16.95質量部(0.118モル)、DPC110.89質量部(0.436モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物7.61×10-4質量部(9.03×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ISB42.45質量部(0.290モル)、9,9−ビス[(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)−メチル]フルオレン(化合物6B)28.72質量部(0.049モル)、CHDM16.95質量部(0.118モル)、DPC98.93質量部(0.462モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物8.06×10-4質量部(4.57×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ISB48.39質量部(0.331モル)、1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)エタン(化合物3B)16.95質量部(0.040モル)、CHDM21.18質量部(0.147モル)、DPC112.18質量部(0.524モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物9.14×10-4質量部(5.19×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ISB29.71質量部(0.203モル)、1,2−ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]エタン(化合物7B)26.55質量部(0.056モル)、CHDM5.93質量部(0.041モル)、DPC64.99質量部(0.303モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物2.65×10-3質量部(1.50×10-5モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
1,2−ビス[9−(3−ヒドロキシプロピル)−フルオレン−9−イル]エタン(化合物7B)33.18質量部(0.070モル)、ISB23.77質量部(0.163モル)、CHDM5.93質量部(0.041モル)、DPC59.22質量部(0.276モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物2.41×10-3質量部(1.37×10-5モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)ブタン(化合物9B)22.49質量部(0.050モル)、ISB30.31質量部(0.207モル)、CHDM8.90質量部(0.062モル)、DPC69.12質量部(0.323モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物2.81×10-3質量部(1.60×10-5モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
1,2−ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)エタン(化合物3B)32.95質量部(0.079モル)、ISB20.80質量部(0.142モル)、CHDM8.90質量部(0.062モル)、DPC61.18質量部(0.286モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物4.98×10-3質量部(2.83×10-5モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
α,α’−ビス−(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)−1,4−キシレン(化合物8)26.60質量部(0.054モル)、ISB23.77質量部(0.163モル)、CHDM11.86質量部(0.082モル)、DPC64.63質量部(0.302モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物5.26×10-3質量部(2.99×10-5モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)メタン(化合物2B)23.70質量部(0.059モル)、CHDM22.53質量部(0.156モル)、CHDA33.62質量部(0.195モル)、および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート6.65×10-3質量部(1.95×10-5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、180分間常圧にて反応した。発生する水は反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表2に示す。
ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A)34.12質量部(0.063モル)、CHDM25.81質量部(0.179モル)、CHDA20.03質量部(0.116モル)、および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート6.09×10-3質量部(1.79×10-5モル)を用いた以外は実験例12と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表2に示す。
ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A)26.49質量部(0.049モル)、CHDM10.37質量部(0.072モル)および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート14.65×10-3質量部(4.30×10-5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、220℃にて120分間常圧にて反応した。次いで、圧力を13.3kPaまで30分かけて減圧し、13.3kPaで30分保持し発生するエタノールを反応容器外へ抜出した。その後、反応液を一旦室温(20℃)まで冷却し、ISB31.43質量部(0.215モル)、DPC51.66質量部(0.241モル)を同じ反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し発生するフェノールを反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A)16.76質量部(0.031モル)、CHDM7.16質量部(0.050モル)および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート16.89×10-3質量部(4.96×10-5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、220℃にて120分間常圧にて反応した。次いで、圧力を13.3kPaまで30分かけて減圧し、13.3kPaで30分保持し発生するエタノールを反応容器外へ抜出した。その後、反応液を一旦室温(20℃)まで冷却し、ISB41.11質量部(0.281モル)、DPC65.01質量部(0.303モル)を同じ反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し発生するフェノールを反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A)20.90質量部(0.037モル)、CHDM10.79質量部(0.075モル)および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート15.91×10-3質量部(4.68×10-5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、220℃にて120分間常圧にて反応した。次いで、圧力を13.3kPaまで30分かけて減圧し、13.3kPaで30分保持し発生するエタノールを反応容器外へ抜出した。その後、反応液を一旦室温(20℃)まで冷却し、ISB34.62質量部(0.237モル)、DPC59.44質量部(0.277モル)を同じ反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し発生するフェノールを反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
ビス(9−ヒドロキシメチルフルオレン−9−イル)メタン(化合物10B)20.31質量部(0.049モル)、CHDM22.45質量部(0.156モル)、CHDA34.81質量部(0.202モル)および触媒としてテトラ−n−ブチルチタネート51.61×10-3質量部(1.52×10-4モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、150分間常圧にて反応した。その後、240℃まで30分かけて昇温しながら圧力を13.3kPaまで減圧した。さらに15分かけて0.10kPa以下まで減圧し発生する水を系外へ抜き出した。所定のトルクに到達後、反応を終了し、生成したポリマーを水中に押し出して、ポリエステル樹脂のペレットを得た。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表2に示す。
ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物4A)22.65質量部(0.042モル)、CHDM10.77質量部(0.075モル)および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート15.54×10-3質量部(4.57×10-5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、220℃にて120分間常圧にて反応した。次いで、圧力を13.3kPaまで30分かけて減圧し、13.3kPaで30分保持し発生するエタノールを反応容器外へ抜出した。その後、反応液を一旦室温まで冷却し、ISB33.58質量部(0.230モル)、DPC56.96質量部(0.266モル)を同じ反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し発生するフェノールを反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
1,2−ビス[9−(2−エトキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]エタン(化合物7A)28.37質量部(0.051モル)、CHDM11.01質量部(0.076モル)および触媒としてテトラ―n―ブチルチタネート14.17×10-3質量部(4.16×10-5モル)を反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、220℃にて120分間常圧にて反応した。次いで、圧力を13.3kPaまで30分かけて減圧し、13.3kPaで30分保持し発生するエタノールを反応容器外へ抜出した。その後、反応液を一旦室温まで冷却し、ISB29.40質量部(0.201モル)、DPC49.17質量部(0.230モル)を同じ反応容器に投入し、窒素雰囲気下にて、加熱槽温度を150℃にし必要に応じ攪拌しながら、原料を溶解させた(約10分間)。溶解後、反応1段目の工程として220℃まで30分かけて昇温し、60分間常圧にて反応した。次いで圧力を常圧から13.3kPaまで90分かけて減圧し、13.3kPaで30分間保持し発生するフェノールを反応容器外へ抜出した。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
1,2−ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]エタン(化合物13)27.36質量部(0.042モル)、CHDM12.05質量部(0.084モル)、ISB31.72質量部(0.217モル)、DPC55.45質量部(0.259モル)および触媒として酢酸カルシウム1水和物2.65×10-3質量部(1.50×10-5モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
1,2−ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]エタン(化合物13)33.25質量部(0.051モル)、CHDM10.99質量部(0.076モル)、ISB29.42質量部(0.201モル)、DPC48.57質量部(0.227モル)および触媒として酢酸カルシウム1水和物4.89×10-4質量部(2.78×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
ビス[9−(2−フェノキシカルボニルエチル)フルオレン−9−イル]メタン(化合物12B)26.63質量部(0.042モル)、CHDM10.78質量部(0.075モル)、ISB33.58質量部(0.230モル)、DPC56.33質量部(0.263モル)および触媒として酢酸カルシウム1水和物5.36×10-4質量部(3.04×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表3に示す。
9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン(BCF)61.79質量部(0.163モル)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(BPA)30.49質量部(0.134モル)、DPC67.40質量部(0.315モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物2.61×10-3質量部(1.48×10-5モル)を用いた。また、最終重合温度を280℃とした以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン(BCF)32.20質量部(0.085モル)、スピログリコール(SPG)60.43質量部(0.199モル)、DPC63.18質量部(0.295モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物2.50×10-3質量部(1.42×10-5モル)を用いた。また、最終重合温度を280℃とした以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン(BCF)34.63質量部(0.091モル)、ISB53.48質量部(0.366モル)、DPC100.93質量部(0.471モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物4.03×10-3質量部(2.29×10-5モル)を用いた。また、最終重合温度を250℃とした以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン(BHEPF)80.49質量部(0.184モル)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(BPA)13.23質量部(0.058モル)、DPC53.29質量部(0.249モル)、および触媒として酢酸カルシウム1水和物1.28×10-3質量部(7.25×10-6モル)を用いた。また、最終重合温度を260℃とした以外は実験例1と同様に行った。
得られた樹脂組成物のガラス転移温度等、フィルム成形して延伸した際の延伸フィルムの屈折率異方性、位相差比(Re450/Re550)、フィルムの靱性等の測定結果を表1に示す。
9,9−ビス(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン(BHEPF)62.40質量部(0.142モル)、ISB28.78質量部(0.197モル)、DPC73.40質量部(0.343モル)、および触媒として酢酸マグネシウム4水和物7.28×10-4質量部(3.39×10-6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
DEF27.22質量部(0.107モル)、ISB59.43質量部(0.407モル)、DPC111.69質量部(0.521モル)および触媒として酢酸カルシウム1水和物4.53×10-4質量部(2.57×10−6モル)を用いた以外は実験例1と同様に行った。
フィルムの靱性においては、比較実験例1〜3が不適であるのに対し、実験例に示した本発明の全ての樹脂組成物は良好な靱性を示した。また、実験例に示した全ての本発明の樹脂組成物は、ガラス転移温度が好ましい90℃以上170℃以下の範囲であり、溶融加工性と耐熱性の両方の観点でバランスが取れていることを示している結果であった。
表4に、実験例1〜3、実験例7、及び8、比較実験例1〜5にて得られた延伸フィルムの光学特性の測定結果整理して示す。
フルオレン環含有モノマーの割合(モル分率)が同程度である実験例7と比較実験例3を比較すると、フルオレン含有モノマーとして化合物7Bを用いた実験例7は位相差比(Re450/Re550)が0.97と逆波長分散性を示しているのに対し、BCFを用いた比較実験例3は位相差比が1.00であり、逆波長分散性の発現が極めて弱い。このことから、化合物7Bを用いた実験例7の方が、逆波長分散性を発現する効果が高いといえる。さらに、フルオレン環含有モノマーとして同一の化合物7Bを用い、その含有割合が異なる実験例7及び実験例8を比較すると、実験例8の位相差比(Re450/Re550)は0.54であることから、フルオレン環含有モノマーの含有割合を変えることで、位相差比を好ましい範囲内で調整できるといえる。
両末端以外は同じ構造を有するジエチルエステルの化合物4Aとジフェニルエステルの化合物12Bに関しても同様のことが言え、化合物12Bを用いた実験例22は、化合物4Aを用いた実験例14と実験例15の間のフルオレン環含有モノマーの割合(モル分率)を持ち、位相差比(Re450/Re550)もその間に存在していることから、逆波長分散性の発現は、ほぼ同等であると考えられる。しかしながら、実験例14や実験例15は、エステル化と重合の2段階で製造されるのに対して、実施例20は、1段階でポリエステルカーボネートの製造が可能であるため、ジエチルエステルの化合物4Aよりも、反応性に優れたジフェニルエステルの化合物12Bを用いた方が、製造工程を短縮化できると考えられる。
表6に、実験例4〜6、9〜12及び17にて得られた延伸フィルムの光学特性の測定結果整理して示す。
また、同じヒドロキシメチル基を有するオリゴフルオレンジオールを用いた実験例4と実験例12や、実験例6と実験例10では、ヒドロキシメチル基を有するオリゴフルオレンジオールの割合が高い樹脂組成物の方が、屈折率が高く、アッベ数が低い傾向となっている。これは、ヒドロキシメチル基を有するオリゴフルオレンジオールを用いた本発明の樹脂組成物に共通する特徴と考えられ、例えばヒドロキシメチル基を有するオリゴフルオレンジオールの割合を増やした場合、広帯域でゼロ複屈折を示し、屈折率とアッベ数がより好ましい範囲に調整できると考えられることから、撮像系の光学レンズへの応用が期待できる。
同じフルオレン環含有モノマーを用いた実験例4と実験例12や、実験例6と実験例10は、フルオレン環含有モノマーの割合(モル分率)が異なるにも関わらず、その位相差比はRe450/Re550とRe630/Re550の両方において、ほとんど変化せず任意の割合でフラット分散を示すと考えられる。そのため、フルオレン環含有モノマーの割合(モル分率)が高い領域では、広帯域でゼロ複屈折を示すと推定される。また、化合物3Bを用いた実験例6と実験例10では、化合物3Bの割合が高い実験例10の方が、屈折率が高く、アッベ数が低くなっている。
そして、側鎖にヒドロキシメチル基を有するオリゴフルオレンジオールを用いた実験例4〜6及び実験例9〜12及び実験例17の樹脂組成物では、全て位相差比(Re450/Re550)が1.0以上1.06以下のフラット分散性を示し、フィルムの靱性等の物性も良好であることから、フラット分散性を示す位相差フィルム用途やその他の光学フィルムに有用である。
表7に、合成例にて合成したフルオレン環含有モノマーに由来する繰り返し単位の化学構造式と、フルオレン比率とを整理して示す。なお、フルオレン比率は下記式から算出した。ただし、下記式におけるフルオレン骨格の分子量は、炭素原子13個分(水素原子含まず)として計算している。
フルオレン比率(%) = フルオレン骨格の分子量/繰り返し単位の分子量 X 100
また、表8に本発明の樹脂組成物の代表的な合成例と、比較実験例6の、仕込み時のモノマー組成、及び各モノマーに由来する樹脂組成物中の繰り返し単位の組成の分析値を示す。なお、樹脂組成物中の繰り返し単位の組成は、1H−NMRのスペクトルから算出した。
オリゴフルオレンの化学構造と光学特性との関係を検討するために、オリゴフルオレンモノマーに由来する繰り返し単位の特定配座(コンフォメーション)のエネルギー計算及び該配座におけるフルオレン環と主鎖がなす角度の計算を以下の通りに行った。
ソフトウェアは、AM1法については米国Wavefunction社製PC Spartan Pro 1.0.5(Windows(登録商標)32bit版)、B3LYP/6−31G*法については米国Gaussian社製Gaussian03 Rev−B.05(Windows(登録商標)32bit版)を使用した。なお、収束判定値等、計算精度にかかわる入力値は全て当該ソフトウェアのデフォルト値を使用した。
ここで、ジオールモノマーに由来する繰り返し単位に関しては、カーボネート結合により重合した樹脂を想定して両水酸基をメチルカーボネート化した構造に対して、ジエステルモノマーに由来する繰り返し単位に関しては、エステル交換反応により重合した樹脂を想定して両エステル基をメチルエステル化した構造に対して計算している。
次に、AM1法を用いて各モノマーに存在する2つの側鎖の両方がトランス配座と、2種類のゴーシュ配座であるコンフォマーのエネルギー差を計算した(表11〜13)。また、トランス配座とゴーシュ配座(2種類のゴーシュ配座のうち安定なもの)について、主鎖とフルオレン環のなす角度を計算して記載した。
なお、主鎖とフルオレン環のなす角度は、以下のように定めた。まず、両末端のメチル基の炭素原子同士を結ぶ直線を主鎖方向、フルオレンの3位、6位、9位の炭素原子を通る平面をフルオレン平面とする。このとき、主鎖方向と交差するフルオレン平面上の直線は無限に存在するが、主鎖方向との角度が最小となるフルオレン平面上の直線は一意に定まる。その角度を主鎖とフルオレン環のなす角度とした。
また、トランス配座とゴーシュ配座(2種類のゴーシュ配座のうち安定なもの)について、両末端のメチル基の炭素原子同士を結んだ直線を主鎖方向と定め、これとフルオレン環平面の角度(主鎖方向と、これに交わる平面上の直線がなす角度の最小値)を、主鎖とフルオレン環のなす角度として記載した。
なお、表13に示す繰り返し単位については、パラ位で置換したフェニレン基がフルオレンの9位の炭素原子に結合しており、これらは二面角を変化させても側鎖の位置関係は変わらないため、トランス配座、ゴーシュ配座が存在しない。そのため、考えられる1種類の構造に対して、主鎖とフルオレン環のなす角度を求めた。
末端基がヒドロキシプロピル基である化合物7B及び化合物4Bは、片方の末端基を回転させた表10の計算において、AM1法ではトランス配座とゴーシュ配座のエネルギー(生成熱)はほぼ同等、より精度の高い計算手法であるB3LYP/6−31G*法ではトランス配座が安定という結果になった。高い逆波長分散性を発現するためにはフルオレン環が主鎖と直交する配座を取ることが重要であると考えられるが、計算においてトランス配座が安定な化合物7B及び化合物4Bは、以下に示す通り、フルオレン環が主鎖に対して直交する配座をとりやすいため、偏光ATR分析でフルオレン環の配向が確認され、また高い逆波長分散性が得られたと考えられる。
一方、末端基がヒドロキシメチル基である化合物3Bは、AM1法、B3LYP/6−31G*法のいずれにおいてもゴーシュ配座が安定であった。ゴーシュ配座においてフルオレン環は主鎖に対して傾いた配置を取るため、フルオレン環を有するにも関わらず、逆波長分散性が観測されなかったと考えられる。この結果は、化合物3Bの偏光ATR分析でフルオレン環の有意な差スペクトルが観測されず、逆波長分散性がなかったことを説明でき、モノマー量を変化させても波長分散性が変化しないという特異な性質を有する原因と考えられる。
また、表11のジオールモノマーと表14のジエステルモノマーを比較した場合、ジエステルモノマーの方がAM1法においてトランス配座がより安定であり、全配座におけるトランス配座の寄与がより大きいと考えられることから、より強い逆波長分散性を発現すると考えられる。例えば、R3がエチレン基の化合物で比較すると、ジオールモノマーのうちR1とR2がエチレン基の化合物(化合物18)やプロピレン基の化合物(化合物7B)では、トランス配座がそれぞれ2.4kJ/mol、0.8kJ/mol安定だが、R1とR2がエチレン基のジエステルモノマー(化合物7A)では、トランス配座が4.7kJ/mol安定であり、ジエステルモノマーの方がトランス配座の安定性が高い。また、R3がメチレン基の化合物では、R1とR2がプロピレン基のジオールモノマー(化合物4B)ではゴーシュ配座が3.3kJ/mol安定だが、R1とR2がエチレン基のジエステルモノマー(化合物4A)ではトランス配座が3.4kJ/mol安定である。
前述の通り、フルオレン環から2原子離れた位置にメチレン基が存在する場合、下図のようにトランス配座では大きな立体反発が見られない一方、ゴーシュ配座ではフルオレン環上の水素原子との立体反発や、フルオレン環の9位の炭素原子と直接結合する炭素原子上の水素原子との立体反発により、トランス配座がより安定になると考えられる。この効果は該メチレン基が置換基を有する場合により顕著になる。
Claims (16)
- 2価のオリゴフルオレンを繰り返し単位として有する重合体を含有する樹脂組成物であ
って、
前記重合体は、ポリエステル、ポリカーボネート、またはポリエステルカーボネートで
あり、かつ、下記一般式(10a)で表されるジヒドロキシ化合物と下記一般式(11)
で表される炭酸ジエステルとを溶融重縮合して得られることを特徴とする樹脂組成物。
(式中、R 1 及びR 2 は、それぞれ独立に、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜1
0のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、置換されてい
てもよい炭素数6〜10のアラルキレン基、又は置換されていてもよい炭素数1〜10の
アルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換されていて
もよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が、酸素原
子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子若しくはカルボニル
基で連結された基であり、
R 3 は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されて
いてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10の
アラルキレン基であり、
R 4 〜R 9 は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換されていてもよい炭素数1〜10の
アルキル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい
炭素数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換
されていてもよい炭素数1〜10のアリール
オキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニ
トロ基、及びシアノ基からなる群より選ばれる置換基である。ただし、R 4 〜R 9 のうち隣
接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
nは1〜5の整数値を示す。)
(式中、A 1 及びA 2 は、それぞれ置換若しくは無置換の炭素数1〜18の脂肪族炭化水素
基、又は置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基であり、A 1 とA 2 とは同一であっても異
なっていてもよい。) - Na、K、Cs、及びFeの含有割合の合計が3質量ppm以下であることを特徴とす
る請求項1に記載の樹脂組成物。 - 前記一般式(11)で表される炭酸ジエステルより生成するモノヒドロキシ化合物の含
有割合が1500質量ppm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の樹脂組
成物。 - 前記一般式(10a)において、R1及びR2がメチレン基であることを特徴とする請求
項1乃至3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の樹脂組成物を成型して得られることを特徴とす
る成形体。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなることを特徴とする光学部材
。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなることを特徴とするフィルム
。 - 請求項7に記載のフィルムを少なくとも一方向に延伸して得られることを特徴とする延
伸フィルム。 - 請求項8に記載の延伸フィルムからなることを特徴とする1/4λ板。
- 請求項9に記載の1/4λ板を有することを特徴とする円偏光板。
- 請求項10に記載の円偏光板を備えることを特徴とする画像表示装置。
- 下記一般式(II)で表されるオリゴフルオレン化合物を、塩基存在下、下記一般式(
VI−1)で表される不飽和カルボン酸エステルと反応させる工程を有することを特徴と
する下記一般式(VII−1)で表されるオリゴフルオレンジエステルの製造方法。
(式中、R3は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換
されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜
10のアラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアル
キル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素
数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換され
ていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換
基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R4〜R9
のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
Riiiは水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換されてい
てもよい炭素数4〜10のアリール基又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラル
キル基であり、
R17は炭素数1〜10の有機置換基である。
nは1〜5の整数値を示す。) - 下記一般式(10d)で表されるオリゴフルオレンジアリールエステル。
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜1
0のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、若しくは置換
されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基、又は置換されていてもよい炭素数1
〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換さ
れていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が
、酸素原子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子若しくはカ
ルボニル基で連結された基であり、
R3は、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよい
炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレ
ン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアル
キル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素
数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換され
ていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換
基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基又はシアノ基である。ただし、R4〜R9の
うち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ar1は、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基である。
nは1〜5の整数値を示す。) - 熱重量測定における5%重量減少温度が250℃以上であることを特徴とする請求項1
3に記載のオリゴフルオレンジアリールエステル。 - 前記一般式(10d)において、R3が、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基
、n−ブチレン基、又は2,2−ジメチルプロピレン基であり、R4〜R9が水素原子であ
り、Ar1が、フェニル基であり、nが1〜2の整数値であることを特徴とする、請求項
13又は14に記載のオリゴフルオレンジアリールエステル。 - 下記一般式(10f)で表されるオリゴフルオレンジアルキルエステルを、エステル交
換反応触媒存在下、下記一般式(11a)で表されるジアリールカーボネート類と反応さ
せる工程を有することを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載のオリゴフ
ルオレンジアリールエステルの製造方法。
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜1
0のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、若しくは置換
されていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基、又は置換されていてもよい炭素数1
〜10のアルキレン基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリーレン基及び置換さ
れていてもよい炭素数6〜10のアラルキレン基からなる群から選ばれる2つ以上の基が
、酸素原子、置換されていてもよい硫黄原子、置換されていてもよい窒素原子若しくはカ
ルボニル基で連結された基であり、
R3は、直接結合、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキレン基、置換されて
いてもよい炭素数4〜10のアリーレン基、又は置換されていてもよい炭素数6〜10の
アラルキレン基であり、
R4〜R9は、それぞれ独立に、水素原子、置換されていてもよい炭素数1〜10のアル
キル基、置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基、置換されていてもよい炭素
数1〜10のアシル基、置換されていてもよい炭素数1〜10のアルコキシ基、置換され
ていてもよい炭素数1〜10のアリールオキシ基、置換されていてもよいアミノ基、置換
基を有する硫黄原子、ハロゲン原子、ニトロ基、又はシアノ基である。ただし、R4〜R9
のうち隣接する少なくとも2つの基が互いに結合して環を形成していてもよい。
R18は、水素原子または置換されていてもよい炭素数1〜10のアルキル基である。
nは1〜5の整数値を示す。)
(式中、Ar1は置換されていてもよい炭素数4〜10のアリール基である。)
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