JP7133166B2 - Manufacturing method of optical material - Google Patents
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Description
本発明は、オレフィン重合体を含む光学材料の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an optical material containing an olefin polymer.
オレフィン重合体は、その産業上利用価値の高さから、種々の方法で工業的に製造され、年間1億トンを超える生産量があるとされている。オレフィン重合体は、炭素および水素を主成分とするので、安定、安価な材料であることが特徴でもある。一方で、オレフィン重合体における官能基を有さない構造は、極性を有する材料との親和性に乏しく、着色性、接着性などの改質を行い難い性質を併せ持っている。 Olefin polymers are industrially manufactured by various methods due to their high industrial utility value, and the annual production is said to exceed 100 million tons. Since olefin polymers are mainly composed of carbon and hydrogen, they are also characterized by being stable and inexpensive materials. On the other hand, the structure having no functional group in the olefin polymer has poor affinity with polar materials, and also has properties such as colorability and adhesiveness that are difficult to modify.
オレフィン重合体の改質方法(官能基の導入方法)としては、無水マレイン酸をラジカル発生剤用いてグラフト反応させる方法が知られているが、これらは、分子量の低下や、架橋反応を伴う場合があり、官能基の導入量にも限界がある。この解決方法として、固相反応での改質方法の例がある。(たとえば特許文献1) As a method of modifying an olefin polymer (method of introducing a functional group), a method of grafting maleic anhydride using a radical generator is known. There is a limit to the amount of functional groups introduced. As a solution to this problem, there is an example of a modification method using a solid-phase reaction. (For example, Patent Document 1)
他方、環状オレフィン系重合体は、その高い透明性、耐熱性(高いガラス転移温度)などの特性を利用して、レンズなどの光学物品の用途に利用されている。レンズとしては、例えばDVDのピックアップレンズなどを挙げることができる。レンズ用途の場合、その表面に各種の膜を形成させる必要が生じる場合がある。この場合、当該膜との接着性の観点で、レンズ基材を構成するオレフィン重合体への官能基の導入が求められる場合があることも公知である。 On the other hand, cyclic olefin polymers are used for optical articles such as lenses, taking advantage of their properties such as high transparency and heat resistance (high glass transition temperature). Examples of the lens include a DVD pickup lens. For lens applications, it may be necessary to form various films on the surface. In this case, it is also known that, from the viewpoint of adhesion to the film, introduction of a functional group into the olefin polymer constituting the lens substrate may be required.
しかしながら、オレフィン重合体の分子量の低下などの問題の解決は充分とは言えないのが現状のようである。分子量の低下は、材料としての強度の低下などの様々なマイナス要因につながる恐れがあり、例えば光学材料の形状がフィルムの場合、強度だけでなく耐久性の低下につながる場合もある。また、分子量分布が小さくなることで成形性が低下し、複雑な形状に適用が困難になる可能性も考えられる。 However, it seems that the current situation is that the problem such as the decrease in the molecular weight of the olefin polymer cannot be sufficiently solved. A decrease in molecular weight may lead to various negative factors such as a decrease in strength as a material. For example, when the shape of the optical material is a film, it may lead to a decrease in durability as well as strength. In addition, it is conceivable that the narrower molecular weight distribution reduces moldability, making it difficult to apply to complicated shapes.
一方、オレフィン重合体の用途によっては、例えばオレフィン重合体の成形体の一部だけ改質されていればよい場合がある。前記のレンズはその典型例であり、成形後の表面だけ官能基の導入ができれば、反射防止層や傷付き防止膜などの表面層を安定的に形成するのに有利であり、また、基材が有する光学特性への影響を抑制することも期待できる。 On the other hand, depending on the application of the olefin polymer, there are cases in which it is sufficient, for example, to partially modify the olefin polymer molded article. The lens described above is a typical example, and if functional groups can be introduced only on the surface after molding, it is advantageous for stably forming a surface layer such as an antireflection layer or an anti-scratch film. It can also be expected to suppress the influence on the optical characteristics of .
本発明者らは、オレフィン重合体を含む光学材料の表面だけ、また特定の場所だけ改質できれば、その強度や光学特性の低下を抑制しつつ、改質効果を高めることが可能となることが期待できると考えた。 The present inventors have found that if only the surface of an optical material containing an olefin polymer can be modified, or only at specific locations, it will be possible to increase the modification effect while suppressing the deterioration of the strength and optical properties. I thought I could expect it.
本発明は、オレフィン重合体を含み、好ましくは主として特定の部位が変性された光学材料を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing an optical material containing an olefin polymer, preferably modified mainly at a specific site.
前記の課題を解決するために、本発明者らが研究を進めた結果、以下に示すような手段によって、効率よく、好ましくは光学材料の主として特定の部分を、変性させることが可能となり、新たな光学材料を提供することが可能となった。すなわち本発明は、以下の通りである。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have conducted research, and as a result, it has become possible to efficiently denature, preferably mainly a specific portion of an optical material, by means shown below. It has become possible to provide a superior optical material. That is, the present invention is as follows.
[1]
1分子中に15族元素および16族元素から選ばれる元素の原子(α)と17族元素の原子(β)とを、原子数比で原子(α):原子(β)=1:1~4:1の割合で含むラジカルに光を照射する工程1を含む、
融点および/またはガラス転移温度が70℃以上300℃以下のオレフィン重合体を含む光学材料基材を変性してなる光学材料の製造方法。
[1]
Atoms (α) of elements selected from group 15 elements and group 16 elements and atoms (β) of group 17 elements in one molecule are atom (α): atom (β) = 1: 1 ~ Including step 1 of irradiating light to the radicals contained in a ratio of 4: 1,
A method for producing an optical material by modifying an optical material base material containing an olefin polymer having a melting point and/or a glass transition temperature of 70° C. or more and 300° C. or less.
[2]
前記工程1が、
前記光学材料基材と前記ラジカルとが共存する環境において、
前記ラジカルに光を照射して前記光学材料基材を変性する工程である
前記[1]の光学材料の製造方法。
[2]
The step 1 is
In an environment where the optical material base and the radicals coexist,
The method for producing an optical material according to [1] above, wherein the step of modifying the optical material substrate by irradiating the radical with light.
[3]
前記工程1が、前記光学材料基材および前記ラジカルに光を照射する工程である前記[2]の光学材料の製造方法。
[3]
The method for producing an optical material according to [2], wherein the step 1 is a step of irradiating the optical material substrate and the radicals with light.
[4]
前記光学材料の一部が未変性状態である前記[1]~[3]のいずれかの光学材料の製造方法。
[4]
The method for producing an optical material according to any one of [1] to [3], wherein part of the optical material is in an undenatured state.
[5]
前記光学材料の厚さが200μm~20cmである前記[1]~[4]のいずれかの光学材料の製造方法。
[5]
The method for producing an optical material according to any one of [1] to [4], wherein the optical material has a thickness of 200 μm to 20 cm.
[6]
前記ラジカルが二酸化塩素ラジカルである前記[1]~[5]のいずれかの光学材料の製造方法。
[6]
The method for producing an optical material according to any one of [1] to [5], wherein the radical is a chlorine dioxide radical.
[7]
前記オレフィン重合体が環状オレフィン系重合体である前記[1]~[6]のいずれかの光学材料の製造方法。
[7]
The method for producing an optical material according to any one of [1] to [6], wherein the olefin polymer is a cyclic olefin polymer.
[8]
前記光学材料がレンズ用基材である前記[1]~[7]のいずれかの光学材料の製造方法。
[8]
The method for producing an optical material according to any one of [1] to [7], wherein the optical material is a base material for lenses.
[9]
前記レンズが車載センサー用レンズである前記[8]の光学材料の製造方法。
[9]
The method for producing an optical material according to [8], wherein the lens is a lens for an in-vehicle sensor.
本発明の製造方法によれば、オレフィン重合体を含む光学材料の主として表面または特定の部位だけを効率よく変性可能であることが期待される。それゆえ、前記光学材料を主として形成するオレフィン重合体の分子量の低下を抑制でき、光学材料が本来持つ強度や光学特性を維持しつつ、表面改質性に優れた光学材料を提供することができると考えられる。 According to the production method of the present invention, it is expected that mainly only the surface or a specific portion of an optical material containing an olefin polymer can be efficiently modified. Therefore, it is possible to suppress the decrease in the molecular weight of the olefin polymer that mainly forms the optical material, and to provide an optical material excellent in surface modification properties while maintaining the strength and optical properties inherent in the optical material. it is conceivable that.
以下、本発明について、例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、本発明は、以下の説明により限定されない。
本発明に係る光学材料の製造方法は、
1分子中に15族元素および16族元素から選ばれる元素の原子(α)と17族元素の原子(β)とを、原子数比で原子(α):原子(β)=1:1~4:1の割合で含むラジカルに光を照射する工程1を含む、
融点および/またはガラス転移温度が70℃以上300℃以下のオレフィン重合体を含む光学材料基材を変性してなる光学材料の製造方法である。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the invention is not limited by the following description.
The method for producing an optical material according to the present invention comprises
Atoms (α) of elements selected from group 15 elements and group 16 elements and atoms (β) of group 17 elements in one molecule are atom (α): atom (β) = 1: 1 ~ Including step 1 of irradiating light to the radicals contained in a ratio of 4: 1,
A method for producing an optical material by modifying an optical material base material containing an olefin polymer having a melting point and/or a glass transition temperature of 70° C. or more and 300° C. or less.
なお、本発明においては、便宜的に変性前の光学材料を「光学材料基材」と称し、変性後の光学材料を「光学材料」と称することとする。
前記工程1は、好ましくは、前記光学材料基材と前記ラジカルとが共存する環境において、前記ラジカルに光を照射して前記光学材料基材を変性する工程である。
In the present invention, for the sake of convenience, the optical material before modification is referred to as "optical material substrate", and the optical material after modification is referred to as "optical material".
The step 1 is preferably a step of modifying the optical material substrate by irradiating the radicals with light in an environment where the optical material substrate and the radicals coexist.
工程1において、好ましくは、前記光学材料基材および前記ラジカルに光が照射される。「前記光学材料基材および前記ラジカルに光が照射される」とは、前記光学材料基材、前記ラジカルに対してそれぞれ独立に光を照射することを意図したものではなく、たとえば1つの光源からの光によって前記光学材料基材および前記ラジカルが照射されることを意味する。また、前記光学材料基材と、前記ラジカルへの光照射は同時に行われることが好ましい。 In step 1, preferably, the optical material substrate and the radicals are irradiated with light. The phrase "the optical material substrate and the radicals are irradiated with light" does not mean that the optical material substrate and the radicals are irradiated with light independently. means that the optical material substrate and the radicals are irradiated with the light of . Further, it is preferable that the optical material substrate and the radicals are irradiated with light at the same time.
後述するように、光学材料基材の、光が照射された部位のみが変性される訳ではなく、その周辺部や深層部も変性される場合がある。
本発明の製造方法としては、前記ラジカルを含む系に光を照射した後、この系と前記光学材料基材とを接触させて前記光学材料基材を変性するという態様も挙げられる。
As will be described later, not only the portion of the optical material substrate irradiated with light is denatured, but the peripheral portion and deep layer portion thereof may also be denatured.
As the production method of the present invention, there is also a mode in which after the system containing the radical is irradiated with light, the system and the optical material substrate are brought into contact to modify the optical material substrate.
前記ラジカルは15族元素および16族元素から選ばれる元素の原子(α)と17族元素の原子(β)とを特定の組成比で含んでいる。
前記ラジカルは、15族元素の原子を2種以上含んでいてもよく、16族元素の原子を2種以上含んでいてもよく、15族元素および16族元素の原子をそれぞれ1種以上含んでいてもよく、17族元素の原子を2種以上含んでいてもよい。ただし、これらの場合、前記原子数比は、15族元素および16族元素の原子の合計数と17族元素の原子の合計数との比である。
The radicals contain atoms (α) of elements selected from group 15 and group 16 elements and atoms (β) of group 17 elements in a specific composition ratio.
The radical may contain two or more Group 15 element atoms, may contain two or more Group 16 element atoms, and may contain one or more Group 15 element and Group 16 element atoms. It may contain two or more Group 17 element atoms. However, in these cases, the atomic number ratio is the ratio between the total number of atoms of group 15 and group 16 elements and the total number of atoms of group 17 elements.
15族元素および16族元素から選ばれる元素としては、好ましくは、窒素、酸素、硫黄が挙げられ、特に好ましくは酸素が挙げられる。
17族元素としては、好ましくは、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられ、塩素、臭素がさらに好ましい。塩素を含むラジカルが、入手ないし発生が容易なこともあって、より好ましい。塩素を含むラジカルを用いる場合、工程1で照射する光としては紫外線を含む光が好ましく、臭素やヨウ素を含むラジカルを用いる場合、紫外線より長波長の光でも反応を進行させることができると考えられる。従って、光の選択自由度や、光学材料基材を構成するオレフィン重合体に光劣化が生じる可能性がある場合等、状況によっては臭素、ヨウ素が好ましい。
Elements selected from group 15 elements and group 16 elements are preferably nitrogen, oxygen and sulfur, and particularly preferably oxygen.
The Group 17 element preferably includes chlorine, bromine and iodine, more preferably chlorine and bromine. Chlorine-containing radicals are more preferred, partly because they are readily available or easily generated. When radicals containing chlorine are used, the light to be irradiated in step 1 is preferably light containing ultraviolet rays, and when radicals containing bromine or iodine are used, it is believed that even light with a longer wavelength than ultraviolet rays can cause the reaction to proceed. . Therefore, bromine and iodine are preferable depending on the degree of freedom of light selection and the possibility of photodegradation of the olefin polymer constituting the optical material substrate.
前記ラジカルにおける前記原子数比(原子(α):原子(β))は、好ましくは1:1~2:1、より好ましくは1:2である。
上記の観点から、前記ラジカルとしては二酸化塩素ラジカルが好ましい。二酸化塩素ラジカル(ClO2・)に光が照射されることで、塩素ラジカル(Cl・)および酸素分子(O2)が発生すると考えられる。
The atomic number ratio (atom (α):atom (β)) in the radical is preferably 1:1 to 2:1, more preferably 1:2.
From the above point of view, chlorine dioxide radicals are preferable as the radicals. It is considered that chlorine radicals (Cl.) and oxygen molecules (O 2 ) are generated by irradiating chlorine dioxide radicals (ClO 2 .) with light.
本発明の製造方法において、前記光学材料基材を構成する前記オレフィン重合体は、融点および/またはガラス転移温度が70℃以上300℃以下であれば、公知のものを制限なく用いることができる。融点および/またはガラス転移温度の好ましい下限値は、80℃である。一方、融点および/またはガラス転移温度の好ましい上限値は、250℃、更には200℃である。 In the production method of the present invention, known olefin polymers can be used without limitation as long as they have a melting point and/or a glass transition temperature of 70° C. or higher and 300° C. or lower as the olefin polymer constituting the optical material substrate. A preferred lower limit for the melting point and/or glass transition temperature is 80°C. On the other hand, the preferred upper limit of the melting point and/or glass transition temperature is 250°C, more preferably 200°C.
前記の融点やガラス転移温度は、示差走査熱量測定装置(DSC装置)を使用して以下の方法またはこれと同等の方法で測定した場合のものである。
SIIナノテクノロジー社(現-日立ハイテクサイエンス社)製EXSTAR DSC6220型示差走査熱量計を用いて、約5.0mgの試料を窒素雰囲気下で30℃から昇温速度10℃/分で320℃まで昇温し、その温度で10分間保持する。(ただし、250℃以上320℃以下の温度領域で分解する重合体の場合は、常法の通り、適宜保持する温度を低く調整してもよい。)さらに降温速度10℃/分で30℃まで冷却し、その温度で5分間保持した後、昇温速度10℃/分で320℃まで昇温する。この2度目の昇温の際に観測される吸熱ピークを融解ピークとし、融解ピークが現れる温度を融点(Tm)として求める。融解ピークが多峰性の場合は、最も高温側の融解ピークが現れる温度を融点とする。
The melting points and glass transition temperatures mentioned above are those measured using a differential scanning calorimeter (DSC apparatus) by the following method or an equivalent method.
Using an EXSTAR DSC6220 differential scanning calorimeter manufactured by SII Nano Technology Co., Ltd. (currently Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.), a sample of about 5.0 mg was heated from 30 ° C. to 320 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen atmosphere. Warm and hold at temperature for 10 minutes. (However, in the case of a polymer that decomposes in the temperature range of 250° C. or higher and 320° C. or lower, the temperature to be maintained may be appropriately adjusted to a lower temperature as usual.) Furthermore, the temperature is lowered to 30° C. at a rate of 10° C./min. After cooling and holding at that temperature for 5 minutes, the temperature is raised to 320°C at a heating rate of 10°C/min. The endothermic peak observed during the second temperature rise is defined as the melting peak, and the temperature at which the melting peak appears is determined as the melting point (Tm). When the melting peaks are multimodal, the temperature at which the highest melting peak appears is taken as the melting point.
また、ガラス転移温度(Tg)は、2度目の昇温の際に、比熱の変化によりDSC曲線が屈曲し、ベースラインが平行移動する形で感知される。この屈曲より低温のベースラインの接線と、屈曲した部分で傾きが最大となる点の接線との交点の温度をガラス転移温度(Tg)とする。 Further, the glass transition temperature (Tg) is sensed in the form that the DSC curve bends due to the change in the specific heat during the second temperature rise and the baseline shifts in parallel. The temperature at the intersection of the tangent line of the baseline at a temperature lower than the bend and the tangent line of the point where the inclination is maximum at the bend is defined as the glass transition temperature (Tg).
上記の装置と同等の結果を与えることが確認されていれば、他の示差走査熱量計を用いてもよい。
前記オレフィン重合体としては、具体的にはノルボルネン、テトラシクロドデセンなどの環状オレフィンとエチレン、プロピレン、ブテンなどから選ばれるα-オレフィンとの共重合体等を例示することができる。その他には、前記の環状オレフィンをメタセシス重合させて得られる開環オレフィンメタセシス重合体およびその水素添加物も、勿論挙げられる。これらの重合体の市販の製品としては、ゼオネックス(登録商標)、アートン(登録商標)、トパス(登録商標)、アペル(登録商標)等を挙げることができる。
Other differential scanning calorimeters may be used provided they have been shown to give results equivalent to the apparatus described above.
Specific examples of the olefin polymer include copolymers of cyclic olefins such as norbornene and tetracyclododecene and α-olefins selected from ethylene, propylene, butene and the like. Other examples include, of course, ring-opening olefin metathesis polymers obtained by metathesis-polymerizing the aforementioned cyclic olefins and hydrogenated products thereof. Commercially available products of these polymers include Zeonex®, Arton®, Topas®, APEL®, and the like.
これらの重合体の135℃、デカリン中の極限粘度[η]は0.5~20dl/g、より好ましくは0.8~18dl/g、さらに好ましくは1~15dl/gの範囲にあることが好ましい。また、前記のオレフィン重合体のASTM1238規格に準じて測定されるメルトフローレートは、用いる樹脂の融点によって、測定条件が後述するように異なるが、そのメルトフローレートの好ましい範囲は、0.1~200g/10分である。好ましい下限値は、1g/10分、より好ましくは3g/10分、さらに好ましくは5g/10分である。一方、好ましい上限値は150g/10分、より好ましくは100g/10分である。 The intrinsic viscosity [η] of these polymers in decalin at 135° C. is in the range of 0.5 to 20 dl/g, more preferably 0.8 to 18 dl/g, and still more preferably 1 to 15 dl/g. preferable. In addition, the melt flow rate of the olefin polymer measured according to the ASTM 1238 standard varies depending on the melting point of the resin used, as will be described later, but the preferred range of the melt flow rate is from 0.1 to 200 g/10 minutes. A preferred lower limit is 1 g/10 minutes, more preferably 3 g/10 minutes, and even more preferably 5 g/10 minutes. On the other hand, the upper limit is preferably 150 g/10 minutes, more preferably 100 g/10 minutes.
上記メルトフローレート(ASTM1238規格)の好ましい測定条件は、以下の通りである。エチレン系重合体の場合は、190℃、2.16kg荷重、プロピレン系重合体の場合は230℃、2.16kg荷重、4-メチル-1-ペンテン系重合体の場合は、260℃、5kg荷重、環状オレフィン系重合体の場合は、260℃、2.16kg荷重が好ましい。 Preferred measurement conditions for the melt flow rate (ASTM1238 standard) are as follows. 190°C, 2.16 kg load for ethylene polymer, 230°C, 2.16 kg load for propylene polymer, 260°C, 5 kg load for 4-methyl-1-pentene polymer In the case of a cyclic olefin polymer, 260° C. and a load of 2.16 kg are preferred.
また本発明に用いられる光学材料基材、および前記光学材料基材を光照射により変性して得られる光学材料がフィルム状の場合には、その厚さは1~500μm、より好ましくは5~200μm、さらに好ましくは10~150μmである。一方、レンズや導光板などの厚みを必要とする場合は、好ましくは500μm~20cm、より好ましくは800μm~15cm、さらに好ましくは1mm~12cmの範囲である。光学材料の厚さは、その用途によって決まるが、上記の範囲であれば光学特性、機械特性のバランスを維持しつつ、表面特性などの機能を改質させるうえで有利である。使用する光線の波長とオレフィン重合体の吸光特性にもよるが、成形体が厚すぎると光学特性の観点から不利であることが自明であろう。 When the optical material substrate used in the present invention and the optical material obtained by modifying the optical material substrate by light irradiation are in the form of a film, the thickness thereof is 1 to 500 μm, more preferably 5 to 200 μm. , more preferably 10 to 150 μm. On the other hand, when a lens or light guide plate needs to be thick, the thickness is preferably 500 μm to 20 cm, more preferably 800 μm to 15 cm, still more preferably 1 mm to 12 cm. Although the thickness of the optical material is determined depending on its use, the thickness within the above range is advantageous for improving functions such as surface properties while maintaining a balance between optical properties and mechanical properties. Although it depends on the wavelength of the light used and the light absorption properties of the olefin polymer, it is obvious that if the molded article is too thick, it is disadvantageous from the viewpoint of optical properties.
このようなオレフィン重合体を得る手段は多くの報告があり、それらを制限なく採用することができる。例えば、特開2010-235719号公報などに開示がある。
本発明の製造方法において、例えば、前記オレフィン重合体の原料におけるオレフィンとして、スチレンなどの芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸(エステル)類等が前記の環状オレフィンまたはα-オレフィンと共に用いられてもよい。
There are many reports on means for obtaining such olefin polymers, and they can be employed without restriction. For example, it is disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-235719.
In the production method of the present invention, for example, aromatic vinyl compounds such as styrene, (meth)acrylic acid (esters), and the like are used together with the cyclic olefins or α-olefins as olefins in the raw material of the olefin polymer. good too.
前記光学材料基材は、公知の方法で製造することができる。前記光学材料基材の製造方法としては、例えば押し出し成形(T-ダイ成形など)、射出成形、キャスト成形などを代表例として挙げることができる。また、前記光学材料基材がフィルムである場合には、これらの方法でフィルムを成形したのち、そのフィルムを延伸することも可能である。厚さのある形状の場合は、射出成形やキャスト成形などの公知の方法が好ましい。 The optical material substrate can be produced by a known method. Representative examples of the method for producing the optical material substrate include extrusion molding (such as T-die molding), injection molding, and cast molding. Moreover, when the optical material substrate is a film, it is also possible to stretch the film after molding the film by these methods. For thicker shapes, known methods such as injection molding and cast molding are preferred.
光学材料をこのような環状オレフィン系重合体から製造する場合、成形時に大きなせん断を加えたりすると、その優れた光学特性が損なわれたりする場合がある。それ故、本発明の様に環状オレフィン重合体等を成形体(すなわち、光学材料基材)とした後にその表面を選択的に、しかも効率的に変性して光学材料を製造する本発明は、好ましい技術であると言ってよい。 When an optical material is produced from such a cyclic olefin polymer, its excellent optical properties may be impaired if a large amount of shear is applied during molding. Therefore, the present invention in which an optical material is produced by selectively and efficiently modifying the surface of a molded body (i.e., optical material substrate) of a cyclic olefin polymer or the like as in the present invention, It can be said that this is the preferred technique.
本発明の製造方法で得られる光学材料を構成するオレフィン重合体には、代表的にはヒドロキシ基、カルボキシ基、アルデヒド基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、-C(=O)OOH、および-O-O-からなる群から選択される少なくとも一の官能基が導入される。 The olefin polymer constituting the optical material obtained by the production method of the present invention typically includes a hydroxy group, a carboxyl group, an aldehyde group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, -C(=O)OOH, and At least one functional group selected from the group consisting of -O-O- is introduced.
前記光照射は、水相、有機相または気相中に存在する前記ラジカルに対して行われる。環境への負荷や人体への影響を低減させる等の点を重視する場合は、水相や気相に存在する前記ラジカルに対して行うことが好ましい。工程1は、一実施態様では、水相、有機相および気相のうちの二相以上の層が存在する環境下であってもよい。また、例えば、前記ラジカルが液相に存在している場合、前記光学材料基材も液相に存在していてもよいが、それ以外の相、例えば気相に存在していてもよい。 The light irradiation is performed on the radicals existing in the aqueous phase, the organic phase, or the gas phase. When emphasizing the reduction of the load on the environment and the influence on the human body, it is preferable to carry out the above-mentioned radicals existing in the water phase or the gas phase. Step 1, in one embodiment, may be in an environment in which two or more phases of aqueous, organic and gaseous phases are present. Further, for example, when the radicals exist in the liquid phase, the optical material base may also exist in the liquid phase, but may exist in other phases such as the gas phase.
前記水相および/または有機相中における、原子(α)および原子(β)を含むラジカルの濃度は特に限定されないが、例えば0.0001mol/L以上であり、例えば1mol/L以下である。 Although the concentration of radicals containing atoms (α) and atoms (β) in the aqueous phase and/or organic phase is not particularly limited, it is, for example, 0.0001 mol/L or more and 1 mol/L or less.
前記光学材料基材を水相または有機相に浸漬する場合、水相または有機相中における、前記光学材料基材の使用量は、特に限定されないが、水相または有機相に対し、例えば、1g/L以上であってもよく、10g/L以下であってもよい。 When the optical material substrate is immersed in an aqueous phase or an organic phase, the amount of the optical material substrate used in the aqueous phase or the organic phase is not particularly limited. /L or more, or 10 g/L or less.
前記水相は、水を含めば特に制限されない。
前記有機相は、有機溶媒を含めば特に制限されない。
また、前記有機溶媒は、1種類のみ用いても複数種類併用してもよい。前記有機溶媒としては、例えば、炭化水素溶媒、ハロゲン化溶媒が挙げられる。
The aqueous phase is not particularly limited as long as it contains water.
The organic phase is not particularly limited as long as it contains an organic solvent.
Further, the organic solvent may be used alone or in combination of multiple types. Examples of the organic solvent include hydrocarbon solvents and halogenated solvents.
前記炭化水素溶媒としては、特に限定されないが、例えば、n-ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、o-キシレン、m-キシレン、p-キシレン等が挙げられる。 Examples of the hydrocarbon solvent include, but are not limited to, n-hexane, cyclohexane, benzene, toluene, o-xylene, m-xylene, and p-xylene.
前記ハロゲン化溶媒としては、特に限定されないが、例えば、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、四臭化炭素、およびフルオラス溶媒が挙げられる。
前記フルオラス溶媒は、炭化水素の水素原子の全てまたは大部分がフッ素原子に置換された溶媒をいう。前記フルオラス溶媒は、例えば、炭化水素の水素原子数の50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、または90%以上がフッ素原子に置換された溶媒であってもよい。
Examples of the halogenated solvent include, but are not limited to, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, carbon tetrabromide, and fluorous solvents.
The fluorous solvent refers to a solvent in which all or most of the hydrogen atoms of a hydrocarbon are substituted with fluorine atoms. The fluorous solvent may be, for example, a solvent in which 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more of the hydrogen atoms in the hydrocarbon are substituted with fluorine atoms.
前記フルオラス溶媒の例としては、例えば、CF3-(CF2)n-CF3(nは4~7)、N-((CF2)nCF3)3(nは1または4)、ヘキサフルオロベンゼン、1-(トリフルオロメチル)ウンデカフルオロシクロヘキサン、1-(トリフルオロメチル)ペンタフルオロベンゼン、オクタデカフルオロデカヒドロナフタレンが挙げられ、その中でも、例えば、CF3(CF2)4CF3が好ましい。 Examples of the fluorous solvent include CF 3 —(CF 2 ) n —CF 3 (n is 4 to 7), N—((CF 2 ) n CF 3 ) 3 (n is 1 or 4), hexa fluorobenzene, 1-(trifluoromethyl)undecafluorocyclohexane, 1-(trifluoromethyl)pentafluorobenzene, octadecafluorodecahydronaphthalene, among which for example CF 3 (CF 2 ) 4 CF 3 is preferred.
フルオラス溶媒は、例えば、溶媒自体の反応性が低いために、副反応を抑制または防止できるという利点がある。前記副反応としては、例えば、溶媒の酸化反応、ラジカルによる溶媒の水素引き抜き反応や塩素化反応、および、前記光学材料基材を構成するオレフィン重合体に由来するラジカルと溶媒との反応が挙げられる。 A fluorous solvent has the advantage of suppressing or preventing side reactions, for example, because the solvent itself has low reactivity. Examples of the side reaction include oxidation reaction of the solvent, hydrogen abstraction reaction and chlorination reaction of the solvent by radicals, and reaction between radicals derived from the olefin polymer constituting the optical material substrate and the solvent. .
また、前記水相および/または有機相は、前記ラジカル以外の他の成分を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。前記他の成分としては、特に限定されないが、例えば、前記ラジカルの発生源、ブレンステッド酸、ルイス酸、および酸素(O2)が挙げられる。 Moreover, the aqueous phase and/or the organic phase may or may not contain components other than the radicals. Examples of the other component include, but are not particularly limited to, the radical generating source, Bronsted acid, Lewis acid, and oxygen (O 2 ).
これらはそれぞれ、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
前記他の成分は、水相および/または有機相に溶解してもよいが、溶解していなくてもよい。
なお、1つの物質がルイス酸およびブレンステッド酸を兼ねていてもよい。「ルイス酸」は、前記ラジカルの発生源に対してルイス酸として働く物質をいう。
Each of these may be used alone or in combination of two or more.
Said other ingredients may be dissolved in the aqueous phase and/or the organic phase, but they do not have to be dissolved.
In addition, one substance may serve as both the Lewis acid and the Bronsted acid. The term "Lewis acid" refers to a substance that acts as a Lewis acid against the above radical generation source.
前記ラジカルの発生源は、特に限定されないが、前記ラジカルが二酸化塩素ラジカルである場合、例えば、亜塩素酸(HClO2)またはその塩が挙げられる。亜塩素酸の塩としては、特に限定されないが、例えば、金属塩が挙げられる。前記金属塩としては、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、希土類塩等が挙げられる。 The source of the radical is not particularly limited, but when the radical is a chlorine dioxide radical, for example, chlorous acid (HClO 2 ) or a salt thereof may be used. Salts of chlorous acid include, but are not limited to, metal salts, for example. Examples of the metal salts include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, rare earth salts and the like.
前記二酸化塩素ラジカルの発生源としては、より具体的には、例えば、亜塩素酸ナトリウム(NaClO2)、亜塩素酸リチウム(LiClO2)、亜塩素酸カリウム(KClO2)、亜塩素酸マグネシウム(Mg(ClO2)2)、亜塩素酸カルシウム(Ca(ClO2)2)が挙げられる。これら亜塩素酸およびその塩は、1種類のみ用いても、複数種類併用してもよい。これらの中でも、コスト、取扱い易さ等の観点から、亜塩素酸ナトリウムが好ましい。 More specifically, the chlorine dioxide radical generation source includes, for example, sodium chlorite (NaClO 2 ), lithium chlorite (LiClO 2 ), potassium chlorite (KClO 2 ), magnesium chlorite ( Mg(ClO 2 ) 2 ) and calcium chlorite (Ca(ClO 2 ) 2 ). These chlorous acids and salts thereof may be used alone or in combination of multiple types. Among these, sodium chlorite is preferable from the viewpoint of cost, ease of handling, and the like.
前記水相および/または有機相中における、前記ラジカル発生源の濃度は、特に限定されないが、例えば、0.0001mol/L以上であり、例えば1mol/L以下である。 The concentration of the radical generation source in the aqueous phase and/or organic phase is not particularly limited, but is, for example, 0.0001 mol/L or more and 1 mol/L or less.
前記ルイス酸は、例えば、有機物質でもよく、無機物質でもよい。
前記有機物質としては、例えば、アンモニウムイオン、有機酸(例えばカルボン酸)が挙げられる。
The Lewis acid may be, for example, an organic substance or an inorganic substance.
Examples of the organic substances include ammonium ions and organic acids (eg, carboxylic acids).
前記無機物質は、金属イオンおよび非金属イオンの一方または両方を含んでいてもよい。前記金属イオンは、典型金属イオンおよび遷移金属イオンの一方または両方を含んでいてもよい。 The inorganic substance may contain one or both of metal ions and non-metal ions. The metal ions may contain one or both of typical metal ions and transition metal ions.
前記無機物質は、例えば、アルカリ土類金属イオン(例えばCa2+等)、希土類イオン、Mg2+、Sc3+、Li+、Fe2+、Fe3+、Al3+、ケイ酸イオン、およびホウ酸イオンからなる群から選択される少なくとも一つであってもよい。 Examples of the inorganic substance include alkaline earth metal ions (e.g., Ca 2+ ), rare earth ions, Mg 2+ , Sc 3+ , Li + , Fe 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , silicate ions, and borate ions.
前記アルカリ土類金属イオンとしては、例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、またはラジウムのイオンが挙げられ、より具体的には、例えば、Ca2+、Sr2+、Ba2+、およびRa2+が挙げられる。 The alkaline earth metal ions include, for example, calcium, strontium, barium, or radium ions, and more specifically, for example, Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , and Ra 2+ . mentioned.
前記希土類は、スカンジウム21Sc、イットリウム39Yの2元素と、ランタン57Laからルテチウム71Luまでの15元素(ランタノイド)の計17元素の総称である。希土類イオンとしては、例えば、前記17元素のそれぞれに対する3価の陽イオンが挙げられる。 The rare earth element is a general term for a total of 17 elements including two elements, scandium 21 Sc and yttrium 39 Y, and 15 elements (lanthanoids) from lanthanum 57 La to lutetium 71 Lu. Rare earth ions include, for example, trivalent cations for each of the 17 elements.
また、前記ルイス酸がイオンである場合、前記ルイス酸は、該イオンのカウンターイオンを有する物質であってもよく、該カウンターイオンとしては、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CF3SO3 -、またはOTf-とも表記する)、トリフルオロ酢酸イオン(CF3COO-)、酢酸イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、亜硫酸イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、リン酸イオン、亜リン酸イオンが挙げられる。前記ルイス酸は、例えばスカンジウムトリフレート(Sc(OTf)3)であってもよい。 In addition, when the Lewis acid is an ion, the Lewis acid may be a substance having a counter ion of the ion. Examples of the counter ion include trifluoromethanesulfonate ion ( CF 3 SO 3 or OTf − ), trifluoroacetate ion (CF 3 COO − ), acetate ion, fluoride ion, chloride ion, bromide ion, iodide ion, sulfate ion, hydrogen sulfate ion, sulfite ion, nitrate ion, Examples include nitrite ions, phosphate ions, and phosphite ions. The Lewis acid may be, for example, scandium triflate (Sc(OTf) 3 ).
また、前記ルイス酸(カウンターイオンも含む)は、例えば、AlCl3、AlMeCl2、AlMe2Cl、BF3、BPh3、BMe3、TiCl4、SiF4、およびSiCl4からなる群から選択される少なくとも一つであってもよい。ただし、「Ph」はフェニル基を表し、「Me」はメチル基を表す。 Also, the Lewis acid (including the counterion) is selected from the group consisting of, for example, AlCl3, AlMeCl2, AlMe2Cl , BF3 , BPh3 , BMe3 , TiCl4 , SiF4 , and SiCl4 . It may be at least one. However, "Ph" represents a phenyl group and "Me" represents a methyl group.
前記ルイス酸のルイス酸性度は、例えば、0.4eV以上であるが、これには限定されない。前記ルイス酸性度の上限値は、特に限定されないが、例えば、20eV以下である。なお、前記ルイス酸性度は、例えば、Ohkubo, K.; Fukuzumi, S. Chem. Eur. J., 2000, 6, 4532、J. AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 10270-10271、またはJ. Org. Chem. 2003, 68, 4720-4726に記載の方法により測定することができる。 The Lewis acidity of the Lewis acid is, for example, 0.4 eV or more, but is not limited thereto. Although the upper limit of the Lewis acidity is not particularly limited, it is, for example, 20 eV or less. The Lewis acidity is described, for example, in Ohkubo, K.; Fukuzumi, S. Chem. Eur. J., 2000, 6, 4532, J. AM. CHEM. SOC. Org. Chem. 2003, 68, 4720-4726.
前記ブレンステッド酸としては、特に限定されないが、例えば、無機酸でも有機酸でもよく、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、酢酸、フッ化水素酸、塩化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、リン酸、亜リン酸等が挙げられる。 The Bronsted acid is not particularly limited, but may be, for example, an inorganic acid or an organic acid. Hydrochloric acid, sulfuric acid, sulfurous acid, nitric acid, nitrous acid, phosphoric acid, phosphorous acid and the like.
前記ブレンステッド酸の酸解離定数pKaは、例えば10以下である。前記pKaの下限値は、特に限定されないが、例えば、-10以上である。
前記水相および/または有機相中における、前記ルイス酸およびブレンステッド酸の少なくとも一方の濃度は、特に限定されず、適宜設定することができるが、例えば1mg/L以上であってもよく、1g/L以下であってもよい。
The acid dissociation constant pK a of the Bronsted acid is, for example, 10 or less. Although the lower limit of the pK a is not particularly limited, it is -10 or more, for example.
The concentration of at least one of the Lewis acid and Bronsted acid in the aqueous phase and/or organic phase is not particularly limited and can be set as appropriate. /L or less.
前記酸素(O2)については、例えば、前記ラジカル発生源、前記ルイス酸、前記ブレンステッド酸、光学材料基材等を加える前または加えた後の水中および有機相の少なくとも一方に、空気または酸素ガスを吹き込むことにより、酸素を溶解させてもよい。このとき、例えば、前記水中を、酸素(O2)で飽和させてもよい。前記水相および有機相の少なくとも一方が前記酸素(O2)を含むことで、例えば、光学材料基材を構成するオレフィン重合体の酸化反応をさらに促進させることができる。 Regarding the oxygen (O 2 ), for example, air or oxygen is added to at least one of water and an organic phase before or after adding the radical generation source, the Lewis acid, the Bronsted acid, the optical material base material, and the like. Oxygen may be dissolved by blowing gas. At this time, for example, the water may be saturated with oxygen (O 2 ). When at least one of the aqueous phase and the organic phase contains the oxygen (O 2 ), for example, the oxidation reaction of the olefin polymer constituting the optical material substrate can be further promoted.
<ラジカル生成工程>
本発明の製造方法は、前記ラジカルを生成させる工程(ラジカル生成工程)、具体的には、前記ラジカル発生源から前記ラジカルを生成させる工程を含んでいてもよい。
<Radical generation step>
The production method of the present invention may include the step of generating the radicals (radical generation step), specifically, the step of generating the radicals from the radical generation source.
前記ラジカル生成工程は、特に限定されないが、例えば、前記ラジカル発生源(例えば、亜塩素酸またはその塩)を水に溶解させて静置し、ラジカル発生源から前記ラジカルを自然発生させることで行なうことができる。このとき、例えば、前記水中に前記ルイス酸およびブレンステッド酸の少なくとも一方が存在することで、前記ラジカルの発生がさらに促進される。また、例えば、前記ラジカル発生源を水に溶解させた水相に光照射することで前記ラジカルを生成させてもよい。この光照射は前記工程1における光照射であってもよく、つまり、前記ラジカルを生成させながら、前記ラジカルに工程1における光照射を行ってもよい。 The radical generation step is not particularly limited, but for example, the radical generation source (e.g., chlorous acid or a salt thereof) is dissolved in water and allowed to stand, and the radicals are naturally generated from the radical generation source. be able to. At this time, for example, the presence of at least one of the Lewis acid and Bronsted acid in the water further promotes the generation of the radicals. Further, for example, the radicals may be generated by irradiating an aqueous phase in which the radical generating source is dissolved in water. This light irradiation may be the light irradiation in the step 1, that is, the light irradiation in the step 1 may be performed on the radicals while the radicals are being generated.
例えば、亜塩素酸イオンから二酸化塩素ラジカルが発生するメカニズム(機構)については、例えば、下記スキーム1のように推測される。ただし、下記スキーム1は、推測されるメカニズムの一例であり、本発明をなんら限定しない。 For example, the mechanism of generation of chlorine dioxide radicals from chlorite ions is presumed as shown in Scheme 1 below. However, Scheme 1 below is an example of a presumed mechanism and does not limit the present invention in any way.
下記スキーム1の第1の(上段の)反応式は、亜塩素酸イオン(ClO2 -)の不均化反応を示し、この反応系中にルイス酸およびブレンステッド酸の少なくとも一方が存在することで、平衡が右側に移動しやすくなると考えられる。 The first (upper) reaction formula in Scheme 1 below shows the disproportionation reaction of chlorite ion (ClO 2 − ), and at least one of Lewis acid and Bronsted acid is present in this reaction system. , the equilibrium tends to shift to the right.
下記スキーム1中の第2の(中段の)反応式は、二量化反応を示し、不均化反応で生成した次亜塩素酸イオン(ClO-)と亜塩素酸イオンとが反応して二酸化二塩素(Cl2O2)が生成する。この反応は、水中にプロトンH+が多いほど、すなわち酸性であるほど進行しやすいと考えられる。 The second (middle) reaction formula in Scheme 1 below shows a dimerization reaction, in which hypochlorite ions (ClO − ) generated in the disproportionation reaction react with chlorite ions to form dioxide. Chlorine (Cl 2 O 2 ) is produced. This reaction is thought to proceed more easily as the amount of protons H + in the water increases, that is, as the water becomes more acidic.
下記スキーム1中の第3の(下段の)反応式は、ラジカル生成を表す。この反応では、第2の反応式で生成した二酸化二塩素が、亜塩素酸イオンと反応して二酸化塩素ラジカルを生成する。 The third (lower) reaction scheme in Scheme 1 below represents radical generation. In this reaction, dichlorine dioxide generated in the second reaction formula reacts with chlorite ions to generate chlorine dioxide radicals.
前記工程1において、照射光の波長は、用いるラジカルに応じて前記光学材料基材を変性できるように適宜選択すればよい。具体的には、赤外線領域から紫外線領域まで幅広い領域を選択可能であり、例えば、200nm以上であってもよく、800nm以下であってもよい。光照射時間は、特に限定されないが、例えば、1分以上であってもよく、1000時間以下であってもよい。 In step 1, the wavelength of the irradiation light may be appropriately selected so that the optical material substrate can be modified according to the radicals used. Specifically, it is possible to select a wide range from the infrared region to the ultraviolet region, and for example, it may be 200 nm or more and may be 800 nm or less. The light irradiation time is not particularly limited, but may be, for example, 1 minute or longer and may be 1000 hours or shorter.
工程1を行う際の温度は、特に限定されないが、例えば、0℃以上であってもよく、100℃以下であってもよい。
工程1を行う際の雰囲気圧は、特に限定されないが、例えば、0.1MPa以上であってもよく、100MPa以下であってもよい。
The temperature at which step 1 is performed is not particularly limited, but may be, for example, 0° C. or higher and 100° C. or lower.
The atmospheric pressure in performing step 1 is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 MPa or higher and 100 MPa or lower.
前記工程1は、例えば、後述の実施例に示すように、加熱、加圧、減圧等を一切行わずに、常温(例:5~35℃)および常圧(大気圧)下で行なうことも可能である。また、本発明の製造方法は、例えば、後述の実施例に示すように、不活性ガス置換等を行なわずに、大気中で、前記工程1またはそれを含めた全ての工程を行なうことも可能である。 The step 1 may be carried out at normal temperature (eg, 5 to 35° C.) and normal pressure (atmospheric pressure) without any heating, pressurization, pressure reduction, etc., as shown in Examples below. It is possible. In addition, in the production method of the present invention, for example, as shown in Examples described later, it is possible to carry out Step 1 or all the steps including Step 1 in the atmosphere without performing inert gas replacement or the like. is.
前記光照射において、光源は特に限定されないが、例えば、太陽光等の自然光に含まれる可視光が挙げられる。また、例えば、前記自然光に代えて、またはこれに加え、キセノンランプ、ハロゲンランプ、蛍光灯、水銀ランプ等の光源を適宜用いてもよいし、用いなくてもよい。さらに、必要波長以外の波長をカットするフィルターを適宜用いてもよいし、用いなくてもよい。 In the light irradiation, the light source is not particularly limited, but examples thereof include visible light contained in natural light such as sunlight. Further, for example, instead of or in addition to the natural light, a light source such as a xenon lamp, a halogen lamp, a fluorescent lamp, or a mercury lamp may or may not be used as appropriate. Furthermore, a filter that cuts wavelengths other than the required wavelength may or may not be used as appropriate.
また、本発明において、前記光学材料基材は、オレフィン重合体を含み、オレフィン重合体はエタンなどと同様、炭素-水素単結合を有する構造を持つので、例えば特開2017-155017号公報に記載されたエタンの酸化反応によりエタノールが生成される機構と同様の機構で反応が進行するものと推測出来る。しかも本発明に用いられる反応は、光を介して進行するので、前記ラジカルの存在下で光の当たった場所、すなわち主として光学材料基材の表面のうち、主として前記ラジカルを含む相と接触する領域を反応させることが期待される。この性質を利用すれば、仮に変性反応によって光学材料基材を構成するオレフィン重合体分子の切断や架橋が起こったとしても、これらは光学材料の表面付近にとどまり、光学材料の強度等の性能に関わる光学材料内部の性能への影響は最小限とできる可能性があるので、光学材料の強度などを保持するうえで有利である。 In addition, in the present invention, the optical material substrate contains an olefin polymer, and the olefin polymer has a structure having a carbon-hydrogen single bond like ethane or the like. It can be inferred that the reaction proceeds by a mechanism similar to the mechanism by which ethanol is produced by the oxidation reaction of ethane. Moreover, since the reaction used in the present invention proceeds via light, the area exposed to light in the presence of the radicals, i.e., the area mainly in contact with the phase containing the radicals, of the surface of the optical material substrate mainly is expected to react. If this property is used, even if the olefin polymer molecules constituting the optical material base material are cut or crosslinked by the modification reaction, they will remain near the surface of the optical material, and the strength and other performance of the optical material will be affected. Since there is a possibility that the impact on the performance inside the optical material concerned can be minimized, it is advantageous in terms of maintaining the strength of the optical material.
前記表面とは、前記光学材料が、その表面から、深さがその基材形状での厚さの1/10以下、より好ましくは1/20以下までの領域をいう。この変性される部分の深さは、例えば、XPS法で確認することができる。 The surface of the optical material refers to a region from the surface to a depth of 1/10 or less, more preferably 1/20 or less of the thickness of the base material. The depth of this denatured portion can be confirmed by, for example, the XPS method.
また、フォトマスクを使用すれば、光学材料基材の特定の領域だけ変性することも可能となり、光学材料における変性された領域と未変性の領域との比率を自由に制御することもできると期待される。 In addition, by using a photomask, it is possible to modify only specific regions of the optical material substrate, and it is expected that the ratio of the modified region and the unmodified region in the optical material can be controlled freely. be done.
例えば、本発明の光学材料において光が透過する面全体を100%として、変性される部分の面積は、得られる光学材料の所望の用途に応じて適宜選択すればよい。その面積の割合の好ましい下限値は、1%、5%、10%、20%、30%、50%の順に好ましく、好ましい上限値は100%であり、より好ましくは90%である。変性された領域は、XPS法などの公知の方法で特定することが出来る。 For example, assuming that the entire surface of the optical material of the present invention through which light is transmitted is 100%, the area of the modified portion may be appropriately selected according to the desired application of the resulting optical material. The preferred lower limit of the area ratio is 1%, 5%, 10%, 20%, 30% and 50% in that order, and the preferred upper limit is 100%, more preferably 90%. A denatured region can be identified by a known method such as the XPS method.
前記変性は、前記ラジカルに光が当たって発生する17族元素のラジカルを起点に反応が進行すると考えられる。従って、当該ラジカルが変性対象である光学材料基材と接触した部分で変性が起こると考えられる。従って、前記の方法の場合、変性対象である光学材料基材に光照射された面積と変性された面積とは、ほぼ等価と考えてもよい。
光を照射した周辺部や、光が届かない細孔の深層部が変性される場合もあるが、その割合は小さいと考えられる。
It is considered that the modification progresses with radicals of the group 17 element generated when the radicals are exposed to light as a starting point. Therefore, it is thought that modification occurs at the portion where the radical comes into contact with the optical material substrate to be modified. Therefore, in the case of the above method, the area of the optical material substrate to be modified, which is irradiated with light, and the modified area may be considered to be substantially equivalent.
Although the peripheral portion irradiated with light and the deep layer portion of the pore where the light does not reach may be denatured, the ratio is considered to be small.
本発明において、光を光学材料基材に照射することは、直接的に光学材料基材への変性反応に関わらない可能性がある。しかしながら、一般的なラジカルの寿命や光学材料基材の特定部位への変性を行う場合などを考慮すると、実質的に光を光学材料基材にも照射することが好ましい方法となる。 In the present invention, irradiating the optical material substrate with light may not directly involve the modification reaction of the optical material substrate. However, considering the general lifetime of radicals and the case of modifying a specific site of an optical material substrate, it is a preferable method to substantially irradiate the optical material substrate with light.
また、本発明の製造方法を用いれば、前記ヒドロキシ基、カルボキシ基、アルデヒド基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、-C(=O)OOH、-O-O-等に限定されず、17族元素、代表例として塩素も同時に前記光学材料基材を構成するオレフィン重合体に導入させることができることがある。もちろん使用するラジカルの種類を変えることで、塩素だけでなく臭素やヨウ素の導入も可能である。アルカンなどの低分子炭化水素化合物を基質とする場合、本発明と同様に二酸化塩素ラジカルを用いる方法では塩素の導入が抑制されることが報告されているが、オレフィン重合体を含む光学材料基材を用いる場合、塩素などの17族元素の原子(β)も酸素などの15、16族元素から選ばれる元素の原子(α)と併せて導入できる場合がある。これは、メタンやエタンなどの低分子を基質とする場合に比して、オレフィン重合体の炭素-水素結合の存在密度が高くなる傾向にあると考えられることや、重合体と相互作用と持つことでラジカルが安定化する可能性がその一因ではないかと本発明者らは考えている。ただ、この推測によって、本発明は制限されない。 Further, if the production method of the present invention is used, the hydroxyl group, carboxyl group, aldehyde group, carbonyl group, ether bond, ester bond, -C (=O) OOH, -O-O- and the like are not limited, and 17 A group element, typically chlorine, may also be simultaneously introduced into the olefin polymer constituting the optical material substrate. Of course, by changing the type of radical used, it is possible to introduce not only chlorine but also bromine and iodine. When a low-molecular-weight hydrocarbon compound such as an alkane is used as a substrate, it has been reported that the introduction of chlorine is suppressed by the method using chlorine dioxide radicals as in the present invention. is used, atoms (β) of group 17 elements such as chlorine can sometimes be introduced together with atoms (α) of elements selected from group 15 and 16 elements such as oxygen. This is because the existence density of carbon-hydrogen bonds in olefin polymers tends to be higher than in the case of using low-molecular-weight substances such as methane and ethane as substrates, and the interaction with polymers The present inventors believe that one of the reasons for this is the possibility of stabilizing the radicals. However, this speculation does not limit the present invention.
前記光学材料基材に導入される、原子(α)の合計量[Cα]と、原子(β)の合計量[Cβ]との比率(すなわち、[Cα]/[Cβ])は、好ましい下限値は、ゼロを超え、より好ましくは0.01、さらに好ましくは0.1、特に好ましくは0.5であり、好ましい上限値は5000、より好ましくは100、さらに好ましくは20である。 The ratio of the total amount [Cα] of atoms (α) to the total amount [Cβ] of atoms (β) introduced into the optical material substrate (i.e., [Cα]/[Cβ]) is a preferred lower limit The value is greater than zero, more preferably 0.01, more preferably 0.1, particularly preferably 0.5;
前記の[Cα]、[Cβ]値は、XPS法によって特定される値である。測定は、本発明においては製品名AXIS-Nova(KRATOS社製)またはこれと同等の装置を用い常法で実施される。 The above [Cα] and [Cβ] values are values specified by the XPS method. In the present invention, measurement is carried out by a conventional method using a product name AXIS-Nova (manufactured by KRATOS) or an equivalent device.
さらに、光照射を行う前記工程1の後、必要に応じて、光学材料を数回洗浄したのち、乾燥させてもよい。
本発明によれば、例えば、二酸化塩素ラジカル水溶液に光照射するのみの極めて簡便な方法で、塩素原子ラジカルCl・および酸素分子O2を発生させ、光学材料基材を構成するオレフィン重合体の酸化反応を行なうことができる。そして、そのような簡便な方法で、例えば、常温および常圧等のきわめて温和な条件下でも、オレフィン重合体を含む光学材料基材を効率よく変性して光学材料を製造することが可能である。
Furthermore, after step 1 of light irradiation, the optical material may be washed several times and then dried, if necessary.
According to the present invention, for example, chlorine atom radicals Cl. and oxygen molecules O2 are generated by a very simple method of irradiating an aqueous solution of chlorine dioxide radicals with light to oxidize an olefin polymer constituting an optical material substrate. reaction can be carried out. In addition, by such a simple method, it is possible to produce an optical material by efficiently modifying an optical material substrate containing an olefin polymer even under very mild conditions such as normal temperature and normal pressure. .
さらに、本発明によれば、例えば、取扱い温度において不安定な場合がある過酸化物やアゾ化合物などのラジカル発生剤を用いずに、前記光学材料基材を構成するオレフィン重合体を酸化させることも出来る。これによれば、前述のとおり常温および常圧等のきわめて温和な条件下で反応が行えることと併せ、安全性の高い環境下で変性された光学材料基材、すなわち光学材料を効率よく得ることも可能である。 Furthermore, according to the present invention, for example, the olefin polymer constituting the optical material base is oxidized without using a radical generator such as a peroxide or an azo compound, which may be unstable at the handling temperature. can also According to this, as described above, the reaction can be performed under extremely mild conditions such as normal temperature and normal pressure, and in addition, it is possible to efficiently obtain a modified optical material base material, that is, an optical material, in a highly safe environment. is also possible.
前記の導入した酸素を含む置換基などの官能基は、さらに他の成分と反応させることで、光学材料の機能を強化したり、性質を変化させたりすることもできる。たとえば、前記の官能基を足場として、光学材料に様々な表面層を形成させることにも有利である。具体的には、アクリル系材料を用いることが多いハードコート層の形成や、防曇層(三井化学(株)製のノストラ(登録商標)等が用いられる)、反射防止層、ブルーライトカット層等の形成の面で有利になることが期待される。また、ガス透過性などの改良を目的として無機物層(蒸着法やゾル・ゲル法での形成)を形成する上でも有利になることが期待される。 The introduced functional group such as the oxygen-containing substituent can also be reacted with other components to enhance the function of the optical material or change its properties. For example, it is advantageous to form various surface layers on optical materials using the functional groups as scaffolds. Specifically, the formation of a hard coat layer, which often uses an acrylic material, an anti-fog layer (such as Nostra (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc. is used), an anti-reflection layer, and a blue light cut layer It is expected that it will be advantageous in terms of formation of etc. It is also expected to be advantageous in forming an inorganic layer (formed by a vapor deposition method or a sol-gel method) for the purpose of improving gas permeability.
本発明の方法により製造される光学材料は、各種の用途に好ましく適用できることが期待される。例えば、前記のレンズが代表例となる。自動車の自動運転へ向けての各種のセンサーが開発されているが、このセンサー用のレンズも今後、ガラスから重合体に素材がシフトする可能性がある。このため、センサー用レンズも重要な用途となる。 It is expected that the optical material produced by the method of the present invention can be preferably applied to various uses. For example, the lens described above is a typical example. Various sensors are being developed for autonomous driving of automobiles, and there is a possibility that the materials for the lenses of these sensors will shift from glass to polymers in the future. For this reason, sensor lenses are also an important application.
本発明の方法により製造される光学材料は、その改質反応時(すなわち、光学材料基材を変性する際)のオレフィン重合体の分子量低下が少ないので、前記の用途などにおいて、強度の低下が少なく、光学特性への影響も少なく、優れた耐久性などの面での改善も期待できる。また、比較的多くの官能基を導入できるので、その改質性能の経年低下の割合も少ないことが期待できる。 In the optical material produced by the method of the present invention, the molecular weight of the olefin polymer is less reduced during the modification reaction (that is, when the optical material base material is modified). It is small, has little effect on optical properties, and can be expected to improve in terms of excellent durability. In addition, since a relatively large number of functional groups can be introduced, it can be expected that the deterioration rate of the reforming performance over time is small.
以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例には限定されない。
[実施例1]
(光学材料の製造)
ポリ容器に亜塩素酸ナトリウム(Sigma-Aldrich社製)10g、超純水500mLを入れ、亜塩素酸ナトリウムが超純水に溶解してから35~37%塩酸水溶液(富士フイルム和光純薬(株)製)1mLを加え、この液を約32cm×23cm×2cmの大きさの浅型バットに入れた。この条件で、二酸化塩素ラジカルが発生することは、事前にESR法で確認した。一方、約33cm×24cm×3cmの大きさのガラス製バット内部の底面に、下式:
Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
(Manufacture of optical materials)
Put 10 g of sodium chlorite (manufactured by Sigma-Aldrich) and 500 mL of ultrapure water in a plastic container. ) was added, and this solution was placed in a shallow vat having a size of about 32 cm x 23 cm x 2 cm. It was previously confirmed by the ESR method that chlorine dioxide radicals were generated under these conditions. On the other hand, the following formula was added to the bottom of the inside of a glass vat having a size of about 33 cm x 24 cm x 3 cm:
(光学材料の接着性評価)
紫外線硬化型コーティング剤「オレスター(登録商標)RA6800」(三井化学(株)製)5.00gに、光開始剤としてIrgacure1173(BASF社製)0.11g、溶剤として1-メトキシ-2-プロパノール(純正化学(株)製)を4.05g混合し、コーティング液を得た。このコーティング液をシクロオレフィンコポリマー片、酸化シクロオレフィンコポリマー片(前工程で、亜塩素酸液側に向けた面を)それぞれにバーコーター#20で塗布し、80℃の温風乾燥機で2分加熱し、脱溶剤して塗膜を形成した。塗膜が形成された各ポリマー片を、UVコンベアー(ランプシステム:F600V/光源:無電極ランプHバルブ/ヘレウス株式会社製)の中をコンベアー速度8m/分(UVA積算光量400mJ/cm2)で通過させて、塗膜を硬化させた。塗膜硬化後の各コポリマー片に対して、JIS K5400-8.5に準拠する形で塗膜の接着性を評価した。
(Evaluation of Adhesiveness of Optical Material)
Ultraviolet curable coating agent "Orester (registered trademark) RA6800" (manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) 5.00 g, Irgacure 1173 (manufactured by BASF) 0.11 g as a photoinitiator, 1-methoxy-2-propanol as a solvent (manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) was mixed to obtain a coating liquid. This coating liquid is applied to each of the cycloolefin copolymer piece and the oxidized cycloolefin copolymer piece (the side facing the chlorous acid liquid side in the previous step) with a bar coater #20, and dried in a hot air dryer at 80°C for 2 minutes. The mixture was heated and the solvent was removed to form a coating film. Each polymer piece with a coating film formed thereon is passed through a UV conveyor (lamp system: F600V/light source: electrodeless lamp H bulb/manufactured by Heraeus) at a conveyor speed of 8 m/min (UVA cumulative light intensity of 400 mJ/cm 2 ). Allowed to pass through to cure the coating. Adhesion of the coating film was evaluated in accordance with JIS K5400-8.5 for each copolymer piece after curing of the coating film.
具体的には、塗膜の表面にカッターナイフでコポリマー片まで到達する切れ込みを1mm間隔11本入れ、次いでコポリマー片を90°回転させて同様の切れ込みを11本入れることで100個の碁盤目状のマスを作成した。その後、碁盤目状のマスにニチバン社製セロハン粘着テープCT405AP-24を貼り付け、テープの端を持って、テープを、塗膜面に直角に保ち瞬間的に引き剥がした。引き剥がした後に100個のマスのうち剥がれずに片表面に残っている数を数えた。接着性評価は各光学材料(コポリマー片)に対して2回行った。結果を表1に示す。 Specifically, 11 cuts were made on the surface of the coating film with a cutter knife at intervals of 1 mm to reach the copolymer piece, and then the copolymer piece was rotated 90° and 11 similar cuts were made to make 100 grids. created a square of After that, cellophane adhesive tape CT405AP-24 manufactured by Nichiban Co., Ltd. was attached to the grid squares, and the edge of the tape was held and held at right angles to the coating film surface, and the tape was instantaneously peeled off. After peeling off, the number of 100 squares remaining on one surface without being peeled off was counted. Adhesion evaluation was performed twice for each optical material (copolymer piece). Table 1 shows the results.
Claims (8)
前記15族元素および16族元素から選ばれる元素が酸素であり、
前記17族元素が塩素、臭素またはヨウ素であり、
前記工程1が、
融点および/またはガラス転移温度が70℃以上300℃以下のオレフィン重合体を含む光学材料基材と前記ラジカルとが共存する環境において、
前記ラジカルに光を照射して前記光学材料基材を変性する工程を含む光学材料の製造方法。 Atoms (α) of elements selected from group 15 elements and group 16 elements and atoms (β) of group 17 elements in one molecule are atom (α): atom (β) = 1: 1 ~ including a step 1 of irradiating the radicals in a ratio of 4:1 with light;
the element selected from the group 15 elements and group 16 elements is oxygen,
The Group 17 element is chlorine, bromine or iodine,
The step 1 is
In an environment where an optical material base containing an olefin polymer having a melting point and/or a glass transition temperature of 70° C. or higher and 300° C. or lower and the radicals coexist,
A method for producing an optical material, comprising the step of irradiating the radicals with light to modify the optical material substrate .
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