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JP5638085B2 - 異なった書込コモノマーを含有する感光性ポリマー組成物 - Google Patents

異なった書込コモノマーを含有する感光性ポリマー組成物 Download PDF

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JP5638085B2 JP2012537366A JP2012537366A JP5638085B2 JP 5638085 B2 JP5638085 B2 JP 5638085B2 JP 2012537366 A JP2012537366 A JP 2012537366A JP 2012537366 A JP2012537366 A JP 2012537366A JP 5638085 B2 JP5638085 B2 JP 5638085B2
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Description

本発明は、マトリックスポリマー、書込モノマーおよび光開始剤を含んでなる感光性ポリマー組成物に関する。本発明は更に、光学素子の製造のため、特にホログラフィック素子およびホログラフィー像の製造のための感光性ポリマー組成物の使用、感光性ポリマー組成物の製造方法、および感光性ポリマー組成物を含んでなるホログラフィック媒体の露光方法に関する。
上記したタイプの感光性ポリマー組成物は、先行技術において知られている。例えば、WO 2008/125229 A1は、ポリウレタン系マトリックスポリマー、アクリレート系書込モノマーおよび光開始剤を含有する感光性ポリマー組成物を記載している。硬化状態で、書込モノマーおよび光開始剤は、ポリウレタンマトリックス中に、空間的に等方的に分布して埋め込まれている。同特許文献はまた、別の成分、例えばフタル酸ジブチル、工業用プラスチックのための一般的な可塑剤を感光性ポリマー組成物に添加できることも開示している。
感光性ポリマー組成物の使用にとって、感光性ポリマーにおけるホログラフィック露光によって生じる屈折率変調Δnは重要な役割を果たす。ホログラフィック露光の際、信号光と参照光の干渉場(最も単純なケースでは、2つの平面波の干渉場)には、干渉場における高強度部位での、例えば高屈折アクリレートの、局所的な光重合によって、屈折率格子が発現する。感光性ポリマーにおける屈折率格子(ホログラム)は、信号光の情報の全てを含む。参照光のみでホログラムを照射することによって、信号を再生することができる。入射参照光の強度に対する、このように再生された信号の強度は、以下において、回折効率またはDEと称する。2つの平面波の重ね合わせから生じる最も単純なホログラムの場合、DEは、再生時に回折された光の強度を、入射参照光および回折光の強度の和で割った商である。DEが大きいほど、信号を一定の明るさで表示させるのに必要な参照光の光量に対するホログラムの効率は高くなる。高屈折アクリレートは、屈折率の低い領域と屈折率の高い領域の間に大きい幅を有する屈折率格子を形成することができるので、感光性ポリマー組成物においてホログラムが高いDEおよび高いΔnを有することが可能となる。DEがΔnと感光性ポリマー層厚さdの積に依存することに留意しなければならない。この積が大きいほど、(反射型ホログラムについて)可能なDEは大きくなる。例えば単色照射時に、ホログラムが見える(再生される)角度範囲幅は、層厚さdのみに依存する。例えば白色光での、ホログラムの照射時に、ホログラムの再生に寄与するスペクトル領域幅もまた、層厚さdのみに依存する場合がある。dが小さいほど、それぞれの許容幅は大きくなる。従って、明るくて見やすいホログラムの形成を意図するのであれば、特にDEが可能な限り大きくなるように、Δnが大きく、厚さdが小さいことが望ましい。このことは、Δnが大きいほど、DEの低下を伴わない明るいホログラムのための層厚さdの設定における許容幅がより大きくなることを意味する。従って、Δnの最適化は、感光性ポリマー組成物の最適化において非常に重要である(P. Hariharan, Optical Holography, 第2版、Cambridge University Press, 1996)。
WO 2008/125229 A1
P. Hariharan, Optical Holography, 第2版、Cambridge University Press, 1996
本発明の目的は、既知の組成物と比べて明るい(即ち屈折率変調Δnが大きい)ホログラムを製造できる感光性ポリマー組成物を提供することである。
この目的は、本発明の感光性ポリマー組成物において、組成物が少なくとも2種の異なった書込モノマーの組み合わせを含有する場合に達成される。ここで、「異なった」とは、書込モノマーの化学構造および/または物理的性質が異なることを意味すると理解される。
既知の感光性ポリマー組成物において2種の異なった書込モノマーの組み合わせを使用すると、1種のみの書込モノマーを同量使用した場合より、形成されるホログラムのΔn値がより大きくなることが見出された。つまり、このことは、本発明の組成物から形成されるホログラムが、既知のホログラムと比べて、より明るいことを意味する。
図1は、λ=633nm(He−Neレーザー)でのホログラフィック媒体試験器(HMT)の配置を示す。 図2は、回折効率、理論ブラッグ曲線および透過強度の測定データを、角度離調とも称される中心回転角に対してプロットしたものである。
アクリレート系α,β−不飽和カルボン酸誘導体のような化合物(例えば、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタクリルアミド、メタクリル酸、アクリル酸)の混合物を、本発明に必須の書込コモノマーとして使用することができる。アクリレートおよびメタクリレートが好ましい。
一般に、アクリル酸およびメタクリル酸のエステルは、それぞれアクリレートおよびメタクリレートと称される。使用できるアクリレートおよびメタクリレートの例は、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、エトキシエチルアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、n−ブチルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ブトキシエチルアクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート、p−クロロフェニルアクリレート、p−クロロフェニルメタクリレート、p−ブロモフェニルアクリレート、p−ブロモフェニルメタクリレート、2,4,6−トリクロロフェニルアクリレート、2,4,6−トリクロロフェニルメタクリレート、2,4,6−トリブロモフェニルアクリレート、2,4,6−トリブロモフェニルメタクリレート、ペンタクロロフェニルアクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレート、ペンタブロモフェニルアクリレート、ペンタブロモフェニルメタクリレート、ペンタブロモベンジルアクリレート、ペンタブロモベンジルメタクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、フェノキシエトキシエチルアクリレート、フェノキシエトキシエチルメタクリレート、2−ナフチルアクリレート、2−ナフチルメタクリレート、1,4−ビス(2−チオナフチル)−2−ブチルアクリレート、1,4−ビス(2−チオナフチル)−2−ブチルメタクリレート、プロパン−2,2−ジイルビス[(2,6−ジブロモ−4,1−フェニレン)オキシ(2−{[3,3,3−トリス(4−クロロフェニル)プロパノイル]オキシ}プロパン−3,1−ジイル)オキシエタン−2,1−ジイル]ジアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールAジメタクリレート、テトラブロモビスフェノールAジアクリレート、テトラブロモビスフェノールAジメタクリレートおよびそれらのエトキシル化類似化合物、N−カルバゾリルアクリレートであるが、これらは例示にすぎない。
1.45より大きい(405nmの波長で測定した)屈折率n 20を有するアクリレートおよびメタクリレートを使用することが好ましい。少なくとも1個の芳香族構成単位を有し、1.50より大きい屈折率n 20(405nm)を有するアクリレートを使用することが特に好ましい。このために特に適した例として、ビスフェノールAに基づくアクリレートおよびメタクリレートまたはそれらの誘導体、更にはチオアリール基を有するアクリレートおよびメタクリレートを挙げることができる。
ウレタンアクリレートを書込コモノマーとして使用することもできる。ウレタンアクリレートは、少なくとも1個のアクリル酸エステル基を有し、更に少なくとも1つのウレタン結合を有する化合物を意味すると理解される。ヒドロキシ官能性アクリル酸エステルとイソシアネート官能性化合物との反応によって、そのような化合物が得られることが知られている。
このために使用できるイソシアネートの例は、芳香族、芳香脂肪族、脂肪族および脂環式のジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートである。そのようなジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートの混合物を使用することもできる。適当なジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートの例は、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートおよび/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、異性体ビス(4,4’−イソシアナトシクロヘキシル)メタンおよび所望の異性体含量を有するそれらの混合物、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、異性体シクロヘキサンジメチレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネートおよび/または2,6−トルエンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートまたは4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネートおよびトリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェート、或いはウレタン構造、ウレア構造、カルボジイミド構造、アシルウレア構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、オキサジアジントリオン構造、ウレトジオン構造またはイミノオキサジアジンジオン構造を有するそれらの誘導体、およびそれらの混合物である。芳香族または芳香脂肪族のジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートが好ましい。
ウレタンアクリレートの調製に適したヒドロキシ官能性アクリレートまたはメタクリレートは、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリ(ε−カプロラクトン)モノ(メタ)アクリレート、例えば、Tone(登録商標) M100(Dow、ドイツ国シュヴァルバハ)、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、多価アルコール(例えば、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、エトキシル化、プロポキシル化またはアルコキシル化された、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール)のヒドロキシ官能性モノアクリレート、ジアクリレートまたはテトラアクリレートのような化合物、またはそれらの工業用混合物である。2−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートおよびポリ(ε−カプロラクトン)モノ(メタ)アクリレートが好ましい。また、アクリレート基および/またはメタクリレート基を有するオリゴマーまたはポリマーのイソシアネート反応性不飽和化合物を単独でまたは前記モノマー化合物と組み合わせることも適している。ヒドロキシル基を有し、20〜300mgKOH/gのOH含量を有する自体既知のエポキシ(メタ)アクリレート、またはヒドロキシル基を有し、20〜300mgKOH/gのOH含量を有するポリウレタン(メタ)アクリレート、または20〜300mgKOH/gのOH含量を有するアクリル化ポリアクリレート、およびそれらの互いの混合物、およびそれらとヒドロキシル基含有不飽和ポリエステルとの混合物、およびそれらとポリエステル(メタ)アクリレートとの混合物、またはヒドロキシル基含有不飽和ポリエステルとポリエステル(メタ)アクリレートとの混合物を使用することもできる。ヒドロキシル基を有し、所定のヒドロキシ官能価を有するエポキシアクリレートが好ましい。ヒドロキシル基を有するエポキシ(メタ)アクリレートは特に、アクリル酸および/またはメタクリル酸と、モノマー、オリゴマーまたはポリマーのビスフェノールA、ビスフェノールF、ヘキサンジオールおよび/またはブタンジオール或いはそれらのエトキシル化および/またはプロポキシル化誘導体のエポキシド(グリシジル化合物)との反応生成物に基づく。アクリル酸および/またはメタクリル酸並びにグリシジル(メタ)アクリレートの既知の反応から得ることができるような、所定の官能価を有するエポキシアクリレートが更に好ましい。
(メタ)アクリレートおよび/またはウレタン(メタ)アクリレートの混合物を使用することが好ましく、少なくとも1つの芳香族構成単位を有する(メタ)アクリレートおよび/またはウレタン(メタ)アクリレートの混合物を使用することが特に好ましい。
書込コモノマーとして使用される特に好ましい化合物は、芳香族イソシアネートと、2−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、ポリエチレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレンオキシドモノ(メタ)アクリレートおよびポリ(ε−カプロラクトン)モノ(メタ)アクリレートとに基づく、ウレタンアクリレートおよびウレタンメタクリレートの混合物である。
特に好ましい態様では、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートによる芳香族トリイソシアネート(特に好ましくは、トリス(4−フェニルイソシアナト)チオホスフェート、または芳香族ジイソシアネート(例えばトルエンジイソシアネート)の三量体)の付加物と、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレートによる3−チオメチルフェニルイソシアネートの付加物との混合物を、書込コモノマーとして使用する(WO 2008/125229 A1および特許出願EP 09009651.2に記載)。
また、書込モノマーとして、グリシジルエーテルアクリレートウレタンを使用することが好ましい。グリシジルエーテルアクリレートウレタンは、一般式Iaまたは一般式Ibで示される化合物、或いは一般式Iaで示される化合物と一般式Ibで示される化合物との混合物である。
Figure 0005638085
式中、nは2〜6の自然数であり、
R1は、芳香族基を有し、4〜36個の炭素原子を含有する単核有機基または多核有機基であり、
R2は、3〜30個の炭素原子を含有するオレフィン性不飽和基であり、
Rは、脂肪族または芳香族のジイソシアネートまたはポリイソシアネートに由来し、2〜30個の炭素原子を含有する有機基である。
式IaまたはIbで示される不飽和グリシジルエーテルアクリレートウレタンは、2段階合成法で調製することができる。第一の反応では、不飽和カルボン酸をエポキシドと反応させて、2種のアルコールの混合物を生成する。もちろん、この反応段階において、不飽和エポキシドを所望のカルボン酸と反応させて、類似中間体を生成することもできる。第二の反応段階では、このアルコール混合物を、ジイソシアネートまたは官能価nのポリイソシアネートR(NCO)によりウレタン化して、グリシジルエーテルアクリレートウレタンを生成する(特許出願EP 09002180.9に記載)。不飽和エポキシドとの反応に、メタクリル酸およびアクリル酸またはそれらの誘導体または芳香族カルボン酸を使用することが好ましく、芳香族または不飽和エポキシド、例えば、フェニルグリシジルエーテル、ジブロモフェニルグリシジルエーテル、ナフチルグリシジルエーテルまたはビフェニルグリシジルエーテル、或いはグリシジル(メタ)アクリレートをエポキシドとして使用することが好ましく、トルエンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)またはトリイソシアナトノナン(TIN)をイソシアネート成分として使用することが好ましい。
特に好ましい態様では、「アクリル酸、ビフェニルグリシジルエーテルおよびTDI」の組み合わせ、「アクリル酸、フェニルグリシジルエーテルおよびTDI」の組み合わせ、および「アクリル酸、ビフェニルグリシジルエーテルおよびHDI」の組み合わせを使用する。
好ましい態様によれば、書込モノマーは、それぞれの屈折率n 20(405nm)について0.200以下、好ましくは0.100以下、特に0.065以下の差で異なり、いずれの場合も屈折率n 20(405nm)について1.45以上、好ましくは1.50以上、特に好ましくは1.55以上の値を有する。そのような書込モノマー組み合わせを含有する感光性ポリマー組成物を使用すると、特に高いΔn値を達成することができる。
書込モノマーがアクリレート、好ましくはウレタンアクリレートであることが更に好ましく、特に、アクリレートは単官能性、二官能性、三官能性および/または多官能性であることが可能である。本発明において、単官能性、二官能性、三官能性および/または多官能性とは、いずれの場合も、一分子あたりのアクリレート基の数を意味すると理解される。即ち、単官能性書込モノマーは1つのアクリレート基を有し、二官能性書込モノマーは2つのアクリレート基を有し、三官能性書込モノマーは3つのアクリレート基を有し、多官能性書込モノマーは4つ以上のアクリレート基を有する。
感光性ポリマー組成物が、単官能性ウレタンアクリレートと多官能性ウレタンアクリレートとの組み合わせ、特に単官能性ウレタンアクリレートと二官能性ウレタンアクリレートまたは三官能性ウレタンアクリレートとの組み合わせを含有することが特に好ましい。二官能性書込モノマーと三官能性書込モノマーの組み合わせを使用することも同様に有利である。そのような感光性ポリマー組成物から形成されるホログラムは、特に高いΔn値を有する。
マトリックスポリマーは好ましくはポリウレタンであってよく、ポリウレタンは特に、イソシアネート成分a)とイソシアネート反応性成分b)との反応により得ることができる。
ポリイソシアネート成分a)とイソシアネート反応性成分b)との反応により得ることができるマトリックスポリマー、書込モノマーc)としての、化学線の作用下でエチレン性不飽和化合物と重合を伴いながら反応する基(放射線硬化性基)を有し、NCO基を有さない少なくとも2種の異なった化合物、ラジカル安定剤d)、光開始剤e)、任意に触媒f)、並びに任意に助剤および添加剤g)を含有する感光性ポリマー組成物が更に好ましい。
イソシアネート成分a)は、好ましくはポリイソシアネートを包含する。使用してよいポリイソシアネートは、一分子あたり平均して2つ以上のNCO官能基を有する当業者に既知の化合物の全てまたはその混合物である。ポリイソシアネートは、芳香族、芳香脂肪族、脂肪族または脂環式であってよい。少ない量でなら、付随的に、不飽和基を有するモノイソシアネートおよび/またはポリイソシアネートを使用することもできる。
例えば、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートおよび/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、異性体ビス(4,4’−イソシアナトシクロヘキシル)メタンおよび所望の異性体含量を有するそれらの混合物、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、異性体シクロヘキサンジメチレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネートおよび/または2,6−トルエンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートまたは4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートおよび/またはトリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネートが適している。
ウレタン構造、ウレア構造、カルボジイミド構造、アシルウレア構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、オキサジアジントリオン構造、ウレトジオン構造および/またはイミノオキサジアジンジオン構造を有する、モノマージイソシアネートまたはトリイソシアネートの誘導体を使用することも適している。
脂肪族および/または脂環式のジイソシアネートまたはトリイソシアネートに基づくポリイソシアネートを使用することが好ましい。
成分a)のポリイソシアネートは、特に好ましくは、二量化またはオリゴマー化された脂肪族および/または脂環式のジイソシアネートまたはトリイソシアネートである。
HDIおよび1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタンに基づく、イソシアヌレート、ウレトジオンおよび/またはイミノオキサジアジンジオン或いはそれらの混合物が特に好ましい。
ウレタン基、アロファネート基、ビウレット基および/またはアミド基を有するNCO官能性プレポリマーを成分a)として使用することもできる。成分a)としてのプレポリマーは、場合により触媒および溶媒を使用した、適当な化学量論量での、モノイソシアネート、オリゴイソシアネートまたはポリイソシアネートa1)とイソシアネート反応性化合物a2)との反応により、当業者によく知られている方法で得られる。
適当なポリイソシアネートa1)は、当業者に自体知られている、脂肪族、脂環式、芳香族または芳香脂肪族のジイソシアネートおよびトリイソシアネートであって、それらがホスゲン法によって得られたのかまたはホスゲンフリー法によって得られたのかは重要ではない。また、当業者に自体よく知られており、ウレタン構造、ウレア構造、カルボジイミド構造、アシルウレア構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、オキサジアジントリオン構造、ウレトジオン構造またはイミノオキサジアジンジオン構造を有するモノマージイソシアネートおよび/またはトリイソシアネートの高分子量二次生成物を、単独でまたは互いの所望の混合物として使用することもできる。
成分a1)として使用することができる適当なモノマージイソシアネートまたはトリイソシアネートの例は、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタン、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート(TIN)、2,4−トルエンジイソシアネートおよび/または2,6−トルエンジイソシアネートである。
プレポリマーの合成に関するイソシアネート反応性化合物a2)として、OH官能性化合物を使用することが好ましい。これらは、後の成分b)についての記載に示されているようなOH官能性化合物と類似している。
a2)の好ましいOH官能性化合物は、200〜6200g/molの数平均分子量を有する、ポリエステルポリオールおよび/またはポリエーテルポリオールである。エチレングリコールおよびプロピレングリコールに基づき、プロピレングリコールの割合が少なくとも40重量%を占める二官能性ポリエーテルポリオール、200〜4100g/molの数平均分子量を有するテトラヒドロフランのポリマー、および200〜3100g/molの数平均分子量を有する脂肪族ポリエステルポリオールが特に好ましい。
エチレングリコールおよびプロピレングリコールに基づき、プロピレングリコールの割合が少なくとも80重量%を占める二官能性ポリエーテルポリオール(特に純ポリプロピレングリコール)、および200〜2100g/molの数平均分子量を有するテトラヒドロフランのポリマーがとりわけ好ましい。2〜20個の炭素原子を含有する脂肪族、芳香脂肪族または脂環式の二官能性、三官能性または多官能性アルコールによる(特に3〜12個の炭素原子を含有する二官能性脂肪族アルコールによる)ブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトン(特にε−カプロラクトン)の付加物もまた特に好ましい。これらの付加物は、好ましくは200〜2000g/mol、特に好ましくは500〜1400g/molの数平均分子量を有する。
アロファネートを、別のプレポリマーとのまたは成分a1)のオリゴマーとの混合物として使用することもできる。そのような場合、1〜3.1の官能価を有するOH官能性化合物を使用することが有利である。3〜20個の炭素原子を含有する単官能性アルコールを使用することが好ましい。
プレポリマーを調製するために、アミンを使用することもできる。例えば、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、プロピレンジアミン、ジアミノシクロヘキサン、ジアミノベンゼン、ジアミノビスフェニル、二官能性ポリアミン、例えばJeffamine(登録商標)、10000g/molの数平均分子量を有するアミン末端ポリマー、および互いの所望の混合物が適している。
ビウレット基を有するプレポリマーを調製するためには、イソシアネートをアミンと過剰に反応させてビウレット基を形成する。前記したタイプのオリゴマーまたはポリマー、第一級または第二級の二官能性アミンの全てが、先に記載したジイソシアネート、トリイソシアネートおよびポリイソシアネートとの反応の際のアミンとして適している。脂肪族アミンおよび脂肪族イソシアネートに基づく脂肪族ビウレットが好ましい。2000g/mol未満の数平均分子量を有し、脂肪族ジアミンまたは二官能性ポリアミンおよび脂肪族ジイソシアネート(特にHDIおよびTMDI)に基づく低分子量ビウレットが好ましい。
好ましいプレポリマーは、脂肪族イソシアネート官能性化合物と、200〜10000g/molの数平均分子量を有するオリゴマーまたはポリマーのイソシアネート反応性化合物とから得られた、ウレタン、アロファネートまたはビウレットであり;脂肪族イソシアネート官能性化合物と、200〜6200g/molの数平均分子量を有するポリオールまたは3000g/molの数平均分子量を有する(ポリ)アミンとから得られた、ウレタン、アロファネートまたはビウレットが特に好ましく;HDIまたはTMDIと、200〜2100g/molの数平均分子量を有する二官能性ポリエーテルポリオール(特にポリプロピレングリコール)とから得られたアロファネート、HDIまたはTMDIから得られ、脂肪族、芳香脂肪族または脂環式の二官能性、三官能性または多官能性のC2〜20アルコール(特に二官能性脂肪族C3〜12アルコール)によるブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトン(特にε−カプロラクトン)の(500〜3000g/mol、特に好ましくは1000〜2000g/molの数平均分子量を有する)付加物に基づく(特に二官能性脂肪族イソシアネートの他のオリゴマーとの混合物としての)ウレタン、或いはHDIまたはTMDIから得られ、2000〜6200g/molの数平均分子量を有する三官能性ポリエーテルポリオール(特にポリプロピレングリコール)に基づくウレタン、およびHDIまたはTMDIと二官能性アミンまたは200〜1400g/molの数平均分子量を有するポリアミンとから得られた(特に二官能性脂肪族イソシアネートの他のオリゴマーとの混合物としての)ビウレットがとりわけ好ましい。
先に記載したプレポリマーは、好ましくは2重量%未満、より好ましくは1.0重量%未満、特に好ましくは0.5重量%未満の遊離モノマーイソシアネートの残留含量を有する。
記載したプレポリマーに加えて、イソシアネート成分はもちろん、別のイソシアネート成分をある割合で含有してもよい。このために、芳香族、芳香脂肪族、脂肪族および脂環式のジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートが適している。そのようなジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートの混合物を使用することもできる。適当なジイソシアネート、トリイソシアネートまたはポリイソシアネートの例は、ブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、1,8−ジイソシアナト−4−(イソシアナトメチル)オクタン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートおよび/または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、異性体ビス(4,4’−イソシアナトシクロヘキシル)メタンおよび所望の異性体含量を有するそれらの混合物、イソシアナトメチル−1,8−オクタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、異性体シクロヘキサンジメチレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トルエンジイソシアネートおよび/または2,6−トルエンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートまたは4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4’’−トリイソシアネート、またはウレタン構造、ウレア構造、カルボジイミド構造、アシルウレア構造、イソシアヌレート構造、アロファネート構造、ビウレット構造、オキサジアジントリオン構造、ウレトジオン構造またはイミノオキサジアジンジオン構造を有するそれらの誘導体、およびそれらの混合物である。オリゴマー化および/または誘導体化ジイソシアネートに基づき、適当な方法によって過剰ジイソシアネートを除去したポリイソシアネートが好ましく、特にヘキサメチレンジイソシアネートに基づく前記ポリイソシアネートが好ましい。HDIに基づくオリゴマーのイソシアヌレート、ウレトジオンおよびイミノオキサジアジンジオン、並びにそれらの混合物が特に好ましい。
場合により、イソシアネート成分a)が、イソシアネート反応性エチレン性不飽和化合物と部分的に反応したイソシアネートをある割合で含有することも可能である。本発明では、イソシアネート反応性エチレン性不飽和化合物として、α,β−不飽和カルボン酸誘導体、例えば、アクリレート、メタクリレート、マレエート、フマレート、マレイミド、アクリルアミド、ビニルエーテル、プロペニルエーテル、アリルエーテル、並びにジシクロペンタジエニル単位および少なくとも1つのイソシアネート反応性基を有する化合物を使用することが好ましい。イソシアネート反応性エチレン性不飽和化合物は、特に、少なくとも1つのイソシアネート反応性基を有する、アクリレートおよびメタクリレートである。適当なヒドロキシ官能性アクリレートまたはメタクリレートは、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレンオキシドモノ(メタ)アクリレート、ポリ(ε−カプロラクトン)モノ(メタ)アクリレート、例えばTone(登録商標) M100(Dow、米国)、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシ−2,2−ジメチルプロピル(メタ)アクリレート、多価アルコール(例えば、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、エトキシル化、プロポキシル化またはアルコキシル化された、トリメチロールプロパン、グリセロール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール)のヒドロキシ官能性モノ(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリレートまたはテトラ(メタ)アクリレートのような化合物、およびそれらの工業用混合物である。また、単独のまたは前記モノマー化合物と組み合わせた、アクリレート基および/またはメタクリレート基を有するオリゴマーまたはポリマーのイソシアネート反応性不飽和化合物も適している。イソシアネート反応性エチレン性不飽和化合物と部分的に反応したイソシアネートの割合は、イソシアネート成分a)に基づいて、0〜99%、好ましくは0〜50%、特に好ましくは0〜25%、とりわけ好ましくは0〜15%である。
場合により、先に記載したイソシアネート成分a)に関して、完全にまたはある割合で、被覆技術から当業者に知られているブロック剤と完全にまたは部分的に反応したイソシアネートを含有することも可能である。ブロック剤の例として、以下を挙げることができる:アルコール、ラクタム、オキシム、マロン酸エステル、アルキルアセトアセテート、トリアゾール、フェノール、イミダゾール、ピラゾールおよびアミン、例えば、ブタノンオキシム、ジイソプロピルアミン、1,2,4−トリアゾール、ジメチル−1,2,4−トリアゾール、イミダゾール、マロン酸ジエチル、アセト酢酸エチル、アセトンオキシム、3,5−ジメチルピラゾール、ε−カプロラクタム、N−tert−ブチルベンジルアミン、シクロペンタノンカルボキシエチルエステル、またはこれらブロック剤の所望の混合物。
基本的に、平均して一分子あたり少なくとも1.5個のイソシアネート反応性基を有する多官能性イソシアネート反応性化合物の全てを、成分b)として使用することができる。
本発明において、イソシアネート反応性基は、好ましくは、ヒドロキシル基、アミノ基またはチオール基であり、ヒドロキシ化合物が特に好ましい。
適当な多官能性イソシアネート反応性化合物は、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリ(メタ)アクリレートポリオールおよび/またはポリウレタンポリオールである。
加えて、低分子量(即ち500g/mol未満の分子量)および短鎖(即ち2〜20個の炭素原子)を有する脂肪族、芳香脂肪族または脂環式、二官能性、三官能性または多官能性のアルコールもまた、成分b)の要素としての多官能性イソシアネート反応性化合物として適している。
そのようなアルコールは、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−2−ブチルプロパンジオール、トリメチルペンタンジオール、ジエチルオクタンジオールの位置異性体、1,3−ブチレングリコール、シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジオールおよび1,4−シクロヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA(2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン)、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピオン酸(2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピルエステル)であってよい。適当なトリオールの例は、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンまたはグリセロールである。適当なより高官能性のアルコールは、ジトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールまたはソルビトールである。
適当なポリエステルポリオールは、例えば、脂肪族、脂環式または芳香族のジカルボン酸またはポリカルボン酸またはそれらの無水物と2以上のOH官能価を有する多価アルコールとから既知の方法で得られるような、直鎖ポリエステルジオールまたは分岐ポリエステルポリオールである。
そのようなジカルボン酸またはポリカルボン酸またはそれらの無水物の例は、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、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、o−フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸またはトリメリット酸、および酸無水物、例えば、o−フタル酸無水物、トリメリット酸無水物またはコハク酸無水物、またはそれらの互いの所望の混合物である。
そのような適当なアルコールの例は、エタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたはテトラエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールまたはテトラプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ジヒドロキシシクロヘキサン、1,4−ジメチロールシクロヘキサン、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、トリメチロールプロパン、グリセロール、またはそれらの互いの所望の混合物である。
好ましいポリエステルポリオールは、脂肪族アルコールと、脂肪族酸および芳香族酸の混合物とに基づいており、500〜10000g/molの数平均分子量および1.8〜6.1の官能価を有する。
特に好ましいポリエステルポリオールは、脂肪族のジカルボン酸またはポリカルボン酸(例えば、アジピン酸および/またはコハク酸)または無水物、或いは前記脂肪族ポリカルボン酸または無水物と芳香族ポリカルボン酸(例えばテレフタル酸および/またはイソフタル酸)または無水物との混合物[ここで、芳香族ポリカルボン酸または無水物の割合は、使用するポリカルボン酸または無水物の総量に基づいて、好ましくは50重量%未満、特に30重量%未満を占める]と組み合わせた、脂肪族ジオール(例えば、ブタン−1,4−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、ネオペンチルグリコール、エタンジオール、プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたはポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールおよび/またはテトラプロピレングリコール)、または前記ジオールとより高い官能価を有する脂肪族アルコール(例えば、トリメチロールプロパンおよび/またはペンタエリスリトール)との混合物[ここで、より高い官能価を有する脂肪族アルコールの割合は、使用するアルコールの総量に基づいて、好ましくは50重量%未満、特に30重量%未満を占める]に基づく。特に好ましいポリエステルポリオールは、1000〜6000g/molの数平均分子量および1.9〜3.3の官能価を有する。
ポリエステルポリオールは、天然原料、例えばひまし油に基づいてもよい。ポリエステルポリオールは、開環ラクトン重合におけるヒドロキシ官能性化合物(例えば、2以上のOH官能価を有する多価アルコール、または1.8より大きい官能価を有するポリオール、例えば先に記載したタイプのもの)によるラクトン(例えば、ブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトン)またはラクトン混合物の付加反応によって好ましくは得ることができるような、ラクトンのホモポリマーまたはコポリマーに基づくこともできる。
本発明において使用される好ましいポリオールは、1.8〜3.1の官能価および200〜4000g/molの数平均分子量を有するポリエーテルポリオールであり、1.9〜2.2の官能価および500〜2000g/mol(特に600〜1400g/mol)の数平均分子量を有するポリ(テトラヒドロフラン)が特に好ましい。ブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトンおよびε−カプロラクトンの付加物が特に好ましい。
そのようなポリエステルポリオールは、好ましくは400〜6000g/mol、特に好ましくは800〜3000g/molの数平均分子量を有する。そのOH官能価は、好ましくは1.8〜3.5、特に好ましくは1.9〜2.2である。
適当なポリカーボネートポリオールは、有機カーボネートまたはホスゲンとジオールまたはジオール混合物との反応により自体既知の方法で得ることができる。
適当な有機カーボネートは、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびジフェニルカーボネートである。
適当なジオールまたは混合物は、ポリエステルセグメントに関する記載に示した2以上のOH官能価を有する多価アルコール、好ましくは、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールおよび/または3−メチルペンタンジオールを包含する。即ち、ポリエステルポリオールをポリカーボネートポリオールに変換してもよい。
そのようなポリカーボネートポリオールは、好ましくは400〜4000g/mol、特に好ましくは500〜2000g/molの数平均分子量を有する。これらのポリオールのOH官能価は、好ましくは1.8〜3.2、特に好ましくは1.9〜3.0である。
適当なポリエーテルポリオールは、OH官能性スターター分子またはNH官能性スターター分子による環式エーテルの重付加物であり、重付加物は場合により、ブロック構造を有する。
適当な環式エーテルは、例えば、スチレンオキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、ブチレンオキシド、エピクロロヒドリンおよびそれらの所望の混合物である。
使用してよいスターターは、ポリエステルポリオールに関する記載に示した2以上のOH官能価を有する多価アルコール、並びに第一級または第二級のアミンおよびアミノアルコールである。
好ましいポリエーテルポリオールは、プロピレンオキシドのみに基づくか、或いはプロピレンオキシドと別の1−アルキレンオキシドとに基づく(別の1−アルキレンオキシドの割合は80重量%以下である)ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーに基づく、先に記載したタイプのポリエーテルポリオールである。プロピレンオキシドホモポリマー、並びにオキシエチレン単位、オキシプロピレン単位および/またはオキシブチレン単位を有するランダムコポリマーまたはブロックコポリマーが特に好ましく、全てのオキシエチレン単位、オキシプロピレン単位およびオキシブチレン単位の総量に基づくオキシプロピレン単位の割合は、少なくとも20重量%、好ましくは少なくとも45重量%を占める。ここで、オキシプロピレンおよびオキシブチレンはそれぞれ、直鎖および分岐のC3異性体の全て並びに直鎖および分岐のC4異性体の全てを包含する。
そのようなポリエーテルポリオールは、好ましくは250〜10000g/mol、特に好ましくは500〜8500g/mol、とりわけ好ましくは600〜4500g/molの数平均分子量を有する。OH官能価は、好ましくは1.5〜4.0、特に好ましくは1.8〜3.1、とりわけ好ましくは1.9〜2.2である。
好ましく使用される特定のポリエーテルポリオールは、Y(X−H)タイプのヒドロキシ官能性マルチブロックコポリマーを含んでなるイソシアネート反応性成分からなるポリエーテルポリオールである。ここで、i=1〜10、n=2〜8であり、数平均分子量は1500g/molより大きく、Xセグメントはいずれの場合も式II:
−CH−CH(R)−O− 式II
[式中、Rは、水素、置換されていてもよくまたはヘテロ原子(例えばエーテル酸素)によって中断されていてもよいアルキル基またはアリール基である]
で示されるオキシアルキレン単位からなり、Yは基剤を形成するスターターであり、Xセグメントの割合は、XセグメントおよびYセグメントの総量に基づいて少なくとも50重量%を占める。
外部ブロックXは、Y(X−H)の総分子量に基づいて、少なくとも50重量%、好ましくは66重量%を占め、式IIで示されるモノマー単位からなる。Y(X−H)において、nは、好ましくは2〜6の数、特に好ましくは2または3、とりわけ好ましくは2である。Y(X−H)において、iは、好ましくは1〜6の数、特に好ましくは1〜3の数、とりわけ好ましくは1である。
式IIにおいて、Rは好ましくは、水素、メチル基、ブチル基、ヘキシル基またはオクチル基、或いはエーテル基含有アルキル基である。好ましいエーテル基含有アルキル基は、オキシアルキレン単位に基づくエーテル基含有アルキル基である。
マルチブロックコポリマーY(X−H)は、好ましくは1200g/mol超、特に好ましくは1950g/mol超の数平均分子量を有するが、好ましくは12000g/mol以下、特に好ましくは8000g/mol以下の数平均分子量を有する。
ブロックは、同じオキシアルキレン反復単位のみを含んでもよい。Xブロックは、異なったオキシアルキレン単位からランダムになるか、またはブロック構造で異なったオキシアルキレン単位からなってもよい。
セグメントは、好ましくは、プロピレンオキシドのみに基づくか、或いはプロピレンオキシドと別の1−アルキレンオキシドとの(別の1−アルキレンオキシドの割合は80重量%以下である)ランダム混合物またはブロック様混合物に基づく。
特に好ましいセグメントXは、プロピレンオキシドホモポリマー、並びにオキシエチレン単位および/またはオキシプロピレン単位を有する(全てのオキシエチレン単位およびオキシプロピレン単位の総量に基づくオキシプロピレン単位の割合は、少なくとも20重量%、特に好ましくは40重量%を占める)ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーである。
後に記載するように、Xブロックは、先に記載したアルキレンオキシドの開環重合によって、nヒドロキシ官能性またはnアミノ官能性のスターターブロックY(H)に付加される。
Y(X−H)中に50重量%未満、好ましくは34重量%未満の量で存在する内部ブロックYは、環式エーテルに基づいたジヒドロキシ官能性ポリマー構造および/またはより高いヒドロキシ官能価を有するポリマー構造からなるか、或いはジヒドロキシ官能性の、ポリカーボネート構成単位、ポリエステル構成単位、ポリ(メタ)アクリレート構成単位、エポキシ樹脂構成単位および/またはポリウレタン構成単位、および/またはより高いヒドロキシ官能価を有する前記構成単位、または対応するハイブリッドからなる。
適当なポリエステルポリオールは、脂肪族、脂環式または芳香族のジカルボン酸、ポリカルボン酸またはそれらの無水物(例えば、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、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、o−フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸またはトリメリット酸、および酸無水物、例えば、o−フタル酸無水物、トリメリット酸無水物またはコハク酸無水物)或いはそれらの混合物と、多価アルコール(例えば、エタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたはテトラエチレングリコール、1,2−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールまたはテトラプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、1,4−ジヒドロキシシクロヘキサン、1,4−ジメチロールシクロヘキサン、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール)またはそれらの混合物とから、場合により高官能性ポリオール(例えば、トリメチロールプロパン)の使用を伴って、既知の方法で調製され得るような、直鎖ポリエステルジオールまたは分枝ポリエステルポリオールである。ポリエステルポリオールの調製に適した多価アルコールはもちろん、脂環式および/または芳香族のジヒドロキシ化合物およびポリヒドロキシ化合物であってもよい。ポリエステルの調製に、遊離ポリカルボン酸に代えて、対応するポリカルボン酸無水物または対応する低級アルコールのポリカルボン酸エステル或いはそれらの混合物を使用することも可能である。
ポリエステルポリオールは、ひまし油のような天然原料に基づいてもよい。ポリエステルポリオールは、ヒドロキシ官能性化合物(例えば、好ましくは2のヒドロキシ官能価を有する多価アルコール、例えば前記タイプのもの)によるラクトン(例えば、ブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトン)またはラクトン混合物の付加反応によって好ましくは得ることができるような、ラクトンのホモポリマーまたはコポリマーに基づくこともできる。
そのようなポリエステルポリオールは、好ましくは200〜2000g/mol、特に好ましくは400〜1400g/molの数平均分子量を有する。
適当なポリカーボネートポリオールは、有機カーボネートまたはホスゲンとジオールまたはジオール混合物との反応によって、それ自体既知の方法で得ることができる。
適当な有機カーボネートは、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびジフェニルカーボネートである。
適当なジオールまたは混合物は、ポリエステルポリオールに関する記載に示された2のヒドロキシ官能価を有する多価アルコール、好ましくは、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールおよび/または3−メチルペンタンジオールを包含する。ポリエステルポリオールを、ポリカーボネートポリオールに変換してもよい。ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートを前記アルコールとの反応に使用してポリカーボネートポリオールを生成することが特に好ましい。
そのようなポリカーボネートポリオールは、好ましくは400〜2000g/mol、特に好ましくは500〜1400g/mol、とりわけ好ましくは650〜1000g/molの数平均分子量を有する。
適当なポリエーテルポリオールは、場合により、OH官能性またはNH官能性スターター分子による環式エーテルの重付加物であり、この重付加物は、場合によりブロック構造を有する。例えば、ポリエーテルポリオールとして以下を挙げることができる:スチレンオキシド、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、ブチレンオキシド、エピクロロヒドリンの重付加物並びにそれらの混合付加物およびグラフト生成物、並びに多価アルコールまたはその混合物の縮合によって得られたポリエーテルポリオール、並びに多価アルコール、アミンおよびアミノアルコールのアルコキシル化によって得られたポリエーテルポリオール。
適当な環式エーテルのポリマーは、特に、テトラヒドロフラン重合体である。
ポリエステルポリオールに関する記載に示された多価アルコール、並びに2〜8、好ましくは2〜6、特に好ましくは2〜3、とりわけ好ましくは2のOH官能価またはNH官能価を有する第一級または第二級のアミンおよびアミノアルコールを、スターターとして使用してよい。
そのようなポリエーテルポリオールは、好ましくは200〜2000g/mol、特に好ましくは400〜1400g/mol、とりわけ好ましくは650〜1000g/molの数平均分子量を有する。
テトラヒドロフラン重合体を、スターターに使用するポリエーテルポリオールとして使用することが好ましい。
もちろん、前記成分の混合物を、内部ブロックYに使用することもできる。
内部ブロックYに好ましい成分は、3100g/mol未満の数平均分子量を有する、テトラヒドロフラン重合体、脂肪族ポリカーボネートポリオールおよびポリエステルポリオール、並びにε−カプロラクトン重合体である。
内部ブロックYに特に好ましい成分は、3100g/mol未満の数平均分子量を有する、テトラヒドロフラン二官能性重合体、二官能性脂肪族ポリカーボネートポリオールおよびポリエステルポリオール、並びにε−カプロラクトン重合体である。
とりわけ好ましくは、スターターセグメントYは、500g/mol超〜2100g/mol未満の数平均分子量を有する、二官能性脂肪族ポリカーボネートポリオール、ポリ(ε−カプロラクトン)、またはテトラヒドロフラン重合体に基づく。
構造Y(X−H)で示され、好ましく使用されるブロックコポリマーは、前記ブロックXを50重量%超含んでなり、1200g/mol超の全体の数平均分子量を有する。
特に好ましいブロックコポリマーは、50重量%以下の脂肪族ポリエステル、脂肪族ポリカーボネートポリオールまたはポリ−THF、および50重量%以上の本発明に従った前記ブロックXからなり、1200g/mol超の数平均分子量を有する。特に好ましいブロックコポリマーは、50重量%以下の脂肪族ポリカーボネートポリオール、ポリ(ε−カプロラクトン)またはポリ−THF、および50重量%以上の本発明に従った前記ブロックXからなり、1200g/mol超の数平均分子量を有する。
とりわけ好ましいブロックコポリマーは、34重量%以下の脂肪族ポリカーボネートポリオール、ポリ(ε−カプロラクトン)またはポリ−THF、および66重量%以上の本発明に従った前記ブロックXからなり、1950g/mol超〜9000g/mol未満の数平均分子量を有する。
前記ブロックコポリマーは、アルキレンオキシド付加方法によって調製される。第一に、ツェレビチノフ活性水素原子含有スターター化合物Y(H)によるアルキレンオキシドの塩基触媒付加反応が工業的に重要であり、第二に、この反応の実施のための複金属シアン化物化合物(DMC触媒)の使用がますます重要となってきている。ツェレビチノフによって発見された方法によりヨウ化メチルマグネシウムとの反応によってメタンを生成するならば、N、OまたはSと結合した水素は、ツェレビチノフ活性水素と称される(時には単に「活性水素」とも称される)。ツェレビチノフ活性水素含有化合物の典型的な例は、官能基として、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基またはチオール基を含有する化合物である。ツェレビチノフ活性水素原子含有スターター化合物によるアルキレンオキシド(例えば、エチレンオキシドまたはプロピレンオキシド)の塩基触媒付加反応は、アルカリ金属水酸化物の存在下で実施されるが、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属カルボン酸塩またはアルカリ土類金属水酸化物を使用することもできる。アルキレンオキシド付加反応の完了後、例えば希釈した無機酸(例えば、硫酸またはリン酸)での中和および得られた塩の除去によって、ポリエーテル鎖上の重合活性中心を失活させなければならない。本発明の方法では、DMC触媒を使用することが好ましい。例えば、US−A 5 470 813、EP−A 700 949、EP−A 743 093、EP−A 761 708、WO 97/40086、WO 98/16310およびWO 00/47649に記載されている高活性DMC触媒を使用することが特に好ましい。典型的な例は、EP−A 700 949に記載され、複金属シアン化物化合物(例えばヘキサシアノコバルト酸亜鉛(III))および有機錯体配位子(例えばtert−ブタノール)に加えて500g/mol超の数平均分子量を有するポリエーテルも含有する、高活性DMC触媒である。これらの触媒は、高活性の故に、ポリエーテルポリオールの更なる後処理が不要になるほどの少量で使用することができる。調製方法を、以下に詳細に記載する。ブロックコポリマー中に50重量%未満の量で存在するOH官能性前駆体Yを「スターターポリオール」として使用し、そこへアルキレンオキシドを重合させると、最終的にマルチブロックコポリマーが得られる。好ましく使用されるアルキレンオキシドは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドおよびそれらの混合物である。アルコキシル化によるポリエーテル鎖の合成は、例えば、1種の単量体エポキシドのみを使用して、或いは複数の異なった単量体エポキシドをランダムにまたはブロック様で使用して実施してよい。
マトリックスポリマーの調製における成分a)およびb)の好ましい組み合わせは、以下のものである。
A)HDIに基づくイソシアヌレート、ウレトジオン、イミノオキサジアジンジオンおよび/または他のオリゴマーと;1.8〜3.1の官能価および200〜4000g/molの数平均分子量を有するポリエーテルポリオールによるブチロカプロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトンの付加物との組み合わせ。特に好ましくは、HDIに基づくオリゴマー、イソシアヌレートおよび/またはイミノオキサジアジンジオンと;1.9〜2.2の官能価および500〜2000g/mol(特に600〜1400g/mol)の数平均分子量を有するポリ(テトラヒドロフラン)によるε−カプロラクトンの付加物(全体の数平均分子量は800〜4500g/mol、特に1000〜3000g/molである)との組み合わせ。
B)HDIに基づくオリゴマー、イソシアヌレートおよび/またはイミノオキサジアジンジオンと;ブタン−1,4−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールまたは500g/mol未満の数平均分子量を有するポリエチレングリコール、トリプロピレングリコールおよび/またはテトラプロピレングリコールと、脂肪族ジカルボン酸またはポリカルボン酸或いは無水物(例えば、アジピン酸および/またはコハク酸)、或いは前記した脂肪族ポリカルボン酸または無水物と芳香族ポリカルボン酸または無水物(例えばテレフタル酸および/またはイソフタル酸)との混合物(芳香族ポリカルボン酸または無水物の割合は、使用されるポリカルボン酸または無水物の総量に基づいて30重量%未満を占める)とに基づく(1000〜4000g/molの数平均分子量および1.9〜3.0の官能価を有する)ポリエステルポリオールとの組み合わせ。
C)脂肪族イソシアネート官能性化合物と、200〜6000g/molの数平均分子量を有するオリゴマーまたはポリマーイソシアネート反応性化合物とから得られたウレタン、アロファネートまたはビウレットと;500〜8500g/molの数平均分子量および1.8〜3.2のOH官能価を有し、ポリプロピレンオキシドのみに基づくかまたはプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドに基づく(エチレンオキシドの割合は60重量%以下である)ランダムコポリマー若しくはブロックコポリマーに基づく、ポリエーテルポリオールとの組み合わせ。HDIまたはTMDIと、200〜2100g/molの数平均分子量を有する二官能性ポリエーテルポリオール(特にポリプロピレングリコール)とから得られたアロファネートと;1800〜4500g/molの数平均分子量および1.9〜2.2のOH官能価を有するプロピレンオキシドホモポリマーとの組み合わせが特に好ましい。
D)脂肪族イソシアネート官能性化合物と、200〜6000g/molの数平均分子量を有するオリゴマーまたはポリマーイソシアネート反応性化合物とから得られたウレタン、アロファネートまたはビウレット;またはHDIに基づくイソシアヌレート、ウレトジオン、イミノオキサジアジンジオンおよび/または他のオリゴマーと;式II[式中、Yは、いずれの場合も1.8〜3.1のOH官能価および400〜2000g/molの数平均分子量を有する純脂肪族ポリカーボネートポリオールまたはテトラヒドロフラン重合体であり、nは2であり、iは1または2であり、RはメチルまたはHである]で示され、1950〜9000g/mol、好ましくは1950〜6000g/molの全体の数平均分子量を有するポリエーテルブロックコポリマーまたはマルチブロックコポリマーとの組み合わせ。HDIまたはTMDIと、200〜2100g/molの数平均分子量を有する二官能性ポリエーテルポリオール(特にポリプロピレングリコール)とから得られたアロファネート;または脂肪族ジアミンまたはポリアミンと脂肪族ジイソシアネート(特にHDIおよびTMDI)とに基づき(特に二官能性脂肪族イソシアネートの他のオリゴマーとの混合物としての)200〜1400g/molの数平均分子量を有するビウレット;または脂肪族、芳香脂肪族または脂環式の二官能性、三官能性または多官能性C2〜20アルコールによる(特に二官能性脂肪族C3〜12アルコールによる)ブチロラクトン、ε−カプロラクトンおよび/またはメチル−ε−カプロラクトン(特にε−カプロラクトン)の(200〜3000g/mol、特に好ましくは1000〜2000g/molの数平均分子量を有する)付加物に基づき、HDIまたはTMDIから得られた(特に二官能性脂肪族イソシアネートの他のオリゴマーとの混合物としての)ウレタン;またはHDIに基づくイソシアヌレート、イミノオキサジアジンジオンおよび/または他オリゴマーと;式II[式中、Yは、1.8〜2.2のOH官能価および600〜1400g/mol(特に1000g/molまで)の数平均分子量を有する、1,4−ブタンジオールおよび/または1,6−ヘキサンジオールとジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネートとに基づく純脂肪族ポリカーボネートポリオール、或いはテトラヒドロフラン重合体であり、nは2であり、iは1または2であり、RはメチルまたはHであり、エチレンオキシドの単位はXの総量に基づいて60重量%以下である]で示されるポリエーテルブロックコポリマーまたはマルチブロックコポリマーとの組み合わせが特に好ましい。
成分e)として、1種以上の光開始剤を使用する。光開始剤は通常、化学線によって活性化されて、相応の重合性基の重合を開始することができる開始剤である。光開始剤は、それ自体既知の市販化合物であり、一分子(I型)開始剤と二分子(II型)開始剤とに分類されている。更に、化学的性質に依存して、これらの開始剤は、ラジカル重合、アニオン重合(または)カチオン(または混合)重合に使用される。
ラジカル光重合のための(I型)系は、例えば、第3級アミンと組み合わせた芳香族ケトン化合物(例えばベンゾフェノン)、アルキルベンゾフェノン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、アントロンおよびハロゲン化ベンゾフェノンまたは前記タイプの混合物である。適当な共開始剤(例えば、メルカプトベンゾキサゾールおよびα−ヒドロキシアルキルフェノン)を伴った、(II型)開始剤、例えば、ベンゾインおよびその誘導体、ベンジルケタール、アシルホスフィンオキシド、例えば、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、ビスアシルホスフィンオキシド、フェニルグリオキシル酸エステル、カンファーキノン、α−アミノアルキルフェノン、α,α−ジアルコキシアセトフェノン、1−[4−(フェニルチオ)フェニル]オクタン−1,2−ジオン−2−(O−ベンゾイルオキシム)、種々に置換されたヘキサアリールビスイミダゾール(HABI)もまた適している。EP−A 0223587に記載され、アリールホウ酸アンモニウムと1種以上の染料との混合物からなる光開始剤組成物を、光開始剤として使用することもできる。アリールホウ酸アンモニウムとして、例えば、テトラブチルアンモニウムトリフェニルヘキシルボレート、テトラブチルアンモニウムトリフェニルブチルボレート、テトラブチルアンモニウムトリナフチルブチルボレート、テトラメチルアンモニウムトリフェニルベンジルボレート、テトラ(n−ヘキシル)アンモニウム(sec−ブチル)トリフェニルボレート、1−メチル−3−オクチルイミダゾリウムジフェニルジフェニルボレート、テトラブチルアンモニウムトリス(4−tert−ブチル)フェニルブチルボレート、テトラブチルアンモニウムトリス(3−フルオロフェニル)ヘキシルボレート、およびテトラブチルアンモニウムトリス(3−クロロ−4−メチルフェニル)ヘキシルボレートが適している。適当な染料は、例えば、ニューメチレンブルー、チオニン、ベーシックイエロー、ピナシアノールクロリド、ローダミン6G、ガロシアニン、エチルバイオレット、ビクトリアブルーR、セレスチンブルー、キナルジンレッド、クリスタルバイオレット、ブリリアントグリーン、アストラゾンオレンジG、ダロウレッド、ピロニンY、ベーシックレッド29、ピリリウムI、サフラニンO、シアニンおよびメチレンブルー、アズールA(Cunninghamら、RadTech '98 North America UV/EB Conference Proceedings, シカゴ、1998年4月19日〜22日)である。
アニオン重合に使用される光開始剤は、概して(I型)系であり、第一系列遷移金属錯体から誘導される。本発明では、クロム塩、例えば、トランス−Cr(NH(NCS)−(Kutalら、Macromolecules 1991, 24, 6872)またはフェロセン化合物(Yamaguchiら、Macromolecules 2000, 33, 1152)が適している。アニオン重合の別の可能性は、光分解によってシアノアクリレートを重合できる、クリスタルバイオレットロイコニトリルまたはマラカイトグリーンロイコニトリルのような染料の使用にある(Neckersら、Macromolecules 2000, 33, 7761)。しかしながら、発色団がポリマーに組み込まれるので、得られるポリマーは全体に着色される。
カチオン重合に使用される光開始剤は、実質上、以下の3種類を包含する:アリールジアゾニウム塩、オニウム塩(本発明では、とりわけ、ヨードニウム塩、スルホニウム塩およびセレノニウム塩)および有機金属化合物。露光すると、水素供与体の存在下および不存在下、フェニルジアゾニウム塩は、重合を開始するカチオンを生じることができる。系全体の有効性は、ジアゾニウム化合物に使用された対イオンの性質によって決まる。ここでは、それほど反応性ではないが極めて高価なSbF 、AsF またはPF が適している。薄膜被覆への使用には、これらの化合物は概して適当ではない。なぜなら、露光後に遊離される窒素が、薄膜表面の品質を低下させる(ピンホール)からである(Liら、Polymeric Materials Science and Engineering, 2001, 84, 139)。オニウム塩、特にスルホニウム塩およびヨードニウム塩が、極めて広範囲で使用され、多くの形態で市販されている。これら化合物の光化学は、長い間研究されてきた。ヨードニウム塩は励起後まず均等開裂し、それによってラジカルおよびラジカルアニオンを生じ、ラジカルおよびラジカルアニオンは、H引き抜きにより安定化され、プロトンを遊離し、次いでカチオン重合を開始する(Dektarら、J. Org. Chem. 1990, 55, 639; J. Org. Chem., 1991, 56, 1838)。このメカニズムは、ヨードニウム塩のラジカル光重合への使用も可能にする。ここでも、対イオンの選択が再び重要であり、SbF 、AsF またはPF が同様に好ましい。他の点では、この構造分類において、芳香族の置換基の選択は完全に自由であり、合成に適した出発構成単位の利用可能性によって実質的に決定される。スルホニウム塩は、ノリッシュII型反応に従って分解する化合物である(Crivelloら、Macromolecules, 2000, 33, 825)。スルホニウム塩の場合もまた、対イオンの選択が重要であり、この選択が実質的にポリマーの硬化速度に現れる。SbF 塩を使用した場合に概して最良の結果が得られる。ヨードニウム塩およびスルホニウム塩の自己吸収が300nm未満で起こるので、これらの化合物は、近紫外線または短波長可視光での光重合に対して適当に増感させなければならない。これは、より高吸収性の芳香族、例えば、アントラセンおよびその誘導体(Guら、Am. Chem. Soc. Polymer Preprints, 2000, 41 (2), 1266)またはフェノチアジンまたはその誘導体(Huaら、Macromolecules 2001, 34, 2488-2494)を使用することによって達成される。
これらの化合物の混合物を使用することが有利な場合もある。硬化に使用される線源に応じて、当業者に既知の方法で、光開始剤のタイプおよび濃度を適合させなければならない。詳細は、例えばP. K. T. Oldring編、Chemistry & Technology of UV & EB Formulations For Coatings, Inks & Paints, 第3巻、1991, SITA Technology, London, 第61〜328頁に記載されている。
好ましい光開始剤e)は、テトラブチルアンモニウムトリフェニルヘキシルボレート、テトラブチルアンモニウムトリフェニルブチルボレート、テトラブチルアンモニウムトリナフチルブチルボレート、テトラブチルアンモニウムトリス(4−tert−ブチル)フェニルブチルボレート、テトラブチルアンモニウムトリス(3−フルオロフェニル)ヘキシルボレートおよびテトラブチルアンモニウムトリス(3−クロロ−4−メチルフェニル)ヘキシルボレートと、染料、例えば、アストラゾンオレンジG、メチレンブルー、ニューメチレンブルー、アズールA、ピリリウムI、サフラニンO、シアニン、ガロシアニン、ブリリアントグリーン、クリスタルバイオレット、エチルバイオレットおよびチオニンとの混合物である。
使用される光開始剤組成物は、好ましくは、アニオン染料、カチオン染料または中性染料、および共開始剤を含んでなる。
感光性ポリマー組成物の別の成分は、d)ラジカル安定剤、任意にf)触媒またはg)他の助剤および添加剤であってよい。
例えば“Methoden der organic Chemie" (Houben-Weyl), 第4版、第XIV/1巻、第433頁など、Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1961に記載されているような、重合禁止剤および酸化防止剤が、ラジカル安定剤の例として適している。適当な物質の例は、フェノール、例えば2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、クレゾール、ヒドロキノン、ベンジルアルコール、例えばベンズヒドロール、場合によりキノン、例えば2,5−ジ−tert−ブチルキノン、場合により芳香族アミン、例えばジイソプロピルアミンまたはフェノチアジンである。
2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、フェノチアジン、p−メトキシフェノール、2−メトキシ−p−ヒドロキノンおよびベンズヒドロールが好ましい。
場合により、1種以上の触媒を使用してよい。触媒は、ウレタン生成を促進する触媒である。このために知られている触媒は、例えば、オクタン酸スズ、オクタン酸亜鉛、ジラウリン酸ジブチルスズ、ジメチルビス[(1−オキソネオデシル)オキシ]スタンナン、ジカルボン酸ジメチルスズ、ジルコニウムビス(エチルヘキサノエート)、ジルコニウムアセチルアセトネート、または第三級アミン、例えば、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、1,1,3,3−テトラメチルグアニジン、1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−1−メチル−2H−ピリミド(1,2−a)ピリミジンである。
ジラウリン酸ジブチルスズ、ジメチルビス[(1−オキソネオデシル)オキシ]スタンナン、ジカルボン酸ジメチルスズ、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、1,1,3,3−テトラメチルグアニジン、1,3,4,6,7,8−ヘキサヒドロ−1−メチル−2H−ピリミド(1,2−a)ピリミジンが好ましい。
もちろん、場合により、別の助剤または添加剤を使用してもよい。これらは、例えば、被覆技術の分野で常套の添加剤、例えば、溶媒、可塑剤、均展剤または接着促進剤であってよい。1つのタイプの添加剤を複数種、同時に使用することが有利な場合もある。もちろん、色々なタイプの添加剤を複数種使用することが有利な場合もある。
感光性ポリマー組成物は付加的に、可塑剤としてウレタンを含有してよく、ウレタンは好ましくは少なくとも1個のフッ素原子で置換されていてよい。
ウレタンは好ましくは、一般式III:
Figure 0005638085
で示される構成要素を有する化合物である。
ウレタンは、先に記載したように、単官能性アルコールおよび単官能性イソシアネートから得ることができる。ウレタンは好ましくは、少なくとも1個のフッ素原子で置換されている。
フルオロウレタンが一般式IV:
Figure 0005638085
[式中、nは1以上8以下であり、R、R、Rは、水素、および/または互いに独立して未置換のまたは場合によりヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖、分岐、環式または複素環式の有機基であり、基R、R、Rの少なくとも1つは少なくとも1個のフッ素原子で置換されている]
で示される場合が更に好ましい。本発明では、Rが少なくとも1個のフッ素原子を有する有機基であることが特に好ましい。
別の態様では、Rは、1〜20個のCF基および/または1個以上のCF基、より好ましくは1〜15個のCF基および/または1個以上のCF基、特に好ましくは1〜10個のCF基および/または1個以上のCF基、とりわけ好ましくは1〜8個のCF基および/または1個以上のCF基を含んでなり、Rは、C〜C20アルキル基(好ましくはC〜C15アルキル基、特に好ましくはC〜C10アルキル基)または水素を含んでなり、および/またはRは、C〜C20アルキル基(好ましくはC〜C15アルキル基、特に好ましくはC〜C10アルキル基)または水素を含んでなる。
フルオロウレタンは、10〜80重量%、好ましくは13〜70重量%、特に好ましくは17.5〜65重量%のフッ素含量を有してよい。
本発明の別の好ましい態様では、感光性ポリマー組成物が、10〜89.999重量%、好ましくは25〜70重量%のマトリックスポリマー、10〜60重量%、好ましくは25〜50重量%の書込モノマー、0.001〜5重量%の光開始剤、任意に、0〜4重量%、好ましくは0〜2重量%の触媒、0〜5重量%、好ましくは0.001〜1重量%のラジカル安定剤、0〜30重量%、好ましくは0〜25重量%の可塑剤、および0〜5重量%、好ましくは0.1〜5重量%の別の添加剤を含有し、全成分の和が100重量%となることが意図される。
成分a)および成分b)の化合物からなるマトリックスポリマーの25〜70重量%、25〜50重量%の書込モノマー、0.001〜5重量%の光開始剤、0〜2重量%の触媒、0.001〜1重量%のラジカル安定剤、任意に0〜25重量%の先に記載したウレタン、場合により0.1〜5重量%の別の添加剤を含んでなる感光性ポリマー組成物を使用することが特に好ましい。
本発明の第二の態様は、光学素子の製造のための、特にホログラフィック素子およびホログラフィー像の製造のための、本発明の感光性ポリマー組成物の使用に関する。ホログラフィック素子は例えば、光学レンズ機能、ミラー機能、偏向ミラー機能、フィルター機能、拡散スクリーン機能、回折素子機能、光導体機能、導波管機能、映写スクリーン機能および/またはマスク機能を有してよい。また、個人肖像写真、セキュリティードキュメントの生体認証表示、或いは一般に広告、セキュリティーラベル、商標保護、商標ブランド設定、ラベル、意匠要素、装飾、イラスト、回数券、イメージなどのための画像または画像構造の、および(とりわけ前記物質と組み合わせて)デジタルデータを表すことができる画像の、ホログラフィー像またはホログラフィック表示を作成することもできる。本発明の感光性ポリマー組成物から、シート、フィルム、層、層状構造または成形品を製造することもできる。
本発明の第三の態様は、マトリックスポリマー、書込モノマー、光開始剤、任意に可塑剤、および任意に別の添加剤を混合して感光性ポリマー組成物を製造する、本発明の感光性ポリマー組成物の製造方法である。
従って、本発明は更に、本発明の感光性ポリマー組成物を基材または型に適用して硬化させる、視覚ホログラムを書込むための媒体の製造方法に関する。本発明はまた、そのようにして得ることができる媒体に関する。
本発明の方法は好ましくは、成分a)を除いた本発明のポリウレタン組成物の成分を互いに均一に混合し、基材または型に適用する直前に成分a)を混合するように実施する。
混合には、混合技術から当業者にそれ自体既知の方法および装置の全て、例えば、撹拌槽または動的ミキサーおよび静的ミキサーを使用できる。しかしながら、デッドスペースのないまたは小さいデッドスペースしかない装置が好ましい。更に、非常に短時間で、混合する二成分を十分に混合できる方法が好ましい。このために、特に動的ミキサー、とりわけ、成分がミキサー内でしか互いに接触しない動的ミキサーが適している。
処理中の温度は0〜100℃、好ましくは10〜80℃、特に好ましくは20〜60℃である。
必要ならば、減圧下(例えば1mbar)で、各成分または混合物全体を脱気してもよい。得られる媒体において残留気体によって気泡が形成されることを防ぐために、特に成分a)の添加後に、脱気することが好ましい。
成分a)の混合前、混合物を貯蔵安定中間生成物として、場合により数ヶ月間貯蔵することができる。
本発明のポリウレタン組成物の成分a)を混合した後、組成に応じて室温で数秒から数時間以内に硬化する、液状組成物が得られる。
ポリウレタン組成物の成分の比、タイプおよび反応性は、好ましくは、成分a)の混合後に室温で数分から16時間以内に硬化するように調節する。
硬化挙動に関する前記調節は、当業者にとっては、成分および各々の場合に利用できる成分、特に好ましい成分の、前記量的範囲内での日常的な実験として、容易に実施できるものである。
全成分の混合が完了した直後、本発明のポリウレタン組成物は、25℃で典型的には10〜100,000mPas、好ましくは100〜20,000mPas、特に好ましくは200〜10,000mPas、とりわけ好ましくは500〜5000mPasの粘度を有するので、溶媒不含有状態であっても非常に良好な加工性を有する。適当な溶媒を含有する溶液では、25℃で10,000mPas未満、好ましくは2000mPas未満、特に好ましくは500mPas未満の粘度を確立することができる。
15gの量で、0.005重量%〜0.1重量%の触媒含量を伴って、25℃で4時間未満に硬化する、前記タイプのポリウレタン組成物が有利であることがわかっている。
基材または型への適用には、当業者に知られている各常套法の全てが適しており、その例は、特に、ナイフ塗布、流し込み、印刷、スクリーン印刷、噴霧またはインクジェット印刷である。
本発明の第四の態様は、書込モノマーを電磁線によって選択的に重合させる、本発明の感光性ポリマー組成物を含んでなるホログラフィック媒体の露光方法である。
本発明の好ましい態様は、以下を包含する。
〔1〕マトリックスポリマー、少なくとも2種の異なった書込モノマーの組み合わせ、および光開始剤を含んでなる感光性ポリマー組成物であって、マトリックスポリマーがポリウレタンであり、書込モノマーが、405nmの波長で測定したそれぞれの屈折率n 20 について0.200以下の差で異なり、書込モノマーが、いずれの場合も405nmの波長で測定した屈折率n 20 について1.45以上の値を有することを特徴とする感光性ポリマー組成物。
〔2〕書込モノマーが、405nmの波長で測定したそれぞれの屈折率n 20 について0.100以下、特に0.065以下の差で異なり、いずれの場合も405nmの波長で測定した屈折率n 20 について1.50以上、特に好ましくは1.55以上の値を有することを特徴とする、上記〔1〕に記載の感光性ポリマー組成物。
〔3〕書込モノマーが、アクリレートおよび/またはメタクリレート、好ましくはウレタンアクリレートおよび/またはウレタンメタクリレートであることを特徴とする、上記〔1〕または〔2〕に記載の感光性ポリマー組成物。
〔4〕書込モノマーが、単官能性、二官能性、三官能性および/または多官能性であることを特徴とする、上記〔3〕に記載の感光性ポリマー組成物。
〔5〕単官能性書込モノマーと多官能性書込モノマーとの組み合わせ、特に単官能性書込モノマーと二官能性書込モノマーまたは三官能性書込モノマーとの組み合わせ、或いは二官能性書込モノマーと三官能性書込モノマーとの組み合わせを含有することを特徴とする、上記〔4〕に記載の感光性ポリマー組成物。
〔6〕マトリックスポリマーが、イソシアネート成分a)とイソシアネート反応性成分b)との反応により得ることができるポリウレタンであることを特徴とする、上記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
〔7〕光開始剤が、化学線によって活性化することができる開始剤であることを特徴とする、上記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
〔8〕可塑剤を含有することを特徴とする、上記〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
〔9〕可塑剤がウレタンおよび/またはフッ素化ウレタンであることを特徴とする、上記〔8〕に記載の感光性ポリマー組成物。
〔10〕ウレタンが式IV:
〔化1〕
Figure 0005638085
[式中、nは1以上8以下であり、R 、R 、R は、水素、および/または互いに独立して未置換のまたは場合によりヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖、分岐、環式または複素環式の有機基であり、好ましくは基R 、R 、R の少なくとも1つは少なくとも1個のフッ素原子で置換されており、特に好ましくはR は少なくとも1個のフッ素原子を有する有機基である]
で示されることを特徴とする、上記〔9〕に記載の感光性ポリマー組成物。
〔11〕10〜89.999重量%、好ましくは25〜70重量%のマトリックスポリマー、10〜60重量%、好ましくは25〜50重量%の書込モノマー、0.001〜5重量%の光開始剤、任意に、0〜4重量%、好ましくは0〜2重量%の触媒、0〜5重量%、好ましくは0.001〜1重量%のラジカル安定剤、0〜30重量%、好ましくは0〜25重量%の可塑剤、および0〜5重量%、好ましくは0.1〜5重量%の別の添加剤を含有し、全成分の和が100重量%であることを特徴とする、上記〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
〔12〕光学素子の製造のための、特にホログラフィック素子およびホログラフィー像の製造のための、上記〔1〕〜〔11〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物の使用。
〔13〕マトリックスポリマー、書込モノマー、光開始剤、任意に可塑剤、および任意に別の添加剤を混合して感光性ポリマー組成物を製造する、上記〔1〕〜〔12〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物の製造方法。
〔14〕書込モノマーを電磁線によって選択的に重合させる、上記〔1〕〜〔11〕のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物を含んでなるホログラフィック媒体の露光方法。
以下の実施例により本発明を説明する。特に記載のない限り、全てのパーセントは重量に基づく。
出発物質:
イソシアネート成分1:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、ヘキサンジイソシアネートに基づくポリイソシアネート、少なくとも30%のイミノオキサジアジンジオン割合、NCO含量:23.5%。
イソシアネート成分2: Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、4000g/molの数平均分子量を有する、ポリプロピレングリコールへのヘキサンジイソシアネートの完全アロファネート、NCO含量:5.6〜6.4%。
イソシアネート成分3:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、ヘキサンジイソシアネートに基づく脂肪族ポリイソシアネート、NCO含量:約20%。
イソシアネート成分4:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、約280g/molの数平均分子量を有する、ポリプロピレングリコールへのヘキサンジイソシアネートの完全アロファネート、NCO含量:16.5〜17.3%。
イソシアネート成分5:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の市販品、HDIに基づくイソシアヌレートの29.4mol%と、650g/molの数平均分子量を有するポリ(ε−カプロラクトン)とHDIとのウレタンの70.6mol%との混合物、NCO含量:10.5〜11.5%。
イソシアネート成分6:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の市販品、ヘキサメチレンジイソシアネートに基づく脂肪族ビウレットタイプ、NCO含量:22.5〜23.5%。
ポリオール1:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール2:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の市販品、4000g/molの数平均分子量を有するポリプロピレンオキシド。
ポリオール3:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール4:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール5:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール6:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール7:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール8:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール9:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
ポリオール10:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の市販品、2000g/molの数平均分子量を有し、アジピン酸、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールに基づくポリエステル。
DMC触媒:EP−A 700 949に記載の方法によって得ることができ、ヘキサシアノコバルト酸亜鉛(III)に基づく複金属シアン化物触媒。
Irganox 1076:オクタデシル−3,5−ジ−(tert)−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート(CAS 2082-79-3)。
アクリレート1:ビスフェノールAエトキシレート(1.5EO/フェノール)−ジアクリレート、SIGMA-ALDRICH CHEMIE GmbH(ドイツ国シュタインハイム)から入手、n 20:1.570。
アクリレート2:フェニルチオエチルアクリレート、Bimax(米国メリーランド州コッキーズヴィル)から入手、n 20:1.603。
アクリレート3:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
アクリレート4:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
アクリレート5:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
アクリレート6:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
アクリレート7:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
触媒1:ウレタン化触媒、ジメチルビス[(1−オキソネオデシル)オキシ]スタンナン、Momentive Performance Chemicals(米国コネティカット州ウィルトン)の市販品(N−エチルピロリドン中10%濃度溶液として使用)。
共開始剤1:テトラブチルアンモニウムトリス(3−クロロ−4−メチルフェニル)(ヘキシル)ボレート、[1147315-11-4]、Ciba Inc.(スイス国バーゼル)によって製造された実験生成物。
共開始剤2:(Showa-Denko, Fine Chemicals Group, Specialty Chemicals Department, Chemicals Division, SHOWA DENKO K.K.(日本国)から得られた)テトラブチルアンモニウムトリフェニルブチルボレート[12307-06-4]の66.7重量%と(ABCR GmbH(ドイツ国カールスルーエ)から得られた)2−メルカプトベンズイミダゾール(CAS番号583-39-1)の33.3重量%とからなる。
染料1:ニューメチレンブルー(CAS番号1934-16-3)、SIGMA-ALDRICH CHEMIE GmbH(ドイツ国シュタインハイム)から入手。
染料2:サフラニンO(CAS番号477-73-6)、SIGMA-ALDRICH CHEMIE GmbH(ドイツ国シュタインハイム)から入手。
染料3:エチルバイオレット(CAS番号2390-59-2)、SIGMA-ALDRICH CHEMIE GmbH(ドイツ国シュタインハイム)から80%純度で得られ、この形態で使用。
添加剤1〜37:Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の実験生成物、調製方法は後に記載。
測定方法:
記載したOH価は、DIN 53240−2に従って測定した。
記載したNCO値(イソシアネート含量)は、DIN EN ISO 11909に従って測定した。
記載した粘度は、以下の方法で測定した。
粘度を測定するために、調べる成分または混合物をレオメーター(Anton Paar Physica, モデルMCR 51)のコーン・プレート測定システムに20℃で適用した。以下の条件で測定した:
・測定本体:コーンCP25、d=25mm、角度=1°
・コーンとプレートの間の測定ギャップおよび間隔:0.047mm
・測定時間:10秒
・剪断速度250秒−1での粘度測定
光重合性書込モノマーc)についての屈折率の測定
透過スペクトルおよび反射スペクトルから、試料の波長の関数としての屈折率nを得た。そのために、試料の約100〜300nm厚さフィルムを、酢酸ブチル中希釈溶液から、石英ガラス基材に回転塗布によって適用した。STEAG ETA-Optikの分光計CD-Measurement System ETA-RTを用いて、この層パケットの透過スペクトルおよび反射スペクトルを測定し、次いで、380〜850nmの範囲で、層厚さとnのスペクトル曲線とを、測定した透過スペクトルおよび反射スペクトルに適合させた。これは、分光計の内部ソフトウェアを用いて実施し、更に、ブランク測定において予め測定した石英ガラス基材の屈折率データを必要とした。光重合性モノマーc)の屈折率は、405nmの波長に基づくので、n 20に相当する。
反射装置における二光束干渉によって、ホログラフィック媒体のホログラム特性DEおよびΔnを測定した。
図1の測定装置を用いて、後に記載するように製造したホログラフィック媒体を、ホログラム特性について試験した。
空間フィルター(SF)およびコリメーターレンズ(CL)を用いて、He−Neレーザー光(発光波長633nm)を平行均一光に変換した。虹彩絞り(I)によって、信号光と参照光の最終断面を確立した。虹彩絞りの開口径は0.4cmであった。偏光感受型ビームスプリッター(PBS)により、レーザー光は2つの均一偏光コヒーレント光に分けられた。λ/2プレートによって、参照光の出力を0.5mWに調節し、信号光の出力を0.65mWに調節した。試料を取り除いた状態で、半導体検出器(D)を用いて出力を測定した。参照光の入射角(α)は−21.8°、信号光の入射角(β)は41.8°であった。光方向に垂直な試料から出発して角度を測定した。従って、図1によれば、αは負号(−)を有し、βは正号(+)を有する。試料(媒体)の位置で、2つの重なった光の干渉場は、試料に入射する2つの光の角2等分線と垂直である明暗縞の回折格子を生じた(反射型ホログラム)。格子周期とも称される、媒体における縞間隔Λは、約225nmであった(媒体の屈折率は約1.504と考えられる)。
図1は、λ=633nm(He−Neレーザー)でのホログラフィック媒体試験器(HMT)の配置を示す:M=ミラー、S=シャッター、SF=空間フィルター、CL=コリメーターレンズ、λ/2=λ/2プレート、PBS=偏光感受型ビームスプリッター、D=検出器、I=虹彩絞り。α=−21.8°およびβ=41.8°は試料の外(媒体の外)で測定したコヒーレント光の入射角である。RD=ターンテーブルの基準方向。
以下の方法で、媒体にホログラムを書込んだ。
・露光時間tの間、両方のシャッター(S)を開放する。
・その後、シャッター(S)を閉じた状態で、媒体を5分間おいて、まだ重合されていない書込モノマーを拡散させた。
書込んだホログラムを、以下の方法で読み取った。信号光のシャッターは閉じたままにした。参照光のシャッターを開放した。参照光の虹彩絞りを1mm未満の直径まで閉じた。これにより、媒体の回転角(Ω)の全てにおいて、光が、先に書込んだホログラムに常に完全に存在することが確実となった。コンピューター制御の下、ターンテーブルは、0.05°の角度ステップ幅でΩ最小からΩ最大までの角度範囲をカバーした。Ωは、ターンテーブルの基準方向に垂直な試料から測定した。ホログラムの書込み中に参照光および信号光の入射角が等しくなったとき、即ちα=−31.8°、β=31.8°になったときを、ターンテーブルの基準方向とした。このときΩ書込は0°である。従って、α=−21.8°およびβ=41.8°については、Ω書込は10°である。以下は一般に、ホログラムの書込み中の干渉場にあてはまる。
Figure 0005638085
θは媒体外の実験系における半角であり、ホログラムの書込み中は以下があてはまる。
Figure 0005638085
従って、この場合、θは−31.8°である。接近したそれぞれの回転角Ωで、相応の検出器Dを用いて、ゼロ次透過された光の出力を測定し、検出器Dを用いて、一次回折された光の出力を測定した。接近したそれぞれの角度Ωで、下記式の商として回折効率を得た。
Figure 0005638085
は回折光の検出器での出力であり、Pは透過光の検出器での出力である。
前記方法によって、ブラッグ曲線(これは、回折効率ηを、書込んだホログラムの回転角Ωの関数として示す)を測定し、コンピューターに保存した。また、ゼロ次透過強度を、回転角Ωに対してプロットし、コンピューターに保存した。
ホログラムの最大回折効率(DE=η最大)、即ちピーク値をΩ再生で測定した。この最大値を測定するために、場合により、回折光の検出器の位置を変える必要があった。
次に、測定したブラッグ曲線と透過強度の角度変化とから、結合波理論(H. Kogelnik, The Bell System Technical Journal, 第48巻、1969年11月、第9号、第2909頁〜第2947頁参照)を用いて、感光性ポリマー層の屈折率コントラストΔnおよび厚さdを決定した。光重合の結果生じる厚さの収縮の故に、ホログラムストリップ間隔Λ’およびストリップ配向(傾き)が、干渉縞ストリップ間隔Λおよびその配向から逸脱し得ることに留意しなければならない。従って、α’または最大回折効率が得られるターンテーブルの対応角度Ω再生もまた、αまたは対応するΩ書込からそれぞれ逸脱するであろう。その結果、ブラッグ条件は変わる。この変化は、評価方法において考慮されなければならない。評価方法を以下に記載する:書込ホログラムに関連し、干渉縞に関連しない幾何学的量の全てを、破線により示す量として表す。
Kogelnikによれば、反射型ホログラムのブラッグ曲線η(Ω)について、以下の式があてはまる。
Figure 0005638085
ここで、
Figure 0005638085
である。
ホログラムを読み取る(「再生」する)とき、先の記載と同様に、以下があてはまる:
Figure 0005638085
ブラッグ条件下では、「位相のずれ」DPは0である。従って、以下の式があてはまる。
Figure 0005638085
なお未知の角度β’は、厚さ収縮しか生じないと仮定した、ホログラムの書込み中のブラッグ条件と、ホログラムの書込み中の干渉場のブラッグ条件との比較から決定することができる。このとき、以下の式があてはまる。
Figure 0005638085
νは回折格子厚さであり、ξは離調パラメータであり、Ψ’は書込んだ屈折率格子の配向(傾き)である。α’およびβ’は、ホログラムの書込み中の干渉場の角度αおよびβに相当するが、媒体において測定され、(厚さ収縮後)ホログラムの回折格子に適用することができる。nは、感光性ポリマーの平均屈折率であり、1.504に設定した。λは、真空でのレーザー光の波長である。
ξ=0に対する最大回折効率(DE=η最大)は以下である:
Figure 0005638085
回折効率、理論ブラッグ曲線および透過強度の測定データを、角度離調とも称される中心回転角:
Figure 0005638085
に対してプロットし、図2に示す。
DEはわかっているので、Kogelnikによる理論ブラッグ曲線の形状は、感光性ポリマー層厚さd’のみによって決まる。次いで、DEの測定値と理論値とが常に一致するように、与えられた厚さd’に対し、DEを介してΔnを補正する。そして、理論ブラッグ曲線の第一二次極小の角度位置が透過強度の第一二次極大の角度位置と一致し、加えて、理論ブラッグ曲線と透過強度の半値全幅(FWHM)が一致するまで、d’を調整する。
反射型ホログラムの方向はΩスキャンによる再生時に回転するが、回折光の検出器は測定可能な角度範囲でしか検出できないので、幅広のホログラム(小さいd’)のブラッグ曲線は、適当に検出器の位置を調節しても、Ωスキャンで完全には記録されず、中心領域しか記録されない。従って、層厚さd’を調整するために、ブラッグ曲線に相補的である透過強度の形状を付加的に使用する。
図2は、角度離調ΔΩに対してプロットした測定透過出力P(実線、右側のy軸)、(検出器の測定可能範囲で)角度離調ΔΩに対してプロットした測定回折効率(黒丸、左側のy軸)、およびKogelnik理論に適合させたもの(破線、左側のy軸)を示す。
ホログラムの書込み中にDEが飽和値に達する、入射レーザー光の平均エネルギー線量を測定するため、1つの組成物について、この手順を、様々な媒体で、様々な露光時間tに対して、場合により数回繰り返した。平均エネルギー線量Eは、角度αおよびβに調整された2つの部分光(P=0.50mWの参照光およびP=0.63mWの信号光)の出力、露光時間tおよび虹彩絞り直径(0.4cm)から、下記式に従って得られる。
Figure 0005638085
使用される角度αおよびβで、媒体において同じ出力密度が達成されるように、部分光の出力を調節した。
態様Iとして、532nmの放射波長λを有する緑色レーザーを用いて、図1に示した装置に相当する試験も実施した。ここで、α=−11.5°、β=33.5°、P=1.84mW、P=2.16mW。
実施例では、各々場合にΔnの最大値を記録し、使用した線量はアームあたり4〜64mJ/cmであった。
ポリオール1の調製:
1L容のフラスコに、まず、0.18gのオクタン酸スズ、374.8gのε−カプロラクトン、および374.8gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量500g/molOH)を導入し、120℃に加熱し、固形分(不揮発性成分の割合)が99.5重量%以上になるまでこの温度で保った。次いで冷却し、ワックス状固体として生成物を得た。
ポリオール3の調製:
撹拌機を備えた20L容の反応槽に、2465gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量325g/molOH)を計量添加し、450.5mgのDMC触媒を添加した。次いで、約70rpmで撹拌しながら105℃に加熱した。真空引きおよび窒素導入を3回実施することによって、空気を窒素に置き換えた。撹拌速度を300rpmに上げた後、真空ポンプを稼働させながら約0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に72分間流通させた。続いて、窒素を用いて0.3barの圧力にし、242gのプロピレンオキシド(PO)を添加して重合を開始させた。それによって、圧力は2.03barに上昇した。8分後、圧力は0.5barに低下し、更に12.538kgのPOを、2.34barで2時間11分にわたって計量添加した。POの計量添加が完了してから17分後、残圧1.29barで減圧を適用し、完全に脱気した。7.5gのIrganox 1076を添加することにより生成物を安定化させた。無色の粘性液体として生成物(OH価:27.8mgKOH/g、25℃での粘度:1165mPas)を得た。
ポリオール4の調製:
撹拌機を備えた20L容の反応槽に、2475gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量325g/molOH)を計量添加し、452.6mgのDMC触媒を添加した。次いで、約70rpmで撹拌しながら105℃に加熱した。真空引きおよび窒素導入を3回実施することによって、空気を窒素に置き換えた。撹拌速度を300rpmに上げた後、真空ポンプを稼働させながら約0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に57分間流通させた。続いて、窒素を用いて0.5barの圧力にし、100gのエチレンオキシド(EO)および150gのPOを同時に添加して重合を開始させた。それによって、圧力は2.07barに上昇した。10分後、圧力は0.68barに低下し、更に5.116kgのEOおよび7.558kgのPOを混合物として、2.34barで1時間53分にわたって計量添加した。エポキシドの計量添加が完了してから31分後、残圧2.16barで減圧を適用し、完全に脱気した。7.5gのIrganox 1076を添加することにより生成物を安定化させた。やや濁った粘性液体として生成物(OH価:27.1mgKOH/g、25℃での粘度:1636mPas)を得た。
ポリオール5の調製:
20L容の反応槽に、(3−メチル)−1,5−ペンタンジオールとジフェニルカーボネートとから調製され、650g/molの数平均分子量を有するポリカーボネートジオールの1707gを計量添加し、527mgのDMC触媒を添加した。次いで、約70rpmで撹拌しながら130℃に加熱した。真空引きおよび窒素導入を3回実施することによって、空気を窒素に置き換えた。撹拌速度を300rpmに上げた後、真空ポンプを稼働させながら約0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に85分間流通させた。続いて、窒素を用いて0.2barの圧力にし、174gのPOを添加して重合を開始させた。それによって、圧力は2.26barに上昇した。6分後、圧力は0.55barに低下し、更に8.826kgのPOを、1.36barで1時間32分にわたって計量添加した。POの計量添加が完了してから22分後、残圧0.674barで減圧を適用し、完全に脱気した。5.27gのIrganox 1076を添加することにより生成物を安定化させた。無色の粘性液体として生成物(OH価:24.8mgKOH/g、25℃での粘度:1659mPas)を得た。
ポリオール6の調製:
撹拌機を備えた20L容の反応槽に、3.621kgの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量500g/molOH)を計量添加し、525mgのDMC触媒を添加した。次いで、約70rpmで撹拌しながら105℃に加熱した。真空引きおよび窒素導入を3回実施することによって、空気を窒素に置き換えた。撹拌速度を300rpmに上げた後、真空ポンプを稼働させながら約0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に54分間流通させた。続いて、窒素を用いて0.2barの圧力にし、363gのプロピレンオキシド(PO)を添加して重合を開始させた。それによって、圧力は2.42barに上昇した。7分後、圧力は0.34barに低下し、更に11.379kgのPOを、2.9barで2時間29分にわたって計量添加した。POの計量添加が完了してから47分後、残圧1.9barで減圧を適用し、完全に脱気した。7.5gのIrganox 1076を添加することにより生成物を安定化させた。無色の粘性液体として生成物(OH価:27.6mgKOH/g、25℃での粘度:1498mPas)を得た。
ポリオール7の調製:
1L容のステンレス鋼製反応器に、250gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量325g/molOH)を計量添加し、22.1mgのDMC触媒を添加した。真空引きおよび窒素導入を5回実施することによって、空気を窒素に置き換え、次いで、約800rpmで撹拌しながら125℃に加熱した。その後、真空ポンプを稼働させながら0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に30分間流通させた。続いて、125℃で、296gのPOと197gのEOの混合物を、800rpmで撹拌しながら90分間にわたって反応器に計量添加した。エポキシドの全てを計量添加した後、撹拌しながら125℃で45分間反応を継続し、次いで、易揮発性成分を高真空下90℃で30分間留去した。室温に冷却後、反応器から生成物を取り出し、500ppmのIrganox 1076を添加することにより安定化させた。透明な液体として生成物(OH価:58.2mgKOH/g、25℃での粘度:471mPas)を得た。
ポリオール8の調製:
1L容のステンレス鋼製反応器に、350gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量325g/molOH)を計量添加し、21.4mgのDMC触媒を添加した。真空引きおよび窒素導入を5回実施することによって、空気を窒素に置き換え、次いで、約800rpmで撹拌しながら125℃に加熱した。その後、真空ポンプを稼働させながら0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に30分間流通させた。続いて、125℃で、218gのPOと145gのEOの混合物を、800rpmで撹拌しながら70分間にわたって反応器に計量添加した。エポキシドの全てを計量添加した後、撹拌しながら125℃で45分間反応を継続し、次いで、易揮発性成分を高真空下90℃で30分間留去した。室温に冷却後、反応器から生成物を取り出し、500ppmのIrganox 1076を添加することにより安定化させた。室温で無色のワックス状物として生成物(OH価:59.2mgKOH/g、25℃での粘度:682mPas)を得た。
ポリオール9の調製:
1L容のステンレス鋼製反応器に、250gの二官能性ポリテトラヒドロフランポリエーテルポリオール(当量325g/molOH)を計量添加し、22.1mgのDMC触媒を添加した。真空引きおよび窒素導入を5回実施することによって、空気を窒素に置き換え、次いで、約800rpmで撹拌しながら125℃に加熱した。続いて、真空ポンプを稼働させながら0.1barの圧力で、下から窒素を混合物に30分間流通させた。その後、125℃で、486gのPOを、800rpmで撹拌しながら60分間にわたって反応器に計量添加した。エポキシドの全てを計量添加した後、撹拌しながら125℃で45分間反応を継続し、次いで、易揮発性成分を高真空下90℃で30分間留去した。室温に冷却後、反応器から生成物を取り出し、500ppmのIrganox 1076を添加することにより安定化させた。透明な液体として生成物(OH価:55.1mgKOH/g、25℃での粘度:536mPas)を得た。
アクリレート3(ホスホロチオイルトリス(オキシ−4,1−フェニレンイミノカルボニルオキシエタン−2,1−ジイル)トリアクリレート)の調製:
500mL容の丸底フラスコに、まず、0.1gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、0.05gのジラウリン酸ジブチルスズ(Desmorapid(登録商標) Z、Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン))、およびトリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェートの27%濃度酢酸エチル溶液(Desmodur(登録商標) RFE、Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の製品)の213.07gを導入し、60℃に加熱した。次いで、42.37gの2−ヒドロキシエチルアクリレートを滴加し、イソシアネート含量が0.1%未満に低下するまで混合物を60℃で維持した。続いて冷却し、酢酸エチルを真空下で完全に除去した。半結晶性固体として、生成物を得た。n 20:1.610。
アクリレート4(2−({[3−(メチルスルファニル)フェニル]カルバモイル}オキシ)エチルプロプ−2−エノエート)の調製:
100mL容の丸底フラスコに、まず、0.02gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、0.01gのDesmorapid(登録商標) Z、および11.7gの3−(メチルチオ)フェニルイソシアネートを導入し、60℃に加熱した。次いで、8.2gの2−ヒドロキシエチルアクリレートを滴加し、イソシアネート含量が0.1%未満に低下するまで混合物を60℃で維持した。続いて冷却した。淡黄色液体として、生成物を得た。n 20:1.626。
アクリレート5((4−メチルベンゼン−1,3−ジイル)ビス[カルバモイルオキシ−3−(ビフェニル−2−イルオキシ)プロパン−2,1−ジイル]ビスアクリレートと(4−メチルベンゼン−1,3−ジイル)ビス[カルバモイルオキシ−3−(ビフェニル−2−イルオキシ)プロパン−1,2−ジイル]ビスアクリレートと類似異性体の混合物)の調製:
還流冷却器および撹拌機を備えた三ッ口フラスコに、まず、430.2gのDenacol EX 142(Nagase-Chemtex(日本国))、129.7gのアクリル酸、1.18gのトリフェニルホスフィン、および0.0056gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを導入した。次いで、空気をゆっくりと流通させ、サーモスタットを用いて60℃に調節した。続いて、90℃で24時間撹拌した。157.8mgKOH/gのOH価を有する透明な液体を得た。還流冷却器および撹拌機を備えた三ッ口フラスコに、まず、この中間体の21.3g、および2,4−トルエンジイソシアネートと2,6−トルエンジイソシアネートとの混合物(Desmodur T80、Bayer Material Science AG(ドイツ国レーフエルクーゼン))の5.2gを導入した。次いで、空気をゆっくりと流通させ、サーモスタットを用いて60℃に調節した。初期の発熱反応後、生成物を60℃で24時間撹拌した。0%のNCO含量を有し、光沢のある無色透明の生成物を得た。n 20:1.643。
アクリレート6((4−メチルベンゼン−1,3−ジイル)ビス(カルバモイルオキシ−3−フェノキシプロパン−2,1−ジイル)ビスアクリレートと(4−メチルベンゼン−1,3−ジイル)ビス(カルバモイルオキシ−3−フェノキシプロパン−1,2−ジイル)ビスアクリレートと類似異性体の混合物)の調製:
還流冷却器および撹拌機を備えた三ッ口フラスコに、まず、112.7gのフェニルグリシジルエーテル、54gのアクリル酸、0.492gのトリフェニルホスフィン、および0.0017gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノールを導入した。次いで、空気をゆっくりと流通させ、サーモスタットを用いて90℃に調節した。54時間撹拌し、透明な高粘性液体生成物を得た。還流冷却器および撹拌機を備えた三ッ口フラスコに、まず、この生成物の22.4gを導入した。次いで、空気をゆっくりと流通させ、サーモスタットを用いて60℃に調節した。熱の発生を伴いながら、87gの2,4−トルエンジイソシアネート(Desmodur T100、Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン))を30分間にわたって滴加した。20時間撹拌し、その後、0.005gのジラウリン酸ジブチルスズを添加した。0%のNCO含量を有する透明な高粘性生成物を得た。n 20:1.612。
アクリレート7({[4−({[(1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン−2−イル)オキシ]カルボニル}アミノ)フェノキシ]ホスホロチオイル}ビス(オキシベンゼン−4,1−ジイルカルバモイルオキシエタン−2,1−ジイル)ビスアクリレート)の調製:
2L容の丸底フラスコに、まず、0.5gの2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、0.25gのジラウリン酸ジブチルスズ(Desmorapid Z、Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン))、およびトリス(p−イソシアナトフェニル)チオホスフェートの27%濃度酢酸エチル溶液(Desmodur(登録商標) RFE、Bayer MaterialScience AG(ドイツ国レーフエルクーゼン)の製品)の1.00kgを導入し、60℃に加熱した。次いで、95.3gのヘキサフルオロイソプロパノールを滴加し、この温度を8時間維持した。続いて、133.5gの2−ヒドロキシエチルアクリレートを滴加し、イソシアネート含量が0.1%未満に低下するまで混合物を60℃で維持した。その後、冷却し、酢酸エチルを真空下で完全に除去した。無色油状物として、生成物を得た。n 20:1.616。
添加剤1(2,2,2−トリフルオロエチルブチルカルバメート)の調製:
2000mL容の丸底フラスコに、まず、0.50gのDesmorapid Zおよび498gのn−ブチルイソシアネートを導入し、60℃に加熱した。次いで、502gのトリフルオロエタノールを滴加し、イソシアネート含量が0.1%未満に低下するまで混合物を60℃で維持した。続いて冷却した。無色液体として、生成物を得た。
以下の表1に記載した添加剤2〜36を、記載した組成で、添加剤1と同様に調製した。
Figure 0005638085
Figure 0005638085
Figure 0005638085
Figure 0005638085
添加剤37(イソプロピルブチルカルバメート)の調製:
250mL容の丸底フラスコに、まず、0.20gのDesmorapid Zおよび31.1gのn−ブチルイソシアネートを導入し、60℃に加熱した。次いで、18.9gのイソプロパノールを滴加し、イソシアネート含量が0.1%未満に低下するまで混合物を60℃で維持した。続いて冷却した。無色液体として、生成物を得た。
ホログラフィック媒体を製造するため、書込モノマー(成分c))、安定剤(成分d))(成分c)中に既に予備溶解させておいてもよい)並びに任意に助剤および添加剤(成分g))を、場合により60℃で、イソシアネート反応性成分(成分b))に溶解し、次いで、10または20μmガラスビーズ(例えばWhitehouse Scientific Ltd(英国CH3 7PBチェスター市ワバートン))を添加し、十分混合した。続いて、光開始剤(組み合わせ成分e))を純粋な状態でまたはN−エチルピロリドン(成分g)の一部)中希釈溶液として、暗闇または適当な照明の下で計量添加し、1分間混合した。場合により、乾燥炉において60℃で10分以下の時間加熱した。その後、イソシアネート成分(成分a))を添加し、再び1分間混合した。次いで、触媒(成分f))の溶液を添加し、再び1分間混合した。得られた混合物を1mbar未満で撹拌しながら30秒以下の時間脱気し、その後、50×75mm寸法のガラス板に分配し、それぞれ別のガラス板で覆った。15kgの重さを数時間(通常一晩)かけて、PU組成物を硬化させた。一部については、媒体を、光を通さないパッケージの中で、60℃で更に2時間、後硬化させた。感光性ポリマー層の厚さdは、使用したガラスビーズの直径に由来して20μmであった。マトリックスの出発粘度および硬化速度が異なる種々の組成物は、同じ感光性ポリマー層厚さdを常にはもたらさないので、dは、書込んだホログラムの特性に基づいて、試料ごとに独立して測定した。比較例1〜27および実施例1〜118の媒体も、この方法と同様に製造した。
以下の媒体では、特にNCO当量比が1.02:1となり、重量%の総量が100%となるように、ポリオール2(成分b))およびイソシアネート成分2(成分a))をマトリックス構成単位として常に使用した。いずれの実験も、3.5%のN−エチルピロリドン(成分g))および記載した量の触媒1の10%濃度N−エチルピロリドン溶液(成分f))に溶解した、0.1%の染料および1.0%の共開始剤(組み合わせ成分e))を用いて実施した。
Figure 0005638085
以下の媒体では、特にNCO:OH比が1.02:1となり、重量%の総量が100%となるように、ポリオール1(成分b))およびイソシアネート成分1(成分a))をマトリックス構成単位として常に使用した。
Figure 0005638085
以下の媒体では、特にNCO:OH比が1.02:1となり、重量%の総量が100%となるように、ポリオール3(成分b))およびイソシアネート成分3(成分a))をマトリックス構成単位として常に使用した。
Figure 0005638085
以下の媒体では、特にNCO:OH比が1.02:1となり、重量%の総量が100%となるように、ポリオール3(成分b))およびイソシアネート成分4(成分a))をマトリックス構成単位として常に使用した。
Figure 0005638085
以下の媒体では、特にNCO:OH比が1.02:1となり、重量%の総量が100%となるように、ポリオール4(成分b))およびイソシアネート成分4(成分a))をマトリックス構成単位として常に使用した。
Figure 0005638085
好ましいものとして記載される組成物の例として、以下を示す(添加剤として(フルオロ)ウレタンを使用)。
以下の媒体では、特にNCO:OH比が1.02:1となり、重量%の総量が100%となるように、ポリオール1(成分b))およびイソシアネート成分1(成分a))をマトリックス構成単位として常に使用した。ここでは、20重量%のアクリレート3、20重量%のアクリレート4(組み合わせ成分c))、0.060重量%の触媒1の10%濃度N−エチルピロリドン溶液(成分f))、1.0重量%の共開始剤1および0.10重量%の染料1(組み合わせ成分e))、並びに15重量%の相応の添加剤(成分g))を常に使用した。
Figure 0005638085
以下の媒体では、以下の成分を使用した。重量%の和と100%との差は、各々の場合、染料および共開始剤を溶解するために使用したN−エチルピロリドンの量に相当する。
Figure 0005638085
Figure 0005638085
M ミラー
S シャッター
SF 空間フィルター
CL コリメーターレンズ
λ/2 λ/2プレート
PBS 偏光感受型ビームスプリッター
D 検出器
I 虹彩絞り
α −21.8°
β 41.8°

Claims (12)

  1. マトリックスポリマー、少なくとも2種の異なった書込モノマーの組み合わせ、光開始剤、および可塑剤としてのフッ素化ウレタンを含んでなる感光性ポリマー組成物であって、マトリックスポリマーがポリウレタンであり、書込モノマーが、405nmの波長で測定したそれぞれの屈折率n 20について0.200以下の差で異なり、書込モノマーが、いずれの場合も405nmの波長で測定した屈折率n 20について1.45以上の値を有することを特徴とする感光性ポリマー組成物。
  2. 書込モノマーが、405nmの波長で測定したそれぞれの屈折率n 20について0.100以下の差で異なり、いずれの場合も405nmの波長で測定した屈折率n 20について1.50以上の値を有することを特徴とする、請求項1に記載の感光性ポリマー組成物。
  3. 書込モノマーが、アクリレートおよび/またはメタクリレートであることを特徴とする、請求項1または2に記載の感光性ポリマー組成物。
  4. 書込モノマーが、単官能性、二官能性、三官能性および/または多官能性であることを特徴とする、請求項3に記載の感光性ポリマー組成物。
  5. 単官能性書込モノマーと多官能性書込モノマーとの組み合わせ、或いは二官能性書込モノマーと三官能性書込モノマーとの組み合わせを含有することを特徴とする、請求項4に記載の感光性ポリマー組成物。
  6. マトリックスポリマーが、イソシアネート成分a)とイソシアネート反応性成分b)との反応により得ることができるポリウレタンであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
  7. 光開始剤が、化学線によって活性化することができる開始剤であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
  8. 可塑剤としてのフッ素化ウレタンが式IV:
    Figure 0005638085
    [式中、nは1以上8以下であり、R、R、Rは、水素、および/または互いに独立して未置換のまたは場合によりヘテロ原子で置換されていてもよい直鎖、分岐、環式または複素環式の有機基であり、基R 、R 、R の少なくとも1つは、少なくとも1個のフッ素原子で置換されている]
    で示されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
  9. 10〜89.999重量%のマトリックスポリマー、10〜60重量%の書込モノマー、0.001〜5重量%の光開始剤、0〜4重量%の触媒、0〜5重量%のラジカル安定剤、15〜30重量%の可塑剤、および0〜5重量%の別の添加剤を含有し、全成分の和が100重量%であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物。
  10. 光学素子の製造のための、請求項1〜9のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物の使用。
  11. マトリックスポリマー、書込モノマー、光開始剤および可塑剤を混合して感光性ポリマー組成物を製造する、請求項1〜9のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物の製造方法。
  12. 書込モノマーを電磁線によって選択的に重合させる、請求項1〜9のいずれかに記載の感光性ポリマー組成物を含んでなるホログラフィック媒体の露光方法。
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