JP7000858B2 - 硬化性組成物および硬化物 - Google Patents
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また、インプリント法、注型成形法等によって光学部材を製造する場合、硬化物には、モールドから離型する際に破損しないように柔軟性を有すること、およびモールドから離型しやすいことが求められることがある。
(1)(メタ)アクリロイル基を有するアルコキシシラン化合物およびフルオロアルキル基を有するアルコキシシラン化合物でシリカ粒子を表面処理してなる表面修飾シリカ粒子と、(メタ)アクリロイルオキシ基を3つ有し、かつ環構造を有しない化合物と、(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有し、かつ脂環式構造を有する化合物と、重合開始剤とを含む硬化性組成物(特許文献1)。
(2)ウレタン結合を2つ以上有し、(メタ)アクリロイルオキシ基を2つ以上有し、質量平均分子量が2000未満であり、かつ25℃における粘度が20Pa・s以下である化合物と、フッ素原子を有し、かつ炭素-炭素不飽和二重結合を1つ以上有する化合物と、(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有する化合物と、光重合開始剤と、含フッ素界面活性剤とを含む光硬化性組成物(特許文献2)。
・硬化物のアッベ数を高くするために表面修飾シリカ粒子を多く含むため、硬化物が脆く、硬化物の耐クラック性に劣る。
・硬化物のアッベ数を高くするために表面修飾シリカ粒子を多く含むため、硬化性組成物において表面修飾シリカ粒子が均一に分散しにくく、硬化物の透明性が低い。
・硬化物がモールドに密着しやすく、硬化物の離型性が悪い。
上記(1)の硬化性組成物と上記(2)の硬化性組成物を組み合わせることが考えられるが、(1)の硬化性組成物における表面修飾シリカ粒子と、(2)の硬化性組成物におけるウレタン結合を有する化合物およびフッ素原子を有する化合物とは相溶性が悪い。そのため、依然として、表面修飾シリカ粒子が均一に分散しにくく硬化物の透明性が低い。
<1> 表面に(メタ)アクリロイル基含有表面修飾基を有する表面修飾金属酸化物粒子(A)と、
フッ素原子を有し、かつ(メタ)アクリロイル基を1つ以上有する化合物(B)(ただし、前記粒子(A)と同じものを除く。)と、
ウレタン結合または-OCH2CH(OH)CH2-を有し、(メタ)アクリロイル基を2つ以上有し、かつ質量平均分子量が1000以上である化合物(C)(ただし、前記粒子(A)または前記化合物(B)と同じものを除く。)と、
不飽和結合含有環構造を有さず、かつ(メタ)アクリロイル基を1つ以上有する化合物(D)(ただし、前記粒子(A)、前記化合物(B)または前記化合物(C)と同じものを除く。)と、
重合開始剤(E)とを含み、
すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(前記粒子(A)を含む。)の合計100質量%のうち、前記粒子(A)が、20~45質量%であり、前記化合物(B)が、0.01~20質量%であり、前記化合物(C)が、10~50質量%であり、前記化合物(D)が、10~50質量%であり、
すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(前記粒子(A)を含む。)の合計100質量部に対して、前記重合開始剤(E)が、0.01~10質量部であることを特徴とする硬化性組成物。
<2> 前記(メタ)アクリロイル基含有表面修飾基が、下式(A1)で表される基を有する、上記<1>に記載の硬化性組成物。
CH2=CR1C(O)-X-(CH2)a-SiR2 b(-*)3-b (A1)
ただし、*はSiの結合手であり、R1は水素原子またはメチル基であり、R2は水素原子または炭素数1~4の炭化水素基であり、Xは-O-または-NH-であり、aは2~7の整数であり、bは0~2の整数であり、bが2の場合の2つのR2は、同一であってもよく、異なってもよい。
<3> 前記表面修飾金属酸化物粒子(A)の金属粒子が、シリカ粒子である上記<1>または<2>に記載の硬化性組成物。
<4> 前記表面修飾金属酸化物粒子(A)のメディアン径が1~1000nmである、上記<1>~<3>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<5> 前記化合物(B)が、フルオロ(メタ)アクリレートである、上記<1>~<4>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<6> 前記化合物(C)が、ウレタン結合を有し、かつ(メタ)アクリロイル基を2つ以上有する化合物(C1)、または-OCH2CH(OH)CH2-を有し、かつ(メタ)アクリロイル基を2つ以上有する化合物(C2)である、上記<1>~<5>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<7> 前記化合物(C1)が、下記式(C11)で表される化合物である、上記<6>に記載の硬化性組成物。
{(CH2=CR11C(O)O-)iJ-OC(O)NH-}kQ (C11)
(R11は、水素原子またはメチル基である。iは1または2である。Jは、(i+1)価の有機基である。Qは、k価の有機基である。)
<8> 前記化合物(C2)が、下記式(C12)で表される化合物である、上記<6>に記載の硬化性組成物。
CH2=CR21C(O)O-CH2CH(OH)CH2-(O)s-}tG (C21)
(R21は、水素原子またはメチル基である。sは、0または1である。tは、2以上の整数である。Gは、t価の有機基である。)
<9> 前記化合物(D)が、不飽和結合含有環構造を有さず、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有する化合物(D1)(ただし、粒子(A)、化合物(B)または化合物(C)と同じものを除く。)、または不飽和結合含有環構造を有さず、かつ(メタ)アクリロイルオキシ基を2つ以上有する化合物(D2)(ただし、粒子(A)、化合物(B)または化合物(C)と同じものを除く。)である、上記<1>~<8>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<10> 前記化合物(D1)が、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルである、上記<9>に記載の硬化性組成物。
<11> 前記化合物(D2)が、ジオールの(メタ)アクリレート、トリオールの(メタ)アクリレート、またはテトラオール(メタ)アクリレートである、上記<9>に記載の硬化性組成物。
<12> 前記重合開始剤(E)が、光ラジカル重合開始剤である、上記<1>~<11>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<13> エステル、ケトン、水酸基、及びエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1つ以上を有する溶剤を含有する、上記<1>~<12>のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
<14> 温度25℃における粘度が、100~15000mPa・sである、上記<1>1~<13>のいずれか1項に記載の硬化性組成物
<15> 上記<1>1~<14>のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化した硬化物。
「(メタ)アクリロイル基」とは、アクリロイル基およびメタクリロイル基の総称である。
「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよびメタクリレートの総称である。
「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸およびメタクリル酸の総称である。
「光」とは、紫外線、可視光線、赤外線、電子線および放射線の総称である。
本発明の硬化性組成物は、表面修飾金属酸化物粒子(A)と、化合物(B)と、化合物(C)と、化合物(D)と、重合開始剤(E)とを必須成分として含む。
本発明の硬化性組成物は、必要に応じて添加剤、溶剤等を含んでいてもよい。
表面修飾金属酸化物粒子(A)は、金属酸化物粒子の表面に(メタ)アクリロイル基含有表面修飾基を有するものである。
(メタ)アクリロイル基含有表面修飾基としては、他の成分との相溶性がよく、硬化性組成物において表面修飾金属酸化物粒子(A)が均一に分散しやすく、硬化物の透明性がさらに優れる点から、下式(A1)で表される基を有する表面修飾基が好ましい。
CH2=CR1C(O)-X-(CH2)a-SiR2 b(-*)3-b (A1)
R1は、水素原子またはメチル基である。
R2は、水素原子または炭素数1~4の炭化水素基である。炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、直鎖のアルキル基がより好ましい。アルキル基としては、後述する化合物(A10)の取扱性の点から、メチル基またはエチル基が好ましく、化合物(A10)の入手しやすさの点から、メチル基が特に好ましい。
Xは、-O-または-NH-であり、化合物(A10)の入手のしやすさの点から、-O-が特に好ましい。
aは、化合物(B)との相溶性の点から、2~7の整数であり、2~6の整数が好ましく、化合物(A10)の入手のしやすさの点から、3が特に好ましい。
bは、0~2の整数であり、化合物(A10)の反応性の点から、0~1の整数が好ましく、0が特に好ましい。bが2の場合の2つのR2は、同一であってもよく、異なってもよい。
CH2=C(CH3)C(O)O(CH2)3Si(CH3)(-*)2、
CH2=C(CH3)C(O)O(CH2)3Si(-*)3、
CH2=CHC(O)O(CH2)3Si(-*)3、
CH2=C(CH3)C(O)NH(CH2)3Si(-*)3、
CH2=CHC(O)NH(CH2)3Si(-*)3等。
(メタ)アクリロイル基を有するシランカップリング剤としては、表面修飾金属酸化物粒子(A)と他の成分との相溶性がよく、硬化性組成物において表面修飾金属酸化物粒子(A)が均一に分散しやすく、硬化物の透明性がさらに優れる点から、化合物(A10)が好ましい。
CH2=CR1C(O)-X-(CH2)a-SiR2 b(OR3)3-b (A10)
R3は、水素原子または炭素数1~10の炭化水素基である。炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、直鎖のアルキル基がより好ましい。アルキル基としては、化合物(A10)の取扱性の点、および化合物(A10)の入手しやすさの点から、メチル基またはエチル基が好ましい。bが0または1の場合の3または2つのR3は、同一であってもよく、異なってもよい。
化合物(A10)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
表面修飾金属酸化物粒子(A)のメディアン径は、動的光散乱法による粒度分布測定器を用いて求める。
化合物(B)は、フッ素原子を有し、かつ(メタ)アクリロイル基を1つ以上有するものである(ただし、表面修飾金属酸化物粒子(A)と同じものを除く)。
化合物(B)としては、他の成分との相溶性の点から、フルオロ(メタ)アクリレートが好ましい。
CH2=CHC(O)OCH2CH(OH)CH2CF2CF2CF(CF3)2、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CH(OH)CH2CF2CF2CF(CF3)2、
CH2=CHC(O)OCH(CF3)2、
CH2=C(CH3)C(O)OCH(CF3)2、
CH2=CHC(O)O(CH2)2(CF2)10F、
CH2=CHC(O)O(CH2)2(CF2)8F、
CH2=CHC(O)O(CH2)2(CF2)6F、
CH2=C(CH3)C(O)O(CH2)2(CF2)10F、
CH2=C(CH3)C(O)O(CH2)2(CF2)8F、
CH2=C(CH3)C(O)O(CH2)2(CF2)6F、
CH2=CHC(O)OCH2(CF2)6F、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2(CF2)6F、
CH2=CHC(O)OCH2(CF2)7F、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2(CF2)7F、
CH2=CHC(O)OCH2CF2CF2H、
CH2=CHC(O)OCH2(CF2CF2)2H、
CH2=CHC(O)OCH2(CF2CF2)4H、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CF2CF2H、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2(CF2CF2)2H、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2(CF2CF2)4H、
CH2=CHC(O)OCH2CF2OCF2CF2OCF3、
CH2=CHC(O)OCH2CF2O(CF2CF2O)3CF3、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CF2OCF2CF2OCF3、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CF2O(CF2CF2O)3CF3、
CH2=CHC(O)OCH2CF(CF3)OCF2CF(CF3)O(CF2)3F、
CH2=CHC(O)OCH2CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)2(CF2)3F、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CF(CF3)OCF2CF(CF3)O(CF2)3F、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CF(CF3)O(CF2CF(CF3)O)2(CF2)3F、
CH2=CFC(O)OCH2CH(OH)CH2(CF2)6CF(CF3)2、
CH2=CFC(O)OCH2CH(CH2OH)CH2(CF2)6CF(CF3)2、
CH2=CFC(O)OCH2CH(OH)CH2(CF2)10F、
CH2=CFC(O)OCH2CH(CH2OH)CH2(CF2)10F、
CH2=CHC(O)OCH2CF2(OCF2CF2)pOCF2CH2OC(O)CH=CH2(ただし、pは1~20の整数である。)、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2CF2(OCF2CF2)pOCF2CH2OC(O)C(CH3)=CH2(ただし、pは1~20の整数である。)、
CH2=CHC(O)OCH2(CF2)4CH2OC(O)CH=CH2、
CH2=C(CH3)C(O)OCH2(CF2)4CH2OC(O)C(CH3)=CH2等。
化合物(B)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(C)は、ウレタン結合を有し、かつ(メタ)アクリロイル基を2つ以上有する化合物(C1)、または-OCH2CH(OH)CH2-を有し、かつ(メタ)アクリロイル基を2つ以上有する化合物(C2)である(ただし、表面修飾金属酸化物粒子(A)または化合物(B)と同じものを除く)。
(メタ)アクリロイル基の数は、硬化収縮に伴って発生するクラックが起きにくい点から、2~4の整数が好ましく、2が特に好ましい。
化合物(C)の質量平均分子量は、GPCシステムを用いてポリスチレン換算で求めた値である。
化合物(C1)としては、硬化物の柔軟性が良好になり、硬化物の耐クラック性がさらに優れる点から、化合物(C11)が好ましい。
{(CH2=CR11C(O)O-)iJ-OC(O)NH-}kQ (C11)
Qは、k価の有機基である。k価の有機基としては、k価の炭化水素基が好ましい。Qは、脂肪族構造を有する基、脂環式構造を有する基、および芳香環構造を有する基のいずれであってもよく、他の成分との相溶性がよく、硬化物の透明性がさらに優れる点から、脂肪族構造を有する基または脂環式構造を有する基が好ましく、炭素数2~10のアルキレン基、または脂環式構造を有する炭素数5~12の2価の炭化水素基がより好ましい。
グリシジル基を2つ以上有する化合物としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル等が挙げられる。
{CH2=CR21C(O)O-CH2CH(OH)CH2-(O)s-}tG (C21)
化合物(D)は、不飽和結合含有環構造を有さず、かつ(メタ)アクリロイル基を1つ以上有するものである(ただし、粒子(A)、化合物(B)または化合物(C)を除く)。不飽和結合含有環構造は、硬化物のアッベ数を低下させるため、硬化物にできるだけ含まれないことが好ましい。不飽和結合含有環構造としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環、イミダゾール環、チオフェン環等が挙げられる。なかでも、よりアッベ数を低下させてしまうため、ナフタレン環、アントラセン環などの縮合環が含まれないことが好ましい。
有機基としては、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、シクロアルキル基、アリル基、橋かけ炭化水素基、オキシアルキレン鎖の繰り返し構造を有する基等が挙げられる。これらの基は、炭素原子の一部が窒素原子、酸素原子等のヘテロ原子またはケイ素原子で置換されていてもよく、水素原子の一部が水酸基、アミノ基等の官能基で置換されていてもよく、不飽和結合や遊離カルボキシ基を有していてもよい。有機基としては、直鎖アルキル基、分岐アルキル基、シクロアルキル基、橋かけ炭化水素基が好ましい。
2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2-メチル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、2-エチル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシ-1-アダマンチル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、4-tert-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、3-(トリメトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、(2-(tert-ブチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸、1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル(メタ)アクリレート等。
ポリオキシエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等)、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート(ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート等)、1,3-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセロール1,3-ジグリセロレートジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールエトキシレートジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールプロポキシレートジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシ-2,2-ジメチルプロピオネートジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10-デカンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールプロポキシレートジ(メタ)アクリレート、グリセロールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールグリセロレートジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールグリセロレートジ(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-アクリロイロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-メチル-1,3-プロパンジオールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、1,3-ビス(3-メタクリロイロキシプロピル)-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレートモノステアリル酸、トリメチロールプロパンエトキシレートメチルエーテルジ(メタ)アクリレート、ペンタリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等。
化合物(D)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
重合開始剤(E)は、硬化方法(光硬化または熱硬化)等に応じて適宜選択される。
重合開始剤(E)としては、光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。重合開始剤(E)としては、硬化物の製造のしやすさの点から、光重合開始剤が好ましい。
添加剤としては、界面活性剤、酸化防止剤(耐熱安定剤)、チクソトロピック剤、消泡剤、耐光安定剤、ゲル化防止剤、光増感剤、樹脂、樹脂オリゴマー、炭素化合物、金属微粒子、金属酸化物粒子(ただし、表面修飾金属酸化物粒子(A)を除く。)、シランカップリング剤、他の有機化合物等が挙げられる。
本発明の硬化性組成物は、溶剤を含んでもよい。ただし、硬化性組成物を硬化する前には、溶剤を除去することが好ましい。
溶剤としては、化合物(B)~(D)および重合開始剤(E)を溶解可能な溶剤であればいずれも用いることができ、エステル構造、ケトン構造、水酸基、エーテル構造のいずれか1つ以上を有する溶剤が好ましい。
本発明において溶剤を使用する場合、硬化性組成物中の溶剤の含有量は、目的の粘度、塗布性、目的とする膜厚等によって適宜調整すればよい。
表面修飾金属酸化物粒子(A)の割合は、すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(粒子(A)を含む。)の合計100質量%のうち、20~45質量%であり、23~44質量%が好ましく、25~43質量%がより好ましい。上記割合が前記範囲の下限値以上であれば、硬化物のアッベ数が高くなる。上記割合が前記範囲の上限値以下であれば、他の成分との相溶性がよく、硬化性組成物において表面修飾金属酸化物粒子(A)が均一に分散しやすく、硬化物の透明性に優れる。また、硬化物が脆くなりにくく、硬化物の耐クラック性に優れる。
本発明の硬化性組成物は、特定の表面修飾金属酸化物粒子(A)を含むため、硬化物のアッベ数を高くすることができる。しかし、硬化物のアッベ数を高くするためには、表面修飾金属酸化物粒子(A)の割合を多くする必要があるため、硬化物が脆くなり、硬化物の耐クラック性が不充分となる。
そこで、フッ素原子を有することでアッベ数が高くされた特定の化合物(B)をさらに含ませることによって、表面修飾金属酸化物粒子(A)の割合を抑え、硬化物の耐クラック性を改善している。また、硬化物の離型性も同時に改善している。しかし、化合物(B)の割合を増やし、表面修飾金属酸化物粒子(A)の割合を減らすことには相溶性の観点から限度があるため、依然として硬化物の耐クラック性は充分とは言えない。
そこで、ウレタン結合または-OCH2CH(OH)CH2-を有し、かつ比較的高分子量とすることで柔軟性が高くされた特定の化合物(C)をさらに含ませることによって、硬化物に柔軟性を付与し、硬化物の耐クラック性を大幅に改善している。しかし、表面修飾金属酸化物粒子(A)と、化合物(B)および化合物(C)とは相溶性が悪いため、硬化性組成物において各成分が均一に分散しにくく、硬化物の透明性が低くなってしなう。
そこで、アッベ数を低下させる不飽和結合含有環構造を有しないことでアッベ数の低下が最小限に抑えられた特定の化合物(D)を相溶化剤としてさらに含ませることによって、各成分の相溶性を高め、硬化物の透明性を改善している。
本発明の硬化物は、本発明の硬化性組成物を硬化したものである。本発明の硬化物を基材の表面に形成して、本発明の硬化物からなる層と基材からなる層とを有する積層体としてもよい。
νD=(nD-1)/(nF-nC) (I)
ただし、νDは、アッベ数であり、nDは、波長589nmの光に対する屈折率であり、nFは、波長486nmの光に対する屈折率であり、nCは、波長656nmの光に対する屈折率である。
硬化物の波長400nmの光の透過率は、厚さ100μmの硬化物についてJIS K 7361:1997(ISO 13468-1:1996)に記載された方法によって波長400nmの光を用いて25℃で測定される。
硬化物の水に対する接触角は、JIS R 3257:1999に記載された方法によって測定される。
本発明の硬化物を製造する方法としては、微細パターンの反転パターンを表面に有するモールドと硬化性組成物とを接触させた状態で該硬化性組成物を硬化させて、微細パターンを表面に有する硬化物を形成する方法(インプリント法);モールドのキャビティ内に硬化性組成物を注入し、該硬化性組成物を硬化させて硬化物を形成する方法(注型成形法)等が挙げられる。
硬化方法は、光硬化または熱硬化が挙げられ、重合開始剤(E)に応じて適宜選択すればよい。硬化方法としては、硬化物の製造のしやすさの点から、光硬化が好ましい。
メディアン径は、動的光散乱法による粒度分布測定器(大塚電子社製、FPAR1000)を用いて求めた。
質量平均分子量は、下記装置を用い、下記条件にて測定した。
GPCシステム:HLC-8220GPC(東ソー社製)、
カラム:TSK guard Column Super MZ-L、TSK gel HZ4000、TSK gel HZ3000、TSK gel HZ2500、TSK gel HZ2000(この順に連結して使用した)、
カラムオーブン温度:40℃、 溶媒:テトラヒドロフラン、 流量:0.35mL/分、
標準サンプル:ポリスチレン。
粘度は、動的粘弾性測定装置(Anton Paar社製、Physica MCR301)を用いて、10s-1の剪断速度における動的粘弾性を25℃で測定し、求めた。
屈折率は、アッベ屈折計(アタゴ社製、多波長アッベ屈折計DR-M2)を用い、温度:25℃、波長:589nmにおいて測定した。
アッベ数は、アッベ屈折計(同上)を用い、温度:25℃で、波長:589nm、486nm、および656nmのそれぞれの屈折率を測定し、下式(I)から算出した。
νD=(nD-1)/(nF-nC) (I)
シリコンウエハの表面に硬化性組成物を塗布し、高圧水銀ランプから紫外線を露光量:3000mJ/cm2で照射して、膜状の硬化物を形成した。得られた硬化物を180℃で30分間熱処理を行うことで屈折率測定用の硬化物を得た。屈折率測定装置(米国メトリコン社製プリズムカプラ:2010/M)を用いて、硬化物の波長473nm、594nmおよび658nmの光に対する屈折率を測定し、装置付属のMetricon Fitを用いて波長589nmの光に対する屈折率を算出した。
上述の装置付属のMetricon Fitを用いて各波長における屈折率を算出し、上式(I)からアッベ数を算出した。
ガラス基板の表面に硬化性組成物を、硬化膜の厚さが100μmになるように塗布し、高圧水銀ランプから紫外線を露光量:3000mJ/cm2で照射して、膜状の硬化物を形成した。得られた硬化物に、180℃で30分間熱処理を施すことで評価用硬化物を得た。
評価用硬化物の波長400nmの光に対する透過率を、紫外・可視・近赤外分光光度計(島津製作所社製、Solid Spec-3700)を用いて測定した。
評価用硬化物を目視にて観察し、下記基準にて評価した。
○:クラックの発生は見られなかった。
×:熱処理後にクラックの発生が見られた。
××:紫外線を照射して硬化した際、すなわち熱処理前にクラックの発生が見られた。
接触角計(協和界面科学社製、ポータブル接触角計PCA-1)を用いて純水の接触角を4回測定し、算術平均値を求め、これを硬化物の水接触角とした。硬化物の水接触角は、硬化物の離型性の目安となる。
粒子(A-1)分散液:オルガノシリカゾル(日産化学工業社製、MEK-AC-2140Z、式(A1)で表される(メタ)アクリロイル基含有表面修飾基を表面に有する表面修飾シリカ粒子の分散液、分散媒:メチルエチルケトン、SiO2濃度:40質量%、表面修飾シリカ粒子のメディアン径:10.3nm)。
粒子(A-2)分散液:特開2014-234458号公報に記載の実施例1に則して作製した、(メタ)アクリロイル基含有表面修飾基およびフルオロアルキル基含有表面修飾基を表面に有する表面修飾シリカ粒子の分散液。
化合物(B-1):CH2=C(CH3)C(O)O(CH2)2(CF2)6F(旭硝子社製)。
化合物(B-2):CH2=CHC(O)OCH2CF2(OCF2CF2)2OCF2CH2OC(O)CH=CH2(新中村化学工業社製、NKエステルDA-F4EO)。
化合物(C1-1):2官能ウレタンアクリレート(新中村化学工業社製、NKオリゴUA-160TM、質量平均分子量:1600、25℃における粘度:110000mPa・s)。
化合物(C1-2):2官能ウレタンアクリレート(新中村化学工業社製、NKオリゴU-412A、質量平均分子量:4700、25℃における粘度:13500mPa・s)。
化合物(C1-3):2官能ウレタンアクリレート(新中村化学工業社製、NKオリゴUA-4200、質量平均分子量:1300、25℃における粘度:2000mPa・s)。
化合物(C1-4):2官能ウレタンアクリレート(ダイセル・オルネクス社製、EBECRYL8807、質量平均分子量:1000、25℃における粘度:265000mPa・s)。
化合物(C2-1):3官能エポキシアクリレート(新中村化学工業社製、NKオリゴEA-5311、トリメチロールプロパンとエピクロロヒドリンとの反応物にアクリル酸を付加した化合物、質量平均分子量:15000、25℃における粘度:3000mPa・s)。
化合物(C2-2):2官能エポキシアクリレート(ダイセル・オルネクス社製、EBECRYL3708、質量平均分子量:1500、25℃における粘度:120000mPa・s)。
化合物(C2-3):2官能エポキシアクリレート(東洋ケミカルズ社製、MiramerEA2280、質量平均分子量:1580、25℃における粘度:100000mPa・s)。
化合物(D2-1):トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業社製、NKエステルA-DCP)。
化合物(D2-2):1,6-ヘキサンジオールジアクリレート(新中村化学工業社製、NKエステルA-HD-N)。
化合物(D2-3):トリメチロールプロパントリアクリレート(新中村化学工業社製、NKエステルA-TMPT)。
化合物(D2-4):ペンタエリスリトールトリアクリレート(トリエステル57%)(新中村化学工業社製、NKエステルA-TMM-3LM-N)。
化合物(D1-1):1-アダマンチルメタクリレート(大阪有機化学工業社製、ADMA)。
化合物(D1-2):イソボルニルアクリレート(共栄社化学社製、ライトアクリレートIB-XA)。
重合開始剤(E-1):光ラジカル重合開始剤(BASFジャパン社商品名、Irgacure184)。
粒子(A-1)分散液の25.0g(不揮発分:10.0g)、化合物(B-1)の0.25g、化合物(C1-1)の6.50g、化合物(D2-1)の2.50g、化合物(D2-2)の5.0g、化合物(D2-3)の0.75gを均一になるように混合し、40℃で溶媒の減圧留去を行った。得られた混合物に重合開始剤(E-1)の0.75gを混合し、例1の硬化性組成物を得た。各成分の割合を表1に示す。評価結果を表4に示す。
表面修飾金属酸化物粒子(A)、化合物(B)、化合物(C)および化合物(D)の種類および割合を表1~表3に示す種類および割合に変更した以外は、例1と同様にして硬化性組成物を得た。評価結果を表4に示す。
例19~21は、化合物(C)を含まないため、耐クラック性に劣っていた。例21は、化合物(B)を含まないため、離型性にも劣っていた。
例22は、化合物(D1-1)と表面修飾金属酸化物粒子(A)との相溶性が悪く、相分離した。例23~25は、化合物(A)を含まないまたは化合物(A)が少ないため、アッベ数が低かった。例26は、化合物(D1-1)と表面修飾金属酸化物粒子(A)との相溶性が悪く、相分離した。
なお、2015年12月9日に出願された日本特許出願2015-240297号及び、2016年6月7日に出願された日本特許出願2016-113687号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (10)
- 下式(A1)で表される基を有する表面修飾基を表面に有するシリカ粒子である粒子(A)と、
下記フルオロ(メタ)アクリレート群から選ばれる1種以上である化合物(B)と、
下式(C11)で表され、質量平均分子量が1000以上である化合物(C1)と、
不飽和結合含有環構造を有さず、かつ(メタ)アクリロイル基を1つ以上有する化合物(D)(ただし、前記粒子(A)、前記化合物(B)または前記化合物(C1)と同じものを除く。)と、
重合開始剤(E)とを含み、
すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(前記粒子(A)を含む。)の合計100質量%のうち、前記粒子(A)が、20~45質量%であり、前記化合物(B)が、0.01~20質量%であり、前記化合物(C1)が、10~50質量%であり、前記化合物(D)が、10~50質量%であり、
すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(前記粒子(A)を含む。)の合計100質量部に対して、前記重合開始剤(E)が、0.01~10質量部である、ことを特徴とする硬化性組成物。
CH 2 =CR 1 C(O)-X-(CH 2 ) a -SiR 2 b (-*) 3-b (A1)
[式(A1)において、*はSiの結合手であり、R 1 は水素原子またはメチル基であり、R 2 は水素原子または炭素数1~4の炭化水素基であり、Xは-O-または-NH-であり、aは2~7の整数であり、bは0~2の整数であり、bが2の場合の2つのR 2 は、同一であってもよく、異なってもよい。]
フルオロ(メタ)アクリレート群:CH 2 =CHC(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 CF 2 CF 2 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 CF 2 CF 2 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =CHC(O)OCH(CF 3 ) 2 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH(CF 3 ) 2 、CH 2 =CHC(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =CHC(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 8 F、CH 2 =CHC(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 8 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 ) 7 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 ) 7 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 CF 2 H、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 2 H、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 4 H、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 CF 2 H、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 2 H、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 4 H、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 OCF 2 CF 2 OCF 3 、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 O(CF 2 CF 2 O) 3 CF 3 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 OCF 2 CF 2 OCF 3 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 O(CF 2 CF 2 O) 3 CF 3 、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF(CF 3 )OCF 2 CF(CF 3 )O(CF 2 ) 3 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF(CF 3 )O(CF 2 CF(CF 3 )O) 2 (CF 2 ) 3 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF(CF 3 )OCF 2 CF(CF 3 )O(CF 2 ) 3 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF(CF 3 )O(CF 2 CF(CF 3 )O) 2 (CF 2 ) 3 F、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 (CF 2 ) 6 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(CH 2 OH)CH 2 (CF 2 ) 6 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(CH 2 OH)CH 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 (OCF 2 CF 2 ) p OCF 2 CH 2 OC(O)CH=CH 2 (ただし、pは1~20の整数である。)、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 (OCF 2 CF 2 ) p OCF 2 CH 2 OC(O)C(CH 3 )=CH 2 (ただし、pは1~20の整数である。)、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 ) 4 CH 2 OC(O)CH=CH 2 、及びCH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 ) 4 CH 2 OC(O)C(CH 3 )=CH 2 。
{(CH 2 =CR 11 C(O)O-) i J-OC(O)NH-} k Q (C11)
[式(C11)において、R 11 は水素原子またはメチル基であり、iは1または2であり、kは2~4の整数であり、Jは(i+1)価の有機基であり、Qはk価の有機基である。] - 下式(A1)で表される基を有する表面修飾基を表面に有するシリカ粒子である粒子(A)と、
下記フルオロ(メタ)アクリレート群から選ばれる1種以上である化合物(B)と、
下式(C21)で表され、質量平均分子量が1000以上である化合物(C2)と、
不飽和結合含有環構造を有さず、かつ(メタ)アクリロイル基を1つ以上有する化合物(D)(ただし、前記粒子(A)、前記化合物(B)または前記化合物(C2)と同じものを除く。)と、
重合開始剤(E)とを含み、
すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(前記粒子(A)を含む。)の合計100質量%のうち、前記粒子(A)が、20~45質量%であり、前記化合物(B)が、0.01~20質量%であり、前記化合物(C2)が、10~50質量%であり、前記化合物(D)が、10~50質量%であり、
すべての(メタ)アクリロイル基を有する化合物(前記粒子(A)を含む。)の合計100質量部に対して、前記重合開始剤(E)が、0.01~10質量部である、ことを特徴とする硬化性組成物(ただし、エポキシ樹脂とアクリル酸(メタクリル酸)の反応物である部分アクリル化(メタクリル化)エポキシ樹脂の水酸基を、シリル化剤、アシル化剤、モノイソシアネート化合物から選択される化合物で部分的又は完全に保護した部分アクリル化(メタクリル化)エポキシ樹脂を含むものを除く。)。
CH 2 =CR 1 C(O)-X-(CH 2 ) a -SiR 2 b (-*) 3-b (A1)
[式(A1)において、*はSiの結合手であり、R 1 は水素原子またはメチル基であり、R 2 は水素原子または炭素数1~4の炭化水素基であり、Xは-O-または-NH-であり、aは2~7の整数であり、bは0~2の整数であり、bが2の場合の2つのR 2 は、同一であってもよく、異なってもよい。]
フルオロ(メタ)アクリレート群:CH 2 =CHC(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 CF 2 CF 2 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 CF 2 CF 2 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =CHC(O)OCH(CF 3 ) 2 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH(CF 3 ) 2 、CH 2 =CHC(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =CHC(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 8 F、CH 2 =CHC(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 8 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)O(CH 2 ) 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 ) 6 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 ) 7 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 ) 7 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 CF 2 H、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 2 H、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 4 H、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 CF 2 H、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 2 H、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 CF 2 ) 4 H、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 OCF 2 CF 2 OCF 3 、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 O(CF 2 CF 2 O) 3 CF 3 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 OCF 2 CF 2 OCF 3 、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 O(CF 2 CF 2 O) 3 CF 3 、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF(CF 3 )OCF 2 CF(CF 3 )O(CF 2 ) 3 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF(CF 3 )O(CF 2 CF(CF 3 )O) 2 (CF 2 ) 3 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF(CF 3 )OCF 2 CF(CF 3 )O(CF 2 ) 3 F、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF(CF 3 )O(CF 2 CF(CF 3 )O) 2 (CF 2 ) 3 F、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 (CF 2 ) 6 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(CH 2 OH)CH 2 (CF 2 ) 6 CF(CF 3 ) 2 、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(OH)CH 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =CFC(O)OCH 2 CH(CH 2 OH)CH 2 (CF 2 ) 10 F、CH 2 =CHC(O)OCH 2 CF 2 (OCF 2 CF 2 ) p OCF 2 CH 2 OC(O)CH=CH 2 (ただし、pは1~20の整数である。)、CH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 CF 2 (OCF 2 CF 2 ) p OCF 2 CH 2 OC(O)C(CH 3 )=CH 2 (ただし、pは1~20の整数である。)、CH 2 =CHC(O)OCH 2 (CF 2 ) 4 CH 2 OC(O)CH=CH 2 、及びCH 2 =C(CH 3 )C(O)OCH 2 (CF 2 ) 4 CH 2 OC(O)C(CH 3 )=CH 2 。
{CH 2 =CR 21 C(O)O-CH 2 CH(OH)CH 2 -(O) s -} t G (C21)
[式(C21)において、R 21 は水素原子またはメチル基であり、sは0または1であり、tは2以上の整数であり、Gはt価の有機基である。] - 前記粒子(A)のメディアン径が1~1000nmである請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
- 前記化合物(D)が、前記(メタ)アクリロイルオキシ基を1つ有する化合物(D1)、または前記(メタ)アクリロイルオキシ基を2つ以上有する化合物(D2)である請求項1~3のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 前記化合物(D1)が、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルである請求項4に記載の硬化性組成物。
- 前記化合物(D2)が、ジオールの(メタ)アクリレート、トリオールの(メタ)アクリレート、またはテトラオールの(メタ)アクリレートである請求項4に記載の硬化性組成物。
- 前記重合開始剤(E)が、光ラジカル重合開始剤である請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- エステル、ケトン、水酸基、及びエーテルからなる群から選ばれる少なくとも1つ以上を有する溶剤を含有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 温度25℃における粘度が、100~15000mPa・sである請求項1~8のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
- 請求項1~9のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化した硬化物。
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