專利名稱:低雙折射率有機光學元件和螺二茚聚合物的制作方法
技術領域:
本發明涉及低雙折射率有機光學元件和具有螺二茚結構的聚合物。本發明的低雙折射率有機光學元件具有極好的透明性、機械強度和耐熱性以及低雙折射率,它可以用作例如光盤的基質、攝影透鏡,液體電池的塑性基質和棱鏡。
無機玻璃具有許多很好地物理性質例如極好的透明性和低的光學各向異性,因此無機玻璃已經用于各個領域。然而該玻璃存在一些問題例如由于其沉重而產生的脆性和較低的產率,所以近來人們積極努力開發透明的聚合物作為無機玻璃的代用品。
透明聚合物例如聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚碳酸酯具有極好的透明性、機械性質例如抗沖擊性、加工性能和可模塑性,因此它已經用于各種用途例如汽車和透鏡的透明元件,作為無機玻璃的替代物。
同時,光盤(在其上記錄信息例如聲音、圖像和正文,并用激光光束使它們再現)已經被迅速推廣應用。在該光盤(用作記錄信息的介質)中,激光光束在其應用的過程中通過盤體。因此,該盤需要是透明的,并且必須是光學上均勻的,以便減少信息的閱讀錯誤。當使用常規聚合物例如聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯時,將產生這樣的問題,即當激光光束通過盤基質時,由于某些因素例如溫度分布、分子取向和體積的變化(在鑄造盤基質的過程中,在接近玻璃化轉變溫度時由于樹脂的冷卻和液化產生的)而產生的殘余應力將引起雙折射。由于雙折射而產生的嚴重光學上的不均勻性將成為光學元件例如光盤基質的致命缺陷,因為這將引起重大問題例如記錄信息的閱讀錯誤。因此要求光學元件尤其是光盤基質應由這樣的物質制成,該物質比任何常規聚合物都具有更好光學特性,例如低雙折射率和極好的透明性和耐熱性。
為了解決上述問題,JP-A63-314235公開了一種由螺化合物例如螺二茚的均聚聚碳酸酯或螺二茚和雙酚A的共聚聚碳酸酯得到的低雙折率射聚碳酸酯。但是,前一種聚碳酸酯雖具有低雙折射率,然而由于其較低的透明性和機械強度,因此也存在實質上的問題,而在后一種聚碳酸酯中,雙酚A的增加改善了透明性和機械強度,然而增加了雙折射率,因此限制了它作為光學元件的應用。因此,迫切需要解決這些矛盾的問題。
JP-A3-162413建議用一種聚合物例如具有螺二苯并二氫吡喃結構的聚碳酸酯作為低雙折射率的物質。盡管螺二苯并二氫吡喃衍生物的均聚聚碳酸酯具有低雙折射率,然而由于其較低的透明性和機械強度,因此該聚合物也存在實質上的問題。另外,對于螺二茚和雙酚A的共聚聚碳酸酯,雙酚A的增加雖然改善了透明性和機械強度,然而增加了雙折射率。因此需要解決這些矛盾的問題。
眾所周知聚酰亞胺是具有高耐熱性的工程塑料。然而聚酰亞胺具有良好的耐熱性卻具有高雙折射率。例如,JP-A8-504967所述的聚酰亞胺可以用作光學物質,但其雙折射率至少為0.01,這不足夠低。另外,根據“PHOTOSENSITIVE POLYIMIDE-Fundamentals and Applications”,editedby KAZUYUKI HORIE and TAKASHI YAMASHITA TECHNOMIC PUBLISHINGCOMP.,P.300(1995),市售聚酰亞胺的雙折射率至少為0.1;即使特定的氟化聚酰亞胺的雙折射率也是0.01。因此,它們可以大大改善耐熱性,但又嚴重地限制了它們作為光學元件的應用。
芳族聚酰亞胺是總所周知的工程塑料。但是關于芳族聚酰亞胺的光學性質、尤其是折射率和雙折射率沒有太多的描述,因此實質上沒有關于這些性質的數據可以利用。
聚酰亞胺可以通過二胺與四羧酸二酐的反應制備,它的某些性質例如耐熱性、機械強度、耐化學性、尺寸穩定性、不燃性和電絕緣性質非常好。因此聚酰亞胺廣泛地用于電和電子設備領域。尤其是,可以預期它們將更廣泛和更大量地用于需要良好耐熱性和電絕緣性的領域。
聚酰亞胺具有高耐熱性和高耐化學性。這有利于它在光學元件方面的應用,然而在加工性能方面未必有利。例如,式(A)和(B)所代表的Kapton或Vespel(Dupont)和Upilex(Ube Industries Ltd.)是熟知的聚酰亞胺。
由于這些聚酰亞胺是不溶解的、不熔的和不好加工的,因此一直使用特定的和效率低的制模技術例如壓制和切削或溶解聚酰胺酸(聚酰亞胺的前體)的流延膜來制備壓模或膜。
為了解決上述問題,已開發了Ultem(G.E.;USPs 3847867和3847869),式(C)所代表的聚醚酰亞胺。該聚醚酰亞胺可以進行熔融加工,并可以溶解在常規溶劑例如酰胺、酚和鹵代烴中,因此它作為溶液具有極好的加工性能。然而該聚醚酰亞胺的玻璃化轉變溫度約為215℃,耐熱性不夠。
已知式(D)和(E)所代表的聚酰亞胺(它們都是由Mitsui ToatsuChemical Inc.制造;JP-As 62-205124和2-18419)是具有高耐熱性并且可以進行熔融加工的物質。這些聚酰亞胺的玻璃化轉變溫度是250℃,比上述聚醚酰亞胺(C)的耐熱性好,并且可以進行熔融加工,但它在溶劑中的溶解性較差,因此很難作為溶液被加工。
式(F)所代表的耐熱粘性聚酰亞胺也是已知的(JP-B5-74637)。該聚酰亞胺與式(D)和(E)的聚酰亞胺具有相同的耐熱性和熱塑性,并且該聚酰亞胺在溶劑中有足夠的溶解性,根據所選擇的R基,可以通過熔化過程和溶液制模而被加工;
其中R代表四價芳香族基。
但是,當用于改進航空飛行器和空間探測儀以及電和電子設備時,將需要更高的耐熱性即高玻璃化轉變溫度。
上面式(C)的聚醚酰亞胺和式(D)的聚酰亞胺在其主鏈中都有許多彎曲基團,以便改進熔融流動性和溶解性。彎曲基團的增加通常導致樹脂本身線性熱膨脹系數的增加。由于電子材料領域(需要進行精加工)需要低線性熱膨脹系數的樹脂,因此上述現有技術的聚酰亞胺是不理想的。
可以預期聚酰亞胺將更廣泛和更大量地用于電和電子設備領域,尤其是需要良好耐熱性和電絕緣性的領域。 近來,微電子技術在電和電子領域已經得到了顯著的發展。尤其是,廣泛地進行了用于多層電路板的絕緣材料的研究與開發。在用于這些領域的有機材料中,聚酰亞胺優選用作絕緣膜,因為它的耐熱性和尺寸穩定性特別好,并且與無機材料相比具有更低的介電常數。但是,市售聚酰亞胺樹脂的介電常數是,例如,3.6/1kHz(由4,4’-二氨基二苯基醚和1,2,4,5-苯四酸二酐制備的聚酰亞胺,商品名Kapton或Vespel);3.5/1kHz(由間二氨基苯和3,3’,4,4’-聯苯基四羧酸二酐制備的聚酰亞胺,商品名Upilex);和3.7/1kHz(由3,3’-二氨基苯酮和3,3’,4,4’-苯酮四羧酸二酐制備的聚酰亞胺,商品名LARC-TPI)。
聚酰亞胺樹脂已經用作用于柔性印刷板的絕緣材料,但是由于增加了電子電路的集成化,還需要在電特征例如低介電常數方面進行改進。尤其需要具有低于3.0,優選約2.8的低介電常數的絕緣材料,因為例如,對于大計算機使用多層電路板必將可以高速傳遞信號,而信號傳遞速度與板材的介電常數成反比,因此板材的高介電常數將使信號傳遞減慢,抑制速度升高。由于聚酰亞胺用于具有多層線路結構的絕緣膜的夾層中,鑒于所述理由,已經注意到聚酰亞胺必須具有低介電常數。
眾所周知Teflon(Dupont)是具有低介電常數的樹脂,而許多種具有低介電常數的聚酰亞胺已經被開發用作具有良好性質例如耐熱性的工程聚合物。引入氟原子或氟烷基是使聚酰亞胺具有低介電常數的已知技術;特別是,通過使用含氟芳族二胺或芳族酸酐可能得到如此低的介電常數,如A.K.St.Clair et al.in NASA,U.S.A.(Polymeric Materials Science and Engineering,5928-32(1988))和EP0299865中所述。然而,對于現有技術的聚酰亞胺,沒有關于壓模加工性能例如熔融加工的描述。類似的是,US5089593中所述的聚酰亞胺也很難進行熔融加工,因為二胺的氨基在鍵合位置的對位,因此當酸酐是剛性的時候,整個聚酰亞胺是剛性的,并且不具有熔融流動性。
另外,具有低介電常數的無色和透明工程塑料已經得到了廣泛發展。式(G)所代表的聚碳酸酯是熟知的高度無色和透明的樹脂。
該樹脂具有約150℃的低玻璃化轉變溫度,耐熱性不夠。
式(H)所代表的聚醚砜(PES)也是熟知的透明樹脂。
但是,由于該樹脂含有高吸水性的砜基,因此它不適合作為用于電或電子領域(其中應除去濕度)的材料。
聚酰亞胺是具有深紅褐-黃色的樹脂,但近來已經開發出無色和透明的各種聚酰亞胺。例如式(I)所代表的聚酰亞胺具有極好的泛黃指數(例如,JP-A1-182324)。
然而,由于具有象上述PES的砜基,該聚酰亞胺也存在吸水性問題。
另外,上述聚酰亞胺NASA(A.K.St.Clair et al.,Polymeric MaterialsScience and Engineering,59,28-32(1988)和EP0299865)在其主鏈中有許多彎曲基團,彎曲基團數目的增加通常引起樹脂本身線性熱膨脹系數的增加。由于電子材料(需要對其進行精加工)領域需要低線性熱膨脹系數的樹脂,因此上述現有技術的聚酰亞胺是不理想的。
本發明為了解決上述問題,它的目的是提供具有良好透明性、機械強度和耐熱性以及低雙折射率的有機光學元件,并提供多種可以用作光學元件的螺二茚聚合物。
本發明的另一個目的是提供一種完全符合低介電常數、低吸水性、無色和透明性、低線性熱膨脹系數和模制加工性能要求的含氟聚酰亞胺;一種具有高耐熱性即高玻璃化轉變溫度、低吸水性和低線性熱膨脹系數,并同時保持了熔融加工和溶液制模的良好制模加工性能的聚酰亞胺;和一種具有極好的透明性、機械強度和耐熱性,并顯示出低雙折射率和低光學損失的聚酰亞胺和聚酰胺。
為了解決上述問題,我們已經進行了充分的嘗試,并發現在透明性、機械強度和耐熱性方面非常良好的低雙折射率的有機光學元件;可以用作光學元件具有特定結構的螺二茚聚合物;可以用于該光學元件的新聚酰亞胺或聚酰胺,從而實現了本發明。
本發明涉及低雙折射率的有機光學元件,該元件含有通過使具有式(1)所代表的不對稱螺環的單體的外消旋混合物的聚合而制備的聚合物,它是必不可少的組分;
其中環A代表單環或多環有機基,其中兩個環A通過螺鍵相互鍵合而形成具有分子不對稱結構的螺環;n是0-10的整數;X1和Y1是鍵合基;Z1是聚合活性基。
本發明還涉及上述低雙折射率有機光學元件,其中具有不對稱螺環的單體的外消旋混合物用通式(2)-(4)的任何一個表示;
其中R21、R22、R23、R24、R25、R26和R27獨立地為氫原子、鹵原子、烷基、烷氧基或三氟甲基;n是0-10的整數;X2和Y2是鍵合基;Z2是聚合活性基;
其中R31、R32、R33、R34、R35、R36和R37獨立地為氫原子、鹵原子、烷基、烷氧基或三氟甲基;n是0-10的整數;X3和Y3是鍵合基;Z3是聚合活性基;
其中R41、R42、R43和R44、獨立地為氫原子、鹵原子、烷基、烷氧基或三氟甲基;n是0-10的整數;X4和Y4是鍵合基;Z4是聚合活性基; 本發明還涉及低雙折射率的有機光學元件,其中聚合物是通過聚合通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它作為必不可少的組分是下面(i)-(xi)的任何一種; (i)含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元的聚碳酸酯;
其中R1代表取代或未取代的直鏈、支鏈或環烷基,取代或未取代直鏈、支鏈或環烷氧基,硝基、或鹵原子;R2獨立地為氫原子或甲基;k是0-3的整數;l和m獨立地為0-20的整數;且l+m不等于零;(ii)通過聚合式(6)所代表的丙烯酸酯化合物而制備的聚合物;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R3獨立地為氫原子或甲基;(iii)含有式(7)所代表的結構單元的聚酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R4是亞烷基、亞芳烷基或亞芳基;l+m不等于零;(iv)含有式(8)所代表的結構單元的聚氨酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R5是二價有機基團;其l+m不等于零;(v)通過聚合式(9)所代表的環氧化合物而制備的聚合物;
其中R1和k同上述定義,p是0-10的整數;(vi)通過聚合式(10)所代表的環氧丙烯酸酯化合物而制備的聚合物;
其中R1、R3、k和p同上述定義;(vii)通過聚合酸改性的環氧丙烯酸酯化合物而制備的聚合物,該化合物是通過式(10)所代表的環氧丙烯酸酯化合物與羧酸或其酸酐的反應而得到的;(viii)通過聚合式(11)所代表的乙烯基醚化合物而制備的聚合物;
其中R1和k同上述定義;R6是氫原子或CH2=CH-O-R7-基,其中R7代表具有1-12碳的亞烷基或2-羥基三亞甲基;兩個R6可以相同或不同,但它們不同時為氫原子;(ix)含有式(12)所代表的結構單元的共聚聚碳酸酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R8是烷基;q和r獨立地為0-20的整數;和s是0-4的整數;(x)含有式(13)所代表的結構單元的聚酰亞胺樹脂;
其中Y是單價基團,它選自具有1-3個碳的烷氧基或烷基;苯基、苯氧基、芐基或萘基;或通式(a)或(b)代表的基團;
其中Q是選自鹵原子、具有1-3個碳的烷基或烷氧基、或鹵化或烷氧基所代表的基團(其中氫原子部分或全部被鹵原子取代)的單價基團;Q可以是相同或不同的;u是0-5的整數; Y可以是相同或不同的;k和s同上述定義;Ar1是式(c)、(d)或(e)所代表四價基團;
其中Q和k同上述定義;t是0-2的整數;V是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或通式(f)或(g)所代表的基團的二價基團;
其中Q和s同上述定義;L是選自直接鍵、-CO-、-S-或-O-的二價基團;M是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-的二價基團;(xi)含有式(14)所代表的結構單元的聚酰胺樹脂;
其中Y、k和s同上述定義;Ar2是式(h)、(i)或(j)所代表二價基團;
其中Q、k和s同上述定義;K是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或式(f)、(g)、(k)或(l)所代表的基團的二價基團;
本發明也涉及 一種含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元的新聚碳酸酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義; 一種式(6)所代表的新丙烯酸酯化合物;
其中R1、R2、R3、k、l和m同上述定義; 一種含有式(7)所代表的結構單元的新聚酯;
其中R1、R2、R4、k、l和m同上述定義; 一種含有式(8)所代表的結構單元的新聚氨酯;
其中R1、R2、R5、k、l和m同上述定義; 一種式(11)所代表的新乙烯基醚化合物;
其中R1、R6和k同上述定義; 一種含有式(12)所代表的結構單元的新共聚聚碳酸酯;
其中R1、R2、R8、k、l、m、q、r和s同上述定義; 一種含有式(15)所代表的結構單元的新含氟聚酰亞胺;
其中Ar3是式(m)、(n)、(o)或(p)所代表基團;
其中v是≥1的整數;
其中W是直接鍵、-O-、-S-、-CO-、-SO2-、C(CH3)2-或-C(CF3)2-;T是氟原子、或氟烷基或氟烷氧基;T可以相同或不同;k同上述定義,但當k是零時,W是-C(CF3)2-;
W、T、k和s同上述定義,但當k和s同時是零時,W是-C(CF3)2-;
一種含有式(16)所代表的結構單元的聚酰亞胺;
其中Ar4是選自通式(q)所代表的單環芳基、通式(r)所代表的稠合多環芳基和通式(s)所代表的非稠合多環芳基(其中芳環是相互直接連接的或通過交聯節連接的)的四價基團;
其中X是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或式(t)、(u)或(v)所代表的基團的二價基團;
其中M是直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-或-C(CF3)2-; 一種含有式(17)所代表的結構單元的聚酰亞胺,其比濃對數粘度至少為0.01dL/g,并最高可達3.00dL/g;
其中Z是選自具有1-3個碳的烷氧基或烷基;苯基、苯氧基、芐基或萘基;或通式(a)、(b)或(w)代表的基團的單價基團;
Q和u同上述定義,v是0-4的整數; Ar1、k和s同上述定義,但是k與s的和至少1,和 一種含有式(18)所代表的結構單元的聚酰胺,其比濃對數粘度至少為0.01dL/g,并最高可達3.00dL/g;
Ar2、z、k和s同上述定義,但是k與s的和至少1。
關于上述聚合物,本發明還涉及式(15)、(16)或(17)所代表的且其末端是未取代芳環或被對胺或二羧酸酐為惰性的基團取代的取代芳環的聚酰亞胺,和式(18)所代表的且其末端被單胺和/或二羧酸酐保護的聚酰胺。
本發明也涉及包括上述丙烯酸酯化合物的可固化樹脂組合物,和包括上述乙烯基醚化合物的光敏樹脂組合物。
本發明還涉及聚酰亞胺樹脂組合物,該組合物包括100重量份下列四種不同的聚酰亞胺之一式(15)和(16)所代表的聚酰亞胺,以及聚合物末端是未取代芳環或被對胺或二羧酸酐為惰性的基團取代的取代芳環的聚酰亞胺;和5-70重量份選自碳、玻璃、芳族聚酰胺和鈦酸鉀纖維的纖維增強劑。
圖1表示實施例266所得到的聚酰亞胺的紅外光譜。
圖2表示實施例266所得到的聚酰亞胺粉末在350℃下的停留時間與其熔體粘度之間的關系曲線圖。
圖3表示實施例278所得到的聚酰亞胺的紅外光譜。
圖4表示實施例278所得到的聚酰亞胺粉末在350℃的停留時間與其熔體粘度之間的關系曲線圖。
本發明的光學元件是低雙折射率的有機光學元件,該元件含有通過使具有式(1)所代表的不對稱螺環的單體的外消旋混合物的聚合而制備的聚合物,它是必不可少的組分;
即使沒有不對稱碳,下式之一所示的沒有對稱面的螺環化合物作為整個分子也可以顯示出光學活性。這些異構體(A)和(B)稱為不對稱分子旋光異構體,這二者中的每一個都可以按照Bulletin of the Chemical Society of Japan,Vol.44,pp.496-505(1971)中所述的Nakagawa’s方法制備;
其中X和Y是相互不等價的基團。
我們發現低雙折射率聚合物可以通過用具有此類不對稱螺環結構的單體的外消旋混合物來制備。
雙折射是由于單個分子的極化度各向異性所引起的現象。假設外消旋混合物用于本發明,那么異構體之間相互消去了極化度各向異性,產物整體不存在極化度各向異性,從而變成宏觀上各向同性的。這被下面的事實所證實,即使用包括一種旋光異構體的單體得到一位或多位的高雙折射,如后面的實施例所示。
本發明通式(1)所代表的含有不對稱螺環的單體的特定例子是式(2)、(3)或(4)優選式(2)所代表的含有不對稱螺環的單體。
下面將具體描述用于制備本發明的低雙折射率有機光學元件的單體和聚合物,當然本發明并不限于該具體描述。
在與本發明相關的通式(1)-(4)中,n1、n2、n3和n4是0-10,優選0-5,更優選0-3,最優選0或1的整數。
在通式(1)-(4)中,連接基X1-X4包括醚、硫醚、亞氨基、N-甲基亞氨基、羰氧基、氧羰基、羰基亞氨基、亞氨基羰基、砜、亞甲基、1,2-亞乙基、1,3-三亞甲基、2,2-亞丙基、1-甲基-1,2-亞乙基、2-甲基-1,2-亞乙基、亞乙氧基、亞丙氧基、二(亞乙氧基)、三(亞乙氧基)、氧亞乙基、氧亞丙基、二(氧亞乙基)、三(氧亞乙基)、1,2-亞乙基二氧基、1,3-三亞甲基二氧基、2,2-亞丙基二氧基、1-甲基-1,2-亞乙基二氧基、2-甲基-1,2-亞乙基二氧基、2-羥基-1,3-三亞甲基二氧基、二氟亞甲基、全氟亞乙基、1-三氟甲基-1,2-亞乙基、2-氟甲基-1,2-亞乙基、2-三氟甲基氧亞乙基、二(2-三氟甲基氧亞乙基)、全氟亞乙基二氧基、1-三氟甲基-1,2-亞乙基二氧基、2-三氟甲基-1,2-亞乙基二氧基、1,4-亞苯基、1-氧-4-亞苯基、1-氧-3-亞苯基、二(1-氧-4-亞苯基)、1,3,4-苯三基、1-氧-3,4-苯三基、4-(3’,4’-亞苯三基-1-氧)亞苯基氧基和3-(3’,4’-亞苯三基-1-氧)亞苯基氧基,以及至少兩個相同或不同的上述基團連在一起的連接基。
連接基優選包括醚、亞乙氧基、亞丙氧基、二(亞乙氧基)、三(亞乙氧基)、氧亞乙基、氧亞丙基、二(氧亞乙基)、三(氧亞乙基)、1,2-亞乙基二氧基、1,3-三亞甲基二氧基、2,2-亞丙基二氧基、1-甲基-1,2-亞乙基二氧基、2-甲基-1,2-亞乙基二氧基、2-羥基-1,3-三亞甲基二氧基、1-氧-4-亞苯基、1-氧-3-亞苯基、二(1-氧-4-亞苯基)、1-氧-3,4-苯三基、4-(3,4-亞苯三基-1-氧)亞苯基氧基和3-(3,4-亞苯三基-1-氧)亞苯基氧基,以及至少兩個相同或不同的上述基團連在一起的連接基;更優選1,2-亞乙基二氧基、1-甲基-1,2-亞乙基二氧基、2-甲基-1,2-亞乙基二氧基、1-氧-4-亞苯基、1-氧-3-亞苯基和二(1-氧-4-亞苯基),以及至少兩個相同或不同的上述基團連在一起的連接基。
在通式(1)-(4)中,連接基Y1-Y4包括醚、硫醚、亞氨基、N-甲基亞氨基、羰氧基、氧羰基、羰基亞氨基、亞氨基羰基、砜、亞甲基、1,2-亞乙基、1,3-三亞甲基、2,2-亞丙基、2-羥基-1,3-三亞甲基二氧基、二氟亞甲基、全氟亞乙基、1-三氟甲基亞乙基、氧亞乙基、氧亞丙基、二(氧亞乙基)、三(氧亞乙基)、2-三氟甲基氧亞乙基、二(2-三氟甲基氧亞乙基)、1,4-亞苯基、1,3,4-苯三基、1-氧-4-亞苯基、1-氧-3-亞苯基、二(1-氧-4-亞苯基)和3-(3’,4’-亞苯三基氧)亞苯基氧基,尤其是2-羥基-1,3-三亞甲基二氧基。
在與本發明相關的通式(1)-(4)中,聚合活性基團Z1-Z4包括具有縮聚性質的基團例如羥基、硫羥基、甲酰基、氯、溴、氧氯基、硫氯基、羰基氯、氨基、異氰酸酯和二羧酸酐基;以及具有加聚性質的基團例如乙烯基、乙烯氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、縮水甘油基、縮水甘油基氧基和馬來酰亞胺基。
在這些聚合基團中,優選Z1-Z4包括具有縮聚性質的基團例如羥基、羰基氯、氨基和二羧酸酐基;以及具有加聚性質的基團例如乙烯基、乙烯氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、縮水甘油基、縮水甘油基氧基。
通式(2)中的R21-R27、通式(3)中的R31-R37或通式(4)中的R41-R44是氫、氟、氯、或溴原子、或甲基、乙基、正丙基、異丙基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基或三氟甲基;優選氫、氟或氯原子,或甲基;更優選氫或氯原子,或甲基;尤其是氫原子。
與本發明相關的通式(1)所代表的含有不對稱螺環的單體可以按照已知的方法制備。例如通式(2)所代表螺二茚酚衍生物可以按照US3544638或JP-A62-10030中所述的方法制備。
螺二(苯并二氫吡喃)衍生物可以按照已知方法制備,例如Journal ofChemical Society,Vol.111,4953-4959(1989),JP-A60-130735或JP-A3-163413中所述的方法。
式(4)所代表螺二(苯并二氫吡喃)衍生物可以按照已知方法制備,例如Chemical & Engneering News,p.41,July(1),(1991)中所述的方法。
通式(1)所代表的含有不對稱螺環的單體的外消旋混合物是制備本發明聚合物的聚合單體中的必不可少的組分,其含量比例為至少10%重量,優選至少20%重量,更優選至少30%重量,尤其是至少50%。
本發明的聚合物包括 (1)通過帶有一種上述縮聚基團作為聚合基團的單體與帶有另一個縮聚基團能夠與上述單體縮聚的單體縮聚而制備的聚合物;和 (2)通過帶有一種上述加聚基團的單體單獨加聚,或與帶有另一個加聚基團能夠與上述單體加聚的單體加聚而制備的聚合物。我們將詳細描述每一種類型的聚合物。
通過帶有一種上述縮聚基團作為聚合基團的單體與帶有另一個縮聚基團能夠與上述單體縮聚的單體縮聚而制備的聚合物包括聚碳酸酯、聚酯、聚醚、聚硫醚、聚酮、聚亞砜、聚砜、聚酰亞胺、聚酰胺、聚脲和聚氨酯,以及聚合物的多組分混合物例如聚酯碳酸酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺和聚酰胺酰亞胺。
通過上述縮聚反應所制備聚合物包括共聚物,只要它們對本發明所需要的效果沒有相反的影響。例如聚酰亞胺可以是由二胺化合物和至少兩種二羧酸酐制備的共聚物。這里共聚物可以具有無規、嵌段、交替和接枝共聚物結構中的任何一種。
下面將描述通過帶有一種上述具有加聚性質的基團的單體單獨加聚,或與帶有另一個有加聚性質的基團能夠與上述單體加聚的單體加聚而制備的聚合物。
該聚合物包括用光或熱通過自由基聚合方法使帶有有加聚性質的基團例如乙烯基、丙烯酰氧基和甲基丙烯酰氧基作為聚合活性基團的單體均聚,或使該單體與另一個帶有上述加聚基團的單體共聚而制備的聚合物。
該聚合物包括用光通過陽離子聚合使通式(1)-(4)中帶有環氧或乙烯氧基作為聚合活性基團的單體均聚,或使該單體與帶有另一個環氧或乙烯氧基的另一個單體共聚而制備的聚合物。
該聚合物包括使通式(1)-(4)中帶有環氧或馬來酰亞胺基作為聚合活性基團的單體與雙官能化合物例如多羥基或多氨基化合物共聚而制備的聚合物。
用于共聚中(按光或熱誘導的自由基聚合方法進行的)、含有有加聚性質的基團例如乙烯基、丙烯酰基和甲基丙烯酰基的單體可以是已知的可光致聚合單體,該單體包括單官能的(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸乙基卡必醇酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸苯氧乙基酯、(甲基)丙烯酸壬基苯氧乙基酯、(甲基)丙烯酸2-羥基-3-苯氧丙基酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯基酯、(甲基)丙烯酸異冰片基酯、N-n-丁基-O-(甲基)丙烯酰氧基乙基氨基甲酸酯、丙烯酰基嗎啉、(甲基)丙烯酸三氟乙基酯、(甲基)丙烯酸三溴芐基酯和(甲基)丙烯酸全氟辛基酯;含硅(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酰氧基丙基-三(甲氧基)硅烷;單官能乙烯基化合物例如N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基己內酰胺;二(甲基)丙烯酸亞烷基二醇酯例如二(甲基)丙烯酸1,6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丙二醇酯和二(甲基)丙烯酸新戊基二醇酯;二(甲基)丙烯酸多亞烷基二醇酯例如二(甲基)丙烯酸三乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸多乙二醇酯和二(甲基)丙烯酸多丙二醇酯;雙酚類衍生物例如雙酚A和雙酚-A氫化物的烯化氧加合物的二(甲基)丙烯酸酯;環氧丙烯酸酯例如乙二醇二環氧甘油醚二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二環氧甘油醚二(甲基)丙烯酸酯和雙酚A二環氧甘油醚二(甲基)丙烯酸酯;多官能二(甲基)丙烯酸酯例如三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、雙三羥甲基四丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯;和含烯丙基的化合物例如三烯丙基苯三酸酯和三烯丙基異氰脲酸酯(isocyanulate),以及已知可光致聚合的低聚物包括聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸環氧酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯和聚醚(甲基)丙烯酸酯。
用于共聚中(按光誘導的陽離子聚合方法進行的)、含有環氧或乙烯氧基的其它單體可以是環氧化合物例如苯基環氧甘油醚、乙二醇二環氧甘油醚、三乙二醇二環氧甘油醚、多乙二醇二環氧甘油醚、多丙二醇二環氧甘油醚、丙三醇二環氧甘油醚、新戊基二醇二環氧甘油醚、丙三醇三環氧甘油醚、三羥甲基丙烷三環氧甘油醚、山梨糖醇多環氧甘油醚、雙酚A二環氧甘油醚和4-乙烯基-1-亞環己基二環氧化物;以及乙烯基醚化合物例如乙基乙烯基醚、異丁基乙烯基醚、2-氯乙基乙烯基醚、乙二醇一乙烯基醚、丁二醇一乙烯基醚、乙二醇二乙烯基醚、環己烷二甲醇二乙烯基醚、三羥甲基丙烷三乙烯基醚,和丙烯基醚亞丙基碳酸酯的烯化氧加合物的二乙烯基醚化合物、二乙烯基苯和雙酚A。
如上所述,當使含有環氧或馬來酰亞胺基作為聚合活性基團的單體與多官能化合物例如多羥基和多氨基化合物共聚時,多羥基化合物包括酚醛清漆樹脂、甲酚清漆樹脂、環戊二烯改性酚醛樹脂、對二甲苯改性酚醛樹脂、萘酚改性酚醛樹脂、酚衍生物與苯甲醛或萘甲醛的縮合產物和三酚甲烷;多氨基化合物包括乙二胺、丙二胺、異佛爾酮二胺、二氨基環己烷、亞二甲苯基二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基苯、三(二甲基氨基甲基)酚、芐基二甲胺、改性的多胺例如與環氧樹脂的胺加合物、氰乙基化胺、曼尼期反應胺和酮亞胺,和雜環胺。
低雙折射率有機光學元件可以按照各種已知的制模方法形成和制備。下面將描述用上述聚合物制備光學元件的典型方法。
可以用熟知的方法形成光盤或磁光盤的基質;例如,用下述方法把包括單體的可聚合組合物倒入盤基質的模槽中,通過例如自由基聚合方法使其聚合,和如果需要加熱后處理該成型物,如JP-A58-130450、58-137150或62-280008中所述的方法;在雙層玻璃模中光致聚合組合物的方法,如JP-A60-202557中所述;真空注射或注射溶液和壓制液體樹脂使其進行熱聚合的方法,如JP-A60-203414中所述;或包括注射成型熱塑性聚合物例如聚碳酸酯和聚酯的方法。
當使用熱塑性聚合物例如聚氨酯和聚(甲基)丙烯酸酯時,通常通過澆鑄聚合可以很容易地模制成光學透鏡,如JP-A60-135901中所述。具體地是,把異氰酸酯與具有活性氫例如羥基或硫醇基的化合物混合,如果需要,將混合物以適當的方式脫氣,把該混合物倒入模中,并且通常通過由低溫到高溫逐漸加熱使其聚合。
當使用熱塑性聚合物例如聚碳酸酯、聚酯和聚酰亞胺時,通常透鏡可以通過注射成型適當地制備,如JP-A60-135901中所述。
當用上述熱塑性聚合物模制光學元件時,可以把許多不同的聚合物混合,或混合除下列聚合物以外的聚合物使本發明通式(1)-(4)的任何一個所代表的帶有不對稱螺環的單體(作為必不可少的組分)的外消旋混合物聚合而制備的聚合物,只要這些聚合物對本發明所要求的效果無不利影響。
低雙折射率有機光學元件是按照上述方法用下列聚合物所模制的使本發明通式(1)-(4)的任何一個所代表的帶有不對稱螺環的單體(作為必不可少的組分)的外消旋混合物聚合而制備的聚合物,該光學元件在透明性、機械強度、和耐熱性方面極好,并且具有低雙折射率,它可以用于許多用途例如光盤基質、攝影透鏡、液晶電池的塑性基質和棱鏡。
如上所述,本發明通式(1)所代表的帶有不對稱螺環的單體優選為通式(2)所代表的帶有不對稱螺環的單體。通過使本發明通式(2)所代表的帶有不對稱螺環的單體的外消旋混合物聚合而制備的聚合物的特別優選的實施方案包括下列(i)-(xi)的聚合物;(i)含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元的聚碳酸酯;
其中R1代表取代或未取代的直鏈、支鏈或環烷基,取代或未取代直鏈、支鏈或環烷氧基,硝基、或鹵原子;R2獨立地為氫原子或甲基;k是0-3的整數;l和m獨立地為0-20的整數;且l+m不等于零;(ii)通過聚合式(6)所代表的丙烯酸酯化合物而制備的聚合物;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R3獨立地為氫原子或甲基;(iii)含有式(7)所代表的結構單元的聚酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R4是亞烷基、亞芳烷基或亞芳基;l+m不等于零;(iv)含有式(8)所代表的結構單元的聚氨酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R5是二價有機基團;其l+m不等于零;(v)通過聚合式(9)所代表的環氧化合物而制備的聚合物;
其中R1和k同上述定義,p是0-10的整數;(vi)通過聚合式(10)所代表的環氧丙烯酸酯化合物而制備的聚合物;
其中R1、R3、k和p同上述定義;(vii)通過聚合酸改性的環氧丙烯酸酯化合物而制備的聚合物,該化合物是通過式(10)所代表的環氧丙烯酸酯化合物與羧酸或其酸酐的反應而得到的;(viii)通過聚合式(11)所代表的乙烯基醚化合物而制備的聚合物;
其中R1和k同上述定義;R6是氫原子或CH2=CH-O-R7-基,其中R7代表具有1-12碳的亞烷基或2-羥基三亞甲基;兩個R6可以相同或不同,但它們不同時為氫原子;(ix)含有式(12)所代表的結構單元的共聚聚碳酸酯;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R8是烷基;q和r獨立地為0-20的整數;和s是0-4的整數;(x)含有式(13)所代表的結構單元的聚酰亞胺樹脂;
其中Y是選自具有1-3個碳的烷氧基或烷基;苯基、苯氧基、芐基或萘基;或通式(a)或(b)代表的基團的單價基團;
其中Q是選自鹵原子、具有1-3個碳的烷基或烷氧基、或鹵化或烷氧基所代表的基團(其中氫原子部分或全部被鹵原子取代)的單價基團;Q可以是相同或不同的;u是0-5的整數; Y可以是相同或不同的;k和s同上述定義;Ar2是式(c)、(d)或(e)所代表四價基團;
其中Q和k同上述定義;t是0-2的整數;v是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或通式(f)或(g)所代表的基團的二價基團;
其中Q和s同上述定義;L是選自直接鍵、-CO-、-S-或-O-的二價基團;M是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-或-C(CF3)2-的二價基團;(xi)含有式(14)所代表的結構單元的聚酰胺樹脂;
其中Y、k和s同上述定義;Ar2是式(h)、(i)或(j)所代表二價基團;
其中Q、k和s同上述定義;K是選自直接鍵、-CO- -S-、-O- 、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或式(f)、(g)、(k)或(l)所代表的基團的二價基團; 除了由上述通過使作為必不可少組分的上述單體(包括具有不對稱螺環的單體的外消旋化合物)聚合而制備的聚合物得到的低雙折射率有機光學元件以外,本發明還包括式(5)-(18)所代表的化合物或聚合物。下面將詳細描述本發明的化合物和聚合物以及低雙折射率有機光學元件。
首先,將描述含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元的聚碳酸酯。
本發明的聚碳酸酯可以是含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元的均聚聚碳酸酯或共聚聚碳酸酯。
在式(5)中,R1代表取代或未取代的直鏈、支鏈或環烷基,取代或未取代直鏈、支鏈或環烷氧基,硝基、或鹵原子;優選具有1-20個碳的取代或未取代的直鏈、支鏈或環烷基,具有1-20個碳的取代或未取代直鏈、支鏈或環烷氧基,硝基、或鹵原子。R1的烷基或烷氧基的烷基部分可以被一個或多個基團例如烷氧基、烷氧基烷氧基、環烷基、含雜原子的環烷基、環烷氧基、含雜原子的環烷氧基、芳氧基和芳氧基烷氧基以及鹵原子取代。
R1優選為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基、2-乙基己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、正十四烷基、正十八烷基、環戊基、環己基、4-叔丁基環己基、環庚基、環辛基、環己基甲基、環己基乙基、四氫化糖基、2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2-正丁氧基乙基、3-甲氧基丙基、3-乙氧基丙基、3-正丙氧基丙基、3-正丁氧基丙基、3-正己氧基丙基、2-甲氧基乙氧基乙基、2-乙氧基乙氧基乙基、2-苯氧基甲基、2-苯氧基乙氧基乙基、氯甲基、2-氯乙基、3-氯丙基、2,2,2-三氯乙基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、仲丁氧基、正戊氧基、正己氧基、2-乙基己氧基、正辛氧基、正癸氧基、正十二烷氧基、正十四烷氧基、正十八烷氧基、環戊氧基、環己氧基、4-叔丁基環己氧基、環庚氧基、環辛氧基、環己氧基甲氧基、環己氧基乙氧基、2-甲氧基乙氧基、2-乙氧基乙氧基、2-正丁氧基乙氧基、3-甲氧基丙氧基、3-乙氧基丙氧基、3-正丙氧基丙氧基、3-正丁氧基丙氧基、3-正己氧基丙氧基、2-甲氧基乙氧基乙氧基、2-苯氧基甲氧基、2-苯氧基乙氧基乙氧基、氯甲氧基、2-氯乙氧基、3-氯丙氧基、2,2,2-三氯乙氧基和硝基以及氟、氯、溴和碘。
取代基R1優選為具有1-數個碳的未取代直鏈或支鏈烷基,具有1-數個碳的未取代直鏈或支鏈烷氧基或氯原子;更優選甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、或叔丁氧基,或氯原子;最優選甲基和氯原子。
在式(5)中,R2獨立地為氫原子或甲基;k是0-3,優選0、1或2,更優選0的整數;l和m獨立地為0-20,優選0-10的整數。
在本發明的聚碳酸酯中,l和m優選為0-6,更優選0-4,最優選0-2的整數,且l+m不等于零。
作為起始物的二羥基化合物可以通過使式(19)所代表的螺二茚酚衍生物與下列物質反應而制備烯化氧例如環氧乙烷和環氧丙烷;環狀碳酸酯例如碳酸亞乙酯和碳酸亞丙酯;α、β-鹵代醇例如2-溴乙醇、2-氯乙醇和2-溴-1-丙醇;例如,可以進行螺二茚酚衍生物與烯化氧的反應,如US3794617、JP-B60-5578或JP-A6-10151中所述。
式(19)所代表的螺二茚酚衍生物可以通過已知的方法制備,如JP-A62-10030所述;
其中R1和k同上述定義。
式(5)所代表的起始物二羥基化合物可以通過各種已知方法例如柱色譜法、蒸餾和重結晶進行純化。
根據反應條件,式(5)所代表的起始物二羥基化合物可以以二羥基化合物的混合物的形式得到,這些二羥基化合物具有不同的l和m(式(5)中)。該混合物無需分離就適合用作用于本發明低雙折射率的有機光學元件的起始物。
在式(5)所代表的化合物中,一個含羥基的取代基可以在螺二茚環的4,5,6或7位上,另一個取代基可以在4’、5’、6’或7’位上。
式(5)所代表的二羥基化合物優選為(5-A)-(5-D)的任何一個,更優選式(5-A)、(5-C)或(5-D),最優選式(5-C)或(5-D)所代表化合物;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義。
式(5)所代表的二羥基化合物的例子包括表1中所示的那些化合物,當然并不限于這些。
表1化合物序號 結構式
表1續1化合物序號 結構式
表1續2化合物序號 結構式
表1續3化合物序號 結構式
表1續4化合物序號 結構式
本發明由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元是式(5-a)所代表結構單元。
其中R1、R2、k、l和m同上述定義。
通過與式(I)所代表的羰基偶合(5-a)所代表結構單元可以形成聚碳酸酯; -(C=O)- (I) 本發明的聚碳酸酯是含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元的聚碳酸酯,它可以是均聚聚碳酸酯或共聚聚碳酸酯。
當本發明的聚碳酸酯為共聚聚碳酸酯時,它可以是含有(5-a)所代表的幾種不同的結構單元的共聚聚碳酸酯或含有除(5-a)所代表的結構單元以外的結構單元的共聚聚碳酸酯。
當它含有除(5-a)所代表的結構單元以外的結構單元時,(5-a)所代表的結構單元在全部結構單元中所占的比例可以是(但不限于此)至少10mol%,優選20mol%,更優選30mol%,只要它對本發明所要求的效果無不利影響。
本發明的聚碳酸酯可以包括除式(5)所代表二羥基化合物以外的二羥基化合物衍生而來的結構單元。該二羥基化合物的例子可以包括各種已知的芳族或脂族二羥基化合物。
芳族二羥基化合物具體包括雙(羥芳)烷烴例如雙(4-羥基苯基)甲烷、1,1-雙(4’-羥基苯基)乙烷、1,2-雙(4’-羥基苯基)乙烷、雙(4-羥基苯基)苯基甲烷、雙(4-羥基苯基)二苯基甲烷、雙(4-羥基苯基)1-萘基甲烷、1,1-雙(4’-羥基苯基)1-苯基乙烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)丙烷(“雙酚A”)、2-(4-羥基苯基)-2-(3’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)丁烷、1,1-雙(4’-羥基苯基)丁烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)-3-甲基丁烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)戊烷、3,3-雙(4’-羥基苯基)戊烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)己烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)辛烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)-4-甲基戊烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)庚烷、4,4-雙(4’-羥基苯基)庚烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)十三烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)辛烷、2,2-雙(3’-甲基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-乙基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3-正丙基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-異丙基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-仲丁基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-叔丁基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-環己基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-烯丙基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’-甲氧基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(3’,5’-二甲基-4’-羥基苯基)丙烷、2,2-雙(2’,3’,5’,6’-四甲基-4’-羥基苯基)丙烷、雙(4-羥基苯基)氰基甲烷、1-氰基-3,3-雙(4’-羥基苯基)丁烷和2,2-雙(4’-羥基苯基)六氟丙烷; 雙(羥芳基)環烷烴例如1,1-雙(4’-羥基苯基)環戊烷、1,1-雙(4’-羥基苯基)環己烷、1,1-雙(4’-羥基苯基°環庚烷、1,1-雙(3’-甲基-4’-羥基苯基)環己烷、1,1-雙(3’,5’-二甲基-4’-羥基苯基)環己烷、1,1-雙(3’,5’-二氯-4’-羥基苯基)環己烷、1,1-雙(3’-甲基-4’-羥基苯基)-4-甲基環己烷、1,1-雙(4’-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環己烷、2,2-雙(4’-羥基苯基)降冰片烷和2,2-雙(4’-羥基苯基)金剛烷; 雙(羥芳基)醚例如4,4’-二羥基二苯基醚、4,4’-二羥基-3,3’-二甲基二苯基醚和乙二醇雙(4-羥基苯基)醚; 雙(羥芳基)硫醚例如4,4’-二羥基二苯基硫醚、3,3’-二甲基-4,4’-二羥基二苯基硫醚、3,3’-二環己基-4,4’-二羥基二苯基硫醚和3,3’-二苯基-4,4’-二羥基二苯基硫醚; 雙(羥芳基)亞砜例如4,4’-二羥基二苯基亞砜和3,3’-二甲基-4,4’-二羥基二苯基亞砜; 雙(羥芳基)砜例如4,4’-二羥基二苯基砜和3,3’-二甲基-4,4’-二羥基二苯基砜; 雙(羥芳基)酮例如雙(4-羥基苯基)酮和雙(4-羥基-3-甲基苯基)酮;6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚;7,7’-二羥基-3,3’,4,4’-四羥基-4,4,4’,4’-四甲基-2,2’-螺二(2H-1-苯并芘);反-2,3-雙(4’-羥基苯基)-2-丁烯;9,9-雙(4’-羥基苯基)芴;3,3-雙(4’-羥基苯基)-2-丁酮;1,6-雙(4’-羥基苯基)-1,6-己二酮;α、α、α‘、α‘-四甲基-α、α‘-雙(4’-羥基苯基)-對二甲苯、α、α、α‘、α‘-四甲基-α、α‘-雙(4’-羥基苯基)-間二甲苯;4,4’-二羥基連苯;氫醌;和間苯二酚。
也可以使用含有酯鍵的芳族二羥基化合物,該化合物可以通過2mol雙酚A與1mol間苯二酰或對苯二酰氯反應而制備。
具體地說,脂族化合物優選為具有2-20個碳的二羥基烷烴、具有4-12個碳的二羥基環烷烴、和通式(20)所代表二羥基化合物; HO-R9-R10-R9-OH(20) 其中R9是具有1-6個碳的亞烷基,和R10是具有6-20個碳的二價芳基。
脂族化合物包括二羥基烷烴例如1,2-二羥基乙烷、1,3-二羥基丙烷、1,4-二羥基丁烷、1,5-二羥基戊烷、3-甲基-1,5-二羥基戊烷、1,6-二羥基己烷、1,7-二羥基庚烷、1,8二羥基辛烷、1,9 二羥基壬烷、1,10 二羥基癸烷、1,11 二羥基十一烷、1,12-二羥基十二烷、二羥基新戊基、2-乙基-1,2-二羥基己烷、和2-甲基-1,3-二羥基丙烷;二羥基環烷烴例如1,3-二羥基環己烷、1,4-二羥基環己烷和2,2-雙(4’-羥基環己基)丙烷;鄰二羥基二甲苯、間二羥基二甲苯、對二羥基二甲苯;1,4-雙(2’-羥基乙基)苯、1,4-雙(3’-羥基丙基)苯、1,4-雙(4’-羥基丁基)苯、1,4-雙(5’-羥基戊基)苯、1,4-雙(6’-羥基己基)苯;和2,2-雙〔4’-(2”-羥基乙氧基)苯基〕丙烷。
除式(5)所代表的以外的二羥基化合物最優選為6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚或9,9-雙(4’-羥基苯基)芴。
除式(5)所代表的以外的二羥基化合物可以單獨或兩種或多種一起使用。
另外,本發明的聚碳酸酯可以含有除由上述二羥基化合物衍生而來的結構單元以外的結構單元,以及除式(1)所代表的羰基以外的基團。
除由上述二羥基化合物衍生而來的結構單元以外的結構單元可以是由除上述二羥基化合物以外的雙官能化合物衍生而來的結構單元,或端基。除上述二羥基化合物以外的雙官能化合物包括芳族羧酸、脂族二羧酸、芳族二胺、脂族二胺、芳族二異氰酸酯和脂族二異氰酸酯。除式(1)所代表的羰基以外的結構單元可以是亞氨基、酯、醚、酰亞胺或酰胺基。
由除上述二羥基化合物以外的雙官能化合物衍生而來的結構單元的含量可以高達總結構單元摩爾數的20mol%,優選高達15mol%,最優選高達10mol%。除式(1)所代表的羰基以外的基團的含量可以高達共聚聚碳酸酯中式(2)所代表的羰基摩爾數的20mol%,優選高達15mol%,最優選高達10mol%。
在本發明的聚碳酸酯中,端基可以是活性基團例如羥基、鹵代甲酸酯和碳酸酯基,或是被分子量調節劑保護的惰性基。分子量調節劑的例子可以包括單價羥基脂族或芳族化合物、單價羥基脂族或芳族化合物的堿或堿土金屬鹽、單價羥基脂族或芳族化合物的鹵代甲酸酯、單價羥基脂族或芳族化合物的碳酸酯、單價羧酸、單價羧酸的堿和堿土金屬鹽、單價羧酸的酰基鹵和單價羧酸的酯。
此類分子量調節劑的例子如下。單價羥基脂族或芳族化合物包括甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、月桂基醇、甲氧基乙醇、丙二醇一甲基醚、環己醇、芐基醇、烯丙基醇、酚、4-叔丁基酚、2-甲酚、3-甲酚、4-甲酚、2-乙基酚、4-乙基酚、4-異丙苯基酚、4-苯基酚、4-環己基酚、4-正辛基酚、4-異辛基酚、4-壬基酚、4-甲氧基酚、4-正己氧基酚、4-異丙基酚、2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、2-溴酚、3-溴酚、4-溴酚、2,4-二氯酚、2,4-二溴酚、五氯酚、五溴酚、β-萘酚、α-萘酚和2-(4’-甲氧基苯基)-2-(4”-羥基苯基)丙烷。
單價羥基脂族或芳族化合物的堿或堿土金屬鹽包括上述單價羥基脂族或芳族化合物的鈉、鉀和鈣鹽。
單價羥基脂族或芳族化合物的鹵代甲酸衍生物包括上述單價羥基脂族或芳族化合物的氯代甲酸酯和溴代甲酸酯。
單價羧酸包括脂族羧酸例如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2,2-二甲基丙酸、3-甲基丁酸、3,3-二甲基丁酸、4-甲基戊酸、3,3-二甲基戊酸、4-甲基己酸、2,4-二甲基戊酸、3,5-二甲基己酸和苯氧基乙酸;苯甲酸衍生物例如苯甲酸、4-丙氧基苯甲酸、4-丁氧基苯甲酸、4-戊氧基苯甲酸、4-己氧基苯甲酸和4-辛氧基苯甲酸。
單價羧酸的堿和堿土金屬鹽包括上述單價羧酸的鈉、鉀和鈣鹽。單價羧酸的酰基鹵包括上述單價羧酸的氯化合物和溴化合物。
聚碳酸酯中的端基可以是總結構單元的摩爾數的約1-10mol%,優選1.5-8mol%,最優選2-5mol%。
另外,本發明聚碳酸酯的例子包括芳族聚酯碳酸酯,它適合用下列物質制備式(5)所代表二羥基化合物或另外的二羥基化合物、碳酸酯前體例如光氣、脂族或芳族二價羧酸或它們的酰基氯衍生物包括間苯二酸、對苯二酸、間苯二酰二氯和對苯二酰二氯(如US3169121所述)、和己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸和十二烷酸。
脂族或芳族二價羧酸或它們的酰基氯衍生物的用量約為二羥基化合物的5-20mol%。
本發明的聚碳酸酯可以通過碳酸酯前體與式(5)所代表的二羥基化合物和除式(5)所代表的二羥基化合物以外的另外二羥基化合物一起反應而制備。
碳酸酯前體是可以與二羥基化合物的羥基反應形成碳酸酯鍵的化合物,例如碳酰鹵、鹵代甲酸酯和碳酸二酯。
根據用作碳酸酯前體的化合物的類型,制備方法可以分成下面幾類; A用二羥基化合物和碳酰鹵或鹵代甲酸酯化合物作為碳酸酯前體的方法;和 B用芳族二羥基化合物和碳酸二酯作為碳酸酯前體的方法。
其中碳酰鹵的例子包括碳酰氯(光氣)、碳酰溴、碳酰碘和它們的混合物;三氯甲基氯甲酸酯(它是碳酰氯的二聚物);雙(三氯甲基)碳酸酯(它是碳酰氯的三聚物),優選碳酰氯。
鹵代甲酸酯化合物的例子包括二或一鹵代甲酸酯、二或一鹵代甲酸酯的低聚物,和它們的混合物。典型的是,式(21)和通式(22)所代表混合物;
其中E是氫原子和鹵羰基;至少一個E是鹵羰基;R1、R2、k、l和m同上述定義;R11是脂族或芳族基;和p’和q’是零和正整數。
式(21)所代表化合物的例子包括由式(5)所代表二羥基化合物衍生而來的二或一鹵甲酸酯和二或一鹵甲酸酯的低聚物。
式(22)所代表的化合物的例子包括由脂族二羥基化合物衍生而來的二或一鹵甲酸酯和二或一鹵甲酸酯的低聚物;和由芳族二羥基化合物衍生而來的二或一鹵甲酸酯和二或一鹵甲酸酯的低聚物。
R11是由脂族或芳族二羥基化合物衍生而來的二價基。脂族二羥基化合物的例子包括二羥基烷烴、二羥基環烷烴和式(20)所代表二羥基化合物,如上所述。芳族二羥基化合物的例子包括如上所述的芳族二羥基化合物。
二或一鹵甲酸酯化合物的低聚物的分子內部包括許多具有不同結構的R11基。這些鹵代甲酸酯化合物可以單獨或混合使用或與碳酰鹵一起使用。
其中碳酸二酯的例子包括碳酸二烷基酯、碳酸二芳基酯、碳酸烷基芳基酯和它們的混合物。碳酸二酯的具體例子包括碳酸二芳基酯例如碳酸二苯基酯、碳酸二(4-甲基苯基)酯、碳酸二(2-硝基苯基)酯和碳酸二(4-氯苯基)酯;碳酸二烷基酯例如碳酸二甲基酯、碳酸二乙基酯、碳酸二正丙基酯;和碳酸烷基芳基酯例如碳酸甲基苯基酯、碳酸乙基苯基酯和碳酸丁基苯基酯。
制備方法A通常稱為溶液聚合或界面聚合。溶液聚合是這樣一種方法,其中二羥基化合物與碳酰鹵例如碳酰氯在有機堿例如吡啶的存在下在有機溶劑中進行反應。界面聚合是這樣一種方法,其中二羥基化合物與碳酰鹵在二羥基化合物和堿或堿土金屬堿的水溶液和有機溶劑之間的界面上進行反應,然后,如果需要再使其在催化劑例如三乙基胺的存在下縮聚。
聚合方法B通常稱為酯交換聚合法,其中芳族二羥基化合物和碳酸二酯例如碳酸二苯基酯在加熱、催化劑的存在下(如果需要),在熔融或溶液的狀態下進行反應。
本發明聚碳酸酯的制備方法可以是(但不限于此)一種已知方法例如酯交換聚合、界面聚合和溶液聚合。
在界面聚合中,除了二羥基化合物和碳酰鹵以外,還可以使用有機溶劑、催化劑、堿或堿土金屬的堿水和分子量調節劑(如果需要)。
其中有機溶劑的選擇沒有限制,只要它可以溶解式(5)所代表的二羥基化合物的鹵代甲酸酯和由此而衍生出來的聚碳酸酯,并且對反應是惰性的;它可以選自脂族鹵代烴例如二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、1,2-二氯乙烯、三氯乙烷、四氯乙烷和二氯丙烷;芳族鹵代烴例如氯苯和二氯苯;和它們的混合物,優選脂族鹵代烴;更優選二氯甲烷。
可以用于界面聚合的催化劑是叔胺、季銨鹽、叔膦、季磷鹽或含氮雜環化合物;優選叔胺;更優選三烷基胺;最優選三乙基胺。
催化劑的量通常可以是(但不限于此)用于聚合的二羥基化合物的總摩爾數的約0.005-1.5mol%。堿或堿土金屬堿(這里稱為“堿”)的例子可以包括堿或堿土金屬堿例如鈉、鉀和鈣的氫氧化物或碳酸鹽。
就用制備方法A,界面聚合制備本發明的聚碳酸酯時的條件而論,首先制備包括二羥基化合物、堿和水的堿性水溶液或懸浮液;然后在有機溶劑的存在下,將該溶液與碳酰鹵接觸制備低聚物,該低聚物的端基是鹵代甲酸酯基;然后如果需要,加入催化劑;使該混合物在攪拌的條件下進行界面反應,直至得到具有所需分子量的聚碳酸酯。
反應溫度是約5℃到所用有機溶劑的沸點,優選約10-40℃。反應通常在大氣壓下進行,但可以在加壓或減壓的條件下進行。反應時間可以根據不同的條件例如催化劑的量和溫度而變化,但約5-120分鐘的時間通常是合適的。然后,用酸中和聚碳酸酯的有機溶劑溶液,將其用去離子水洗滌,直至基本上沒有電解質留下為止,蒸發有機溶劑或加入不良溶劑例如甲醇或甲苯,然后在水介質中在攪拌的條件下把該混合物加熱使其縮合,并離析出固體聚碳酸酯。
當用制備方法B,酯交換作用制備本發明的聚碳酸酯時,使用羧酸二酯、有機溶劑、分子量調節劑和催化劑(如果需要)。
方法B中可以使用或不使用的催化劑可以是通常用于酯交換反應的任何催化劑;例如堿或堿土金屬化合物例如元素鈉、鉀和鯉,和它們的氫氧化物、氫硼化物、苯甲酸鹽和酚鹽;硼酸或硼酸鹽;含氮堿化合物;和周期表(ed.JapanChemical Society,Kagaku-Binran 3 rev.,Fundamental,Maruzen(1983))中2B、3B、4A或4B族的金屬元素和它們的衍生物例如碳酸鹽、鹵化物、無機酸鹽、配合物、氧化物和氫氧化物。
就用制備方法B制備聚碳酸酯時的條件而論,1當量的二羥基化合物使用1-1.5當量的羧酸二酯。對于該二羥基化合物,優選使用稍微過量的,即約1.02-1.2當量的羧酸二酯。
該反應優選在加熱的條件下進行,但不限于此。反應溫度優選為60-350℃,更優選80-300℃,最優選100-280℃。另外,優選的是,當反應進行時,溫度升高到約180-300℃。而溫度太低,低于60℃將降低反應速度,溫度太高,高于約350℃將使所產生的聚合物熱降解。
反應過程中的壓力是可以提供有效反應的壓力,但不限于此。通常在反應的初始狀態該壓力為約760-38000mmHg,即大氣壓至加壓狀態,然后使其為減壓狀態,優選最終壓力為約0.01-100mmHg。另外,反應持續到得到所要求的分子量為止,優選持續約0.2-10小時。
反應可以在大氣壓下進行,但優選在惰性氣體例如氮、氦和氬氣氛下進行。
當本發明制備的聚碳酸酯是共聚物時,該共聚物可以具有交替、無規或嵌段共聚物結構,只要它對本發明的效果無不利影響。
當本發明的聚碳酸酯作為無規共聚物被制備時,可以將式(5)所代表的二羥基化合物與式(5)所代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物混合,然后將該混合物用碳酸酯前體處理,從而得到所需要的聚碳酸酯。
當本發明的聚碳酸酯作為嵌段共聚物被制備時,可以將式(5)所代表的二羥基化合物或式(5)所代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物單獨與碳酸酯前體反應,形成聚碳酸酯的低聚物,其最末端是鹵代甲酸酯或碳酸酯,然后將該產物用其它二羥基化合物或由二羥基化合物衍生而來的聚碳酸酯低聚物處理,從而得到所需要的共聚物。
當本發明的聚碳酸酯作為交替共聚物被制備時,可以將式(5)所代表的二羥基化合物或式(5)所代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物單獨與碳酸酯前體反應,形成中間單體,其末端是鹵代甲酸酯或碳酸酯,然后將該產物用其它二羥基化合物處理,從而得到所需要的共聚物。
本發明聚碳酸酯的分子量通常是(但不限于此)5000-100000,優選10000-90000,更優選15000-80000,這是用GPC(凝膠滲膠透色譜法)確定的以標準聚苯乙烯為基準的重均分子量。
重均與數均分子量比所代表的多分散指數優選為(但不限于此)1.5-6.0,更優選2.0-5.0,最優選2.0-4.5。
本發明的聚碳酸酯可以通過與由2,2-雙(4-羥基苯基)丙烷衍生而來的芳族聚碳酸酯混合或其它聚合物一起用作成型材料。可以與其一起使用的聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚縮醛、聚苯氧、聚對苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚砜、聚醚砜、對羥基苯甲酰聚酯、多芳基化物和多硫化物。
在形成聚碳酸酯的過程中或之后,可以以已知的方式向本發明的聚碳酸酯(單獨或與另一個聚合物的混合物)中加入已知的添加劑例如顏料、染料、熱穩定劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、脫模劑、鹵化有機化合物、堿金屬磺酸鹽、玻璃纖維、碳纖維、玻璃球、硫酸鋇和TiO2。
本發明的聚碳酸酯可以單獨或與另一個聚合物一起,如果需要還可加入上述任何添加劑,作為可以模制成下列產品的成型材料電設備的機架、房屋建筑材料、電子元件、汽車元件、用作記錄信息的介質例如光盤的基質、用于照相機透鏡的光學材料或代替玻璃的玻璃和建筑材料。
本發明的聚酯是熱塑性的,它可以熔融態進行注射成形、擠壓成形、吹塑成形或浸責成填充物,可以用各種已知方法例如壓模法和溶液澆鑄很容易地模制。
可以通過上述各種已知的方法,尤其是通過注射成形法由本發明的聚碳酸酯制備低雙折射率有機光學元件。
下面將分別描述式(6)所代表的本發明的丙烯酸酯,包括丙烯酸酯的可固化樹脂組合物和通過聚合丙烯酸酯而制備的聚合物。
在式(6)中,R1、R2和k同上述定義;l和m獨立地為0-20,優選0-10的整數;每一個R3獨立地為氫原子或甲基。
在式(6)所代表的化合物中,含有一個丙烯酸酯基的取代基在4、5、6或7位上,而含有其它丙烯酸酯基的取代基在4’、5’、6’或7’位上。該丙烯酸酯優選為式(6-A)-(6-D)中的任何一個,優選(6-A)、(6-C)或(6-D),最優選(6-C)或(6-D)所代表的化合物。
式(6)代表的丙烯酸酯的具體例子由下面表2所示的式子表示,其中每一個取代基的取代位置用數字表示,l和m是0-20的整數。
表2
本發明的丙烯酸酯可以用已知方法制備,例如JP-A4-324408中所述的方法。通常它可以通過式(5)所代表二羥基化合物與(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酰氯反應而制備。
下面將描述制備式(6)代表的本發明的丙烯酸酯的方法。
式(5)代表的二羥基化合物與(甲基)丙烯酸或(甲基)丙烯酰氯的反應可以按照例如J.Org.Chem.,45,5364(1980)或Eur.Polym.J.,19,399(1983)中所述的方法進行。通常,此類方法的例子可以包括把(甲基)丙烯酰氯邊攪拌邊滴加入式(5)所代表的二羥基化合物中,或式(5)所代表的二羥基化合物和(甲基)丙烯酸的脫水反應的方法。
下面將描述把(甲基)丙烯酰氯滴加入式(5)所代表的二羥基化合物中的方法。
在該方法的反應中,(甲基)丙烯酰氯的用量通常為1mol二羥基化合物用1.5-6mol,優選2-4mol,更優選2-3mol。
反應可以在有或無溶劑的條件下進行。可以用于該反應的溶劑包括烴例如正己烷、苯和甲苯;酮例如丙酮、甲基乙基酮或甲基異丁基酮;酯例如乙酸乙基酯和乙酸丁基酯;醚例如二乙基醚、四氫呋喃和二惡烷;鹵代烴例如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷和percrene。也適合使用它們的混合物。
反應溫度通常是0-200℃,優選0-100℃。反應周期實質上取決于反應條件例如反應溫度,它通常是幾分鐘至幾十小時。在該反應過程中,產生氯化氫副產物,可以將其用有機堿例如二甲基苯胺或無機堿例如碳酸氫鈉、碳酸鈉和碳酸鉀吸收。
在反應過程中,優選使用阻聚劑阻止聚合。優選的阻聚劑包括米吐奎酮(metoquinone)和氫醌和酚噻嗪。阻聚劑的量優選為起始混合物的0.01-3%,更優選0.05-1%。
下面將描述式(5)所代表的二羥基化合物和(甲基)丙烯酸的混合物脫水反應,得到式(6)所代表的本發明的丙烯酸酯。
在該方法中,與式(5)所代表的二羥基化合物反應的(甲基)丙烯酸的用量通常為1mol二羥基化合物用1.5-6mol,優選2-4mol,更優選2-3mol。
優選反應在各種已知酯化催化劑的存在下進行。優選的催化劑包括無機酸例如鹽酸和硫酸;有機酸例如甲磺酸、苯磺酸和對甲苯磺酸;和Lewis酸例如三氟化硼和三氯化鋁。
催化劑的量優選為起始混合物的0.1-50%,更優選0.3-30%重量。
反應可以在有或無溶劑的條件下進行,優選在有溶劑的條件下進行。可以使用的溶劑是(但不限于此)通常用于酯化作用的溶劑,包括烴例如正己烷、苯、甲苯和二甲苯;醚例如二乙基醚、四氫呋喃和二噁烷;鹵代烴例如二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷和percrene。也適合使用它們的混合物。
優選使用例如上述可以與水一起共沸的一種溶劑或脫水劑例如分子篩除去反應體系中的產生的副產物水,以便加速反應。
在反應過程中,優選使用阻聚劑阻止聚合。優選的阻聚劑包括米吐奎酮(metoquinone)、氫醌和酚噻嗪。阻聚劑的量優選為起始混合物的0.01-3%,更優選0.05-1%。
反應溫度通常為0℃至所用溶劑的沸點,優選為30℃至所用溶劑的沸點。反應周期實質上取決于反應條件例如反應溫度,它通常是幾分鐘至幾十小時。
反應結束時,將式(6)代表的丙烯酸酯化合物進行后處理,例如通常的中和、溶劑萃取和液相分離。另外,如果需要,可以按照已知的方法例如重結晶、柱色譜法和活性炭處理將其純化,從而得到高純化合物。
當式(5)所代表的二羥基化合物是l和m互不相同的二羥基化合物的混合物時,得到l和m互不相同的丙烯酸酯的混合物。當然,此類混合物適合用于本發明低雙折射率有機光學元件的制備。
下面將描述含有式(6)所代表的丙烯酸酯的可固化樹脂組合物,和用聚合式(6)所代表丙烯酸酯而形成的聚合物所制備的低雙折射率有機光學元件。
本發明的低雙折射率有機光學元件可以通過下列方法形成制備含有丙烯酸酯的可固化樹脂組合物,再模制按下述方法聚合該可固化樹脂組合物而制備的聚合物。
本發明的可固化樹脂組合物包括式(6)所代表的本發明的丙烯酸酯,另外還可以包括反應稀釋劑和下述的已知樹脂、光和/或熱聚合引發劑。本發明的可固化樹脂組合物中本發明的丙烯酸酯的量優選為10-99%重量,更優選為20-90%重量。使用大量式(6)所代表的丙烯酸酯對本發明的效果無不利影響。
除了本發明的丙烯酸酯以外,此類可固化樹脂組合物還可以包括環氧化合物例如酚醛清漆樹脂型環氧樹脂、甲酚清漆樹脂型環氧樹脂、雙酚型環氧樹脂、酚芳烷基型環氧樹脂、三(2,3-環氧丙基)異氰尿酸酯和6,6’-二羥基-3,3,3’,3-四甲基螺二茚縮水甘油醚;任何環氧化合物與(甲基)丙烯酸的反應產物環氧(甲基)丙烯酸酯;聚酯丙烯酸酯;和/或反應單體例如苯乙烯、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、乙酸丁酯、(甲基)丙烯酸卡必醇酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙基酯、(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,6己二醇酯、二(甲基)丙烯酸四乙二醇酯、四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、三(甲基)丙烯酸三羥甲基丙烷酯、三(羥乙基)異氰尿酸酯三(甲基)丙烯酸酯和六(甲基)丙烯酸二季戊四醇酯。它們的量優選為,每100份式(6)所代表的本發明的丙烯酸酯用0-200份重量,最優選0-100份重量。
當使用環氧化合物時,可以使用環氧樹脂固化劑;例如雙氰胺和它的衍生物、咪唑、三嗪、尿素塑料、芳香胺、多酚和陽離子光聚合催化劑。環氧樹脂固化劑的量優選為,每100份上述的環氧化合物用0.1-50份重量,最優選0.5-30份重量。
光引發劑可以選自各種已知光引發劑。優選的光引發劑包括苯偶姻、苯偶酰、苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻異丙基醚、苯偶姻異丁基醚、乙酰苯、2,2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯、1,1-二氯乙酰苯、1-羥基環己基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲基硫苯基)-2-morphorinol丙-1-酮、N,N-二甲基氨基乙酰苯、4,4’-二乙基氨基二苯酮、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、1-氯蒽醌、2-戊基蒽醌、2,4-二甲基噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2-異丙基噻噸酮、2,4-二異丙基噻噸酮、乙酰苯二甲基縮酮、二苯酮、4-甲基二苯酮、4,4’-二氯二苯酮、4,4’-雙(二乙基氨基)二苯酮、Michler酮、甲基鄰苯甲酰乙酸酯、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮-1和酰基氧化膦,它們可以單獨或兩個或多個一起使用。
引發劑的量優選為,每100份本發明的丙烯酸酯用0-50份重量,最優選5-35份重量。
優選伴隨使用光引發劑和一種或多種已知光敏劑。光敏劑的例子可以包括N,N-二甲基氨基苯甲酸甲酯、N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯、N,N-二甲基氨基苯甲酸異戊基酯、三乙醇胺和三乙基胺。優選的光引發劑和光敏劑組合是,例如2,4-二乙基噻噸酮或2-異丙基噻噸酮和N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯。
優選的光引發劑組合是,例如2-甲基-1-(4-甲基硫苯基)-2-morpholiol丙-1-酮和2,4-二乙基噻噸酮或2-異丙基噻噸酮。
用于熱聚合的自由基聚合引發劑的例子可以包括(但不限于此)已知的過氧化物例如過氧化苯甲酰、過氧化對氯苯甲酰、過碳酸二異丙基酯、過碳酸二-2-乙基己基酯和過新戊酸叔丁基酯;和偶氮化合物例如偶氮二異丁腈。熱聚合引發劑的量優選為,每100份本發明的(甲基)丙烯酸酯用0-50份重量,最優選0.01-35份重量。
在制備本發明的可固化樹脂組合物時,如果需要,可以加入無機填料例如滑石、氧化鋁、硫酸鋇和氧化鎂;觸變劑例如氣凝膠;三聚氰胺樹脂例如六甲氧基三聚氰胺和六丁氧基三聚氰胺;均化劑例如聚硅氧烷、氟化聚合物和丙烯酸酯共聚物;彩色顏料例如花青綠或花青藍;消泡劑;紫外線吸收劑;抗氧化劑;聚合抑制劑;流動調節劑;和上藍劑。
按照已知的固化方法例如使用光(包括電子束和紫外線)或熱的方法,固化按上述方法制備可固化樹脂組合物,可以得到通過聚合式(6)所代表的本發明的丙烯酸酯而制備的聚合物。優選的是,如果需要,用電子束或紫外線固化后可以將該組合物進行后固化,或用熱固化法固化,從而得到聚合物。
光固化條件可以根據各種變量例如光聚合引發劑、光敏劑、反應單體、光源的距離和強度而變化,但是如果該條件足以使上述可固化樹脂組合物固化,將是適當的。
在后固化或熱固化時,加熱溫度可以根據變量例如熱聚合引發劑和反應單體而變化,它優選為50-180℃,更優選60-170℃。該溫度可以逐漸增加。加熱周期優選為10分鐘-20小時,更優選為30分鐘-10小時。
由聚合式(6)所代表的本發明的丙烯酸酯所制備的聚合物而形成的低雙折射率有機光學元件優選可以按照下述各種已知的成形方法制備。
例如,光盤或磁光盤的基質可以用下列方法制備,一種方法是把包括單體的可聚合組合物倒入例如盤基質的模槽中,通過適當的方法例如自由基聚合使其聚合,然后如果需要,將其加熱后處理,如JP-A6058-130450、58-137150或62-280008中所述;另一種方法是在雙層玻璃模中光致聚合該組合物,如JP-A202557中所述;和還有一種方法是真空注射或注射溶液,然后壓制液體樹脂使其進行熱聚合,如JP-A60-203414中所述。
光學透鏡適合通過澆鑄聚合形成,如JP-A60-135901中所述。優選的是,如果需要,按照適當的方式,把包括上述環氧樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性的環氧丙烯酸酯樹脂的組合物進行脫泡,然后將其倒入模中,并通常由低溫逐漸加熱到高溫使其聚合。
下面將描述本發明的聚酯。
本發明的聚酯是包括式(7)代表的結構單元的聚酯; 在式(7)中,R1、R2和k同上述定義。
在式(7)中,l和m獨立地為0-20,優選0-10,更優選0-6,更優選0-4,最優選0-2的整數,但l+m不等于零。
在式(7)中,R4是亞烷基、亞芳烷基或亞芳基;優選為具有1-20碳的直鏈、支鏈或環烷基,具有8-12碳的亞芳烷基,或具有6-20碳的亞芳基;更優選具有1-12碳的直鏈、支鏈或環烷基、8-12碳的取代或未取代亞二甲苯基、或總共具有6-12碳的取代或未取代亞苯基、亞萘基和亞聯苯基。
具體地說,R4可以包括亞烷基例如亞甲基、亞乙基、三亞甲基、亞丁基、五亞甲基和八亞甲基; 亞環烷基例如1,4-亞環己基、1,3-亞環己基、1,2-亞環己基、5-降冰片烯-2,3-基、降冰片烷-2,3-基、降冰片烷-2,5-基、降冰片烷-2,6-基和降冰片烷-3,6-基; 亞芳烷基例如1,4-亞二甲苯基、1,3-二甲苯基和1,2-二甲苯基;和 亞芳基例如1,4-亞苯基、1,3-亞苯基、1,2-亞苯基、1,5-亞萘基、1,8-亞萘基、2,3-亞萘基、2,6-亞萘基、4,4-亞聯苯基。
在這些取代基中,從用于本發明的低雙折射率有機光學元件時的各種性質例如光學性質和耐熱性來看,R4優選為亞二環烷基或亞芳基,最優選5-降冰片烯-2,3-基、降冰片烷-2,3-基、降冰片烷-2,5-基、降冰片烷-2,6-基和降冰片烷-3,6-基、1,4-亞苯基、1,3-亞苯基或1,2-亞苯基。
在式(7)代表的結構單元中,含有構成酯鍵的羥基部分的取代基在4,5,6或7位上,而其它取代基在4’,5’,6’或7’位上。
在這些單元中,優選的單元是式(7-A)-(7-D),優選(7-A)、(7-C)和(7-D),更優選(7-C)和(7-D)所代表的單元。
其中,R1、R2、R4、k、l同上述定義。
本發明的聚酯可以按照各種已知生產聚酯的方法例如酯交換、熔融聚合、溶液聚合和界面聚合,由式(5)代表的二羥基化合物和式(23)代表二羧酸或其衍生物制備; HOOC-R4-COOH (23) 其中R4同上述定義。
式(23)代表的二羧酸或其可以作為起始物(用于本發明的聚酯)的衍生物選自式(23)代表的二羧酸、二羧酸酯、二羧酸酰鹵化物例如二羧酸酰氯和二羧酸酐。
式(23)代表的二羧酸的例子包括芳族二羧酸例如鄰苯二甲酸、甲基鄰苯二甲酸、乙基鄰苯二甲酸、乙氧基鄰苯二甲酸、氯鄰苯二甲酸、溴鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、甲基間苯二甲酸、乙基間苯二甲酸、甲氧基間苯二甲酸、乙氧基間苯二甲酸、氯間苯二甲酸、溴間苯二甲酸、對苯二甲酸、甲基對苯二甲酸、乙基對苯二甲酸、甲氧基對苯二甲酸、乙氧基對苯二甲酸、氯對苯二甲酸、溴對苯二甲酸, 1,4-萘二羧酸、1,5-萘二羧酸、1,8-萘二羧酸、2,3-萘二羧酸和2,6-萘二羧酸, 2,2’-聯苯基二羧酸、4,4’-聯苯基二羧酸、4,4’-二苯基醚二羧酸、4,4’-二苯基硫醚二羧酸、4,4’-二苯酮二羧酸、4,4’-二苯基砜二羧酸、4,4’-二苯基甲烷二羧酸、2,2-雙(羧基苯基)丙烷和2,2-雙(羧基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷; 脂族二羧酸例如丙二酸、丁二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十亞烷基二羧酸、1,4-環己烷二羧酸、1,3-環己烷二羧酸、1,2-環己烷二羧酸、降冰片烷2,3-二羧酸、降冰片烷2,5-二羧酸、降冰片烷2,6-二羧酸、降冰片烷3,6-二羧酸、和5-降冰片烯2,3-二羧酸;和 1,4-亞二甲苯基二羧酸、1,3-亞二甲苯基二羧酸和1,2-亞二甲苯基二羧酸。
在這些二羧酸中,從用于本發明的低雙折射率有機光學元件時的各種性質例如光學性質和耐熱性來看,最優選的是降冰片烷2,3-二羧酸、降冰片烷2,5-二羧酸、降冰片烷2,6-二羧酸、降冰片烷3,6-二羧酸、和5-降冰片烯2,3-二羧酸、鄰苯二甲酸和間苯二甲酸。
這些二羧酸可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
本發明的聚酯是含有式(7)代表的結構單元的聚酯,它可以是均聚聚酯或共聚聚酯。
當本發明的聚酯是共聚物時,它可以包括式(7)代表的兩個或多個不同的結構單元,或除式(7)代表的結構單元以外的不同結構單元。除式(7)代表的結構單元以外的結構單元的例子包括由除式(5)代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物和式(23)代表的二羧酸酯或其衍生物而制備的結構單元。
當含有除式(7)代表的結構單元以外的結構單元時,式(7)代表的結構單元的含量為總結構單元的至少30mol%,優選至少50mol%,更優選至少60mol%,但不限于此,只要它對本發明所要求的效果無不利影響。
可以用于制備含有除式(7)代表的結構單元以外的結構單元的共聚聚酯的除式(5)代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物是各種已知的芳族或脂族二羥基化合物,在關于本發明的聚碳酸酯中已經描述過。
最優選的除式(5)代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物是6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚或9,9-雙(4’-羥基苯基)芴。
這些二羥基化合物可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
當本發明的聚酯是共聚物時,除式(7)代表的結構單元以外的結構單元可以是含有除酯鍵以外鍵的結構單元。
此類鍵包括碳酸酯、酰胺和亞酰胺鍵。此類結構單元是由上述二羥基化合物或除二羧酸衍生物以外的二官能化合物包括芳族二胺、脂族二胺、芳族氯甲酸酯、脂族氯甲酸酯、芳族二異氰酸酯和脂族二異氰酸酯衍生而來的。
在本發明的聚酯中,端基可以是活性基例如羥基和羧基,或用分子量調節劑保護的惰性基。
分子量調節劑的例子可以包括單價羥基脂族或芳族化合物、單價羥基脂族或芳族化合物的堿或堿土金屬鹽、單價羥基脂族或芳族化合物的鹵代甲酸酯、單價羥基脂族或芳族化合物的碳酸酯、單價羧酸、單價羧酸的堿和堿土金屬鹽、單價羧酸的酰基鹵和單價羧酸的酯。
此類分子量調節劑的具體例子如下。單價羥基脂族或芳族化合物包括甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、月桂基醇、甲氧基乙醇、丙二醇一甲基醚、環己醇、芐基醇、烯丙基醇、酚、4-叔丁基酚、2-甲酚、3-甲酚、4-甲酚、2-乙基酚、4-乙基酚、4-異丙苯基酚、4-苯基酚、4-環己基酚、4-正辛基酚、4-異辛基酚、4-壬基酚、4-甲氧基酚、4-正己氧基酚、4-異丙基酚、2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、2-溴酚、3-溴酚、4-溴酚、2,4-二氯酚、2,4-二溴酚、五氯酚、五溴酚、β-萘酚、α-萘酚和2-(4’-甲氧基苯基)-2-(4”-羥基苯基)丙烷。
單價羥基脂族或芳族化合物的堿或堿土金屬鹽包括上述單價羥基脂族或芳族化合物的鈉、鉀和鈣鹽。
單價羥基脂族或芳族化合物的鹵代甲酸酯包括上述單價羥基脂族或芳族化合物的氯代甲酸酯和溴代甲酸酯。
單價羧酸包括脂族羧酸例如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2,2-二甲基丙酸、3-甲基丁酸、3,3-二甲基丁酸、4-甲基戊酸、3,3-二甲基戊酸、4-甲基己酸、2,4-二甲基戊酸、3,5-二甲基己酸和苯氧基乙酸;苯甲酸例如苯甲酸、4-丙氧基苯甲酸、4-丁氧基苯甲酸、4-戊氧基苯甲酸、4-己氧基苯甲酸和4-辛氧基苯甲酸。
單價羧酸的堿和堿土金屬鹽包括上述單價羧酸的鈉、鉀和鈣鹽。單價羧酸的酰基鹵包括上述單價羧酸的氯化合物和溴化合物。
本發明聚酯的分子量通常是(但不限于此)5000-200000,優選10000-150000,更優選15000-100000,這是用GPC(凝膠滲膠透色譜法)確定的以標準聚苯乙烯為基準的重均分子量。
本發明的聚酯可以通過與另一個已知的聚酯和/或另一個聚合物混合用作成型材料,只要它對本發明所要求的效果無不利影響。可以使用的其它聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚縮醛、聚苯氧、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚砜、聚醚砜和多硫化物。
在形成聚酯的過程中或之后,可以以已知的方式向本發明的聚酯(單獨或與另一個聚合物的混合物)中加入已知的添加劑例如顏料、染料、熱穩定劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、脫模劑、鹵化有機化合物、堿金屬磺酸鹽、玻璃纖維、碳纖維、玻璃球、硫酸鋇和TiO2。
本發明的聚酯可以單獨或與另一個聚合物一起,如果需要還有上述任何添加劑,作為可以模制成下列產品的成型材料電設備的元件、電子元件、汽車元件、用作記錄信息的介質例如光盤的基質、用于照相機透鏡的光學材料或代替玻璃的玻璃和建筑材料。
本發明的聚酯是熱塑性的,它可以熔融態進行注射成形、擠壓成形、吹塑成形或浸責成例如填充物,可以用各種已知方法例如壓模法和溶液澆鑄很容易地模制。
由本發明的聚酯得到的低雙折射率有機光學元件適合用上述各種已知方法,通常用注射成形法制備。
下面將描述本發明含有式(8)代表的結構單元的聚氨酯。
在式(8)中,R1、R2和k同上述定義。
在式(8)中,l和m獨立地為0-20,優選0-10,更優選0-6,更優選0-4,最優選0-3的整數,但l+m不等于零。
在式(8)中,R5是二價有機基,優選亞烷基、亞鏈烯基、亞芳烷基或亞芳基或式(II)代表的基團;
取代基R5更優選具有1-20碳的直鏈、支鏈或環亞烷基,具有2-20碳的直鏈、支鏈或環亞烯基、具有8-20碳的亞芳烷基、具有6-20碳的亞芳基、或式(II)代表的基團;或更優選具有1-12碳的直鏈、支鏈或環亞烷基、總共具有8-12碳的取代或未取代亞二甲苯基、總共具有6-12碳的取代或未取代亞苯基、亞萘基或亞聯苯基、或式(II)代表的基團。
在式(II)代表的基團中,X是亞甲基、-O-、-CO-或-SO2,優選亞甲基、-O-和-CO-,更優選亞甲基或-O-。
有機基R3包括亞烷基例如亞甲基、亞乙基、三亞甲基、四亞甲基、五亞甲基、六亞甲基、八亞甲基、九亞甲基、2,2’-二甲基五亞甲基、2,2,4-三甲基己烷亞甲基、異佛爾酮-二基、環己烷-1,4-二亞甲基、環己烷-1,3-二亞甲基、環己烷-1,2-二亞甲基、二環己基甲烷-4,4’-二基、1,4-亞環己基、2-甲基-1,2-亞環己基、二環〔2,2,1〕-庚烷-2,5-二亞甲基和二環〔2,2,1〕-庚烷-2,6-二亞甲基。
亞鏈烯基例如1,2-亞乙烯基、丁烯二基和1,3-丁烯-1,4-二基; 亞芳烷基例如1,4-亞二甲苯基、1,3-亞二甲苯基和1,2-亞二甲苯基。
亞芳基例如1,4-亞苯基、1,3-亞苯基、1,2-亞苯基、亞甲苯基、乙基亞苯基、異丙基亞苯基、二甲基亞苯基、二乙基亞苯基、二異丙基亞苯基、1,5-亞萘基、1,8-亞萘基、2,3-亞萘基、2,6-亞萘基、甲基亞萘基和4,4’-亞聯苯基;和4,4’-二苯基甲烷-二基、3,3’-二甲基苯基甲烷-4,4’-二基、二苯基醚-4,4’-二基和二苯酮-4,4’-二基。
在這些取代基中,從用作本發明的低雙折射率有機光學元件時的各種性質例如光學性質和耐熱性來看,R5優選為二亞環烷基,最優選二環〔2,2,1〕-庚烷-2,5-二亞甲基和二環〔2,2,1〕-庚烷-2,6-二亞甲基。
在式(8)中,含有構成氨基甲酸乙酯鍵的羥基部分的取代基在4,5,6或7位上,而其它取代基在苯環的4’,5’,6’或7’位上。
在這些結構單元中,優選的單元是式(8-A)-(8-D),優選(8-A)、(8-C)和(8-D),更優選(8-C)和(8-D)所代表的單元。(8-A)-(8-D)
其中R1、R2、R5、k、l和m同上述定義。
本發明的聚氨酯可以由式(5)代表的二羥基化合物和通式(24)代表的異氰酸酯衍生物制備。所用的制備方法可以是各種已知的聚氨酯聚合方法例如Jikken Kagaku Koza,4thed.,Vol.29,Kobunshi Zairyo,pp.307-312(1988)中所述的方法; OCN-R5-NCO (24) 其中R5的定義同上。
式(24)代表的可以作為起始物(用于本發明的聚氨酯)的異氰酸酯是熟知的,它們是可以作為工業原料得到或可以按已知方法制備的。通常它可以通過式(25)代表的二胺衍生物與光氣反應而制備; H2N-R3-NH2 (25) 其中R5同上述定義。
式(24)代表的二異氰酸酯衍生物的例子包括二異氰酸亞烷基酯例如二異氰酸亞乙基酯、二異氰酸三亞甲基酯、二異氰酸四亞甲基酯、二異氰酸六亞甲基酯、二異氰酸八亞甲基酯、二異氰酸九亞甲基酯、二異氰酸2,2-二甲基酯、二異氰酸2,2,4-三甲基己烷酯、二異氰酸異佛爾酮酯、雙(異氰酸酯甲基)環己烷、二環己基甲烷二異氰酸酯、環己烷二異氰酸酯、甲基環己烷二異氰酸酯、雙(4-異氰酸酯-亞正丁基)季戊四醇、二聚酸二異氰酸酯、2-異氰酸酯甲基-5-異氰酸酯甲基-二環〔2,2,1〕-庚烷和2-異氰酸酯甲基-6-異氰酸酯甲基-二環〔2,2,1〕-庚烷; 二異氰酸亞鏈烯基酯例如二異氰酸丁烯酯和1,3-丁二烯-1,4-二異氰酸酯; 二異氰酸亞芳烷基酯例如二異氰酸亞二甲苯基酯;和 芳族二異氰酸酯例如二異氰酸亞苯基酯、二異氰酸亞甲苯基酯、二異氰酸乙基亞苯基酯、二異氰酸異丙基亞苯基酯、二異氰酸二甲基亞苯基酯、二異氰酸二乙基亞苯基酯、二異氰酸二異丙基亞苯基酯、二異氰酸亞萘基酯、二異氰酸甲基亞萘基酯、二異氰酸聯苯基酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、3,3’-二甲基苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、二苯基醚二異氰酸酯和二苯酮二異氰酸酯。
在這些二異氰酸酯中,從用作低雙折射率有機光學元件時的各種性質例如光學性質和耐熱性來看,它優選的是二異氰酸亞環烷基酯,更優選二異氰酸二亞環烷基酯,最優選2-異氰酸酯甲基-5-異氰酸酯甲基-二環〔2,2,1〕-庚烷或2-異氰酸酯甲基-6-異氰酸酯甲基-二環〔2,2,1〕-庚烷。
這些二異氰酸酯可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
聚氨酯可以是含有式(8)代表的結構單元的均聚或共聚聚氨酯。
當本發明的聚氨酯是共聚聚氨酯時,它可以是含有式(8)代表的結構單元的聚氨酯或含有除式(8)代表的結構單元以外的結構單元的聚氨酯。
除式(8)代表的結構單元以外的結構單元由除式(5)代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物和式(24)代表的異氰酸酯制備。
當含有除式(8)代表的結構單元以外的結構單元時,式(8)代表的結構單元的含量為總結構單元的至少30mol%,優選至少50mol%,更優選至少60mol%,但不限于此,只要它對本發明所要求的效果無不利影響。
用于制備共聚聚氨酯(含有除式(8)代表的結構單元以外的結構單元)的除式(5)代表的二羥基化合物以外的二羥基化合物可以是各種已知的芳族或脂族二羥基化合物。
二羥基化合物的例子包括二羥基烷烴例如1,2-二羥基丁烷、1,3-二羥基丙烷、1,4-二羥基丁烷、1,5-二羥基戊烷、3-甲基-1,5-二羥基戊烷、1,6-二羥基己烷、1,7-二羥基庚烷、1,8二羥基辛烷、1,9二羥基壬烷、1,10二羥基癸烷、1,11二羥基十一烷、1,12-二羥基十二烷、二羥基新戊基、2-乙基-1,2-二羥基己烷和2-甲基-1,3-二羥基丙烷; 二羥基環烷烴例如1,3-二羥基環己烷、1,4-二羥基環己烷、1,4-環己烷二甲醇和2,2-雙(4’-羥基環己基)丙烷;鄰二羥基二甲苯、間二羥基二甲苯、對二羥基二甲苯;1,4-雙(2’-羥基乙基)苯、1,4-雙(3’-羥基丙基)苯、1,4-雙(4’-羥基丁基)苯、1,4-雙(5’-羥基戊基)苯、1,4-雙(6’-羥基己基)苯;和2,2-雙〔4’-(2”-羥基乙氧基)苯基〕丙烷。這些二羥基化合物可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
當制備本發明的聚氨酯時,為了改進聚合物的性質,除了式(24)代表的二異氰酸酯外,還使用三或多官能多異氰酸酯,只要它對本發明的效果無不利影響。
此類多異氰酸酯包括三甲基苯三異氰酸酯、苯三異氰酸酯、三苯基甲烷三異氰酸酯、萘三異氰酸酯、二苯基甲烷-2,4,4-三異氰酸酯、3-甲基二苯基甲烷-4,4,6-三異氰酸酯、4-甲基-二苯基甲烷-3,5,2,4,6-五異氰酸酯;和這些多異氰酸酯的鹵化(例如氯化或溴化)、烷基化、烷氧基化和硝基衍生物;以及上述二異氰酸酯的三聚產物。
當制備本發明的聚氨酯時,為了改進聚合物的性質,除了二羥基化合物外,還使用三或多官能多羥基化合物,只要它對本發明的效果無不利影響。
此類多羥基化合物包括三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、丙三醇和季戊四醇。
當本發明的聚氨酯是共聚物時,除式(8)代表的結構單元以外的結構單元是含有除氨基甲酸乙酯鍵以外鍵的結構單元。此類鍵包括酯、碳酸酯、酰胺、脲和酰亞胺鍵。
此類結構單元可以由除上述二羥基化合物或二異氰酸酯衍生物以外的二官能化合物衍生出來。該二官能化合物的例子包括脂族多價羧酸和它們的衍生物。芳族多價羧酸或它們的衍生物、脂族二胺、芳族二胺、脂族氯甲酸酯和芳族氯甲酸酯。
在本發明的聚氨酯中,端基可以是活性基團例如羥基和異氰酸酯基,或是被分子量調節劑保護的惰性基。
分子量調節劑可以是(但沒有限制)各種已知化合物,包括單價羥基脂族或芳族化合物、或它們的衍生物(例如,單價羥基脂族或芳族化合物的堿或堿土金屬鹽、單價羥基脂族或芳族化合物的鹵代甲酸酯、單價羥基脂族或芳族化合物的碳酸酯);單價羧酸、單價羧酸的堿和堿土金屬鹽、單價羧酸的酰基鹵、單價羧酸的酯和多價脂族或芳族異氰酸酯。
此類分子量調節劑的例子包括單價脂族羥基化合物例如甲醇、乙醇、丁醇、辛醇、月桂基醇、甲氧基乙醇、丙二醇一甲基醚、環己醇、芐基醇、烯丙基醇; 芳族羥基化合物例如酚、4-叔丁基酚、2-甲酚、3-甲酚、4-甲酚、2-乙基酚、4-乙基酚、4-異丙苯基酚、4-苯基酚、4-環己基酚、4-正辛基酚、4-異辛基酚、4-壬基酚、4-甲氧基酚、4-正己氧基酚、4-異丙基酚、2-氯酚、3-氯酚、4-氯酚、2-溴酚、3-溴酚、4-溴酚、2,4-二氯酚、2,4-二溴酚、五氯酚、五溴酚、β-萘酚、α-萘酚和2-(4’-甲氧基苯基)-2-(4”-羥基苯基)丙烷。或這些單價脂族或芳族羥基化合物的鈉、鉀或鈣鹽。
上述單價羥基脂族或芳族化合物的氯代甲酸酯和溴代甲酸酯。
脂族羧酸例如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2,2-二甲基丙酸、3-甲基丁酸、3,3-二甲基丁酸、4-甲基戊酸、3,3-二甲基戊酸、4-甲基己酸、2,4-二甲基戊酸、3,5-二甲基己酸和苯氧基乙酸;和芳族羧酸例如苯甲酸、4-丙氧基苯甲酸、4-丁氧基苯甲酸、4-戊氧基苯甲酸、4-己氧基苯甲酸和4-辛氧基苯甲酸。
上述單價羧酸的堿或堿土金屬鹽、酰基鹵和酯。
單價脂族異氰酸酯例如異氰酸丁基酯、異氰酸辛基酯、異氰酸環己基酯、異氰酸芐基酯和異氰酸烯丙基酯;和 單價芳族異氰酸酯例如異氰酸苯基酯、異氰酸4-甲基苯基酯和異氰酸4-叔丁基苯基酯。
本發明聚氨酯的分子量通常是(但不限于此)5000-500000,優選10000-300000,更優選15000-200000,這是用GPC(凝膠滲膠透色譜法)確定的以標準聚苯乙烯為基準的重均分子量。
本發明的聚胺酯可以通過與另一種已知的聚氨酯混合,也可以與另一種聚合物一起用作各種材料。可以與其一起使用的聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚縮醛、聚苯氧、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚砜、聚醚砜和多硫化物。
在形成聚氨酯的過程中或之后,可以以已知的方式向本發明的聚氨酯(單獨或與另一個聚合物的混合物)中加入已知的添加劑例如顏料、染料、熱穩定劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、脫模劑、鹵化有機化合物、堿金屬磺酸鹽、玻璃纖維、碳纖維、玻璃球、硫酸鋇和TiO2。
本發明的聚氨酯可以作為熱固性或熱塑性材料模制成形,如果需要,適合以各種方式模制。
當本發明的聚氨酯用作熱固性材料時,通常通過澆鑄聚合制備成成型材料。例如,把式(5)代表的二羥基化合物與上述二異氰酸酯衍生物混合,如果需要,將該混合物以適當的方式進行脫泡,然后將其倒入模中,把該模由低溫逐漸加熱到高溫,使其適當地聚合。溫度和聚合周期根據單體組合物、添加劑的類型和用量而變化,通常,在8-24小時內,把該模由初始溫度20℃加熱到120℃。在此,為了改進其脫模性,將該模進行脫模處理。另外,還可以加入各種已知的添加劑例如內脫模劑、增鏈劑、交聯劑、光穩定劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、親油染料、油溶染料和填料。此外,如果需要,可以加入用于聚氨酯制備中的已知催化劑,以調節反應速度。
當本發明的聚氨酯用作熱塑性材料時,它可以熔融態進行注射成形、擠壓成形、吹塑成形或浸責成例如填充物,可以用各種已知方法例如壓模法和溶液澆鑄很容易地模制。
由本發明的聚氨酯形成的低雙折射率有機光學元件適合通過上述各種已知的成形方法(通常是注射成形)形成。
下面將描述通過式(9)代表的環氧樹脂或式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂的聚合而制備的聚合物;通過式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂與羧酸或其酐反應而制備的酸改性環氧丙烯酸酯樹脂;以及由這些聚合物得到的本發明的低雙折射率有機光學元件。
在式(9)和(10)中,R1和k同上述定義。
在式(10)中,每一個R3獨立地為氫原子或甲基。
在式(9)和(10)中,p是0-10的整數。
下面將制備本發明上述環氧、環氧丙烯酸酯或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂的制備方法。
本發明式(9)代表的環氧樹脂本身是已知的,它可以按例如JP-A63-150270中所述的方法制備,其中在脫鹵化氫劑的存在下,表鹵代醇與6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚反應。
本發明的環氧丙烯酸酯樹脂通常通過式(9)代表的環氧樹脂與丙烯酸、甲基丙烯酸或它們的混合物反應而制備。本發明的酸改性環氧丙烯酸酯樹脂可以通過上述得到的環氧丙烯酸酯樹脂與羧酸或其酐反應而制備。
可以使用的羧酸是一價或多價羧酸,優選一價或多價脂族或芳族羧酸,更優選一價或二價脂族或芳族羧酸。羧酸或其酐包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、三甲基乙酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、十四烷酸、環己烷羧酸、4-甲基環己烷羧酸、甲氧基乙酸、苯氧基乙酸、苯基乙酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、苯甲酸、4-甲基苯甲酸、4-叔丁基苯甲酸、3-甲氧基苯甲酸、2,4-二甲基苯甲酸、4-聯苯基羧酸、1-萘甲酸、2-萘甲酸、馬來酸、丁二酸、衣康酸、鄰苯二甲酸、四氫化鄰苯二甲酸、六氫化鄰苯二甲酸、甲基六氫化鄰苯二甲酸、內亞甲基四氫化鄰苯二甲酸、氯茵酸、甲基四氫化鄰苯二甲酸、1,2,4-苯三酸、1,2,4,5-苯四酸、二苯酮四羧酸和它們的酐。
低雙折射率有機光學元件是包括通過下列方法制備的聚合物的成形物首先制備可聚合樹脂組合物,該組合物包括式(9)代表的環氧樹脂、式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂或通過環氧丙烯酸酯樹脂與羧酸或其酐反應而形成的酸改性環氧丙烯酸酯樹脂,然后,通過用光和/或熱的聚合方法使該可聚合樹脂組分聚合。該聚合物可以通過下述各種已知的成形方法模制。
環氧樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂可以單獨使用,或兩種或多種一起使用。
下面將詳細描述本發明的聚合物和制備本發明的低雙折射率有機光學元件的方法。
上述可聚合樹脂組合物除了包括環氧樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂外,還可以包括各種已知的化合物和/或物質,這些已知的化合物和/或物質包括已知樹脂、可聚合單體、可聚合低聚物和聚合引發劑例如下述的熱聚合引發劑和光致聚合引發劑。另外,如果需要,還可以加入各種已知的添加劑例如無機填料和彩色顏料。
可聚合樹脂組分可以含有式(9)代表的環氧樹脂、式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂或通過環氧丙烯酸酯樹脂與羧酸或其酐反應而形成的酸改性環氧丙烯酸酯樹脂,其含量至少優選為10%重量,更優選至少為20%重量,更優選至少為30%重量。
包括式(9)代表的環氧樹脂的可聚合樹脂組合物適合通過各種已知方法(但不限于此)制備,例如把環氧樹脂和環氧樹脂固化劑混合,從而聚合即固化該樹脂,或光致聚合該樹脂。
當把環氧樹脂和環氧樹脂固化劑混合,從而聚合即固化該樹脂時,環氧樹脂固化劑可以包括各種已知的化合物,這些已知的化合物包括多羥基化合物例如酚醛清漆樹脂、甲酚清漆樹脂、環戊二烯改性酚醛樹脂、對二甲苯改性酚醛樹脂、萘酚改性酚醛樹脂、酚衍生物與苯甲醛或萘甲醛的縮合產物和三酚甲烷;多氨基化合物包括乙二胺、丙二胺、異佛爾酮二胺、二氨基環己烷、亞二甲苯基二胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基苯、三(二甲基氨基甲基)酚、芐基二甲胺、改性的多胺例如與環氧樹脂的胺加合物、氰乙基化胺、曼尼期反應胺和酮亞胺,和雜環胺。
環氧樹脂固化劑的量優選為(但不限于此)每100份上述的環氧化合物用0.1-50份重量,更優選0.5-30份重量。
陽離子光致聚合適合用各種已知物質例如光致聚合引發劑或方法進行。
當使環氧樹脂聚合時,可以把另一個具有環氧基或環氧樹脂的已知化合物用于共聚,只要它對本發明的效果無不利影響。此類包括環氧基或環氧樹脂的化合物包括環氧化合物例如苯基環氧甘油醚、乙二醇二環氧甘油醚、三乙二醇二乙烯基醚、多乙二醇二環氧甘油醚、多丙二醇二環氧甘油醚、丙三醇二環氧甘油醚、新戊基二醇二環氧甘油醚、丙三醇三環氧甘油醚、三羥甲基丙烷三環氧甘油醚、山梨糖醇多環氧甘油醚、雙酚A二環氧甘油醚和4-乙烯基-1-亞環己基二環氧化物;環氧樹脂例如酚醛清漆樹脂、甲酚清漆樹脂和雙酚A型環氧樹脂。
在陽離子光致聚合的情況下,除已知的環氧化合物或環氧樹脂外,可以使用可以進行陽離子光致聚合的化合物進行共聚。此類可以進行陽離子光致聚合的化合物包括已知的乙烯基醚化合物,例如乙基乙烯基醚、異丁基乙烯基醚、2-氯乙基乙烯基醚、乙二醇一乙烯基醚、丁二醇一乙烯基醚、乙二醇二乙烯基醚、環己烷二甲醇二乙烯基醚、三羥甲基丙烷三乙烯基醚,和丙烯基醚亞丙基碳酸酯、二乙烯基苯和雙酚A的烯化氧加合物的二乙烯基醚化合物。
含有式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂或通過環氧丙烯酸酯樹脂與羧酸或其酐反應而形成的酸改性環氧丙烯酸酯樹脂的可聚合樹脂組合物適合通過用光和/或熱使可聚合樹脂組合物聚合的方法而進行聚合,但不限于此。
這里,低雙折射率有機光學元件適合通過下述各種已知的成形方法而形成聚合物的成形物,該聚合物是通過使可聚合樹脂組合物聚合而制備的。
上述可聚合樹脂組合物除了包括上述的環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂外,還可以包括已知可聚合的化合物例如環氧樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、酸改性環氧丙烯酸酯樹脂、光或熱可聚合的單體或低聚物。
此類可聚合化合物包括已知可聚合的單體;例如,環氧化合物例如酚醛清漆樹脂、甲酚清漆樹脂和雙酚A型環氧樹脂,環氧化合物例如三(2,3-環氧丙基)異氰脲酸酯、這些環氧化合物與丙烯酸或甲基丙烯酸的反應產物的環氧丙烯酸酯。
單官能的(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸乙基卡必醇酯、(甲基)丙烯酸月桂基酯、(甲基)丙烯酸苯氧乙基酯、(甲基)丙烯酸壬基苯氧乙基酯、(甲基)丙烯酸2-羥基-3-苯氧丙基酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯基酯、(甲基)丙烯酸異冰片基酯、N-n-丁基-O-(甲基)丙烯酰氧基乙基氨基甲酸酯、丙烯酰基嗎啉、(甲基)丙烯酸三氟乙基酯、(甲基)丙烯酸三溴芐基酯和(甲基)丙烯酸全氟辛基酯;含硅(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酰氧基丙基-三(甲氧基)硅烷;單官能乙烯基化合物例如N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基己內酰胺; 二(甲基)丙烯酸亞烷基二醇酯例如二(甲基)丙烯酸1,6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丙二醇酯和二(甲基)丙烯酸新戊基二醇酯;二(甲基)丙烯酸多亞烷基二醇酯例如二(甲基)丙烯酸三乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸多乙二醇酯和二(甲基)丙烯酸多丙二醇酯;雙酚類衍生物例如雙酚A和雙酚-A氫化物的烯化氧加合物的二(甲基)丙烯酸酯; 環氧丙烯酸酯例如乙二醇二環氧甘油醚二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二環氧甘油醚二(甲基)丙烯酸酯和雙酚A二環氧甘油醚二(甲基)丙烯酸酯;多官能二(甲基)丙烯酸酯例如三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、雙三羥甲基四丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯;和含烯丙基的化合物例如三烯丙基苯三酸酯和三烯丙基異氰脲酸酯(isocyanulate),以及 可聚合的低聚物包括聚氨酯(甲基)丙烯酸酯、環氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯和聚醚(甲基)丙烯酸酯。
對于每100份式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂或通過環氧丙烯酸酯樹脂與羧酸或其酐反應而形成的酸改性環氧丙烯酸酯樹脂,這些化合物的量優選最高達200份,更優選最高達100份。
當同時使用環氧化合物和環氧樹脂時,可以使用上述環氧樹脂固化劑。環氧樹脂固化劑的量優選為,每100份上述的環氧化合物用0.1-50份重量,最優選0.5-30份重量。
光致聚合的引發劑可以非限制地選自各種已知光引發劑。優選的光引發劑包括苯偶姻、苯偶酰、苯偶姻甲基醚、苯偶姻異丙基醚、乙酰苯、2,2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯、1,1-二氯乙酰苯、1-羥基環己基苯基酮、2-甲基-1-(4-甲基硫苯基)-2-morphorinol丙-1-酮、N,N-二甲基氨基乙酰苯、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、2-叔丁基蒽醌、1-氯蒽醌、2-戊基蒽醌、2-異丙基噻噸酮、2,4-二甲基噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2,4-二異丙基噻噸酮、乙酰苯二甲基縮酮、二苯酮、4-甲基二苯酮、4,4’-二氯二苯酮、4,4’-雙(二乙基氨基)二苯酮、Michler酮,它們可以單獨或兩個或多個一起。
光引發劑的量優選為,每100份本發明的環氧丙烯酸酯或酸改性環氧丙烯酸酯用0.01-50份重量,更優選4-35酚重量。
優選伴隨使用光引發劑和一種或多種已知光敏劑。光敏劑的例子可以包括N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯、N,N-二甲基氨基苯甲酸異戊基酯、三乙醇胺和三乙基胺。
優選的光引發劑和光敏劑組合是,例如2,4-二乙基噻噸酮或2-異丙基噻噸酮和N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯。
優選的光引發劑組合是,例如2-甲基-1-(4-甲基硫苯基)-2-morphorinol丙酮-1和2,4-二乙基噻噸酮或2-異丙基噻噸酮。
用于熱聚合的聚合引發劑的例子可以包括(但不限于此)各種已知的熱聚合引發劑,例如過氧化物,該過氧化物包括過氧化苯甲酰、過氧化對氯苯甲酰、過碳酸二異丙基酯、過碳酸二-2-乙基己基酯和過新戊酸叔丁基酯;和偶氮化合物例如偶氮二異丁腈。
熱聚合引發劑的量優選為,每100份本發明的環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂用0.001-50份重量,更優選0.01-35份重量。
在制備可聚合樹脂組合物時,如果需要,可以加入無機填料例如滑石、氧化硅、氧化鋁、硫酸鋇和氧化鎂;觸變劑例如氣凝膠;三聚氰胺樹脂例如六甲氧基三聚氰胺和六丁氧基三聚氰胺;均化劑例如聚硅氧烷、氟化聚合物和丙烯酸酯共聚物;彩色顏料例如花青綠或花青藍;消泡劑;紫外線吸收劑;抗氧化劑;聚合抑制劑;流動調節劑;和上藍劑。
通過聚合式(9)代表的環氧樹脂、式(10)代表的環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂所形成的低雙折射率有機光學元件可以按照下述各種已知的制模方法形成。
可以用例如下列方法形成光盤或磁光盤的基質,包括下列步驟的方法把包括單體的可聚合組合物倒入盤基質的模槽中,通過例如自由基聚合方法使其聚合,和如果需要加熱后處理該成型物,如JP-As58-130450,58-137150或62-280008中所述;包括下列步驟的方法在雙層玻璃模中光致聚合組合物,如JP-A60-202557中所述;包括下列步驟的方法真空注射或注射溶液,然后壓制液體樹脂使其進行熱聚合,如JP-A60-203414中所述。
光學透鏡適合通過如JP-A60-135901中所述的澆鑄聚合而模制。具體地是,把包括上述環氧樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂或酸改性環氧丙烯酸酯樹脂的可聚合組合物(如果需要將其以適當的方式脫氣)倒入模中,并且通常通過由低溫到高溫逐漸加熱使其適當地聚合。
下面將描述式(11)代表的乙烯基醚化合物。
在式(11)中,R1和k同上述定義。
在式(11)中,每一個R6為氫原子或CH2=CH-O-R7-基,它們可以相同或不同,但兩個R6不能同時為氫原子。
在取代基R6中,R7是具有1-12個碳的亞烷基、或2-羥基三亞甲基。R7優選為具有1-8個碳的烷基或2-羥基三亞甲基,更優選具有1-4個碳的烷基或2-羥基三亞甲基。
在式(11)代表的化合物中,包括乙烯基醚基的R6O-在4,5,6或7位,而其它取代基在苯環的4’,5’,6’或7’位。
在它們當中,式(11)代表的結構單元優選的是式(11-A)-(11-D),更優選(11-A)、(11-C)和(11-D),最優選(11-A)和(11-C)代表的結構單元;
其中R1、R6和k同上述定義。
乙烯基醚化合物適合通過式(19)代表的螺二茚酚衍生物與式(26)代表的化合物或縮水甘油基乙烯基醚反應而制備;CH2=CH-O-R7-X (26) 其中R7同上述定義,X是鹵原子。
這種原料,式(26)代表的化合物或縮水甘油基乙烯基醚是已知的化合物,它是可以買得到的工業物質或試劑,或者可以按已知的方法制備。
對于1mol式(19)代表的螺二茚酚衍生物,式(26)代表的化合物或縮水甘油基乙烯基醚的用量通常為(但不限于此)0.5-4mol,優選0.6-3mol,更優選0.7-2.5mol。
在式(19)代表的螺二茚酚衍生物與式(26)代表的鹵烷基乙烯基醚化合物反應過程中,可以加入促進劑。可以使用的反應促進劑包括(但不限于此)堿或堿土金屬堿化合物,例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫化鈉、金屬鈉、甲醇鈉、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、和乙酸鈉;含氮堿化合物例如氨、三乙基胺、哌啶、吡啶、吡咯烷、苯胺、N,N-二甲基苯胺和N,N-二乙基苯胺;季銨鹽例如三乙基芐基氯化銨、四乙基芐基氯化銨和三丁基芐基氯化銨。
對于1mol式(19)代表的螺二茚酚衍生物,反應促進劑的用量通常為(但不限于此)0.1-10mol,優選0.2-5mol,更優選0.3-4mol。
在式(19)代表的螺二茚酚衍生物與縮水甘油基乙烯基醚反應過程中,可以加入促進劑。此類促進劑包括(但不限于此)無機或有機堿化合物例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫化鈉、金屬鈉、甲醇鈉、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、和乙酸鈉、氨、三乙基胺、哌啶、吡啶、吡咯烷、苯胺、N,N-二甲基苯胺和N,N-二乙基苯胺、4-甲基咪唑、2-甲基咪唑、和1,8-二氮雜二環〔5.4.0〕-7-十一烯;有機磷化合物例如三苯基膦;無機或有機酸例如鹽酸、硫酸、甲磺酸、對甲苯磺酸、乙酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸和乙酸酐;和Lewis酸例如氯化鋁、氯化鋅、氯化錫和四氯化鈦。
對于100份螺二茚酚衍生物,反應促進劑的用量通常為(但不限于此)0.01-100份重量,優選0.02-10份重量。
該反應可以在有或無溶劑的條件下進行。可以使用的溶劑包括惰性溶劑,它包括烴例如甲苯和二甲苯;鹵代烴例如二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷;醚例如二乙基醚、四氫呋喃和二惡烷;和對質子惰性的極性溶劑例如二甲基亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基咪唑啉(imidazolidine)和二乙二醇二甲基醚。這些溶劑可以單獨使用或兩個或多個一起使用,或在水的存在下使用。
鑒于溶劑過量將對產率有不利影響,該溶劑的用量通常可高達(但不限于此)式(19)代表的螺二茚酚衍生物和式(26)代表的乙烯基醚化合物或縮水甘油基乙烯基醚的總重量的300倍重量,優選最高達100倍重量。
反應溫度優選為(但不限于此)-20℃至所用溶劑的沸點。
反應周期取決于反應溫度,它通常是幾分鐘至幾十小時。通過已知的分析方法例如液相色譜法和薄層色譜法跟蹤分析,當達到所需要的反應速度時,可以終止該反應。
反應結束時,通過后處理例如通常的中和、過濾、溶劑萃取、液相分離和蒸發得到反應產物。另外,如果需要,可以通過已知的純化方法例如重結晶和柱色譜法將其純化,從而得到高純化合物。
本發明的低雙折射率有機光學元件可以通過下列方法形成制備包括至少一種式(11)代表的乙烯基醚化合物的光敏樹脂組合物,然后通常通過陽離子光致聚合使其聚合。按照各種已知的模制方法進行模制。
本發明的光敏樹脂組合物包括必不可少的組分式(11)代表的乙烯基醚化合物和陽離子光致聚合引發劑。
這里,式(11)代表的乙烯基醚化合物可以單獨使用,或兩種或多種一起使用。
式(11)代表的乙烯基醚化合物在上述光敏樹脂組合物中的量沒有特別的限制,只要能得到所需要的效果即可,它的量優選至少為10%重量,更優選至少為20%重量,更優選至少為30%重量,最優選至少為50%重量。
陽離子光致聚合引發劑可以非限定性地適當選自各種已知的陽離子光致聚合引發劑。此類陽離子光致聚合引發劑包括二芳基碘化合物例如二苯基甲磺酸碘、4-甲氧基苯基苯基六氟銻酸碘、4-甲氧基苯基苯基甲磺酸碘、雙(4-叔丁基苯基)四氟硼酸碘、雙(4-叔丁基苯基)六氟磷酸碘、雙(4-叔丁基苯基)六氟銻酸碘、雙(4-叔丁基苯基)三氟甲磺酸碘; 三芳基锍化合物例如六氟磷酸三苯基锍、六氟銻酸三苯基锍和甲磺酸三苯基锍。
芳基重氮化合物例如六氟銻酸苯基重氮鹽、六氯銻酸苯基重氮鹽和四氟硼酸苯基重氮鹽。
陽離子光致聚合引發劑的量通常是(但不限于此),每100份重量的光敏樹脂組合物中含有0.01-25份重量,優選0.1-5份重量。
本發明的光敏樹脂組合物可以包括除式(11)代表的乙烯基醚化合物以外的已知陽離子光致聚合化合物。此類陽離子光致聚合化合物包括環氧化合物例如苯基環氧甘油醚、乙二醇二環氧甘油醚、三乙二醇二環氧甘油醚、多乙二醇二環氧甘油醚、多丙二醇二環氧甘油醚、丙三醇二環氧甘油醚、新戊基二醇二環氧甘油醚、丙三醇三環氧甘油醚、三羥甲基丙烷三環氧甘油醚、山梨糖醇多環氧甘油醚、雙酚A二環氧甘油醚和4-乙烯基-1-亞環己基二環氧化物;環氧樹脂例如酚醛清漆樹脂、甲酚清漆樹脂和雙酚A型環氧樹脂;以及已知的乙烯基醚化合物例如乙基乙烯基醚、異丁基乙烯基醚、2-氯乙基乙烯基醚、乙二醇一乙烯基醚、丁二醇一乙烯基醚、乙二醇二乙烯基醚、環己烷二甲醇二乙烯基醚、三羥甲基丙烷三乙烯基醚,和丙烯基醚亞丙基碳酸酯、二乙烯基苯和雙酚A的烯化氧加合物的二乙烯基醚化合物。
除式(11)代表的乙烯基醚化合物、陽離子光致聚合引發劑和已知的陽離子光致聚合化合物外,如果需要,光敏樹脂組合物可以包括各種已知的物質例如敏化劑、溶劑、活性稀釋劑、均化劑、粘合劑、增稠劑、流動改性劑、增塑劑、填料和顏料。
通過聚合式(11)代表的乙烯基醚化合物而形成的本發明的低雙折射率有機光學元件適合按照如下各種已知的典型制模方法而成型。
通常,光盤或磁光盤的基質可以通過例如包括在雙層玻璃模中光致聚合組合物的方法形成,如JP-A60-202557中所述。
下面將描述包括式(12)代表的結構單元的共聚聚碳酸酯和由該共聚聚碳酸酯形成的低雙折射率有機光學元件。
在式(12)中,R1、R2和k同上述定義。
在式(12)中,R8是烷基,優選具有1-8個碳的烷基或具有6-12個羰的環烷基,更優選具有1-4個碳的烷基或環烷基,最優選甲基。
在式(12)中,l和m獨立地為0-20的整數,優選0-10,更優選0-5,更優選0-2,最優選0。另外在式(12)中,q和r獨立地為1-20的整數。
在式(12)中,每一個s獨立地為1-3的整數,優選0,1或2,更優選0或1,最優選0。
式(12)代表的結構單元優選為式(12-A)-(12-I),最優選式(12-A)代表的結構單元;
其中R1、R2、R8、k、l、m、q、r同上述定義。
本發明的聚碳酸酯可以通過使式(19)代表的二羥基化合物與式27代表二羥基化合物共聚而制備;
其中R2、R8、l、m、s同上述定義。
式(19)代表的二羥基化合物可以通過上述方法制備。式(27)代表的化合物是已知化合物,是可以買到的工業產物,或可以按照已知的方法制備。
本發明的共聚聚碳酸酯適合通過各種已知聚碳酸酯聚合方法(例如,Jikken kagaku Koza 4thed.,(28),Kobunshi Gosei,pp.231-242,MaruzenShuppan(1988)中所述的方法)制備,包括酯交換作用、溶液聚合和界面聚合;通常通過式(19)代表的二羥基化合物和式(27)代表的二羥基化合物與碳酸酯前體(例如包括碳酸二甲基酯、碳酸二乙基酯和碳酸二苯基酯的碳酸酯和包括光氣的碳酰鹵)反應而制備。
溶液聚合是這樣一種方法,其中二羥基化合物與碳酰鹵例如光氣在有機堿例如吡啶的存在下在有機溶劑中進行反應。界面聚合是這樣一種方法,其中二羥基化合物與碳酰鹵在堿或堿土金屬堿的水溶液和有機溶劑(例如脂族鹵代烴包括二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、1,2-二氯乙烯、三氯乙烷、四氯乙烷和二氯丙烷;芳族鹵代烴包括氯苯和二氯苯;和它們的混合物)所產生的界面條件下進行反應,然后,如果需要再使其在催化劑例如三乙基胺的存在下縮聚。
酯交換作用是這樣一種方法,其中二羥基化合物和羧酸二酯例如碳酸二苯基酯在加熱、催化劑的存在下(如果需要),在熔融或溶液的狀態下進行反應。
在界面聚合中,除了二羥基化合物和碳酰鹵化合物以外,還可以使用有機溶劑、催化劑、水、堿或堿土金屬的堿和分子量調節劑(如果需要)。
本發明的共聚聚碳酸酯可以是交替、無規或嵌段共聚物,只要它對本發明所需要的效果無不利影響。
當本發明的聚碳酸酯作為無規共聚物被制備時,可以將式(19)和(27)所代表的二羥基化合物混合,然后將該混合物用碳酸酯前體處理,從而得到所需要的聚碳酸酯。
當本發明的聚碳酸酯作為交替共聚物被制備時,可以將式(19)或(27)所代表的二羥基化合物與碳酸酯前體反應,形成中間單體,其末端是鹵代甲酸酯或碳酸酯,然后將該中間物用其它二羥基化合物處理,從而得到所需要的共聚物。
當本發明的聚碳酸酯作為嵌段共聚物被制備時,可以將式(19)或(27)所代表的二羥基化合物單獨與碳酸酯前體反應,形成聚碳酸酯的低聚物,其最末端是鹵代甲酸酯或碳酸酯,然后將該產物用其它二羥基化合物或由二羥基化合物衍生而來的聚碳酸酯低聚物處理,從而得到所需要的共聚物。
本發明聚碳酸酯的分子量通常是(但不限于此)5000-100000,優選10000-90000,更優選15000-80000,這是用GPC(凝膠滲膠透色譜法)確定的以標準聚苯乙烯為基準的重均分子量。
重均與數均分子量比所代表的多分散指數優選為(但不限于此)1.5-6.0,更優選2.0-5.0,最優選2.0-4.5。
本發明的共聚聚碳酸酯是含有(12)所代表的幾種不同的結構單元的共聚聚碳酸酯,或含有除式(12)所代表的結構單元以外的結構單元的共聚聚碳酸酯。
當它含有除式(12)所代表的結構單元以外的結構單元時,式(12)所代表的結構單元的比例通常可以是(但不限于此)至少30mol%,優選至少50mol%,更優選至少70mol%,只要它對本發明所要求的效果無不利影響。此類結構單元是由式(19)和(27)代表二羥基化合物以外的二羥基化合物衍生而來的,它可以例如選自各種已知的芳族或脂族羥基化合物,如關于聚碳酸酯(包括由式(5)代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元)中所述的。
另外,除式(12)代表的結構單元以外的結構單元可以由除上述二羥基化合物以外的二官能化合物衍生而來的。除上述二羥基化合物以外的二官能化合物包括芳族二羧酸、脂族二羧酸、芳族二異氰酸酯和脂族二異氰酸酯。通過使用二官能化合物,可以提供本發明的共聚聚碳酸酯,該共聚聚碳酸酯除碳酸酯基外還包括另一個基團例如亞氨基、酯、醚、亞酰胺和酰胺基。
在本發明的聚碳酸酯中,端基可以是活性基團例如羥基、鹵代甲酸酯和碳酸酯基,或是被分子量調節劑保護的惰性基。分子量調節劑的例子可以包括單價羥基脂族或芳族化合物、單價羥基脂族或芳族化合物的堿或堿土金屬鹽、單價羥基脂族或芳族化合物的鹵代甲酸酯、單價羥基脂族或芳族化合物的碳酸酯、單價羧酸、單價羧酸的堿和堿土金屬鹽、單價羧酸的酰基鹵和單價羧酸的酯。
本發明的聚碳酸酯可以通過與由2,2-雙(4’-羥基苯基)丙烷衍生而來的芳族聚碳酸酯混合用作成型材料,只要它對本發明所需要的效果無不利影響。可以使用的其它聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚三氟乙烯、聚四氟乙烯、聚縮醛、聚苯氧、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺-酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚砜、聚醚砜、對羥基苯甲酰聚酯、多芳基化物和多硫化物。
在形成聚碳酸酯的過程中或之后,可以以已知的方式向本發明的聚碳酸酯(單獨或與另一個聚合物的混合物)中加入已知的添加劑例如顏料、染料、熱穩定劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、脫模劑、鹵化有機化合物、堿金屬磺酸鹽、玻璃纖維、碳纖維、玻璃球、硫酸鋇和TiO2。
本發明的聚碳酸酯可以單獨或與另一個聚合物一起,如果需要還有上述任何添加劑,作為可以模制成下列產品的成型材料電設備的機架、房屋建筑材料、電子元件、汽車元件、用作記錄信息的介質例如光盤的基質、用于照相機透鏡的光學材料或代替玻璃的玻璃和建筑材料。
本發明的聚酯是熱塑性的,它可以熔融態進行注射成形、擠壓成形、吹塑成形或浸責成例如填充物,可以用各種已知方法例如壓模法和溶液澆鑄很容易地模制。
由本發明的聚酯得到的低雙折射率有機光學元件適合用上述各種已知方法,通常用注射成形法制備。
下面將描述由聚酰亞胺或聚酰胺得到的低雙折射率有機光學元件。
我們發現,實質上包括式(1),優選式(2)-(4),更優選式(2),最優選式(13)或(14)代表的重復結構單元的聚酰亞胺和聚酰胺適合用于有機光學材料,尤其是低雙折射率有機光學元件。下面將描述用于低雙折射率有機光學元件的聚酰亞胺樹脂(稱為“用于光學元件的聚酰亞胺”)和聚酰胺樹脂(稱為“用于光學元件的聚酰胺”)。
用于光學元件的聚酰亞胺可以通過式(28)代表的二胺與式(29)代表的四羧酸二酐在溶劑中的縮合反應而制備;
其中Y、k和s同上述定義;
Ar1同上述定義。
用于光學元件的聚酰胺可以通過式(28)代表的二胺與通式(30)代表的二羧酸二鹵化物在去鹵化氫試劑的存在下、在溶劑中的縮合反應而制備;
其中Ar2同上述定義,HL是代表鹵素的單價基。
可以用于制備聚酰亞胺或聚酰胺(用于光學元件)的、通式(2)代表的二胺的例子包括下列物質,其中x和y相互不同,它們代表2-6的整數;z-代表o-、m-或p-;x’和y’獨立地為x和y,它們相互不同,且代表2-6的整數;6,6’-雙(2-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(3-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(4-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-甲基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-乙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-異丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-甲氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-乙氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-丙氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-異丙氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-苯基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-苯氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-芐基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(1-萘基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(2-萘基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(2,3,4,5,6-五氟苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(x’,y’-二甲苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-米基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-丙基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-異丙苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(2,3,4,5,6-五氟苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-乙基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-異丙基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(x’,y’-二甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲氧基丙基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲氧基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲氧基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲氧基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)。
所使用的二胺不限于這些,只要它在本發明的范圍內即可。這些二胺可以任意混合使用。另外,其它已知的二胺通常可以相伴使用,只要它反過來不影響聚酰亞胺或聚酰胺(用于本發明的光學元件)的良好性質,其用量可以低于50當量,優選低于30當量,更優選10當量(相對于式(2)代表的二胺)。
其它已知的二胺通常包括間苯二胺、鄰苯二胺、對苯二胺、間-氨基芐基胺、對-氨基芐基胺、3,3’-二氨基聯苯、4,4’-二氨基聯苯、4,4’-二氨基二苯基醚、3,3’-二氨基二苯基醚、3,4’-二氨基二苯基醚、二(3-氨基苯基)基硫、(3-氨基苯基)(4-氨基苯基)硫、二(4-氨基苯基)硫、二(3-氨基苯基)硫、(3-氨基苯基)(4-氨基苯基)亞砜、二(4-氨基苯基)亞砜、二(3-氨基苯基)砜、(3-氨基苯基)(4-氨基苯基)砜、3,3’-二氨基二苯酮、3,4’-二氨基二苯酮、4,4’-二氨基二苯酮、3,3’-二氨基-4,4’-二苯氧基二苯酮、3,3’-二氨基二苯基甲烷、3,4’-二氨基二苯基甲烷、4,4’-二氨基二苯基甲烷、二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕甲烷、二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕甲烷、1,1-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕乙烷、1,1-二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕乙烷、1,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕乙烷、1,2-二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕乙烷、2,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕丁烷、2,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、1,3-二(3-氨基苯氧基)苯、1,4-二(3-氨基苯氧基)苯、1,4-二(4-氨基苯氧基)苯、1,3-二(3-氨基苯氧基)-2-三氟甲基苯、1,3-二(3-氨基苯氧基)-5-三氟甲基苯、1,3-二(3-氨基-5-三氟甲基苯氧基)苯、1,3-二(3-氨基-5-三氟甲基苯氧基)-5-三氟甲基苯、1,3-二(3-氨基-5-三氟甲基苯氧基)-4-三氟甲基苯、1,3-二(3-氨基苯甲酰基)苯、1,3-二(4-氨基苯甲酰基)苯、1,4-二(3-氨基苯甲酰基)苯、1,4-二(4-氨基苯甲酰基)苯、1,3-二(3-氨基-α,α-二甲基芐基)苯、1,3-二(4-氨基-α,α-二甲基芐基)苯、1,4-二(3-氨基-α,α-二甲基芐基)苯、1,4-二(4-氨基-α,α-二甲基芐基)苯、4,4’-二(3-氨基苯氧基)聯苯、4,4’-二(4-氨基苯氧基)聯苯、二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕酮、二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕酮、二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕硫、二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕硫、二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕亞砜、二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕亞砜、二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕砜、二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕砜、二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕醚、二〔4-(4-氨基苯氧基)苯基〕醚、1,4-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯甲酰基〕苯、1,3-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯甲酰基〕苯、4,4’-二〔3-(4-氨基苯氧基)苯甲酰基〕二苯基醚、4,4’-二〔3-(3-氨基苯氧基)苯甲酰基〕二苯基醚、4,4’-二〔4-(4-氨基-α,α-二甲基芐基)苯氧基〕二苯酮、4,4’-二〔4-(4-氨基-α,α-二甲基芐基)苯氧基〕二苯基砜、二〔4-(4-(氨基苯氧基)苯氧基)苯基〕砜、1,4-二〔4-(4-氨基苯氧基)-α,α-二甲基芐基〕苯、1,4-二〔4-(3-氨基苯氧基)-α,α-二甲基芐基〕苯、1,3-二〔4-(4-氨基苯氧基)-α,α-二甲基芐基〕苯、1,3-二〔4-(3-氨基苯氧基)-α,α-二甲基芐基〕苯、3,3’-二氨基-4,4’-二氟二苯酮、3,3-二氨基-5,5’-二(三氟甲基)二苯基醚和4,4’-二氨基-5,5’-二(三氟甲基)二苯基醚。
通式(29)代表的四羧酸二酐的例子包括苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐、2,2’,3,3’-聯苯四羧酸二酐、2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)丙烷、2,2-二(2,3-二羧酸酐苯基)丙烷、2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二(2,3-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、3,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐、二(2,3-二羧酸酐苯基)甲烷、二(3,4-二羧酸酐苯基)甲烷、1,3-二〔(3,4-二羧酸酐)苯甲酰基〕苯、1,4-二〔(3,4-二羧酸酐)苯甲酰基〕苯、1,3-二〔(3,4-二羧酸酐)苯氧基〕苯、1,4-二〔(3,4-二羧酸酐)苯氧基〕苯、2,2-二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕酮、二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕酮、4,4’-二(3,4-二羧酸酐苯氧基)聯苯、4,4’-二(2,3-二羧酸酐苯氧基)聯苯、二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕砜、二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕砜、二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕硫醚、二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕硫醚、2,3,6,7-萘四羧酸二酐和1,2,3,4-苯四羧酸二酐。所用的四羧酸二酐不限于此,只要它在本發明的范圍內即可。它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
通式(30)代表的二羧酸二鹵可以是相應的二羧酸的兩個-OH基被鹵原子例如-F、-Cl和-Br取代的衍生物。例子是鄰苯二酰鹵、對苯二酰鹵、間苯二酰鹵、甲基鄰苯二酰鹵、甲基對苯二酰鹵、甲基間苯二酰鹵、乙基鄰苯二酰鹵、乙基對苯二酰鹵、乙基間苯二酰鹵、甲氧基鄰苯二酰鹵、甲氧基對苯二酰鹵、甲氧基間苯二酰鹵、乙氧基鄰苯二酰鹵、乙氧基對苯二酰鹵、乙氧基間苯二酰鹵、氯鄰苯二酰鹵、氯對苯二酰鹵、氯間苯二酰鹵、溴鄰苯二酰鹵、溴對苯二酰鹵、溴間苯二酰鹵、四氟鄰苯二酰鹵、四氟對苯二酰鹵、四氟間苯二酰鹵、1,2-萘二羧酸酰鹵、1,4-萘二羧酸酰鹵、1,5-萘二羧酸酰鹵、2,3-萘二羧酸酰鹵、2,6-萘二羧酸酰鹵、3,3’-聯苯二羧酸酰鹵、4,4’-聯苯二羧酸酰鹵、4,4’-二苯基醚二羧酸酰鹵、3,3’-二苯基醚二羧酸酰鹵、3,4’-二苯基醚二羧酸酰鹵、二(3-甲酰鹵苯基)硫醚、(3-甲酰鹵苯基)(4-甲酰鹵苯基)硫醚、二(4-甲酰鹵苯基)硫醚、二(3-甲酰鹵苯基)砜、(3-甲酰鹵苯基)(4-甲酰鹵苯基)砜、二(4-甲酰鹵苯基)砜、3,3’-二苯酮二羧酸酰鹵、3,4’-二苯酮二羧酸酰鹵、4,4’-二苯酮二羧酸酰鹵、3,3’-二苯基甲烷二羧酸酰鹵、3,4’-二苯基甲烷二羧酸酰鹵、4,4’-二苯基甲烷二羧酸酰鹵、二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕甲烷、二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕甲烷、2,2-二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)苯、1,3-二(4-甲酰鹵苯氧基)苯、1,4-二(3-甲酰鹵苯氧基)苯、1,4-二(4-甲酰鹵苯氧基)苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)-2-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)-4-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)-5-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵-5-三氟甲基苯氧基)苯、1,3-二(3-甲酰鹵-5-三氟甲基苯氧基)-5-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵-5-三氟甲基苯氧基)-4-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯甲酰基)苯、1,3-二(4-甲酰鹵苯甲酰基)苯、1,4-二(3-甲酰鹵苯甲酰基)苯、1,4-二(4-甲酰鹵苯甲酰基)苯、4,4’-二(3-甲酰鹵苯氧基)聯苯、4,4’-二(4-甲酰鹵苯氧基)聯苯、二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕醚、二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕醚、3,3’-二甲酰鹵-4,4’-二氟二苯酮、3,3’-二甲酰鹵-5,5’-二(三氟甲基)二苯基醚、4,4’-二甲酰鹵-5,5’-二(三氟甲基)二苯基醚、4,4’-二〔2-(4-甲酰鹵苯基苯氧基)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基〕二苯基醚和4,4’-二〔2-(4-甲酰鹵苯基苯氧基)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基〕聯苯醚。
在本發明中,二羧酸酰鹵不限于這些例子,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
通常,用于光學元件的聚酰亞胺或聚酰胺優選在溶劑的存在下制備。可以使用的溶劑包括N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N,N-二甲基甲氧基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-甲基己內酰胺、1,2-二甲氧基乙烷-二(2-甲氧基乙基)醚、1,2-二(2-甲氧基乙氧基)乙烷、二〔2-(2-甲氧基乙氧基)乙基〕醚、四氫呋喃、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、二甲苯、吡啶、甲基吡啶、二甲基亞砜、二甲基砜、四甲基脲、六甲基磷酰胺、酚、鄰甲酚、間甲酚、對甲酚、間甲苯基酸、對氯酚和苯甲醚。這些有機溶劑可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
在用于光學元件的聚酰亞胺的制備中,通常用于聚酰亞胺合成的任何有機堿催化劑都可以使用,而沒有限制。可以使用的有機堿包括三乙基胺、三丁基胺、三戊基胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、吡啶、α-甲基吡啶、β-甲基吡啶、γ-甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、喹啉和異喹啉,優選吡啶和γ-甲基吡啶。
在制備聚酰亞胺的過程中,反應可以按照任何已知的方法在有機溶劑中進行;例如 1)把單體混合在有機溶劑中,形成聚酰胺酸;在低溫下通過某些方法例如真空蒸餾,或把聚酰胺酸萃取到不良溶劑中除去溶劑,分離出聚酰胺酸;然后加熱該產物使其轉化為聚酰亞胺; 2)按上述1)中所述,制備聚酰胺酸溶液;向溶液中加入乙酸酐脫水劑;如果需要,在催化劑的存在下,把酸化學轉化為酰亞胺;按照已知的方法分離出聚酰亞胺;并洗滌和干燥該聚酰亞胺; 3)按上述1)中所述,制備聚酰胺酸溶液;然后把酸熱轉化為酰亞胺,同時在減壓下或通過加熱除去溶劑;和 4)把物質放到溶劑中;加熱該混合物形成聚酰胺酸,并同時使其轉化為酰亞胺,如果需要,可以有催化劑、共沸劑和/或脫水劑的存在。
當聚合該聚酰亞胺時,適合通過在芳族二羧酸酐或芳族單胺的存在下,按照例如下列任何方法進行反應而保護其端基; (a)使四羧酸二酐和二胺反應;然后,加入二羧酸酐或芳族單胺; (b)把二羧酸酐加入到二胺中,然后加入四羧酸二酐,或把芳族單胺加入到四羧酸二酐中,然后加入二胺;和 (c)同時加入四羧酸二酐、二胺和二羧酸酐。
反應中可以使用的芳族二羧酸酐包括鄰苯二甲酸酐、2,3-二苯酮二羧酸酐、3,4-二苯酮二羧酸酐、2,3-二羧酸酐苯基苯基醚、3,4-二羧酸酐苯基苯基醚、2,3-聯苯二羧酸酐、3,4-聯苯二羧酸酐、2,3-二羧酸酐苯基苯基砜、3,4-二羧酸酐苯基苯基砜,2,3-二羧酸酐苯基苯基硫醚、3,4-二羧酸酐苯基苯基硫醚、1,2-萘二羧酸酐、2,3-萘二羧酸酐、1,8-萘二羧酸酐、1,2-蒽二羧酸酐、2,3-蒽二羧酸酐和1,9-蒽二羧酸酐。這些二羧酸酐可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。在這些二羧酸酐中,從所產生的樹脂的性能和實用性看,最優選的是鄰苯二酸酐。
二羧酸酐的用量是每mol芳族二胺0.001-1.00mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變查。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
可以使用的單胺包括苯胺、鄰甲苯胺、間甲苯胺、對甲苯胺、2,3-二甲代苯胺、2,4-二甲代苯胺、2,5-二甲代苯胺、2,6-二甲代苯胺、3,4-二甲代苯胺、3,5-二甲代苯胺、鄰氯苯胺、間氯苯胺、對氯苯胺、鄰溴苯胺、間溴苯胺、對溴苯胺、鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對硝基苯胺、鄰甲氧基苯胺、間甲氧基苯胺、對甲氧基苯胺、鄰乙氧基基苯胺、間乙氧基苯胺、對乙氧基苯胺、鄰氨基酚、間氨基酚、對氨基酚、鄰氨基苯甲醛、間氨基苯甲醛、對氨基苯甲醛、鄰氨基芐腈、間氨基芐腈、對氨基芐腈、2-氨基聯苯、3-氨基聯苯、4-氨基聯苯、2-氨基苯基苯基醚、3-氨基苯基苯基醚、4-氨基苯基苯基醚、2-氨基二苯酮、3-氨基二苯酮、4-氨基二苯酮、2-氨基苯基苯基硫、3-氨基苯基苯基硫、4-氨基苯基苯基硫、2-氨基苯基苯基砜、3-氨基苯基苯基砜、4-氨基苯基苯基砜、α-萘胺、β-萘胺、1-氨基-2-萘酚、2-氨基-萘酚、4-氨基-1-萘酚、5-氨基-1-萘酚、5-氨基-2-萘酚、7-氨基-2-萘酚、8-氨基-1-萘酚、8-氨基-2-萘酚、1-氨基蒽、2-氨基蒽、9-氨基蒽、甲基胺、二甲基胺、乙基胺、二乙基胺、丙基胺、二丙基胺、異丙基胺、二異丙基胺、丁基胺、二丁基胺、異丁基胺、二異丁基胺、戊基胺、二戊基胺、芐基胺、環丙基胺、環丁基胺、環戊基胺和環己基胺。這些單胺可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
單胺的用量是每mol芳族二羧酸0.001-1.00mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
從其機械性能和加工性看,用于光學元件的聚酰亞胺的比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高達3.00dL/g,優選至少為0.05dL/g,最高達2.5dL/g,更優選至少為0.10dL/g,最高達2.00dL/g。通過加熱把0.50g樣品溶于100ml對氯酚和酚的混合物(重量比為90∶10)中,并將其冷卻到35℃后,可以確定該比濃對數粘度。
制備聚酰亞胺過程中的反應溫度和反應周期通常是(但不限于此)100℃-250℃和1-24小時。
制備用于有機元件的聚酰胺的方法沒有限制,可以使用各種已知的方法。例如,可以用二羧酸衍生物代替上述的酰鹵而進行聚合作用。
在制備用于有機元件的聚酰胺的過程中,可以用單價羧酸或其衍生物或單價胺保護分子的末端。也就是說,可以以這樣的方式保護分子末端,即用單羧酸或其衍生物例如單羧酸酰鹵部分代替二羧酸或其衍生物,或用單胺部分代替二胺。
可以使用的單羧酸包括苯甲酸、氯苯甲酸、溴苯甲酸、甲基苯甲酸、乙基苯甲酸、甲氧基苯甲酸、乙氧基苯甲酸、硝基苯甲酸、乙酰基苯甲酸、乙酰氧基苯甲酸、羥基苯甲酸、聯苯基羧酸、二苯酮羧酸、二苯基醚羧酸、二苯基硫羧酸、二苯基砜羧酸、2,2-二苯基丙烷羧酸、2,2-二苯基-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷羧酸、萘羧酸、乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三乙酸、氯氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、硝基乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸和環己烷羧酸。這些單羧酸可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。單羧酸包括這些單羧酸的酰基氯和酰基溴,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
單羧酸的用量是每mol芳族二胺0.001-1.00mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
用于保護分子末端的單胺可以選自上述的聚酰亞胺中所述的單胺。
這些單胺可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。單胺的用量是每mol芳族二羧酸0.001-1.00mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
從其機械性能和加工性看,聚酰胺的比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高達3.00dL/g,優選至少為0.05dL/g,最高達2.5dL/g,更優選至少為0.10dL/g,最高達2.00dL/g。把0.50g聚酰胺粉末溶于100ml N-甲基-2-吡咯烷酮中,并將其在35℃下測定后,可以確定該比濃對數粘度。
用于光學元件的聚酰胺可以通過使二胺與二羧酸在有機溶劑中縮聚而制備。在該反應中可以使用的有機溶劑包括(但不限于此)上述聚酰亞胺的制備中使用的溶劑。根據作為反應物的單體類型和聚合方法,有機溶劑可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
當二羧酸為起始單體時,通常伴隨使用脫鹵化氫試劑。可以使用的脫鹵化氫試劑包括三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、三戊基胺、N,N-二甲基芐基胺、N,N-二乙基芐基胺、N,N-二甲基環己基胺、N,N-二乙基環己基胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、N-甲基吡咯烷、N-乙基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N-甲基嗎啉、N-乙基嗎啉、吡啶、α-甲基吡啶、β-甲基吡啶、γ-甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、喹啉、異喹啉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氧化鈣、氧化鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、環氧乙烷、和環氧丙烷。
當用二羧酸作為起始單體時,通常使用縮合劑。可以使用的縮合劑包括硫酸酐、亞硫酰氯、亞硫酸鹽、苦基氯、五氧化二磷、磷酰氯、亞磷酸鹽-吡啶縮合劑、三苯基膦-六氯乙烷縮合劑和丙基磷酸酐-N-甲基-2-吡咯烷酮縮合劑。
根據某些因素例如聚合方法和溶劑的類型,反應溫度通常等于或低于300℃。反應壓力沒有限制,大氣壓就可以滿足要求。
反應周期可以根據某些因素例如起始單體的類型、聚合方法、溶劑類型、脫鹵化氫試劑的類型、縮合劑的類型和反應溫度而變化;通常10分鐘至24小時就足夠了。
下面將描述由上述的聚酰亞胺或聚酰胺制備光學元件的方法。
光盤或磁光盤的基質可以按照已知的方法例如注射成型進行模制,如同常規的熱塑性聚合物例如聚碳酸酯和聚酯那樣。
另外,光學透鏡適合按照已知的方法例如熔融注射成型法形成,如同例如聚碳酸酯或聚酯那樣(參見,例如JP-A60-135901)。按照上述方法由聚酰亞胺或聚酰胺(包括式(1)代表的重復結構單元)形成的有機光學元件具有極好的透明性、機械強度和耐熱性、和低雙折射率,它可以用作光盤基質、攝影透鏡、液晶電池的塑性基質和棱鏡。
下面將描述用于低雙折射率有機光學元件的新聚酰亞胺。
本發明的聚酰亞胺是包括通式(15)代表的重復結構單元的含氟聚酰亞胺;包括通式(16)代表的重復結構單元的聚酰亞胺;包括通式(17)代表的重復結構單元的新聚酰亞胺,其比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高達3.00dL/g;和包括任何重復結構單元的聚酰亞胺,該聚合物的末端是連接在胺或二羧酸酐上的未取代芳環或被惰性基取代的芳環;尤其是通過用通式(31)代表的芳族二羧酸酐或通式(32)代表的芳族單胺保護包括式(15)、(16)和(17)的任何一個代表的重復結構單元的聚酰亞胺而制備的芳族含氟聚酰亞胺。優選的是,用于保護的芳族二羧酸酐和芳族單胺分別是鄰苯二甲酸酐和苯胺;
其中Z1是具有6-15個碳的二價基,它選自單環芳基、稠多環芳基和非稠多環芳基(其中芳基相互直接連接的或通過部分交聯連接的; Z2-NH2 (32) 其中Z2是具有6-15個碳的二價基,它選自單環芳基、稠多環芳基和非稠多環芳基(其中芳基相互直接連接的或通過部分交聯連接的)。
本發明式(15)代表的含氟聚酰亞胺、式(16)代表的聚酰亞胺和式(17)代表的聚酰亞胺由作為必不可少的起始單體的6,6’-二(3-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1-螺二茚、6,6’-二(4-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1-螺二茚、和式(35)代表的二胺分別制備。
其中Z、k和s司上述定義。
式(35)代表的二胺的例子包括下列物質,其中x和y相互不同,它們代表2-6的整數;z-代表o-、m-或p-;x’和y’獨立地為x和y,它們相互不同,且代表2-6的整數;6,6’-雙(x-氨基-y-甲基苯氧基)-3,3,3’,3-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-乙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-異丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(3-氨基-2,4,5,6-四氟苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-三氟甲基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-甲氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-乙氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-丙氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-異丙氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-苯基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-苯氧基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-芐基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(1-萘基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(2,3,4,5,6-五氟苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(x’,y’-二甲苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙(x-氨基-y-米基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-丙基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(2,3,4,5,6-五氟苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-乙基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-異丙基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(x’,y’-二甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲氧基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-甲氧基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲氧基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);和6,6’-雙〔x-氨基-y-(z-三氟甲氧基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)。
所使用的二胺不限于這些例子,只要它在本發明的范圍內即可。這些二胺可以任意聯合使用。另外,其它芳族二胺可以相伴使用,只要它反過來不影響聚酰亞胺的良好性質,其中,其用量可以低于50當量,優選低于30當量,更優選低于10當量(相對于所用二胺的總量)。
可以相伴使用的芳族二胺包括上述間苯二胺代表的那些二胺,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
用于式(15)代表的含氟聚酰亞胺中的四羧酸二酐的例子包括式(37)代表的1,4-二氟苯四酸二酐(P2FDA)、式(38)代表的1,4-二(三氟甲基)苯四酸二酐(P6FDA)、式(39)代表的2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(6FDA)、式(40)代表的1,4-二(3,4-二羰酸酐三氟苯氧基)四氟苯(10FEDA)和式(41)代表的2,2-二〔4-(3,4-二羰酸酐苯氧基)苯〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(6FBisADA)。它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
用于式(15)代表的含氟聚酰亞胺中的主要四羧酸二酐是上述含氟四羧酸二酐,其它四羧酸二酐可以相伴使用,只要不破壞聚酰亞胺的良好物理性質,其中,其用量可以低于50當量,優選低于30當量,更優選10當量(相對于所用四羧酸二酐的總量)。
可以使用的四羧酸二酐包括苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐、2,2’,3,3’-聯苯四羧酸二酐、2,2-二(2,3-二羧酸酐苯基)丙烷、2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)丙烷、二(3,4-二羧酸酐苯基)醚、二(3,4-二羰酸酐苯基)砜、1,1-二(2,3-二羰酸酐苯基)乙烷、二(2,3-二羰酸酐苯基)甲烷、二(3,4-二羰酸酐苯基)甲烷、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、1,2,5,6-萘四羧酸二酐、1,2,3,4-苯四羧酸二酐、3,4,9,10-北四羧酸二酐、2,3,6,7-蒽四羧酸二酐和1,2,7,8-菲四羧酸二酐,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
可以用于式(17)代表的聚酰亞胺的四羧酸二酐包括苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐、2,2’,3,3’-聯苯四羧酸二酐、2,2-二(2,3-二羧酸酐苯基)丙烷、二(3,4-二羧酸酐苯基)醚、二(3,4-二羧酸酐苯基)砜、1,1-二(2,3-二羧酸酐苯基)乙烷、二(2,3-二羧酸酐苯基)甲烷、二(3,4-二羧酸酐苯基)甲烷、2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、1,4-二氟苯四酸二酐、1,4-二(三氟甲基)苯四酸二酐、1,4-二(3,4-二羧酸酐三氟苯氧基)四氟苯、2,2-二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1,4,5,8-萘四羧酸二酐、1,2,5,6-萘四羧酸二酐、1,2,3,4-苯四羧酸二酐、3,4,9,10-北四羧酸二酐、2,3,6,7-蒽四羧酸二酐和1,2,7,8-菲四羧酸二酐,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
可以用于式(17)代表的聚酰亞胺的四羧酸二酐包括至少一種式(3)代表含氟四羧酸酐,它的例子包括苯四酸二酐、3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐、2,2’,3,3’-二苯酮四羧酸二酐、3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐、2,2’,3,3’-聯苯四羧酸二酐、2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)丙烷、2,2-二(2,3-二羧酸酐苯基)丙烷、2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二(2,3-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、3,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐、二(2,3-二羧酸酐苯基)甲烷、二(3,4-二羧酸酐苯基)甲烷、1,3-二〔(3,4-二羧酸酐)苯甲酰基〕苯、1,4-二〔(3,4-二羧酸酐)苯甲酰基〕苯、1,3-二〔(3,4-二羧酸酐)苯氧基〕苯、1,4-二〔(3,4-二羧酸酐)苯氧基〕苯、2,2-二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕酮、二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕酮、4,4’-二(3,4-二羧酸酐苯氧基)聯苯、4,4’-二(2,3-二羧酸酐苯氧基)聯苯、二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕砜、二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕砜、二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯基〕硫醚、二〔4-(2,3-二羧酸酐苯氧基)苯基〕硫醚、2,3,6,7-萘四羧酸二酐和1,2,3,4-苯四羧酸二酐。
所用的四羧酸二酐不限于此,只要它在本發明的范圍內即可。它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
本發明的聚酰亞胺是包括式(15)、(16)或(17)代表的重復結構單元的聚酰亞胺。本發明也包括分子末端具有未取代芳環或被對胺或二羧酸酐為惰性的基團取代的取代芳環的任何聚酰亞胺,以及包括這些聚酰亞胺中的任何一種的組合物。
分子末端具有未取代芳環或被對胺或二羧酸酐為惰性的基團取代的取代芳環的任何聚酰亞胺可以通過下列方法制備在通式(31)代表的芳族二羧酸酐或通式(32)代表的芳族單胺在存在下,使作為起始單體的二胺和四羧酸二酐進行反應,然后再熱或化學酰亞胺化所得到的聚酰胺酸。
從所生產的聚酰亞胺的性能和實用性看,在通式(31)代表的二羧酸酐中,鄰苯二甲酸酐是優選的。具體地說,由鄰苯二甲酸酐得到的聚酰亞胺在熱模制過程中具有極好的模制穩定性。因此,從穩定性以及上述極好的加工性看,作為例如建筑材料、航空和航天飛機基料、電或電子元件、或粘合劑,聚酰亞胺非常有用。當使用鄰苯二甲酸酐時,它可以部分被上述其它二羧酸酐代替,而沒有特別的限制,只要它對酰亞胺極好的物理性質無不利影響。
二羧酸酐的用量是每mol式(33)、(34)或(35)代表的二胺0.001-1.0mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
式(32)代表的化合物的例子包括上述芳族單胺例如苯胺。
在芳族二羧酸酐所情況下,芳族單胺的用量是每mol通式(3)代表的四羧酸二酐0.001-1.0mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
在制備本發明的聚酰亞胺的過程中,為了控制所得到的聚酰亞胺的分子量,通常調節四羧酸二酐和二胺之間的比例。
為了提供本發明的聚酰亞胺,二胺和四羧酸二酐之間適當的摩爾比應是0.9-1.1。當本發明聚酰亞胺的末端是未取代或取代的芳環時,當芳族二胺過量時,芳族二胺和四羧酸二酐之間的摩爾比是每mol芳族二胺0.9-1.0mol四羧酸二酐和0.001-1.0mol二羧酸酐,而當芳族四羧酸二酐過量時,它是每mol四羧酸二酐0.9-1.0mol芳族二胺和0.001-1.0mol芳族單胺。
作為本發明含氟聚酰亞胺的前體聚酰胺酸的比濃對數粘度是0.01-3.0dL/g,該粘度是將聚酰亞胺酸以0.5g/dL的濃度溶解在N,N-二甲基乙酰胺后在35℃下確定的;而聚酰胺的比濃對數粘度是0.01-3.0dL/g,該粘度是通過加熱將聚酰亞胺的粉末以0.5g/dL的濃度溶解在對氯酚(9份重量)和酚(1份重量)的混合物中以后在35℃下確定的。
作為式(16)代表的聚酰亞胺的前體聚酰胺酸的比濃對數粘度是0.01-3.0dL/g,該粘度是將聚酰亞胺酸以0.5g/dL的濃度溶解在N,N-二甲基乙酰胺中以后在35℃下確定的;而聚酰胺的比濃對數粘度是0.01-3.0dL/g,該粘度是通過加熱將聚酰亞胺的粉末以0.5g/dL的濃度溶解在對氯酚(9份重量)和酚(1份重量)的混合物中以后在35℃下確定的。
從其機械性能和加工性看,式(17)代表的聚酰亞胺的比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高達3.00dL/g,優選至少為0.05dL/g,最高達2.5dL/g,更優選至少為0.10dL/g,最高達2.00dL/g。
本發明的聚酰亞胺可以按照可以得到聚酰亞胺的任何方法包括已知的方法而制備,優選按照上述方法制備。簡單地說,優選的是用于制備本發明上述的低雙折射率有機光學元件的方法,不過,對于所用的溶劑、芳族二羧酸酐或芳族單胺、它們的加入方法、酰亞胺化的方法、反應溫度、反應壓力和反應周期沒有特別的限制。
本發明的聚酰亞胺可以通過下列方法作為膜被提供把作為本發明聚酰亞胺前體的聚酰亞胺酸清漆涂敷在玻璃板上,然后加熱將其酰亞胺化,或直接加熱和壓成聚酰亞胺粉末。由于本發明的聚酰亞胺非常易溶于普通有機溶劑,因此,它可以作為膜通過下列方法被得到把聚酰亞胺粉末溶解在有機溶劑中,把該溶液涂敷在玻璃板上,然后除去溶劑。該普通有機溶劑可以是上述聚合過程中使用的溶劑。因此,可以按照已知的方法制備粉末或膜形式的聚酰亞胺。
當本發明的聚酰亞胺進行熔融模制時,根據其目的,可以混入適當量的另一種熱塑性樹脂,只要它反過來不影響本發明的目的;此類樹脂的例子包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、polyalylate、聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯硫醚、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、改性聚苯氧和除本發明的聚酰亞胺以外的聚酰亞胺。
另外,可以使用用于常規樹脂組合物的各種物質作為填料,只要它們對本發明的目的無不利影響,例如下列填料抗磨改性劑例如石墨、金剛砂、二氧化硅粉末、二硫化鉬和氟化樹脂;增強物質例如玻璃纖維和碳纖維;不燃性改性劑例如三氧化銻、碳酸鎂和碳酸鈣;電性能改性劑例如粘土和云母;抗跟蹤(tracking resistance)改性劑例如石棉、二環氧硅和石墨;耐酸性改性劑例如硫酸鋇、二氧化硅和硅酸鈣;導熱性改性劑例如鐵粉、鋅粉、鋁粉和銅粉;玻璃珠;玻璃球;滑石;硅藻土;礬土;silasbalun;水合氧化鋁;金屬氧化物和顏料。
本發明的含氟聚酰亞胺可以是各種不同的形式例如不同的模制物質、膜或纖維。
下面將描述用于低雙折射率有機光學元件的聚酰胺。
本發明的聚酰胺是包括通式(18)代表的重復結構單元的新聚酰胺,其比濃對數粘度至少為0.01dL/g,并最高可達3.00dL/g。該聚酰胺可以通過例如通式(42)代表的二胺與式(43)代表的二羧酸酐在脫鹵化氫試劑的存在下在溶劑中縮合而制備。
其中Z、k和s同上述定義。
其中Ar和HL同上述定義。
式(42)代表的芳族二胺是例如上述的二胺如6,6’-雙〔x-氨基-y-甲基苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan),其中x和y獨立地為2-6的整數,不過,所使用的二胺不限于這些,只要它在本發明的范圍內即可。這些二胺可以任意聯合使用。
另外,通常已知的其它二胺也可以相伴使用,只要它們反過來不影響本發明產品極好的物理性質,其用量可以低于50當量,優選低于30當量,更優選低于10當量(相對主要的二胺)。另外的芳族二胺的例子包括上述二胺例如間苯二胺。
通式(43)代表的二羧酸酐可以是相應的二羧酸的兩個-OH基被鹵原子例如-F、-Cl和-Br取代的衍生物。例子是鄰苯二酰鹵、對苯二酰鹵、間苯二酰鹵、甲基鄰苯二酰鹵、甲基對苯二酰鹵、甲基間苯二酰鹵、乙基鄰苯二酰鹵、乙基對苯二酰鹵、乙基間苯二酰鹵、甲氧基鄰苯二酰鹵、甲氧基對苯二酰鹵、甲氧基間苯二酰鹵、乙氧基鄰苯二酰鹵、乙氧基對苯二酰鹵、乙氧基間苯二酰鹵、氯鄰苯二酰鹵、氯對苯二酰鹵、氯間苯二酰鹵、溴鄰苯二酰鹵、溴對苯二酰鹵、溴間苯二酰鹵、四氟鄰苯二酰鹵、四氟對苯二酰鹵、四氟間苯二酰鹵、1,2-萘二羧酸酰鹵、1,4-萘二羧酸酰鹵、1,5-萘二羧酸酰鹵、2,3-萘二羧酸酰鹵、2,6-萘二羧酸酰鹵、3,3’-聯苯二羧酸酰鹵、4,4’-聯苯二羧酸酰鹵、4,4’-二苯基醚二羧酸酰鹵、3,3’-二苯基醚二羧酸酰鹵、3,4’-二苯基醚二羧酸酰鹵、二(3-甲酰鹵苯基)硫醚、(3-甲酰鹵苯基)(4-甲酰鹵苯基)硫醚、二(4-甲酰鹵苯基)硫醚、二(3-甲酰鹵苯基)砜、(3-甲酰鹵苯基)(4-甲酰鹵苯基)砜、二(4-甲酰鹵苯基)砜、3,3’-二苯酮二羧酸酰鹵、3,4’-二苯酮二羧酸酰鹵、4,4’-二苯酮二羧酸酰鹵、3,3’-二苯基甲烷二羧酸酰鹵、3,4’-二苯基甲烷二羧酸酰鹵、4,4’-二苯基甲烷二羧酸酰鹵、二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕甲烷、二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕甲烷、2,2-二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕丙烷、2,2-二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、2,2-二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)苯、1,3-二(4-甲酰鹵苯氧基)苯、1,4-二(3-甲酰鹵苯氧基)苯、1,4-二(4-甲酰鹵苯氧基)苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)-2-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)-4-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯氧基)-5-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵-5-三氟甲基苯氧基)苯、1,3-二(3-甲酰鹵-5-三氟甲基苯氧基)-5-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵-5-三氟甲基苯氧基)-4-三氟甲基苯、1,3-二(3-甲酰鹵苯甲酰基)苯、1,3-二(4-甲酰鹵苯甲酰基)苯、1,4-二(3-甲酰鹵苯甲酰基)苯、1,4-二(4-甲酰鹵苯甲酰基)苯、4,4’-二(3-甲酰鹵苯氧基)聯苯、4,4’-二(4-甲酰鹵苯氧基)聯苯、二〔4-(3-甲酰鹵苯氧基)苯基〕醚、二〔4-(4-甲酰鹵苯氧基)苯基〕醚、3,3’-二甲酰鹵-4,4’-二氟二苯酮、3,3’-二甲酰鹵-5,5’-二(三氟甲基)二苯基醚、4,4’-二甲酰鹵-5,5’-二(三氟甲基)二苯基醚、4,4’-二〔2-(4-甲酰鹵苯基苯氧基)-1,1,1,3,3,3’-六氟異丙基〕二苯基醚和4,4’-二〔2-(4-甲酰鹵苯基苯氧基)-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基〕聯苯醚。然而,在本發明中,二羧酸酰鹵不限于這些例子,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
本發明的的聚酰胺可以按照各種已知的方法制備沒有特別的限制。而且起始單體也沒有限制,可以使用非鹵化型二羧酸衍生物代替上述二鹵化物。二羧酸衍生物的用量優選為(但不限于此)每mol二胺0.5-1.8mol,更優選0.7-1.5mol,最優選0.75-1.35mol。超出該范圍,由于產物的分子量降低,將導致機械性能下降。根據所用的單體調節摩爾比,可以控制分子量。
本發明的分子量取決于比濃對數粘度。具體地說,從其機械性能和加工性看,本發明聚酰胺的比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高達3.00dL/g,優選至少為0.05dL/g,最高達2.5dL/g,更優選至少為0.10dL/g,最高達2.00dL/g。把0.50g聚酰胺粉末溶于100ml N-甲基-2-吡咯烷酮中后,在35℃下可以確定該比濃對數粘度。
在制備用于本發明的聚酰胺樹脂的過程中,可以用單價羧酸或其衍生物或單價胺保護分子末端。具體地說,可以用單羧酸或其衍生物例如單羧酸酰鹵部分代替二羧酸或其衍生物,或用單胺部分代替二胺,從而制備聚酰胺。
在該方法中可以使用的單羧酸的例子包括苯甲酸、氯苯甲酸、溴苯甲酸、甲基苯甲酸、乙基苯甲酸、甲氧基苯甲酸、乙氧基苯甲酸、硝基苯甲酸、乙酰基苯甲酸、乙酰氧基苯甲酸、羥基苯甲酸、聯苯基羧酸、二苯酮羧酸、二苯基醚羧酸、二苯基硫羧酸、二苯基砜羧酸、2,2-二苯基丙烷羧酸、2,2-二苯基-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷羧酸、萘羧酸、乙酸、氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、氟乙酸、二氟乙酸、三氟乙酸、硝基乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸和環己烷羧酸。這些單羧酸可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
單羧酸酰鹵的例子包括上述單羧酸的酰基氯和酰基溴,這些單羧酸酰鹵可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
從使用價值和性能看,在這些單羧酸或它們的衍生物中,苯甲酰氯是最優選的。
單羧酸衍生物的用量是每mol芳族二胺0.001-1.00mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
單價胺的例子包括上述的單胺例如苯胺,它們可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
從所產生的聚酰胺的使用價值和一般性能看,在這些單胺中,苯胺是最優選的。
單價胺(單胺)的用量是每mol芳族二羧酸0.001-1.00mol。如果它低于0.001,在熱模制過程中,粘度將增加,從而導致成型性和加工性變差。如果它高于1.00mol,機械性能將降低。因此它優選0.01-0.50mol。
聚酰胺樹脂可以通過使二胺與二羧酸衍生物在有機溶劑中縮聚而制備。這里可以使用的溶劑包括(但不限于此)上述關于聚酰亞胺中所述的溶劑例如N,N-二甲基甲酰胺。
根據作為反應單體的類型和聚合方法,這些溶劑可以單獨使用,或兩個或多個一起使用。
當二羧酸酰鹵用作起始單體時,通常伴隨使用去鹵化氫試劑。可以使用的去鹵化氫試劑包括三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、三戊基胺、N,N-二甲基芐基胺、N,N-二乙基芐基胺、N,N-二甲基環己基胺、N,N-二乙基環己基胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺、N-甲基吡咯烷、N-乙基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N-甲基嗎啉、N-乙基嗎啉、吡啶、α-甲基吡啶、β-甲基吡啶、γ-甲基吡啶、2,4-二甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、喹啉、異喹啉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、氫氧化鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、氧化鈣、氧化鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、環氧乙烷、和環氧丙烷。
當用二羧酸作為起始單體時,通常使用縮合劑。可以使用的縮合劑包括三氧化硫、亞硫酰氯、亞硫酸鹽、苦基氯、五氧化二磷、磷酰氯、亞磷酸鹽-吡啶縮合劑、三苯基膦-六氯乙烷縮合劑和丙基磷酸酐-N-甲基-2-吡咯烷酮縮合劑。
根據某些因素例如聚合方法和溶劑的類型,反應溫度通常等于或低于300℃。反應壓力沒有限制,大氣壓就可以滿足要求。所采用的方法也沒有限制,可以使用任何已知的方法例如倒入到不良溶劑中。
反應周期可以根據某些因素例如起始單體的類型、聚合方法、溶劑類型、去鹵化氫試劑的類型、縮合劑的類型和反應溫度而變化;通常10分鐘至24小時就足夠了。
用上述方法制備的聚酰胺包括通式(1)代表的重復結構單元,其比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高達3.00dL/g;并且它具有極好的透明性、機械強度和耐熱性以及低雙折射率和低光學損耗,它可以用作光盤基質、攝影透鏡、液晶電池的塑性基質和用于棱鏡的樹脂。
實施例 下面將通過實施例具體描述螺二茚(spirobiindan)聚合物和低雙折射率有機光學元件,但不限于此。實施例和對比實施例所制備的聚合物的分子量通過下列方法確定。分子量的測定 通過用System-11(ShOwa Denko)以GPC(凝膠滲透色譜法)法測定0.2%重量的芳族聚碳酸酯溶液(在氯仿中),而確定重均分子量(Mw)。所顯示的測定值轉換為標準聚苯乙烯的值。制備實施例1式(5-1)代表的二羥基化合物的制備 在反應器中加入152g 6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.5mol)、97g碳酸亞乙酯(1.1mol)、3.5g碳酸鉀(25mmol)和200g二甲苯,把該混合物在回流下加熱10小時。
冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到169g(產率85%)所需要的式(5-1)代表的二羥基化合物,它是一種白色固體,熔點為154-158℃。
制備實施例2式(5-2)代表的二羥基化合物的制備 在反應器中加入182g 6,6’-二羥基-3,3,3’,3’、5,5’,7,7’-八甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.5mol)、97g碳酸亞乙酯(1.1mol)、3.5g碳酸鉀(25mmol)和200g對二甲苯,把該混合物在回流下加熱12小時。冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到203g(產率89%)所需要的式(5-2)代表的二羥基化合物,它是一種白色固體,熔點為181-183℃。
制備實施例3式(5-3)代表的二羥基化合物的制備 在反應器中加入80g制備實施例1中得到的二羥基化合物、19g(0.44mol)氫氧化鈉和200g甲苯,使該混合物進行恒沸脫水,得到二鈉鹽。冷卻后,滴加55g 2-溴乙醇(0.44mol),把該混合物回流5小時。冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到89g(產率92%)所需要的式(5-3)代表的二羥基化合物,它是一種白色固體,熔點為128-130℃。
制備實施例4式(5-1)和(5-3)-(5-7)代表的二羥基化合物的混合物的制備 在反應器中加入154g 6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.5mol)、194g碳酸亞乙酯(2.2mol)、6.9g碳酸鉀(50mmol)和200g二甲苯,把該混合物在回流下加熱28小時。冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到129g(產率53%)式(5-1)和(5-3)-(5-7)代表的二羥基化合物的混合物,它是一種白色固體,熔點為103-120℃。其中每分子平均增加了3.7分子的羥乙基。用GPC和柱色譜法分離這些組分,它們具有下列比例和熔點。
二羥基化合物 比例(%) 熔點℃式(5-1)的化合物11.6154-158 式(5-3)的化合物29.5128-130 式(5-4)的化合物37.3141-143 式(5-5)的化合物14.9121-125 式(5-6)的化合物4.9 116-119 式(5-7)的化合物1.8 109-113制備實施例5式(5-1)和(5-3)-(5-6)代表的二羥基化合物的混合物的制備 在高壓釜中加入154g 6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.5mol)、150g二甲苯和2.8g三丁基胺。用氮置換體系的氣氛后,將其加熱到130℃,在壓力下緩慢加入97g環氧乙烷(2.2mol),使該混合物在140℃下反應2小時。冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到216g(產率98%)式(5-1)和(5-3)-(5-6)代表的二羥基化合物的混合物,它是一種白色固體,熔點為112-124℃。其中每分子平均增加了3.1分子的羥乙基。用GPC和柱色譜法分離這些組分,它們具有下列比例和熔點。
二羥基化合物比例(%) 熔點℃式(5-1)的化合物 23.7154-158 式(5-3)的化合物 17.9128-130 式(5-4)的化合物 51.3141-143 式(5-5)的化合物 4.1 121-125 式(5-6)的化合物 3.0 116-119制備實施例6式(5-8)-(5-11)代表的二羥基化合物的混合物的制備 在高壓釜中加入189g 5,5’-二羥基-6,6’-二氯-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.5mol)、200g二甲基亞砜和5.6g芐基胺。用氮取代體系的氣氛后,將其加熱到130℃,在壓力下緩慢加入63g環氧乙烷(1.1mol),使該混合物在140℃下反應6小時。冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到231g(產率92%)式(5-8)-(5-11)代表的二羥基化合物的混合物,它是一種白色固體,熔點為128-151℃。其中每分子平均增加了2.1分子的羥乙基。用GPC和柱色譜法分離這些組分,它們具有下列比例和熔點。
二羥基化合物 比例(%) 熔點℃式(5-8)的化合物 4.6 161-163 式(5-9)的化合物 81.0 151-158 式(5-10)的化合物 12.2 144-147 式(5-11)的化合物 2.2 130-132制備實施例7式(5-12)代表的二羥基化合物的制備 按制備實施例1中所述,制備式(5-12)代表的二羥基化合物,不同的是用碳酸亞丙基酯代替碳酸亞乙酯。化合物的熔點為199-201℃。
制備實施例8 在500ml的燒瓶上裝上攪拌器、回流冷凝器和用于引入光氣(碳酰氯)的浸入管。向燒瓶中加入396g式(5-1)代表的二羥基化合物(1.00mol)和200g二氯甲烷。在冰冷卻下,在60分鐘內,向該混合物中加入207.9g碳酰氯(2.10mol),再將該反應混合物攪拌混合2小時。反應結束時,引入氮氣以便除去過量的碳酰氯和副產物氯化氫,在減壓下蒸發出二氯甲烷,得到521g式(5-1-a)代表的雙氯甲酸酯(1.00mol)。
制備實施例9 按制備實施例8所述,制備式(5-12-a)代表的雙氯甲酸酯,不同的是用式(5-12)代表的二羥基化合物代替式(5-1)代表的二羥基化合物。
實施例1 在500ml的燒瓶上裝上攪拌器和回流冷凝器,向該燒瓶中加入52.1g制備實施例8中得到的式(5-1-a)代表的雙氯甲酸酯(0.10mol)、39.6g式(5-1)代表的二羥基化合物(0.10mol)和200g二氯甲烷。在冰冷卻下,在30分鐘內,向該混合物中滴加17.4g吡啶(0.22mol),再在相同的溫度下將該反應混合物攪拌混合2小時。聚合反應結束時,加入稀鹽酸,攪拌該混合物除去過量的吡啶,用離子交換水洗滌二氯甲烷相,直到水層變為中性為止,然后,把這兩層分離。在減壓下,從所產生的聚碳酸酯在二氯甲烷的溶液中蒸發出二氯甲烷,從而得到固體聚碳酸酯。聚碳酸酯的重均分子量是45000。實施例2 按實施例1所述,制備聚碳酸酯,不同的是,分別用制備實施例9中得到的式(5-12-a)代表的雙氯甲酸酯和式(5-12)代表的二羥基化合物代替(5-1-a)代表的雙氯甲酸酯和式(5-1)代表的二羥基化合物。聚碳酸酯的重均分子量是30000。實施例3 在2升的燒瓶上裝上攪拌器、回流冷凝器和用于引入光氣(碳酰氯)的浸入管,向燒瓶中加入198g式(5-1)代表的二羥基化合物(0.50mol)、219g式(27-a)代表的二羥基化合物(0.50mol)和500g吡啶(6.32mol)。劇烈攪拌該溶液,并在水浴中保持反應溫度為25℃,同時以1.00g/分鐘的速度加入109g碳酰胺(1.10mol)。聚合反應結束時,在5分鐘內,邊劇烈攪拌反應化合物,邊滴加1000g甲醇。然后,再繼續攪拌30分鐘。過濾出沉淀的聚碳酸酯后,用800g甲醇將沉積物洗滌三次,除去過量的吡啶和鹽酸吡啶,得到所需要的式(5-1)代表的二羥基化合物和式(27-2)代表的二羥基化合物的共聚聚碳酸酯,其重均分子量是40000。
實施例4 按實施例1所述,制備式(5-1)代表的二羥基化合物和式(19-1)代表的二羥基化合物的交替共聚聚碳酸酯,不同的是用式(19-1)代表的二羥基化合物代替式(5-1)代表的二羥基化合物,其重均分子量是120000。實施例5 按實施例1所述,制備式(5-1)代表的二羥基化合物和式(19-1)代表的二羥基化合物的無規共聚聚碳酸酯,不同的是式(5-1)代表的二羥基化合物的量由198g(0.50mol)變為277g(0.70mol),用92.4g式(19-1)代表的二羥基化合物代替219g式(27-a)代表的二羥基化合物(0.50mol),其重均分子量是105000。
實施例6-8 按照實施例3所述的方法,由表3所示的二羥基化合物制備聚碳酸酯。表3
實施例9式(6-1)代表的丙烯酸酯的制備 向裝有Dean-Stark分水器的反應器中加入50g制備實施例1中制備的式(5-1)代表的二羥基化合物(0.13mol),42g丙烯酸(0.58mol),0.1g氫醌(0.1wt%),4.2g硫酸(0.04mol)和200g對二甲苯,然后,把該混合物在回流下加熱7小時。冷卻后,過濾出固體沉淀物,并通過從甲醇和水的混合物中重結晶將其純化,從而得到34g(產率94%)所需要的式(6-1)代表的丙烯酸酯白色固體,其熔點為118-122℃。
實施例10由制備實施例4得到的二羥基化合物的混合物的甲基丙烯酸酯化 向裝有Dean-Stark分水器的反應器中加入61g制備實施例4中得到的二羥基化合物的混合物(0.1mol)、33g甲基丙烯酸(0.5mol)、3g硫酸(0.03mol)、0.1g氫醌(0.2重量%)和200g甲苯,然后,把該混合物加熱,并在110℃下脫水6.5小時。反應結束時,用碳酸鉀溶液中和該混合物,并用水洗滌。向甲苯溶液中加入硅膠,并攪拌、過濾該混合物,蒸發出甲苯,得到46g所需要的式(6-2)-(6-7)代表的甲基丙烯酸酯的混合物(76%),它是無色液體,其25℃下的ICI粘度是56泊。其GPC圖的面積%顯示,每一個起始二羥基化合物的比例都和所得到的其相應的甲基丙烯酸酯一致,在允許的誤差范圍內。用GPC和柱色譜法分離這些組分,它們具有下列比例和熔點。
甲基丙烯酸酯 比例(%) 熔點℃ 式(6-2)的化合物 12.4118-122 式(6-3)的化合物 28.1 油 式(6-4)的化合物 36.5 72-89 式(6-5)的化合物 15.1 油 式(6-6)的化合物 6.3油 式(6-7)的化合物 1.6油實施例11由制備實施例5得到的二羥基化合物的混合物的丙烯酸酯化 向裝有Dean-Stark分水器的反應器中加入48.5g制備實施例5中得到的二羥基化合物的混合物(0.1mol)、36g丙烯酸(0.5mol)、3g硫酸(0.03mol)、0.1g氫醌(0.1重量%)和200g甲苯,然后,把該混合物加熱,并在110℃下脫水6.5小時。反應結束時,用碳酸鉀溶液中和該混合物,并用水洗滌。向甲苯溶液中加入硅膠,并攪拌、過濾該混合物,蒸發出甲苯,得到57g所需要的式(6-1)和(6-8)-(6-10)代表的丙烯酸酯的混合物(96%),它是無色液體,其25℃下的ICI粘度是49泊。用GPC和柱色譜法分離這些組分,它們具有下列比例和熔點。
丙烯酸酯比例(%) 熔點℃ 式(6-1)的化合物 27.1118-122 式(6-8)的化合物 17.0 油 式(6-9)的化合物 53.1 64-70 式(6-10)的化合物 2.8油實施例12由制備實施例6得到的二羥基化合物的混合物的甲基丙烯酸酯化 向裝有Dean-Stark分水器的反應器中加入44.9g制備實施例6中得到的二羥基化合物的混合物(0.1mol)、33g甲基丙烯酸(0.5mol)、3g硫酸(0.03mol)、0.1g氫醌(0.1重量%)和200g甲苯,然后,把該混合物加熱,并在110℃下脫水8小時。反應結束時,用碳酸鉀溶液中和該混合物,并用水洗滌。向甲苯溶液中加入硅膠,并攪拌、過濾該混合物,蒸發出甲苯,得到51g所需要的式(6-11)-(6-14)代表的甲基丙烯酸酯的混合物(88%),它是蠟狀固體,其粘度不能確定。其GPC圖的面積%顯示,在允許的誤差范圍內,每一個起始二羥基化合物的比例都和所得到的其相應的甲基丙烯酸酯一致。用GPC和柱色譜法分離這些組分,它們具有下列比例和熔點。
二羥基化合物 比例(%) 熔點℃ 式(6-11)的化合物5.4131-134 式(6-12)的化合物80.7 101-112 式(6-13)的化合物13.0 51-60 式(6-14)的化合物0.9油實施例13制備式(6-15)代表的丙烯酸酯 向裝有Dean-Stark分水器的反應器中加入47g制備實施例2中得到的式(2-2)代表的二羥基化合物(0.13mol)、42g丙烯酸(0.58mol)、0.1g氫醌(0.1重量%)、4.2g硫酸(0.04mol)和200g對二甲苯,然后,把該混合物在回流下加熱7小時。反應結束時,用碳酸鉀溶液中和該混合物,并用水洗滌。向甲苯溶液中加入硅膠,并攪拌、過濾該混合物,蒸發出甲苯,得到61g所需要的式(6-15)代表的丙烯酸酯白色固體(產率97%),其熔點為126-130℃。
實施例14由式(5-1)代表的二羥基化合物制備聚酯 在100ml的燒瓶上裝上攪拌器、回流冷凝器和用于引入氮氣的浸入管,向燒瓶中加入40.00g式(5-1)代表的二羥基化合物(0.101mol)和20.51g間苯二酰氯(0.101mol)。由于放熱反應,混合物的溫度升高到40℃,把混合物攪拌10分鐘,然后,邊攪拌邊將其在220℃下加熱40分鐘。而通過引入氮氣除去氯化氫。從反應器中取出熔融狀的粘性產物進行分析,得到包括式(7-1)代表的結構單元的聚酯,其重均分子量為100000。
實施例15-20 按實施例14所述,制備包括表4所列結構單元中的一個的聚酯,不同的是用另一個二羥基化合物和另一個二羧酸酰鹵代替式(5-1)代表的二羥基化合物和間苯二酰氯。
表4 實施例 結構單元
表4續 實施例 結構單元
實施例21 在200ml的燒瓶上裝上攪拌器、回流冷凝器和用于引入氮氣的浸入管,向燒瓶中加入20.00g式(5-1)代表的二羥基化合物(0.05mol)、15.40g式(19-1)代表的二羥基化合物(0.05mol)、20.51g間苯二酰氯(0.101mol)和100ml氯苯。在10℃下,在10分鐘內向該混合物中滴加22.25g三乙基胺(0.21mol),然后,在室溫下把該混合物攪拌8小時。反應結束時,在減壓下由反應器中蒸發出氯苯,把殘余的高粘性溶液倒入1000ml甲醇中,形成無色固體,然后將其過濾。把該固體用300ml甲醇分兩次磨碎,并在60℃下真空干燥,得到包括式(7-3)代表的結構單元的共聚聚酯,其重均分子量為80000。
實施例22由式(5-1)代表的二羥基化合物制備聚胺酯 在裝有攪拌器和回流冷凝器的200ml燒瓶中加入39.65g式(5-1)代表的二羥基化合物(0.100mol)和80ml氯苯。在氮氣氛下把該混合物加熱到110℃,然后在3小時內向其中滴加16.99g二異氰酸六亞甲基酯(0.101mol)在50ml苯中的溶液。然后把該化合物在130℃下再攪拌1小時,在減壓下由反應溶液中蒸發出氯苯,把殘余的高粘性溶液滴加到500ml甲醇中,過濾并收集沉淀的無色固體。把該固體在200ml甲醇中磨碎,得到包括式(8-1)代表的結構單元的聚胺酯。對該產品的GPC分析顯示重均分子量為120000。
IR(KBr)3300cm-1(-NH-),1710cm-1(-CONH-)
實施例23-27 按實施例22所述,制備表5所列的聚胺酯,不同的是用另一個二羥基化合物和另一個二異氰酸酯衍生物代替式(5-1)代表的二羥基化合物和二異氰酸六亞甲基酯。表5 實施例 結構單元
表5續 實施例 結構單元
制備實施例9式(9-1)代表的環氧樹脂的制備 在反應器中加入154g 6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)和463g表氯醇,在攪拌下把該混合物加熱到95℃溶解固體。在3小時內向溶液中滴加110g 40%的氫氧化鈉,然后把該混合物在90-100℃下攪拌2小時。冷卻后,向該混合物中加入200ml甲基乙基酮,將其用水反復洗滌直到除去氯化物和稍微過濾的氫氧化鈉為止。在減壓下,從有機層中蒸發出溶劑和表氯醇,從而得到211g式(9-1)代表的環氧樹脂。
分析所得到的環氧樹脂顯示其組成為86%(n=0)、8%(n=1)和6%(n≥2)(面積%;在下文中組成百分數指的是面積%);其環氧當量為238g/當量,軟化點為50℃。
制備實施例10式(9-2)代表的環氧樹脂的制備 按照制備實施例9所述,制備式(9-2)代表的環氧樹脂,不同的是用6,6’-二羥基-3,3,3’,3’、5,5’,7,7’-八甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)代替6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)。分析所得到的環氧樹脂顯示其組成為81%(n=0)、14%(n=1)和9%(n≥2),其環氧當量為285g/當量。
制備實施例11式(10-1)代表的環氧丙烯酸酯樹脂的制備 向反應器中加入238g制備實施例9中得到的式(9-1)代表的環氧樹脂〔n=0,86%;n=1,8%;n≥2,6%;環氧當量238g/當量〕、72g丙烯酸、0.9g三乙基胺、0.1g氫醌和31g苯乙烯稀釋劑,在空氣流下,把該混合物在80℃攪拌1小時,然后在130℃下攪拌3小時,得到327g蠟狀環氧丙烯酸酯樹脂,其酸值(mg KOH/g)是3.0,100℃時ICI粘度是1.8泊。
對式(10-1)代表的環氧丙烯酸酯樹脂的液相色譜分析顯示其組成為86%(n=0)、8%(n=1)和6%(n≥2)(面積%)。
制備實施例12 向反應器中加入245g制備實施例9中得到的式(9-1)代表的環氧樹脂〔n=0,84%;n=1,7%;n≥2,9%;環氧當量245g/當量〕、144g丙烯酸、1.2g三乙基胺、0.2g氫醌和39g苯乙烯稀釋劑,在空氣流下,把該混合物在80℃攪拌1小時,然后在130℃下攪拌3小時,得到344g蠟狀環氧丙烯酸酯樹脂,其酸值(mg KOH/g)是24.4,100℃時ICI粘度是21.0泊。制備實施例13 向反應器中加入285g按照制備實施例10所得到的式(9-2)代表的環氧樹脂〔n=0,81%;n=1,14%;n≥2,5%;環氧當量285g/當量〕、72g丙烯酸、0.9g三乙基胺、0.1g氫醌和31g 1,6-己二醇二丙烯酸酯稀釋劑,在空氣流下,把該混合物在80℃攪拌1小時,然后在130℃下攪拌3小時,得到327g蠟狀環氧丙烯酸酯樹脂,其酸值(mg KOH/g)是6.7,100℃時ICI粘度是19.6泊。制備實施例14 向反應器中加入238g按照制備實施例9所得到的式(9-1)代表的環氧樹脂〔n=0;86%,n=1;,8%;n≥2;6%,環氧當量238g/當量〕、72g丙烯酸、0.9g三乙基胺、0.1g氫醌和31g苯乙烯稀釋劑,在空氣流下,把該混合物在80℃攪拌1小時,然后在130℃下攪拌3小時,得到327g蠟狀反應產物。向該反應產物中加入130g馬來酐,使該混合物在100℃下反應10小時,得到412g酸改性的環氧酯樹脂,其酸值(mg KOH/g)是104.3,100℃時ICI粘度是8泊。制備實施例15 向反應器中加入245g按照制備實施例9所得到的式(9-1)代表的環氧樹脂〔n=0;84%,n=1;7%;n≥2;9%,環氧當量245g/當量〕、144g丙烯酸、1.2g三乙基胺、0.2gN-甲氫醌和50g苯乙烯稀釋劑,在空氣流下,把該混合物在80℃攪拌1小時,然后在130℃下攪拌3小時,蒸發出過量的丙烯酸和苯乙烯,得到344g蠟狀反應產物。向該反應產物中加入120g四氫化馬來酐和80g乙酸卡必醇酯,使該混合物在90℃下反應20小時,得到498g酸改性的環氧酯樹脂,其酸值(mg KOH/g)是98.4,100℃時ICI粘度是17泊。制備實施例16 向反應器中加入285g按照制備實施例9所得到的式(9-2)代表的環氧樹脂組合物〔n=0;81%,n=1;14%;n≥2;5%,環氧當量285g/當量〕、72g丙烯酸、0.9g三乙基胺、0.1g氫醌和31g 1,6-己二醇二丙烯酸酯稀釋劑,在空氣流下,把該混合物在80℃攪拌1小時,然后在130℃下攪拌3小時,得到327g蠟狀反應產物。向該反應產物中加入190g 1,2,4-苯三酸,使該混合物在90℃下反應20小時,得到511g酸改性的環氧丙烯酸酯樹脂,其酸值(mg KOH/g)是112.1,100℃時ICI粘度是24泊。制備實施例17 按照制備實施例14所述,制備酸改性環氧丙烯酸酯樹脂(365g),不同的是丙烯酸的量由72g變成36g,其酸值(mg KOH/g)是51.5,100℃時ICI粘度是79泊。制備實施例18 按照制備實施例14所述,制備酸改性環氧丙烯酸酯樹脂(391g),不同的是丙烯酸和馬來酐的量分別由72g變成54g和130g變成150g,其酸值(mgKOH/g)是74.3,100℃時ICI粘度是55泊。制備實施例19 按照制備實施例14所述,制備酸改性環氧丙烯酸酯樹脂(350g),不同的是用110g乙酸酐代替130g馬來酐,100℃時ICI粘度是52泊。實施例28制備式(11-1)代表的化合物 向裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝器和氮氣引入管的1升的玻璃反應器中加入24.7g式(19-1)代表的螺二茚酚(spirobiindanol)(0.08mol)、4.4g三甲基氯化銨(0.04mol)和50g二甲基亞砜,在60℃下,邊攪拌邊向該混合物中分批加入6.6g磨碎的95%的氫氧化鈉(0.16mol)。在相同溫度下把該混合物再攪拌1小時,在30分鐘內向其中滴加18.8g 2-氯乙基乙烯基醚(0.18mol)。在60℃下再攪拌10小時后,把反應溶液倒入300g 10%的磷酸溶液中酸化。過濾出沉淀的固體,用水洗滌,并通過在甲醇中磨碎而純化,得到30.0g所需要的式(11-1)代表的乙烯基醚化合物。其HPLC(高效液相色譜)分析顯示其純度>99%(面積%)。
-熔點100-101℃-IR(KBr)1610cm-1、1200cm-1、975cm-1-FD-MS譜448(M+)實施例29制備式(11-2)代表的化合物 向裝有攪拌器、溫度計、回流冷凝器和氮氣引入管的1升的玻璃反應器中加入30.8g式(19-1)代表的螺二茚酚(spirobiindanol)(0.10mol)、0.20g三苯基膦、40g甲基異丁基酮和10g二甲基亞砜,在70℃下,邊攪拌邊向該混合物中分批加入21.4g縮水甘油乙烯基醚(0.24mol)。在90℃下把該混合物再攪拌20小時,向其中加入20.0g甲基異丁基酮和300g 20%的氯化鈉水溶液進行萃取。然后,用100g 20%的氯化鈉水溶液把有機層洗滌三次,將其分離并在減壓下蒸發,得到40.0g所需要的式(11-2)代表的乙烯基醚化合物。其HPLC(高效液相色譜)分析顯示其純度至少為99%(面積%)。
-IR(KBr)1610cm-1、1200cm-1、975cm-1-FD-MS譜508(M+)實施例30-33 按照實施例28-29所述,制備式(11-3)-(11-6)代表的乙烯基醚化合物,不同的是用另一個螺二茚酚(spirobiindanol)衍生物代替式(19-1)代表的化合物。表6 實施例結構單元
實施例34 在裝有擋板的2升燒瓶上裝上帶有柵格螺旋槳的攪拌器、回流冷凝器和用于引入光氣(碳酰氯)的浸入管,向該燒瓶中加入77.1g式(19-1)代表的螺二茚酚(spirobiindanol)(0.25mol)、87.6g式(27-1)代表的二羥基化合物(0.25mol)、56g氫氧化鈉(1.40mol)、2.58g 4-叔丁基酚和600ml去離子水,而制備水溶液。然后,向該水溶液中加入600ml二氯甲烷,形成兩相的混合物,邊向其中引入59.4g光氣(0.60mol),邊以9.9g/分鐘的速度攪拌。引入光氣結束后,向該反應混合物中加入0.08g三乙基胺,然后,把它再攪拌90分鐘。攪拌后,分離反應混合物,用鹽酸中和二氯甲烷相,并將其反復用去離子水洗滌,直到基本上檢測不出電解質為止。由有機層中蒸發出二氯甲烷,得到包括式(12-1)代表結構單元的無規共聚聚碳酸酯固體,其重均分子量是51000。
用掃描量熱計(DSC-3100;Mac Science)在-20℃-300℃的范圍內通過差熱分析確定,其玻璃化轉變溫度(Tg)為245℃。
實施例35 在2升燒瓶上裝上攪拌器、回流冷凝器和用于引入光氣的浸入管,向該燒瓶中加入77.1g式(19-1)代表的二羥基化合物(0.25mol)、109.6g式(27-2)代表的二羥基化合物(0.25mol)、87.0g吡啶(1.10mol)和700g二氯甲烷。然后,在冰冷卻下在60分鐘內,向該混合物中引入54.5g光氣(0.55mol),然后,再把反應混合物攪拌混合2小時。反應結束后,用5%的鹽酸洗滌混合物,除去過量的吡啶,然后,將其反復用水洗滌,直到溶液變成中性為止。分離后,蒸發出二氯甲烷,得到包括式(12-2)代表的結構單元的無規共聚聚碳酸酯固體,其重均分子量是50000。
制備實施例20 在500ml燒瓶上裝上攪拌器、回流冷凝器和用于引入光氣的浸入管,向該燒瓶中加入396g式(19-1)代表的二羥基化合物(1.00mol)和500g二氯甲烷。然后,在冰冷卻下在60分鐘內,向該混合物中引入207.9g碳酰氯(2.10mol),然后,再把反應混合物攪拌混合2小時。反應結束時,引入氮氣除去過量的碳酰氯和副產品氯化氫,然后,在減壓下蒸發出二氯甲烷,得到430g式(19-1-a)代表的二氯甲酸酯。實施例36 在500ml燒瓶上裝上攪拌器和回流冷凝器。向該燒瓶中加入43.3g式(19-1-a)代表的二氯甲酸酯(0.10mol)、35.0g式(27-1)代表的二羥基化合物(0.10mol)和200g二氯甲烷。然后,在冰冷卻下在30分鐘內,向該混合物中滴加17.4g吡啶(0.22mol),然后,再把混合物在相同的溫度下攪拌2小時。聚合反應結束時,加入稀鹽酸,并攪拌混合物除去過量的吡啶,然后,用離子交換水洗滌二氯甲烷相,直到溶液變成中性為止。分離后,從所產生的聚碳酸酯在二氯甲烷的溶液中蒸發出二氯甲烷,得到包括式(12-3)代表的結構單元的交替共聚聚碳酸酯無色固體,其重均分子量是45000。
實施例37 按照實施例35所述,制備包括式(12-4)代表的結構單元的共聚聚碳酸酯,不同的是用式(19-2)代表的二羥基化合物代替式(19-1)代表的二羥基化合物,其重均分子量為120000。
實施例38 按照實施例35所述,制備包括式(12-5)代表的結構單元的共聚聚碳酸酯,不同的是分別用式(19-3)和(27-3)代表的二羥基化合物代替式(19-1)和(27-1)代表的二羥基化合物,其重均分子量為80000。
實施例39 按照實施例35所述,制備包括式(12-6)代表的結構單元的共聚聚碳酸酯,不同的是用式(19-4)代表的二羥基化合物代替式(19-1)代表的二羥基化合物,其重均分子量為100000。
制備實施例21 按照制備實施例1-7所述,用包括式(3-a)代表的螺結構的雙酚化合物制備式(3-b)代表的二羥基化合物。
制備實施例22 按照制備實施例1-7所述,用包括式(4-a)代表的螺結構的雙酚化合物制備式(4-b)代表的二羥基化合物。
制備實施例23 按照實施例3所述,用式(3-b)代表的二羥基化合物,即通過溶液聚合(其中,用吡啶作為堿使光氣進行反應)制備包括式(3-1)代表的結構單元的聚碳酸酯。該產物的重均分子量為60000。
制備實施例24 按照實施例3所述,用式(4-b)代表的二羥基化合物,即通過溶液聚合(其中,用吡啶作為堿使光氣進行反應)制備包括式(4-1)代表的結構單元的聚碳酸酯。該產物的重均分子量為80000。
實施例40-47 把實施例1-8中制備的聚碳酸酯壓制成型,得到厚度為1.2mm的試驗片。按照下列方法評價試驗片。結果列于表10。(1)外觀用肉眼觀察試驗片,評價其透明性和其表面的光學狀態。
○無色透明的、和無裂縫、龜裂或粗糙表面的良好表面狀態 ×有裂縫、龜裂或粗糙的表面(2)總透光度(稱為“透光度”)按照ASTMD-1003方法確定(3)雙折射率用偏振光橢圓計確定(4)耐熱性把試驗片放在120℃的熱空氣干燥器中4小時后,根據對該試驗片的肉眼觀察評價。
○無庇點、表面變形或壓制龜裂 ×有庇點、表面變形或壓制龜裂實施例48-54通過使實施例9-13中得到的丙烯酸酯聚合而制備固化物質(聚合物) 把實施例9-13中得到的丙烯酸酯和表7中所列的不同的物質以表7中所列的不同組成(該值是重量份數)進行混合,從而制備可固化的樹脂組合物。將該可固化樹脂組合物消泡后,通過下述的光或熱聚合形成固化物質(聚合物)。
按照實施例40-47中所述評價所產生的固化物質(聚合物)。結果列于表10。固化物質的制備 1、光致聚合 把每一個可固化的樹脂組合物倒入由兩個玻璃板(100mm×100mm×5mm)和硅橡膠襯墊(厚度1mm)組成的模中,它的兩面用高壓汞蒸氣燈照射3分鐘,并使其在熱空氣爐中在130℃下后固化1小時,得到固化物質。
2、熱聚合 把每一個可固化的樹脂組合物倒入由兩個玻璃板(100mm×100mm×5mm)和硅橡膠襯墊(厚度1mm)組成的模中,通過在熱空氣爐中加熱3小時(溫度梯度由60℃到170℃),得到固化物質(聚合物)。表7-MMA甲基丙烯酸甲酯-PTA四丙烯酸季戊四醇酯-BPABM雙酚A二(2-甲基丙烯酰氧基丙基醚)-SPI-DG6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基螺二茚二環氧甘油醚-I-907Irgacure-907(Ciba-Geigy;光致聚合引發劑)-DETXKayacure-DETX-S(Nippon Kayaku;光致聚合引發劑)-C-1173Drocure-1173(Merck;光致聚合引發劑)-t-BPEH叔丁基過氧-2-乙基己酸酯(熱聚合引發劑)-BPO過氧化苯甲酰(熱聚合引發劑)-DIAMID雙氰胺實施例55-62 把實施例14-21中制備的聚酯壓制成型,得到厚度為1.2mm的試驗片。按照實施例40-47中所述評價試驗片。結果列于表10。實施例63-68 把實施例22-27中制備的聚氨酯壓制成型,得到厚度為1.2mm的試驗片。按照實施例40-47中所述評價試驗板。結果列于表10。實施例69-79 把環氧樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂和酸改性環氧丙烯酸酯樹脂與不同的物質以表8中所列的組成(該值是重量份數)進行混合,從而制備可光固化或熱固化的樹脂組合物。
按照實施例48-54所述,使這些樹脂組合物進行光和/或熱聚合,得到聚合物試驗片。
按照實施例40-47中所述評價試驗片。結果列于表10。
表8表8(續)-MMA甲基丙烯酸甲酯-PTA季戊四醇四丙烯酸酯-BPABM雙酚A二(2-甲基丙烯酰氧基丙基醚)-DEG-DG二乙二醇二環氧甘油醚-R-2058酚醛清漆型環氧丙烯酸酯樹脂(含30%丁基溶纖劑)(NihonKayaku)-DETXKayacure-DETX-S(Nippon Kayaku;光致聚合引發劑)-I-907Irgacure-907(Ciba-Geigy;光致聚合引發劑)-C-1173Drocure-1173(Merck;光致聚合引發劑)-BBI-103六氟銻酸二(4-叔丁基苯基)碘翁(Midori Kagaku;陽離子光致聚合引發劑)-MDS-103六氟銻酸(4-甲氧基苯基)二苯基锍(Midori Kagaku;陽離子光致聚合引發劑)-t-BPEH叔丁基過氧-2-乙基己酸酯(熱聚合引發劑)-BPO過氧化苯甲酰(熱聚合引發劑)實施例80-87 把實施例28-33中得到的乙烯基醚與不同的物質以表9中所列的組成(該值是重量份數)進行混合,從而制備可光固化的樹脂組合物。
按照實施例48-54所述,使這些樹脂組合物進行光致聚合,得到聚合物試驗片。
按照實施例40-47中所述評價試驗片。結果列于表10。表9〔已知陽離子可光致聚合化合物〕-DEG-DG二乙二醇二環氧甘油醚-R-2058酚醛清漆型環氧丙烯酸酯樹脂(含30%丁基溶纖劑)(NihonKayaku)-2-CEVE2-氯乙基乙烯基醚-SPI-DG6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基螺二茚二環氧甘油醚〔陽離子光致聚合引發劑〕-BBI-103六氟銻酸二(4-叔丁基苯基)碘翁(Midori Kagaku;陽離子光致聚合引發劑)-MDS-103六氟銻酸(4-甲氧基苯基)二苯基锍(Midori Kagaku;陽離子光致聚合引發劑)實施例88-93 把實施例34-39中制備的共聚聚碳酸酯壓制成型,得到1.2mm厚的試驗片。按照下列方法評價試驗片。結果列于表10。實施例94和95 把實施例24-25中制備的聚碳酸酯壓制成型,得到1.2mm厚的試驗片。按照下列方法評價試驗片。結果列于表10。對比實施例1 按照實施例所述,通過壓制成型制備厚度為1.2mm的片,不同的是使用現有的聚(甲基丙烯酸甲酯)。按照上述方法評價試驗片。結果列于表10。對比實施例2 按照通常的(界面聚合),由雙酚A和光氣制備已知的聚碳酸酯。
在裝有擋板的2升燒瓶上裝上帶有柵格螺旋槳的攪拌器、回流冷凝器和用于引入光氣的浸入管。向該燒瓶中加入114g雙酚A(0.5mol)、56g氫氧化鈉(1.40mol)、2.58g 4-叔丁基酚和600ml去離子水,而制備水溶液。然后,向該水溶液中加入600ml二氯甲烷,形成兩相的混合物,邊向其中引入59.4g光氣(0.60mol),邊以9.9g/分鐘的速度攪拌。引入光氣結束后,向該反應混合物中加入0.08g三乙基胺,然后,把它再攪拌90分鐘。攪拌后,分離反應混合物,用鹽酸中和二氯甲烷相,并將其反復用去離子水洗滌,直到基本上檢測不出電解質為止。由有機層中蒸發出二氯甲烷,得到芳族聚碳酸酯固體,其重均分子量是51000。對比實施例3 按照JP-A63-314235的實施例7中所述,由雙酚A和螺二茚酚制備共聚聚碳酸酯,其重均分子量是44800。
按照實施例所述,由聚碳酸酯制備試驗片。按照上述方法評價試驗片。結果列于表10。對比實施例4 按照Bulletin of the Chemical Society of Japan,Vol.44,pp.496-505(1971)中所述,制備一種光學異構體(-)-6,6’-二羥基-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚。按照實施例3中所述,通過聚合由該光學異構體制備聚碳酸酯。聚碳酸酯的重均分子量是68000。
按照實施例所述,由聚碳酸酯制備試驗片。按照上述方法評價試驗片。結果列于表10。對比實施例5 按照JP-A3-162413的實施例4中所述,由式(3-c)代表的二羥基化合物制備包括式(3-c-1)代表的結構單元的聚碳酸酯。
按照實施例所述,由聚碳酸酯制備試驗片。按照上述方法評價試驗片。結果列于表10。
表10 表10續 表10續 如表10中所示,包括本發明的聚合物(通過使包括不對稱螺環的單體的外消旋混合物聚合而制備的)的光學元件具有良好的透明性、機械強度和耐熱性和比由已知聚合物制備的光學元件具有更低的雙折射率。已經發現通過使包括不對稱螺環的單體的一種光學異構體聚合而制備的聚合物具有更高的雙折射率。實施例96制備和評價盤 用帶有造粒機的擠壓機(筒體溫度200℃),使實施例1中制備的聚碳酸酯形成顆粒。將顆粒在100℃下干燥4小時,然后,將其在220℃下注射成型。具體地說,把帶有鏡面的模子安裝在模具上,使物質形成外徑為130mm、厚度為1.2mm的盤狀成型物。將盤打孔,得到內徑為15mm的環形盤,在盤的一面真空鍍鋁,形成厚度為600A°的反射層。測定該光盤的雙折射率和BER(誤碼率)。用波長為780nm、線速度為2m/秒和能量為0.8mW的激光束,根據讀取記錄錯誤的發生率確定誤碼率,結果列于表11。實施例97-103 按照實施例96所述,用實施例3-8中得到的聚碳酸酯制備光盤并進行評價。結果列于表11。實施例104-111 按照實施例96所述,用實施例14-21中得到的聚酯制備光盤并進行評價。結果列于表11。實施例112-117 按照實施例96所述,用實施例22-27中得到的聚氨酯制備光盤并進行評價。結果列于表11。實施例118-123 按照實施例96所述,用實施例34-39中得到的共聚聚碳酸酯制備光盤并進行評價。結果列于表11。實施例124-125 按照實施例96所述,用制備實施例24和25中得到的聚碳酸酯制備光盤并進行評價。結果列于表11。對比實施例6 按照實施例96所述,用對比實施例2中得到的聚碳酸酯制備光盤并進行評價。確定雙折射率和BER(誤碼率)。結果列于表11。對比實施例7 按照實施例96所述,用對比實施例3中得到的聚碳酸酯制備光盤并進行評價。確定雙折射率和BER(誤碼率)。結果列于表11。表11 如表11所示,與由現有的聚碳酸酯制備的光盤相比,由本發明的聚合物制備的光盤由于降低了雙折射率,因而改善了BER。實施例126制備磁光盤并評價其記錄特征 用帶有造粒機的擠壓機(筒體溫度200℃),使實施例1中制備的聚碳酸酯形成顆粒。將顆粒在100℃下干燥4小時,然后,將其注射成型。具體地說,把帶有鏡面的模子安裝在模具上,使物質形成外徑為130mm、厚度為1.2mm的盤狀成型物。
用濺鍍裝置(RF濺鍍裝置;Nippon Shinku),使用Tb23.5、Fe64.2和Co12.3(原子%)的合金靶,在基底上鍍上厚度為1000A°的磁光記錄層。用上述的濺鍍裝置,在記錄層上鍍上厚度為1000A°的無機玻璃保護膜。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN保存率。
在下列條件下確定CN比率寫能7mW、讀能1mW、載波頻率1MHz、和分辨波帶寬30KHz。
在溫度為60℃和RH為90%的條件下30天后,根據與初始CN比率相比CN比率減少的百分數(%)確定CN保存率。
結果列于表12。實施例127-133 按照實施例126所述,用實施例2-8中得到的聚碳酸酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。實施例134-141 按照實施例126所述,用實施例14-21中得到的聚酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。實施例142-147 按照實施例126所述,用實施例22-27中得到的聚氨酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。實施例148-153 按照實施例126所述,用實施例34-39中得到的共聚聚碳酸酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。實施例154和155 按照實施例126所述,用實施例24和25中得到的聚碳酸酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。對比實施例8 按照實施例所述,用實施例2中得到的聚碳酸酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。對比實施例9 按照實施例所述,用實施例3中得到的聚碳酸酯制備磁光盤。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN改變率。結果列于表12。
表12 實施例雙折射率(Δnd單脈沖 CN(dB)BER(誤碼率) CN保存率(%) 波)(nm) 例126 8 55 2×10-6 93 例127 5 55 3×10-6 95 例128 6 53 2×10-6 95 例129 8 55 2×10-6 93 例130 5 55 3×10-6 95 例131 7 54 2×10-6 95 例132 6 55 3×10-6 94 例133 5 55 2×10-6 95 例134 8 55 2×10-6 93 例135 5 55 3×10-6 95 例136 6 53 2×10-6 95 例137 7 54 2×10-6 95 例138 6 55 3×10-6 94 例139 5 55 2×10-6 95 例140 5 55 2×10-6 95 例141 7 56 2×10-6 94 例142 8 55 3×10-6 93 例143 5 55 2×10-6 95 例144 6 53 2×10-6 95 例145 7 54 3×10-6 95 例146 6 55 2×10-6 94 例147 5 55 2×10-6 95 例148 7 56 3×10-6 94 例149 5 55 2×10-6 95 例150 6 54 2×10-6 95 例151 7 53 3×10-6 95 例152 6 54 2×10-6 94 例153 5 55 2×10-6 95 例154 6 54 3×10-6 94 例155 5 55 2×10-6 95 對比例82046 5×10-5 85 對比例91448 2×10-5 90 如表12所示,與由現有的聚碳酸酯制備的磁光盤相比,由本發明的聚合物制備的磁光盤由于降低了雙折射率,因而改善了CN比率、BER和CN保存率。
下面將描述包括聚酰亞胺的有機光學元件,本發明不限于下面的例子。
在下面的制備實施例和對比實施例中,使用如下的二胺和四羧酸二酐。在這些制備實施例的表中,“酸酐”指的是四羧酸二酐;“ηinh”指的是在35℃下,在對氯酚∶酚=9∶1的混合物中濃度為0.5dL/g時確定的比濃對數粘度;“Tg”指的是在氮氣氛中,以16℃/分鐘的升溫速度通過DSC確定的玻璃化轉變溫度;和“Td5”指的是在空氣中以10℃/分鐘的升溫速度通過DTA-TG確定的在空氣中的5%重量損失溫度。二胺(在表中用下列符號A)-M)代表)A)6,6’-二(3-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);B)6,6’-二(4-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);C)6,6’-二(3-氨基-4-異丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);D)6,6’-二〔3-氨基-5-(對甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);E)6,6’-二〔3-氨基-4-(間三氟甲基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);K)(-)-6,6’-二(3-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);(一種光學異構體,按照Nakagawa etal.,Bulletin of Chemical Society of Japan,44,496-505(1971)中的方法得到的左旋異構體);L)2,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕丙烷;M)1,3-二(3-氨基苯氧基)苯;AA)6,6’-二(3-氨基-5-三氟甲基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1-螺二茚(spirobiindan);AB)6,6’-二(3-氨基-4-異丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);AC)6,6’-二〔3-氨基-5-(對甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);AD)6,6’-二〔3-氨基-4-(間三氟甲基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);AE)2,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕丙烷;四羧酸二酐(酸酐)(在表中用下列符號T)-Z)代表)T)苯四酸二酐;U)3,3’,4,4’-二苯酮四羧酸二酐;V)3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐W)2,2-二(3,4-二羧基苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷二酐X)3,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酐;Y)3,3’,4,4’-二苯基砜四羧酸二酐;Z)1,4-二(3,4-二羧基苯氧基)苯二酐。制備實施例和對比制備實施例制備實施例27-62 向裝有攪拌器、回流冷凝器和氮氣引入管的容器中加入表13所示量的二胺、表13所示量的四羧酸二酐(“酸酐”)、0.70g鄰苯二甲酸酐和表13所示量的間甲酚,把該混合物加熱到200℃,然后,在該溫度下使混合物反應4小時。反應結束時,把反應溶液倒入約1升的甲醇中,得到聚酰亞胺粉末。用約1升的甲醇洗滌該聚酰亞胺粉末,并將其在50℃下真空干燥12小時,然后在緩慢的氮氣流中在180℃下干燥約6小時。聚酰亞胺粉末的產率、比濃對數粘度系數、玻璃化轉變溫度和5%重量損失溫度也列于表13。對比制備實施例1-12 按照實施例27-62所述,使用表14所示量的二胺、四羧酸二酐(酸酐)、鄰苯二甲酸酐和間甲酚,得到聚酰亞胺粉末。幾個物理性質列于表14。
表13共聚物的共聚比是5/5 表14制備實施例63-94 向裝有攪拌器、回流冷凝器和氮氣引入管的容器中加入表15所示量的N,N-二甲基乙酰胺和二胺,然后小心地避免溫度升高,并在氮氣氛中在室溫下加入表15所示量的四羧酸二酐(“酸酐”)。在氮氣氛中在室溫下把溶液攪拌約30小時,得到聚酰胺酸清漆。把聚酰胺酸清漆澆鑄在玻璃板上,然后,把它在氮氣氛中在100℃下加熱30分鐘,在200℃下加熱30分鐘和在250℃下加熱1小時,以便除去溶劑和進行酰亞胺化,得到聚酰亞胺膜。所制備的膜的比濃對數粘度、玻璃化轉變溫度和5%重量損失溫度列于表15。對比制備實施例13-24 按照實施例63-94所述,使用表16所示量的二胺、四羧酸二酐(酸酐)、鄰苯二甲酸酐和N,N-二甲基乙酰胺,得到聚酰亞胺膜。幾個物理性質列于表15。
表15共聚物的共聚比是5/5(mol/mol)表16膜的制備方法 在350-400℃下,把制備實施例27-62和對比制備實施例1-12中得到的每一個聚酰亞胺粉末進行熱壓制成膜。對于制備實施例63-94和對比制備實施例13-24中得到的聚酰胺酸清漆,把它們中的每一個都澆鑄在玻璃板上,然后,把它在氮氣氛中在100℃下加熱30分鐘,在200℃下加熱30分鐘和在250℃下加熱1小時,以便除去溶劑和進行酰亞胺化,從而得到聚酰亞胺膜。膜的評價方法 按照上述方法,由聚酰亞胺粉末和聚酰胺酸清漆形成膜,并用下列方法對其進行評價。(1)外觀用肉眼觀察膜的表面狀態并進行評價。
○無色透明的、和無裂縫、龜裂或粗糙表面的良好表面狀態 ×有裂縫、龜裂或粗糙的表面(2)總透光度(稱為“透光度”)按照ASTMD-1003方法確定(3)雙折射率用偏振光橢圓計確定(4)耐熱性把膜放在150℃的熱空氣干燥器中4小時后,根據對膜的肉眼觀察進行評價。
○無庇點、表面變形或壓制龜裂 ×有庇點、表面變形或壓制龜裂 △處于○和×之間的情況。實施例156-199 按照上述方法,由制備實施例27-50和63-82中得到聚酰亞胺粉末和聚酰胺酸清漆制備膜。按照上述方法,評價這些膜的外觀、總透光度、雙折射率和耐熱性。結果列于表17。實施例200-223 按照上述方法,由制備實施例51-62和83-94中得到聚酰亞胺粉末和聚酰胺酸清漆制備膜。按照上述方法,評價這些膜的外觀、總透光度、雙折射率和耐熱性。結果列于表18。對比實施例10-33 按照上述方法,由對比制備實施例1-24中得到聚酰亞胺粉末和聚酰胺酸清漆制備膜。按照實施例156-199和200-223中所述,評價這些膜。結果列于表19。表17表18表19 如表17-19所示,本發明的聚酰亞胺有機學元件具有極好的透明性、耐熱性和機械強度,并且比常規的聚酰亞胺元件具有更低的雙折射率。光盤的制備與評價實施例224-228 用熔融擠壓機(熔融溫度400℃)使實施例28、29、34、44和45中制備的每一種聚酰亞胺粉末形成帶材。冷卻后,將帶材造粒。將每一種顆粒在150℃下干燥4小時,然后,在380℃下將其注射成型。具體地說,把帶有鏡面的模子安裝在模具上,使物質形成外徑為130mm、厚度為1.2mm的盤狀成型物(基質)。
將盤打孔,得到內徑為15mm的環形盤,在盤的一面真空鍍鋁,形成厚度為600A°的反射層。對于該光盤,確定雙折射率和BER(誤碼率)。用波長為780nm、線速度為2m/秒和能量為0.8mW的激光束,根據讀取記錄錯誤的發生率確定誤碼率。結果列于表20。對比實施例34-36 按照實施例224-228中所述,由對比制備實施例2、5和6的聚酰亞胺粉末制備光盤,并進行評價。結果列于表20。表20 如表20所示,與由對比實施例的任何聚酰亞胺制備的光盤相比,由本發明的聚酰亞胺制備的光盤由于降低了雙折射率,因而改善了BER。磁光盤的制備和評價實施例229-233 用熔融擠壓機(熔融溫度400℃)使實施例28、29、34、44和45中制備的每一種聚酰亞胺粉末形成帶材。冷卻后,將帶材造粒。將每一種顆粒在150℃下干燥4小時,然后,在380℃下將其注射成型。具體地說,把帶有鏡面的模子安裝在模具上,使物質形成外徑為130mm、厚度為1.2mm的盤狀成型物(基質)。
用濺鍍裝置(RF濺鍍裝置;Nippon Shinku),使用Tb23.5、Fe64.2和Co12.3(原子%)的合金靶,在基底上鍍上厚度為1000A°的磁光記錄層。用上述的濺鍍裝置,在記錄層上鍍上厚度為1000A°的無機玻璃保護膜。對于該磁光盤,確定雙折射率、CN比率、BER(誤碼率)和CN變化率。
在下列條件下確定CN比率寫能7mW、讀能1mW、載波頻率1MHz、和分辨波帶寬30KHz。
在溫度為60℃和RH為90%的條件下30天后,根據與初始CN比率相比CN比率減少的百分數(%)確定CN保存率。
結果列于表21。對比實施例37-39 按照實施例229-233所述,由對比制備實施例2、5和6中的聚酰亞胺粉末制備磁光盤,并對其進行評價。結果列于表21。表21 如表21所示,與由對比實施例的任何聚酰亞胺制備的光盤相比,由本發明的聚酰亞胺制備的光盤由于降低了雙折射率,因而改善了CN比率、BER和CN保存率。
下面將描述包括聚酰胺的有機光學元件,本發明不限于下面的例子。在下面的制備實施例和對比實施例中,除了下面所述的那些,二胺A)-E)、K)-M)和AA)-AE)同上述聚酰亞胺中的相同,并且二羧酸二酐如下所述。在這些制備實施例的表中,“酸衍生物”指的是二羧酸二酐;“ηinh”指的是在35℃下,在N-甲基-2-吡咯烷酮中濃度為0.5dL/g時確定的比濃對數粘度;“Tg”指的是在氮氣氛中,以16℃/分鐘的升溫速度通過DSC確定的玻璃化轉變溫度;和“Td5”指的是在空氣中以10℃/分鐘的升溫速度通過DTA-TG確定的在空氣中的5%重量損失溫度。二胺(在表中用下列符號BA)-BE)代表)BA)6,6’-二(3-氨基-5-三氟甲基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);BB)6,6’-二(3-氨基-4-異丙基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);BC)6,6’-二〔3-氨基-5-(對甲基苯氧基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);BD)6,6’-二〔3-氨基-4-(間三氟甲基苯基)苯氧基〕-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan);BE)2,2-二〔4-(3-氨基苯氧基)苯基〕丙烷;二羧酸二酐(在表中用下列符號AW)-AZ)代表)AW)對苯二酰氯;AX)間苯二酰氯;AY)4,4’-聯苯酰二氯;AZ)2,2-二(4-氯甲酰苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷聚酰胺的制備方法 這些實施例和對比實施例中使用的聚酰胺的制備方法,但本發明不限于這些特定的方法。制備實施例95-123 向裝有攪拌器、回流冷凝器和氮氣引入管的容器中加入并溶解表22所示量的N-甲基2-吡咯烷酮(NMP)和二胺,然后加入12.14g三乙基胺(0.12mol),把該混合物冷卻到5℃。然后邊強烈攪拌,邊把表22所示量的二羧酸酰鹵(0.05mol)加入到混合物中,在室溫下繼續攪拌3小時。把所得到的粘性聚合物溶液倒入1升的甲醇中,得到白色粉末。把該粉末過濾,用1升的甲醇洗滌,并將其在減壓下在180℃下干燥12小時,得到聚酰胺粉末。聚合后每一種聚酰胺粉末的產率、比濃對數粘度、玻璃化轉變溫度和5%重量損失溫度都列于表22。把所得到的聚酰胺粉末澆鑄在玻璃板上,然后,把它在100℃下加熱30分鐘,在200℃下加熱30分鐘和在250℃下加熱1小時,從而得到聚酰胺膜。
表22 共聚物的共聚比是5/5(mol/mol)。對比制備實施例25-33 對于這些實施例中的每一個,按照制備實施例95-123所述,由表23所示量的二胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、三乙基胺和二羧酸酰鹵制備聚酰胺粉末。這些聚酰胺粉末的物理性質也列于表23。另外,按照制備實施例95-123所述,由這些聚酰胺粉末形成膜。表23制備實施例124-126 向裝有攪拌器、回流冷凝器和氮氣引入管的容器中加入并溶解表24所示量的N,N-二甲基乙酰胺(N,N-DMAc)和二胺,然后加入1.53g苯甲酰氯,把該混合物冷卻到0℃。然后邊雖烈攪拌,邊把表24所示量的二羧酸酰鹵加入到混合物中,在室溫下繼續攪拌3小時。把所得到的粘性聚合物溶液倒入1升的甲醇中,得到白色粉末。把該粉末過濾,用1升的甲醇洗滌,并將其在減壓下在180℃下干燥12小時,得到聚酰胺粉末。聚合后每一種聚酰胺粉末的產率、比濃對數粘度、玻璃化轉變溫度和5%重量損失溫度都列于表24。對比制備實施例35-36 對于這些實施例中的每一個,按照制備實施例124-126所述,由表25所示量的二胺、N,N-二甲基乙酰胺(N,N-DMAc)和二羧酸二鹵化物制備聚酰胺粉末。這些聚酰胺粉末的物理性質也列于表25。表24表25膜的評價方法 按照上述聚酰亞胺中的方法,評價制備實施例95-123和對比制備實施例25-33中得到的膜。實施例234-261 評價制備實施例95-123中得到的膜的外觀、總透光度、雙折射率和耐熱性。結果列于表26和27。表26 表27對比實施例37-45 按照實施例234-261的方法,評價對比制備實施例25-33中得到的膜。結果列于表28。表28 如表26-27所示,由本發明的聚酰胺樹脂形成的有機光學元件具有極好的透明性、耐熱性和機械強度,并且比常規的聚酰胺元件具有更低的雙折射率。光盤的制備與評價實施例262-264 按照上述用于由聚酰亞胺制備的光盤的方法,制備和評價光盤,不同的是用熔融擠壓機(熔融溫度350℃)使制備實施例124-126中得到的每一種聚酰胺粉末形成帶材。結果列于表29。對比實施例46-48 按照實施例262-264中所述,由對比制備實施例34-36中得到的聚酰亞胺粉末制備和評價光盤。該結果與實施例260-262的結果一起列于表29。表29 如表29所示,與由對比實施例的任何聚酰胺制備的光盤相比,由本發明的聚酰胺制備的光盤由于降低了雙折射率,因而改善了BER。磁光盤的制備和評價實施例265-267 按照上述用于由聚酰亞胺制備磁光盤的方法,制備和評價磁光盤,不同的是用熔融擠壓機(熔融溫度350℃)使制備實施例124-126中得到的每一種聚酰胺粉末形成帶材。結果列于表30。對比實施例49-51 按照實施例265-267中所述,由對比制備實施例34-36中得到的聚酰亞胺粉末制備和評價磁光盤。該結果與實施例263-265的結果一起列于表30。表30 如表30所示,與由對比實施例的任何聚酰胺制備的磁光盤相比,由本發明的聚酰胺制備的磁光盤由于降低了雙折射率,因而改善了CN比率、BER和CN保存率。
下面將通過實施例描述本發明的新聚酰亞胺,不過本發明不限于這些實施例。在下面的制備實施例和對比實施例中,使用如下的二胺和四羧酸二酐。在這些制備實施例的表中,“酸酐”指的是四羧酸二酐;“ηinh”指的是比濃對數粘度;“Tg”指的是玻璃化轉變溫度;和“Td5”指的是在空氣中5%重量損失溫度。
對下面實施例和對比實施例的聚酰亞胺的評價條件如下-Tg用DSC(DSC3100;Mac Science)確定;-Td5在空氣中用DTG(TG-DTA2000;Mac Science)確定;-開始熔融的溫度;在載荷為100kg,升溫速度為5℃/分鐘的條件下,用Shimazu Koks Flow Tester(CFT500A)確定;-熔體粘度在載荷為100kg的條件下,用Shimazu Koka Flow Tester(CFT500A)確定;-介電常數按照ASTMD150-87確定;-膜的機械性能按照ASTMD-822確定;-吸濕飽和系數把物質在溫度為23℃,濕度為85%的條件下放置后確定;-泛黃指數按照JISK-7103,通過透射方法,用直接讀取色差的計算機(DEC-SCH3型;Suga Shikenki Co.,Ltd.)確定;-透光率用記錄分光光度計(Hitachi 3400型)確定;-線性膨脹系數用TMA4000(Macscience)測定;-比濃對數粘度在35℃下,測定在N,N-二甲基乙酰胺中濃度為0.5g/100mL的聚酰胺酸溶液,或在對氯酚/酚(9/1重量)的混合物中濃度為0.5g/100mL的聚酰亞胺溶液而確定的;-溶劑溶解性通過在室溫下把聚酰亞胺粉末以20%重量的濃度加入到每一種溶劑中并攪拌而進行評價。實施例268 向裝有攪拌器、回流冷凝器和氮氣引入管的容器中加入24.53g 6,6’-二(4-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.05mol)、14.42g 3,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐(0.048mol)、0.592g鄰苯二甲酸酐(0.004mol)、0.70g γ-甲基吡啶和155.8g間甲酚,在攪拌的條件下把混合物加熱到150℃,并在150℃下再繼續反應4小時,同時觀測到約1.8mL蒸餾水。反應結束時,把混合物冷卻到室溫,并倒入約1升的甲基乙基酮中,過濾所產生的聚酰亞胺粉末。把聚酰亞胺粉末用甲基乙基酮洗滌,在空氣中50℃下干燥24小時,在氮氣氛中在220℃下干燥4小時,得到35.92g聚酰亞胺粉末(產率95.2%)。所得到的聚酰亞胺的比濃對數粘度是0.42dL/g。在260℃觀察到其Tg。另一方面,本發明的聚酰亞胺粉末實質上是無定形的。在500℃該聚酰亞胺粉末顯示出Td5。圖1是聚酰亞胺粉末的紅外光譜,該圖在1780cm-1和1720cm-1附近有顯著吸收,并且有亞氨基的特征吸收譜帶。聚酰亞胺的元素分析結果如下。
C H N計算(%)78.584.863.74測定(%)77.514.993.65 在用Koka Flow Tester測定聚酰亞胺的開始流動溫度時,在335℃觀察到流動。在380℃,停留時間為5分鐘時,其熔體粘度為7800泊。另外,通過改變流動試驗儀在筒體中的停留時間,確定其成型穩定性。在380℃和載荷為100kg下的結果示于圖2。從該結果看出,在筒體中停留時間的增加所引起的熔體粘度的改變很小,表明聚酰亞胺具有良好的成型穩定性。
所得到的聚酰亞胺可以溶于不同的溶劑例如氯仿、二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基咪唑啉酮和間甲酚。實施例269-273 按照實施例266所述,由表31所示的酸酐制備不同的聚酰亞胺粉末。表31示出了酸酐、產率和基本物理性質例如比濃對數粘度、Tg和Td5的結果,以及關于實施例268的結果。表32示出了它們對溶劑的溶解性結果。表31×13,3’,4,4’-聯苯四羧酸二酐×21,2,4,5-苯四酸二酐×33,3’,4,4’-苯二酮四羧酸二酐×43,3’,4,4’-二苯基醚四羧酸二酐×52,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷×6在380℃確定的。
表32○溶解,×不溶解,△部分溶解或凝膠實施例274 向裝有攪拌器、回流冷凝器和氮氣引入管的容器中加入34.35g 6,6’-二(4-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.07mol)和152.71g N,N-二甲基乙酰胺,然后小心地避免溫度升高,在氮氣氛中在室溫下加入31.10g 2,2-二(3,4-二羧酸酐丙基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷。在氮氣氛中在室溫下,把溶液攪拌約30小時,得到聚酰胺酸清漆,其比濃對數粘度是1.45dL/g。把聚酰胺℃下加熱1小時和在250℃下加熱2小時,從而得到聚酰亞胺膜。聚酰亞胺膜的物理性質如下;Tg273℃,Td5516℃,抗拉強度12.63kg/mm2,伸長率3%,抗拉模量314kg/mm2,吸濕系數(MA)0.36%,泛黃指數(YI)13,透光度(T%)88%,和線性膨脹系數(LE)34.0ppm。實施例275-279 按照實施例272所述,由表33所示的酸酐制備不同的聚酰亞胺粉末。表33中,關于實施例274的基本物理性質的結果與關于實施例274的結果一起列出。對照物 選擇下面幾種市售物質作為對照物,按照實施例274所述進行評價;聚酰亞胺Kapton(Dupont)、Upilex-S(Ube Industries)、Ultem(GE)、和其它樹脂聚碳酸酯(Teijin)、聚醚砜-PES(Mitsui Toatsu Chemical)。結果也列于表33。表33×1TS抗拉強度,EL伸長率,TM抗拉模量×2泛黃指數×3在550nm的透光度×4未測定出×5“-”表示“沒測定”。
其它縮寫同前表。×6在150℃的線性膨脹系數×7不能測定實施例280 按照實施例268所述,使用24.53g作為二胺的6,6’-二(3-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.05mol)、21.77g作為酸酐的2,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(0.048mol)、0.592g鄰苯二甲酸酐(0.004mol)、0.70g γ-甲基吡啶和185.2g間甲酚,制備聚酰亞胺粉末。
所得到的聚酰亞胺的比濃對數粘度是0.58dL/g。在222℃觀察到其Tg。另一方面,本發明的聚酰亞胺粉末基本上是無定形的。在514℃該聚酰亞胺粉末顯示出Td5。圖3是聚酰亞胺粉末的紅外光譜,該圖在1780cm-1和1720-1cm附近有顯著吸收,并且有亞氨基的特征吸收譜帶。聚酰亞胺的元素分析結果如下。
C H N F計算(%) 69.48 4.043.1212.68測定(%) 68.88 3.963.2912.98 在用Koka Flow Tester測定開始流動溫度時,在295℃觀察到流動。在350℃,停留時間為5分鐘時,其熔體粘度為12800泊。另外,通過改變流動試驗儀在筒體中的停留時間,確定其成型穩定性。在350℃和載荷為100kg下的結果示于4。從該結果看出,在筒體中停留時間的增加所引起的熔體粘度的改變很小,表明聚酰亞胺具有良好的成型穩定性。
所得到的聚酰亞胺可以溶于不同的溶劑例如氯仿、二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基咪唑啉酮、間甲酚、四氫呋喃、二甘醇二甲醚、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、甲基溶纖劑乙酸酯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯和異丙醇。實施例281-285 按照實施例278所述,由表34所示的酸酐制備不同的聚酰亞胺粉末。表34示出了酸酐、產率和基本物理性質例如比濃對數粘度、Tg、Td5和熔體流動性質,以及關于實施例280的結果。表35示出了它們對溶劑的溶解性結果。表34×12,2-二(3,4-二羧酸酐苯基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷×21,4-二氟苯四酸二酐×31,4-二(三氟甲基)苯四酸二酐×41,4-二(3,4-二羧基三氟苯氧基)四氟苯二酐×52,2-二〔4-(3,4-二羧酸酐苯氧基)苯〕-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷×6在350℃確定的。
表35○溶解,×不溶解,△部分溶解或凝膠實施例286 按照實施例272所述,使用34.35g作為二胺的6,6’-二(3-氨基苯氧基)-3,3,3’,3’-四甲基-1,1’-螺二茚(spirobiindan)(0.07mol)、31.10g作為酸酐的二(3,4-二羧酸酐丙基)-1,1,1,3,3,3-六氟丙烷和121.55g N,N-二甲基乙酰胺制備聚酰胺酸清漆。所得到的聚酰胺酸清漆的比濃對數粘度是0.45dL/g。
按照實施例272所述,由聚酰胺酸制備聚酰亞胺膜,其Tg和Td5分別為221℃和520℃。按照實施例272所述,評價該聚酰亞胺膜,所得到的結果列于表36。實施例287-291 按照實施例286所述,由表36所示的酸酐制備不同的聚酰亞胺膜。在表36中,關于實施例285的基本物理性質的結果與關于實施例285的結果一起列出。對照物 選擇下面幾種市售物質作為對照物,按照實施例285所述進行評價;聚酰亞胺Kapton(Dupont)、Upilex-S(Ube Industries)、Ultem(GE)、和其它樹脂聚碳酸酯(Teijin)、聚醚砜-PES(Mitsui Toatsu Chemical)。結果也列于表36。表36 表26續×1TS抗拉強度,EL伸長率,TM抗拉模量×2泛黃指數×3在550nm的透光度×4未測定出×5 “-”表示“沒測定”。
其它縮寫同前表。×6吸濕系數×7在150℃的線性膨脹系數×8不能測定 如上所述,本發明可以提供具有極好透明性、機械強度和耐熱性以及低雙折射率的光學元件。
權利要求
1、一種低雙折射率有機光學元件,包括通過使通式(2)表示的具有不對稱螺環的單體的外消旋混合物聚合獲得的聚合物作為必不可少的組分;
其中R21、R22、R23、R24、R25、R26和R27獨立地為氫原子、鹵原子、烷基、烷氧基或三氟甲基;n是0-10的整數;X2為鍵合基,并代表-(O-CH2-CHR2)m-、-OR7-、-O-CH2-CHOH-CH2-或-O-Ph-,其中R2獨立為氫原子或甲基,R7代表具有1-12個碳的亞烷基或-羥基三亞甲基,Ph代表亞苯基,m為0-20的整數;Y2為鍵合基,并代表-O-CH2-CHOH-CH2-O-;Z2是聚合活性基,并代表-OH、-O-CO-CR3=CH2、
-O-CH2=CH2-或-NH2。
2、根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種聚碳酸酯,包括由通式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元;
其中R1代表取代或未取代的直鏈、支鏈或環烷基,取代或未取代直鏈、支鏈或環烷氧基,硝基、或鹵原子;R2獨立地為氫原子或甲基;k是0-3的整數;l和m獨立地為0-20的整數;且l+m不等于零。
3.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種聚丙烯酸酯化合物,該化合物通過聚合通式(6)所代表的丙烯酸酯化合物而制備;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R3獨立地為氫原子或甲基;且l+m可以等于零。
4.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種含有通式(7)所代表的結構單元的聚酯,它含有由上述定義的通式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R4是亞烷基、亞芳烷基或亞芳基;l+m不等于零。
5.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種含有通式(8)所代表的結構單元的聚氨酯,它含有由上述定義的通式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元;
其中R1、R2、k、l和m同上述定義,R5是二價有機基團;其l+m不等于零。
6.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種通過聚合通式(9)所代表的環氧化合物而制備的聚合物;
其中R1和k同上述定義,n是0-10的整數。
7.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種通過聚合通式(10)所代表的環氧丙烯酸酯化合物而制備的聚合物;
其中R1、R3、k和n同上述定義。
8.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種通過聚合通式(11)所代表的乙烯基醚化合物而制備的聚合物;
其中R1和k同上述定義;R6是氫原子或CH2=CH-O-R7-基,其中R7代表具有1-12碳的亞烷基或2-羥基三亞甲基;兩個R6可以相同或不同,但它們不同時為氫原子。
9.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種含有通式(13)所代表的結構單元的聚酯,它含有通式(13)所代表的結構單元的聚酰亞胺樹脂;
其中Y是單價基團,選自具有1-3個碳的烷基或烷氧基;苯基、苯氧基、芐基或萘基;或通式(a)或(b)代表的基團;
其中Q是選自鹵原子、具有1-3個碳的烷基或烷氧基、或氫原子部分或全部被鹵原子取代的鹵化或烷氧基所代表的基團的單價基團;Q可以是相同或不同的;u是0-5的整數;
Y可以是相同或不同的;k同上述定義,s為1-4的整數;Ar1是式(c)、(d)或(e)所代表四價基團;
其中Q和k同上述定義;t是0-2的整數;V是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或通式(f)或(g)所代表的基團的二價基團;
其中Q和s同上述定義;L是選自直接鍵、-CO-、-S-或-O-的二價基團;M是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-的二價基團。
10.根據權利要求1的低雙折射率有機光學元件,其中聚合物是通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的,它為一種含有通式(14)所代表的結構單元的聚酰胺樹脂;
其中Y、k和s同上述定義;Ar2是式(h)、(i)或(j)所代表二價基團;
其中Q、k和s同上述定義;K是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或式(f)、(g)、(k)或(l)所代表的基團的二價基團;
11、一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚碳酸酯,它含有由式(5)所代表的二羥基化合物衍生而來的結構單元,
其中R1、R2、k、l和m同上述定義;且l+m可以等于零。
12、一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為通過聚合式(6)所代表的丙烯酸酯化合物獲得的聚丙烯酸酯,
其中R1、R2、R3、k、l和m同上述定義;且l+m可以等于零。
13、一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚酯,其中該聚酯含有由通式(7)所代表的結構單元,通式(7)含有由通式(5)所代表二羥基化合物衍生而來的結構單元
其中R1、R2、R4、k、l和m同上述定義;且l+m可以等于零。
14、一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為一種含有通式(8)所代表的結構單元的聚氨酯,該聚氨酯含有由通式(5)所代表二羥基化合物衍生而來的結構單元
其中R1、R2、R5、k、l和m同上述定義;且l+m可以等于零。
15、一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為通過聚合通式(9)所代表的環氧基化合物制備的聚合物
其中R1和k與上述定義相同,n為0-10的整數。
16.一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為通過聚合通式(9)所代表的環氧基化合物制備的聚合物
其中R1、R3、k和n與上述定義相同。
17.一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為通過聚合通式(11)所代表的乙烯基醚化合物而制備的聚合物;
其中R1、R6和k同上述定義。
18.一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為通過聚合通式(13)所代表的結構單元的聚酰亞胺
其中Y、k、s和Ar1同上述定義。
19.一種通過聚合上述定義的通式(2)所代表的單體的外消旋混合物而制備的聚合物,其中該聚合物為含有通式(14)所代表的結構單元的聚酰胺
其中Y、k、s和Ar2同上述定義。
20、一種權利要求18的聚酰亞胺,其中所述聚酰亞胺含有通式(15)所代表的結構單元;
其中Ar3是式(m)、(n)、(o)或(p)所代表的基團;
其中v是≥1的整數;
其中W是直接鍵、-O-、-S-、-CO-、-SO2-、C(CH3)2-或-C(CF3)2-;T是氟原子、或氟烷基或氟烷氧基;T可以相同或不同;k同上述定義,但當k是零時,W是-C(CF3)2-;
其中W、T、k和s同上述定義,但當k和s同時是零時,W是-C(CF3)2-;
21、一種權利要求18的聚酰亞胺,其中所述聚酰亞胺含有式(16)所代表的結構單元;
其中Ar4是選自通式(q)所代表的單環芳基、通式(r)所代表的稠合多環芳基和通式(s)所代表的芳環是相互直接連接的或通過交聯節連接的非稠合多環芳基的四價基團;
其中X是選自直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-、-C(CF3)2-或式(t)、(u)或(v)所代表的基團的二價基團;
其中M是直接鍵、-CO-、-S-、-O-、-SO2-、-CH2-、C(CH3)2-或-C(CF3)2-。
22、根據權利要求20或21的聚酰亞胺,其中所述聚酰亞胺的分子末端具有未取代芳環或被對胺或二羧酸酐為惰性的基團取代的取代芳環。
23、根據權利要求20或21的聚酰亞胺,其中所述聚酰亞胺的比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高可達3.00dL/g。
24、根據權利要求23的聚酰亞胺,其中該聚合物的末端用單胺和/或二羧酸酐保護。
25、根據權利要求19的聚酰胺,其中所述聚酰胺的比濃對數粘度至少為0.01dL/g,最高可達3.00dL/g。
26、根據權利要求25的聚酰胺,其中所述聚酰胺的末端用單胺和/或二羧酸酐保護。
27、一種可固化的樹脂組合物,該組合物包括權利要求12的聚丙烯酸酯。
28、一種光敏樹脂組合物,該組合物包括權利要求17的聚合物。
29、一種聚酰亞胺組合物,該組合物包括100重量份權利要求20-22的任何一項的聚酰亞胺,和5-70重量份選自碳、玻璃、芳族聚酰胺和鈦酸鉀纖維的纖維增強劑。
全文摘要
本發明提供一種低雙折射率有機光學元件,該元件含有通過使具有式(1)所代表的不對稱螺環的單體的外消旋混合物聚合而制備的聚合物,它是必不可少的組分;其中環A代表單環或多環有機基,其中兩個環A通過螺鍵相互鍵合而形成具有分子不對稱結構的螺環;n是0—10的整數;X1和Y1是鍵合基;Z1是聚合活性基。該元件具有極好的透明性、機械強度和耐熱性,以及低雙折射率。
文檔編號G11B7/258GK1175600SQ9712051
公開日1998年3月11日 申請日期1997年7月31日 優先權日1996年7月31日
發明者大辻淳夫, 詫摩啟輔, 鈴木理穗子, 浦上達宣, 元島敏博, 山下涉, 吉村知美, 涉谷篤, 坂田佳廣, 及川英明, 太田正博, 味岡正伸, 高木正利, 唐澤昭夫 申請人:三井東壓化學株式會社