JPH0782377A - スルホン化芳香族ポリスルホン - Google Patents

スルホン化芳香族ポリスルホン

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JPH0782377A
JPH0782377A JP23179593A JP23179593A JPH0782377A JP H0782377 A JPH0782377 A JP H0782377A JP 23179593 A JP23179593 A JP 23179593A JP 23179593 A JP23179593 A JP 23179593A JP H0782377 A JPH0782377 A JP H0782377A
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Tomohiro Fukai
知裕 深井
Yasuhiko Nagai
康彦 永井
Yasushi Nakayama
靖士 中山
Toranosuke Saito
寅之助 斉藤
Hironori Kadomachi
博記 角町
Daishirou Kishimoto
大志郎 岸本
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Sekisui Chemical Co Ltd
Sanko Co Ltd
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Sanko Chemical Co Ltd
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 1.70を越える高い屈折率を有し、光学レ
ンズ、反射防止膜などに好適に利用することができる高
屈折材料を提供すること。 【構成】 下式(I)で示される繰り返し単位を有する
芳香族ポリスルホンの芳香環上の水素原子の少なくとも
一個が、−SO2OH基に置換されてなることを特徴と
するスルホン化芳香族ポリスルホン。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高屈折率を有し、光学
レンズ、反射防止膜などに好適に利用し得るスルホン化
芳香族ポリスルホンに関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック光学材料は、無機材料に比
べて軽量で割れにくく、加工が容易であるため、近年、
眼鏡レンズ、カメラレンズなどの光学素子として急速に
普及してきている。
【0003】これらの目的に現在広く用いられている樹
脂としては、ジエチレングリコールビスアリルカーボネ
ートをラジカル重合させたものがある。この樹脂は、耐
衝撃性に優れていること、軽量であること、染色性に優
れていること、切削性および研磨性などの加工性が良好
であることなどの、種々の特徴を有している。しかしな
がら、この樹脂の屈折率は、無機レンズの屈折率(nD
=1.52)に比べてnD=1.50と小さい。従っ
て、ガラスレンズと同等の光学物性を得るためには、レ
ンズの中心厚、コバ厚および曲率を大きくする必要があ
り、全体的に肉厚になることが避けられないという欠点
を有していた。
【0004】光学多層膜(選択反射膜、選択透過膜な
ど)として利用するには、さらに高い屈折率(nD
1.70)が要求されるが、このような高屈折率を有す
るプラスチック材料は少なく、高屈折率材料であっても
透明性や着色の問題を有しており、実用には適さないと
いう問題点を有していた。
【0005】現在利用されている光学多層膜は、無機材
料を蒸着することにより作成されているが、大面積の蒸
着が難しく、かつ高コストになるため、潜在的な市場要
求はあるものの、汎用的に利用されるには至っていな
い。そのため簡便な塗工法によって塗膜を形成し得るプ
ラスチック高屈折材料に対する要求が高まってきた。
【0006】特開昭62−47601号公報には、塗工
法によって形成した屈折率の異なる三層の薄膜からなる
反射防止膜が開示されている。ここでは、各層は酸化ア
ンチモン微粒子のコロイド分散体から形成されている。
しかし、この反射防止膜は、透明性に劣るという問題点
を有していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来の課
題を解決するものであり、その目的とするところは、
1.70を越える高い屈折率を有し、光学レンズ、反射
防止膜などに好適に利用することができるスルホン化芳
香族ポリスルホンを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するために、鋭意研究を行った結果、特定の構造
を有する芳香族ポリスルホンを部分スルホン化した材料
が、1.70を越える高い屈折率を与えることを見い出
し、本発明を完成するに至った。
【0009】本発明のスルホン化芳香族ポリスルホン
は、下式(I)で示される繰り返し単位を有する芳香族
ポリスルホンの芳香環上の水素原子の少なくとも一個
が、−SO2OH基に置換されてなることを特徴とす
る。
【0010】
【化2】
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。
【0012】本発明に用いられる芳香族ポリスルホン
は、上式(I)で示される繰り返し単位を有する。
【0013】上式(I)で示される繰り返し単位を形成
し得るモノマーとしては、例えば、4−クロロ−4’−
(p−ヒドロキシフェニル)ジフェニルスルホン、4−
クロロ−4’−(p−クロロフェニル)ジフェニルスル
ホン、4−ヒドロキシ−4’−(p−ヒドロキシフェニ
ル)ジフェニルスルホン、4−ブロモ−4’−(p−ヒ
ドロキシフェニル)ジフェニルスルホン、4−ヨード−
4’−(p−ヒドロキシフェニル)ジフェニルスルホン
などが挙げられる。このうち合成のしやすさ、入手の容
易さなどから、4−クロロ−4’−(p−ヒドロキシフ
ェニル)ジフェニルスルホンが好ましい。
【0014】芳香族ポリスルホンは、30モル%未満の
範囲で、共重合可能な芳香族モノマーが共重合されても
よい。このような芳香族モノマーには、4,4’−ジヒ
ドロキシジフェニルスルホン、ビスフェノールA、ビス
フェノールF、p−ヒドロキシフェノール、4,4’−
ジヒドロキシビフェニル、4,4’’’−ジヒドロキシ
−p−クォーターフェニル、4,4’−ジヒドロキシジ
フェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシジフェニル
ケトンなどのジオールや、4,4’−ジクロロジフェニ
ルスルホン、4,4’−ジクロロジフェニルケトンなど
のジハライドが挙げられる。この中でも4,4’’’−
ジヒドロキシ−p−クォーターフェニルを共重合モノマ
ーとして使用する場合には、得られるスルホン化芳香族
ポリスルホンの屈折率を向上する効果があり好ましい
が、該共重合モノマーの含有率が30モル%以上の場合
には、結晶性を発現し、透明性を損なうため光学材料と
して利用することができなくなる。また、上記のうち
4,4’−ジクロロジフェニルスルホンは入手し易く、
これを30モル%未満の割合で共重合した場合には、屈
折率が上昇するため好ましいが、30モル%以上の割合
で共重合した場合には得られるスルホン化芳香族ポリス
ルホンの屈折率は低下する。
【0015】本発明で使用される芳香族ポリスルホンの
好適な製造法としては、アルカリ金属もしくは金属塩の
存在下、極性溶媒中で、水酸基を有するモノマーおよび
ハロゲン基を有するモノマー(これらのうち少なくとも
一方がスルホニル基を有する)を重合させる求核置換重
縮合法が用いられ、例えばアルカリ金属炭酸塩の存在下
非プロトン性極性溶媒中でこれらのモノマーを重合させ
る方法が挙げられる。上記アルカリ金属炭酸塩は、前式
(I)で示される繰り返し単位を形成するためのモノマ
ー、または上記共重合され得るモノマーのうちの水酸基
を有するモノマーと反応してアルカリ金属塩を形成し得
るもので、具体的には炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、
炭酸ルビジウム、炭酸セシウムなどが挙げられる。
【0016】重合に際して、式(I)の繰り返し単位を
形成し得るモノマー、ならびに、上記水酸基を有するモ
ノマーおよびハロゲン基を有するモノマーの配合は、こ
れらのモノマー全体が有する水酸基に対してモノマー全
体のハロゲン基が90〜110モル%となるような範囲
内で行うのが好ましい。より高分子のポリマーを得るた
めには95〜105モル%の範囲内で使用するのが好ま
しい。
【0017】上記非プロトン性極性溶媒としては、例え
ば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチル
アセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−
ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルイミダゾリ
ンなどのアミド系溶媒、もしくは、ジメチルスルホキシ
ド、スルホラン、ジフェニルスルホンなどのスルホン系
溶媒を挙げることができる。必要に応じて共沸脱水溶
剤、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベン
ゼン、モノクロロエタン、ジクロロエタン、トリクロロ
エタン、テトラクロロエタン、モノクロロエチレン、ジ
クロロエチレン、トリクロロエチレンなどが添加され得
る。
【0018】該芳香族ポリスルホンの製造において重合
反応温度は、反応原料、成分の種類、重合反応の形式等
により変化するが、通常80〜400℃の範囲であり、
好ましくは100〜350℃の範囲で実施される。上記
の温度範囲より反応温度が低い場合には、目的とする重
合反応は実用に耐える速度で進行せず、必要とする分子
量のポリマーを得ることが困難である。一方上記の範囲
より反応温度が高い場合は、目的とする重合反応以外の
副反応が無視できなくなり、得られるポリマーの着色も
著しくなる。重合反応に要する時間は反応原料成分の種
類、重合反応の形式等により変化するが通常10分〜1
00時間の範囲であり、好ましくは1時間〜24時間の
範囲で実施される。
【0019】該芳香族ポリスルホンの製造において、反
応を行う際の雰囲気としては、酸素が存在しないことが
好ましく、窒素もしくはその他の不活性ガス中で行う
と、良い結果が得られる。これは、水酸基と反応したア
ルカリ金属塩が、酸素の存在下で加熱すると酸化されや
すく、目的とする重合反応が妨げられ、高分子量化が困
難になる他、生成重合体の着色の原因ともなるからであ
る。
【0020】該芳香族ポリスルホンの製造において、重
合反応を停止させるには、通常、反応混合物を冷却すれ
ばよい。さらに、ポリマーの末端に存在する可能性のあ
るフェノキサイド基を安定化させて重合反応を停止させ
るために、脂肪族ハロゲン化物、芳香族ハロゲン化物等
を添加反応させることも必要に応じ実施される。上記ハ
ロゲン化物の具体的な代表例としては、メチルクロライ
ド、エチルクロライド、メチルブロマイド、4−クロロ
ジフェニルスルホン、4−クロロベンゾフェノン、4,
4’−ジクロロフェニルスルホン、4−クロロニトロベ
ンゼンなどを挙げることができる。
【0021】上記芳香族ポリスルホンの分子量は還元粘
度を目安として表すことができ、その還元粘度は、ジメ
チルホルムアミド中、30℃において1g/dlの濃度
で測定したとき、0.35dl/g〜0.6dl/gで
あることが好ましい。還元粘度が0.35dl/g未満
では、得られるポリマーを用いて得られる成形体の機械
的強度が十分でなく、0.6dl/gを越えると、レン
ズ材料としての成形性や光学多層膜としての塗膜形成性
が低下し好ましくない。
【0022】芳香族ポリスルホンの芳香環上の水素原子
を−SO2OH基に置換する方法(以下、スルホン化方
法という)は、上記の方法によって得られた芳香族ポリ
スルホンを濃硫酸(濃度95%以上)中に溶解すること
によって達成される。スルホン化の程度は、硫酸溶液と
した状態での保持時間によって制御可能であり、所定時
間スルホン化した溶液を、次いで、水、アルコールなど
のスルホン化芳香族ポリスルホンの貧溶媒中に投入する
ことによって、ポリマーを析出させることができる。こ
の際、上記溶液を加熱することによって、スルホン化を
促進することが可能である。また、スルホン化の程度
は、芳香環上の水素原子の5%未満であることが好まし
い。スルホン化の程度が芳香環上の水素原子の5%以上
の場合には、得られるポリマーが水溶性となり、光学材
料としての利用に制限を受けるため好ましくない。特に
好ましいスルホン化の程度は、0.5〜4.5%であ
る。
【0023】本発明のスルホン化芳香族ポリスルホンを
用いて成形体を得る方法としては、例えば、スルホン化
芳香族ポリスルホンをジメチルホルムアミドなどの溶媒
に溶解し、その溶液をキャスト法によってフィルムなど
に成形する方法が挙げられる。このようにして得られた
成形体は、1.70以上の高屈折率を有する材料とし
て、各種光学材料、特に光学レンズや光学多層膜への利
用が可能であり、工業的利用価値が大きい。
【0024】
【実施例】以下に本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。
【0025】(実施例1)攪拌機、ガス導入管、温度計
および先端に受器を付した凝縮器を備えた重合反応容器
内に、4−クロロ―4’−(p−ヒドロキシフェニル)
ジフェニルスルホン100重量部(100モル%)、無
水炭酸カリウム22.8重量部、およびジフェニルスル
ホン100重量部を仕込み、窒素置換を行った。次に窒
素雰囲気下で攪拌および昇温を開始し、系の温度を26
0℃にて3時間保持し、反応を行った。反応終了後、反
応液を50℃まで冷却し、固化した試料にジメチルホル
ムアミドを100ml注ぎ、溶解した試料をアセトン−メ
タノール混合溶媒中に注いでポリマー粉末を析出させ
た。さらに水洗することにより塩化カリウムを除去し、
真空乾燥機で120℃にて24時間乾燥後、白色のポリ
マーを得た。得られたポリマーの還元粘度は0.40dl
/g(30℃、ジメチルホルムアミド中1g/dl)であ
った。
【0026】このポリマーを濃硫酸(95%)に溶解
し、5重量%溶液を作成した。24時間放置後、この溶
液を水の攪拌下に投入し、白色微粉末のスルホン化され
た芳香族ポリスルホンを析出させた。得られた粉末を、
水洗を繰り返した後、120℃で乾燥した。元素分析に
て硫黄原子含有率を測定したところ12.7重量%であ
り、芳香族環上の水素原子の2.8%が−SO2OH基
に置換されていることがわかった。このスルホン化芳香
族ポリスルホンをジメチルホルムアミド中に溶解し、1
0重量%溶液とし、この溶液からキャスト法にてフィル
ムを作成したところ、無色透明のフィルムが得られた。
このフィルムの屈折率を25℃でアッベ屈折計にて測定
したところ、nD=1.73であった。
【0027】(実施例2)実施例1で重合した芳香族ポ
リスルホンポリマーを濃硫酸中に溶解し、48時間放置
後、水中に投入したこと以外は、実施例1と同様の方法
で行った。元素分析で硫黄原子含有率を測定したところ
13.7重量%であり、芳香族環上の水素原子の4.2
%が−SO2OH基に置換されていることがわかった。
実施例1と同様にして屈折率を測定したところ、nD
1.76であった。
【0028】(実施例3)4−クロロ―4’−(p−ヒ
ドロキシフェニル)ジフェニルスルホン100重量部
(60モル%)、4,4’’’−ジヒドロキシ−p−ク
ォーターフェニル32.8重量部(20モル%)、4,
4’−ジクロロジフェニルスルホン27.9重量部(2
0モル%)、無水炭酸カリウム33.0重量部、および
スルホラン290重量部を実施例1と同様の方法で重合
し、芳香族ポリスルホンを得た。得られたポリマーの還
元粘度は0.40dl/g(30℃、ジメチルホルムアミ
ド中1g/dl)であった。さらに実施例1と同様にして
スルホン化し、スルホン化芳香族ポリスルホンを得た。
元素分析の結果、10.3重量%の硫黄原子が含まれて
おり、芳香族環上の水素原子の1.7%が−SO2OH
基に置換されていることがわかった。実施例1と同様の
方法にてフィルムを作成したところ、無色透明のフィル
ムが得られた。さらに実施例1と同様の方法で屈折率を
測定したところ、nD=1.75であった。
【0029】(実施例4および5)4−クロロ―4’−
(p−ヒドロキシフェニル)ジフェニルスルホン、4,
4’’’−ジヒドロキシ−p−クォーターフェニル、お
よび4,4’−ジクロロジフェニルスルホンの量を表1
に示すように配合したこと以外は実施例1と同様にして
重合し、芳香族ポリスルホンを得た。さらに実施例1と
同様にしてスルホン化し、スルホン化芳香族ポリスルホ
ンを得た。実施例1と同様にして元素分析を行った。さ
らに、実施例1と同様の方法にてフィルムを作成して屈
折率を測定した。得られた結果を以下の表1に示した。
【0030】(実施例6)実施例1で作成した芳香族ポ
リスルホンを100時間濃硫酸溶液として保持し、スル
ホン化を行った。得られたポリマーは水溶性であった。
このためエタノール中に投入して凝固させることによっ
てポリマーを析出させた。得られたポリマーのスルホン
化率は6.0%であった。得られた結果を以下の表1に
示した。
【0031】(比較例1)実施例1で得られた芳香族ポ
リスルホンをスルホン化せずにフィルムを作成し、実施
例1と同様にしてスルホン化率および屈折率の測定を行
った。得られた結果を以下の表1に示した。
【0032】(比較例2)ジエチレングリコールビスア
リルカーボネート100重量部に、ジイソプロピルパー
オキシジカーボネート3重量部を加え、50×50×1
05mmの型の中に流し込み、窒素雰囲気下にて40℃
のオーブン中に24時間保持した。その後、80℃で4
時間、さらに120℃で2時間保持し、硬化を完了させ
た。得られた結果を以下の表1に示した。
【0033】上記実施例1〜6および比較例1〜2に用
いられた芳香族ポリスルホンの組成比、ならびに、還元
粘度、スルホン化率および屈折率の測定結果を以下の表
1に示した。
【0034】
【表1】
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、1.70を越える高い
屈折率を有し、光学レンズ、反射防止膜などに好適に利
用することができる高屈折材料を提供することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 靖士 大阪府三島郡島本町百山2−2 (72)発明者 斉藤 寅之助 茨木市山手台5−17−21 (72)発明者 角町 博記 茨木市南春日丘1−11−3 (72)発明者 岸本 大志郎 茨木市三島丘2−24−23サンハイツ三島丘 306

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下式(I)で示される繰り返し単位を有
    する芳香族ポリスルホンの芳香環上の水素原子の少なく
    とも一個が、−SO2OH基に置換されてなることを特
    徴とするスルホン化芳香族ポリスルホン。 【化1】
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