ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法
【課題】優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ること。
【解決手段】ミクロ相分離構造体フィルム１０の製造方法は、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射し光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る工程と、溶媒を樹脂フィルムに染み込ませて可塑剤を樹脂フィルムから除去する工程と、溶媒を樹脂フィルムから除去してフィルム１０を得る工程とを備え、ブロック共重合体が第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、樹脂フィルムが、第１のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ａと、第２のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ｂとを含有し、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高く、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成される。
【解決手段】ミクロ相分離構造体フィルム１０の製造方法は、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射し光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る工程と、溶媒を樹脂フィルムに染み込ませて可塑剤を樹脂フィルムから除去する工程と、溶媒を樹脂フィルムから除去してフィルム１０を得る工程とを備え、ブロック共重合体が第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、樹脂フィルムが、第１のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ａと、第２のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ｂとを含有し、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高く、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロック共重合体が自己組織化することで形成されるミクロ相分離構造を屈折率周期構造として利用したホトニック結晶および構造発色体が知られている（例えば特許文献１〜３）。特許文献１〜３に記載されている屈折率周期構造は、ミクロ相分離構造を形成するブロック共重合体の構成ブロック鎖の屈折率が互いに異なることにより形成されており、これによりホトニック結晶の光学特性を発現し、構造発色を呈している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７５１４号パンフレット
【特許文献２】特許第３２３３８８３号
【特許文献３】特許第４５８１３７７号
【特許文献４】特許第３２２７１０９号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ． ２００２， １４， Ｎｏ．２４， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １７“Ｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｕｂｉｃ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌｓ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ミクロ相分離構造を利用した従来のホトニック結晶には、半導体材料や無機材料を用いたホトニック結晶と比較して構成ブロック鎖間の屈折率差が小さく、十分な光学特性が得られないという問題がある。ミクロ相分離構造を構造発色体の屈折率周期構造として利用した場合も同様に、屈折率差が小さく反射率が低いため、誘電体多層膜のような色鮮やかな金属光沢を得ることが難しい。しかしながら、ミクロ相分離構造を利用したホトニック結晶の屈折率差を増大させる試みは殆ど行なわれておらず、上記非特許文献１に示す程度である。非特許文献１では、ミクロ相分離構造の１成分をエッチングによって除去して、ポリマー鎖と空気とから構成される屈折率周期構造とすることで屈折率差の増大を図っている。しかし、非特許文献１の方法では、ミクロ相分離構造の１成分のみを選択的にエッチング可能なブロック共重合体成分に限られ、また、エッチング処理可能なミクロ相分離構造の形態にも制限があり、更に、大掛かりな真空ドライエッチング装置が必要である。ミクロ相分離構造を利用したホトニック結晶および構造発色体の屈折率差を増大させる方法としては、非特許文献１のようにミクロ相分離構造の１成分中に空孔を導入することが有効ではあるが、屈折率差を容易に増大させることができる方法は未だ見出されていない。
【０００６】
一方、ミクロ相分離構造の１成分中に空孔を導入する方法として、上記特許文献４に記載されている方法も知られている。特許文献４では、溶液キャスト法によりミクロ相分離構造体を得る際にミクロ相分離構造の１成分のみに相溶するポリマー、オリゴマー、モノマー等の添加成分を添加して溶液キャストフィルムを作製した後、当該添加成分が溶解可能な溶媒で添加成分を抽出する方法が開示されている。しかしながら、本発明者は、特許文献４の方法により屈折率差の増大を検証したが、添加成分の溶出過程においてフィルムが溶解する等して変形し、形成したミクロ相分離構造が大きく乱れてしまい光学特性が低下することを見出した。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ることが可能なミクロ相分離構造体フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法は、空孔が選択的に形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルムの製造方法であって、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射し光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る工程と、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに染み込ませて可塑剤を樹脂フィルムから除去する工程と、溶媒を樹脂フィルムから除去して上記ミクロ相分離構造体フィルムを得る工程と、を備え、ブロック共重合体が、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、樹脂フィルムが、第１のポリマー鎖を含有する第１のミクロドメインと、第２のポリマー鎖を含有する第２のミクロドメインと、を含むミクロ相分離構造を有し、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が、第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高く、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【０００９】
本発明では、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射して光重合性モノマーを光重合させることにより、可塑剤を含有する樹脂フィルムが得られる。このような樹脂フィルムでは、樹脂フィルムが可塑剤を含有することにより、ミクロ相分離構造を保持し易いと共に、フィルムの力学的特性を向上させることができる。また、上記樹脂フィルムでは、光重合性モノマーの光重合によってブロック共重合体の３次元架橋が進行していることにより、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに染み込ませる場合であっても、樹脂フィルムが変形することが抑制されている。
【００１０】
そして、本発明では、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに染み込ませて可塑剤を樹脂フィルムから除去することにより、樹脂フィルム中の可塑剤が溶媒によって溶出すると共に、樹脂フィルムにおける可塑剤が存在していた空間に溶媒が取り込まれることとなる。その後、樹脂フィルム中に残存する溶媒を樹脂フィルムから除去することにより、溶媒が存在していた空間に空孔が形成される。これにより、空孔が形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルムが得られる。
【００１１】
また、本発明では、ブロック共重合体が、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、樹脂フィルムが、第１のポリマー鎖を含有する第１のミクロドメインと、第２のポリマー鎖を含有する第２のミクロドメインと、を含むミクロ相分離構造を有している。ここで、樹脂フィルムにおける一のミクロドメインのみ、例えば第１のミクロドメインのみが可塑剤を含有する場合、第１のミクロドメインのみに空孔が形成されるため、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【００１２】
一方、本発明では、樹脂フィルムにおける第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインの双方が可塑剤を含有する場合においても、下記のとおり空孔が選択的に形成される。すなわち、まず、本発明では、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高い。この場合、第１のポリマー鎖を含む第１のミクロドメインでは、第１のミクロドメインに溶媒が染み込むと、ポリマー鎖と溶媒との接触を促進するように、溶媒が占有する空間が拡大する傾向がある。これにより、溶媒が占有する空間の大きさは、第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインの方が大きくなる傾向がある。その後、溶媒を樹脂フィルムから除去することにより、溶媒が占有していた空間が空孔として形成される。これにより、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインのそれぞれに空孔が形成されるものの、第１のミクロドメインに形成された空孔は、第２のミクロドメインに形成された空孔よりも大きくなる。したがって、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【００１３】
本発明では、上記のとおり、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。これにより、第１のミクロドメインにおける屈折率を選択的に変化させることが可能であり、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインの屈折率差を容易に大きくすることができる。したがって、本発明では、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ることができる。このようなミクロ相分離構造体フィルムでは、例えば、当該フィルムの反射率を増加させることが可能であり、フィルムに金属光沢を付与することができる。
【００１４】
ブロック共重合は、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）であることが好ましい。この場合、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを更に容易に得ることができる。
【００１５】
ブロック共重合がポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）である場合において、溶媒は、アルコールであることが好ましい。また、アルコールの炭素数は、１〜４であることが好ましい。さらに、アルコールは、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−１−プロパノール、２−ブタノール及び２−メチル−２−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種であることがより好ましい。これらの場合、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを更に容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、優れた光学特性（例えば反射率、透過ブロック特性）を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ることができる。このようなミクロ相分離構造体フィルムは、光学フィルタや構造色材料として有用である。構造色材料は、例えば、可視光範囲に構造色を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法により得られるミクロ相分離構造体フィルムを示す図である。
【図２】実施例１〜３のミクロ相分離構造体フィルムのＳＥＭ写真である。
【図３】比較例２〜４のミクロ相分離構造体フィルムのＳＥＭ写真である。
【図４】ミクロ相分離構造体フィルムの反射分光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
＜ミクロ相分離構造体フィルム＞
図１は、本実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法により得られるミクロ相分離構造体フィルムを示す図である。図１（ａ）は、ミクロ相分離構造体フィルムの斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った模式断面図である。図１に示すミクロ相分離構造体フィルム１０（以下、「フィルム１０」という。）は、互いに略平行に対向する表面（一方の主面）１０ａ及び裏面（他方の主面）１０ｂを有している。フィルム１０の厚さは、例えば１０〜３００μｍである。フィルム１０の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形であってもよく（図１（ａ））、矩形であってもよい。
【００２０】
フィルム１０は、例えば高分子ホトニック結晶によって形成された構造発色体である。高分子ホトニック結晶は、ブロック共重合体（高分子ブロック共重合体）を含有している。「ブロック共重合体」とは、２種以上のポリマー鎖（構成ブロック鎖、セグメント）が結合した共重合体であり、例えば、モノマーＡを構造単位とする第１のポリマー鎖と、モノマーＢを構造単位とする第２のポリマー鎖とがポリマー鎖の末端同士で結合した共重合体が挙げられる。
【００２１】
ブロック共重合体としては、例えば、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（エチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（プロピルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（イソプロピルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ペンチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ヘキシルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（デシルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ドデシルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルアクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリブタジエン、ポリスチレン−ｂ−ポリイソプレン、ポリスチレン−ｂ−ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン−ｂ−ポリジメチルシロキサン、ポリイソプレン−ｂ−ポリジメチルシロキサン、ポリビニルピリジン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリビニルピリジン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）、ポリビニルピリジン−ｂ−ポリブタジエン、ポリビニルピリジン−ｂ−イソプレン、ポリブタジエン−ｂ−ポリビニルナフタレン、ポリビニルナフタレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリビニルナフタレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）等の２元ブロック共重合体、及び、ポリスチレン−ｂ−ポリブタジエン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリブタジエン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリイソプレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリイソプレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）等の３元ブロック共重合体などが挙げられる。なお、ブロック共重合体は、ポリマー鎖間で屈折率が異なれば上記に限られるものではない。なお、図１（ａ）では、フィルム１０がブロック共重合体として２元ブロック共重合体を含有する形態を一例として示している。ブロック共重合体の含有量は、フィルム１０の全質量基準で例えば７〜１５質量％である。
【００２２】
ブロック共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は、構造発色体としての発色性を発現させる周期構造が良好に得られる観点から、８．０×１０５（ｇ／ｍｏｌ）以上が好ましく、９．０×１０５（ｇ／ｍｏｌ）以上がより好ましく、１．０×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以上が更に好ましい。ブロック共重合体の重量平均分子量は、構造発色体としての発色性を発現させる周期構造が良好に得られる観点から、３．０×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以下が好ましく、２．５×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以下がより好ましく、２．０×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以下が更に好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いてポリスチレン換算の重量平均分子量として得ることができる。
【００２３】
フィルム１０は、ミクロ相分離構造１３を有している。「ミクロ相分離構造」とは、複数のミクロドメインが周期的に配置された集合体をいう。「ミクロドメイン」とは、ブロック共重合体の異種のポリマー鎖が互いに混じり合うことなく相分離して形成される相である。
【００２４】
ミクロ相分離構造１３は、ラメラ状のミクロドメイン１５を含んでいる。ミクロドメイン１５は、複数のミクロドメイン１５ａと複数のミクロドメイン１５ｂとを有しており、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂは、層状に交互に積層されている。ミクロドメイン１５ａ，１５ｂのそれぞれは、例えば、表面１０ａ又は裏面１０ｂの少なくとも一方に対して略平行に配向していてもよい。また、ミクロドメイン１５ａ，１５ｂのそれぞれは、フィルム１０の厚さ方向に振幅を有する波状であってもよい。
【００２５】
フィルム１０では、秩序だった特徴的なミクロドメイン構造をブロック共重合体が形成している。ミクロドメイン１５ａは、ブロック共重合体の一のポリマー鎖を含んでおり、ミクロドメイン１５ａ同士は、互いに同種のポリマー鎖を含んでいる。また、ミクロドメイン１５ｂは、ブロック共重合体の他のポリマー鎖を含んでおり、互いに同種のポリマー鎖を含んでいる。ミクロ相分離構造１３は、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈折率が互いに異なっていることにより、ミクロドメイン１５ａとミクロドメイン１５ｂとが交互に積層されて形成された屈折率周期構造を有している。
【００２６】
なお、フィルム１０におけるミクロドメインの形態（モルホロジー）はラメラ状に限定されるものではない。ミクロドメインの形態は、ブロック共重合体の組成に応じて変化し、一のミクロドメインが他のミクロドメインからなるマトリックス中に存在する形態であってもよい。このような形態としては、例えば、上記一のミクロドメインが円柱状であるシリンダー状の形態、上記一のミクロドメインが球状である形態、上記一のミクロドメインが網の目構造を有するギロイド状の形態等が挙げられる。
【００２７】
本実施形態では、ミクロ相分離構造１３において空孔（空隙）１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されている。本実施形態では、例えば、ミクロドメイン１５ａに空孔１７が形成されているのに対し、ミクロドメイン１５ｂには、空孔１７が形成されていない。空孔１７には、例えば、空気等の気体が満たされている。空孔１７の平均孔径は、例えば１０〜２００ｎｍであり、ミクロドメインの空孔率は、例えば５〜３０体積％である。
【００２８】
空気等の気体が満たされた空孔が、ブロック共重合体を含むミクロドメインに形成されることにより、ミクロドメインの屈折率は低下する傾向がある。そのため、本実施形態では、ミクロドメイン１５ａに空孔１７が形成されていることにより、空孔１７が形成されていない状態に比してミクロドメイン１５ａの屈折率は小さくなる傾向がある。これにより、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を容易に大きくすることができる。ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を更に大きくする観点から、ミクロドメインに空孔が形成されていない状態において、空孔１７が形成されるミクロドメイン１５ａの屈折率は、ミクロドメイン１５ｂの屈折率よりも小さいことが好ましい。また、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を更に大きくする観点から、ミクロドメイン１５ａに含まれる第１のポリマー鎖の屈折率は、ミクロドメイン１５ｂに含まれる第２のポリマー鎖の屈折率に比して小さいことが好ましい。
【００２９】
ミクロドメイン１５ｂには、図１（ａ）に示すように空孔が形成されていなくてもよいが、空孔が形成されていてもよい。ミクロドメイン１５ｂに空孔が形成されている場合、例えばミクロドメイン１５ａの空孔率がミクロドメイン１５ｂの空孔率よりも高い状態でミクロドメイン１５ａ，１５ｂに空孔が形成されることにより、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されている。
【００３０】
フィルム１０を構成する高分子ホトニック結晶は、ブロック共重合体以外の構成成分として、ブロック共重合体及び後述する光重合開始剤を可溶な光重合性モノマーを光重合開始剤の存在下で光重合させて得られる光硬化性樹脂（高分子化合物）を含有している。上記光重合性モノマーとしては、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも一種が好ましい。
【００３１】
上記光重合性モノマーとしては、単官能性モノマー又は多官能性モノマーのいずれでもよく、例えばカルボキシエチルアクリレート、イソボニルアクリレート、オクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、オクチルメタクリレート、２−エチルヘキシル−ジグリコールアクリレート等の単官能モノマー、ジエチレングリコールアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、１,９−ノナンジオールジアクリレート、ポリプロピレングレコールジアクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ジシクロペンテニルジアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、４，４′−ジアクリロイルオキシスチルベン、ジエチレングリコールメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールメタクリレート、１,９−ノナンジオールジメタクリレート、ジシクロペンタニルジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジメタクリレート、トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート等の多官能モノマーが挙げられる。上記光重合性モノマーとしては、多官能モノマーが好ましく、ジシクロペンタニルアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、１，９−ノナンジオールジアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレートがより好ましい。上記光重合性モノマーは、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。光硬化性樹脂の含有量は、フィルム１０の全質量基準で例えば４０〜９０質量％である。
【００３２】
また、フィルム１０を構成する高分子ホトニック結晶は、ブロック共重合体及び光硬化性樹脂以外に他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、例えば、可塑剤、溶媒等が挙げられる。可塑剤や溶媒としては、フィルム１０の製造方法において後述する可塑剤や溶媒が挙げられる。
【００３３】
本実施形態に係るフィルム１０は、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有するブロック共重合体と、光重合性モノマーを光重合させて得られる光硬化性樹脂と、を含有すると共に、第１のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ａと、第２のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ｂと、を含むミクロ相分離構造１３を有している。このようなフィルム１０では、光重合性モノマーの光重合によって３次元架橋が進行していることにより、ミクロ相分離構造１３が良好に保持されている。
【００３４】
そして、フィルム１０では、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されている。これにより、空孔１７が形成されていない状態に比してミクロドメイン１５ａの屈折率は小さくなる傾向があり、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を容易に大きくすることができる。したがって、フィルム１０では、優れた光学特性を得ることができる。
【００３５】
＜ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法＞
本実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法は、例えば準備工程、光重合工程、可塑剤溶出工程及び溶媒除去工程をこの順に備えている。
【００３６】
準備工程では、まず、上記ブロック共重合体を重合する。ブロック共重合体の重合方法としては、例えばリビングアニオン重合等が挙げられる。ミクロドメインの形態（モルホロジー）は、重合時のモノマー仕込み量を制御する等により調整することができる。
【００３７】
次に、例えば、上記ブロック共重合体及び光重合開始剤を可溶な上記光重合性モノマーにブロック共重合体及び光重合開始剤を溶解させた後に、当該光重合性モノマーと可塑剤とを混合して、ブロック共重合体、光重合開始剤、光重合性モノマー及び可塑剤を含有するポリマー溶液を調製する。このようなポリマー溶液を調製した段階において、例えば、ブロック共重合体の自己組織化によりミクロ相分離構造が形成されている。
【００３８】
ポリマー溶液中のブロック共重合体の含有量は、作製プロセスにおいて粘度を下げるために加熱する必要が無く、室温においてある程度低粘度で流動性を有するポリマー溶液とする観点から、ポリマー溶液の全質量基準で３〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％がより好ましく、７〜１５質量％が更に好ましい。ブロック共重合体の含有量が３質量％未満であると、ミクロ相分離構造を形成する際の偏析力が減少する傾向があり、ミクロ相分離構造の規則性が低下する傾向がある。ブロック共重合体の含有量が３０質量％を超えると、偏析力は増大するものの、粘度が増加するため、流動場印加による配向制御が難化する傾向がある。
【００３９】
光重合性モノマーとしては、上述した光重合性モノマーを用いることができる。ポリマー溶液中の光重合性モノマーの含有量は、ポリマー溶液の全質量基準で例えば４０〜９０質量％である。
【００４０】
光重合開始剤は、活性光線照射により活性化し得る重合開始剤である。光重合開始剤としては、活性光線の照射により分子が開裂してラジカルとなり、光重合性を有するポリマー又はモノマーとラジカル重合反応を引き起こすことにより、材料を高分子量化（架橋）させてゲル化を進行させるラジカル型光重合開始剤が挙げられる。光重合開始剤としては、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−アミノアルキルフェノン等が挙げられ、具体的には、ＩＲＧＡＣＵＲＥ６５１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）等が挙げられる。これらの光重合開始剤は、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。光重合開始剤の含有量は、光重合性モノマーの全質量基準で例えば０．０５〜０．５質量％である。
【００４１】
可塑剤は、可塑剤溶出工程で使用する溶媒に溶解するものであればよく、常温において固体状及び液状のいずれであってもよい。また、溶媒は、光重合性モノマーに対する溶解性が低いことが好ましい。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル等のフタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル及びクエン酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種が挙げられる。これらの中でも、高規則性のミクロ相分離構造を形成させる観点から、フタル酸エステルが好ましい。また、可塑剤は、ブロック共重合体のそれぞれのポリマー鎖に対する相溶性に差があってもよい。可塑剤の含有量は、溶媒処理によって空孔を導入し易くなる観点から、ポリマー溶液の全質量基準で５〜６０質量％が好ましく、１０〜５０質量％がより好ましく、２０〜４０質量％が更に好ましい。可塑剤の含有量が５質量％未満であると、十分な空孔を導入することが困難となる傾向がある。可塑剤の含有量が６０質量％を超えると、ミクロ相分離構造体フィルムの力学的強度が低下する傾向がある。
【００４２】
光重合工程では、ポリマー溶液を所望の形状に成形した後に、ポリマー溶液に活性光線（例えば紫外線）を照射することによりポリマー溶液中の光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る。この場合、光重合性モノマーの３次元的な架橋反応が進行し、簡易な方法でミクロ相分離構造を固定化することができる。活性光線の強度は、例えば１０００〜２０００μＷ／ｃｍ２である。なお、ポリマー溶液に活性光線を照射する前に、ポリマー溶液にずり流動場等を印加して、ミクロドメインの配向性を調整してもよい。
【００４３】
可塑剤溶出工程では、可塑剤を可溶な溶媒を樹脂フィルムに接触させて溶媒を樹脂フィルムに染み込ませることにより、樹脂フィルムのミクロドメイン中に含まれる可塑剤を溶媒に溶解させて溶出させる。溶媒を樹脂フィルムに染み込ませる方法としては、樹脂フィルムを溶媒に浸漬する方法、溶媒を樹脂フィルムに吹き付ける方法、樹脂フィルムの主面に溶媒を滴下する方法等が挙げられる。なお、可塑剤溶出工程後において、可塑剤の一部が樹脂フィルム内に残存していてもよい。
【００４４】
溶媒としては、ブロック共重合体のポリマー鎖の少なくとも一つに対して相溶性を有する溶媒を用い、ブロック共重合体の第１のポリマー鎖に対する相溶性と第２のポリマー鎖に対する相溶性とが互いに異なる溶媒を用いる。すなわち、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性は、第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高い。
【００４５】
溶媒としては、可塑剤を好適に溶解可能である観点から、有機溶媒が挙げられる。また、溶媒としては、効果的にミクロドメイン間の屈折率差を増大させる観点から、空孔が形成されるミクロドメインに含まれるポリマー鎖と相溶し易い溶媒が好ましく、例えば、第２のポリマー鎖に比して第１のポリマー鎖に相溶し易い溶媒を用いることが好ましい。
【００４６】
また、溶媒としては、溶媒除去工程において空孔の大きさを維持しつつ溶媒を除去し易いため効果的に空孔を導入することができる観点から、沸点が低く揮発性が高い溶媒が好ましく、例えば沸点が１００℃以下の溶媒がより好ましい。
【００４７】
溶媒としては、ブロック共重合体がポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）の場合、アルコールが好ましく、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−１−プロパノール、２−ブタノール、２−メチル−２−プロパノール等がより好ましく、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールが更に好ましい。これらの溶媒は、ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）に対する相溶性がポリスチレンに対する相溶性に比して高い傾向がある。上記アルコールの炭素数は、１〜４が好ましく、１〜３がより好ましい。アルコールの炭素数が４を超えると、沸点が高くなり良好に空孔を導入することが困難となる傾向がある。
【００４８】
また、ブロック共重合体がポリスチレン−ｂ−ポリブタジエンの場合、アルカン化合物が好ましく、ｎ−ブタン、２−メチルプロパン、ｎ−ペンタン、２−メチルブタン、２，２−ジメチルプロパン、ｎ−へキサン、ｎ−オクタン、等の低沸点のアルカン化合物がより好ましい。これらの溶媒は、ポリブタジエンに対する相溶性がポリスチレンに対する相溶性に比して高い傾向がある。上記アルカン化合物の炭素数は、４〜８が好ましく、５〜６がより好ましい。アルカン化合物の炭素数が４未満であると、常温常圧で気体であり、取り扱いが困難となる傾向がある。アルカン化合物の炭素数が８を超えると、沸点が高くなり良好に空孔を導入することが困難となる傾向がある。
【００４９】
本実施形態では、良好な光学特性を得るために、ブロック共重合体の第１のポリマー鎖に対する相溶性と第２のポリマー鎖に対する相溶性とに応じて、ポリマー鎖に対する相溶性に差がある選択溶媒を適宜使用することができる。３元以上のブロック共重合体においても、同様に、各ポリマー鎖の相溶性に応じて溶媒を選択することができる。また、上記溶媒は、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００５０】
溶媒除去工程では、樹脂フィルム中に残存する溶媒を樹脂フィルムから除去する。樹脂フィルムの溶媒の除去方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ブロワー等で樹脂フィルムを乾燥して溶媒を樹脂フィルムから除去する。なお、溶媒除去工程後において溶媒の一部が樹脂フィルム内に残存していてもよい。
【００５１】
本実施形態では、上記工程を経ることにより、空孔が形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルム（例えばフィルム１０）を得ることができる。具体的には、可塑剤溶出工程において、樹脂フィルムに接した溶媒が樹脂フィルム内に浸透して可塑剤と接触することにより、可塑剤が溶媒に溶解することとなる。そして、溶媒中に溶解した可塑剤は、溶媒と共にフィルム外に除去されることや、溶媒内を拡散してフィルム外に除去されることにより、樹脂フィルムから溶出する。これにより、樹脂フィルムにおける可塑剤が占有していた空間に溶媒が満たされて、樹脂フィルム中に溶媒が分散した状態となる。
【００５２】
ところで、上記樹脂フィルムは、（ａ）第１のポリマー鎖を含む第１のミクロドメインにのみ可塑剤が分散され、第２のポリマー鎖を含む第２のミクロドメインに可塑剤が分散されていない状態であってもよく、（ｂ）第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインのいずれにも可塑剤が分散された状態であってもよい。上記（ａ）の場合、可塑剤溶出工程において、第１のミクロドメインの内部にのみ溶媒が残存することとなり、溶媒除去工程において、第１のミクロドメインに残存する溶媒が樹脂フィルムから除去されることにより、当該溶媒が占有していた空間に空孔が形成される。これにより、第１のミクロドメインの内部にのみ空孔が形成され、第２のミクロドメインの内部には空孔が形成されていない状態となる。すなわち、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成されることとなる。
【００５３】
上記（ｂ）の場合、可塑剤溶出工程において、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインの双方の内部に溶媒が残存することとなる。この場合、ミクロドメインのそれぞれに対して同等の相溶性を有する溶媒を用いると、溶媒除去工程においてミクロドメインのそれぞれから溶媒が除去されてミクロドメインのそれぞれに同程度に空孔が形成されることとなり、ミクロドメイン間の屈折率差を充分に大きくすることが困難となる。
【００５４】
一方、本実施形態では、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高い。この場合、第１のポリマー鎖を含む第１のミクロドメインでは、第１のミクロドメインに溶媒が染み込むと、ポリマー鎖と溶媒との接触を促進するように、溶媒が占有する空間が拡大する傾向がある。これにより、溶媒が占有する空間の大きさは、第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインの方が大きくなる傾向がある。その後、溶媒除去工程において溶媒が除去されることにより、当該溶媒が占有していた空間が空孔として形成される。これにより、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインのそれぞれに空孔が形成されるものの、第１のミクロドメインに形成された空孔は、第２のミクロドメインに形成された空孔よりも大きくなる。したがって、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【００５５】
本実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法では、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射して光重合性モノマーを光重合させることにより、可塑剤を含有する樹脂フィルムが得られる。このような樹脂フィルムでは、樹脂フィルムが可塑剤を含有することにより、ミクロ相分離構造を保持し易いと共に、フィルムの力学的特性（例えば曲げ変形性能）を向上させることができる。また、上記樹脂フィルムでは、光重合性モノマーの光重合によってブロック共重合体の３次元架橋が進行していることにより、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに接触させる場合であっても、樹脂フィルムが変形することが抑制されている。
【００５６】
そして、本実施形態では、上述のとおり、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されたフィルム１０が得られる。このようなフィルム１０は、空孔１７が形成されていない状態に比してミクロドメイン１５ａの屈折率は小さくなる傾向があり、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を容易に大きくすることができる。したがって、フィルム１０では、優れた光学特性を有するフィルム１０を容易に得ることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５８】
＜構造発色フィルムの作製＞
（実施例１）
ブロック共重合体として、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）（ＰＳ−ｂ−Ｐ（ｔ−ＢｕＭＡ）、重量平均分子量１．８×１０６［ｇ/ｍｏｌ］、組成ＰＳ：Ｐ（ｔ−ＢｕＭＡ）＝４９：５１［ｖｏｌ％］）を真空下リビングアニオン重合により合成した。次に、光重合性モノマーである１，６−ヘキサンジオールアクリレート（別名「１，６−ビス（アクリロイルオキシ）ヘキサン」）と、可塑剤であるフタル酸ジオクチルとを質量比７０：３０で含有する混合溶媒に、上記ブロック共重合体を混合物の全質量基準で１０．０質量％となるように溶解させて混合物を得た。また、１，６−ヘキサンジオールアクリレートの含有量に対して０．３質量％となるように、光重合開始剤としてＩＲＧＡＣＵＲＥ６５１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）を混合物に添加してポリマー溶液を得た。このポリマー溶液には、ラメラ状のブロック共重合体ミクロ相分離構造が形成されており、ポリマー溶液は、ミクロ相分離構造の周期構造に起因した構造発色を呈していた。
【００５９】
厚さ０．０８ｍｍ、開口部内径４０ｍｍのリング状スペーサを円形の石英ガラス板（直径５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）の主面上に配置した後、上記ポリマー溶液をスペーサの開口部内に滴下した。続いて、上記と同様の円形の石英ガラス板をスペーサ上に配置し、ポリマー溶液を石英ガラス板で上下に挟み、円形の膜状に展開させた。
【００６０】
その後、５分間紫外線をポリマー溶液に照射（１２００μＷ／ｃｍ２）してポリマー溶液を硬化させ、可塑剤を含有したミクロ相分離構造を有する樹脂フィルムを得た。
【００６１】
可塑剤を含有する樹脂フィルムをメタノール（溶媒）に浸漬し、１５時間放置してフィルム中の可塑剤を溶出させた。その後、フィルムを溶媒から取り出し、ブロワーで溶媒を乾燥させて構造発色フィルムを得た。
【００６２】
乾燥後、メタノール処理したフィルムに強いミラー状の金属光沢が観察された。フィルムは、光重合性モノマーの３次元的な架橋により固定化されているため、フィルムが溶媒に溶解する等の大きな形状変化は確認されなかった。浸漬前後の質量比較から、フィルム中に含有していた可塑剤分の質量減少が観察され、可塑剤溶出が確認された。また、体積収縮も観察された。構造発色フィルムの厚さは０．０７５ｍｍであった。
【００６３】
（実施例２）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてエタノールを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理（可塑剤溶出処理）を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。
【００６４】
エタノール処理したフィルムに強いミラー状の金属光沢が観察された。フィルムが溶媒に溶解する等の大きな形状変化は確認されなかった。フィルム中に含有していた可塑剤分の質量減少が観察され、可塑剤溶出が確認された。また、体積収縮も観察された。構造発色フィルムの厚さは０．０７５ｍｍであった。
【００６５】
（実施例３）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてｔｅｒｔ−ブチルアルコールを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。
【００６６】
ｔｅｒｔ−ブチルアルコール処理したフィルムに強いミラー状の金属光沢が観察された。フィルムが溶媒に溶解する等の大きな形状変化は確認されなかった。フィルム中に含有していた可塑剤分の質量減少が観察され、可塑剤溶出が確認された。また、体積収縮も観察された。構造発色フィルムの厚さは０．０７５ｍｍであった。
【００６７】
（比較例１）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。樹脂フィルムに対して溶媒処理を施すことなく、樹脂フィルムを構造発色フィルムとして準備した。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００６８】
（比較例２）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてｎ−ヘキサンを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００６９】
（比較例３）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてアセトンを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００７０】
（比較例４）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてテトラヒドロフランを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００７１】
＜構造観察＞
溶媒処理後における構造発色フィルムの断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察結果を図２，３に示す。図２は、実施例１〜３の構造発色フィルムのＳＥＭ写真であり、図３は、比較例２〜４の構造発色フィルムのＳＥＭ写真である。
【００７２】
溶媒処理により構造発色フィルムに多数の空孔が形成されていることが観察された。ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）に対する相溶性がポリスチレンに対する相溶性に比して高い溶媒を用いた実施例１〜３では、３次元架橋により保持されたミクロ相分離構造の片側のミクロドメインに選択的に空孔が形成されていることが観察された（図２）。いずれのポリマー鎖に対しても十分な相溶性を有していない比較例２では、ミクロ相分離構造の片側のミクロドメインに選択的に空孔が形成されていることが観察されなかった。また、ポリマー鎖に対する相溶性がそれぞれのポリマー鎖について同等である比較例３および４についても、ミクロ相分離構造の片側のミクロドメインに選択的に空孔が形成されていることが観察されなかった。
【００７３】
＜光学特性評価＞
マルチチャンネル分光測光ＰＭＡ−１２（浜松ホトニクス社製）を用いて、構造発色フィルムの反射分光スペクトルを測定した。図４は、構造発色フィルムの反射分光スペクトルを示す図である。溶媒処理によって、フィルムは僅かに収縮するため、反射波長の低波長側へのシフトが観察された。反射率は、実施例１〜３において大幅に増大していることが確認された。実施例１〜３では、ミクロ相分離構造におけるミクロドメインの片側成分のみに選択的に空孔が形成されているため、屈折率周期構造の屈折率差が増大して、反射率が増大したものと推測される。一方、比較例１〜４では、反射率は小さいものであり、溶媒処理を施しても反射率に大きな変化は観察されなかった。
【符号の説明】
【００７４】
１０…ミクロ相分離構造体フィルム、１３…ミクロ相分離構造、１５，１５ａ，１５ｂ…ミクロドメイン、１７…空孔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロック共重合体が自己組織化することで形成されるミクロ相分離構造を屈折率周期構造として利用したホトニック結晶および構造発色体が知られている（例えば特許文献１〜３）。特許文献１〜３に記載されている屈折率周期構造は、ミクロ相分離構造を形成するブロック共重合体の構成ブロック鎖の屈折率が互いに異なることにより形成されており、これによりホトニック結晶の光学特性を発現し、構造発色を呈している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７５１４号パンフレット
【特許文献２】特許第３２３３８８３号
【特許文献３】特許第４５８１３７７号
【特許文献４】特許第３２２７１０９号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ． ２００２， １４， Ｎｏ．２４， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １７“Ｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｕｂｉｃ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌｓ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ミクロ相分離構造を利用した従来のホトニック結晶には、半導体材料や無機材料を用いたホトニック結晶と比較して構成ブロック鎖間の屈折率差が小さく、十分な光学特性が得られないという問題がある。ミクロ相分離構造を構造発色体の屈折率周期構造として利用した場合も同様に、屈折率差が小さく反射率が低いため、誘電体多層膜のような色鮮やかな金属光沢を得ることが難しい。しかしながら、ミクロ相分離構造を利用したホトニック結晶の屈折率差を増大させる試みは殆ど行なわれておらず、上記非特許文献１に示す程度である。非特許文献１では、ミクロ相分離構造の１成分をエッチングによって除去して、ポリマー鎖と空気とから構成される屈折率周期構造とすることで屈折率差の増大を図っている。しかし、非特許文献１の方法では、ミクロ相分離構造の１成分のみを選択的にエッチング可能なブロック共重合体成分に限られ、また、エッチング処理可能なミクロ相分離構造の形態にも制限があり、更に、大掛かりな真空ドライエッチング装置が必要である。ミクロ相分離構造を利用したホトニック結晶および構造発色体の屈折率差を増大させる方法としては、非特許文献１のようにミクロ相分離構造の１成分中に空孔を導入することが有効ではあるが、屈折率差を容易に増大させることができる方法は未だ見出されていない。
【０００６】
一方、ミクロ相分離構造の１成分中に空孔を導入する方法として、上記特許文献４に記載されている方法も知られている。特許文献４では、溶液キャスト法によりミクロ相分離構造体を得る際にミクロ相分離構造の１成分のみに相溶するポリマー、オリゴマー、モノマー等の添加成分を添加して溶液キャストフィルムを作製した後、当該添加成分が溶解可能な溶媒で添加成分を抽出する方法が開示されている。しかしながら、本発明者は、特許文献４の方法により屈折率差の増大を検証したが、添加成分の溶出過程においてフィルムが溶解する等して変形し、形成したミクロ相分離構造が大きく乱れてしまい光学特性が低下することを見出した。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決しようとするものであり、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ることが可能なミクロ相分離構造体フィルムの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法は、空孔が選択的に形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルムの製造方法であって、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射し光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る工程と、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに染み込ませて可塑剤を樹脂フィルムから除去する工程と、溶媒を樹脂フィルムから除去して上記ミクロ相分離構造体フィルムを得る工程と、を備え、ブロック共重合体が、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、樹脂フィルムが、第１のポリマー鎖を含有する第１のミクロドメインと、第２のポリマー鎖を含有する第２のミクロドメインと、を含むミクロ相分離構造を有し、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が、第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高く、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【０００９】
本発明では、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射して光重合性モノマーを光重合させることにより、可塑剤を含有する樹脂フィルムが得られる。このような樹脂フィルムでは、樹脂フィルムが可塑剤を含有することにより、ミクロ相分離構造を保持し易いと共に、フィルムの力学的特性を向上させることができる。また、上記樹脂フィルムでは、光重合性モノマーの光重合によってブロック共重合体の３次元架橋が進行していることにより、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに染み込ませる場合であっても、樹脂フィルムが変形することが抑制されている。
【００１０】
そして、本発明では、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに染み込ませて可塑剤を樹脂フィルムから除去することにより、樹脂フィルム中の可塑剤が溶媒によって溶出すると共に、樹脂フィルムにおける可塑剤が存在していた空間に溶媒が取り込まれることとなる。その後、樹脂フィルム中に残存する溶媒を樹脂フィルムから除去することにより、溶媒が存在していた空間に空孔が形成される。これにより、空孔が形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルムが得られる。
【００１１】
また、本発明では、ブロック共重合体が、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、樹脂フィルムが、第１のポリマー鎖を含有する第１のミクロドメインと、第２のポリマー鎖を含有する第２のミクロドメインと、を含むミクロ相分離構造を有している。ここで、樹脂フィルムにおける一のミクロドメインのみ、例えば第１のミクロドメインのみが可塑剤を含有する場合、第１のミクロドメインのみに空孔が形成されるため、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【００１２】
一方、本発明では、樹脂フィルムにおける第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインの双方が可塑剤を含有する場合においても、下記のとおり空孔が選択的に形成される。すなわち、まず、本発明では、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高い。この場合、第１のポリマー鎖を含む第１のミクロドメインでは、第１のミクロドメインに溶媒が染み込むと、ポリマー鎖と溶媒との接触を促進するように、溶媒が占有する空間が拡大する傾向がある。これにより、溶媒が占有する空間の大きさは、第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインの方が大きくなる傾向がある。その後、溶媒を樹脂フィルムから除去することにより、溶媒が占有していた空間が空孔として形成される。これにより、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインのそれぞれに空孔が形成されるものの、第１のミクロドメインに形成された空孔は、第２のミクロドメインに形成された空孔よりも大きくなる。したがって、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【００１３】
本発明では、上記のとおり、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。これにより、第１のミクロドメインにおける屈折率を選択的に変化させることが可能であり、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインの屈折率差を容易に大きくすることができる。したがって、本発明では、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ることができる。このようなミクロ相分離構造体フィルムでは、例えば、当該フィルムの反射率を増加させることが可能であり、フィルムに金属光沢を付与することができる。
【００１４】
ブロック共重合は、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）であることが好ましい。この場合、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを更に容易に得ることができる。
【００１５】
ブロック共重合がポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）である場合において、溶媒は、アルコールであることが好ましい。また、アルコールの炭素数は、１〜４であることが好ましい。さらに、アルコールは、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−１−プロパノール、２−ブタノール及び２−メチル−２−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種であることがより好ましい。これらの場合、優れた光学特性を有するミクロ相分離構造体フィルムを更に容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、優れた光学特性（例えば反射率、透過ブロック特性）を有するミクロ相分離構造体フィルムを容易に得ることができる。このようなミクロ相分離構造体フィルムは、光学フィルタや構造色材料として有用である。構造色材料は、例えば、可視光範囲に構造色を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法により得られるミクロ相分離構造体フィルムを示す図である。
【図２】実施例１〜３のミクロ相分離構造体フィルムのＳＥＭ写真である。
【図３】比較例２〜４のミクロ相分離構造体フィルムのＳＥＭ写真である。
【図４】ミクロ相分離構造体フィルムの反射分光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
＜ミクロ相分離構造体フィルム＞
図１は、本実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法により得られるミクロ相分離構造体フィルムを示す図である。図１（ａ）は、ミクロ相分離構造体フィルムの斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿った模式断面図である。図１に示すミクロ相分離構造体フィルム１０（以下、「フィルム１０」という。）は、互いに略平行に対向する表面（一方の主面）１０ａ及び裏面（他方の主面）１０ｂを有している。フィルム１０の厚さは、例えば１０〜３００μｍである。フィルム１０の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、円形であってもよく（図１（ａ））、矩形であってもよい。
【００２０】
フィルム１０は、例えば高分子ホトニック結晶によって形成された構造発色体である。高分子ホトニック結晶は、ブロック共重合体（高分子ブロック共重合体）を含有している。「ブロック共重合体」とは、２種以上のポリマー鎖（構成ブロック鎖、セグメント）が結合した共重合体であり、例えば、モノマーＡを構造単位とする第１のポリマー鎖と、モノマーＢを構造単位とする第２のポリマー鎖とがポリマー鎖の末端同士で結合した共重合体が挙げられる。
【００２１】
ブロック共重合体としては、例えば、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（エチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（プロピルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｎ−ブチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（イソプロピルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ペンチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ヘキシルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（デシルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ドデシルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（メチルアクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリブタジエン、ポリスチレン−ｂ−ポリイソプレン、ポリスチレン−ｂ−ポリジメチルシロキサン、ポリブタジエン−ｂ−ポリジメチルシロキサン、ポリイソプレン−ｂ−ポリジメチルシロキサン、ポリビニルピリジン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリビニルピリジン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）、ポリビニルピリジン−ｂ−ポリブタジエン、ポリビニルピリジン−ｂ−イソプレン、ポリブタジエン−ｂ−ポリビニルナフタレン、ポリビニルナフタレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリビニルナフタレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）等の２元ブロック共重合体、及び、ポリスチレン−ｂ−ポリブタジエン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリブタジエン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリイソプレン−ｂ−ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン−ｂ−ポリイソプレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）等の３元ブロック共重合体などが挙げられる。なお、ブロック共重合体は、ポリマー鎖間で屈折率が異なれば上記に限られるものではない。なお、図１（ａ）では、フィルム１０がブロック共重合体として２元ブロック共重合体を含有する形態を一例として示している。ブロック共重合体の含有量は、フィルム１０の全質量基準で例えば７〜１５質量％である。
【００２２】
ブロック共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は、構造発色体としての発色性を発現させる周期構造が良好に得られる観点から、８．０×１０５（ｇ／ｍｏｌ）以上が好ましく、９．０×１０５（ｇ／ｍｏｌ）以上がより好ましく、１．０×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以上が更に好ましい。ブロック共重合体の重量平均分子量は、構造発色体としての発色性を発現させる周期構造が良好に得られる観点から、３．０×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以下が好ましく、２．５×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以下がより好ましく、２．０×１０６（ｇ／ｍｏｌ）以下が更に好ましい。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いてポリスチレン換算の重量平均分子量として得ることができる。
【００２３】
フィルム１０は、ミクロ相分離構造１３を有している。「ミクロ相分離構造」とは、複数のミクロドメインが周期的に配置された集合体をいう。「ミクロドメイン」とは、ブロック共重合体の異種のポリマー鎖が互いに混じり合うことなく相分離して形成される相である。
【００２４】
ミクロ相分離構造１３は、ラメラ状のミクロドメイン１５を含んでいる。ミクロドメイン１５は、複数のミクロドメイン１５ａと複数のミクロドメイン１５ｂとを有しており、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂは、層状に交互に積層されている。ミクロドメイン１５ａ，１５ｂのそれぞれは、例えば、表面１０ａ又は裏面１０ｂの少なくとも一方に対して略平行に配向していてもよい。また、ミクロドメイン１５ａ，１５ｂのそれぞれは、フィルム１０の厚さ方向に振幅を有する波状であってもよい。
【００２５】
フィルム１０では、秩序だった特徴的なミクロドメイン構造をブロック共重合体が形成している。ミクロドメイン１５ａは、ブロック共重合体の一のポリマー鎖を含んでおり、ミクロドメイン１５ａ同士は、互いに同種のポリマー鎖を含んでいる。また、ミクロドメイン１５ｂは、ブロック共重合体の他のポリマー鎖を含んでおり、互いに同種のポリマー鎖を含んでいる。ミクロ相分離構造１３は、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈折率が互いに異なっていることにより、ミクロドメイン１５ａとミクロドメイン１５ｂとが交互に積層されて形成された屈折率周期構造を有している。
【００２６】
なお、フィルム１０におけるミクロドメインの形態（モルホロジー）はラメラ状に限定されるものではない。ミクロドメインの形態は、ブロック共重合体の組成に応じて変化し、一のミクロドメインが他のミクロドメインからなるマトリックス中に存在する形態であってもよい。このような形態としては、例えば、上記一のミクロドメインが円柱状であるシリンダー状の形態、上記一のミクロドメインが球状である形態、上記一のミクロドメインが網の目構造を有するギロイド状の形態等が挙げられる。
【００２７】
本実施形態では、ミクロ相分離構造１３において空孔（空隙）１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されている。本実施形態では、例えば、ミクロドメイン１５ａに空孔１７が形成されているのに対し、ミクロドメイン１５ｂには、空孔１７が形成されていない。空孔１７には、例えば、空気等の気体が満たされている。空孔１７の平均孔径は、例えば１０〜２００ｎｍであり、ミクロドメインの空孔率は、例えば５〜３０体積％である。
【００２８】
空気等の気体が満たされた空孔が、ブロック共重合体を含むミクロドメインに形成されることにより、ミクロドメインの屈折率は低下する傾向がある。そのため、本実施形態では、ミクロドメイン１５ａに空孔１７が形成されていることにより、空孔１７が形成されていない状態に比してミクロドメイン１５ａの屈折率は小さくなる傾向がある。これにより、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を容易に大きくすることができる。ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を更に大きくする観点から、ミクロドメインに空孔が形成されていない状態において、空孔１７が形成されるミクロドメイン１５ａの屈折率は、ミクロドメイン１５ｂの屈折率よりも小さいことが好ましい。また、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を更に大きくする観点から、ミクロドメイン１５ａに含まれる第１のポリマー鎖の屈折率は、ミクロドメイン１５ｂに含まれる第２のポリマー鎖の屈折率に比して小さいことが好ましい。
【００２９】
ミクロドメイン１５ｂには、図１（ａ）に示すように空孔が形成されていなくてもよいが、空孔が形成されていてもよい。ミクロドメイン１５ｂに空孔が形成されている場合、例えばミクロドメイン１５ａの空孔率がミクロドメイン１５ｂの空孔率よりも高い状態でミクロドメイン１５ａ，１５ｂに空孔が形成されることにより、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されている。
【００３０】
フィルム１０を構成する高分子ホトニック結晶は、ブロック共重合体以外の構成成分として、ブロック共重合体及び後述する光重合開始剤を可溶な光重合性モノマーを光重合開始剤の存在下で光重合させて得られる光硬化性樹脂（高分子化合物）を含有している。上記光重合性モノマーとしては、アクリレート及びメタクリレートからなる群より選ばれる少なくとも一種が好ましい。
【００３１】
上記光重合性モノマーとしては、単官能性モノマー又は多官能性モノマーのいずれでもよく、例えばカルボキシエチルアクリレート、イソボニルアクリレート、オクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、オクチルメタクリレート、２−エチルヘキシル−ジグリコールアクリレート等の単官能モノマー、ジエチレングリコールアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、１,９−ノナンジオールジアクリレート、ポリプロピレングレコールジアクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジアクリレート、ジシクロペンタニルジアクリレート、ジシクロペンテニルジアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、４，４′−ジアクリロイルオキシスチルベン、ジエチレングリコールメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールメタクリレート、１,９−ノナンジオールジメタクリレート、ジシクロペンタニルジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ＥＯ変性ビスフェノールＡジメタクリレート、トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート等の多官能モノマーが挙げられる。上記光重合性モノマーとしては、多官能モノマーが好ましく、ジシクロペンタニルアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールアクリレート、１，９−ノナンジオールジアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリトリトールヘキサアクリレートがより好ましい。上記光重合性モノマーは、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。光硬化性樹脂の含有量は、フィルム１０の全質量基準で例えば４０〜９０質量％である。
【００３２】
また、フィルム１０を構成する高分子ホトニック結晶は、ブロック共重合体及び光硬化性樹脂以外に他の成分を含有していてもよい。他の成分としては、例えば、可塑剤、溶媒等が挙げられる。可塑剤や溶媒としては、フィルム１０の製造方法において後述する可塑剤や溶媒が挙げられる。
【００３３】
本実施形態に係るフィルム１０は、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有するブロック共重合体と、光重合性モノマーを光重合させて得られる光硬化性樹脂と、を含有すると共に、第１のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ａと、第２のポリマー鎖を含むミクロドメイン１５ｂと、を含むミクロ相分離構造１３を有している。このようなフィルム１０では、光重合性モノマーの光重合によって３次元架橋が進行していることにより、ミクロ相分離構造１３が良好に保持されている。
【００３４】
そして、フィルム１０では、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されている。これにより、空孔１７が形成されていない状態に比してミクロドメイン１５ａの屈折率は小さくなる傾向があり、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を容易に大きくすることができる。したがって、フィルム１０では、優れた光学特性を得ることができる。
【００３５】
＜ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法＞
本実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法は、例えば準備工程、光重合工程、可塑剤溶出工程及び溶媒除去工程をこの順に備えている。
【００３６】
準備工程では、まず、上記ブロック共重合体を重合する。ブロック共重合体の重合方法としては、例えばリビングアニオン重合等が挙げられる。ミクロドメインの形態（モルホロジー）は、重合時のモノマー仕込み量を制御する等により調整することができる。
【００３７】
次に、例えば、上記ブロック共重合体及び光重合開始剤を可溶な上記光重合性モノマーにブロック共重合体及び光重合開始剤を溶解させた後に、当該光重合性モノマーと可塑剤とを混合して、ブロック共重合体、光重合開始剤、光重合性モノマー及び可塑剤を含有するポリマー溶液を調製する。このようなポリマー溶液を調製した段階において、例えば、ブロック共重合体の自己組織化によりミクロ相分離構造が形成されている。
【００３８】
ポリマー溶液中のブロック共重合体の含有量は、作製プロセスにおいて粘度を下げるために加熱する必要が無く、室温においてある程度低粘度で流動性を有するポリマー溶液とする観点から、ポリマー溶液の全質量基準で３〜３０質量％が好ましく、５〜２０質量％がより好ましく、７〜１５質量％が更に好ましい。ブロック共重合体の含有量が３質量％未満であると、ミクロ相分離構造を形成する際の偏析力が減少する傾向があり、ミクロ相分離構造の規則性が低下する傾向がある。ブロック共重合体の含有量が３０質量％を超えると、偏析力は増大するものの、粘度が増加するため、流動場印加による配向制御が難化する傾向がある。
【００３９】
光重合性モノマーとしては、上述した光重合性モノマーを用いることができる。ポリマー溶液中の光重合性モノマーの含有量は、ポリマー溶液の全質量基準で例えば４０〜９０質量％である。
【００４０】
光重合開始剤は、活性光線照射により活性化し得る重合開始剤である。光重合開始剤としては、活性光線の照射により分子が開裂してラジカルとなり、光重合性を有するポリマー又はモノマーとラジカル重合反応を引き起こすことにより、材料を高分子量化（架橋）させてゲル化を進行させるラジカル型光重合開始剤が挙げられる。光重合開始剤としては、ベンジルジメチルケタール、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−アミノアルキルフェノン等が挙げられ、具体的には、ＩＲＧＡＣＵＲＥ６５１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）等が挙げられる。これらの光重合開始剤は、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して用いてもよい。光重合開始剤の含有量は、光重合性モノマーの全質量基準で例えば０．０５〜０．５質量％である。
【００４１】
可塑剤は、可塑剤溶出工程で使用する溶媒に溶解するものであればよく、常温において固体状及び液状のいずれであってもよい。また、溶媒は、光重合性モノマーに対する溶解性が低いことが好ましい。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル等のフタル酸エステル、アジピン酸エステル、リン酸エステル、トリメリット酸エステル及びクエン酸エステルからなる群より選ばれる少なくとも一種が挙げられる。これらの中でも、高規則性のミクロ相分離構造を形成させる観点から、フタル酸エステルが好ましい。また、可塑剤は、ブロック共重合体のそれぞれのポリマー鎖に対する相溶性に差があってもよい。可塑剤の含有量は、溶媒処理によって空孔を導入し易くなる観点から、ポリマー溶液の全質量基準で５〜６０質量％が好ましく、１０〜５０質量％がより好ましく、２０〜４０質量％が更に好ましい。可塑剤の含有量が５質量％未満であると、十分な空孔を導入することが困難となる傾向がある。可塑剤の含有量が６０質量％を超えると、ミクロ相分離構造体フィルムの力学的強度が低下する傾向がある。
【００４２】
光重合工程では、ポリマー溶液を所望の形状に成形した後に、ポリマー溶液に活性光線（例えば紫外線）を照射することによりポリマー溶液中の光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る。この場合、光重合性モノマーの３次元的な架橋反応が進行し、簡易な方法でミクロ相分離構造を固定化することができる。活性光線の強度は、例えば１０００〜２０００μＷ／ｃｍ２である。なお、ポリマー溶液に活性光線を照射する前に、ポリマー溶液にずり流動場等を印加して、ミクロドメインの配向性を調整してもよい。
【００４３】
可塑剤溶出工程では、可塑剤を可溶な溶媒を樹脂フィルムに接触させて溶媒を樹脂フィルムに染み込ませることにより、樹脂フィルムのミクロドメイン中に含まれる可塑剤を溶媒に溶解させて溶出させる。溶媒を樹脂フィルムに染み込ませる方法としては、樹脂フィルムを溶媒に浸漬する方法、溶媒を樹脂フィルムに吹き付ける方法、樹脂フィルムの主面に溶媒を滴下する方法等が挙げられる。なお、可塑剤溶出工程後において、可塑剤の一部が樹脂フィルム内に残存していてもよい。
【００４４】
溶媒としては、ブロック共重合体のポリマー鎖の少なくとも一つに対して相溶性を有する溶媒を用い、ブロック共重合体の第１のポリマー鎖に対する相溶性と第２のポリマー鎖に対する相溶性とが互いに異なる溶媒を用いる。すなわち、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性は、第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高い。
【００４５】
溶媒としては、可塑剤を好適に溶解可能である観点から、有機溶媒が挙げられる。また、溶媒としては、効果的にミクロドメイン間の屈折率差を増大させる観点から、空孔が形成されるミクロドメインに含まれるポリマー鎖と相溶し易い溶媒が好ましく、例えば、第２のポリマー鎖に比して第１のポリマー鎖に相溶し易い溶媒を用いることが好ましい。
【００４６】
また、溶媒としては、溶媒除去工程において空孔の大きさを維持しつつ溶媒を除去し易いため効果的に空孔を導入することができる観点から、沸点が低く揮発性が高い溶媒が好ましく、例えば沸点が１００℃以下の溶媒がより好ましい。
【００４７】
溶媒としては、ブロック共重合体がポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）の場合、アルコールが好ましく、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−１−プロパノール、２−ブタノール、２−メチル−２−プロパノール等がより好ましく、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノールが更に好ましい。これらの溶媒は、ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）に対する相溶性がポリスチレンに対する相溶性に比して高い傾向がある。上記アルコールの炭素数は、１〜４が好ましく、１〜３がより好ましい。アルコールの炭素数が４を超えると、沸点が高くなり良好に空孔を導入することが困難となる傾向がある。
【００４８】
また、ブロック共重合体がポリスチレン−ｂ−ポリブタジエンの場合、アルカン化合物が好ましく、ｎ−ブタン、２−メチルプロパン、ｎ−ペンタン、２−メチルブタン、２，２−ジメチルプロパン、ｎ−へキサン、ｎ−オクタン、等の低沸点のアルカン化合物がより好ましい。これらの溶媒は、ポリブタジエンに対する相溶性がポリスチレンに対する相溶性に比して高い傾向がある。上記アルカン化合物の炭素数は、４〜８が好ましく、５〜６がより好ましい。アルカン化合物の炭素数が４未満であると、常温常圧で気体であり、取り扱いが困難となる傾向がある。アルカン化合物の炭素数が８を超えると、沸点が高くなり良好に空孔を導入することが困難となる傾向がある。
【００４９】
本実施形態では、良好な光学特性を得るために、ブロック共重合体の第１のポリマー鎖に対する相溶性と第２のポリマー鎖に対する相溶性とに応じて、ポリマー鎖に対する相溶性に差がある選択溶媒を適宜使用することができる。３元以上のブロック共重合体においても、同様に、各ポリマー鎖の相溶性に応じて溶媒を選択することができる。また、上記溶媒は、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００５０】
溶媒除去工程では、樹脂フィルム中に残存する溶媒を樹脂フィルムから除去する。樹脂フィルムの溶媒の除去方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ブロワー等で樹脂フィルムを乾燥して溶媒を樹脂フィルムから除去する。なお、溶媒除去工程後において溶媒の一部が樹脂フィルム内に残存していてもよい。
【００５１】
本実施形態では、上記工程を経ることにより、空孔が形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルム（例えばフィルム１０）を得ることができる。具体的には、可塑剤溶出工程において、樹脂フィルムに接した溶媒が樹脂フィルム内に浸透して可塑剤と接触することにより、可塑剤が溶媒に溶解することとなる。そして、溶媒中に溶解した可塑剤は、溶媒と共にフィルム外に除去されることや、溶媒内を拡散してフィルム外に除去されることにより、樹脂フィルムから溶出する。これにより、樹脂フィルムにおける可塑剤が占有していた空間に溶媒が満たされて、樹脂フィルム中に溶媒が分散した状態となる。
【００５２】
ところで、上記樹脂フィルムは、（ａ）第１のポリマー鎖を含む第１のミクロドメインにのみ可塑剤が分散され、第２のポリマー鎖を含む第２のミクロドメインに可塑剤が分散されていない状態であってもよく、（ｂ）第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインのいずれにも可塑剤が分散された状態であってもよい。上記（ａ）の場合、可塑剤溶出工程において、第１のミクロドメインの内部にのみ溶媒が残存することとなり、溶媒除去工程において、第１のミクロドメインに残存する溶媒が樹脂フィルムから除去されることにより、当該溶媒が占有していた空間に空孔が形成される。これにより、第１のミクロドメインの内部にのみ空孔が形成され、第２のミクロドメインの内部には空孔が形成されていない状態となる。すなわち、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成されることとなる。
【００５３】
上記（ｂ）の場合、可塑剤溶出工程において、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインの双方の内部に溶媒が残存することとなる。この場合、ミクロドメインのそれぞれに対して同等の相溶性を有する溶媒を用いると、溶媒除去工程においてミクロドメインのそれぞれから溶媒が除去されてミクロドメインのそれぞれに同程度に空孔が形成されることとなり、ミクロドメイン間の屈折率差を充分に大きくすることが困難となる。
【００５４】
一方、本実施形態では、第１のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性が第２のポリマー鎖に対する溶媒の相溶性よりも高い。この場合、第１のポリマー鎖を含む第１のミクロドメインでは、第１のミクロドメインに溶媒が染み込むと、ポリマー鎖と溶媒との接触を促進するように、溶媒が占有する空間が拡大する傾向がある。これにより、溶媒が占有する空間の大きさは、第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインの方が大きくなる傾向がある。その後、溶媒除去工程において溶媒が除去されることにより、当該溶媒が占有していた空間が空孔として形成される。これにより、第１のミクロドメイン及び第２のミクロドメインのそれぞれに空孔が形成されるものの、第１のミクロドメインに形成された空孔は、第２のミクロドメインに形成された空孔よりも大きくなる。したがって、空孔が第２のミクロドメインよりも第１のミクロドメインに選択的に形成される。
【００５５】
本実施形態に係るミクロ相分離構造体フィルムの製造方法では、ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射して光重合性モノマーを光重合させることにより、可塑剤を含有する樹脂フィルムが得られる。このような樹脂フィルムでは、樹脂フィルムが可塑剤を含有することにより、ミクロ相分離構造を保持し易いと共に、フィルムの力学的特性（例えば曲げ変形性能）を向上させることができる。また、上記樹脂フィルムでは、光重合性モノマーの光重合によってブロック共重合体の３次元架橋が進行していることにより、可塑剤を溶解可溶な溶媒を樹脂フィルムに接触させる場合であっても、樹脂フィルムが変形することが抑制されている。
【００５６】
そして、本実施形態では、上述のとおり、空孔１７がミクロドメイン１５ｂよりもミクロドメイン１５ａに選択的に形成されたフィルム１０が得られる。このようなフィルム１０は、空孔１７が形成されていない状態に比してミクロドメイン１５ａの屈折率は小さくなる傾向があり、ミクロドメイン１５ａ及びミクロドメイン１５ｂの屈性率差を容易に大きくすることができる。したがって、フィルム１０では、優れた光学特性を有するフィルム１０を容易に得ることができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５８】
＜構造発色フィルムの作製＞
（実施例１）
ブロック共重合体として、ポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）（ＰＳ−ｂ−Ｐ（ｔ−ＢｕＭＡ）、重量平均分子量１．８×１０６［ｇ/ｍｏｌ］、組成ＰＳ：Ｐ（ｔ−ＢｕＭＡ）＝４９：５１［ｖｏｌ％］）を真空下リビングアニオン重合により合成した。次に、光重合性モノマーである１，６−ヘキサンジオールアクリレート（別名「１，６−ビス（アクリロイルオキシ）ヘキサン」）と、可塑剤であるフタル酸ジオクチルとを質量比７０：３０で含有する混合溶媒に、上記ブロック共重合体を混合物の全質量基準で１０．０質量％となるように溶解させて混合物を得た。また、１，６−ヘキサンジオールアクリレートの含有量に対して０．３質量％となるように、光重合開始剤としてＩＲＧＡＣＵＲＥ６５１（チバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製）を混合物に添加してポリマー溶液を得た。このポリマー溶液には、ラメラ状のブロック共重合体ミクロ相分離構造が形成されており、ポリマー溶液は、ミクロ相分離構造の周期構造に起因した構造発色を呈していた。
【００５９】
厚さ０．０８ｍｍ、開口部内径４０ｍｍのリング状スペーサを円形の石英ガラス板（直径５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）の主面上に配置した後、上記ポリマー溶液をスペーサの開口部内に滴下した。続いて、上記と同様の円形の石英ガラス板をスペーサ上に配置し、ポリマー溶液を石英ガラス板で上下に挟み、円形の膜状に展開させた。
【００６０】
その後、５分間紫外線をポリマー溶液に照射（１２００μＷ／ｃｍ２）してポリマー溶液を硬化させ、可塑剤を含有したミクロ相分離構造を有する樹脂フィルムを得た。
【００６１】
可塑剤を含有する樹脂フィルムをメタノール（溶媒）に浸漬し、１５時間放置してフィルム中の可塑剤を溶出させた。その後、フィルムを溶媒から取り出し、ブロワーで溶媒を乾燥させて構造発色フィルムを得た。
【００６２】
乾燥後、メタノール処理したフィルムに強いミラー状の金属光沢が観察された。フィルムは、光重合性モノマーの３次元的な架橋により固定化されているため、フィルムが溶媒に溶解する等の大きな形状変化は確認されなかった。浸漬前後の質量比較から、フィルム中に含有していた可塑剤分の質量減少が観察され、可塑剤溶出が確認された。また、体積収縮も観察された。構造発色フィルムの厚さは０．０７５ｍｍであった。
【００６３】
（実施例２）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてエタノールを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理（可塑剤溶出処理）を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。
【００６４】
エタノール処理したフィルムに強いミラー状の金属光沢が観察された。フィルムが溶媒に溶解する等の大きな形状変化は確認されなかった。フィルム中に含有していた可塑剤分の質量減少が観察され、可塑剤溶出が確認された。また、体積収縮も観察された。構造発色フィルムの厚さは０．０７５ｍｍであった。
【００６５】
（実施例３）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてｔｅｒｔ−ブチルアルコールを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。
【００６６】
ｔｅｒｔ−ブチルアルコール処理したフィルムに強いミラー状の金属光沢が観察された。フィルムが溶媒に溶解する等の大きな形状変化は確認されなかった。フィルム中に含有していた可塑剤分の質量減少が観察され、可塑剤溶出が確認された。また、体積収縮も観察された。構造発色フィルムの厚さは０．０７５ｍｍであった。
【００６７】
（比較例１）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。樹脂フィルムに対して溶媒処理を施すことなく、樹脂フィルムを構造発色フィルムとして準備した。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００６８】
（比較例２）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてｎ−ヘキサンを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００６９】
（比較例３）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてアセトンを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００７０】
（比較例４）
まず、実施例１と同様の手法により樹脂フィルムを得た。次に、メタノールに代えてテトラヒドロフランを用いた点を除いて実施例１と同様の手法により溶媒処理を樹脂フィルムに施し、構造発色フィルムを得た。構造発色フィルムには、強いミラー状の金属光沢が観察されなかった。
【００７１】
＜構造観察＞
溶媒処理後における構造発色フィルムの断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察結果を図２，３に示す。図２は、実施例１〜３の構造発色フィルムのＳＥＭ写真であり、図３は、比較例２〜４の構造発色フィルムのＳＥＭ写真である。
【００７２】
溶媒処理により構造発色フィルムに多数の空孔が形成されていることが観察された。ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）に対する相溶性がポリスチレンに対する相溶性に比して高い溶媒を用いた実施例１〜３では、３次元架橋により保持されたミクロ相分離構造の片側のミクロドメインに選択的に空孔が形成されていることが観察された（図２）。いずれのポリマー鎖に対しても十分な相溶性を有していない比較例２では、ミクロ相分離構造の片側のミクロドメインに選択的に空孔が形成されていることが観察されなかった。また、ポリマー鎖に対する相溶性がそれぞれのポリマー鎖について同等である比較例３および４についても、ミクロ相分離構造の片側のミクロドメインに選択的に空孔が形成されていることが観察されなかった。
【００７３】
＜光学特性評価＞
マルチチャンネル分光測光ＰＭＡ−１２（浜松ホトニクス社製）を用いて、構造発色フィルムの反射分光スペクトルを測定した。図４は、構造発色フィルムの反射分光スペクトルを示す図である。溶媒処理によって、フィルムは僅かに収縮するため、反射波長の低波長側へのシフトが観察された。反射率は、実施例１〜３において大幅に増大していることが確認された。実施例１〜３では、ミクロ相分離構造におけるミクロドメインの片側成分のみに選択的に空孔が形成されているため、屈折率周期構造の屈折率差が増大して、反射率が増大したものと推測される。一方、比較例１〜４では、反射率は小さいものであり、溶媒処理を施しても反射率に大きな変化は観察されなかった。
【符号の説明】
【００７４】
１０…ミクロ相分離構造体フィルム、１３…ミクロ相分離構造、１５，１５ａ，１５ｂ…ミクロドメイン、１７…空孔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空孔が選択的に形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルムの製造方法であって、
ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射し前記光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る工程と、
前記可塑剤を溶解可溶な溶媒を前記樹脂フィルムに染み込ませて前記可塑剤を前記樹脂フィルムから除去する工程と、
前記溶媒を前記樹脂フィルムから除去して前記ミクロ相分離構造体フィルムを得る工程と、を備え、
前記ブロック共重合体が、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、
前記樹脂フィルムが、前記第１のポリマー鎖を含有する第１のミクロドメインと、前記第２のポリマー鎖を含有する第２のミクロドメインと、を含むミクロ相分離構造を有し、
前記第１のポリマー鎖に対する前記溶媒の相溶性が、前記第２のポリマー鎖に対する前記溶媒の相溶性よりも高く、
前記空孔が前記第２のミクロドメインよりも前記第１のミクロドメインに選択的に形成される、ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記ブロック共重合がポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記溶媒がアルコールである、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アルコールの炭素数が１〜４である、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記アルコールが、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−１−プロパノール、２−ブタノール及び２−メチル−２−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１のミクロドメイン及び前記第２のミクロドメインがラメラ状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１】
空孔が選択的に形成されたミクロドメインを有するミクロ相分離構造体フィルムの製造方法であって、
ブロック共重合体、光重合性モノマー、光重合開始剤及び可塑剤を含有する溶液に光を照射し前記光重合性モノマーを光重合させて樹脂フィルムを得る工程と、
前記可塑剤を溶解可溶な溶媒を前記樹脂フィルムに染み込ませて前記可塑剤を前記樹脂フィルムから除去する工程と、
前記溶媒を前記樹脂フィルムから除去して前記ミクロ相分離構造体フィルムを得る工程と、を備え、
前記ブロック共重合体が、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を有し、
前記樹脂フィルムが、前記第１のポリマー鎖を含有する第１のミクロドメインと、前記第２のポリマー鎖を含有する第２のミクロドメインと、を含むミクロ相分離構造を有し、
前記第１のポリマー鎖に対する前記溶媒の相溶性が、前記第２のポリマー鎖に対する前記溶媒の相溶性よりも高く、
前記空孔が前記第２のミクロドメインよりも前記第１のミクロドメインに選択的に形成される、ミクロ相分離構造体フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記ブロック共重合がポリスチレン−ｂ−ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート）である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記溶媒がアルコールである、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アルコールの炭素数が１〜４である、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記アルコールが、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−１−プロパノール、２−ブタノール及び２−メチル−２−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１のミクロドメイン及び前記第２のミクロドメインがラメラ状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【図１】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８３７６６（Ｐ２０１３−８３７６６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２９８２（Ｐ２０１１−２２２９８２）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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