專利名稱：三(氧雜環(huán)丁烷)化合物、制備該化合物的方法以及使用該化合物的光波導(dǎo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠陽離子聚合且具有氧雜環(huán)丁烷環(huán)的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物，制備該化合物的方法，以及包含該化合物的光波導(dǎo)。含有三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的可光固化樹脂組合物和可熱固化樹脂組合物具有優(yōu)異的耐熱性、機(jī)械性能、降低的吸水性能、涂覆平直度和粘附性。
背景技術(shù)：
作為能夠進(jìn)行光引發(fā)陽離子聚合或固化的單體，近來氧雜環(huán)丁烷化合物已經(jīng)引起人們的注意，而且隨著許多單官能和多官能氧雜環(huán)丁烷化合物的開發(fā)，人們已經(jīng)提出各種氧雜環(huán)丁烷的合成方法。
作為這樣的氧雜環(huán)丁烷化合物，由下式(4)代表的氧雜環(huán)丁烷化合物公開在專利文獻(xiàn)中(參見專利文獻(xiàn)1) (其中，R5為氫原子、氟原子、具有1-6個(gè)碳原子的烷基、具有1-6個(gè)碳原子的氟代烷基、烯丙基、芳基、呋喃基或噻吩基；R6為選自鏈狀或支化的聚(亞烷氧基)基團(tuán)、亞二甲苯基、硅氧烷鍵和酯鍵的基團(tuán)；Z是氧原子或硫原子；且m是2-4的整數(shù))。
此外，人們已經(jīng)提出了由下式(5)代表的具有氧雜環(huán)丁烷環(huán)的聯(lián)苯基衍生物和由下式(6)代表的具有氧雜環(huán)丁烷環(huán)的聯(lián)苯基衍生物(參見專利文獻(xiàn)2和3) (其中，R7是氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基)， (其中R8-R11各自代表氫原子或甲基；且R12和R13各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基)。
上述化合物通常通過使用諸如氫氧化鈉和氫氧化鉀的堿金屬作為堿并在堿存在下合成氧雜環(huán)丁烷磺酸酯和對應(yīng)于氧雜環(huán)丁烷磺酸酯的二價(jià)酚化合物而得到。此外，根據(jù)需要使用相轉(zhuǎn)移催化劑如季銨鹽以提高合成中的化合物收率。而且，以前已將氧雜環(huán)丁烷化合物用作用于涂料組分和粘合劑的材料以提高耐熱性，粘附性等，近來人們提出使用氧雜環(huán)丁烷化合物作為用于形成光波導(dǎo)的材料(參見專利文獻(xiàn)4和5)。將光波導(dǎo)并入到光波導(dǎo)裝置、集成光路和光學(xué)線路板等中并將其廣泛用于光通信、光學(xué)信息處理領(lǐng)域以及類似的一般光學(xué)領(lǐng)域中。
專利文獻(xiàn)1JP-A-6-16804專利文獻(xiàn)2JP-A-11-106380專利文獻(xiàn)3JP-A-2001-31665專利文獻(xiàn)4JP-A-2000-356720
專利文獻(xiàn)5JP-A-2003-147045發(fā)明內(nèi)容然而，在氧雜環(huán)丁烷化合物中，聯(lián)苯基衍生物是具有低分子量的化合物且其具有低粘度，這例如使得其難以在基材上形成厚膜。此外，不理想的是，聯(lián)苯基衍生物由于雙官能度而需要長的固化時(shí)間。此外，除了聯(lián)苯基衍生物以外的其他氧雜環(huán)丁烷化合物具有的問題是難以形成所需厚度的膜，而且難以獲得理想的固化性。
當(dāng)該類常規(guī)氧雜環(huán)丁烷化合物用作用于形成光波導(dǎo)的材料時(shí)，由于難以穩(wěn)定固化具有同樣形狀的光波導(dǎo)，因此存在的問題是波導(dǎo)性質(zhì)波動(dòng)且難以以常規(guī)方式形成厚膜。
此外，常規(guī)氧雜環(huán)丁烷化合物合成方法具有的問題是氧雜環(huán)丁基基團(tuán)的引入不定量，從而導(dǎo)致所需氧雜環(huán)丁烷化合物的收率低。而且，由于以副產(chǎn)物產(chǎn)生具有非反應(yīng)性羥基的化合物，因此通常需要復(fù)雜的操作以獲得所需的氧雜環(huán)丁烷化合物。
在上述背景下，完成了本發(fā)明，且本發(fā)明的目的是提供一種新型的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物，其能夠產(chǎn)生具有優(yōu)異的厚膜形成性能、固化性、耐熱性等的聚合物，提供生產(chǎn)所述化合物的方法以及提供包含所述化合物的光波導(dǎo)。


圖1是表示本發(fā)明光波導(dǎo)的一個(gè)實(shí)例的水平截面視圖。
圖2A至2F是用于說明本發(fā)明的光波導(dǎo)的制備步驟的示意圖。
參考數(shù)字和標(biāo)記的說明1基材2覆層
3芯具體實(shí)施方式
也就是說，本發(fā)明涉及下列(1)至(5)項(xiàng)。
(1)由下式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基；R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；以及R9各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基。
(2)制備根據(jù)(1)的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的方法，其包括使由下式(2)代表的酚類化合物與銫鹽反應(yīng)從而得到銫酚鹽 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基且R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；和使該銫酚鹽與由下式(3)代表的3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯反應(yīng) 其中R9代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，且X代表甲基、乙基、苯基或甲苯基。
(3)根據(jù)(2)的方法，其中所述的銫鹽是碳酸銫。
(4)一種光波導(dǎo)，其包括基材；置于該基材上的覆層；和置于該覆層上的具有預(yù)定圖案的芯，其傳輸光信號，其中所述覆層和所述芯至少之一由含有由下式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的樹脂組合物組成 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基；
R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；以及R9各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基。
(5)根據(jù)(4)的光波導(dǎo)，其中所述覆層和所述芯至少之一由含有三(氧雜環(huán)丁烷)化合物和具有環(huán)氧基團(tuán)或乙烯基醚基團(tuán)的化合物的樹脂組合物組成。
本發(fā)明的發(fā)明人一直尋求能夠生產(chǎn)如下聚合物的氧雜環(huán)丁烷化合物并進(jìn)行了深入的研究，所述聚合物具有優(yōu)異的耐熱性、機(jī)械性能等并有效用作用于涂料組分、涂覆材料、粘合劑、透鏡、光波導(dǎo)等的材料。在合成了各自具有特定結(jié)構(gòu)的多種化合物和進(jìn)行了許多試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過使用由上式(1)代表的新型三(氧雜環(huán)丁烷)化合物實(shí)現(xiàn)上述目的，從而完成本發(fā)明。更具體而言，由于所述新型化合物在一個(gè)分子內(nèi)具有三個(gè)氧雜環(huán)丁烷環(huán)，因此該新型化合物具有快速固化性能，并且由于其固化產(chǎn)物形成高密度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此固化產(chǎn)物具有優(yōu)異的耐熱性等。此外，由于所述新型化合物具有與各自具有低分子量的常規(guī)化合物不同的高分子量，因此該新型化合物具高粘度，這對形成厚膜是有利的，特別是當(dāng)用作用于形成光波導(dǎo)的材料(覆層和芯)時(shí)是有利的，因?yàn)榭梢砸苑€(wěn)定的方式固化具有相同形狀的光波導(dǎo)，從而獲得保持相同的波導(dǎo)性質(zhì)等的效果。
同時(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人還對能夠以高收率合成所述新型化合物的合成方法進(jìn)行了深入研究。結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可以通過使由式(2)代表的酚類化合物與由式(3)代表的3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯在預(yù)定條件下，特別是使用銫鹽作為堿的條件下反應(yīng)，而以高收率合成該新型化合物。
如上所述，本發(fā)明涉及由式(1)代表的新型三(氧雜環(huán)丁烷)化合物。由于該化合物具有與具有低分子量的常規(guī)化合物不同的高分子量，因此該化合物具有易于形成厚膜的高粘度。此外，由于所述化合物在一個(gè)分子內(nèi)具有三個(gè)氧雜環(huán)丁烷環(huán)，因此該化合物能夠通過光或熱快速固化。因此，含有本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的可光固化樹脂組合物和可熱固化樹脂組合物具有優(yōu)異的固化性、耐熱性、韌性和機(jī)械性能，并且還具有降低的吸水性能、高的涂覆平直度和高的粘附性。而且，由于該化合物因其高反應(yīng)性而能夠降低聚合引發(fā)劑的量，因此所述組合物具有高透明度并可用作用于形成涂料組分、涂覆材料、粘合劑、光學(xué)透鏡、光波導(dǎo)等的材料。
通過使用銫鹽作為堿使特定氧雜環(huán)丁烷磺酸酯與特定的酚反應(yīng)，可以以高收率合成三(氧雜環(huán)丁烷)化合物而無需復(fù)雜的操作。
此外，當(dāng)光波導(dǎo)中的所述覆層和所述芯至少之一由含有由式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的樹脂組合物構(gòu)成時(shí)，可以穩(wěn)定地將光波導(dǎo)固化成相同的形狀并獲得穩(wěn)定的波導(dǎo)性質(zhì)等。
下面將描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物是由下式(1)代表的化合物 其中，其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基；
R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；以及R9各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基。
本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物具有在其一個(gè)分子中含三個(gè)氧雜環(huán)丁烷環(huán)的結(jié)構(gòu)。在式(1)中，R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，并且R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基。R1優(yōu)選可以是甲基，并且R3-R8中的至少一個(gè)優(yōu)選可以是甲基。R9各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，R9的實(shí)例包括甲基、乙基、丙基和丁基，其中優(yōu)選甲基或乙基。R2是具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)，且特別地，碳原子數(shù)可以優(yōu)選為1-4。在R2中，不具有碳原子(碳原子數(shù)為0)的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)是指單鍵。
由式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物可以通過使用由式(2)代表的酚類化合物和由下式(3)代表的3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的醚磺酸酯以及作為堿的銫鹽作為合成材料并使他們反應(yīng)而制備 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基且R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；
其中R9代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，且X代表甲基、乙基、苯基或甲苯基。
盡管可以使用常用的諸如氫氧化鈉和氫氧化鉀的堿金屬作為堿，但在本發(fā)明中優(yōu)選使用銫鹽作為堿。通過使用銫鹽，可以以高收率合成三(氧雜環(huán)丁烷)化合物而無需進(jìn)行復(fù)雜的操作。在這種情況下，通過例如如下方法進(jìn)行材料的合成(i)使酚類化合物與銫鹽反應(yīng)，從而得到銫酚鹽，然后使該銫酚鹽與氧雜環(huán)丁烷磺酸酯反應(yīng)，或者(ii)使氧雜環(huán)丁烷磺酸酯與酚類化合物在銫鹽存在下反應(yīng)。優(yōu)選地，按照方法(1)進(jìn)行合成。所述合成通常在有機(jī)溶劑(反應(yīng)溶劑)中進(jìn)行，在反應(yīng)后向反應(yīng)液中加入水等以將反應(yīng)液分離成水相和有機(jī)相，隨后從有機(jī)相萃取所需的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物。
銫鹽的實(shí)例包括碳酸銫、氫氧化銫、氟化銫和甲酸銫。其中，可以優(yōu)選使用碳酸銫，因?yàn)槠淠軌蛞愿弋a(chǎn)率獲得所需的三(氧雜環(huán)丁烷)。
銫鹽的用量相對于1mol由式(2)代表的酚類化合物的酚羥基基團(tuán)而言，可以優(yōu)選在0.8-2.0mol范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1.0-1.5mol范圍內(nèi)。
對由式(2)代表的酚類化合物并沒有特別限制，并且其實(shí)例包括三(3-甲基-4-羥基苯基)甲烷、三(2-甲基-4-羥基苯基)甲烷、1，1-雙(3-甲基-4-羥基苯基)-2-(羥基苯基)乙烷、1，1，1-三(3-甲基-4-羥基苯基)乙烷、1-(4-羥基苯基)-3，3-雙(3-甲基-4-羥基苯基)丁烷、1，3，3-三(3-甲基-4-羥基苯基)丁烷、1-(4-羥基苯基)-3，3-雙(3，5-二甲基-4-羥基苯基)丁烷、1，3，3-三(3，5-二甲基-4-羥基苯基)丁烷、1，4，4-三(3-甲基-4-羥基苯基)戊烷和1-(4-羥基苯基)-4，4-雙(3甲基-4-羥基苯基)戊烷。這些化合物可以單獨(dú)使用或其兩種或更多種組合使用。
由式(3)代表的3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯的具體實(shí)例包括甲磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丙基酯、磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丙基苯酯、甲苯磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丙酯、甲磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁酯和甲苯磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁酯。這些化合物可以單獨(dú)使用或其兩種或更多種組合使用。
就此而言，可以按照描述于Organic Synthesis，合集第1卷，第145頁(1941)的方法合成由式(3)代表的3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯，所述文獻(xiàn)通過引用并入本文。
由式(3)代表的3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯的用量相對于1mol由式(2)代表的酚類化合物的酚羥基基團(tuán)而言，可以優(yōu)選在1.5-2.0mol范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1.0-1.5mol范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的制備中的反應(yīng)溫度可以優(yōu)選在0-120℃范圍內(nèi)，更優(yōu)選在60-100℃范圍內(nèi)。在使酚類化合物與銫鹽反應(yīng)從而獲得銫酚鹽的情況下，反應(yīng)溫度可以優(yōu)選設(shè)定在0-120℃范圍內(nèi)，更優(yōu)選在40-100℃范圍內(nèi)。對反應(yīng)期間的壓力沒有特別限制，且壓力可以為常壓、加壓和減壓中的任一種。對反應(yīng)氣氛沒有特別限制，可以為氮?dú)夥栈蚩諝鈿夥铡?br> 在本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的合成中，可以根據(jù)需要添加諸如鈉和鉀的堿金屬，諸如氫化鋰和氫化鈉的堿金屬氫化物，諸如氫氧化鈉和氫氧化鉀的堿金屬氫氧化物，諸如碳酸鈉的堿金屬碳酸鹽等作為合成材料。
此外，可以根據(jù)需要添加季銨鹽、季鹽等作為水-有機(jī)相轉(zhuǎn)移催化劑。季銨鹽的實(shí)例包括(但不特別限于)四烷基銨鹵化物，如四丁基溴化銨(TBAB)和四乙基溴化銨；和芳烷基三烷基銨鹵化物，如芐基三甲基氯化銨。對季鹽沒有特別限制，其實(shí)例包括四芳基鹵化物，如四苯基溴化。
此外，在本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的制備中，如上所述通常使用反應(yīng)溶劑。對反應(yīng)溶劑沒有特別限制，其優(yōu)選實(shí)例包括芳烴，如甲苯和二甲苯；醚，如四氫呋喃和二丁基醚；以及非質(zhì)子極性溶劑，如N-甲基吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺。這些化合物可以單獨(dú)使用或其兩種或更多種組合使用。
如上所述，可以通過向反應(yīng)液中添加水或乙酸乙酯，將所述液體分離成水相和有機(jī)相，萃取有機(jī)相，并用無水硫酸鎂干燥萃取的有機(jī)相而收集由上述材料合成的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物。
可以有效使用如此得到的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物作為用于可光固化樹脂和可熱固化樹脂的材料，所述樹脂各自構(gòu)成涂料組分，涂覆材料、粘合劑、透鏡、光波導(dǎo)等。
其中，就用于傳輸光信號且如圖1所示包括基材1、位于該基材1上的覆層2和位于該覆層2上的具有預(yù)定圖案的芯3的光波導(dǎo)而言，當(dāng)將含有所述三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的樹脂組合物用于形成所述覆層2和所述芯3至少之一時(shí)，所述化合物對于形成厚膜是特別有利的，因?yàn)樗龌衔锞哂懈叻肿恿慷@得高粘度。而且，還獲得有利的效果，如易于固化成相同的形狀和穩(wěn)定的光波導(dǎo)性質(zhì)。就此而言，需要將覆層2的折射率調(diào)節(jié)至比芯3的折射率小。
優(yōu)選的是，所述覆層2和所述芯3至少之一由含三(氧雜環(huán)丁烷)化合物和具有環(huán)氧基團(tuán)或乙烯基醚基團(tuán)的化合物的樹脂組合物構(gòu)成，因?yàn)榭梢垣@得具有優(yōu)異的耐熱性和耐濕性的固化材料并且可以改進(jìn)曝光敏感性。作為具有環(huán)氧基團(tuán)的化合物，可以使用任何與由式(1)代表的本發(fā)明化合物顯示出相容性的那些。更具體而言，具有一個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的環(huán)氧化合物的實(shí)例包括苯基縮水甘油基醚和丁基縮水甘油基醚；具有兩個(gè)或更多個(gè)環(huán)氧基團(tuán)的環(huán)氧化合物的實(shí)例包括雙酚A二縮水甘油基醚、二苯氧基乙醇芴二縮水甘油基醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油基醚和雙酚芴四縮水甘油基醚；并且優(yōu)選使用3，4-環(huán)氧環(huán)己烯基甲基-3’4’-環(huán)氧環(huán)己烯甲酸酯、2，2-雙(羥基甲基-1-丁醇的1，2-環(huán)氧-4-(2-oxylanyl)環(huán)己烷加合物等作為具有脂環(huán)族環(huán)氧基團(tuán)的化合物。作為具有乙烯基醚基團(tuán)的化合物，可以使用任何與由式(1)代表的本發(fā)明化合物顯示出相容性的那些。更具體而言，具有一個(gè)乙烯基醚基團(tuán)的化合物的實(shí)例包括羥基乙基乙烯基醚、羥基丁基乙烯基醚和十二烷基乙烯基醚。作為具有兩個(gè)或更多個(gè)乙烯基醚基團(tuán)的化合物，優(yōu)選使用環(huán)己烷二甲醇二乙烯基醚、三甘醇二乙烯基醚、線性酚醛(novolac)型二乙烯基醚等。這些化合物可以單獨(dú)使用或其兩種或更多種組合使用。
例如可以通過如圖2A至2F所示的步驟制備光波導(dǎo)。即，如圖2A所示制備基材1，然后如圖2B所示將下覆層2a(覆層2的下部分)置于基材1上。如圖2C所示將由用于形成芯3的樹脂組合物構(gòu)成的層3’置于下覆層2a上。如圖2D所示，將光掩膜9置于樹脂組合物層3’上用于曝光預(yù)定圖案(光波導(dǎo)圖案)，隨后經(jīng)由光掩膜9用紫外線輻照樹脂組合物層3’并加熱。之后，如圖2E所示，使用顯影液溶解并除去樹脂組合物層3’的未曝光部分。然后，如圖2F所示，將下覆層2b(覆層2的上部分)置于芯3上。如此可以獲得所需的光波導(dǎo)。
可以通過常規(guī)方法如旋涂法和涂覆機(jī)在基材1上形成所述各層?？赏ㄟ^剝離基材1而使光波導(dǎo)成為膜狀光波導(dǎo)。膜狀光波導(dǎo)具有優(yōu)異的柔韌性。
如此得到的光波導(dǎo)可用作線性光波導(dǎo)、彎曲光波導(dǎo)、交叉光波導(dǎo)、Y分支光波導(dǎo)、片型光波導(dǎo)、Mach Zender型光波導(dǎo)、AWG型光波導(dǎo)、光柵、光波導(dǎo)透鏡等。使用該類光波導(dǎo)的光學(xué)元件的實(shí)例包括波長過濾器、光學(xué)開關(guān)、光學(xué)分支器、光學(xué)多路器、光學(xué)多路器/分支器、光放大器、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器、波導(dǎo)分隔器、分光器、定向耦合器和具有激光二極管或與之混和集成的光電二極管的透光模塊。
實(shí)施例下面將參考實(shí)施例更詳細(xì)說明本發(fā)明，但不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明限于下列實(shí)施例。
在進(jìn)行實(shí)施例之前，如下所述合成作為3-烷基-3-羥基甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯的甲苯磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁酯。
甲苯磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁酯的合成向具有溫度計(jì)、冷卻器、攪拌裝置和滴液漏斗的2000mL三頸燒瓶中倒入190.65g(1.0mol)對甲苯磺酰氯、32.24g(0.1mol)四甲基溴化銨和400mL甲苯并在攪拌下在冰浴中冷卻至5℃。在向三頸燒瓶中倒入116.16g(1.0mol)3-乙基羥基甲基環(huán)氧丁烷之后，在30分鐘內(nèi)，向三頸燒瓶中滴加130mL 35wt％氫氧化鈉溶液。在滴加后，在相同溫度下繼續(xù)攪拌1小時(shí)，然后在室溫下攪拌16小時(shí)。反應(yīng)后，向燒瓶中倒入800mL水，隨后劇烈攪拌。靜置反應(yīng)混合物以使水相和有機(jī)相分離。用400mL水洗滌有機(jī)相，然后用無水硫酸鎂干燥過夜。然后，過濾除去硫酸鎂，并濃縮濾液。通過硅膠柱色譜法(洗脫液己烷/乙酸乙酯)分離并純化如此得到的粗產(chǎn)物，得到所需物質(zhì)，即243.3g(收率90％)無色液體狀甲苯磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁酯。
實(shí)施例1向具有溫度計(jì)、冷卻管和攪拌裝置的200mL三頸燒瓶中倒入3.62g(10mmol)1-(4-羥基苯基)-3，3-雙(3-甲基-4-羥基苯基)丁烷和15mL N-甲基-2-吡咯烷酮，并在氮?dú)夥障聰嚢杓訜嶂?0℃直到所述物質(zhì)完全溶解。在溶解后，加入11.73g(36mmol)碳酸銫，隨后在80℃在氮?dú)夥障聰嚢?0分鐘。向該混合物中加入8.92g(33mmol)預(yù)先合成的甲苯磺酸2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁酯，隨后在80℃在氮?dú)夥障聰嚢?0小時(shí)。在反應(yīng)后，將混合物冷卻至室溫(25℃)，然后向該混合物中加入100mL乙酸乙酯和50mL蒸餾水。靜置該混合物以分離成水相和有機(jī)相。萃取分離的有機(jī)相，然后用水和飽和鹽水洗滌，隨后用無水硫酸鎂干燥過夜。然后，過濾除去硫酸鎂，蒸除溶劑，得到反應(yīng)粗產(chǎn)物。
作為通過薄層色譜法分析如此得到的粗產(chǎn)物的結(jié)果，確認(rèn)為一個(gè)點(diǎn)。而且，將通過硅膠柱色譜法(洗脫液正己烷/乙酸乙酯)純化后的粗產(chǎn)物重結(jié)晶，得到5.92g(收率90％)白色固體物質(zhì)。液相色譜檢測的化合物純度為99％或更高。
由以下1H-NMR和13C-NMR(JEOL Ltd.的產(chǎn)品)分析結(jié)果確認(rèn)，所得化合物為如下結(jié)構(gòu)式(7)代表的1-{4-[2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁氧基苯基]}-3，3-雙(3-甲基-4-[2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁氧基苯基]}丁烷。
1H-NMR(DMSO-d6，400MHz)δ(ppm)；0.87(t，J＝7.6Hz，3H，CH3)，0.89(t，J＝7.6Hz，6H，CH3)，1.60(s，3H，CH3)，1.77(q，J＝7.6Hz，2H，CH2)，1.80(q，J＝7.6Hz，4H，CH2)，2.10(s，6H，CH3)，2.25(s，4H，CH2)，4.03(s，6H，CH2)，4.32(d，J＝6.4Hz，2H，CH2)，4.37(d，J＝5.6Hz，4H，CH2)，4.41(d，J＝5.6Hz，2H，CH2)，4.46(d，J＝6.0Hz，4H，CH2)，6.86-6.90(m，4H，Ar)，6.98(m，4H，Ar)，7.04(d，J＝8.8Hz，2H，Ar)13C-NMR(DMSO-d6，100MHz)δ(ppm)；7.98，8.04，16.00，26.17，26.37，27.34，29.94，42.46，42.62，43.84，44.33，70.02，70.15，76.77，76.80，110.70，114.43，125.02，125.17，128.99，134.74，141.28，154.40，156.85
結(jié)構(gòu)式(7) 實(shí)施例2通過如下所述形成下覆層、芯和上覆層來制備光波導(dǎo)(參見圖1)。然后如下所述進(jìn)行光波導(dǎo)的評價(jià)。
形成下覆層向環(huán)己酮中溶解70重量份(下文簡寫為份)在實(shí)施例1中得到的1-{4-[2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁氧基苯基]}-3，3-雙(3-甲基-4-[2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁氧基苯基]}丁烷，30份脂環(huán)族環(huán)氧化合物——3，4-環(huán)氧環(huán)己烯基甲基-3’4’-環(huán)氧環(huán)己烯甲酸酯(DaicelChemical Industry，Ltd.的產(chǎn)品；celoxide 2021P)和1份4，4-雙(二(β-羥基乙氧基)苯基锍(sulfinio))苯基硫化物雙六氟銻酸鹽的50％3-戊酮碳化物溶液，以制備用于形成覆層的可聚合組合物A。然后，通過旋涂將可聚合組合物A涂覆在玻璃基材(5cm×5cm×2mm厚度)的表面上，隨后在100℃下干燥5分鐘。用紫外線以2,000mJ/cm2的輻照量對整個(gè)表面進(jìn)行輻照，然后，在100℃下熱處理30分鐘而形成下覆層(參見圖2B)。使用接觸型膜厚度儀測定的下覆層的厚度為30μm。下覆層的折射率在633nm的波長下為1.545。
形成芯然后，向環(huán)己酮中溶解90份在實(shí)施例1中得到的1-{4-[2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁氧基苯基]}-3，3-雙(3-甲基-4-[2-(3-氧雜環(huán)丁烷基)丁氧基苯基]}丁烷，10份二苯氧基乙醇芴二縮水甘油基醚(環(huán)氧基當(dāng)量320)和1份4，4-雙(二(β-羥基乙氧基)苯基锍(sulfinio))苯基硫化物雙六氟銻酸鹽的50％3-戊酮碳化物溶液，以制備用于形成芯的可聚合組合物B。然后，通過旋涂將可聚合組合物B涂覆在下覆層上(參見圖2C)。將涂層在150℃下干燥20分鐘，然后將基于合成石英的鉻掩膜(光掩膜)置于所述涂層上(參見圖2D)，其中所述鉻掩膜上已印制了密度為50μm的線性光波導(dǎo)圖案，隨后通過接觸曝光法經(jīng)由鉻掩膜用紫外線以2,000mJ/cm2的輻照量輻照并在150℃熱處理30分鐘。之后，為了消除未輻照部分，使用γ-丁內(nèi)酯水溶液中進(jìn)行顯影，隨后在150℃加熱30分鐘，從而形成芯圖案(參見圖2E)。芯圖案的截面形狀為具有50μm的寬度和50μm的高度的正方形，其使用長度測量顯微鏡測定。芯的折射率在633nm波長下為1.570。
形成上覆層然后，通過旋涂將用于形成下覆層的可聚合組合物A涂覆在芯和下覆層上。在100℃干燥5分鐘后，用紫外線以2,000mJ/cm2的輻照量對整個(gè)表面進(jìn)行輻照，隨后在150℃下熱處理60分鐘，形成上覆層(參見圖2F)。這樣，生產(chǎn)出相對折射率Δ為1.6％的光波導(dǎo)。
評價(jià)使用切割裝置(Disco Corporation；522型)將所述光波導(dǎo)切成10cm的長度，隨后進(jìn)行端面加工。然后，使用長度測量顯微鏡觀察光波導(dǎo)的截面形狀，確定了光波導(dǎo)為嵌入多模式光波導(dǎo)，其中下覆層厚度為30μm，芯尺寸為50μm×50μm且上覆層厚度為70μm。通過常用的截?cái)喾ㄊ褂貌ㄩL為850nm的激光束測定的光波導(dǎo)光傳播損失為0.07dB/cm。而且，可以使用由基材上剝離的膜狀波導(dǎo)形式的光波導(dǎo)。膜狀波導(dǎo)在R＝20mm的彎曲時(shí)沒有損失衰減且其能夠?qū)崿F(xiàn)R＝5mm的彎曲，因此證明了其良好的柔韌性。
本發(fā)明的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物用作可光固化樹脂組合物和可熱固化樹脂組合物的組分，其中所述樹脂組合物各自可用作形成涂料組分、涂覆材料、粘合劑、光學(xué)透鏡、光波導(dǎo)等的材料。光波導(dǎo)的實(shí)例包括線性光波導(dǎo)、彎曲光波導(dǎo)、交叉光波導(dǎo)、Y分支光波導(dǎo)、片型光波導(dǎo)、Mach Zender型光波導(dǎo)、AWG型光波導(dǎo)、光柵、光波導(dǎo)透鏡等。使用該類光波導(dǎo)的光學(xué)元件的實(shí)例包括波長過濾器、光學(xué)開關(guān)、光學(xué)分支器、光學(xué)多路器、光學(xué)多路器/分支器、光放大器、波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器、波導(dǎo)分隔器、分光器、定向耦合器和具有激光二極管或與之混和集成的光電二極管的透光模塊。
盡管已詳細(xì)地且參考了特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可在不偏離本發(fā)明范圍的情況下在本發(fā)明內(nèi)進(jìn)行各種改變。
本申請以2006年4月6日提交的日本專利申請第2006-105203號為基礎(chǔ)，在此通過引用并入其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.由下式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基；R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；以及R9各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基。
2.制備根據(jù)權(quán)利要求1的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的方法，其包括使由下式(2)代表的酚類化合物與銫鹽反應(yīng)從而得到銫酚鹽 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基且R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；和使該銫酚鹽與由下式(3)代表的3-烷基-3-羥甲基氧雜環(huán)丁烷的磺酸酯反應(yīng) 其中R9代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，且X代表甲基、乙基、苯基或甲苯基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的銫鹽是碳酸銫。
4.一種光波導(dǎo)，其包括基材；置于該基材上的覆層；和置于該覆層上的具有預(yù)定圖案的芯，其傳輸光信號，其中所述覆層和所述芯至少之一由含有由下式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物的樹脂組合物組成 其中R1和R3-R8相同或不同且各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基，前提是R3-R8中的至少一個(gè)為具有1-6個(gè)碳原子的烷基；R2代表具有0-16個(gè)碳原子的二價(jià)脂族鏈狀有機(jī)基團(tuán)；以及R9各自代表氫原子或具有1-6個(gè)碳原子的烷基。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的光波導(dǎo)，其中所述覆層和所述芯至少之一由含有三(氧雜環(huán)丁烷)化合物和具有環(huán)氧基團(tuán)或乙烯基醚基團(tuán)的化合物的樹脂組合物組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及由右式(1)代表的三(氧雜環(huán)丁烷)化合物，其中R
文檔編號C09D7/12GK101050207SQ200710096709
公開日2007年10月10日 申請日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月6日
發(fā)明者疋田貴巳 申請人:日東電工株式會社