光学素子に使用される高屈折率ポリマーについて

質問

いろいろ調べたのですが、よく分からないので初投稿します。
光学素子に使用される高屈折率ポリマーを得るためには、
(1)芳香環
(2)フッ素を除くハロゲン
(3)硫黄
のような原子屈折の大きいものを、その構造内に含めるようにするのが効果的である、と多くの教科書に書かれています。
確かに、各種ポリマーの屈折率を調べると、上記は正しそうです。しかし、一般的な光学素子への応用としてはポリカーボネイト以外、頻繁に使われている例をあまり聞きません。
更に調べてみると、芳香環を含むものはどうやら複屈折が大きくなる傾向がある、ということが分かりました。またハロゲンを含むものはどうやら成形時に着色して透過率が低下する傾向がある、ということが分かりました。
ところが、硫黄を含むものの欠点が分からないのです。質問事項は以下の2点です。

(1)芳香環、ハロゲンを含むポリマーの欠点として、上記事項は正しいでしょうか。認識が不足しているとすれば、指摘していただけるとありがたいです。
(2)硫黄を含むポリマーの欠点として、どんなことが挙げられるでしょうか。

以上です。よろしくお願いします。

回答No.2

krilo

>(1)芳香環、ハロゲンを含むポリマーの欠点として、上記事項は正しいでしょうか。認識が不足しているとすれば、指摘していただけるとありがたいです。

上記事項は正確です。(a)芳香環を含むポリマーは複屈折が大きくなり、(b)塩素化、臭素化されたポリマーは脱塩酸、脱臭化水素で着色しやすいといわれております。

(a)に関して言えば、たとえ芳香環を含むポリマーでも、構造によっては複屈折を比較的低くすることができるポリマーもあるようです（フルオレン誘導体など）。

>(2)硫黄を含むポリマーの欠点として、どんなことが挙げられるでしょうか。

含硫黄ポリマーは耐光性が悪く、光が照射されて劣化して着色しやすいと言われております。

回答No.1

peugeot403

それぞれ必要あるいは期待される物性がどのような物であるかと言う点で、選ばれるポリマーが選択されていくので、一概に光学素子への応用と言う事に対しての説明は出来ない点があると思いますが、質問者さまの趣旨の一端だけでも説明出来ればと思い投稿させて頂きました。
　(1)の点に付きまして加熱により加工や成形をするような場合は、熱安定性の問題があると思われます。
アルキル鎖がCX-CHの構造を有する場合、加熱成形時に脱ハロゲン化水素が起こりC=Cになります。加工温度でこの脱ハロゲン化水素反応が起きなければ良いのですが、塩素<臭素<ヨウ素とハロゲン原子が大きくなるほど脱ハロゲン化水素反応は起きやすくなり、熱安定性はとても悪く、加工温度でこれらの反応が起こり得るポリマーであれば実用には供されないでしょう。
　芳香環にハロゲン原子がある場合はアルキル鎖上にある場合とは異なりエチレン鎖は出来ませんが、やはり塩素<<臭素<ヨウ素で何らかの分解反応は進行します。
　溶媒に溶かしすキャスティングなどでデバイス化出来る場合にはこの問題は解決出来そうですが、目的は不明なのでご容赦を！
　(2)は熱安ではなく、単純に安定性の問題が構造によってはあり得ます。
R-S-Rの様なチオエーテル結合は熱的、酸化、分解に強い結合なので安定性はありますが、芳香環の中に硫黄原子がある様はヘテロ芳香環を有する化合物は、全てではありませんが安定性の悪い化合物が多いです。
　また、安定性が良くても、溶媒溶解性が悪かったり、成形性が悪かったりと、何らかの物性が出ているにも関わらずデバイス化が難しいという事もあったりします。
あまり系統的かつ具体的な説明はしづらかったのですが、何らかの参考に供されれば幸いです。
　また、もしよろしければ参考のために質問させて頂きたいのですが、どのような光学素子を想定されているのでしょうか？屈折率が光学素子としての物性値と相関する様な素子なのかな!?と思うと興味があります。