CN111155349A - 一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法，采用方法的要点是以纸浆纤维素和肉桂酰氯为原料，通过接枝改性，制备得到负性光刻胶用纤维素基成膜树脂。本发明的技术方案利用了纤维素这一天然可再生资源，提高了纤维素资源的利用效率，拓展了其应用范围；在保证良好应用性能的基础上，大大降低了负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的生产成本，提高了产品的经济效益和环境友好性；为绿色、环保的生物基光刻胶用成膜树脂的制备开辟了新道路，对资源利用和新产品开发具有重要意义。

Description

一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种成膜树脂的制备方法，特别涉及一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法，属于有机高分子材料技术领域。
背景技术
当今是5G时代，5G通信是最新一代通信技术，5G芯片是5G终端成功使用的关键所在，芯片的制造密切依赖微电子技术。光刻胶(又称光致抗蚀剂，photoresist)是微电子技术中微细图形加工的关键材料。由此可见，微电子产业的更新换代离不开光刻技术和光刻胶材料的支撑；其中，光刻胶是影响集成电路规模、良率及性能的关键因素；因此。开展光刻胶合成工艺研究至关重要。光刻胶成分复杂，主要由树脂、感光剂、溶剂和添加剂组成，其中成膜树脂是光刻胶的核心材料，决定光刻胶的应用性能。负性光刻胶是其中一种，经曝光后发生交联，溶解度减小。目前，市场上应用最多的负性光刻胶主要是聚乙烯醇肉桂酸酯类，其成膜树脂原料主要来源于石油化工产品。因此，此类光刻胶成本高、不可持续、不可生物降解，降解单体毒性大。由于石油价格的不确定性和可预见的极限，温室效应日益严重，以及全球可持续发展的趋势，需要一种资源丰富、可持续的天然有机高分子化合物替代传统成膜树脂的基材，制备环境友好的新型负性光刻胶用成膜树脂。
纤维素是地球上最丰富的可再生资源，是由D-葡萄糖单元组成的线性大分子，每个单元都含有3个活性羟基，便于进行氧化、醚化、酯化、交联等反应。竹类/木材资源的应用，除了传统的建筑需求和日用品需求，主要是制成竹/木浆，用于造纸。纸浆中纤维素含量达85％以上，来源广泛、价格低廉；将这类资源应用于绿色光刻胶生产，不但可以降低生产成本，提高经济和环境效益，还可以拓展竹/木浆纤维的应用领域，提高产品附加值。将纸浆纤维素与肉桂酰氯经反应生成一种以纤维素半刚性链为骨架的环境友好型负性光刻胶用纤维素基成膜树脂，在保证良好应用性能同时，可降低光刻胶用成膜树脂的生产成本、提高经济效益；且纸浆的利用有利于环境保护，还可以缩短负性光刻胶用成膜树脂产品在自然环境中的降解周期，具有重要的经济和环境效益。
在光刻胶用成膜树脂制备领域，中国专利(CN 109917619A)“一种双光子聚合有机硅光刻胶组合物及其固化方法”提供了一种有-无机有机硅光刻胶组合物，对有机-无机杂化光敏有机硅树脂进行改性，其中的Si-O-Si链节可提高机械和高温稳定性，丙烯酸酯基团可提高光固化性，烷氧基可赋予粘接性，芳香基团可提高折光率和介电性。中国专利(CN109782537A)“一种高精度半导体用3D打印式负性光刻胶的制备方法”提供了一种感光聚合速度快、粘度低且稳定、胶膜性能优异的适用于193nm深紫外光高精度半导体用3D打印式负性光刻胶的制备方法；中国专利(CN 109942741A)“一种光刻胶用树脂的制备方法”将一种或多种具有酸活性基团的单体以及一种或多种具有极性基团的单体溶解在含定量水分的溶剂内，在引发剂存在条件下进行ATRP反应制备得到；世界知识产权组织专利(WO2019134525A1)“包含聚对羟基苯乙烯类氧杂环丁烷树脂为成膜树脂的光刻胶组合物”提供了一种以聚对羟基苯乙烯作为主体结构，聚对羟基苯乙烯通过加聚反应合成，通过阳离子可控活性聚合的方法得到具有高分子量和窄分子量分布的树脂，分辨率比的独立线宽范围大于5μm，灵敏度(在20μm的薄膜厚度中)50-80mJ/cm-2。截至目前，还未见到利用纸浆纤维素与肉桂酰氯通过接枝改性制备环境友好型负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的相关工艺技术出现。
竹木资源来源广泛、价格低廉，为纸浆纤维应用领域的拓展提供了良好的资源条件，可提高产品附加值；在保证良好光刻性能的同时，可降低光刻胶用成膜树脂材料的生产成本、提高经济效益，缩短光刻胶用成膜树脂材料在自然环境中的降解周期，具有重要的经济和环境效益。
发明内容
为克服聚乙烯醇肉桂酸酯类光刻胶用成膜树脂目前存在的资源有限、生物可降解性差、毒性大等问题，本发明目的是提供一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是采用以下步骤：
1)将纸浆板经微型植物粉碎机粉碎，筛滤得到尺寸为0.075-0.150mm的纸浆纤维素；
2)取1g步骤1)中得到的尺寸为0.075-0.150mm的纸浆纤维素溶解于溶剂中，在110-130℃下机械搅拌1-3h，使其均匀分散，得到纸浆纤维素悬浮液；
3)将步骤2)中得到的纸浆纤维素悬浮液冷却至100℃，加入2-3g无机盐体系，在机械搅拌下自然冷却至室温，得到纸浆纤维素均相溶液；
4)向步骤3)中得到的纸浆纤维素均相溶液中加入3-6g肉桂酰氯，在70-90℃下机械搅拌24h，得到反应混合溶液；
5)将步骤4)中得到的反应混合溶液用无水乙醇浸泡，静置，去除上清液得到沉淀溶液；
6)将步骤5)中得到的沉淀溶液用无水乙醇洗涤、离心3次，得到淡黄色纤维状浆料；
7)将步骤6)中得到的淡黄色纤维状浆料，在25℃下真空干燥24h，经研磨得到淡黄色粉末，即为负性光刻胶用纤维素基成膜树脂。
所述的纸浆板为毛竹纸浆板、杨木纸浆板、桉木纸浆板、落叶松纸浆板中的一种。
所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯甲醚、乙酸乙酯中的一种。
所述的无机盐体系为氯化锂单一体系、氯化锌单一体系、氯化锂-氯化锌复合体系中的一种。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明以纸浆资源为基础原料制备得到负性光刻胶用成膜树脂，符合国家可持续发展的政策，且可切实提高纤维素资源的利用效率；制备的负性光刻胶用纤维素基成膜树脂材料在保证良好光刻效果的同时，还可提高在自然环境中的生物可降解性和绿色可持续性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
1)将毛竹纸浆板经微型植物粉碎机粉碎，筛滤得到尺寸为0.075mm的毛竹纸浆纤维素；
2)取1g步骤1)中得到的尺寸为0.075mm的毛竹纸浆纤维素溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，在110℃下机械搅拌3h，使其均匀分散，得到毛竹纸浆纤维素悬浮液；
3)将步骤2)中得到的毛竹纸浆纤维素悬浮液冷却至100℃，加入3g氯化锂单一无机盐体系，在机械搅拌下自然冷却至室温，得到毛竹纸浆纤维素均相溶液；
4)向步骤3)中得到的毛竹纸浆纤维素均相溶液中加入6g肉桂酰氯，在70℃下机械搅拌24h，得到反应混合溶液；
5)将步骤4)中得到的反应混合溶液用无水乙醇浸泡，静置，去除上清液得到沉淀溶液；
6)将步骤5)中得到的沉淀溶液用无水乙醇洗涤、离心3次，得到淡黄色纤维状浆料；
7)将步骤6)中得到的淡黄色纤维状浆料，在25℃下真空干燥24h，经研磨得到淡黄色粉末，即为负性光刻胶用纤维素基成膜树脂(a)。
实施例2:
1)将杨木纸浆板经微型植物粉碎机粉碎，筛滤得到尺寸为0.150mm的杨木纸浆纤维素；
2)取1g步骤1)中得到的尺寸为0.150mm的纸浆纤维素溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，在130℃下机械搅拌1h，使其均匀分散，得到杨木纸浆纤维素悬浮液；
3)将步骤2)中得到的杨木纸浆纤维素悬浮液冷却至100℃，加入1g氯化锂和1g氯化锌的复合无机盐体系，在机械搅拌下自然冷却至室温，得到杨木纸浆纤维素均相溶液；
4)向步骤3)中得到的杨木纸浆纤维素均相溶液中加入3g肉桂酰氯，在90℃下机械搅拌24h，得到反应混合溶液；
5)将步骤4)中得到的反应混合溶液用无水乙醇浸泡，静置，去除上清液得到沉淀溶液；
6)将步骤5)中得到的沉淀溶液用无水乙醇洗涤、离心3次，得到淡黄色纤维状浆料；
7)将步骤6)中得到的淡黄色纤维状浆料，在25℃下真空干燥24h，经研磨得到淡黄色粉末，即为负性光刻胶用纤维素基成膜树脂(b)。
实施例3:
1)将桉木纸浆板经微型植物粉碎机粉碎，筛滤得到尺寸为0.100mm的桉木纸浆纤维素；
2)取1g步骤1)中得到的尺寸为0.100mm的桉木纸浆纤维素溶解于苯甲醚中，在120℃下机械搅拌2h，使其均匀分散，得到桉木纸浆纤维素悬浮液；
3)将步骤2)中得到的桉木纸浆纤维素悬浮液冷却至100℃，加入3g氯化锌单一无机盐体系，在机械搅拌下自然冷却至室温，得到桉木纸浆纤维素均相溶液；
4)向步骤3)中得到的桉木纸浆纤维素均相溶液中加入3g肉桂酰氯，在80℃下机械搅拌24h，得到反应混合溶液；
5)将步骤4)中得到的反应混合溶液用无水乙醇浸泡，静置，去除上清液得到沉淀溶液；
6)将步骤5)中得到的沉淀溶液用无水乙醇洗涤、离心3次，得到淡黄色纤维状浆料；
7)将步骤6)中得到的淡黄色纤维状浆料，在25℃下真空干燥24h，经研磨得到淡黄色粉末，即为负性光刻胶用纤维素基成膜树脂(c)。
实施例4:
1)将落叶松纸浆板经微型植物粉碎机粉碎，筛滤得到尺寸为0.075mm的落叶松纸浆纤维素；
2)取1g步骤1)中得到的尺寸为0.075mm的落叶松纸浆纤维素溶解于乙酸乙酯中，在130℃下机械搅拌3h，使其均匀分散，得到落叶松纸浆纤维素悬浮液；
3)将步骤2)中得到的落叶松纸浆纤维素悬浮液冷却至100℃，加入3g氯化锂单一无机盐体系，在机械搅拌下自然冷却至室温，得到落叶松纸浆纤维素均相溶液；
4)向步骤3)中得到的落叶松纸浆纤维素均相溶液中加入5g肉桂酰氯，在80℃下机械搅拌24h，得到反应混合溶液；
5)将步骤4)中得到的反应混合溶液用无水乙醇浸泡，静置，去除上清液得到沉淀溶液；
6)将步骤5)中得到的沉淀溶液用无水乙醇洗涤、离心3次，得到淡黄色纤维状浆料；
7)将步骤6)中得到的淡黄色纤维状浆料，在25℃下真空干燥24h，经研磨得到淡黄色粉末，即为负性光刻胶用纤维素基成膜树脂(d)。
对由实施例1、2、3、4制备的负性光刻胶用纤维素基成膜树脂进行配胶、旋涂、烘干、光刻，测定其刻蚀前后膜厚、感度(20μm膜厚)及成像分辨率；表1即为由实施例1、2、3、4制备的负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的性能参数。由表1可看出，制备的负性光刻胶用纤维素基成膜树脂感度(20μm膜厚)55-80mJ/cm-2，成像分辨率2-4μm，表明制备的成膜树脂具有较好的感光性和较高的分辨率；90天在土壤提取液中的生物可降解率65.3-70.8％，说明其同时在自然环境中具备优良的环境友好性。
表1
Figure BDA0002360927390000061
Figure BDA0002360927390000071
以上列举的仅是本发明的具体实施例。本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将纸浆板经微型植物粉碎机粉碎，筛滤得到尺寸为0.075-0.150mm的纸浆纤维素；
2)取1g步骤1)中得到的尺寸为0.075-0.150mm的纸浆纤维素溶解于溶剂中，在110-130℃下机械搅拌1-3h，使其均匀分散，得到纸浆纤维素悬浮液；
3)将步骤2)中得到的纸浆纤维素悬浮液冷却至100℃，加入2-3g无机盐体系，在机械搅拌下自然冷却至室温，得到纸浆纤维素均相溶液；
4)向步骤3)中得到的纸浆纤维素均相溶液中加入3-6g肉桂酰氯，在70-90℃下机械搅拌24h，得到反应混合溶液；
5)将步骤4)中得到的反应混合溶液用无水乙醇浸泡，静置，去除上清液得到沉淀溶液；
6)将步骤5)中得到的沉淀溶液用无水乙醇洗涤、离心3次，得到淡黄色纤维状浆料；
7)将步骤6)中得到的淡黄色纤维状浆料，在25℃下真空干燥24h，经研磨得到淡黄色粉末，即为负性光刻胶用纤维素基成膜树脂。
2.根据权利要求1所述的一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法，其特征在于：所述的纸浆板为毛竹纸浆板、杨木纸浆板、桉木纸浆板、落叶松纸浆板中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、苯甲醚、乙酸乙酯中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种负性光刻胶用纤维素基成膜树脂的制备方法，其特征在于：所述的无机盐体系为氯化锂单一体系、氯化锌单一体系、氯化锂-氯化锌复合体系中的一种。
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