JP2003327638A - Solid with polymer chain-modified surface and production method therefor - Google Patents

Solid with polymer chain-modified surface and production method therefor

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JP2003327638A
JP2003327638A JP2002132377A JP2002132377A JP2003327638A JP 2003327638 A JP2003327638 A JP 2003327638A JP 2002132377 A JP2002132377 A JP 2002132377A JP 2002132377 A JP2002132377 A JP 2002132377A JP 2003327638 A JP2003327638 A JP 2003327638A
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JP
Japan
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group
solid
polymer chain
organic group
organic
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Application number
JP2002132377A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takanobu Tsujii
敬亘 辻井
Takeshi Fukuda
猛 福田
Masahiro Ishidoya
昌洋 石戸谷
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NOF Corp
Original Assignee
NOF Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid having the following characteristics: the surface is highly and permanently hydrophilic, the surface is composed of separated hydrophilic and hydrophobic parts, the surface has etching resistance, and the like; and to provide a production method for the same having the above- mentioned surface characteristics. <P>SOLUTION: The solid with the polymer chain-modified surface, is obtained by grafting a polymer chain containing a constitutional unit based on an α, β-unsaturated monomer (a) having an organic group (a1) represented by formula (1), through a polymerization-initiating group introduced into the polymer surface (in formula (1), R<SP>1</SP>, R<SP>2</SP>and R<SP>3</SP>are each hydrogen atom or a 1-18C organic group; R<SP>4</SP>is a 1-18C organic group, and R<SP>3</SP>and R<SP>4</SP>may be bonded to each other to form a heterocyclic ring containing Y as a hetero atom; and Y is oxygen or sulfur atom). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、親水性表面、親水
・疎水両特性が分離して存在する表面、各種のエッチン
グに対する耐性を有する表面等が機能として利用される
分野に適用するための高分子鎖修飾表面固体およびその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is highly applicable to fields in which a hydrophilic surface, a surface having both hydrophilic and hydrophobic properties separated, a surface having resistance to various kinds of etching, etc. are used as a function. A molecular chain-modified surface solid and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、材料表面に様々な機能を付与する
ための改質が試みられてきた。固体表面へのグラフト重
合は、広く採用されている表面改質方法のひとつであ
る。この表面グラフトにおいて、固体表面にあらかじめ
重合開始基を導入しておくことも提案されているが、こ
れまでの技術では、表面グラフト密度をコントロールす
ることや、グラフト鎖の一次構造(分子量、分子量分
布、モノマー配列様式)等をコントロールすることが難
しく、また、グラフト表面を所定のパターン化された領
域について構成することも難しいという問題があった。
本発明者らは、これらの問題を解決すべく検討を行い、
特開平11−263819号公報や、化繊講演集第56
集9〜14頁(1999年7(11月))において、特
定の重合開始基とリビングラジカル重合法を駆使するこ
とにより、一次構造を高度に制御したグラフト鎖を高密
度に結合させた表面固体を得ることができること、さら
には、グラフト鎖がパターン化して結合した表面固体を
得ることができることを提案した。
2. Description of the Related Art Conventionally, modification has been attempted to impart various functions to the surface of a material. Graft polymerization on a solid surface is one of the widely adopted surface modification methods. In this surface graft, it has been proposed to introduce a polymerization initiating group into the solid surface in advance, but in the conventional technology, the surface graft density is controlled and the primary structure of the graft chain (molecular weight, molecular weight distribution) is controlled. However, there is a problem that it is difficult to control the (monomer arrangement pattern) and the like, and it is also difficult to form the graft surface on a predetermined patterned region.
The present inventors have conducted studies to solve these problems,
Japanese Patent Laid-Open No. 11-263819 and Synthetic Fiber Lecture No. 56
On pages 9 to 14 (7 (November, 1999)), a surface solid in which a graft chain having a highly controlled primary structure is densely bonded by making full use of a specific polymerization initiation group and a living radical polymerization method. It was also proposed that the grafted chains could be patterned to obtain bound surface solids.

【0003】一方、各種の用途の固体表面には、異なっ
た特性が求められている。例えば、親水性表面は、透明
フィルム等における帯電防止性や防曇性等を発現させる
ために必要であり、また医用材料への生体適合性を付与
する際に親水性表面が求められる場合がある。さらに、
親水・疎水両特性が分離して存在する表面は、印刷版等
の材料に必要な特性である。またエッチング耐性を有す
る表面は、半導体関連材料や各種パターニングを要する
材料に不可欠な特性である。これらの実用特性を永続的
に、しかも、より高度なレベルで発現させるためには、
精密に制御した一次構造からなるグラフト鎖を高密度に
固体の表面に結合させるという特開平11−26381
9号公報の提案に加えて、さらに、親水性を付与するた
めのグラフト鎖組成の最適化、親水・疎水を分離させて
表面に存在させる手法やエッチング耐性を発現させるた
めの手法の開発が必要であった。
On the other hand, different characteristics are required for solid surfaces for various uses. For example, a hydrophilic surface is necessary for developing antistatic properties, antifogging properties, etc. in a transparent film, etc., and a hydrophilic surface may be required when imparting biocompatibility to medical materials. . further,
The surface where both hydrophilic and hydrophobic properties exist separately is a property required for materials such as printing plates. A surface having etching resistance is an essential property for semiconductor-related materials and materials that require various patterning. In order to develop these practical properties permanently and at a higher level,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-26381 discloses a method in which graft chains having a precisely controlled primary structure are densely bound to the surface of a solid.
In addition to the proposal of Japanese Patent Publication No. 9, it is necessary to further optimize the graft chain composition for imparting hydrophilicity, develop a method for separating hydrophilic / hydrophobic and allow them to exist on the surface, and a method for expressing etching resistance. Met.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の第1の
目的は、より高度で永続的な親水性表面、親水性と疎水
性部位が分離して存在する表面、エッチング耐性等を有
する表面等の特性を有する固体を提供することにある。
さらに本発明の第2の目的は、前記の表面特性を有する
固体の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems. That is, the first object of the present invention is to provide a solid having characteristics such as a higher and permanent hydrophilic surface, a surface having hydrophilic and hydrophobic sites separated from each other, and a surface having etching resistance. Especially.
A second object of the present invention is to provide a method for producing a solid having the above-mentioned surface characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の問
題点に鑑み鋭意検討した結果、特定の重合開始基を導入
し、特定の基を有する単量体に基づく構成単位を固体表
面に、前記の重合開始基を介して、グラフト化させると
前記の特性等に対して優れた効果を有することの知見を
得て、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明
は、次の〔1〕〜〔12〕である。 〔1〕側鎖に下記式(1)
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have introduced a specific polymerization initiation group, and have a structural unit based on a monomer having a specific group on a solid surface. In addition, the present inventors have found that grafting via the above-mentioned polymerization initiation group has an excellent effect on the above-mentioned properties and the like, and have completed the present invention. That is, the present invention is the following [1] to [12]. [1] The side chain has the following formula (1)

【0006】[0006]

【化7】 [Chemical 7]

【0007】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基(a1)
を有するα、β−不飽和単量体(a)に基づく構成単位
を含有してなる高分子鎖が、固体表面に導入された重合
開始基を介して、グラフト化してなることを特徴とする
高分子鎖修飾表面固体。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atom.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) Organic group (a1)
And a polymer chain containing a structural unit based on the α, β-unsaturated monomer (a) having a group is grafted via a polymerization initiation group introduced on the solid surface. Polymer chain modified surface solid.

【0008】〔2〕 前記の〔1〕の高分子鎖における
側鎖の下記式(1)
[2] The side chain in the polymer chain of the above [1] is represented by the following formula (1)

【0009】[0009]

【化8】 [Chemical 8]

【0010】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基の、一部
または全てを、加水分解もしくは加熱反応によりカルボ
キシル基あるいはカルボキル塩基に変換させてなること
を特徴とする高分子鎖修飾表面固体。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. (3) A polymer chain-modified surface solid obtained by converting a part or all of the organic group represented by (4) to a carboxyl group or a carboxyl group by hydrolysis or heating reaction.

【0011】〔3〕 側鎖に下記式(1)[3] The side chain has the following formula (1)

【0012】[0012]

【化9】 [Chemical 9]

【0013】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基(a1)
を有するα、β−不飽和単量体(a)に基づく構成単位
(A)、およびカルボキシル基と反応性を有する有機基
(b1)を有するα、β−不飽和単量体(b)に基づく
構成単位(B)とを含有してなる高分子鎖が、固体表面
に導入された重合開始基を介して、グラフト化してなる
ことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) Organic group (a1)
To an α, β-unsaturated monomer (b) having a structural unit (A) based on an α, β-unsaturated monomer (a) having a group and an organic group (b1) having reactivity with a carboxyl group. A polymer chain-modified surface solid, wherein a polymer chain containing the base structural unit (B) is grafted via a polymerization initiation group introduced on the solid surface.

【0014】〔4〕 前記〔3〕のグラフト化された高
分子鎖を用いて、構成単位(A)のa1と構成単位
(B)のb1の有機基とを化学反応させることにより高
分子鎖間で共有結合に基づく網目が形成されていること
を特徴とする高分子鎖修飾表面固体。
[4] The polymer chain obtained by chemically reacting a1 of the structural unit (A) with an organic group of b1 of the structural unit (B) using the grafted polymer chain of [3]. A polymer chain-modified surface solid characterized in that a network based on covalent bonds is formed between them.

【0015】〔5〕 固体表面の広がり範囲において、
固体表面に導入された重合開始基が、活性を保持した重
合開始基と不活性化した重合開始基とにあらかじめ区分
したパターンに形成されて、前記の活性を保持した重合
開始基の区分に高分子鎖がグラフト化されてなることを
特徴とする前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の高分
子鎖修飾表面固体。
[5] In the spreading range of the solid surface,
The polymerization initiation group introduced on the solid surface is formed in a pattern preliminarily divided into a polymerization initiation group that retains the activity and a polymerization initiation group that is inactivated, and the polymerization initiation group that retains the activity is highly classified. The polymer chain-modified surface solid according to any one of [1] to [4] above, wherein the molecular chain is grafted.

【0016】〔6〕 高分子鎖のグラフト化が、リビン
グラジカル重合に基づくものであることを特徴とする前
記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の高分子鎖修飾表面
固体。
[6] The polymer chain-modified surface solid according to any one of the above [1] to [5], wherein the grafting of the polymer chain is based on living radical polymerization.

【0017】〔7〕 工程I:固体表面に重合開始基を
導入させる工程、 工程II:前記工程で得られた導入基を開始源として下記
式(1)
[7] Step I: Step of introducing a polymerization initiation group into the solid surface, Step II: The following formula (1) using the introduction group obtained in the above step as a starting source

【0018】[0018]

【化10】 [Chemical 10]

【0019】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基を側鎖に
有するα、β−不飽和単量体(a)を単独重合して固体
表面にグラフト化する工程、もしくは該α、β−不飽和
単量体(a)と前記の単量体と共重合する単量体(b)
とラジカル共重合して固体表面にグラフト化する工程、
を順次行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体の製
造方法。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) A step of homopolymerizing the α, β-unsaturated monomer (a) having an organic group on the side chain and grafting on the solid surface, or the α, β-unsaturated monomer (a) And a monomer (b) which is copolymerized with the above-mentioned monomer
Radical copolymerization with and grafting to the solid surface,
A method for producing a polymer chain-modified surface solid, which comprises sequentially performing

【0020】〔8〕 前記〔2〕に記載の高分子鎖修飾
表面固体の製造方法であって、前記〔7〕記載の製造方
法で得られた高分子鎖修飾表面固体にさらに、工程II
I:加水分解反応または加熱反応により高分子側鎖の有
機基の一部あるいは全てをカルボキシル基もしくはカル
ボキル塩基に変換させる工程、を行うことを特徴とする
高分子鎖修飾表面固体の製造方法。
[8] The method for producing a polymer chain-modified surface solid according to [2] above, further comprising the step II of the polymer chain-modified surface solid obtained by the above-mentioned production method [7].
I: a step of converting a part or all of the organic groups of the polymer side chain into a carboxyl group or a carboxyl group by a hydrolysis reaction or a heating reaction, and a method for producing a polymer chain-modified surface solid.

【0021】[0021]

〔9〕 工程I:固体表面に重合開始基を
導入させる工程、 工程II;前記工程で得た導入基を開始源として下記式
(1)
[9] Step I: Step of introducing polymerization initiation group into solid surface, Step II; Formula (1) below using the introduction group obtained in the above step as a starting source

【0022】[0022]

【化11】 [Chemical 11]

【0023】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基を側鎖に
有するα、β−不飽和単量体と、カルボキシル基と反応
する有機基をもつα、β−不飽和単量体とをラジカル共
重合して固体表面にグラフト化する工程、を順次行うこ
とを特徴とする高分子鎖修飾表面固体の製造方法。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ), Α, β-unsaturated monomer having an organic group on the side chain and α, β-unsaturated monomer having an organic group that reacts with a carboxyl group are radically copolymerized to form a solid surface. A method for producing a polymer chain-modified surface solid, which comprises sequentially performing a step of grafting.

【0024】〔10〕 工程I:固体表面に重合開始基
を導入させる工程、 工程II;前記工程で得られた重合開始基を開始源として
下記式(1)
[10] Step I: a step of introducing a polymerization initiation group into the solid surface, Step II; the following formula (1) using the polymerization initiation group obtained in the above step as an initiation source:

【0025】[0025]

【化12】 [Chemical 12]

【0026】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基(a1)
を側鎖に有するα、β−不飽和単量体(a)と、カルボ
キシル基と反応する有機基(b1)を有するα、β−不
飽和単量体(b)とをラジカル共重合し固体表面にグラ
フト化させる工程、 工程III:次いで有機基(a1)と、(b1)との間に
化学反応させることにより高分子鎖間で共有結合に基づ
く網目を形成させる工程、 を順次行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体の製
造方法。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) Organic group (a1)
Solid-state by radical-copolymerizing an α, β-unsaturated monomer (a) having a side chain with an α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group (b1) that reacts with a carboxyl group. A step of grafting to the surface, a step III: a step of forming a network based on a covalent bond between the polymer chains by subsequently performing a chemical reaction between the organic group (a1) and (b1), A method for producing a polymer chain-modified surface solid, which is characterized.

【0027】〔11〕 重合開始基がリビングラジカル
重合開始能を有し、重合がリビングラジカル重合もしく
はリビングラジカル共重合であることを特徴とする前記
〔7〕〜〔10〕のいずれかに記載の高分子鎖修飾表面
固体の製造方法。
[11] The above-mentioned [7] to [10], wherein the polymerization initiation group has a living radical polymerization initiating ability, and the polymerization is living radical polymerization or living radical copolymerization. Method for producing polymer chain-modified surface solid.

【0028】〔12〕 前記の〔7〕〜〔11〕のいず
れかに記載の高分子鎖修飾表面固体の製造方法におい
て、固体表面に重合開始基を化学結合させる工程(I)
と、その後のグラフト化させる工程(II)の間に、さら
に 工程A;電子線もしくは光照射により、所定のパターン
で区分された領域での重合開始基の不活性化を行う工
程、 を行い、次いで前記の活性化された領域でグラフト重合
する工程を行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体
の製造方法。
[12] In the method for producing a polymer chain-modified surface solid according to any one of [7] to [11], a step (I) of chemically bonding a polymerization initiation group to the surface of the solid
And during the subsequent grafting step (II), a step A; a step of inactivating the polymerization initiating group in a region divided in a predetermined pattern by electron beam or light irradiation, Next, a method for producing a polymer chain-modified surface solid, which comprises performing a graft polymerization step in the activated region.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳しく説明
する。本発明の高分子鎖修飾表面固体は、側鎖に下記式
(1)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. The polymer chain-modified surface solid of the present invention has a side chain of the following formula (1)

【0030】[0030]

【化13】 [Chemical 13]

【0031】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基(a1)
を有するα、β−不飽和単量体(a)に基づく構成単位
を含有してなる高分子鎖が、固体表面に導入された重合
開始基を介して、グラフト化してなることを特徴とす
る。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) Organic group (a1)
And a polymer chain containing a structural unit based on the α, β-unsaturated monomer (a) having a group is grafted via a polymerization initiation group introduced on the solid surface. .

【0032】本発明に用いる高分子鎖を表面にグラフト
する対象の固体としては、特に制限はなく、有機材料、
無機材料、金属材料を問わず適宜選択できる。本発明の
目的の1つである親水性を表面に付与する場合は、生体
材料や透明プラスチックフィルム、透明ガラス等の表面
に強く求められており、この場合、ポリウレタン系材
料、ポリ塩化ビニル系材料、ポリスチレンフィルム、ポ
リオレフィンフィルム、ポリカーボネートフィルム、P
MMAフィルム、PETフィルム、酢酸セルロースフィ
ルムおよびシリカ無機ガラス等が好ましく選択される。
また親水・疎水の分離部位を表面に付与する場合は、印
刷材料等の表面に要望されており、前記材料に加えて、
紙・プラスチックラミネートフィルム、金属板や箔(ア
ルミニウム、亜鉛、銅等)、金属が蒸着された紙等が挙
げられる。また、ウェットエッチング、アルカリエッチ
ング、ケミカルドライエッチング、プラズマドライエッ
チング等への耐性を表面に付与する場合は、導体、半導
体、絶縁体を問わず各種パターニングを要する材料に不
可欠な特性であり、特に、シリコンウェファー、酸化ケ
イ素膜、窒化ケイ素、多結晶シリコン等が多用される固
体として挙げることができる。これらの固体のうち、入
手性や汎用性などの点から、さらに好ましくは、ポリカ
ーボネートフィルム、PMMAフィルム、PETフィル
ム、アルミニウムや銅の金属板や金属泊およびシリコン
基板等が挙げられる。
The solid to be grafted onto the surface of the polymer chain used in the present invention is not particularly limited, and organic materials,
It can be appropriately selected regardless of whether it is an inorganic material or a metal material. When imparting hydrophilicity to the surface, which is one of the objects of the present invention, there is a strong demand for the surface of biomaterials, transparent plastic films, transparent glass, etc. In this case, polyurethane-based materials, polyvinyl chloride-based materials , Polystyrene film, polyolefin film, polycarbonate film, P
MMA film, PET film, cellulose acetate film and silica inorganic glass are preferably selected.
In addition, when imparting hydrophilic / hydrophobic separation sites to the surface, it is required on the surface of printing materials, etc.
Examples include paper / plastic laminated films, metal plates and foils (aluminum, zinc, copper, etc.), paper on which metal is vapor deposited, and the like. Further, when imparting resistance to wet etching, alkali etching, chemical dry etching, plasma dry etching, etc. to the surface, it is an essential property for materials that require various patterning regardless of conductor, semiconductor, or insulator. Silicon wafers, silicon oxide films, silicon nitride, polycrystalline silicon and the like can be mentioned as the frequently used solids. Among these solids, a polycarbonate film, a PMMA film, a PET film, a metal plate of aluminum or copper, a metal plate, a silicon substrate, or the like is more preferable from the viewpoint of availability and versatility.

【0033】本発明の高分子鎖修飾表面固体では、固体
表面に物理的および化学的に結合した重合開始基、より
好ましくは化学的に結合した重合開始基が存在し、この
固定化された重合開始基を介して高分子鎖がグラフトさ
れる。重合開始基の種類と導入方法には特に制約はない
が、一次制御された高分子鎖を高密度にグラフトできる
こと、光や電子線による活性を保持した重合開始基と不
活性化した重合開始基へのパターン化のしやすさの観点
から、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化スルホニル基
のような原子移動ラジカル重合を進行させることができ
るリビングラジカル重合開始基が特に好ましく採用され
る。このような開始基は、特開平11−263819号
公報に記載の方法に準じて導入することができる。すな
わち、簡略に言えば、固体表面と、好ましくは化学結合
しうる官能基とハロゲン化アルキル基もしくはハロゲン
スルホニル基を持つ化合物を用い、固体表面で反応させ
て重合開始基を導入する。シリコン基板を例にとると、
2−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリメト
キシシランや2−(4−クロロスルホニルフェニル)エ
チルトリクロロシラン等をシリコン基板表面の酸化層と
反応させ得ることによりリビングラジカル重合を開始で
きるクロロスルホニル基をシリコン基板表面に化学結合
して固定化させることが可能である。
The polymer chain-modified surface solid of the present invention has a polymerization initiation group physically and chemically bonded to the surface of the solid, and more preferably a polymerization initiation group chemically bonded to the solid surface. The polymer chain is grafted via the initiating group. There are no particular restrictions on the type of polymerization initiation group and the method of introduction, but it is possible to graft the polymer chains with primary control at high density, polymerization initiation groups that retain activity by light and electron beams, and deactivated polymerization initiation groups. From the viewpoint of ease of patterning into a living radical, a living radical polymerization initiation group capable of promoting atom transfer radical polymerization, such as a halogenated alkyl group and a sulfonyl halide group, is particularly preferably adopted. Such an initiation group can be introduced according to the method described in JP-A No. 11-263819. That is, in short, a compound having a functional group capable of chemically bonding to a solid surface and a halogenated alkyl group or a halogensulfonyl group is used, and a reaction is introduced on the solid surface to introduce a polymerization initiation group. Taking a silicon substrate as an example,
A chlorosulfonyl group capable of initiating living radical polymerization by reacting 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane, or the like with the oxide layer on the surface of the silicon substrate. It is possible to chemically bond and immobilize on the surface of a silicon substrate.

【0034】高度な親水性は、親水性を発現する高分子
鎖の一次構造を制御しつつ高密度にグラフト化すること
で達成される。このような高分子鎖の導入方法として、
全てのグラフト鎖の成長がほぼ均等に進行して隣接グラ
フト鎖間の立体障害が軽減できるリビングラジカル重合
法が特に有効である。本発明に用いる(a)成分のα,
β−不飽和単量体としては、側鎖に下記式(1)
The high degree of hydrophilicity is achieved by controlling the primary structure of the polymer chains expressing hydrophilicity and grafting at a high density. As a method of introducing such a polymer chain,
A living radical polymerization method is particularly effective, in which the growth of all graft chains proceeds almost uniformly and steric hindrance between adjacent graft chains can be reduced. Α of the component (a) used in the present invention,
The β-unsaturated monomer has a side chain of the following formula (1)

【0035】[0035]

【化14】 [Chemical 14]

【0036】(式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機機基であって、R3とR4は互いに結合してYを
ヘテロ原子とする複素環を形成してもよく、Yは酸素原
子又はイオウ原子である。)で示される有機基(以下、
ヘミアセタールエステル結合ということもある。)を有
するα、β−不飽和単量体(a)である。前記のa成分
の単量体は、固体表面に導入した重合開始基を介しての
リビングラジカル重合が円滑に進行して高密度の高分子
鎖がグラフトでき、しかも、グラフトした高分子の側鎖
をカルボキシル基もしくはカルボキシル塩基に容易に転
換できて特異的に高親水性を発現させることが可能であ
る。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
In the organic functional group of 8, R 3 and R 4 may combine with each other to form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) An organic group (hereinafter,
Sometimes called a hemiacetal ester bond. Is an α, β-unsaturated monomer (a). The above-mentioned monomer of the component a can smoothly undergo living radical polymerization through the polymerization initiation group introduced on the solid surface to graft a high-density polymer chain, and further, the side chain of the grafted polymer. Can be easily converted to a carboxyl group or a carboxyl group to specifically express high hydrophilicity.

【0037】本発明におけるヘミアセタールエステル結
合を有するα、β−不飽和単量体(a)は、例えば、ア
クリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、メサコン酸、マ
レイン酸、フマル酸等のカルボキシル基含有α、β−不
飽和単量体と、式(2)
The α, β-unsaturated monomer (a) having a hemiacetal ester bond in the present invention contains a carboxyl group such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, mesaconic acid, maleic acid or fumaric acid. an α, β-unsaturated monomer and the formula (2)

【0038】[0038]

【化15】 [Chemical 15]

【0039】(式中のR1、R2及びR3はそれぞれ水素
原子又は炭素数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜1
8の有機基であって、R3とR4は互いに結合してYをヘ
テロ原子とする複素環を形成していてもよく、Yは酸素
原子又はイオウ原子である。)で表されるビニルエーテ
ル化合物、ビニルエーテルチオエーテル化合物あるいは
酸素原子又はイオウ原子をヘテロ原子とするビニル型二
重結合を持つ複素環式化合物などの環状ビニルエーテル
化合物とを、酸触媒の存在下、好ましくは室温ないし2
00℃の温度で付加させることにより、容易に合成する
ことができる。
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, and R 4 is 1 to 1 carbon atoms.
8 an organic group, R 3 and R 4 may form a heterocyclic structure which comprises Y with heteroatoms bonded with each other, Y is an oxygen atom or a sulfur atom. ) A vinyl ether compound represented by the formula (1), a vinyl ether thioether compound or a cyclic vinyl ether compound such as a heterocyclic compound having a vinyl type double bond having an oxygen atom or a sulfur atom as a hetero atom, in the presence of an acid catalyst, preferably at room temperature. Or 2
It can be easily synthesized by adding at a temperature of 00 ° C.

【0040】前記の具体的な化合物としては、例えば、
1−メトキシエチルアクリレート、1−エトキシエチル
アクリレート、1−n−プロポキシエチルアクリレー
ト、1−iso−プロポキシエチルアクリレート、1−
n−ブトキシエチルアクリレート、1−iso−ブトキ
シエチルアクリレート、1−(2−エチルヘキソキシ)
エチルアクリレート、ピラニルアクリレート、1−メト
キシエチルメタクリート、1−エトキシエチルメタクリ
ート、1−n−プロポキシエチルメトクリート、1−i
so−プロポキシエチルメタクリート、1−n−ブトキ
シエチルメタクリート、1−iso−ブトキシエチルメ
タクリート、1−(2−エチルヘキソシキ)エチルメタ
クリレート、ピラニルメタクリート、ジ−1−メトキシ
エチルマレート、ジ−1−エトキシエチルマレート、ジ
−1−n−プロポキシエチルマレート、ジ−1−iso
−プロポキシエチルマレート、ジ−1−n−ブトキシエ
チルマレート、ジ−1−iso−ブトキシエチルマレー
ト、ジピラニルマレート等が挙げられる。
Specific examples of the above-mentioned compounds include:
1-methoxyethyl acrylate, 1-ethoxyethyl acrylate, 1-n-propoxyethyl acrylate, 1-iso-propoxyethyl acrylate, 1-
n-Butoxyethyl acrylate, 1-iso-butoxyethyl acrylate, 1- (2-ethylhexoxy)
Ethyl acrylate, pyranyl acrylate, 1-methoxyethyl methacrylate, 1-ethoxyethyl methacrylate, 1-n-propoxyethyl methacrylate, 1-i
so-propoxyethyl methacrylate, 1-n-butoxyethyl methacrylate, 1-iso-butoxyethyl methacrylate, 1- (2-ethylhexoxy) ethyl methacrylate, pyranyl methacrylate, di-1-methoxyethyl malate, di -1-ethoxyethylmalate, di-1-n-propoxyethylmalate, di-1-iso
-Propoxyethyl malate, di-1-n-butoxyethyl maleate, di-1-iso-butoxyethyl maleate, dipyranyl malate and the like can be mentioned.

【0041】これらの中でも、1−n−プロポキシエチ
ルアクリレート、1−iso−プロポキシエチルアクリ
レート、1−n−ブトキシエチルアクリレート、1−i
so−ブトキシエチルアクリレート、1−n−プロポキ
シエチルメトクリート、1−iso−プロポキシエチル
メタクリート、1−n−ブトキシエチルメタクリート、
1−iso−ブトキシエチルメタクリートがリビングラ
ジカル重合性とカルボキシル基への変換の容易性から、
特に好ましく選択される。
Among these, 1-n-propoxyethyl acrylate, 1-iso-propoxyethyl acrylate, 1-n-butoxyethyl acrylate, 1-i
so-butoxyethyl acrylate, 1-n-propoxyethyl methacrylate, 1-iso-propoxyethyl methacrylate, 1-n-butoxyethyl methacrylate,
1-iso-butoxyethyl methacrylate has a living radical polymerizability and is easily converted into a carboxyl group,
It is particularly preferably selected.

【0042】本発明における特定構造のα、β−不飽和
単量体は、単独で重合しても、共重合性を有する他の
α、β−不飽和単量体と共重合しても良く、グラフトす
るためのリビングラジカル重合法としては、Macromolec
ules、1998、31巻、5934〜5936頁に記載される原子移動
ラジカル重合法を採用することが好適である。グラフト
重合は、固体を重合媒体に浸漬、あるいは固体表面に重
合媒体を塗布して、前述の文献に記載されるような条件
を採用し、所定の加熱を行って進行させることができ
る。原子移動ラジカル重合に基づくグラフト化反応は、
前記の文献等に記載されているように、臭化銅のような
遷移金属の酸化還元反応に伴って、固体表面の重合開始
基を介して導入された高分子末端ハロゲンが引き抜かれ
ることにより可逆的に生成する高分子成長ラジカルにモ
ノマーが付加して進行する。このグラフト化反応では、
例えば、2−ブロモイソ酪酸エチル等のリビングラジカ
ル重合開始剤を重合媒体中に遊離の状態で存在させるこ
ともグラフト鎖の構造制御の点で有効な方法であり、好
ましく用いることができる。
The α, β-unsaturated monomer having a specific structure in the present invention may be polymerized alone or may be copolymerized with another α, β-unsaturated monomer having copolymerizability. As a living radical polymerization method for grafting, Macromolec
It is preferable to employ the atom transfer radical polymerization method described in ules, 1998, vol. 31, p. 5934-5936. Graft polymerization can be carried out by immersing the solid in a polymerization medium, or by coating the surface of the solid with the polymerization medium, employing the conditions described in the above-mentioned literature, and performing predetermined heating. Grafting reaction based on atom transfer radical polymerization is
As described in the above-mentioned documents and the like, it is reversible by withdrawing the polymer terminal halogen introduced via the polymerization initiation group on the solid surface with the redox reaction of a transition metal such as copper bromide. Monomers are added to the polymer growth radicals that are generated, and proceed. In this grafting reaction,
For example, allowing a living radical polymerization initiator such as ethyl 2-bromoisobutyrate to exist in the polymerization medium in a free state is also an effective method from the viewpoint of controlling the structure of the graft chain and can be preferably used.

【0043】本発明における固体表面にグラフトした高
分子の側鎖は、構造の特異性(ヘミアセタールエステル
結合)に起因して、加水分解反応、加熱反応により、容
易にカルボキシル基もしくはカルボキシル塩基に変換さ
せることができる。加熱反応の場合、高分子鎖修飾固体
を好ましくは100℃以上の雰囲気に放置することによ
り、ビニルエーテルの脱離を伴いながらカルボキシル基
に変換される。また、照射部位が100℃以上の高温に
なるようなレーザー等を使用することにより、表面固体
において特定の照射部位のみを親水化することが可能で
あり、親水部位と疎水部位とが所望する位置に存在した
表面固体を得ることができる。一方、高分子鎖修飾固体
を、水、酸性あるいはアルカリ性の水中に浸漬すると、
高分子の側鎖においてヘミアセタールエステル結合の加
水分解が促進され、カルボキシル基もしくは、カルボキ
シル塩基に変換することができる。これらの反応によ
り、極めて親水性の高い表面固体が得られ、かつ、高分
子鎖が固体表面に強固に結合しているため、親水性が永
続的に持続される。
The side chain of the polymer grafted on the solid surface in the present invention is easily converted into a carboxyl group or a carboxyl group by a hydrolysis reaction or a heating reaction due to the specificity of the structure (hemiacetal ester bond). Can be made. In the case of the heating reaction, the polymer chain-modified solid is preferably left in an atmosphere at 100 ° C. or higher to be converted into a carboxyl group with elimination of vinyl ether. Further, by using a laser or the like such that the irradiation site has a high temperature of 100 ° C. or more, it is possible to make only a specific irradiation site hydrophilic in the surface solid, and the hydrophilic site and the hydrophobic site are desired positions. Surface solids present in the can be obtained. On the other hand, when the polymer chain-modified solid is immersed in water, acidic or alkaline water,
Hydrolysis of the hemiacetal ester bond in the side chain of the polymer is promoted, and it can be converted into a carboxyl group or a carboxyl group. By these reactions, a surface solid having extremely high hydrophilicity is obtained, and since the polymer chains are firmly bound to the solid surface, the hydrophilicity is permanently maintained.

【0044】また、エッチング耐性等を有する表面固体
は、固体表面の重合開始基を介して、ヘミアセタールエ
ステル結合を有する特定のα、β―不飽和単量体(a)
と、カルボキシル基と反応する有機基(b1)を有する
α、β−不飽和単量体(b)をリビングラジカル重合法
で共重合して、側鎖にヘミアセタールエステル結合を有
するα、β−不飽和単量体(a)に基づく構成単位
(A)と、カルボキシル基と反応する有機基を有する
α、β−不飽和単量体(b)に基づく構成単位(B)と
を含有する高分子鎖をグラフト化し、次いで、構成単位
(A)と構成単位(B)の有機基どうしを化学反応させ
て高分子鎖間で共有結合に基づく網目を形成させること
により得ることができる。また、構成単位(A)と構成
単位(B)を形成するための重合において、これらの単
位を構成するα、β−不飽和単量体と共重合性を有する
第3成分のα、β−不飽和単量体(c)を共重合して使
用することもできる。
Further, the surface solid having etching resistance and the like is a specific α, β-unsaturated monomer (a) having a hemiacetal ester bond via the polymerization initiation group on the solid surface.
And an α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group (b1) that reacts with a carboxyl group are copolymerized by a living radical polymerization method to form an α, β- having a hemiacetal ester bond in a side chain. A high content containing a structural unit (A) based on an unsaturated monomer (a) and a structural unit (B) based on an α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group that reacts with a carboxyl group. It can be obtained by grafting a molecular chain and then chemically reacting the organic groups of the structural unit (A) and the structural unit (B) to form a network based on covalent bonds between the polymeric chains. Further, in the polymerization for forming the structural unit (A) and the structural unit (B), α, β-of the third component which is copolymerizable with the α, β-unsaturated monomer constituting these units. The unsaturated monomer (c) can also be copolymerized and used.

【0045】カルボキシル基と反応する有機基を有する
α、β−不飽和単量体(b)としては、側鎖にエポキシ
基、シラノール基、アルコキシシラン基、ヒドロキシル
基、アミノ基、イミノ基、イソシアネート基、ブロック
化イソシアネート基、シクロカーボネート基、ビニルエ
ーテル基、ビニルチオエーテル基、アミノメチロール
基、アルキル化アミノメチロール基、アセタール基、ケ
タール基等を有する不飽和単量体が挙げられる。具体的
には、グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポ
キシシクロへキシルメチル(メタ)アクリレート等の
α,β−不飽和エポキシ化合物;アクリロイルオキシプ
ロピルトリメトキシシラン、メタクリロイルオキシプロ
ピルトリメトキシシラン、メタクリロイルオキシプロピ
ルトリ−n−ブトキシシランなどのα,β−不飽和シラ
ン化合物やこれらの化加水分解化合物であるシラノール
基やアルコキシシラン基含有化合物;2−ヒドロキシエ
チル(メタ)アクリレートや2−ヒドロキシプロピル
(メタ)アクリレートなどのα,β−不飽和化合物およ
びそのε−カプロラクトン付加物などのヒドロキシル基
含有化合物;3−(メタ)アクリロイルオキシプロピレ
ンカーボネート、ビニルオキシアルキル(メタ)アクリ
レート類、アミノメチロール基やアルキル化アミノメチ
ロール基含有α,β−不飽和化合物等である。この中で
も、入手性や、リビングラジカル共重合性、カルボキシ
ル基との反応容易性、エッチング耐性を有する網目形成
などの点から、グリシジル(メタ)アクリレート、アク
リロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリ
ロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロ
イルオキシプロピルトリ−n−ブトキシシランが好まし
く、グリシジル(メタ)アクリレートが特に好ましく選
択される。
The α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group which reacts with a carboxyl group includes an epoxy group, a silanol group, an alkoxysilane group, a hydroxyl group, an amino group, an imino group and an isocyanate in the side chain. Examples of the unsaturated monomer include a group, a blocked isocyanate group, a cyclocarbonate group, a vinyl ether group, a vinyl thioether group, an aminomethylol group, an alkylated aminomethylol group, an acetal group, and a ketal group. Specifically, α, β-unsaturated epoxy compounds such as glycidyl (meth) acrylate, 3,4-epoxycyclohexylmethyl (meth) acrylate; acryloyloxypropyltrimethoxysilane, methacryloyloxypropyltrimethoxysilane, methacryloyloxy. Propyltri-n-butoxysilane and other α, β-unsaturated silane compounds and silanol group- and alkoxysilane group-containing compounds that are hydrolyzed compounds of these compounds; 2-hydroxyethyl (meth) acrylate and 2-hydroxypropyl (meth) ) Α, β-Unsaturated compounds such as acrylates and hydroxyl group-containing compounds such as ε-caprolactone adducts thereof; 3- (meth) acryloyloxypropylene carbonate, vinyloxyalkyl (meth) acrylates, aminomethyi Lumpur group or alkylated aminomethylol group-containing alpha, a β- unsaturated compounds. Among them, glycidyl (meth) acrylate, acryloyloxypropyltrimethoxysilane, methacryloyloxypropyltrimethoxy, from the viewpoints of availability, living radical copolymerizability, easiness of reaction with carboxyl group, and network formation having etching resistance. Silane and methacryloyloxypropyltri-n-butoxysilane are preferred, and glycidyl (meth) acrylate is particularly preferred.

【0046】本発明の高分子鎖中の構成単位(A)に含
まれる前記の式(1)で示される有機基(a1)は、加
熱下において、遊離カルボキシル基を再生して構成単位
(B)中のカルボキシル基と反応する有機基(b1)と
容易に化学結合を形成するため、100℃以上、好まし
くは120℃以上の加熱処理することにより、高分子鎖
間の網目を形成することができる。高分子鎖中の構成単
位(A)と構成単位(B)の比率に制限は特にないが、
強固な網目とするために構成単位(A)の有機基(a
1)/構成単位(B)の有機基(b1)のモル等量比に
換算して0.2/1.0〜1.2/1.0であることが
好ましく、モル等量比が0.5/1.0〜1.1/1.
0であればより強固な網目が形成される。また、リビン
グラジカル重合を行う際の両α、β―不飽和単量体の比
率も同様に設定することが好ましい。
The organic group (a1) represented by the above formula (1) contained in the structural unit (A) in the polymer chain of the present invention regenerates a free carboxyl group under heating to generate the structural unit (B). In order to easily form a chemical bond with the organic group (b1) which reacts with the carboxyl group in (1), a heat treatment at 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher may form a network between polymer chains. it can. The ratio of the structural unit (A) to the structural unit (B) in the polymer chain is not particularly limited,
In order to form a strong mesh, the organic group (a) in the structural unit (A) is
1) / the molar equivalent ratio of the organic group (b1) of the structural unit (B) is preferably 0.2 / 1.0 to 1.2 / 1.0, and the molar equivalent ratio is 0. .5 / 1.0 to 1.1 / 1.
When it is 0, a stronger mesh is formed. Further, the ratio of both α, β-unsaturated monomers when performing living radical polymerization is preferably set similarly.

【0047】本発明で提案する、活性を保持した重合開
始基と不活性化した重合開始基とにあらかじめ区分した
パターンを形成するためには、ハロゲン化アルキル基や
ハロゲン化スルホニル基等を重合開始基として結合させ
た固体表面に対し、紫外線(高圧水銀灯使用)や電子線
のような活性エネルギーを所定のパターンで照射して重
合開始基を分解させる手法が用いられる。照射源やマス
クを適宜選択して、例えば電子線マスク描画装置等を用
いた照射を行って不活性部位と活性部位との微細パター
ンを形成した後に、リビングラジカル重合によるグラフ
ト化反応を行うことにより、微細パターン化された領域
でのグラフト修飾が達成できる。
In order to form a pre-divided pattern of the polymerization initiation group which retains the activity and the polymerization initiation group which is inactivated as proposed in the present invention, the polymerization of a halogenated alkyl group or a sulfonyl halide group is initiated. A method of decomposing the polymerization initiation group by irradiating the solid surface bonded as a group with active energy such as ultraviolet rays (using a high pressure mercury lamp) or an electron beam in a predetermined pattern is used. By appropriately selecting an irradiation source and a mask, performing irradiation using, for example, an electron beam mask drawing device to form a fine pattern of inactive sites and active sites, and then performing a grafting reaction by living radical polymerization. , Graft modification in fine patterned areas can be achieved.

【0048】このようにして得られた表面に式(1)で
示される有機基(a1)を有するα、β−不飽和単量体
(a)に基づく構成単位をグラフト化して導入した表面
修飾固体は、加熱等により、容易にカルボキシル基や加
水分解によりカルボキシル塩基に変換できる。したがっ
て、前記の高分子鎖修飾表面固体は、カルボキシル基等
に変換でき、親水性の固体表面になる。本発明の前記修
飾表面固体の製造方法は、側鎖に式(1)で示されるヘ
ミアセタール基を有するα、β−不飽和単量体(a)を
用いるので、グラフト化反応の制御がしやすくなる。例
えば、 〔i〕前記のようにカルボキシル基に変換する場合に
は、直接カルボキシル基を有する単量体をグラフト化す
る場合に比べて反応性を格段に向上させることができ
る。他の単量体と共重合させる場合は、単量体組成物の
相溶性の向上や、共重合性の向上が見込まれる。 〔ii〕また、さらに、前記の単量体(a)を用いること
で、容易に親水性に変換できる。例えば、照射部位が高
温にさらされるエネルギー線を照射することで、局部的
にビニルエーテル基を脱離させることにより親水性にす
ることができるので、固体表面に親水性部と油性部の部
位を付与した基板とすることで、印刷用の基板等に利用
可能である。 〔iii〕またさらに、前記式(1)で示されるヘミアセ
タール基を有する単量体(a)と、カルボキシル基と反
応する有機基(b1)を有する単量体(b)を固体表面
にグラフト共重合させた場合は、Aのグラフト鎖と、B
のグラフト鎖との間で架橋させることができ、より強固
なグラフト鎖とすることができる。また、固体の表面に
導入した重合開始基を、あらかじめマスク等を用いてエ
ネルギー線照射して活性部と不活性部に区分すること
で、微細なパターン形成ができ、その活性部に前記のよ
うにグラフト化させることができる。その際に加熱等で
架橋させることにより、エッチング耐性等の優れた効果
を発揮することができるので、フォトレジスト基板等の
代替え材料として好適に使用できる。したがって、これ
らの方法によって得られる表面改質された固体は、産業
上各種の用途に有用である。
Surface modification in which the constituent unit based on the α, β-unsaturated monomer (a) having the organic group (a1) represented by the formula (1) is grafted and introduced on the surface thus obtained. The solid can be easily converted to a carboxyl group or a carboxyl base by hydrolysis by heating or the like. Therefore, the polymer chain-modified surface solid can be converted into a carboxyl group or the like to become a hydrophilic solid surface. In the method for producing the modified surface solid of the present invention, since the α, β-unsaturated monomer (a) having the hemiacetal group represented by the formula (1) in the side chain is used, the grafting reaction can be controlled. It will be easier. For example, [i] In the case of converting to a carboxyl group as described above, the reactivity can be remarkably improved as compared with the case of directly grafting a monomer having a carboxyl group. In the case of copolymerizing with another monomer, the compatibility of the monomer composition and the copolymerizability are expected to improve. [Ii] Further, by using the above-mentioned monomer (a), it can be easily converted into hydrophilic. For example, by irradiating the irradiation site with energy rays that are exposed to high temperatures, the vinyl ether group can be locally eliminated to make it hydrophilic, so that the solid surface is provided with hydrophilic and oily parts. By using such a substrate, it can be used as a substrate for printing or the like. [Iii] Furthermore, a monomer (a) having a hemiacetal group represented by the above formula (1) and a monomer (b) having an organic group (b1) that reacts with a carboxyl group are grafted onto a solid surface. When copolymerized, the graft chain of A and B
It can be cross-linked with the graft chain of, and a stronger graft chain can be obtained. In addition, the polymerization initiation group introduced on the surface of the solid is irradiated with energy rays in advance by using a mask or the like to divide the active portion and the inactive portion, whereby a fine pattern can be formed. Can be grafted to. At that time, crosslinking by heating or the like can exert excellent effects such as etching resistance, so that it can be suitably used as a substitute material for a photoresist substrate or the like. Therefore, the surface-modified solid obtained by these methods is industrially useful for various applications.

【0049】[0049]

【実施例】以下、実施例に基づき本発明を更に詳しく説
明する。 実施例1; <固体表面へのリビングラジカル重合開始基の導入>2
−(4−クロロスルホニルフェニル)エチルトリクロロ
シラン(CTS)の0.1%脱水トルエン溶液(0.1
%塩化メチレン含有)に、イオンスパッタリング処理を
5分間施したシリコン基板を25℃にて24時間浸漬し
た。取り出したシリコン基板をトルエン、次いで、TH
F(テトラヒドロフラン)を用いて十分に洗浄後乾燥さ
せて、クロロスルホニル基を表面に固定したシリコン基
板を得た。 <表面グラフト重合>1−n−プロポキシエチルメタク
リレート(n−PEMA)150部、アニソール150
部、2−ブロモイソ酪酸エチル0.1部の混合溶液に臭
化銅濃度が10.5mMとなるように加えて重合溶液を
調整した。これに上記基板を浸漬させ、脱気封管後50
℃に加熱してグラフト重合を行った。溶液中に生成する
フリーポリマーの分子量と分子量分布をGPCにて、ま
た基板上にグラフトされた高分子鎖の膜厚は、クロロホ
ルムで十分に洗浄した後エリプソメトリー法により決定
した。グラフトした高分子鎖の分子量を直接測定するこ
とは困難であるが、重合のメカニズムから、溶液中に生
成するフリーポリマーとほぼ同じとみなすことができ
る。フリーポリマーの分子量とグラフト膜の乾燥膜厚
は、重合時間とともに比例的に増大した。分子量とグラ
フト膜厚の関係から算出されるグラフト密度は、0.4
chains/nm2であった。また、重合開始7時間後のグラ
フト膜厚は40nm、フリーポリマー分子量から想定さ
れるグラフト高分子鎖分子量は60000であった。こ
の結果から、極めて高密度に高分子鎖がグラフトした表
面固体が得られることが明らかとなった。
The present invention will be described in more detail based on the following examples. Example 1 <Introduction of living radical polymerization initiation group to solid surface> 2
-(4-chlorosulfonylphenyl) ethyltrichlorosilane (CTS) in 0.1% dehydrated toluene solution (0.1
% Of methylene chloride), the silicon substrate subjected to the ion sputtering treatment for 5 minutes was immersed at 25 ° C. for 24 hours. Toluene, then TH
It was thoroughly washed with F (tetrahydrofuran) and then dried to obtain a silicon substrate having a chlorosulfonyl group fixed on the surface. <Surface graft polymerization> 1-n-propoxyethyl methacrylate (n-PEMA) 150 parts, anisole 150
And 0.1 parts of ethyl 2-bromoisobutyrate were added to a mixed solution so that the concentration of copper bromide was 10.5 mM to prepare a polymerization solution. The above substrate is immersed in this, and after degassing and sealing, 50
Graft polymerization was carried out by heating to ° C. The molecular weight and molecular weight distribution of the free polymer formed in the solution were determined by GPC, and the film thickness of the polymer chains grafted on the substrate was determined by ellipsometry after thoroughly washing with chloroform. Although it is difficult to directly measure the molecular weight of the grafted polymer chain, it can be regarded as almost the same as the free polymer formed in the solution because of the mechanism of polymerization. The molecular weight of the free polymer and the dry film thickness of the graft film increased proportionally with the polymerization time. Graft density calculated from the relationship between molecular weight and graft thickness is 0.4
It was chains / nm 2 . Further, the graft film thickness 7 hours after the initiation of polymerization was 40 nm, and the molecular weight of the graft polymer chain assumed from the molecular weight of the free polymer was 60,000. From this result, it became clear that a surface solid in which polymer chains were grafted at an extremely high density could be obtained.

【0050】実施例2;<カルボキシル基、カルボキシ
ル塩基への変換による親水性の付与> 実施例1で得たシリコン基板(高分子鎖修飾表面固体)
を180℃の雰囲気下に1時間放置した。180℃放置
前後の表面をIRで分析した結果、放置前に認められた
ヘミアセタールエステル由来のピーク(1720c
-1)が180℃放置後にはほぼ消失し、酸型(171
0cm-1)に変化していることを確認した。また、水に
対する接触角を測定したところ、放置前では80度であ
ったのに対し、180℃放置後には25度まで親水性が
向上していることが示された。
Example 2 <Applying hydrophilicity by conversion into carboxyl group and carboxyl group> Silicon substrate obtained in Example 1 (polymer chain-modified surface solid)
Was left in an atmosphere of 180 ° C. for 1 hour. As a result of IR analysis of the surface before and after standing at 180 ° C., a peak derived from hemiacetal ester observed before standing (1720c
m -1 ) almost disappeared after standing at 180 ° C, and the acid form (171
It was confirmed to have changed to 0 cm −1 ). Further, the contact angle with water was measured, and it was shown that the hydrophilicity was improved up to 25 degrees after being left at 180 ° C., whereas it was 80 degrees before being left standing.

【0051】また、実施例1で得たシリコン基板をpH
12に調整した50℃のKOH水溶液に5時間浸漬し
た。十分に水洗して乾燥させた基板のIR分析と水に対
する接触角測定を行ったところ、ヘミアセタールエステ
ル由来のピーク(1720cm-1)が消失し、1550
cm-1に新たなピークが生成していることを確認した。
また、接触角はほぼ0度であり、極めて親水性の高い表
面が形成されていることがわかった。
The silicon substrate obtained in Example 1 was adjusted to pH.
It was immersed in a 50 ° C. KOH aqueous solution adjusted to 12 for 5 hours. When IR analysis and contact angle measurement with respect to water were carried out on the substrate that had been thoroughly washed with water and dried, the peak (1720 cm -1 ) derived from the hemiacetal ester disappeared and 1550
It was confirmed that a new peak was generated at cm -1 .
Further, the contact angle was almost 0 degree, and it was found that a highly hydrophilic surface was formed.

【0052】実施例1で得た表面グラフト化したシリコ
ン基板に対し830nmのレーザー光をパターン形成し
ながら照射した(レーザーが1点に留まっている時間:
220μs、照射部位の表面温度:約150℃の条件を
設定)。この処理を施した基板を、青色油性染料を溶解
したトルエン溶液に浸漬したところ、非照射部のみが青
色に鮮明に着色した。また、逆に、赤色水性染料を溶解
した水溶液に浸漬すると、照射部位のみが赤色に着色し
た。これらの結果から、レーザー照射部は、ビニルエー
テル基が脱離してカルボキシル基の親水性となり、レー
ザー未照射部はそのまま疎水性であることがわかる。し
たがって、本発明高分子鎖修飾表面固体は、平板印刷等
の用途に適用可能なことが示唆された。
The surface-grafted silicon substrate obtained in Example 1 was irradiated with laser light of 830 nm while forming a pattern (the laser stayed at one point:
220 μs, surface temperature of irradiation site: set conditions of about 150 ° C). When the substrate subjected to this treatment was dipped in a toluene solution in which a blue oily dye was dissolved, only the non-irradiated part was vividly colored blue. On the contrary, when it was immersed in an aqueous solution in which a red aqueous dye was dissolved, only the irradiated portion was colored red. From these results, it can be seen that the laser-irradiated portion is desorbed of the vinyl ether group to be hydrophilic to the carboxyl group, and the laser-irradiated portion is still hydrophobic. Therefore, it was suggested that the polymer chain-modified surface solid of the present invention is applicable to applications such as lithographic printing.

【0053】比較例1;<表面グラフト重合> 実施例1で調整した重合溶液に、重合開始基を導入して
いないシリコン基板を浸漬させて、実施1と同じ条件で
リビングラジカル重合を行った。その結果、重合溶液中
にはフリーポリマーが生成したものの、基板表面にはグ
ラフト層は形成されず、実施例2と同様の操作を行って
も親水性表面を得ることができなかった。
Comparative Example 1 <Surface Graft Polymerization> A silicon substrate in which a polymerization initiation group was not introduced was immersed in the polymerization solution prepared in Example 1, and living radical polymerization was carried out under the same conditions as in Example 1. As a result, although a free polymer was generated in the polymerization solution, a graft layer was not formed on the substrate surface, and a hydrophilic surface could not be obtained even by performing the same operation as in Example 2.

【0054】実施例3〜8、比較例2〜4 表1に示した比率のα、β−不飽和単量体100部、ア
ニソール100部、2−ブロモイソ酪酸エチル0.07
部の混合溶液に臭化銅濃度が7mMとなるように加えて
重合溶液を調整した。この溶液中に実施例1と同じ方法
で作成したリビングラジカル重開始基を導入したシリコ
ン基板を浸漬させ、脱気封管後80℃に加熱してグラフ
ト重合を行った。分子量(6時間反応後の値)、グラフ
ト層の乾燥膜厚(6時間反応後の値)、グラフト密度(6
時間反応後の値)の測定法は、実施例1と同じである。
また、水に対する接触角とグラフト層の膨潤膜厚は、1
80℃で2時間加熱してカルボキシル基への変換もしく
はカルボキシル基/グリシジル基の反応を行った後に測
定した。なお、膨潤膜厚は、pH11のNaOH水溶液
中に基板を浸漬してエリプソメトリー法で測定したもの
で、膜厚が厚いほど、親水性が高く自由水を吸収してグ
ラフト鎖が伸びていることを示している。前記の接触角
を測定した後、表面をアセトンで湿らせたワイプを用い
て100回往復のラビング試験を実施した。測定結果を
結果に表1に示す。
Examples 3 to 8 and Comparative Examples 2 to 4 100 parts of α, β-unsaturated monomer in the ratio shown in Table 1, 100 parts of anisole, ethyl 2-bromoisobutyrate 0.07
A polymerization solution was prepared by adding copper bromide to the mixed solution of 1 part so that the concentration thereof was 7 mM. A silicon substrate having a living radical heavy initiation group introduced therein prepared by the same method as in Example 1 was dipped in this solution, degassed and sealed and heated at 80 ° C. for graft polymerization. Molecular weight (value after 6 hours reaction), dry thickness of graft layer (value after 6 hours reaction), graft density (6
The method of measuring the value after the time reaction) is the same as in Example 1.
Further, the contact angle to water and the swollen film thickness of the graft layer are 1
The measurement was performed after heating at 80 ° C. for 2 hours to convert to a carboxyl group or carry out a reaction of carboxyl group / glycidyl group. The swollen film thickness is measured by an ellipsometry method by immersing the substrate in an aqueous NaOH solution having a pH of 11, and the thicker the film, the higher the hydrophilicity and the absorption of free water and the extension of the graft chain. Is shown. After the contact angle was measured, a rubbing test was repeated 100 times using a wipe whose surface was moistened with acetone. The measurement results are shown in Table 1.

【0055】[0055]

【表1】 [Table 1]

【0056】表中の注は次のとおり。 1)Iso-PEMA:1−iso−プロポキシエチルメタクリ
ート、 GMA:メタク リル酸グリシジル、MMA:メタク
リル酸メチル、 MAA:メタクリル酸
The notes in the table are as follows. 1) Iso-PEMA: 1-iso-propoxyethyl methacrylate, GMA: glycidyl methacrylate, MMA: methyl methacrylate, MAA: methacrylic acid

【0057】実施例3〜8、比較例2では、円滑にグラ
フト化反応が進行した。しかしながら、カルボキシル基
を保護せずに重合を行った比較例3においてはグラフト
鎖の形成が認められず、また、重合系内にゲル状の沈殿
物が発生した。また、比較例4では、重合開始後4時間
目に重合液全体がゲル状を呈して反応継続が不可能であ
った。一方、実施例3〜8では、比較例2と同等レベル
のグラフト層厚とグラフト密度が達成されることが明ら
かとなった。この結果から、カルボキシル基を保護して
重合に供する本発明の手法がリビングラジカル重合を行
う上で有効であることがわかる。また、実施例3〜5、
比較例2の結果の対比から、本発明の高分子鎖修飾表面
固体においても、良好な親水性が発現され、アセトンラ
ビング後も親水性の変化がなく持続性にも優れているこ
とがわかる。実施例6〜8の膨潤膜厚測定の結果から、
グラフト後の熱処理によりアルカリ水溶液に侵されない
層が形成されていることがわかる。またアルカリエッチ
ング耐性に優れていることが示唆された。また、アセト
ンラビング試験でも接触角は変動しておらず、溶剤エッ
チング耐性にも良好な特性を有することがわかる。
In Examples 3 to 8 and Comparative Example 2, the grafting reaction proceeded smoothly. However, in Comparative Example 3 in which the polymerization was carried out without protecting the carboxyl group, the formation of a graft chain was not observed, and a gel-like precipitate was generated in the polymerization system. Further, in Comparative Example 4, the entire polymerization liquid was gelled 4 hours after the initiation of the polymerization, and the reaction could not be continued. On the other hand, in Examples 3 to 8, it was revealed that the same level of graft layer thickness and graft density as in Comparative Example 2 was achieved. From this result, it can be seen that the method of the present invention in which the carboxyl group is protected and subjected to the polymerization is effective in performing living radical polymerization. In addition, Examples 3 to 5,
From the comparison of the results of Comparative Example 2, it can be seen that the polymer chain-modified surface solid of the present invention also exhibits good hydrophilicity, shows no change in hydrophilicity after acetone rubbing, and is excellent in durability. From the results of the swollen film thickness measurements of Examples 6 to 8,
It can be seen that a layer which is not attacked by the alkaline aqueous solution is formed by the heat treatment after grafting. It was also suggested that it has excellent alkali etching resistance. In addition, it was found that the contact angle did not change even in the acetone rubbing test, and the solvent etching resistance was also excellent.

【0058】実施例9〜13、比較例5,6 実施例1と同様な方法で作成したリビングラジカル重合
開始基を導入したシリコン基板に対し、日本電子(株)
製電子線マスク描画装置(JBX−5000FS)を用
い、加速電圧:20kV、電流:20pA、電子線照射
量:2200μC/cm2、の条件で1.0μm幅(照
射)/0.7μm幅(未照射)/0.5μm幅(照射)
/0.3μm幅(未照射)/0.2μm幅(照射)のパ
ターンに照射して、重合開始基の活性部位(未照射)と
不活性部位(照射)を基板表面上に形成した。
Examples 9 to 13 and Comparative Examples 5 and 6 JEOL Ltd. was used for a silicon substrate having a living radical polymerization initiation group introduced therein prepared in the same manner as in Example 1.
Using an electron beam mask drawing device (JBX-5000FS), 1.0 μm width (irradiation) /0.7 μm width (unirradiated) under the conditions of accelerating voltage: 20 kV, current: 20 pA, and electron beam irradiation amount: 2200 μC / cm 2. ) /0.5 μm width (irradiation)
A pattern of /0.3 μm width (unirradiated) /0.2 μm width (irradiated) was irradiated to form active sites (unirradiated) and inactive sites (irradiated) of the polymerization initiation group on the substrate surface.

【0059】次いで、表2に示した比率でα、β−不飽
和単量体100部、アニソール100部、2−ブロモイ
ソ酪酸エチル0,07部の混合溶液に臭化銅濃度が7m
Mとなるように加えて調整した重合溶液に上記基板を浸
漬して、脱気封管後80℃で8時間グラフト化反応し
た。重合後、各基板について、クロロホルムで十分に洗
浄してから、180℃、2時間の加熱処理を行なった。
さらに、クロロホルムで再度十分に洗浄し、50℃で1
時間乾燥して下記の評価を行なった。
Then, a mixed solution of 100 parts of α, β-unsaturated monomer, 100 parts of anisole and 0.07 part of ethyl 2-bromoisobutyrate in a ratio shown in Table 2 was used, and the copper bromide concentration was 7 m.
The above-mentioned substrate was immersed in a polymerization solution which was added and adjusted so as to have M, degassed and sealed, and subjected to a grafting reaction at 80 ° C. for 8 hours. After the polymerization, each substrate was thoroughly washed with chloroform and then heat-treated at 180 ° C. for 2 hours.
Then, wash thoroughly with chloroform again and
After drying for an hour, the following evaluation was performed.

【0060】AFM(原子間力顕微鏡)で分析を行い、
パターン形成状態とグラフト膜厚を評価した。パターン
形成状態は、電子線照射部位/未照射部位の境界のシャ
ープさから判定した。(○:4箇所の境界領域がシャー
プ、×:いずれかの境界領域でシャープさが欠落してい
る)。また、電子線未照射部位と電子線照射部位の膜厚
差をグラフト膜厚とした。実施例9、10、比較例5に
ついては、グラフト部位が明確にパターン化され、親水
性が発現されているかどうかを判断するために、赤色水
性染料を溶解した水溶液に基板を浸漬して、その後光学
顕微鏡で基板の観察を行なった。(評価は次のとおり。
○:グラフト部位のみで、親水性が保持され染料を十分
に吸着している、×:親水性が発現されず、染料の吸着
が認められない。)
Analysis by AFM (atomic force microscope)
The pattern formation state and the graft film thickness were evaluated. The pattern formation state was judged from the sharpness of the boundary between the electron beam-irradiated site and the unirradiated site. (∘: four boundary areas are sharp, ×: any one of the boundary areas lacks sharpness). Further, the thickness difference between the electron beam non-irradiated portion and the electron beam irradiated portion was defined as the graft thickness. For Examples 9 and 10 and Comparative Example 5, the substrate was immersed in an aqueous solution in which the red aqueous dye was dissolved in order to determine whether the graft site was clearly patterned and the hydrophilicity was developed. The substrate was observed with an optical microscope. (The evaluation is as follows.
◯: Hydrophilicity is retained and the dye is sufficiently adsorbed only by the graft site. ×: Hydrophilicity is not expressed and adsorption of the dye is not observed. )

【0061】実施例11〜13、比較例6についてエッ
チング耐性を評価した。エッチング耐性−1:180
℃、2時間加熱処理したシリコン基板をpH14のNa
OH強アルカリ水溶液に50℃で2時間浸漬した。その
後、水洗して乾燥した後、形状をSEM(走査型電子顕
微鏡)観察した。(評価は次のとおり。○:グラフト層
部位の変形が見られない、△:グラフト層部位の膜の減
りが見られる、×:グラフト層部位が破壊している。)
エッチング耐性−2:180℃、2時間加熱処理したシ
リコン基板を真空チャンバー内に導入し、真空にした
後、エッチングガス(CF4)を導入し、ガスをプラズ
マ化してドライエッチングした。チャンバーから取り出
した基板をSEM観察し、シリコン酸化膜部位(電子線
照射部位に相当)とグラフト層部位(電子線未照射部位
に相当)のエッチングの進行度合を評価した。(評価は
次のとおり。○:シリコン酸化膜部位はエッチングによ
り削られているがグラフト層部位の変形を保持してい
る、×:シリコン酸化膜部位、グラフト層部位ともに削
られた跡が見られる。)
The etching resistance of Examples 11 to 13 and Comparative Example 6 was evaluated. Etching resistance-1: 180
A silicon substrate heat-treated at 2 ° C. for 2 hours has a pH of 14 Na.
It was immersed in a strong OH aqueous solution at 50 ° C. for 2 hours. Then, after washing with water and drying, the shape was observed by SEM (scanning electron microscope). (Evaluation is as follows: ◯: No deformation of the graft layer site is observed, Δ: A decrease in the film of the graft layer site is observed, ×: The graft layer site is destroyed.)
Etching resistance-2: 180 ° C. A silicon substrate that had been heat treated for 2 hours was introduced into a vacuum chamber, and after being evacuated, an etching gas (CF 4 ) was introduced, and the gas was converted into plasma for dry etching. The substrate taken out of the chamber was observed by SEM to evaluate the degree of progress of etching of the silicon oxide film site (corresponding to the electron beam irradiation site) and the graft layer site (corresponding to the electron beam non-irradiation site). (Evaluation is as follows: ◯: The silicon oxide film site is removed by etching, but the deformation of the graft layer site is retained. ×: Both the silicon oxide film site and the graft layer site are found to be removed. .)

【0062】各実施例、比較例における各々の評価結果
を表2に示す。
Table 2 shows the evaluation results of the examples and comparative examples.

【0063】[0063]

【表2】 [Table 2]

【0064】各実施例、比較例ともに、良好なパターン
形状が得られていることがわかる。しかし、比較例5に
おいては、親水性分の微細領域での発現が見られない。
また、比較例6では、エッチング耐性が認められない。
一方、親水性部位の微細パターンを形成することを意図
した実施例9、10では、その目的が十分に達成されて
いることがわかる。さらに実施例11〜13は、微細領
域においてエッチング耐性を付与することを目的として
いるが、ドライエッチング、ウェットエッチングともに
良好な結果を示しており、本発明が半導体レジストへの
応用や、各種パターニングを要する材料の表面修飾手法
として有用であることが示唆される。
It can be seen that good pattern shapes were obtained in each of the examples and comparative examples. However, in Comparative Example 5, no expression is seen in the fine region of the hydrophilic component.
Further, in Comparative Example 6, etching resistance is not recognized.
On the other hand, in Examples 9 and 10 intended to form a fine pattern of the hydrophilic portion, it can be seen that the purpose is sufficiently achieved. Further, Examples 11 to 13 are intended to impart etching resistance in a fine region, but show good results in both dry etching and wet etching. Therefore, the present invention is applicable to semiconductor resists and various patterning. It is suggested that it is useful as a surface modification method for required materials.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明による高分子鎖修飾表面固体で
は、カルボキシル基もしくはカルボキシル塩基を有する
高分子鎖が高密度にグラフトしているため高親水性が発
現される。また、強固な網目構造からなる高分子鎖で修
飾されることからエッチング耐性等の実用特性を高レベ
ルで付与することができる。さらに、本発明の製造方法
によれば、これらの特性を付与する目的で使用する特定
単量体のリビングラジカル重合が円滑に進行して、制御
された一次構造を有する高分子鎖が高密度にグラフト化
された表面固体が得られる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The polymer chain-modified surface solid according to the present invention exhibits high hydrophilicity because polymer chains having a carboxyl group or a carboxyl group are grafted at a high density. Further, since it is modified with a polymer chain having a strong network structure, practical properties such as etching resistance can be imparted at a high level. Furthermore, according to the production method of the present invention, the living radical polymerization of the specific monomer used for the purpose of imparting these characteristics smoothly proceeds, and the polymer chain having a controlled primary structure becomes dense. A grafted surface solid is obtained.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】側鎖に下記式(1) 【化1】 (式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素
数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜18の有機機基
であって、R3とR4は互いに結合してYをヘテロ原子と
する複素環を形成してもよく、Yは酸素原子又はイオウ
原子である。)で示される有機基(a1)を有するα、
β−不飽和単量体(a)に基づく構成単位を含有してな
る高分子鎖が、固体表面に導入された重合開始基を介し
て、グラフト化してなることを特徴とする高分子鎖修飾
表面固体。
1. A side chain of the following formula (1): (In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, R 4 is an organic functional group having 1 to 18 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other. To form a heterocycle having Y as a hetero atom, Y is an oxygen atom or a sulfur atom, and α having an organic group (a1) represented by
Polymer chain modification characterized in that a polymer chain containing a structural unit based on the β-unsaturated monomer (a) is grafted via a polymerization initiation group introduced on the solid surface. Surface solid.
【請求項2】請求項1記載の高分子鎖における側鎖の下
記式(1) 【化2】 (式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素
数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜18の有機機基
であって、R3とR4は互いに結合してYをヘテロ原子と
する複素環を形成してもよく、Yは酸素原子又はイオウ
原子である。)で示される有機基の、一部または全て
を、加水分解もしくは加熱反応によりカルボキシル基あ
るいはカルボキル塩基に変換させてなることを特徴とす
る高分子鎖修飾表面固体。
2. The side chain in the polymer chain according to claim 1, represented by the following formula (1): (In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, R 4 is an organic functional group having 1 to 18 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other. To form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom.) A part or all of the organic group represented by A polymer chain-modified surface solid characterized by being converted into a carboxyl base.
【請求項3】側鎖に下記式(1) 【化3】 (式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素
数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜18の有機機基
であって、R3とR4は互いに結合してYをヘテロ原子と
する複素環を形成してもよく、Yは酸素原子又はイオウ
原子である。)で示される有機基(a1)を有するα、
β−不飽和単量体(a)に基づく構成単位(A)、およ
びカルボキシル基と反応する有機基(b1)を有する
α、β−不飽和単量体(b)に基づく構成単位(B)と
を含有してなる高分子鎖が、固体表面に導入された重合
開始基を介して、グラフト化してなることを特徴とする
高分子鎖修飾表面固体。
3. A side chain having the following formula (1): (In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, R 4 is an organic functional group having 1 to 18 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other. To form a heterocycle having Y as a hetero atom, Y is an oxygen atom or a sulfur atom, and α having an organic group (a1) represented by
Structural unit (A) based on β-unsaturated monomer (a), and structural unit (B) based on α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group (b1) that reacts with a carboxyl group A polymer chain-modified surface solid comprising a polymer chain containing and, which is grafted through a polymerization initiation group introduced on the solid surface.
【請求項4】請求項3記載のグラフト化された高分子鎖
を用いて、構成単位(A)のa1の有機基と構成単位
(B)のb1の有機基とを化学反応させることにより高
分子鎖間で共有結合に基づく網目が形成されていること
を特徴とする高分子鎖修飾表面固体。
4. A high molecular weight compound obtained by chemically reacting the organic group a1 of the structural unit (A) with the organic group b1 of the structural unit (B) using the grafted polymer chain according to claim 3. A polymer chain-modified surface solid characterized in that a network based on covalent bonds is formed between the molecular chains.
【請求項5】固体表面の広がり範囲において、固体表面
に導入された重合開始基が、活性を保持した重合開始基
と不活性化した重合開始基とにあらかじめ区分したパタ
ーンに形成されて、前記の活性を保持した重合開始基の
区分に高分子鎖がグラフト化されてなることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれか1項に記載の高分子鎖修飾表
面固体。
5. The polymerization initiation group introduced into the solid surface in a spread range of the solid surface is formed in a pattern preliminarily divided into a polymerization initiation group which retains activity and a polymerization initiation group which is inactivated, and The polymer chain-modified surface solid according to any one of claims 1 to 4, wherein a polymer chain is grafted to a section of the polymerization initiation group that retains the activity of.
【請求項6】高分子鎖のグラフト化が、リビングラジカ
ル重合に基づくものであることを特徴とする請求項1〜
5のいずれか1項に記載の高分子鎖修飾表面固体。
6. The grafting of the polymer chain is based on living radical polymerization.
5. The polymer chain-modified surface solid according to any one of 5 above.
【請求項7】工程I:固体表面に重合開始基を導入させ
る工程、 工程II:前記工程で得られた導入基を開始源として下記
式(1) 【化4】 (式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素
数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜18の有機機基
であって、R3とR4は互いに結合してYをヘテロ原子と
する複素環を形成してもよく、Yは酸素原子又はイオウ
原子である。)で示される有機基(a1)を側鎖に有す
るα、β−不飽和単量体(a)を単独重合して固体表面
にグラフト化する工程、もしくは該α、β−不飽和単量
体(a)と前記のaの単量体と共重合可能な単量体
(c)とをラジカル共重合して固体表面にグラフト化す
る工程、を順次行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面
固体の製造方法。
7. Step I: a step of introducing a polymerization initiation group onto the surface of a solid, Step II: using the introduction group obtained in the above step as a starting source, the following formula (1): (In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, R 4 is an organic functional group having 1 to 18 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other. To form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom.) An α, β-unsaturated monomer having an organic group (a1) represented by a side chain. A step of homopolymerizing (a) and grafting on a solid surface, or a monomer (c) copolymerizable with the α, β-unsaturated monomer (a) and the monomer of a. A method for producing a polymer chain-modified surface solid, which comprises sequentially performing a step of radically copolymerizing the above with a solid surface.
【請求項8】請求項2記載の高分子鎖修飾表面固体の製
造方法であって、請求項7記載の製造方法で得られた高
分子鎖修飾表面固体にさらに、 工程III:加水分解反応または加熱反応により高分子側
鎖の有機基の一部あるいは全てをカルボキシル基もしく
はカルボキル塩基に変換させる工程、 を行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体の製造方
法。
8. The method for producing a polymer chain-modified surface solid according to claim 2, further comprising the polymer chain-modified surface solid obtained by the production method according to claim 7, further comprising Step III: hydrolysis reaction or A method for producing a polymer chain-modified surface solid, comprising the step of converting a part or all of the organic groups on the polymer side chain into a carboxyl group or a carboxyl group by a heating reaction.
【請求項9】工程I:固体表面に重合開始基を導入させ
る工程、 工程II;前記工程で得られた導入基を開始源として下記
式(1) 【化5】 (式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素
数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜18の有機機基
であって、R3とR4は互いに結合してYをヘテロ原子と
する複素環を形成してもよく、Yは酸素原子又はイオウ
原子である。)で示される有機基(a1)を側鎖に有す
るα、β−不飽和単量体(a)と、カルボキシル基と反
応する有機基(b1)を有するα、β−不飽和単量体
(b)とをラジカル共重合して固体表面にグラフト化す
る工程、を順次行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面
固体の製造方法。
9. Step I: a step of introducing a polymerization initiation group into the solid surface, step II; using the introduction group obtained in the above step as a starting source, the following formula (1): (In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, R 4 is an organic functional group having 1 to 18 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other. To form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom.) An α, β-unsaturated monomer having an organic group (a1) represented by a side chain. The step of performing radical copolymerization of (a) and an α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group (b1) that reacts with a carboxyl group and grafting it onto a solid surface is sequentially performed. And a method for producing a polymer chain-modified surface solid.
【請求項10】工程I:固体表面に重合開始基を導入さ
せる工程、 工程II;前記工程で得られた重合開始基を開始源として
下記式(1) 【化6】 (式中、R1、R2及びR3はそれぞれ水素原子又は炭素
数1〜18の有機基、R4は炭素数1〜18の有機機基
であって、R3とR4は互いに結合してYをヘテロ原子と
する複素環を形成してもよく、Yは酸素原子又はイオウ
原子である。)で示される有機基(a1)を側鎖に有す
るα、β−不飽和単量体(a)と、カルボキシル基と反
応する有機基(b1)を有するα、β−不飽和単量体
(b)とをラジカル共重合し固体表面にグラフト化させ
る工程、 工程III:次いで有機基(a1)と、(b1)との間に
化学反応させることにより高分子鎖間で共有結合に基づ
く網目を形成させる工程、 を順次行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体の製
造方法。
10. Step I: a step of introducing a polymerization initiation group into the solid surface, step II; using the polymerization initiation group obtained in the above step as an initiation source, the following formula (1): (In the formula, R 1 , R 2 and R 3 are each a hydrogen atom or an organic group having 1 to 18 carbon atoms, R 4 is an organic functional group having 1 to 18 carbon atoms, and R 3 and R 4 are bonded to each other. To form a heterocycle having Y as a hetero atom, and Y is an oxygen atom or a sulfur atom.) An α, β-unsaturated monomer having an organic group (a1) represented by a side chain. A step of radically copolymerizing (a) and an α, β-unsaturated monomer (b) having an organic group (b1) that reacts with a carboxyl group and grafting it onto a solid surface, Step III: then an organic group ( A method for producing a polymer chain-modified surface solid, which comprises sequentially performing a step of chemically reacting a1) and (b1) to form a network based on covalent bonds between polymer chains.
【請求項11】重合開始基がリビングラジカル重合開始
能を有し、重合がリビングラジカル重合もしくはリビン
グラジカル共重合であることを特徴とする請求項7〜1
0のいずれか1項に記載の高分子鎖修飾表面固体の製造
方法。
11. The polymerization initiation group has a living radical polymerization initiation ability, and the polymerization is living radical polymerization or living radical copolymerization.
0. The method for producing a polymer chain-modified surface solid according to any one of 0.
【請求項12】請求項7〜11のいずれか1項に記載の
高分子鎖修飾表面固体の製造方法において、固体表面に
重合開始基を化学結合させる工程(I)と、その後のグ
ラフト化させる工程(II)の間に、さらに 工程A;電子線もしくは光照射により、所定のパターン
で区分された領域での重合開始基の不活性化を行う工
程、 を行い、次いで前記の活性化された領域でグラフト重合
する工程を行うことを特徴とする高分子鎖修飾表面固体
の製造方法。
12. The method for producing a polymer chain-modified surface solid according to any one of claims 7 to 11, wherein the step (I) of chemically bonding a polymerization initiation group to the surface of the solid and the subsequent grafting. During the step (II), a step A; a step of inactivating the polymerization initiation group in the region divided in a predetermined pattern by electron beam or light irradiation, and then the activated A method for producing a polymer chain-modified surface solid, which comprises performing a graft polymerization step in a region.
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