JP2008155344A - 液状光重合性組成物、それを用いたナノ構造物およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1000nm以下の最小加工寸法を有する微細構造物であって、該微細構造物はビニルエーテル化合物とアクリレート化合物又はメタクリレート化合物との共重合体からなる熱可塑性重合体からなることを特徴とするナノ構造物。前記ナノ構造物は基体と一体化されていてもよく、支持体上に基体とともに又は独立して形成されても良い。
前記ナノ構造物は、ビニルエーテル化合物、アクリレートエステル化合物又はメタクリレート化合物及び光ラジカル重合触媒を含む組成物を重合させて得られる。
【選択図】図1
Description
ここでは、1乃至3つの重合性官能基を持つものの例を挙げたが、1分子中に含まれる重合性官能基の数は原理的には4以上の数とすることも可能であり、本発明では重合性官能基を1つ以上有していれば良い。ただし、分子のサイズが大きくなると、一般に粘度が高くなるといった事情から、主として1乃至3の官能基数を有するモノマを用いることが一般に有利である。
以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。
ビスフェノールA エトキシレート ジアクリレート(新中村化学工業(株)製)、ネオペンチルグリコール(新中村化学工業(株)製)、ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製)、をそれぞれ表1に示した配合で混合し、遮光下1時間撹拌した後、孔径20nmのテフロン(登録商標)フィルターを用いてろ過した。こうして得られた液状モノマ組成物を、HAAKE製粘度測定装置を用いて粘度を測定した。結果を表1に併記した。
ジエチレングリコール ジアクリレート(アルドリッチ製)、ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製)、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノール ジアクリレート(新中村化学工業(株)製)、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロー1,6−ヘキシル ジアクリレート(SynQuest製)、を用いて表2に記載した組成物〔4〕を2種類、実施例1と同様な手順で調製した。次いで、組成物〔4〕の一方に、その組成物の重量の8%に相当する量のジエチレングリコール ジビニルエーテル(BASF製)を加えて組成物〔5〕とした。組成物〔4〕および〔5〕をそれぞれ良く撹拌混合したのち孔径20nmのテフロンフィルターを用いてろ過した。こうして得られた液状モノマ組成物〔4〕と〔5〕について、HAAKE製粘度測定装置を用いて粘度を測定した。結果を表2に併記した。同表より明らかなように、ジエチレングリコール ジビニルエーテルを添加した組成物〔5〕では、添加しない組成物〔4〕に比較して粘度が低下しているのが分かる。
前記実施例2で調製した液状モノマ組成物〔4p〕、〔5p〕を、円柱状(高さ1.5mm、直径6.5mm)のアルミニウム製の容器2個にそれぞれ34.9mg(曲線1)および33.5mg(曲線2)を入れ、両容器を減圧度10mmHgの真空容器に室温で静置して重量変化を調べ、結果を図3に示した。
ネオペンチルグリコール(新中村化学工業(株)製)、ベンジルアクリレート(大阪有機化学工業(株)製)、トリメチロールプロパン トリアクリレート(アルドリッチ製)、ジエチレングリコール ジビニルエーテル(BASF製)、トリシクロ[5.2.1.02、6]デカンジメタノール ジビニルエーテル(丸善石油化学(株)製)、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロー1,6−ヘキシル ジアクリレート(SynQuest製)、を表3に示した配合で混合した。次いで、実施例1と同様の方法でろ過した後、粘度を測定したところ、粘度1.81mPa・sが得られた。次いで、このモノマ組成物に、光ラジカル開始剤として、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−プロパン−1−オン(チバスペシャリティケミカルズ製)を、表3の組成物の総重量の5%に相当する重量をそれぞれ加え、実施例1に記した方法と同様の方法でろ過した。こうして、光硬化性液状モノマ組成物〔6〕を得た。
ビスフェノールA エトキシレート メタクリレート(新中村化学工業(株)製)、ベンジルメタクリレートレート(共栄社化学(株))、ジエチレングリコール ジメタクリレート(アルドリッチ製)、用いて表4に記載した組成物〔7〕を2つ実施例1と同様な手順で調製した。次いで、組成物〔7〕の一方に、その組成物の重量の8%に相当する量のジエチレングリコール ジビニルエーテル(BASF製)を加えて組成物〔8〕とした。組成物〔7〕および〔8〕をそれぞれ良く撹拌混合したのち孔径20nmのテフロンフィルターを用いてろ過した。こうして得られた液状モノマ組成物〔7〕と〔8〕について、HAAKE製粘度測定装置を用いて粘度を測定した。結果を表4に併記した。同表より明らかなように、トリエチレングリコール ジビニルエーテルを添加した組成物〔8〕では、添加しない組成物〔4〕に比較して粘度が低下しているのが分かる。
表3に掲げた組成物のうち、ジエチレングリコール ジビニルエーテルとトリシクロ[5.2.1.02、6]デカンジメタノール ジビニルエーテルのみを加えない組成物を調製して用いた他は実施例4と同様の実験を行なった。その結果、組成物の粘度は4.8mPa・sを示した。次いで、実施例4と同様の方法で光ラジカル開始剤として、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−プロパン−1−オン(チバスペシャリティケミカルズ製)を組成物の総重量の5%に相当する重量を加え、実施例1に記した方法と同様の方法でろ過した。こうして、光硬化性液状モノマ組成物〔9〕を得た。実施例4に記したのと同様の方法でモールドを押し当てたところ、組成物〔9〕が基板全面に拡がるのに要した時間は3.8秒であった。このように、ビニルエーテル化合物を含ませない組成物では、液滴が基板面全体に拡がるのに要する時間が長くなり、その結果、光ナノインプリントの工程により長い時間を要することが明らかである。
本発明で用いた共重合物は、いずれも近紫外域から可視域全般にわたって実質的に光吸収性を示さず、透明である。
(2)高いガラス転移温度
2官能性および3官能性モノマのモル分率が増加するのに伴い、ガラス転移温度が直線的に上昇する。また、粘弾性測定における保存弾性率と損失弾性率の比(tanδ)のピーク温度も、官能数の増加とともに直線的に上昇する。これらは、多官能性モノマが占める分率の増加とともに、共重合物体が硬くなることを示している。逆に、この多官能性モノマの分率を任意に選択することによって、得られる共重合体の硬度を調節しうることを意味している。
2官能性および3官能性のモノマの仕込み比率が高くなるに従って、光重合に際して起こる体積収縮の程度が大きくなる。5%程度の2官能性モノマと95%の1官能性モノマからなる共重合体では、体積収縮率が5%程度であったのに対して、2官能性モノマと3官能性モノマを併せて40%含むモノマ組成を用いると、体積収縮率は15%に上った。光ナノインプリントにおける体積収縮は、個別の構造の配置が変化しないように規定されるため、体積収縮の影響は主として硬化空間内のバルクについて重要となる。このような特徴は、光硬化した後、モールドを離型する際に重要となる。すなわち、体積収縮の顕著な系では、これによって重合体とモールドの間の接触が弱まり、その結果モールドの離型がより容易になるという利点がある。同時に、上記したように、体積収縮の大きい系では、一般に光硬化物の硬度も大きくなるので、形成した微細構造の維持に都合が良い。このような事情から、比較的大きい多官能性モノマの仕込み比率が採用されることになる。
Claims (27)
- 1000nm以下の最小加工寸法を有する微細構造物であって、該微細構造物はビニルエーテル化合物とアクリレート化合物又はメタクリレート化合物との共重合体からなることを特徴とするナノ構造物。
- 基体部とそれに一体化した1000nm以下の最小加工寸法を有する微細構造物を備えた構造物であって、前記微細構造物はビニルエーテル化合物とアクリレート化合物又はメタクリレート化合物との共重合体からなることを特徴とするナノ構造物。
- 支持体とそれに連接した微細構造物とを有し、前記微細構造物はビニルエーテル化合物とアクリレート化合物又はメタクリレート化合物との共重合体であることを特徴とするナノ構造物。
- 支持体と、該支持体に連接した基体部と、該基体部に一体化した1000nm以下の最小加工寸法を有する微細構造物を備えた構造物であって、前記微細構造物はビニルエーテル化合物とアクリレート化合物又はメタクリレート化合物との共重合体からなることを特徴とするナノ構造物。
- 前記共重合体は、0.5〜90重量%の前記ビニルエーテル化合物と10〜99.5重量%のアクリレート化合物又はメタクリレート化合物とを含む重合性組成物を光ラジカル重合したものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のナノ構造物。
- 基板面と、1000nm以下の最小加工寸法を有するモールドと接触した状態で、ビニルエーテル化合物とアクリレート化合物又はメタクリレート化合物とを含む液状組成物を、光ラジカル重合することを特徴とするナノ構造物の製造方法。
- 1000nm以下の最小加工寸法を有するパターンを形成したモールドのパターン面にビニルエーテル化合物、アクリレート化合物又はメタクリレート化合物および光ラジカル重合触媒を含む液状組成物を付着させる工程と、基板面を該モールド面の液状組成物に押し当てる工程と、該モールドもしくは該基板を介し該液状組成物に光を照射して、光ラジカル重合させる工程と、該モールドを前記基板面から引き剥がす工程を含むことを特徴とするナノ構造物の製造方法。
- 基板面にビニルエーテル化合物、アクリレート化合物又はメタクリレート化合物および光ラジカル重合触媒を含む液状組成物を付着させる工程と、1000nm以下の最小加工寸法を有するパターンを形成したモールドのパターン面を押し当てる工程と、該モールドもしくは該基板を介し該液状組成物に光を照射して、光ラジカル重合させる工程と、該モールドを基板から引き剥がす工程を含むことを特徴とするナノ構造物の製造方法。
- 更に、引き剥がされたナノ構造物の前記パターン間に残存する不要部を除去する工程を含む請求項9〜11のいずれかに記載のナノ構造物の製造方法。
- 前記液状組成物は10〜99.5重量%のアクリレートエステル又はメタクリレートエステルと、0.5〜90重量%のビニルエーテル化合物と、前記重合性モノマの0.1重量%以上の光ラジカル重合触媒を含有することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のナノ構造物の製造方法。
- 前記液状モノマ組成物に含まれるアクリレートエステル化合物もしくはメタクリレートエステル化合物が、水酸基および窒素原子を有する化学基を実質的に含まないことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のナノ構造物の製造方法。
- モールドから引き剥がされたパターン化された樹脂表面に対して、エッチング処理を加えることによって基板上に蝕刻された1000nm以下の最小加工寸法を有する微細構造物を形成することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載のナノ構造物の製造方法。
- アクリレートエステル化合物又はメタクリレートエステル化合物と、1つ以上の重合性官能基を有する1種以上のビニルエーテル化合物及び光重合触媒を含有することを特徴とする特徴とする光重合性液状組成物。
- 前記光ラジカル触媒をモノマの合計量に対し0.1重量%以上含むことを特徴とする請求項19〜22のいずれかに記載の光重合性組成物。
- 前記光ラジカル触媒を除いて、非重合性化合物を含まないことを特徴とする請求項19〜23のいずれかに記載の光重合性液状組成物。
- 前記熱可塑性共重合体は、0.5〜90重量%の前記ビニルエーテル化合物と10〜99.5重量%のアクリレート化合物又はメタクリレート化合物とを含む重合性組成物を光ラジカル重合したものであることを特徴とする請求項19に記載の光重合性液状組成物。
- 前記光ラジカル重合に加えて光カチオン重合触媒を含むことを特徴とする請求項19〜25のいずれかに記載の光重合性液状組成物。
- 前記液状モノマ組成物に含まれるアクリレートエステル化合物もしくはメタクリレートエステル化合物が、水酸基および窒素原子を有する化学基を含まないことを特徴とする請求項19〜26のいずれかに記載の光重合性樹脂組成物。
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