JP2011046837A - 変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂 - Google Patents
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Abstract
Description
また、メトキシメチレンナフタレン化合物と、フェノール、クレゾールまたはナフトール等のフェノール性水酸基を有する化合物とを、ジエチル硫酸の存在下に反応させ、ナフタレンとフェノール性水酸基を有する化合物とがメチレン基を介して結合した構造を持つフェノール樹脂を得る方法が公知である(特許文献2参照)。これら樹脂は半導体用のコーティング剤、レジスト用樹脂として使用されており、その性能の一つに耐熱性(熱による分解割合が少ないこと)が求められているが、改善が求められている。
(Aは−(OCH2)t−であらわされ、tは0〜2である。またxは0〜4である)
(R1は水素または炭素数1〜4のアルキル基、R2は炭素数5〜20の炭化水素であって、芳香族環やヘテロ原子を有していても良い)
(R3は炭素数1〜4のアルキル基、yは0〜2の整数である)
(R4、R5は、それぞれ独立して水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である)
(1)式[1]で示される構成単位を有するジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂を原料とし、式[2]で示される化合物を必須成分とする変性剤で変性した変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
(2)前記変性剤として、さらに式[3]で示されるフェノール類および式[4]で示されるナフトール類からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を使用する(1)に記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
(3)前記ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂が、1,5−ジメチルナフタレン、1,6−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、1,7−ジメチルナフタレン、1,8−ジメチルナフタレンおよび2,7−ジメチルナフタレンからなる群から選択される少なくとも1種のジメチルナフタレンとホルムアルデヒドの縮合反応で得られたものである、(1)に記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
(4)式[2]で示されるフェノール類が、ノニルフェノール、ヘキシロキシフェノール、オクチロキシフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、2,2−ビス(4―ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、α,α―ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチルベンゼン、o−、m−およびp−フェノキシフェノール、o−、m−およびp−フェニルフェノール、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、ヒドロキシ安息香酸からなる群から選択される少なくとも1種以上の化合物である(1)〜(3)のいずれかに記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
(5)式[3]で示されるフェノール類が、フェノール、クレゾール、4−t−ブチルフェノールおよびキシレノールからなる群から選択される少なくとも1種である、(2)〜(4)のいずれかに記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
(6)式[4]で示されるナフトール類が、1−ナフトールおよび2−ナフトールからなる群から選択される少なくとも1種である、(2)〜(5)のいずれかに記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂は、ナフタレン環中の2つのベンゼン環双方にメチル基を各1個有するジメチルナフタレンとホルムアルデヒドとを縮合反応させることにより得られる。
また、1,7−ジメチルナフタレン、1,8−ジメチルナフタレンおよび2,7−ジメチルナフタレンは、パラキシレンと1,3−ブタジエンを出発原料として、前記工程A〜Cおよび必要に応じて工程Dに準じて反応を行い、適宜、蒸留や晶析等により分離・精製することにより得ることができる。
かかる工程A〜Dは、公知の方法、例えば特開2006−70000号公報に開示された方法を利用することができる。
なお、式[1]において、Aは−(OCH2)t−で表され、tは0〜2である。また、xは0〜4の整数であり、0〜2が好ましく、0または1がより好ましい。
本発明の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂は、式[1]で示される構成単位を有するジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂と、式[2]で示される化合物からなる変性剤を酸性触媒の存在下で加熱し、縮合反応させることにより得られる。
また、溶剤への溶解性向上やレジスト材としての特性(たとえばエッチング性)向上を必要とする場合には、式[1]で示される構成単位を有するジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂、式[2]で示される化合物からなる変性剤、さらに変性剤として式[3]で示されるフェノール類および式[4]で示されるナフトール類からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を加え、酸性触媒の存在下で加熱し、縮合反応させることが好ましい。
yは0〜2の整数であり、0または1が好ましい。
(xは0〜4の整数である)
(R1は水素または炭素数1〜4のアルキル基、R2は炭素数5〜20の炭化水素であって、芳香族環やヘテロ原子を有していても良い)
(R3は炭素数1〜4のアルキル基、yは0〜2の整数である)
(R4、R5は、それぞれ独立して水素原子または炭素数1〜3のアルキル基である)
ここで、含有酸素モル数は、有機元素分析によりジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂中の酸素濃度(質量%)を測定し、下記計算式に従って算出することができる。
計算式:含有酸素モル数=使用樹脂量(g)×酸素濃度(質量%)/16
この場合、式[3]で示されるフェノール類/式[4]で示されるナフトール類=1.0/0.0〜0.6/0.4(モル比)が好ましい。
有機元素分析によりジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂中の炭素・酸素濃度(質量%)を測定した。また、含有酸素モル数を下記計算式に従って算出した。
装置:CHNコーダーMT−6(ヤナコ分析工業(株)製)
計算式:含有酸素モル数=使用樹脂量(g)×酸素濃度(質量%)/16
<分子量>
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析により、ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求め、分散度(Mw/Mn)を求めた。
装置:Shodex GPC−101型(昭和電工(株)製)
カラム:LF−804×3
溶離液:THF 1ml/min
温度:40℃
<耐熱性>
装置:TG/DTA6200(エス・アイ・アイ・ナノテクノロジー社製)
測定温度:30〜550℃(昇温速度10℃/分)
400℃到達時点における重量減少率(熱分解量(%))を測定した。
<溶剤溶解性>
シクロヘキサノン(CHN)もしくプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)に、変性樹脂が20重量%になるように配合し、目視にて溶解性を確認した。
変性樹脂が均一に溶解した場合を○、不溶部分が残った場合を×と評価した。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた、底抜きが可能な内容積10Lの四つ口フラスコに、窒素気流中、1,5−ジメチルナフタレン1.09kg(7mol、三菱ガス化学(株)製)、40質量%ホルマリン水溶液2.1kg(ホルムアルデヒドとして28mol、三菱ガス化学(株)製)および98質量%硫酸(関東化学(株)製)0.97kgを仕込み、常圧下、100℃で還流させながら7時間反応させた。希釈溶媒としてエチルベンゼン(和光純薬工業(株)製試薬特級)1.8kgを加え、静置後、下相の水相を除去した。さらに、中和および水洗を行い、エチルベンゼンおよび未反応の1,5−ジメチルナフタレンを減圧下に留去し、淡褐色固体のジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂1.25kgを得た。
GPC測定の結果、Mn:562、Mw:1168、Mw/Mn:2.08であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は84.2質量%、酸素濃度は8.3質量%(含有酸素モル数は5.2mmol/g)であった。得られた樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコに、窒素気流下で、製造例1で得た樹脂70g(0.36mol)、ビスフェノールA(和光純薬工業(株)製試薬1級)49.5g(0.22mol)およびパラトルエンスルホン酸(和光純薬工業(株)製試薬特級)0.05gを加え、220℃まで昇温させて4時間反応させた。溶剤(メタキシレン(三菱ガス化学(株)製/メチルイソブチルケトン(和光純薬工業(株)製)=1/1(重量比)混合溶剤)239gで希釈後、中和および水洗を行い、溶剤を減圧下に除去し、黒褐色固体の変性樹脂104.9gを得た。
GPC分析の結果、Mn:1272、Mw:21560、Mw/Mn:16.95であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は87.2質量%、酸素濃度は6.2質量%あった。得られた変性樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコに、窒素気流下で、製造例1で得た樹脂75g(0.39mol)、p−フェニルフェノール39.5g(0.23mol、三光(株)製)およびパラトルエンスルホン酸(和光純薬工業(株)製試薬特級)0.05gを加え、220℃まで昇温させて5時間反応させた。(メタキシレン(三菱ガス化学(株)製/メチルイソブチルケトン(和光純薬工業(株)製)=1/1(重量比)混合溶剤)溶剤229gで希釈後、中和および水洗を行い、溶剤を減圧下に除去し、黒褐色固体の変性樹脂101.2gを得た。
GPC分析の結果、Mn:939、Mw:2761、Mw/Mn:2.94であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は89.4質量%、酸素濃度は3.9質量%であった。得られた変性樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコに、窒素気流下で、製造例1で得た樹脂60g(0.31mol)、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン70g(0.18mol、和光純薬工業(株)製)およびパラトルエンスルホン酸(和光純薬工業(株)製試薬特級)0.05gを加え、230℃まで昇温させて5時間反応させた。(メタキシレン(三菱ガス化学(株)製/メチルイソブチルケトン(和光純薬工業(株)製)=1/1(重量比)混合溶剤)溶剤260gで希釈後、中和および水洗を行い、溶剤を減圧下に除去し、黒褐色固体の変性樹脂112.9gを得た。
GPC分析の結果、Mn:942、Mw:2708、Mw/Mn:2.87であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は91.0質量%、酸素濃度は2.4質量%あった。得られた変性樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコに、窒素気流下で、製造例1で得た樹脂90g(0.48mol)、にパラトルエンスルホン酸(和光純薬工業(株)製試薬特級)0.09gを加え、190℃まで昇温させて2時間加熱、攪拌した。その後p−フェノキシフェノール51.6g(0.28mol、イハラケミカル工業(株)製)を加え、さらに230℃まで昇温させて5時間反応させた。溶剤(メタキシレン(三菱ガス化学(株)製/メチルイソブチルケトン(和光純薬工業(株)製)=1/1(重量比)混合溶剤)283gで希釈後、中和および水洗を行い、溶剤を減圧下に除去し、黒褐色固体の変性樹脂140.4gを得た。
GPC分析の結果、Mn:1232、Mw:5576、Mw/Mn:6.81であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は86.9質量%、酸素濃度は6.8質量%であった。得られた変性樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコに、窒素気流下で、製造例1で得た樹脂100g(0.52mol)、p−フェニルフェノール35.4g(0.21mol、三光(株)製)およびパラトルエンスルホン酸(和光純薬工業(株)製試薬特級)0.13gを加え、220℃まで昇温させて3時間反応させた。その後、フェノール9.8g(0.1mol)を加え、さらに2時間反応させた。(メタキシレン(三菱ガス化学(株)製/メチルイソブチルケトン(和光純薬工業(株)製)=1/1(重量比)混合溶剤)溶剤291gで希釈後、中和および水洗を行い、溶剤を減圧下に除去し、黒褐色固体の変性樹脂128.2gを得た。
GPC分析の結果、Mn:1463、Mw:4891、Mw/Mn:3.34であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は88.2質量%、酸素濃度は4.7質量%であった。得られた変性樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
ジムロート冷却管、温度計および攪拌翼を備えた内容積0.5Lの四つ口フラスコに、窒素気流下で、製造例1で得た樹脂100g(0.51mol)、にパラトルエンスルホン酸(和光純薬工業(株)製試薬特級)0.05gを加え、190℃まで昇温させて2時間、加熱、攪拌した。その後1−ナフトール52.0g(0.36mol、スガイ化学工業(株)製)を加え、さらに220℃まで昇温させて2時間反応させた。(メタキシレン(三菱ガス化学(株)製/メチルイソブチルケトン(和光純薬工業(株)製)=1/1(重量比)混合溶剤)溶剤304gで希釈後、中和および水洗を行い、溶剤を減圧下に除去し、黒褐色固体の変性樹脂126.1gを得た。
GPC分析の結果、Mn:885、Mw:2220、Mw/Mn:4.17であった。有機元素分析の結果、炭素濃度は89.1質量%、酸素濃度は4.5質量%であった。得られた変性樹脂の耐熱性および溶剤溶解性評価結果を表1に示す。
Claims (6)
- 前記ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂が、1,5−ジメチルナフタレン、1,6−ジメチルナフタレン、2,6−ジメチルナフタレン、1,7−ジメチルナフタレン、1,8−ジメチルナフタレンおよび2,7−ジメチルナフタレンからなる群から選択される少なくとも1種のジメチルナフタレンとホルムアルデヒドの縮合反応で得られたものである、請求項1または2に記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
- 式[2]で示される化合物がヘキシルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、2,2−ビス(4―ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)シクロヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、α,α―ビス(4−ヒドロキシフェニル)エチルベンゼン、o−、m−およびp−フェノキシフェノール、o−、m−およびp−フェニルフェノール、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、ヒドロキシ安息香酸である請求項1〜3のいずれかに記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
- 式[3]で示されるフェノール類が、フェノール、クレゾール、4−t−ブチルフェノールおよびキシレノールからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項2〜4のいずれかに記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
- 式[4]で示されるナフトール類が、1−ナフトールおよび2−ナフトールからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項2〜5のいずれかに記載の変性ジメチルナフタレンホルムアルデヒド樹脂。
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