JP2016131215A - Organic thin film transistor - Google Patents

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JP2016131215A
JP2016131215A JP2015005414A JP2015005414A JP2016131215A JP 2016131215 A JP2016131215 A JP 2016131215A JP 2015005414 A JP2015005414 A JP 2015005414A JP 2015005414 A JP2015005414 A JP 2015005414A JP 2016131215 A JP2016131215 A JP 2016131215A
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organic
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純一 竹谷
Junichi Takeya
純一 竹谷
和久 熊澤
Kazuhisa Kumazawa
和久 熊澤
淳司 岩佐
Junji Iwasa
淳司 岩佐
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Nippon Soda Co Ltd
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Nippon Soda Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin film transistor having a practical mobility.SOLUTION: An organic thin film transistor comprises: a primer layer between a gate insulator layer and an organic semiconductor layer. The primer layer is composed of (A) an organic silane thin film obtained by coating a composition containing: a) a hydrolytic condensate of an epoxy group-containing trialkoxysilane; b) polyamines; and c) c-1) n-pentanol or c-2) an organic acid of which pKa is in a range of 2.0-6.0 at 25°C, or alcohols having 2-5 carbon atoms, having a perfluoroalkyl group and/or a perfluoro alkylene group.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は有機薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to an organic thin film transistor.

有機薄膜トランジスタ等の有機電機デバイスにおいて、有機化合物層間の剥離や劣化を抑制するために、中間層を設けることは知られており、たとえば、第1の有機化合物層と、前記第1有機化合物層上に形成される第2有機化合物層と、前記第2有機化合物層を形成するための溶媒に対して溶解する有機材料と前記第1有機化合物層を構成する材料を溶解する溶媒とが含まれる塗布液により、前記第1有機化合物層と前記第2有機化合物層の間に形成される中間層とを有することを特徴とする有機電気デバイスが知られており、具体的には、第1有機化合物層が有機半導体層であり、第2有機化合物層が、絶縁層である有機半導体トランジスタ素子において、その中間層の形成する塗布液中の有機材料/溶媒組み合わせとして、ポリカーボネート/クロロホルム、ポリスチレン/シクロヘキサノン、ポリエステル/シクロペンタノン、アクリル樹脂/モノクロロベンゼン等が例示されている(特許文献1を参照)。
また、絶縁層及び半導体活性層に有機材料を用いる薄膜トランジスタが、その製造過程において両層の融解溶融が生じることを妨げ、ゲート漏洩電流を軽減させるとともにより効率の高いゲートバイアス印可効果を与える薄膜トランジスタとして、基板、ゲート電極、絶縁層、半導体層、ソース電極、ドレイン電極及び保護膜がこの順の積層構造を有する薄膜トランジスタであって、該半導体層及び該絶縁層は、有機材料により構成され、該絶縁層と該半導体層との間に、水溶性のスメクタイト族層状珪酸塩化合物の薄膜が形成されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタが知られている(特許文献2を参照)。
In an organic electric device such as an organic thin film transistor, it is known to provide an intermediate layer in order to suppress peeling and deterioration between organic compound layers. For example, a first organic compound layer and a first organic compound layer on the first organic compound layer A second organic compound layer formed on the substrate, an organic material that dissolves in a solvent for forming the second organic compound layer, and a solvent that dissolves a material that forms the first organic compound layer There is known an organic electric device having an intermediate layer formed between the first organic compound layer and the second organic compound layer by a liquid, specifically, the first organic compound In an organic semiconductor transistor element in which the layer is an organic semiconductor layer and the second organic compound layer is an insulating layer, polycarbonate is used as an organic material / solvent combination in the coating solution formed by the intermediate layer. Over DOO / chloroform, polystyrene / cyclohexanone, polyester / cyclopentanone, acrylic resin / monochlorobenzene and the like are exemplified (see Patent Document 1).
In addition, a thin film transistor using an organic material for the insulating layer and the semiconductor active layer prevents the melting and melting of both layers from occurring in the manufacturing process, reduces the gate leakage current, and provides a more efficient gate bias application effect. The substrate, the gate electrode, the insulating layer, the semiconductor layer, the source electrode, the drain electrode, and the protective film are thin film transistors having a stacked structure in this order, and the semiconductor layer and the insulating layer are made of an organic material, and the insulating layer An organic thin film transistor is known in which a thin film of a water-soluble smectite group layered silicate compound is formed between a layer and the semiconductor layer (see Patent Document 2).

特開2010−45221号公報JP 2010-45221 A 特開2004−179542号公報JP 2004-179542 A

しかしながら、上記のような中間層を設けたとしても必ずしも満足のいく、キャリア移動度が得られてはいなかった。
本発明は、半導体層と絶縁層との接着性を維持し、かつ実用的なキャリア移動度を有する有機薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
However, even if the intermediate layer as described above is provided, satisfactory carrier mobility has not been obtained.
An object of this invention is to provide the organic thin-film transistor which maintains the adhesiveness of a semiconductor layer and an insulating layer, and has practical carrier mobility.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、絶縁層と半導体層の間に特定のプライマー層を設けることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by providing a specific primer layer between the insulating layer and the semiconductor layer, and the present invention is completed. It came.

すなわち、本発明は、
(1)ゲート絶縁層と有機半導体層の中間にプライマー層を備えた有機薄膜トランジスタであって、前記プライマー層が、下記(A)からなる有機薄膜トランジスタ。
(A)以下のa)、b)及びc)を含有する組成物を塗布して得られる有機シラン薄膜
a)エポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物、
b)ポリアミン類、及び
c)c−1)n−ペンタノール、又は
c−2)25℃におけるpKaが2.0〜6.0の範囲の有機酸或いはパーフルオロアルキル基及び/又はパーフルオロアルキレン基を有する炭素数2〜5のアルコール類
That is, the present invention
(1) An organic thin film transistor comprising a primer layer between the gate insulating layer and the organic semiconductor layer, wherein the primer layer comprises the following (A).
(A) Organic silane thin film obtained by applying a composition containing the following a), b) and c) a) Hydrolysis condensate of epoxy group-containing trialkoxysilane,
b) polyamines, and c) c-1) n-pentanol, or c-2) an organic acid or perfluoroalkyl group and / or perfluoroalkylene having a pKa in the range of 2.0 to 6.0 at 25 ° C. C2-C5 alcohols having a group

(2)(1)に記載の有機薄膜トランジスタを備えた表示装置。
(3)(1)に記載の有機薄膜トランジスタを備えたセンサ。
(4)(1)に記載の有機薄膜トランジスタを有する電子タグ。
(2) A display device comprising the organic thin film transistor according to (1).
(3) A sensor comprising the organic thin film transistor according to (1).
(4) An electronic tag having the organic thin film transistor according to (1).

本発明の有機薄膜トランジスタは、有機半導体層と絶縁層との接着性を維持し、かつ実用的なキャリア移動度を示す。   The organic thin film transistor of the present invention maintains the adhesiveness between the organic semiconductor layer and the insulating layer and exhibits practical carrier mobility.

(a)実施例の有機薄膜トランジスタにおいて、飽和領域であるVd=−50Vのソースドレイン電圧をかけたときのID−VGのトランジスタ特性を示すグラフである。(b)実施例の有機薄膜トランジスタにおける伝達特性を示すグラフである。(c)実施例の有機薄膜トランジスタにおける出力特性を示すグラフである。(A) In the organic thin-film transistor of an Example, it is a graph which shows the transistor characteristic of ID-VG when applying the source-drain voltage of Vd = -50V which is a saturation region. (B) It is a graph which shows the transfer characteristic in the organic thin-film transistor of an Example. (C) It is a graph which shows the output characteristic in the organic thin-film transistor of an Example.

<有機薄膜トランジスタ>
本発明の有機薄膜トランジスタは、基板上に、有機半導体層と、該有機半導体層に接触するソース電極及びドレイン電極と、前記有機半導体層に対してゲート絶縁層を介して位置するゲート電極を備えていることが好ましい。本発明においては、ゲート絶縁層と半導体層の中間にプライマー層を備えている。
<Organic thin film transistor>
The organic thin film transistor of the present invention includes an organic semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode that are in contact with the organic semiconductor layer, and a gate electrode that is positioned with respect to the organic semiconductor layer via a gate insulating layer on the substrate. Preferably it is. In the present invention, a primer layer is provided between the gate insulating layer and the semiconductor layer.

[基板]
基板としては、樹脂基板又はガラス基板が挙げられる。樹脂基板としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなる基板を例示することができ、中でも、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)からなる基板が好ましい。基板の形状は、フィルム状、シート状、板状等どのような形状であってもかまわないが、特にフィルム状であるのが好ましい。
[substrate]
Examples of the substrate include a resin substrate or a glass substrate. As resin substrates, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), cellulose triacetate A substrate made of (TAC), cellulose acetate propionate (CAP) or the like can be exemplified, and among them, a substrate made of polyethylene naphthalate (PEN) or polyimide (PI) is preferable. The shape of the substrate may be any shape such as a film shape, a sheet shape, and a plate shape, but a film shape is particularly preferable.

当該フィルムは、未延伸フィルムからなるものであっても、延伸フィルムからなるものであってもよい。また、単層フィルムであっても、二層以上をラミネート、コーティング等の手段によって積層させた積層フィルムであってもかまわない。   The film may be an unstretched film or a stretched film. Moreover, even if it is a single layer film, the laminated film which laminated | stacked two or more layers by means, such as a lamination and a coating, may be sufficient.

基板の厚みは、特に制限されるものではないが、1〜1000μmが好ましく、3〜500μmがより好ましい。   Although the thickness of a board | substrate is not restrict | limited in particular, 1-1000 micrometers is preferable and 3-500 micrometers is more preferable.

[ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極]
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する材料は、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITO、炭素、クロム/金/クロムの積層体が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。中でも有機半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
[Gate electrode, source electrode, drain electrode]
The material for forming the source electrode, the drain electrode and the gate electrode is not particularly limited as long as it is a conductive material. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, Tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin oxide / antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium , Beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture Magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, lithium / aluminum mixture, etc. are used, especially platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO, carbon, chromium A / gold / chrome laminate is preferred. Alternatively, a known conductive polymer whose conductivity is improved by doping or the like, for example, conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid, or the like is also preferably used. Among them, those having low electric resistance at the contact surface with the organic semiconductor layer are preferable.

電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法が挙げられる。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。   As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method, using a conductive thin film formed by a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper A method of etching using a resist by thermal transfer, ink jet, or the like can be given. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, or a conductive fine particle dispersion may be directly patterned by ink jetting, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Furthermore, a method of patterning an ink containing a conductive polymer or conductive fine particles, a conductive paste, or the like by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

このような電極に用いられる金属微粒子分散液の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平11−76800号公報、同11−80647号公報、同11−319538号公報、特開2000−239853号公報等に示されたコロイド法、特開2001−254185号公報、同2001−53028号公報、同2001−35255号公報、同2000−124157号公報、同2000−123634号公報などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子分散物である。これらの金属微粒子分散物を用いて層を成形した後、溶媒を乾燥させ、さらに100〜300℃、好ましくは150〜200℃の範囲で熱処理することにより、金属微粒子を熱融着させることで電極形成する。   Metal fine particle dispersions used in such electrodes can be produced in the liquid phase by physical production methods such as gas evaporation, sputtering, and metal vapor synthesis, colloidal methods, and coprecipitation methods. Examples of the chemical production method include reducing metal and producing fine metal particles. Preferably, JP-A-11-76800, JP-A-11-80647, JP-A-11-319538, and JP-A-2000-239853 are preferred. In the gas described in the colloidal method described in JP-A-2001-254185, 2001-53028, 2001-35255, 2000-124157, 2000-123634, etc. It is a fine metal particle dispersion produced by an evaporation method. After forming a layer using these metal fine particle dispersions, the solvent is dried, and further, heat treatment is performed in the range of 100 to 300 ° C., preferably 150 to 200 ° C. Form.

[絶縁層]
本発明において絶縁層は、有機化合物層で構成される。有機化合物としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。
[Insulation layer]
In the present invention, the insulating layer is composed of an organic compound layer. Examples of organic compounds include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-curing resins based on radical photopolymerization, photocationic polymerization, or copolymers containing an acrylonitrile component, polyvinylphenol, polyvinyl alcohol, novolac resins, and cyanoethyl. Pullulan or the like can also be used.

有機化合物層の形成法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが好ましい。またこれら絶縁膜の膜厚としては、50nm〜3μmが好ましく、100nm〜1μmがより好ましい。   The organic compound layer can be formed by spray coating, spin coating, blade coating, dip coating, casting, roll coating, bar coating, die coating, or other patterning methods such as printing or inkjet. A wet process such as the method according to is preferred. The thickness of these insulating films is preferably 50 nm to 3 μm, more preferably 100 nm to 1 μm.

[プライマー層]
プライマー層は、(A)有機シラン薄膜からなる。
[Primer layer]
The primer layer is made of (A) an organosilane thin film.

(A)以下のa)、b)及びc)を含有する組成物を塗布して得られる有機シラン薄膜
a)エポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物、
b)ポリアミン類、及び
c)c−1)n−ペンタノール、又はc−2)25℃におけるpKaが2.0〜6.0の範囲の有機酸或いはパーフルオロアルキル基及び/又はパーフルオロアルキレン基を有する炭素数2〜5のアルコール類
(A) Organic silane thin film obtained by applying a composition containing the following a), b) and c) a) Hydrolysis condensate of epoxy group-containing trialkoxysilane,
b) polyamines, and c) c-1) n-pentanol, or c-2) an organic acid or perfluoroalkyl group and / or perfluoroalkylene having a pKa in the range of 2.0 to 6.0 at 25 ° C. C2-C5 alcohols having a group

a)エポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物
エポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物は、エポキシ基含有トリアルコキシシランの縮合したポリマー又はオリゴマーである。原料が既に加水分解縮合物の場合は、生成物は加水分解縮合物がさらに加水分解縮合したものである。
組成物中のエポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物等の固形分濃度は、特に制限されないが、1〜50質量%の範囲が好ましく、1〜10質量%がより好ましく、1.5〜3質量%の範囲がさらに好ましい。
固形分濃度は、最初から所定の固形分濃度に調整してもよく、濃い状態で組成物を調製した後、希釈して所定の固形分濃度に調整することもできる。
a) Hydrolysis condensate of epoxy group-containing trialkoxysilane The hydrolysis condensate of epoxy group-containing trialkoxysilane is a polymer or oligomer condensed with epoxy group-containing trialkoxysilane. When the raw material is already a hydrolysis condensate, the product is a product obtained by further hydrolytic condensation of the hydrolysis condensate.
Although solid content concentration, such as a hydrolysis-condensation product of the epoxy group containing trialkoxysilane in a composition, is not restrict | limited in particular, the range of 1-50 mass% is preferable, 1-10 mass% is more preferable, 1.5- The range of 3% by mass is more preferable.
The solid content concentration may be adjusted to a predetermined solid content concentration from the beginning, or may be adjusted to a predetermined solid content concentration by preparing a composition in a thick state and then diluting the composition.

エポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物の製造方法は、特に制限はないが、たとえば、以下の製法1、2などの方法で製造することができる。
[製法1]
エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物を、水、及びポリアミン類またはイミダゾール類と混合、撹拌する。
Although there is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the hydrolysis condensate of an epoxy-group-containing trialkoxysilane, For example, it can manufacture by methods, such as the following manufacturing methods 1 and 2.
[Production method 1]
The epoxy group-containing trialkoxysilane and / or the hydrolysis condensate thereof is mixed with water and polyamines or imidazoles and stirred.

(原料としてのエポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物)
製法1に用いられるエポキシ基含有トリアルコキシシランは、加水分解等により失われてしまう官能基部分以外にエポキシ基が含まれているトリアルコキシシランであれば、その構造は特に制限されないが、例えば、下記式(II)で表される化合物を例示することができる。
(Epoxy group-containing trialkoxysilane as a raw material and / or its hydrolysis condensate)
The structure of the epoxy group-containing trialkoxysilane used in production method 1 is not particularly limited as long as it is a trialkoxysilane containing an epoxy group in addition to the functional group portion lost by hydrolysis or the like. The compound represented by the following formula (II) can be exemplified.

Figure 2016131215
Figure 2016131215

(式中、Rは、エポキシ基又はグリシドキシ基を有する炭化水素基を表し、Rは無置換又は置換基を有する炭素数1〜10のアルキル基を表す。) (In the formula, R 3 represents a hydrocarbon group having an epoxy group or a glycidoxy group, and R 4 represents an unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.)

中、エポキシ基、又はグリシドキシ基は、1個以上含まれていればよく、1〜3個有するのが好ましく、エポキシ基、グリシドキシ基両方を含んでいてもよい。
の「エポキシ基又はグリシドキシ基を有する炭化水素基」の「炭化水素基」としては、具体的には、アルキル基、シクロアルキル基、シクロアルキルアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アリール基、アリールアルキル基、アリールアルケニル基等を例示することができ、炭素数としては、1〜30個の範囲が好ましく、1〜10個の範囲がさらに好ましい。
In R 3 , one or more epoxy groups or glycidoxy groups may be contained, preferably 1 to 3, and both epoxy groups and glycidoxy groups may be contained.
Specific examples of the “hydrocarbon group” of the “hydrocarbon group having an epoxy group or glycidoxy group” of R 3 include an alkyl group, a cycloalkyl group, a cycloalkylalkyl group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, and an alkynyl group. , An aryl group, an arylalkyl group, an arylalkenyl group, and the like. The number of carbon atoms is preferably in the range of 1 to 30, and more preferably in the range of 1 to 10.

また、上記「炭化水素基」は、酸素原子、窒素原子、又はケイ素原子を有してもよい。   The “hydrocarbon group” may have an oxygen atom, a nitrogen atom, or a silicon atom.

アルキル基として、炭素数1〜10の直鎖又は分岐したアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、イソヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、イソノニル基、n−デシル基等が挙げられ、さらに炭素数10を超える長鎖のアルキル基としては、ラウリル基、トリデシル基、ミリスチル基、ペンタデシル基、パルミチル基、ヘプタデシル基、ステアリル基等が挙げられる。   As the alkyl group, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms is preferable. For example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group, n -Pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, isohexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, isononyl group, n-decyl group, etc. Examples of the long-chain alkyl group exceeding the above include lauryl group, tridecyl group, myristyl group, pentadecyl group, palmityl group, heptadecyl group, stearyl group and the like.

シクロアルキル基として、炭素数3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えばシクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等が挙げられる。   The cycloalkyl group is preferably a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, a cycloheptyl group, and a cyclooctyl group.

シクロアルキルアルキル基として、炭素数4〜20のシクロアルキルアルキル基が好ましく、例えばシクロプロピルメチル基、シクロブチルメチル基、シクロペンチルメチル基、シクロへキシルメチル基、シクロヘプチルエチル基、シクロオクチルエチル基、シクロデシルメチル基、シクロテトラデシルメチル基、シクロオクタデシルメチル基等が挙げられる。   As the cycloalkylalkyl group, a cycloalkylalkyl group having 4 to 20 carbon atoms is preferable. For example, a cyclopropylmethyl group, a cyclobutylmethyl group, a cyclopentylmethyl group, a cyclohexylmethyl group, a cycloheptylethyl group, a cyclooctylethyl group, a cyclo A decylmethyl group, a cyclotetradecylmethyl group, a cyclooctadecylmethyl group, etc. are mentioned.

アルケニル基として、炭素数2〜10の直鎖又は分岐したアルケニル基が好ましく、それは、いずれか1カ所以上に炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜10の直鎖又は分岐したアルケニル基を意味し、例えば、エテニル基、1−プロペン−1−イル基、2−プロぺン−1−イル基、1−プロペン−2−イル基、1−ブテン−1−イル基、2−ブテン−1−イル基、3−ブテン−1−イル基、1−ブテン−2−イル基、3−ブテン−2−イル基、1−ペンテン−1−イル基、4−ペンテン−1−イル基、1−ペンテン−2−イル基、4−ペンテン−2−イル基、3−メチル−1−ブテン−1−イル基、1−ヘキセン−1−イル基、5−ヘキセン−1−イル基、1−ヘプテン−1−イル基、6−ヘプテン−1−イル基、1−オクテン−1−イル基、7−オクテン−1−イル基、1,3−ブタジエン−1−イル基等が挙げられる。   As the alkenyl group, a linear or branched alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms is preferable, and it is a linear or branched alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms having a carbon-carbon double bond at any one or more positions. Meaning, for example, ethenyl group, 1-propen-1-yl group, 2-propen-1-yl group, 1-propen-2-yl group, 1-buten-1-yl group, 2-butene- 1-yl group, 3-buten-1-yl group, 1-buten-2-yl group, 3-buten-2-yl group, 1-penten-1-yl group, 4-penten-1-yl group, 1-penten-2-yl group, 4-penten-2-yl group, 3-methyl-1-buten-1-yl group, 1-hexen-1-yl group, 5-hexen-1-yl group, 1 -Hepten-1-yl group, 6-hepten-1-yl group, 1-octen-1-y Group, 7-octen-1-yl group, 1,3-butadiene-1-yl group.

シクロアルケニル基として、炭素数3〜8のシクロアルケニル基が好ましく、それは、いずれか1カ所以上に炭素−炭素二重結合を有しかつ環状部分を有する炭素数3〜8のアルケニル基を意味し、例えば、1−シクロペンテン−1−イル基、2−シクロペンテン−1−イル基、1−シクロヘキセン−1−イル基、2−シクロヘキセン−1−イル基、3−シクロヘキセン−1−イル基等が挙げられる。   As the cycloalkenyl group, a cycloalkenyl group having 3 to 8 carbon atoms is preferable, which means an alkenyl group having 3 to 8 carbon atoms having a carbon-carbon double bond at one or more positions and having a cyclic portion. For example, 1-cyclopenten-1-yl group, 2-cyclopenten-1-yl group, 1-cyclohexen-1-yl group, 2-cyclohexen-1-yl group, 3-cyclohexen-1-yl group and the like can be mentioned. It is done.

アルキニル基としては、炭素数2〜10のアルキニル基が好ましく、例えば、エチニル基、1−プロピン−1−イル基、2−プロピン−1−イル基、1−ブチン−1−イル基、3−ブチン−1−イル基、1−ペンチン−1−イル基、4−ペンチン−1−イル基、1−ヘキシン−1−イル基、5−ヘキシン−1−イル基、1−ヘプチン−1−イル基、1−オクチン−1−イル基、7−オクチン−1−イル基等が挙げられる。
シクロアルキルアルキル基としては、炭素数3〜10のシクロアルキル基と炭素数1〜10のアルキル基の結合した基が好ましく、例えば、シクロプロピルメチル基、シクロプロピルプロピル基、シクロブチルメチル基、シクロペンチルメチル基、シクロペンチルエチル基、シクロへキシルエチル基、シクロヘプチルメチル基等が挙げられる。
As the alkynyl group, an alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms is preferable. For example, ethynyl group, 1-propyn-1-yl group, 2-propyn-1-yl group, 1-butyn-1-yl group, 3- Butyn-1-yl group, 1-pentyn-1-yl group, 4-pentyn-1-yl group, 1-hexyn-1-yl group, 5-hexyn-1-yl group, 1-heptin-1-yl Group, 1-octyn-1-yl group, 7-octyn-1-yl group and the like.
The cycloalkylalkyl group is preferably a group in which a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms are bonded, for example, cyclopropylmethyl group, cyclopropylpropyl group, cyclobutylmethyl group, cyclopentyl. Examples thereof include a methyl group, a cyclopentylethyl group, a cyclohexylethyl group, and a cycloheptylmethyl group.

アリール基としては、単環又は多環のアリール基を意味し、多環アリール基の場合は、完全不飽和に加え、部分飽和の基も包含し、具体的には、フェニル基、ナフチル基、アズレニル基、インデニル基、インダニル基、テトラリニル基等が例示することができ、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。
アリールアルキル基としては、炭素数6〜10のアリール基と炭素数1〜10のアルキル基が結合した基が好ましく、例えば、ベンジル基、フェネチル基、3−フェニル−n−プロピル基、4−フェニル−n−ブチル基、5−フェニル−n−ペンチル基、8−フェニル−n−オクチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
アリールアルケニル基としては、炭素数6〜10のアリール基と炭素数2〜10のアルケニル基が結合した基が好ましく、例えば、スチリル基、3−フェニル−1−プロペン−1−イル基、3−フェニル−2−プロペン−1−イル基、4−フェニル−1−ブテン−1−イル基、4−フェニル−3−ブテン−1−イル基、5−フェニル−1−ペンテン−1−イル基、5−フェニル−4−ペンテン−1−イル基、8−フェニル−1−オクテン−1−イル基、8−フェニル−7−オクテン−1−イル基、ナフチルエテニル基等が挙げられる。
The aryl group means a monocyclic or polycyclic aryl group. In the case of a polycyclic aryl group, in addition to a fully unsaturated group, a partially saturated group is also included. Specifically, a phenyl group, a naphthyl group, Examples include an azulenyl group, an indenyl group, an indanyl group, and a tetralinyl group, and an aryl group having 6 to 10 carbon atoms is preferable.
The arylalkyl group is preferably a group in which an aryl group having 6 to 10 carbon atoms and an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms are bonded, such as benzyl group, phenethyl group, 3-phenyl-n-propyl group, 4-phenyl group. -N-butyl group, 5-phenyl-n-pentyl group, 8-phenyl-n-octyl group, naphthylmethyl group and the like can be mentioned.
As the arylalkenyl group, a group in which an aryl group having 6 to 10 carbon atoms and an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms are bonded is preferable. For example, a styryl group, a 3-phenyl-1-propen-1-yl group, a 3- Phenyl-2-propen-1-yl group, 4-phenyl-1-buten-1-yl group, 4-phenyl-3-buten-1-yl group, 5-phenyl-1-penten-1-yl group, Examples include 5-phenyl-4-penten-1-yl group, 8-phenyl-1-octen-1-yl group, 8-phenyl-7-octen-1-yl group, and naphthylethenyl group.

「酸素原子を有する炭化水素基」としては、アルコキシアルキル基、エポキシアルキル基、グリシドキシアルキル基等のオキシラン環(エポキシ基)を有する基、アクリロキシメチル基、メタクリロキシメチル基などが挙げられる。   Examples of the “hydrocarbon group having an oxygen atom” include an oxirane ring (epoxy group) group such as an alkoxyalkyl group, an epoxyalkyl group, and a glycidoxyalkyl group, an acryloxymethyl group, and a methacryloxymethyl group. .

ここで、アルコキシアルキル基としては、炭素数1〜6のアルコキシ基と炭素数1〜6のアルキル基が結合した基が好ましく、例えば、メトキシメチル基、2−メトキシエチル基、3−エトキシ−n−プロピル基等が挙げられる。   Here, the alkoxyalkyl group is preferably a group in which an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms are bonded. For example, a methoxymethyl group, 2-methoxyethyl group, 3-ethoxy-n -Propyl group etc. are mentioned.

「窒素原子を有する炭化水素基」としては−NR’(式中、R’は水素原子、アルキル基又はアリール基を表し、各R’は互いに同一でも相異なっていてもよい。)を有する基、又は−N=CR’’2(式中、R’’は水素原子、アルキル基またはアリール基を表し、各R’’は互いに同一でも相異なっていてもよい。)を有する基が好ましく、アルキル基としては上記と同じものが挙げられ、アリール基としてはフェニル基、ナフチル基、アントラセン−1−イル基、フェナントレン−1−イル基等が挙げられる。 The “hydrocarbon group having a nitrogen atom” has —NR ′ 2 (wherein R ′ represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, and each R ′ may be the same as or different from each other). Or a group having —N═CR ″ 2 (wherein R ″ represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group, and each R ″ may be the same as or different from each other). Examples of the alkyl group include the same groups as described above, and examples of the aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracen-1-yl group, and a phenanthren-1-yl group.

例えば、−NR’を有する基としては、―CHNH基、−CH(CH)NH基、−CHNHCH基等が挙げられる。−N=CR’’を有する基としては、−CHN=CHCH基、−CHN=C(CH基、−CHCHN=CHCH基、−CHN=CHPh基、−CHN=C(Ph)CH基等が挙げられる。 For example, the group having —NR ′ 2 includes a —CH 2 NH 2 group, a —CH 2 (CH 2 ) 2 NH 2 group, a —CH 2 NHCH 3 group, and the like. -N = Examples of the group having a CR '' 2, -CH 2 N = CHCH 3 group, -CH 2 N = C (CH 3) 2 group, -CH 2 CH 2 N = CHCH 3 group, -CH 2 N ═CHPh group, —CH 2 N═C (Ph) CH 3 group and the like.

上述した「炭化水素基」には、エポキシ基及びグリシドキシ基以外の置換基を有していてもよく、そのような置換基として、具体的には、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、(メタ)アクリロキシ基等を例示することができる。
ここで、ハロゲン原子として具体的には、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を例示することができる。
アルコキシ基として具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基等を例示することができる。
アルキル基、アルケニル基としては、前記したアルキル基、アルケニル基と同じ具体例を例示することができる。
The above-mentioned “hydrocarbon group” may have a substituent other than an epoxy group and a glycidoxy group. Specific examples of such a substituent include a halogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, and an alkoxy group. And (meth) acryloxy groups.
Here, specific examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
Specific examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, and a t-butoxy group.
Specific examples of the alkyl group and alkenyl group are the same as the above-described alkyl group and alkenyl group.

の「無置換または置換基を有する炭素数1〜10のアルキル基」の「炭素数1〜10のアルキル基」としては、式(II)のRにおけるアルキル基と同じものを例示することができる。
「置換基を有する」の置換基として具体的には、ハロゲン原子、アルコキシ基、(メタ)アクリロキシ基等を例示することができる。ハロゲン原子、アルコキシ基として具体的には、Rにおけるエポキシ基及びグリシドキシ基以外の置換として例示されたハロゲン原子、アルコキシ基と同じ具体例を例示することができる。
Examples of the “alkyl group having 1 to 10 carbon atoms” of the “unsubstituted or substituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms” of R 4 are the same as the alkyl group in R 3 of formula (II). be able to.
Specific examples of the substituent “having a substituent” include a halogen atom, an alkoxy group, a (meth) acryloxy group, and the like. Specific examples of the halogen atom and alkoxy group include the same specific examples as the halogen atom and alkoxy group exemplified as the substituent other than the epoxy group and glycidoxy group in R 3 .

原料であるエポキシ基含有トリアルコキシシラン又はその加水分解縮合物として具体的には、次の化合物を例示することができるが、これに限られるものではない。また、これらは、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。   Specific examples of the epoxy group-containing trialkoxysilane or its hydrolysis condensate as a raw material include the following compounds, but are not limited thereto. Moreover, these can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

Figure 2016131215
Figure 2016131215

中でも、グリシドキシアルキルトリアルコキシシラン、またはグリシドキシアルケニルアルコキシシランが好ましく、具体的には、下記式に示す化合物を例示することができる。これらは、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。   Of these, glycidoxyalkyltrialkoxysilane or glycidoxyalkenylalkoxysilane is preferable, and specific examples thereof include compounds represented by the following formulae. These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

Figure 2016131215
Figure 2016131215

上記式に示すグリシドキシアルキルトリアルコキシシランにおいて、nは1〜22が好ましく、1〜3がより好ましい。係るグリシドキシアルキルトリアルコキシシランとしては、3−グリシドキシ−n−プロピルトリメトキシシラ、3−グリシドキシ−n−プロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。   In the glycidoxyalkyltrialkoxysilane represented by the above formula, n is preferably 1 to 22, and more preferably 1 to 3. Examples of the glycidoxyalkyltrialkoxysilane include 3-glycidoxy-n-propyltrimethoxysila, 3-glycidoxy-n-propyltriethoxysilane and the like.

(水)
用いられる水の量は、用いられるエポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物がある程度加水分解縮合できるだけの量以上であれば、特に制限されず、具体的には、用いるエポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物(但し、エポキシ基含有トリアルコキシシラン及びその加水分解縮合物を併用する場合にはその両者の合計を表し、また、エポキシ基含有トリアルコキシシラン以外のアルコキシシランを併用する場合にも、それら全体の合計を表す。)1モルに対して、0.5モル以上が好ましく、1.0モル以上、2.0モル以上、5.0モル以上、または10モル以上がさらに好ましい。
(water)
The amount of water used is not particularly limited as long as the epoxy group-containing trialkoxysilane used and / or its hydrolysis condensate is more than the amount that can be hydrolyzed and condensed to some extent, specifically, the epoxy group containing used. Trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate (however, when the epoxy group-containing trialkoxysilane and its hydrolysis condensate are used in combination, it represents the total of both, and alkoxy other than the epoxy group-containing trialkoxysilane) Also when silane is used in combination, it represents the total of all of them.) 0.5 mol or more is preferable with respect to 1 mol, 1.0 mol or more, 2.0 mol or more, 5.0 mol or more, or 10 Mole or more is more preferable.

(ポリアミン類)
用いられるポリアミン類は、1以上の水素原子が結合しているアミノ基またはイミノ基を1分子中に2以上有する化合物であれば、特に制限されず、具体的には、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレントリアミン、メチルアミノプロピルアミン、エチルアミノプロピルアミン、N,N’−ジメチルヘキサメチレンジアミン、ビス(2−メチルアミノエチル)エーテル、メンタンジアミン、イソホロンジアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキシスピロ(5,5)ウンデカンアダクト、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、m−キシレンジアミン等を例示することができ、これらは、1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。中でも、ポリアルキレンポリアミン類が好ましく、具体的には、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレントリアミン等を例示することができる。
(Polyamines)
The polyamine used is not particularly limited as long as it is a compound having two or more amino groups or imino groups bonded to one or more hydrogen atoms in one molecule. Specifically, ethylenediamine, trimethylenediamine, Tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, dipropylenetriamine, methylaminopropylamine, ethylaminopropylamine, N, N′-dimethylhexamethylenediamine, bis (2-methylaminoethyl) ) Ether, menthanediamine, isophoronediamine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetraoxyspiro (5,5) undecane adduct, bis (4-aminocyclohexyl) methane, o -Phenylenediamine , M-phenylenediamine, p-phenylenediamine, diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, m-xylenediamine and the like. These may be used alone or in combination of two or more. it can. Among these, polyalkylene polyamines are preferable, and specific examples include diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, and dipropylenetriamine.

用いられるポリアミン類の使用量は、特に制限されないが、エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物中のエポキシ基1モルに対して1/(ポリアミン類1分子中の全窒素原子上の全水素原子数)モル以上用いるのが好ましく、1/(ポリアミン類1分子中の全窒素原子上の全水素原子数)の1.2倍〜10倍モルの範囲、1.5倍〜5倍モル、または1.8倍〜2.5倍モルの範囲が好ましい。1/(ポリアミン類1分子中の全窒素原子上の全水素原子数)モルより少ない場合には、硬化が不十分で、高い硬度の膜が得られない場合があり、1/(ポリアミン類1分子中の全窒素原子上の全水素原子数)の10倍モルよりも大きい場合、ポリアミン類が残存して十分な硬度の膜が得られない場合がある。   The amount of the polyamine used is not particularly limited, but is 1 / (on the total nitrogen atoms in one molecule of the polyamines with respect to 1 mol of the epoxy group in the epoxy group-containing trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate. The total number of hydrogen atoms) is preferably at least mol, and the range is 1.2 times to 10 times the mole of 1 / (number of total hydrogen atoms on all nitrogen atoms in one molecule of the polyamine), 1.5 times to 5 times. A double mole or a range of 1.8 to 2.5 moles is preferred. When less than 1 / (total number of hydrogen atoms on all nitrogen atoms in one molecule of polyamine) is less than 1 mol, curing may be insufficient and a film with high hardness may not be obtained. 1 / (polyamines 1 When it is larger than 10 times the mole of all hydrogen atoms on all nitrogen atoms in the molecule, polyamines may remain and a film having sufficient hardness may not be obtained.

(イミダゾール類)
また、本発明に用いられるイミダゾール類として、具体的には、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−イソプロピルイミダゾール、2−n−プロピルイミダゾール、2−ウンデシル−1H−イミダゾール、2−ヘプタデシル−1H−イミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−1H−イミダゾール、4−メチル−2−フェニル−1H−イミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−(2’−ウンデシルイミダゾリル−)−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4−イミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−メチルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニル−4,5−ジ(2−シアノエトキシ)メチルイミダゾール、1−ドデシル−2−メチル−3−ベンジルイミダゾリウムクロライド、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール塩酸塩、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト等を例示することができ、これらは1種単独で、または2種以上を混合して用いることができる。
用いるイミダゾール類の量は、触媒量以上であれば特に制限されず、用いられるトリアルコキシシランに含まれるエポキシ基1モルに対して、0.001〜1.0モルの範囲が好ましく、0.001〜0.5モル、又は0.01〜0.1モルの範囲がさらに好ましい。
(Imidazoles)
Specific examples of imidazoles used in the present invention include imidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-isopropylimidazole, 2-n-propylimidazole, 2-undecyl-1H-imidazole, 2- Heptadecyl-1H-imidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenyl-1H-imidazole, 4-methyl-2-phenyl-1H-imidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole , 1- Anoethyl-2-ethyl-4-methylimidazolium trimellitate, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazolium trimellitate, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimellitate, 2,4-diamino-6- [2'-Methylimidazolyl- (1 ')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- (2'-undecylimidazolyl-)-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6 -[2'-Ethyl-4-imidazolyl- (1 ')]-ethyl-s-triazine, 2,4-diamino-6- [2'-methylimidazolyl- (1')]-ethyl-s-triazine isocyanuric Acid adduct, 2-phenylimidazole isocyanuric acid adduct, 2-methylimidazole isocyanuric acid adduct, 2-phenyl-4,5-dihydroxy Methylimidazole, 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenyl-4,5-di (2-cyanoethoxy) methylimidazole, 1-dodecyl-2-methyl-3-benzyl Examples thereof include imidazolium chloride, 1-benzyl-2-phenylimidazole hydrochloride, 1-benzyl-2-phenylimidazolium trimellitate, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Can be used.
The amount of imidazole to be used is not particularly limited as long as it is a catalyst amount or more, and is preferably in the range of 0.001 to 1.0 mol with respect to 1 mol of the epoxy group contained in the trialkoxysilane used. The range of -0.5 mol or 0.01-0.1 mol is more preferable.

(溶媒)
製法1において、必要に応じて有機溶媒を用いることができ、そのような溶媒として、溶液の均一性、安定性等をある程度保持できる溶媒であれば、特に限定されないが、具体的には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、s−ペンタノール、t−ペンタノール、ネオペンタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、2−アセトキシエタノール等のアルコール類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロピラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;酢酸メチル、エチレングリコールモノアセテート等のエステル類;ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等のアミド類等を例示することができ、中でも炭素数1〜5のアルコールが好ましい。これらは1種単独で、又は2種以上を併用して用いることができる。炭素数1〜5のアルコールは、適当な炭素上にハロゲン原子等の置換基を有していてもよく、そのようなアルコールとして、具体的には、パーフルオロエタノール、パーフルオロペンタノール等を例示することができる。
これらは1種単独で、または2種以上を混合して用いることができる。作業環境、及び塗膜への残留を少なくする等を考慮した場合、炭素数3以下のアルコールが好ましく、イソプロパノール、n−プロパノール等を特に好ましく例示することができる。加水分解縮合物の保存安定性を考慮した場合には、n−ペンタノールを用いるのが好ましい。
その他の溶媒として、水を用いるのが好ましく、その場合、用いる有機溶媒は、水に溶解する有機溶媒が好ましい。また、水と有機溶媒の比率は、おのおの必要な量を用いた上で、均一な溶液になる量比が好ましい。炭素数3以下のアルコール等の水に比較的良く溶解する有機溶媒を用いた場合には、水と有機溶媒の質量比(水/有機溶媒)は、30/70〜95/5の範囲が好ましく、50/50〜90/10、60/40〜80/20、または65/35〜75/25の範囲がさらに好ましい。
また、炭素数4以上のアルコール等の水に比較的溶解しにくい有機溶媒を用いた場合に、有機溶媒に対する水の溶解度が低いために、使用する水の量は、トリアルコキシシランの加水分解に必要な量以上、溶液が均一になる範囲の量で使用するのが好ましい。
用いる溶媒量は、特に制限されないが、加水分解縮合物を含む組成物を用いた塗膜の外観、該組成物の塗工性、硬化性、該組成物を用いた塗膜の性質、該組成物または加水分解縮合物の保存安定性等を考慮して、反応液中の固形分濃度が0.5〜50質量%の範囲になる量を用いるのが好ましく、1.0〜30質量%、1.0〜20質量%、1.0〜10質量%、1.5〜5.0質量%、または1.8〜3質量%の範囲がさらに好ましい。
(solvent)
In the production method 1, an organic solvent can be used as necessary. The solvent is not particularly limited as long as it can maintain the uniformity and stability of the solution to some extent, and specifically, methanol. , Ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, s-butanol, t-butanol, n-pentanol, isopentanol, s-pentanol, t-pentanol, neopentanol, ethylene glycol, Alcohols such as diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, 2-acetoxyethanol; tetrahydrofuran, ethylene glycol di Ethers such as chill ether, propylene glycol dimethyl ether and tetrahydropyran; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and acetylacetone; Esters such as methyl acetate and ethylene glycol monoacetate; Formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide And amides such as pyrrolidone and N-methylpyrrolidone, among which alcohol having 1 to 5 carbon atoms is preferable. These can be used alone or in combination of two or more. The alcohol having 1 to 5 carbon atoms may have a substituent such as a halogen atom on an appropriate carbon. Specific examples of such alcohol include perfluoroethanol and perfluoropentanol. can do.
These can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. In consideration of the working environment and the reduction of the residue on the coating film, alcohols having 3 or less carbon atoms are preferable, and isopropanol, n-propanol and the like can be particularly preferably exemplified. In consideration of the storage stability of the hydrolyzed condensate, it is preferable to use n-pentanol.
As the other solvent, water is preferably used. In that case, the organic solvent to be used is preferably an organic solvent that is soluble in water. In addition, the ratio of water to the organic solvent is preferably an amount ratio that makes a uniform solution after using a necessary amount. When an organic solvent that dissolves relatively well in water such as alcohol having 3 or less carbon atoms is used, the mass ratio of water to organic solvent (water / organic solvent) is preferably in the range of 30/70 to 95/5. , 50/50 to 90/10, 60/40 to 80/20, or 65/35 to 75/25 are more preferable.
In addition, when an organic solvent that is relatively difficult to dissolve in water such as alcohol having 4 or more carbon atoms is used, the amount of water used for hydrolysis of trialkoxysilane is low because the solubility of water in the organic solvent is low. It is preferable to use it in an amount in a range where the solution becomes uniform more than the necessary amount.
The amount of the solvent to be used is not particularly limited, but the appearance of the coating film using the composition containing the hydrolysis condensate, the coating property and curability of the composition, the properties of the coating film using the composition, the composition In consideration of the storage stability of the product or the hydrolysis-condensation product, it is preferable to use an amount such that the solid content concentration in the reaction solution is in the range of 0.5 to 50% by mass, The range of 1.0-20 mass%, 1.0-10 mass%, 1.5-5.0 mass%, or 1.8-3 mass% is further more preferable.

(製造条件)
エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物と、水、及び水素原子が1以上結合しているアミノ基もしくはイミノ基を2以上1分子内に有するポリアミン類、有機溶媒を混合、撹拌してエポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物を製造することが好ましいが、その混合順序、及び撹拌速度は特に限定されず、任意の順序、または任意の速度を設定できる。この場合、必要に応じて酸を添加することもできる。添加する酸として、具体的には、有機酸、鉱酸等を例示することができ、さらに具体的には、有機酸としては酢酸、ギ酸、シュウ酸、炭酸、フタル酸、トリフルオロ酢酸、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等、鉱酸としては、塩酸、硝酸、ホウ酸、ホウフッ化水素酸等を例示することができ、なかでも20℃でのpKaが2.0〜6.0の範囲の有機酸を用いるのが好ましい。そのような有機酸として、具体的には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、カプロン酸、イソカプロン酸、クロロ酢酸、フルオロ酢酸、ブロモ酢酸、3−クロロプロピオン酸、2−ブロモプロピオン酸、2−ヒドロキシ酪酸、フェニル酢酸、フェニルプロピオン酸、4−フェニル酪酸、フェノキシ酢酸、シアノ酢酸、シュウ酸、マロン酸、2,2−ジメチルマロン酸、アジピン酸、コハク酸、ピメリン酸、フタル酸、グルタル酸、オキザロ酢酸、クエン酸、イソクエン酸、シクロヘキサン−1,1−ジカルボン酸、酒石酸、o−、m−、p−アニス酸、安息香酸、o−クロロ安息香酸、m−フルオロ安息香酸、2,3−ジフルオロ安息香酸、o−、m−、p−ニトロ安息香酸、m−、p−アミノ安息香酸、サリチル酸、フタル酸、イロフタル酸、trans−ケイ皮酸、2−フランカルボン酸、グリオキシル酸、グルコール酸、クロトン酸、乳酸、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸、ピルビン酸、マンデル酸、リンゴ酸、レブリン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、ニコチン酸等を例示することができる。用いる酸の量は、特に制限されないが、用いられるポリアミン類またはイミダゾール類1モルに対して、0.3〜1.2モルの範囲が好ましく、0.5〜1.0モル、又は0.6〜0.9モルの範囲がさらに好ましい。0.3モルより少ない場合には、組成物の保存安定性が低下する場合があり、1.2モルよりも大きい場合には、十分な硬度の塗膜を形成できない場合がある。
混合時及び撹拌時の温度は、特に限定されず、室温から、用いる溶媒の沸点の範囲で行うのが好ましく、室温で行うのがさらに好ましい。室温とは、この場合、混合撹拌を行う場所での外気温度になるが、15〜35℃の範囲の温度が好ましい。
エポキシ基含有トリアルコキシシランと、水、及び、水素原子が1以上結合しているアミノ基もしくはイミノ基を2以上1分子内に有するポリアミン類、またはイミダゾールすべてが共存している状態で、室温で2時間から3時間撹拌するのが好ましい。
加水分解後、必要ならば、有機溶媒や水で希釈する。
得られた加水分解縮合物を含む組成物の固形分濃度は、特に限定されないが、0.5〜50質量%の範囲で使用するのが好ましく、1.0〜30質量%、1.0〜20質量%、1.0〜10質量%、1.5〜5.0質量%、又は1.8〜3.0質量%の範囲がさらに好ましい。0.5質量%より小さい場合には、膜を均質に成膜するのが困難な場合があり、50質量%より大きい場合には、組成物の安定性、塗膜の透明性、外観、または塗工性等に問題が生じる場合がある。固形分濃度は、最初から所定の固形分濃度に調整してもよく、濃い状態で組成物を調製した後、希釈して所定の固形分濃度に調整することもできる。
その他の成分として前記したエポキシ基含有トリアルコキシシランに、適宜、テトラアルコキシシラン類、エポキシ基含有トリアルコキシシラン以外のトリアルコキシシラン類、又はジアルコキシシラン類を添加して用いることができる。
そのようなアルコキシシラン類として、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトラ(イソプロポキシ)シラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン等のテトラアルコキシシラン類;メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、n−ブチルトリエトキシシラン、n−ペンチルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−ヘプチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリメトキシシラン、シクロヘキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリエトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、2−ヒドロキシエチルトリメトキシシラン、2−ヒドロキシエチルトリエトキシシラン、2−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、2−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアナートプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリn−プロポキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリイソプロポキシシラン、3−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類;ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルジエトキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジエトキシシラン、ジ−n−ペンチルジメトキシシラン、ジ−n−ペンチルジエトキシシラン、ジ−n−ヘキシルジメトキシシラン、ジ−n−ヘキシルジエトキシシラン、ジ−n−ヘプチルジメトキシシラン、ジ−n−ヘプチルジエトキシシラン、ジ−n−オクチルジメトキシシラン、ジ−n−オクチルジエトキシシラン、ジ−n−シクロヘキシルジメトキシシラン、ジ−n−シクロヘキシルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、ヘプタデカフルロデシルメチルジメトキシシラン等のジアルコキシシラン類等を例示することができ、これらの部分加水分解縮合物も同様に使用することができる。
そのような部分加水分解縮合物として、具体的には、三菱化学社製の商品名「MKCシリケートMS51」、「MKCシリケートMS56」、「MKCシリケートMS57」、「MKCシリケートMS60」(いずれもテトラメトキシシランの縮合物);コルコート社製の商品名「エチルシリケート40」、「エチルシリケート48」(いずれもテトラエトキシシランの縮合物)等を例示することができ、また、含有するアルキル基が異なるテトラアルコキシシランの縮合物の具体例として、三菱化学社製の商品名「MKCシリケートMS56B15」、「MKCシリケートMS56B30」、「MKCシリケートMS58B15」、「MKCシリケートMS56I30」、「MKCシリケートMS56F20」;コルコート社製の商品名「EMS−485」等を例示することができる。
(Production conditions)
Mixing and stirring an epoxy group-containing trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate, water, and a polyamine having two or more amino groups or imino groups in which one or more hydrogen atoms are bonded in one molecule, and an organic solvent Thus, it is preferable to produce a hydrolysis-condensation product of an epoxy group-containing trialkoxysilane, but the mixing order and stirring speed are not particularly limited, and any order or any speed can be set. In this case, an acid can be added as necessary. Specific examples of the acid to be added include organic acids and mineral acids. More specifically, examples of the organic acid include acetic acid, formic acid, oxalic acid, carbonic acid, phthalic acid, trifluoroacetic acid, p -Examples of mineral acids such as toluenesulfonic acid and methanesulfonic acid include hydrochloric acid, nitric acid, boric acid, borohydrofluoric acid, and the like. Among them, pKa at 20 ° C is 2.0 to 6.0. It is preferred to use a range of organic acids. Specific examples of such organic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isovaleric acid, caproic acid, isocaproic acid, chloroacetic acid, fluoroacetic acid, bromoacetic acid, and 3-chloropropion. Acid, 2-bromopropionic acid, 2-hydroxybutyric acid, phenylacetic acid, phenylpropionic acid, 4-phenylbutyric acid, phenoxyacetic acid, cyanoacetic acid, oxalic acid, malonic acid, 2,2-dimethylmalonic acid, adipic acid, succinic acid Pimelic acid, phthalic acid, glutaric acid, oxaloacetic acid, citric acid, isocitric acid, cyclohexane-1,1-dicarboxylic acid, tartaric acid, o-, m-, p-anisic acid, benzoic acid, o-chlorobenzoic acid, m-fluorobenzoic acid, 2,3-difluorobenzoic acid, o-, m-, p-nitrobenzoic acid, m-, p-aminobenzoic acid, sa Tyric acid, phthalic acid, ilophthalic acid, trans-cinnamic acid, 2-furancarboxylic acid, glyoxylic acid, glucholic acid, crotonic acid, lactic acid, 2-hydroxy-2-methylpropionic acid, pyruvic acid, mandelic acid, malic acid , Levulinic acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid, nicotinic acid and the like. The amount of the acid to be used is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.3 to 1.2 mol, 0.5 to 1.0 mol, or 0.6 with respect to 1 mol of the polyamine or imidazole to be used. A range of ˜0.9 mol is more preferable. When the amount is less than 0.3 mol, the storage stability of the composition may be lowered. When the amount is more than 1.2 mol, a coating film having sufficient hardness may not be formed.
The temperature at the time of mixing and stirring is not particularly limited, and it is preferably in the range of room temperature to the boiling point of the solvent used, more preferably at room temperature. In this case, the room temperature is the outside air temperature at the place where mixing and stirring is performed, but a temperature in the range of 15 to 35 ° C is preferable.
At room temperature, the epoxy group-containing trialkoxysilane, water, and a polyamine having two or more amino groups or imino groups in which one or more hydrogen atoms are bonded in one molecule or all imidazoles coexist. It is preferable to stir for 2 to 3 hours.
After hydrolysis, if necessary, dilute with an organic solvent or water.
Although the solid content concentration of the composition containing the obtained hydrolysis condensate is not particularly limited, it is preferably used in the range of 0.5 to 50% by mass, 1.0 to 30% by mass, 1.0 to The range of 20 mass%, 1.0-10 mass%, 1.5-5.0 mass%, or 1.8-3.0 mass% is more preferable. If it is less than 0.5% by mass, it may be difficult to form a film uniformly, and if it is more than 50% by mass, the stability of the composition, the transparency of the coating film, the appearance, or There may be a problem in coating properties. The solid content concentration may be adjusted to a predetermined solid content concentration from the beginning, or may be adjusted to a predetermined solid content concentration by preparing a composition in a thick state and then diluting the composition.
As other components, tetraalkoxysilanes, trialkoxysilanes other than epoxy group-containing trialkoxysilane, or dialkoxysilanes can be appropriately added to the above-described epoxy group-containing trialkoxysilane.
Specific examples of such alkoxysilanes include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetra (isopropoxy) silane, and tetra (n-butoxy) silane; Methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, n-butyltrimethoxysilane , N-butyltriethoxysilane, n-pentyltrimethoxysilane, n-hexyltrimethoxysilane, n-heptyltrimethoxysilane, n-octyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyl Riethoxysilane, allyltrimethoxysilane, cyclohexyltrimethoxysilane, cyclohexyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 3, 3, 3 -Trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, nonafluorohexyltrimethoxysilane, tridecafluorooctyltrimethoxysilane, heptadecafluorodecyltrimethoxysilane, trifluoropropyltriethoxysilane , Tridecafluorooctyltriethoxysilane, heptadecafluorodecyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane Toxisilane, 2-hydroxyethyltrimethoxysilane, 2-hydroxyethyltriethoxysilane, 2-hydroxypropyltrimethoxysilane, 2-hydroxypropyltriethoxysilane, 3-hydroxypropyltrimethoxysilane, 3-hydroxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, 3- (meth) acryloyloxypropyltrimethoxysilane, 3- (meta ) Atacryloyloxypropyltriethoxysilane, 3- (meth) acryloyloxypropyltri-n-propoxysilane, 3- (meth) acryloyloxypropyltriiso Trialkoxysilanes such as propoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane; dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, di-n-propyldimethoxysilane , Di-n-propyldiethoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, diisopropyldiethoxysilane, di-n-butyldimethoxysilane, di-n-butyldiethoxysilane, di-n-pentyldimethoxysilane, di-n-pentyldi Ethoxysilane, di-n-hexyldimethoxysilane, di-n-hexyldiethoxysilane, di-n-heptyldimethoxysilane, di-n-heptyldiethoxysilane, di-n-octyldimethoxysilane, di- -Octyldiethoxysilane, di-n-cyclohexyldimethoxysilane, di-n-cyclohexyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, 3- (meth) acryloyloxypropylmethyldimethoxysilane, heptadecafluorodecylmethyl Examples include dialkoxysilanes such as dimethoxysilane, and these partially hydrolyzed condensates can also be used.
Specific examples of such a partial hydrolysis-condensation product include trade names “MKC silicate MS51”, “MKC silicate MS56”, “MKC silicate MS57”, and “MKC silicate MS60” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation (both are tetramethoxy). Silane condensate); trade names “Ethyl silicate 40” and “ethyl silicate 48” (both are condensates of tetraethoxysilane) manufactured by Colcoat Co., Ltd. As specific examples of the alkoxysilane condensate, trade names “MKC silicate MS56B15”, “MKC silicate MS56B30”, “MKC silicate MS58B15”, “MKC silicate MS56I30”, “MKC silicate MS56F20” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation; Product name of It can be exemplified MS-485 ", and the like.

[製法2]
エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物に水、必要に応じてシラノール縮合触媒を添加し、5〜100℃、好ましくは20〜60℃において、1分〜10日、好ましくは30分〜24時間反応させる。
[Production method 2]
Water and, if necessary, a silanol condensation catalyst are added to the epoxy group-containing trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate, and the temperature is 5 to 100 ° C., preferably 20 to 60 ° C., 1 minute to 10 days, preferably 30 React for 24 minutes.

原料であるエポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物は、製法1で示したものと同様のものを用いることができる。また、製法1で記載したのと同様に、テトラアルコキシシラン、エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物以外のトリアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、またはそれらの部分加水分解縮合物を共存させて製造することもできる。
水の量は、用いられるエポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物がある程度加水分解縮合できるだけの量以上であれば、特に制限されず、具体的には、用いるトリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物1モルに対して、0.5モル以上が好ましく、1.0モル以上、2.0モル以上、5.0モル以上、または10モル以上がさらに好ましい。
シラノール縮合触媒の使用量は、特に制限はされないが、原料であるエポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物中の全て未縮合として換算したトリアルコキシシリル基の量に対して、モル比(シラノール触媒/当該シリル基)で、0.001〜1.0の範囲が好ましく、0.01〜1.0、又は0.1〜0.5の範囲がさらに好ましい。
As the raw material epoxy group-containing trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate, the same ones as shown in production method 1 can be used. Further, in the same manner as described in production method 1, trialkoxysilane, dialkoxysilane other than tetraalkoxysilane, epoxy group-containing trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate, or a partial hydrolysis condensate thereof coexist. It can also be manufactured.
The amount of water is not particularly limited as long as the epoxy group-containing trialkoxysilane used and / or the hydrolysis condensate thereof is an amount that can be hydrolyzed to some extent, and specifically, the trialkoxysilane used and / or Or 0.5 mol or more is preferable with respect to 1 mol of the hydrolysis-condensation products, 1.0 mol or more, 2.0 mol or more, 5.0 mol or more, or 10 mol or more is more preferable.
The amount of the silanol condensation catalyst used is not particularly limited, but the molar amount relative to the amount of trialkoxysilyl group converted as uncondensed in the raw material epoxy group-containing trialkoxysilane and / or its hydrolysis condensate. The ratio (silanol catalyst / silyl group) is preferably in the range of 0.001 to 1.0, more preferably in the range of 0.01 to 1.0, or 0.1 to 0.5.

シラノール縮合触媒は1種単独、又は、2種以上の組合せで使用することができる。
本発明の組成物においては、エポキシ基含有トリアルコキシシランの硬化剤または硬化促進剤としてポリアミン類、又はイミダゾール類を用いることから、シラノール縮合触媒としても、ポリアミン類、イミダゾール類を用いるのが好ましい。ポリアミン類、及びイミダゾール類の詳細については、本発明の製造方法の部分で前述した通りである。
A silanol condensation catalyst can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
In the composition of the present invention, polyamines or imidazoles are used as the curing agent or curing accelerator of the epoxy group-containing trialkoxysilane, and therefore it is preferable to use polyamines and imidazoles as the silanol condensation catalyst. Details of the polyamines and imidazoles are as described above in the production method of the present invention.

本発明において使用されるエポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物の動的光散乱法で測定したz−平均粒子径は、膜の硬度や、塗工時の塗りムラ等の観点から、5〜50nmの範囲が好ましく、5〜30nmがさらに好ましい。50nmより大きい場合、可使時間が短く、保存安定性に問題があり、また、塗工後に塗り斑が生じる場合があり、5nmより小さい場合には、本組成物から得られる塗膜の硬度が不十分となる場合がある。     The z-average particle diameter measured by the dynamic light scattering method of the hydrolysis-condensation product of the epoxy group-containing trialkoxysilane used in the present invention is 5 from the viewpoint of film hardness, coating unevenness during coating, etc. The range of ˜50 nm is preferable, and 5 to 30 nm is more preferable. If it is larger than 50 nm, the pot life is short, there is a problem in storage stability, and smear may occur after coating. If it is smaller than 5 nm, the hardness of the coating film obtained from this composition is It may be insufficient.

b)ポリアミン類
ポリアミン類としては、上記製法1において示したポリアミン類を例示することができる。その使用量についても、前記製法1において記載された通りである。
c)c−2)25℃におけるpKaが2.0〜6.0の範囲の有機酸
有機シラン薄膜形成用の組成物に用いられる有機酸は、25℃におけるpKaが、2.0〜6.0の範囲、好ましくは、3.0〜5.0の範囲の有機酸であれば、特に制限されず、具体的には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、カプロン酸、イソカプロン酸、クロロ酢酸、フルオロ酢酸、ブロモ酢酸、3−クロロプロピオン酸、2−ブロモプロピオン酸、2−ヒドロキシ酪酸、フェニル酢酸、フェニルプロピオン酸、4−フェニル酪酸、フェノキシ酢酸、シアノ酢酸、シュウ酸、マロン酸、2,2−ジメチルマロン酸、アジピン酸、コハク酸、ピメリン酸、フタル酸、グルタル酸、オキザロ酢酸、クエン酸、イソクエン酸、シクロヘキサン−1,1−ジカルボン酸、酒石酸、o−、m−、p−アニス酸、安息香酸、o−クロロ安息香酸、m−フルオロ安息香酸、2,3−ジフルオロ安息香酸、o−、m−、p−ニトロ安息香酸、m−、p−アミノ安息香酸、サリチル酸、フタル酸、イロフタル酸、trans−ケイ皮酸、2−フランカルボン酸、グリオキシル酸、グルコール酸、クロトン酸、乳酸、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオン酸、ピルビン酸、マンデル酸、リンゴ酸、レブリン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、ニコチン酸等を例示することができ、中でも、脂肪族モノカルボン酸、または置換または無置換安息香酸を好ましく例示することができる。
用いる酸の量は、特に制限されないが、用いられるポリアミン類1モルに対して、0.3〜1.2モルの範囲が好ましく、0.5〜1.0モル、又は0.6〜0.9モルの範囲がさらに好ましい。
0.3モルより少ない場合には、組成物の保存安定性が低下する場合があり、1.2モルよりも大きい場合には、十分な硬度の塗膜を形成できない場合がある。
c)c−2)パーフルオロアルキル基及び/又はパーフルオロアルキレン基を有する炭素数2〜5のアルコール類
有機シラン薄膜形成用の組成物に使用されるパーフルオロアルキル基及び/若しくはパーフルオロアルキレン基を有する炭素数2〜5のアルコール類として、具体的には、トリフルオロメタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、1,1,2,2,2−ペンタフルオロエタノール、3,3,3−トリフルオロ−1−プロパノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−1−プロパノール、1,1,2,2,3,3,3−ヘプタフルオロ−1−プロパノール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2−トリフルオロメチル−2−プロパノール、2−メチル−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロ−1−ブタノール、ノナフルオロ−t−ブタノール、2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1−ペンタノール等を例示することができる。
本組成物中のフルオロアルコールの使用量は、特に制限されないが、組成物全体の30質量%以上が好ましく、40質量%以上がさらに好ましい。30質量%より小さい場合には、組成物の長期保存安定性が低下する場合がある。
b) Polyamines As polyamines, the polyamines shown in the above production method 1 can be exemplified. The amount used is also as described in the production method 1.
c) c-2) Organic acid having a pKa in the range of 2.0 to 6.0 at 25 ° C. The organic acid used in the composition for forming the organic silane thin film has a pKa at 25 ° C. of 2.0 to 6. It is not particularly limited as long as it is an organic acid in the range of 0, preferably in the range of 3.0 to 5.0. Specifically, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, isobutyric acid, valeric acid, isoyoshichi Herbic acid, caproic acid, isocaproic acid, chloroacetic acid, fluoroacetic acid, bromoacetic acid, 3-chloropropionic acid, 2-bromopropionic acid, 2-hydroxybutyric acid, phenylacetic acid, phenylpropionic acid, 4-phenylbutyric acid, phenoxyacetic acid, cyano Acetic acid, oxalic acid, malonic acid, 2,2-dimethylmalonic acid, adipic acid, succinic acid, pimelic acid, phthalic acid, glutaric acid, oxaloacetic acid, citric acid, isocitric acid, cyclohexa 1,1-dicarboxylic acid, tartaric acid, o-, m-, p-anisic acid, benzoic acid, o-chlorobenzoic acid, m-fluorobenzoic acid, 2,3-difluorobenzoic acid, o-, m- , P-nitrobenzoic acid, m-, p-aminobenzoic acid, salicylic acid, phthalic acid, ilophthalic acid, trans-cinnamic acid, 2-furancarboxylic acid, glyoxylic acid, glucholic acid, crotonic acid, lactic acid, 2-hydroxy -2-Methylpropionic acid, pyruvic acid, mandelic acid, malic acid, levulinic acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid, nicotinic acid and the like can be exemplified, among which aliphatic monocarboxylic acid, or substituted or unsubstituted Benzoic acid can be preferably exemplified.
The amount of the acid to be used is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.3 to 1.2 mol, 0.5 to 1.0 mol, or 0.6 to 0.00 mol per mol of the polyamine to be used. A range of 9 moles is more preferred.
When the amount is less than 0.3 mol, the storage stability of the composition may be lowered. When the amount is more than 1.2 mol, a coating film having sufficient hardness may not be formed.
c) c-2) C2-C5 alcohol having a perfluoroalkyl group and / or a perfluoroalkylene group A perfluoroalkyl group and / or a perfluoroalkylene group used in a composition for forming an organic silane thin film Specific examples of the alcohol having 2 to 5 carbon atoms include trifluoromethanol, 2,2,2-trifluoroethanol, 1,1,2,2,2-pentafluoroethanol, 3,3,3 -Trifluoro-1-propanol, 2,2,3,3,3-pentafluoro-1-propanol, 1,1,2,2,3,3,3-heptafluoro-1-propanol, 1,1, 1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol, 2-trifluoromethyl-2-propanol, 2-methyl-1,1,1,3,3,3-hexaph Fluoro-2-propanol, 2,2,3,3,4,4,4-heptafluoro-1-butanol, nonafluoro-t-butanol, 2,2,3,3,4,4,5,5-octa Examples thereof include fluoro-1-pentanol.
The amount of fluoroalcohol used in the composition is not particularly limited, but is preferably 30% by mass or more, and more preferably 40% by mass or more of the entire composition. When it is less than 30% by mass, the long-term storage stability of the composition may be lowered.

(組成物に含むことができるその他の成分)
有機シラン薄膜形成用の組成物は、組成物中の固形分濃度を調製するために、有機溶媒を用いることができ、そのような溶媒として、溶液の均一性、安定性等を保持できる溶媒であれば、特に限定されないが、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブタノール、s−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のアルコール類;テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロピラン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;酢酸メチル、エチレングリコールモノアセテート等のエステル類;ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ピロリドン、N−メチルピロリドン等のアミド類等を例示することができ、中でも炭素数1〜5のアルコールが好ましい。これらは1種単独で、または2種以上を併用して用いることができる。
その他の溶媒とし、水を用いるのが好ましく、その場合、用いる有機溶媒は、水に溶解する有機溶媒が好ましい。また、水と有機溶媒の比率は、おのおの必要な量を用いた上で、組成物として均一な溶液になる量比であれば特に制限されない。炭素数3以下のアルコール等の水に比較的良く溶解する有機溶媒を用いた場合には、水と有機溶媒の質量比(水/有機溶媒)は、30/70〜95/5の範囲が好ましく、50/50〜90/10、60/40〜80/20、または65/35〜75/25の範囲がさらに好ましい。
また、炭素数4以上のアルコール等の水に比較的溶解しにくい有機溶媒を用いた場合に、有機溶媒に対する水の溶解度が低いために、使用する水の量は、トリアルコキシシランの加水分解に必要な量以上、組成物が均一になる範囲の量で使用するのが好ましい。
有機シラン薄膜形成用の組成物には、その用途に応じて、他の成分を添加することができ、具体的には、コロイド状シリカやコロイド状アルミナ等の無機微粒子、各種界面活性剤、染料、顔料、分散材、撥水材、増粘材、香料、抗菌性成分等を例示することができる。
(Other ingredients that can be included in the composition)
The composition for forming an organic silane thin film can use an organic solvent in order to adjust the solid content concentration in the composition, and as such a solvent, a solvent that can maintain the uniformity and stability of the solution. Specific examples include, but are not limited to, methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butanol, s-butanol, t-butanol, n-pentanol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene Alcohols such as glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether; tetrahydrofuran, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol dimethyl ether, tetrahydropyran Ethers such as acetone, methyl ethyl ketone, acetylacetone, etc .; esters such as methyl acetate, ethylene glycol monoacetate; formamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, pyrrolidone, N-methylpyrrolidone, etc. Examples include amides, and alcohols having 1 to 5 carbon atoms are preferable. These can be used alone or in combination of two or more.
It is preferable to use water as the other solvent. In that case, the organic solvent to be used is preferably an organic solvent that dissolves in water. In addition, the ratio of water to the organic solvent is not particularly limited as long as it is an amount ratio that makes a uniform solution as a composition after using a necessary amount. When an organic solvent that dissolves relatively well in water such as alcohol having 3 or less carbon atoms is used, the mass ratio of water to organic solvent (water / organic solvent) is preferably in the range of 30/70 to 95/5. , 50/50 to 90/10, 60/40 to 80/20, or 65/35 to 75/25 are more preferable.
In addition, when an organic solvent that is relatively difficult to dissolve in water such as alcohol having 4 or more carbon atoms is used, the amount of water used for hydrolysis of trialkoxysilane is low because the solubility of water in the organic solvent is low. It is preferable to use it in an amount in a range where the composition becomes more than the necessary amount.
Depending on the application, other components can be added to the composition for forming an organic silane thin film. Specifically, inorganic fine particles such as colloidal silica and colloidal alumina, various surfactants, and dyes. And pigments, dispersion materials, water repellent materials, thickeners, fragrances, antibacterial components, and the like.

(配合割合)
有機シラン薄膜形成用の組成物中の固形分濃度は、特に制限されないが、塗膜の外観、塗工性、硬化性、塗膜の性質、組成物の保存安定性等を考慮して、0.5〜50質量%の範囲になる量を用いるのが好ましく、1.0〜30質量%、1.0〜20質量%、1.0〜10質量%、1.5〜5.0質量%、または1.8〜3質量%の範囲がさらに好ましい。0.5質量%より小さい場合には、膜を均質に成膜するのが困難な場合があり、50質量%より大きい場合には、組成物の安定性、塗膜の透明性、外観、または塗工性等に問題が生じる場合がある。
有機溶媒、及び水の使用量は、上記固形分濃度に調製できる範囲で併用するフルオロアルコール類の量も考慮して適宜定めることができる。
(Mixing ratio)
The solid content concentration in the composition for forming the organic silane thin film is not particularly limited, but it is 0 in consideration of the appearance of the coating film, coating properties, curability, properties of the coating film, storage stability of the composition, and the like. It is preferable to use an amount in the range of 5 to 50% by mass, 1.0 to 30% by mass, 1.0 to 20% by mass, 1.0 to 10% by mass, 1.5 to 5.0% by mass. Or in the range of 1.8 to 3% by mass. If it is less than 0.5% by mass, it may be difficult to form a film uniformly, and if it is more than 50% by mass, the stability of the composition, the transparency of the coating film, the appearance, or There may be a problem in coating properties.
The amount of the organic solvent and water used can be determined as appropriate in consideration of the amount of the fluoroalcohol used in combination as long as the solid content concentration can be adjusted.

(組成物の製造条件)
有機シラン薄膜形成用の組成物の製造方法は、特に制限されないが、具体的には、以下の方法等を例示することができる。
i)エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物、シラノール縮合触媒、水と必要に応じて有機溶媒(n−ペンタノールを含む)を室温で混合、撹拌し、次いで、ポリアミン類、必要に応じて有機酸またはフルオロアルコール類を加え、有機溶媒(n−ペンタノールを含む)と必要に応じて水で希釈する。
ii)エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物、水、有機溶媒(n−ペンタノールを含む)、ポリアミン類を室温で混合、撹拌し、さらに必要に応じて有機酸またはフルオロアルコール類を添加し、さらに有機溶媒(n−ペンタノールを含む)と必要に応じて水で希釈する。
iii)エポキシ基含有トリアルコキシシラン及び/又はその加水分解縮合物、水、溶媒としてのアルコール(n−ペンタノールを含む)、ポリアミン類、必要に応じて有機酸またはフルオロアルコール類を室温で混合、撹拌し、さらに有機溶媒(n−ペンタノールを含む)と必要に応じて水で希釈する。
iv)エポキシ基含有トリアルコキシシラン、水、溶媒としてのアルコール(n−ペンタノールを含む)、ポリアミン類、必要に応じて有機酸またはフルオロアルコール類を室温で混合、撹拌する。
撹拌温度は、特に制限されないが、室温〜用いる溶媒の沸点温度の範囲が好ましく、室温で行うのが、さらに好ましい。この場合、室温とは、撹拌を行っている場所の外気温になるが、15〜35℃の範囲が好ましい。
(Production conditions for the composition)
Although the manufacturing method in particular of the composition for organic silane thin film formation is not restrict | limited, Specifically, the following methods etc. can be illustrated.
i) An epoxy group-containing trialkoxysilane and / or a hydrolysis condensate thereof, a silanol condensation catalyst, water and, if necessary, an organic solvent (including n-pentanol) are mixed and stirred at room temperature, and then polyamines, If necessary, an organic acid or a fluoroalcohol is added and diluted with an organic solvent (including n-pentanol) and water as necessary.
ii) Epoxy group-containing trialkoxysilane and / or hydrolysis condensate thereof, water, organic solvent (including n-pentanol) and polyamines are mixed and stirred at room temperature, and further an organic acid or fluoroalcohol as necessary Are further diluted with an organic solvent (including n-pentanol) and water as necessary.
iii) Mixing epoxy group-containing trialkoxysilane and / or hydrolysis condensate thereof, water, alcohol as a solvent (including n-pentanol), polyamines, organic acid or fluoroalcohol as necessary at room temperature, Stir and further dilute with an organic solvent (including n-pentanol) and water as needed.
iv) An epoxy group-containing trialkoxysilane, water, an alcohol (including n-pentanol) as a solvent, a polyamine, and an organic acid or fluoroalcohol as necessary are mixed and stirred at room temperature.
The stirring temperature is not particularly limited, but is preferably in the range of room temperature to the boiling temperature of the solvent used, and more preferably performed at room temperature. In this case, the room temperature is the outside temperature of the place where stirring is performed, but a range of 15 to 35 ° C. is preferable.

(有機シラン薄膜の形成方法)
有機シラン薄膜形成用の組成物は、対象物である絶縁層または有機半導体層の表面に刷毛、スプレー、ディッピング、スピンコート、バーコート、グラビア印刷等の公知のあらゆる塗装手段により塗膜を形成することができる。乾燥は、室温乾燥及び/又は加熱により行うことができる。具体的には20℃〜250℃、好ましくは20℃〜150℃で、10秒〜24時間、好ましくは30秒〜10時間程度行なう。
得られる薄膜の膜厚は、特に制限されないが、10nmを超え、5μm以下であることが好ましい。
(Formation method of organosilane thin film)
The composition for forming an organic silane thin film forms a coating film on the surface of the target insulating layer or organic semiconductor layer by any known coating means such as brush, spray, dipping, spin coating, bar coating, and gravure printing. be able to. Drying can be performed by room temperature drying and / or heating. Specifically, it is carried out at 20 ° C. to 250 ° C., preferably 20 ° C. to 150 ° C. for 10 seconds to 24 hours, preferably 30 seconds to 10 hours.
The thickness of the thin film to be obtained is not particularly limited, but is preferably more than 10 nm and 5 μm or less.

プライマー層は、上記構成からなる。そのため、有機薄膜トランジスタにおいて、絶縁層と有機半導体層との親和性が向上し、リーク電流の抑制が可能となる。有機薄膜トランジスタは、実用的なキャリア移動度を有する。   The primer layer has the above configuration. Therefore, in the organic thin film transistor, the affinity between the insulating layer and the organic semiconductor layer is improved, and the leakage current can be suppressed. Organic thin film transistors have practical carrier mobility.

[有機半導体層]
有機薄膜トランジスタを構成する有機半導体層の材料としては、π共役系材料が用いられ、例えばポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポリピロール類;ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類;ポリ(p−フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニレン)類、ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−置換アニリン)などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類;ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類;ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類;ポリ(p−フェニレン)などのポリ(p−フェニレン)類;ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類;ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類;ポリアセン類の炭素の一部をN、S、Oなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体(トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノンなど);ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマー;特開平11−195790号公報に記載された多環縮合体などを用いることができる。
[Organic semiconductor layer]
As a material of the organic semiconductor layer constituting the organic thin film transistor, a π-conjugated material is used, for example, polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), poly (3,4-disubstituted pyrrole). Polypyrroles such as: polythiophene, poly (3-substituted thiophene), poly (3,4-disubstituted thiophene), polythiophenes such as polybenzothiophene, polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene, polychenylene vinylene Such as polychenylene vinylenes; poly (p-phenylene vinylenes) such as poly (p-phenylene vinylene), polyaniline, poly (N-substituted aniline), poly (3-substituted aniline), poly (2,3- Substituted anilines) and the like, polyacetylenes such as polyacetylene; Polydiacetylenes such as lenene, polyazulenes such as polyazulene, polypyrenes such as polypyrene, polycarbazoles such as polycarbazole and poly (N-substituted carbazole), polyselenophenes such as polyselenophene; polyfuran, polybenzofuran, etc. Poly (p-phenylene) s such as poly (p-phenylene); polyindoles such as polyindole; polypyridazines such as polypyridazine; naphthacene, pentacene, hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene , Pyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene, ovarene, quaterylene, circaanthracene and other polyacenes; a part of carbon of polyacenes such as N, S and O atoms, carbonyl group Derivatives substituted with functional groups such as triphenodioxazine, triphenodithiazine, hexacene-6,15-quinone, etc .; polymers such as polyvinylcarbazole, polyphenylene sulfide, polyvinylene sulfide; JP-A-11-195790 The polycyclic condensates described in 1) can be used.

また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることができる。   Further, for example, α-sexual thiophene α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (α, which is a thiophene hexamer having the same repeating unit as those polymers. Oligomers such as 3-butoxypropyl) -α-sexithiophene and styrylbenzene derivatives can also be preferably used.

さらに銅フタロシアニンや特開平11−251601号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類;ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N’−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類;SWNTなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられる。   Furthermore, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A-11-251601; naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethyl) Benzyl) naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N′-bis (1H, 1H-perfluorobutyl) and N, N '-Dioctylnaphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivative, naphthalene 2,3,6,7 tetracarboxylic acid diimide and other naphthalene tetracarboxylic acid diimides, and anthracene 2,3,6,7-tetra Condensed ring tet such as anthracene tetracarboxylic acid diimides such as carboxylic acid diimide Carboxylic acid diimides; C60, C70, C76, C78, C84 etc. fullerenes; carbon nanotubes such as SWNT, merocyanine dyes, etc. dyes such hemicyanine dyes and the like.

これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、p−フェニレン、これらの置換体またはこれらの2種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数nが4〜10であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数nが20以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。   Among these π-conjugated materials, thiophene, vinylene, chelenylene vinylene, phenylene vinylene, p-phenylene, a substituent thereof, or two or more of these are used as a repeating unit, and the number n of the repeating units is 4 to 4 At least 1 selected from the group consisting of an oligomer of 10 or a polymer in which the number n of repeating units is 20 or more, a condensed polycyclic aromatic compound such as pentacene, fullerenes, condensed ring tetracarboxylic diimides, and metal phthalocyanine Species are preferred.

また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開2000−260999号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。   Other organic semiconductor materials include tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex. Organic molecular complexes such as can also be used. Furthermore, (sigma) conjugated polymers, such as polysilane and polygermane, and organic-inorganic hybrid material as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-260999 can also be used.

有機半導体層の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、又はLB法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液を用いて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、又はキャスト法等が好ましい。さらに、有機半導体層を構成する分子化合物の配向性を制御する上で、特殊なキャスト法であるギャップキャスト法、又はエッジキャスト法が好ましい。   The organic semiconductor layer can be produced by vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, CVD method, sputtering method, plasma polymerization method, electrolytic polymerization method, chemical polymerization method, etc. Examples of the method include a combination method, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, and an LB method. However, among these, in terms of productivity, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, or a method capable of easily and precisely forming a thin film using an organic semiconductor solution, or A casting method or the like is preferable. Furthermore, a gap casting method or an edge casting method, which is a special casting method, is preferable for controlling the orientation of the molecular compound constituting the organic semiconductor layer.

なおAdvanced Material誌 1999年 第6号、p480〜483に記載の様に、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは、塗布により形成した前駆体の膜を熱処理して目的とする有機材料の薄膜を形成しても良い。   In addition, as described in Advanced Material 1999 No. 6, p. 480 to 483, a precursor such as pentacene is soluble in a solvent, a target organic material formed by heat treatment of a precursor film formed by coating A thin film may be formed.

有機半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られた素子の特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、1μm以下が好ましく、10〜300nmが特に好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular as a film thickness of an organic-semiconductor layer, The characteristic of the obtained element is largely influenced by the film thickness of the active layer which consists of organic semiconductors, and the film thickness changes with organic semiconductors. Is preferably 1 μm or less, particularly preferably 10 to 300 nm.

[ドーパント層]
本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、有機半導体層との間にドーパント層を備えている。ドーパント層としては、たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。
[Dopant layer]
The organic thin film transistor of the present invention includes a dopant layer between the source and drain electrodes and the organic semiconductor layer. Examples of the dopant layer include materials having functional groups such as acrylic acid, acetamide, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, and nitro group, benzoquinone derivatives, tetracyanoethylene and tetracyanoquinodimethane, and derivatives thereof. Materials that accept electrons, such as materials having functional groups such as amino, triphenyl, alkyl, hydroxyl, alkoxy, and phenyl groups, substituted amines such as phenylenediamine, anthracene, benzo Even if it contains a material that becomes a donor as an electron donor, such as anthracene, substituted benzoanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and its derivative, tetrathiafulvalene and its derivative, etc. Good.

前記ドーピングとは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って,ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしては公知のものを採用することができる。
ドーパント層に用いられる材料としては、更に、塩化第二鉄、TCNQ、F4TCNQ、フラーレンとその誘導体等が挙げられ、F4TCNQが好ましい。
The doping means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Accordingly, the doped thin film is a thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound and the dopant. A well-known thing can be employ | adopted as a dopant used for this invention.
Examples of the material used for the dopant layer further include ferric chloride, TCNQ, F4TCNQ, fullerene and derivatives thereof, and F4TCNQ is preferable.

[自己組織化単分子膜]
また、プライマー層と有機半導体層の間に、有機半導体層の電荷移動度を高めるために、自己組織化単分子膜(SAM)を備えている。SAMを形成させるための成分として、具体的には、オクタデシルトリクロロシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、デシルトリクロロシラン、デシルトリメトキシシラン、β−フェネチルトリクロロシラン、β−フェネチルトリメトキシシラン(β−PTS)、トリクロロメチルシラザンや、アルカン燐酸、アルカンホスホン酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸等を例示することができる。
[Self-assembled monolayer]
In addition, a self-assembled monolayer (SAM) is provided between the primer layer and the organic semiconductor layer in order to increase the charge mobility of the organic semiconductor layer. Specifically, as the component for forming SAM, octadecyltrichlorosilane, octadecyltrimethoxysilane, decyltrichlorosilane, decyltrimethoxysilane, β-phenethyltrichlorosilane, β-phenethyltrimethoxysilane (β-PTS), Examples include trichloromethylsilazane, alkane phosphoric acid, alkane phosphonic acid, alkane sulfonic acid, alkane carboxylic acid and the like.

本発明の有機薄膜トランジスタは、様々な電子装置に組み込んで用いることができる。例えば、液晶表示装置、有機EL表示装置、電子ペーパー等の各種表示装置においてアクティブ駆動させる駆動素子として、各種センサにおいて用いられるトランジスタ素子として、また、電子タグ(ICタグ)においてキャパシタと共にメモリを構成するとして素子として用いることができる。   The organic thin film transistor of the present invention can be used by being incorporated into various electronic devices. For example, as a drive element that is actively driven in various display devices such as a liquid crystal display device, an organic EL display device, and electronic paper, a transistor element used in various sensors, and a memory together with a capacitor in an electronic tag (IC tag) Can be used as an element.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
[製造例1]
2.0gの3−グリシドキシ−n−プロピルトリメトキシシラン、0.5gのジエチレントリアミン、0.5gの安息香酸、70.0gの水および28.0gのイソプロピルアルコールを混合した後、室温で2時間撹拌し、固形分の質量濃度換算で3%のコーティング組成物[E−2]を調製した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples at all.
[Production Example 1]
After mixing 2.0 g of 3-glycidoxy-n-propyltrimethoxysilane, 0.5 g of diethylenetriamine, 0.5 g of benzoic acid, 70.0 g of water and 28.0 g of isopropyl alcohol, the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. And 3% of coating composition [E-2] was prepared in conversion of the mass concentration of solid content.

[実施例1]
ガラス基板上に、アルバック社製真空蒸着機「EX−400」(真空度:1.3×10−4Pa)を用いて、厚さ3nmのクロム(Cr)層、厚さ20nmの金(Au)層、及び厚さ5nmのクロム(Cr)層をこの順で積層して、ゲート電極を形成した。
次いで、ゲート電極上に、スピンコート法により、厚さ455nmのポリイミドからなる絶縁層を形成した。
次いで、絶縁層上に、スピンコーター(2000rpm)を用いて、製造例1で調整した塗膜形成溶液[E−2]を希釈液で2倍に希釈して20秒間で塗工、乾燥(温風乾燥、100℃、約10分間)、紫外線照射(集光型高圧水銀灯、160W/cm、ランプ高9.8cm、積算照射量約500mJ/cm2)して膜厚150nmのプライマー層を得た。次に、本発明者らが開発した塗布法(エッジキャスト:Appl. Phys. Exp. 2, 111501 (2009))に準拠し、有機半導体層を形成した。すなわち、前記プライマー層形成済みのガラス基板を2.5×2.5cmに切り出し基板上に、溶液保持用のシリコン基板の欠片(以下「溶液保持構造」ともいう。)を置いた。基板を傾けながら、有機半導体溶液(パイクリスタル社製、C10−DNBDT)を、120℃で溶液保持構造のエッジに垂らした。溶媒の蒸発とともに結晶が成長しながら基板に貼り付き、数分で結晶成長が完了した。この状態で減圧下、60℃で8時間放置し、結晶膜を完全に乾燥した(膜厚:10〜100nm)。
この有機半導体層上にソース・ドレイン電極を作製するため、チャネル(L:100μm,W:2000μm)のシャドーマスクを用いて、F4TCNQからなる厚さ1nmのドーパント層を形成した後、金を40nmの厚さで蒸着し、ボトムゲート・トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタについて、半導体パラメータアナライザー(型番「keithley 4200」、ケースレーインスツルメンツ株式会社製)を用いて、輸送特性を測定した。
図1(a)は、飽和領域の結果を示すものであり、図1(b)は、線形領域の結果を示すものである。
図1(a)の結果から、下記式(1)を用いて、飽和領域におけるキャリア移動度及び閾値電圧を算出した。
[Example 1]
On a glass substrate, using a vacuum vapor deposition machine “EX-400” (vacuum degree: 1.3 × 10 −4 Pa) manufactured by ULVAC, a chromium (Cr) layer having a thickness of 3 nm and a gold (Au) having a thickness of 20 nm. A layer and a chromium (Cr) layer having a thickness of 5 nm were stacked in this order to form a gate electrode.
Next, an insulating layer made of polyimide having a thickness of 455 nm was formed on the gate electrode by spin coating.
Next, on the insulating layer, using a spin coater (2000 rpm), the coating film forming solution [E-2] prepared in Production Example 1 was diluted 2 times with a diluent, applied and dried (warm) for 20 seconds. Air drying, 100 ° C., about 10 minutes) and ultraviolet irradiation (condensing high-pressure mercury lamp, 160 W / cm, lamp height of 9.8 cm, integrated irradiation amount of about 500 mJ / cm 2) gave a primer layer having a thickness of 150 nm. Next, an organic semiconductor layer was formed in accordance with a coating method developed by the present inventors (edge casting: Appl. Phys. Exp. 2, 111501 (2009)). That is, the glass substrate on which the primer layer had been formed was cut into 2.5 × 2.5 cm 2 and a piece of silicon substrate for holding a solution (hereinafter also referred to as “solution holding structure”) was placed on the substrate. While tilting the substrate, an organic semiconductor solution (C10-DNBDT, manufactured by Pie Crystal Co., Ltd.) was hung on the edge of the solution holding structure at 120 ° C. The crystal was attached to the substrate while the crystal was growing as the solvent evaporated, and the crystal growth was completed in a few minutes. In this state, the crystal film was completely dried under reduced pressure at 60 ° C. for 8 hours (film thickness: 10 to 100 nm).
In order to produce a source / drain electrode on this organic semiconductor layer, a 1 nm thick dopant layer made of F4TCNQ was formed using a shadow mask of a channel (L: 100 μm, W: 2000 μm), and then gold was deposited to 40 nm. The bottom gate / top contact type organic thin film transistor was fabricated by vapor deposition with a thickness.
About the produced organic thin-film transistor, the transport characteristic was measured using the semiconductor parameter analyzer (model number "keithley 4200", the Keithley Instruments company make).
FIG. 1 (a) shows the result in the saturation region, and FIG. 1 (b) shows the result in the linear region.
From the result of FIG. 1A, the carrier mobility and the threshold voltage in the saturation region were calculated using the following formula (1).

Figure 2016131215
ここで、Iはドレイン電流、Wはチャネルの幅、Lはチャネルの長さ、μはキャリア移動度、COXはゲート絶縁膜の単位面積当たりのキャパシタンス、Vはゲート電圧、Vは閾値電圧である。
ドレイン電圧(VD)は−50Vとし、ゲート電圧(VG)を30V〜−50Vに変化させて移動度を測定した。飽和領域において1.9cm/Vsのキャリア移動度を得ることができた。閾値電圧は、2.5×10−1Vであった。
図1(b)の結果から、下記式(2)を用いて、線形領域におけるキャリア移動度及び閾値電圧を算出した。
Figure 2016131215
Here, I d is the drain current, W is the channel width, L is the channel length, μ is the carrier mobility, C OX is the capacitance per unit area of the gate insulating film, V G is the gate voltage, and V T is It is a threshold voltage.
The drain voltage (VD) was −50 V and the gate voltage (VG) was changed from 30 V to −50 V to measure mobility. A carrier mobility of 1.9 cm 2 / Vs could be obtained in the saturation region. The threshold voltage was 2.5 × 10 −1 V.
From the result of FIG. 1B, the carrier mobility and the threshold voltage in the linear region were calculated using the following formula (2).

Figure 2016131215
ドレイン電圧(VD)は−1Vとし、ゲート電圧(VG)を30V〜−50Vに変化させて移動度を測定した。線形領域では2cm/Vsのキャリア移動度を得ることができた。閾値電圧は、−23Vであった。
図1(c)に有機薄膜トランジスタの出力特性を示す。ドレイン電流(ID)とゲート電圧(VG)、ドレイン電流(ID)とドレイン電圧(VD)は、いずれも明瞭な相関関係を示し、実施例の有機薄膜トランジスタは、優れた特性を示すことが確認された。
Figure 2016131215
The drain voltage (VD) was set to -1 V, and the mobility was measured by changing the gate voltage (VG) from 30 V to -50 V. A carrier mobility of 2 cm 2 / Vs could be obtained in the linear region. The threshold voltage was −23V.
FIG. 1C shows the output characteristics of the organic thin film transistor. The drain current (ID) and the gate voltage (VG), and the drain current (ID) and the drain voltage (VD) all show a clear correlation, and it was confirmed that the organic thin film transistor of the example showed excellent characteristics. It was.

Claims (4)

ゲート絶縁層と有機半導体層の中間にプライマー層を備えた有機薄膜トランジスタであって、前記プライマー層が、下記(A)からなる有機薄膜トランジスタ。
(A)以下のa)、b)及びc)を含有する組成物を塗布して得られる有機シラン薄膜
a)エポキシ基含有トリアルコキシシランの加水分解縮合物、
b)ポリアミン類、及び
c)c−1)n−ペンタノール、又は
c−2)25℃におけるpKaが2.0〜6.0の範囲の有機酸或いはパーフルオロアルキル基及び/又はパーフルオロアルキレン基を有する炭素数2〜5のアルコール類
An organic thin film transistor comprising a primer layer between a gate insulating layer and an organic semiconductor layer, wherein the primer layer comprises the following (A).
(A) Organic silane thin film obtained by applying a composition containing the following a), b) and c) a) Hydrolysis condensate of epoxy group-containing trialkoxysilane,
b) polyamines, and c) c-1) n-pentanol, or c-2) an organic acid or perfluoroalkyl group and / or perfluoroalkylene having a pKa in the range of 2.0 to 6.0 at 25 ° C. C2-C5 alcohols having a group
請求項1に記載の有機薄膜トランジスタを備えた表示装置。   A display device comprising the organic thin film transistor according to claim 1. 請求項1に記載の有機薄膜トランジスタを備えたセンサ。   A sensor comprising the organic thin film transistor according to claim 1. 請求項1に記載の有機薄膜トランジスタを有する電子タグ。   An electronic tag comprising the organic thin film transistor according to claim 1.
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