JP2018159091A - 低アミン価の湿潤及び/又は分散剤を含有する着色剤組成物 - Google Patents

低アミン価の湿潤及び/又は分散剤を含有する着色剤組成物 Download PDF

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Abstract

【課題】有利にはクロリドを非常に低い含有量でしか含有しないか全く含有しない湿潤剤及び分散添加剤を含有し、配合物の極めて低く安定した粘度をもたらし、且つカラーフィルタ製造時の現像工程の速さが改善される、組成物の提供。
【解決手段】少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)と、少なくとも1種の青色着色剤及び紫色着色剤を除く着色剤(B)と、少なくとも1種の溶媒(C)とを含む組成物であって、湿潤剤及び/又は分散剤(A)はジブロック共重合体であり、前記ジブロック共重合体は、第1ブロックと第2ブロックとのみから成り、第1ブロックは1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位1から成り、前記ジブロック共重合体の第2ブロックは1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位2及び1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位3を含み、ジブロック共重合体のアミン価は0.1〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲であり、第1ブロックの第2ブロックに対する相対的重量比は90:10〜50:50の範囲であり、且つジブロック共重合体は6,000〜15,000の範囲の重量平均分子量Mを有する、組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)と、少なくとも1種の着色剤(B)と、少なくとも1種の溶媒(C)とを含む組成物であって、湿潤剤及び/又は分散剤(A)はジブロック共重合体であり、前記ジブロック共重合体の第1ブロックは1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位1からなり、前記ジブロック共重合体の第2ブロックは1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位2及び1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位3を含み、ジブロック共重合体のアミン価は0.1〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲であり、第1ブロックの第2ブロックに対する相対的重量比は90:10〜50:50の範囲であり、ジブロック共重合体は6,000〜15,000の範囲の重量平均分子量Mを有する、組成物に関する。
紫外線硬化性コーティング材料は、例えば、液晶スクリーン及び液晶ディスプレイ(LCD)におけるカラーフィルタとして使用されている。特にこうした応用分野では、コーティング材料の色の性質及びその加工性に厳しい要件が課される。これらの厳しい要件を達成するために、ニュートン流体挙動及び中程度の粘度を示す貯蔵安定性を有する顔料分散液を生ずる湿潤剤及び分散剤が使用されている。さらに、フォトリソグラフィの手順によりカラーフィルタパターンが生成される。この工程では、スピンコーティング又はスリッドコーティングによりガラスパネルの全体を液体カラーレジストで被覆する。コーティングを乾燥した後、フォトマスクを使用してパネルの特定部分を紫外線硬化し、現像剤(界面活性物質をも含有する塩基性水溶液)を用いて未硬化のコーティングを除去することによって色の画素パターンを作成する。この工程では、カラーレジストは水溶性となっている。例えば工程時間を長くしたりコーティング粒子をパネル上に残存させたりすることによって、湿潤及び分散剤がこの現像工程に悪影響を及ぼさないようにし得る。
カラーレジストは、例えばスマートフォン、タブレットパソコン、LCDテレビ、パソコンモニター、ノートパソコン等の様々な種類の装置のための量子ドット技術と組み合わせて、液晶スクリーン及び液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造に使用できる。ここ数年は、LCDディスプレイ用のバックライトとしてLEDを使用することが最新の技術であった。量子ドットLEDは、LEDから白色光を作り出すのに現在使用されているリンに基づく技術を凌ぐ、優れた色性能を含む重要な利点を提供する。
普及しているバックライト付きLCDタブレットのディスプレイは、人間の目で見ることのできる色の約20%を表現できるに過ぎず、またLCD高精細度テレビが表現できるのは約35%だけである。量子ドットによるそれらのバックライト付きユニット(BLU)を増やすことによって、LCDメーカーは人間の目が検出できるスペクトルの55%を超え得る鮮やかなディスプレイを作り出すことが可能である。
イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)がそうであるように、量子ドットバックライト技術は既存のLCD製造プロセスとの統合が容易である。量子ドットのアップグレードはラインの入れ替えや工程変更を必要としない。したがってLCDプラント及び設備に莫大な投資をしてきたメーカーは、最高の有機発光ダイオード(OLED)の色及び効率を何分の一かの費用で提供する量子ドット増強LCDパネルを素早く展開することができる。
特許文献1は、一方のブロック中の(メタ)アクリル酸エステル及び他方のブロック中の少なくとも1つのアミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステルから成るモノマーから形成されるABジブロック共重合体を基転移重合(GTP)によって調製するプロセスを開示している。アミノ基は四級化されていない。これらのABジブロック共重合体は湿潤剤体及び分散剤として使用可能であるが、フォトレジストの製造の現像工程において使用する場合、これらの共重合体は未硬化コーティングの除去を促進しない。
特許文献2には、一方のブロック中に三級アミン基を有する繰り返し単位を、他方のブロック中に1〜6個の炭素原子から成るアルキル基を有しポリエーテルの長さが1〜150モノマーの範囲であるポリエーテル(メタ)アクリレートによって表される繰り返し単位を有するブロック共重合体を含む着色剤組成物が記載されている。アミノ基は四級化されていない。開示されているブロック共重合体分散剤は50〜80mgKOH/gのアミン価を有する。
特許文献3は、三級アミノ基を有する繰り返し単位と、四級アンモニウム塩基を有する繰り返し単位と、1〜5の炭素原子から成るアルキル基を有しポリエーテルの長さが1〜20モノマーの範囲であるポリエーテル(メタ)アクリレートによって表される繰り返し単位とを含有する共重合体を含む感放射線性組成物を開示している。
特許文献4は、80mgKOH/g〜150mgKOH/gの範囲のアミン価を有するブロック共重合体の、カラーレジストの調製のための使用に関する。これらのブロック共重合体は、非四級化アミノ基を有する繰り返し単位を含有する一方のブロックと、アミノ基含有の繰り返し単位を有さず、代わりにエチレングリコールの繰り返し単位1〜5個を有するポリ(エチレングリコール)エチルエーテル(メタ)アクリレートによって表される繰り返し単位を有する他方のブロックとを有する、(メタ)アクリル酸エステル類から成る。
特許文献5は、分散剤を含有する顔料分散液に関し、この分散剤の場合は、一方のブロック中にエチレングリコールの繰り返し単位1〜5個を有するポリ(エチレングリコール)エチルエーテル(メタ)アクリレートによって表される5〜40mol%の繰り返し単位を有し、他方のブロックは三級アミノ基を有する(メタ)アクリレートにより表される繰り返し単位から成る、(メタ)アクリル系ブロック共重合体を含有する。アミノ基は四級化されていない。これらの組成物の調製に使用されるブロック共重合体分散剤は、80〜150mgKOH/gのアミン価を有する。
しかし先行技術に開示されているような、湿潤剤及び/又は分散剤としてのかかる共重合体の使用には、顔料組成物等の組成物に配合する際に、例えば、望ましくない(すなわち高すぎる)粘度及びそれに伴う不安定性に関するデメリット、またさらには現像工程における非硬化コーティングの除去がゆっくりにしか行えないといったデメリットがある。
特開2013−053231号公報 特開2011−232735号公報 特開2010−134419号公報 特開2009−25813号公報 特開2009−52010号公報
特に粘度が非常に低く貯蔵安定性を有する顔料濃縮物を製造できる、改善された湿潤剤及び分散剤が依然として必要とされている。顔料濃縮物及びカラーレジストの非常に低い粘度は、基剤へのコーティング材料の塗布のために必要である。顔料分散液が貯蔵安定性を有さず凝集してしまう場合、コントラストが損なわれる。特に、固有色の低い成分が必要とされ、湿潤剤又は分散剤として使用される場合には特にそうである。さらに、最新のカラーフィルタに関しては顔料負荷が増大され、それに伴いそれらの配合に使用される湿潤剤及び分散剤の必要量も増大しているので、湿潤剤及び分散剤は現像工程に悪影響を与えないものでなくてはならない。さらに、このような改良された湿潤剤及び分散剤であって、クロリドアニオン又はASTM D1726−11によって測定される加水分解性クロリドを非常に低い量でしか含有しないか又はクロリドが全く含まれていないものが必要とされている。なお、クロリドは、電子装置の構築及び技術的性能において、また金属表面と接触する液体中において、還元/酸化反応を生じて電流通過材料又は層の腐食を引き起こすか又は電気化学ポテンシャルを変化させることによって、幾つかの問題を引き起こすことが疑われている。
したがって、本発明の目的は、有利にはクロリドを非常に低い含有量でしか含有しないか全く含有しない湿潤剤及び分散添加剤を含有し、配合物の極めて低く安定した粘度をもたらし、且つカラーフィルタ製造時の現像工程の速さが改善される、組成物を提供することである。また、上記の湿潤剤及び分散剤は、とりわけ青色及び緑色のグラインド及び同時グラインド、特にフタロシアニン顔料等の青色及び緑色の顔料の単独グラインド及び同時グラインドについて、極めて良好な安定性及び非常に低いグラインド粘度を可能にしなければならない。
溶液
この目的は、本出願の請求項の主題、並びに本明細書に開示されるその好ましい実施形態によって、すなわち本明細書に記載された主題によって解決された。
したがって本発明の第1の態様は、
少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)と、
少なくとも1種の着色剤(B)と、
少なくとも1種の有機溶媒(C)と、
を含み、
前記少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)はジブロック共重合体である、組成物であって、
ジブロック共重合体の第1ブロックは1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位1からなり、


第2ブロックは、
i)1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位2及び、
ii)1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位3と、

iii)任意で、第2ブロックにおける繰り返し単位の総重量基準で最大40重量%の繰り返し単位1と、
を含み、
式中、
ZはO又はNHであり、
はH又はCHであり、
はモノエーテル若しくはポリエーテル基、直鎖状若しくは分枝状アルキル、シクロアルキル、アリール、又はアラルキルであり、
は炭素数2〜4の直鎖状炭化水素鎖であり、この直鎖状炭化水素鎖は1つ以上の酸素原子で中断され及び/又はこの炭化水素鎖に結合されたヒドロキシル基を有していてもよく、
及びRは互いに独立して、三級アミノ基及び/又はヒドロキシル基を含有していてもよい、直鎖状、分枝状、若しくは環状の飽和若しくは不飽和脂肪族基、芳香族基、又は芳香脂肪族基を表すか、或いは
、R及びそれら両基が結合する窒素原子が、環原子として酸素及び窒素から選択される1つ以上のヘテロ原子をさらに含有していてもよい飽和又は不飽和複素環を形成し、
は直鎖状、分枝状、若しくは環状の飽和若しくは不飽和の脂肪族基又は芳香脂肪族基であり、これらの前述の基は1つ以上のヒドロキシル基、1つ以上のエーテル酸素、及び/又は1つ以上のエステル基を含有していてもよく、
は酸アニオンであり、
及び、残基R、R、R、R、R、R、Z及びXは繰り返し単位1、2、及び3についてそれぞれ互いに独立して同一又は異なっており、
ジブロック共重合体のアミン価が0.1〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲であることと、繰り返し単位1から成る第1ブロックの、少なくとも繰り返し単位2及び繰り返し単位3と存在する場合には繰り返し単位1とを含む第2ブロックに対する相対的重量比が90:10〜50:50の範囲であることと、ジブロック共重合体が6,000〜15,000g/molの範囲の重量平均分子量Mを有することと、を特徴とする組成物である。
本発明の第2の態様は、本発明の第1の態様に関連して上述したような、湿潤剤及び/又は分散剤(A)、すなわちジブロック共重合体である。
意外なことに、ジブロック共重合体(A)の顔料濃縮物等の組成物における湿潤剤及び/又は分散剤成分としての使用は、形成される顔料濃縮物の非常に低く安定した粘度とフォトレジストの構築のためのより速い現像速度につながることが分かった。
さらにまた、ジブロック共重合体(A)は現像工程に悪影響を与えず、フォトレジスト又はカラーレジストの構築のためのより速い現像速度をもたらしさえするということが意外にも判明した。
特に意外なことには、48.0mgKOH/g共重合体以下のアミン価を有するジブロック共重合体分散剤の組み込みが、顔料分散液を製造する際、グラインド工程における粘度に非常に良い影響を与え、48.0mgKOH/g共重合体以下のアミン価を有する共重合体の使用が、特定の保存時間にわたる顔料分散液の大幅に低くより安定な粘度につながることが分かった。
さらに意外なことに、ジブロック共重合体中の少なくとも1つの「繰り返し単位3」の存在に起因する、ブロック共重合体分散剤の顔料適合性ブロック中への四級アンモニウム基(「クワット」)の組み込みが、顔料分散液を製造する際、グラインド工程における粘度に非常に良い影響を与え、共重合体中に存在している多量のアミノ基の四級化は、特定の保存時間にわたる顔料分散液の大幅に低くより安定した粘度につながるものであることが分かった。また、特にブロック共重合体のアミノ基の前記四級化のためにグリシジル化合物(例えばグリシジルエーテル類若しくはグリシジルエステル類)又はエポキシ化α−オレフィン類が使用される場合には、分散剤の樹脂又はインク中における適合性及びその水溶性が非常に良い影響を受けることが意外にも判明した。
さらに、発明的に使用されるジブロック共重合体(A)は非常に低い含有量のクロリドアニオン若しくは加水分解性クロリドしか示さないかクロリドを全く含まないことが意外にも判明した。このことは特に、非常に低い含有量のクロリドアニオン又はASTM D1726−11により測定される加水分解性クロリドを示す末端エポキシド基を有するグリシジルエーテル又はクロリドフリーのエポキシド化合物が使用される場合に達成され得る。かかる低クロリド含量のグリシジル化合物又はクロリドフリーのエポキシド化合物を使用することで、意外にも、電子部品用コーティング又は印刷インクにおいてより広く適用可能である分散剤がもたらされる。このような用途においては、特に0ppmの加水分解性クロリドが所望され、最大100ppmの加水分解性クロリドが許容され得る。
発明組成物は、好ましくは着色層形成用並びに/又はカラーフィルタ及び/若しくはカラーレジストの調製用の組成物であり、インクジェットインクの調製のために使用されてもよく、少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)と、少なくとも1種の着色剤(B)と、少なくとも1種の有機溶媒(C)とを含む。該組成物は少なくとも1種の樹脂(D)、好ましくは少なくとも1種のアルカリ可溶性樹脂(D)、及び/又は少なくとも1種の多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)、及び/又は少なくとも1種の更なる成分(F)等の更なる成分を含有しても良い。
本発明の組成物の構成成分として本明細書の前記又は後記で開示される湿潤剤及び/又は分散剤(A)の全ての好ましい実施形態はまた、発明の湿潤剤及び/又は分散剤(A)それ自体の好ましい実施形態でもある。
本発明の意味における、特に本発明による組成物と関連した用語「含む」は、好ましい実施形態においては「から成る」の意味を有する。この好ましい実施形態では、成分(A)、(B)、及び(C)に加えて、発明組成物中に、1種以上の成分(D)及び/又は(E)及び/又は(F)等の、1種以上の更なる成分が存在してもよい。本明細書において後述する好ましい実施形態の1つでは全ての成分が発明組成物中に含有され得る。
用語「ポリ」は本明細書で使用されるとき、「オリゴ」を包含し、例えば、ポリエーテルはまたオリゴエーテルをも包含する。
発明組成物は好ましくは、化学線で硬化可能なコーティング材料、より特には紫外線硬化性のコーティング材料に使用される。好ましくは発明組成物はこのように感放射線性組成物であり、より好ましくは化学線硬化性の、より特には紫外線硬化性の組成物である。発明組成物は好ましくは、この理由によって少なくとも1種の成分(E)を含有する。発明組成物は、特に液晶ディスプレイ及び液晶スクリーン用の、カラーフィルタ及びカラーレジストの製造に好適である。
発明組成物中に存在している全ての成分の量は加算すると100重量%となる。これは成分(A)、(B)、及び(C)のみを含有する組成物を包含し、また成分(A)、(B)、及び(C)、並びに少なくとも1種の成分(D)、(E)、及び(F)を含有する組成物も包含する。
(A)、(B)、及び(C)を含み、より好ましくは(D)及び(E)をさらに含み、最も好ましくは(F)をさらに含む本発明による組成物は、好ましくは非水性である。用語「非水性」は好ましくは、本発明による組成物が最も好ましくは実質的に水を含まない組成物であることを意味している。本発明の意味におけるこの点においての用語「実質的に」は好ましくは、発明組成物がそれぞれ組成物の総重量を基準として、5重量%を超える、より好ましくは2.5重量%を超える、さらにより好ましくは1.5重量%を超える、なお好ましくは1.0重量%を超える、なおさらにより好ましくは0.5重量%を超える水を含有しないことを意味する。特には、発明組成物は水を全く含まない。
湿潤剤及び/又は分散剤(A)
湿潤剤及び/又は分散剤(A)はジブロック共重合体、好ましくは(メタ)アクリル系ジブロック共重合体である。本明細書では、本発明によるジブロック共重合体はまた「本発明による共重合体」又は「発明共重合体」とも呼ばれる。
用語「(メタ)アクリル系」とは「アクリル系」及び/又は「メタクリル系」を意味する。同様に「(メタ)アクリレート」はアクリレート類及び/又はメタクリレート類を意味する。したがって、「(メタ)アクリル系ポリマー」は一般に、「アクリル系モノマー」のみ、「メタクリル系モノマー」のみ、又は「アクリル系及びメタクリル系モノマー」から形成されてよい。しかし、例えばスチレン等のような、アクリル系及び/又はメタクリル系モノマー以外の重合性モノマーもまた、「(メタ)アクリル系共重合体」に含有されてもよい。言い換えれば、(メタ)アクリル系ポリマーはアクリル系及び/又はメタクリル系モノマー単位のみからなってもよいが、必ずしもそうである必要はない。「(メタ)アクリレートポリマー若しくは共重合体」又は「(メタ)アクリル系ポリマー若しくは共重合体」との表記は、ポリマー/共重合体(ポリマー骨格/主鎖)が主として、すなわち使用されるモノマー単位の好ましくは50%超又は75%超が、(メタ)アクリレート基を有するモノマーから形成されることを意味するものとする。したがって、(メタ)アクリル系共重合体の調製において、モノマーの好ましくは50%超又は75%超が(メタ)アクリレート基を有する。しかし、その調製のためのコモノマーとしての更なるモノマーの使用は除外されない。
ジブロック共重合体(A)は0.1〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲のアミン価を有する。アミン価はDIN16945:1989−03に従う滴定法によって決定することができる。好ましくは、アミン価は0.9〜48.0mgKOH/g共重合体又は1.5〜48.0mgKOH/g共重合体、より好ましくは2.5〜48.0mgKOH/g共重合体、なおより好ましくは3.5〜48.0mgKOH/g共重合体、さらにより好ましくは5.0〜48.0mgKOH/g共重合体、及び特には7.0〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲である。0.1mgKOH/g共重合体以上48.0mgKOH/g共重合体未満、又は0.9mgKOH/g共重合体以上48.0mgKOH/g共重合体未満、又は1.5mgKOH/g共重合体以上48.0mgKOH/g共重合体未満、又は2.5mgKOH/g共重合体以上48.0mgKOH/g共重合体未満、又は3.5mgKOH/g共重合体以上48.0mgKOH/g共重合体未満、又は5.0mgKOH/g共重合体以上48.0mgKOH/g共重合体未満の範囲、より好ましくは0.1〜47.5mgKOH/g共重合体、又は0.9〜47.5mgKOH/g共重合体、又は3.5〜47.5mgKOH/g共重合体、又は5.0〜47.5mgKOH/g共重合体の範囲のアミン価もまた好ましい。
ジブロック共重合体(A)の、繰り返し単位1から成る第1ブロックの、少なくとも繰り返し単位2及び繰り返し単位3と存在する場合には繰り返し単位1とを含む第2ブロックに対する相対的重量比は、90:10〜50:50の範囲、好ましくは90:10〜60:40又は85:15〜60:40の範囲、より好ましくは85:15〜65:35又は81:19〜65:35の範囲である。
用語「第1ブロック」及び「第2ブロック」は本明細書中及び以下で使用するとき、ジブロック共重合体が2つのブロックから成ることを意味する。本明細書中「第1ブロック」は常に繰り返し単位1から成るブロックであるが、一方「第2ブロック」は常に繰り返し単位2、繰り返し単位3、及び任意で繰り返し単位1を含有する。2つのブロックが形成される順序は、用語「ブロック」に関連した用語「第1」及び「第2」という用語により決定されない。したがって「第2ブロック」が最初に形成されて、次に「第1ブロック」が形成されてもよく、その逆でもよい。
ジブロック共重合体(A)は6,000〜15,000の範囲の重量平均分子量Mを有する。重量平均分子量Mは本明細書中(「試験方法」)で後述する方法に従い決定され、すなわち、DIN55672パート1に準拠して、ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)により、1体積%のジブチルアミンを含有するテトラヒドロフランを溶出液として用いポリスチレンを標準物質として用いて決定される。好ましくはジブロック共重合体(A)は、6,000〜14,000、なおより好ましくは6,000〜13,500、特に6,000〜13,000、最も好ましくは6,000よりも大きく13,000以下の範囲の重量平均分子量Mを有する。ジブロック共重合体の重量平均分子量Mが6,000未満であると、湿潤剤及び/又は分散剤として少なくとも1種のジブロック共重合体(A)を含有する顔料濃縮物等の発明組成物の安定性は、良好とならない。ジブロック共重合体の重量平均分子量Mが15,000よりも大きいと、湿潤剤及び/又は分散剤として少なくとも1種のジブロック共重合体(A)を含有する顔料濃縮物等の発明組成物の粘度が、フォトレジストの構築及び所定のタイプのインクジェットインクの配合等の多くの用途にとって、高すぎとなるおそれがある。
好ましくは、ジブロック共重合体(A)は、1よりも大きく1.67以下、より好ましくは1.03〜1.67、なおより好ましくは1.05〜1.65、さらにより好ましくは1.07〜1.60、特に1.10〜1.60又は1.10〜1.55、最も好ましくは1.15〜1.55又は1.15〜1.50の範囲の多分散性(すなわちM/Mの比)を有する。
ジブロック共重合体(A)は好ましくは、3,000〜13,000、好ましくは3,500〜12,500、より好ましくは4,000〜12,000、さらにより好ましくは4,000〜11,000、なおより好ましくは4,500〜10,000の範囲の数平均分子量(M)を有する。数平均分子量は、本明細書中(「試験方法」)で後述される方法に従い決定され、すなわちGPCによりポリスチレン標準物質及び溶出液としてTHF(1体積%のジブチルアミンを有する)を用いて決定される。
ジブロック共重合体(A)は好ましくは、当業者に既知の態様でのラジカル共重合、特にフリーラジカル添加重合によって得られる。前記フリーラジカル重合は好ましくは、有機溶媒中又はバルク中でフリーラジカル開始剤としての過酸化物又はアゾ化合物を用いて行われる。好適な溶媒としては、例えば酢酸エチル、酢酸n−ブチル、若しくは酢酸1−メトキシ−2−プロピル等のエステル類、例えばトルエン若しくはキシレン等の芳香族溶媒、又は例えばメチルイソブチルケトン若しくはメチルエチルケトン等のその他のケトン類が挙げられる。共重合体を100%製品として使用すべきである用途の場合、例えば紫外線硬化コーティング組成物においては、溶媒の蒸留による除去を容易にするために、大気圧において低沸点の溶媒を使用することが好ましい。好適な開始剤としては、例えば過安息香酸t−ブチル又は過酸化ジベンゾイル等の過酸化物が挙げられる。しかし例えばアゾイソブチロニトリル(AIBN)等のアゾ化合物を使用することも可能である。過酸化物を使用することが好ましい。ラジカル付加重合は、好ましくは40℃〜180℃、より好ましくは100℃〜150℃、特に好ましくはの110℃〜130℃の温度で行われる。ラジカル重合は、連続又はバッチプロセスとして行うことができる。ラジカル重合は、例えばバルク重合として、溶液重合として、沈殿重合として、乳化重合として、又は懸濁重合として、行うことができる。ラジカル重合は、未制御のフリーラジカル重合として又は制御されたフリーラジカル重合として行うことができる。
ジブロック共重合体(A)は好ましくは、基転移重合(GTP)、又は原子転移ラジカル重合(ATRP)、ニトロキシ媒介重合(NMP)、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)、若しくは有機テルル媒介リビングラジカル重合等の制御されたラジカル重合プロセスにより得ることができる。GTPが特に好ましい。
好ましくはジブロック共重合体(A)は、繰り返し単位1から成る第1ブロックと、繰り返し単位2を含有するかそれから成る第2ブロックとから成るジブロック中間体ポリマーの、好ましくはGTPによる形成と、その後の、好ましくは繰り返し単位2のアミノ基の部分四級化による、ポリマー類似反応による繰り返し単位3の生成によって得ることができる。
繰り返し単位1
湿潤剤及び分散添加剤(A)はジブロック共重合体である。当該ジブロック共重合体の第1ブロックは1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位1から成り、

式中、
ZはO又はNH、好ましくはOであり,
はH又はCH、好ましくはCHであり、
はモノエーテル若しくはポリエーテル基、直鎖状若しくは分枝状アルキル、シクロアルキル、アリール、又はアラルキルである。
ジブロック共重合体の第1ブロックの前記1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位1は、ジブロック共重合体の第2ブロックの前記1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位2及び3とは異なる。
好ましくはRは、炭素数1〜12の非分枝状(すなわち直鎖状)アルキル残基、炭素数3〜12の分枝状アルキル残基、炭素数4〜8のシクロアルキル残基、炭素数7〜12のアラルキル残基等の芳香脂肪族残基、炭素数6〜12のアリール残基を表すか、又は−(RO)を示し、式中Rは炭素数2〜6の直鎖状又は分枝状アルキレン基であり、Rは、好ましくは炭素数7〜12の、アラルキル、好ましくは炭素数6〜12の、アリール、又は、好ましくは炭素数1〜8の、アルキルであり、nは2〜50である。
本発明の意味における芳香脂肪族残基は好ましくは、アリール基とアルキル基等の脂肪族基とを含有する残基である。脂肪族基がアルキル基である場合、残基はアラルキル残基である。芳香脂肪族残基の脂肪族基が各上位概念の構造に結合し、例えばRがベンジルである場合、前記ベンジル基のフェニル基がそのCH基を介して(すなわちその脂肪族基を介して)可変のZに結合される。
好ましくはRは、炭素数1〜12、好ましくは1〜10の非分枝状のアルキ残基、炭素数3〜12、好ましくは1〜10の分枝状アルキル残基、炭素数4〜8、好ましくは6のシクロアルキル残基、又は、ベンジルのような炭素数7〜12の芳香脂肪族残基である。
好ましくはジブロック共重合体の繰り返し単位1は、一級、二級、三級、又は四級化アミノ基を持たない、アクリルエステル、メタクリルエステル、アクリルアミド、及び/又はメタクリルアミドから成る群から選択される、エチレン性不飽和モノマーから形成される。
かかるモノマーの例には以下のものが挙げられ、
(i)炭素数1〜22、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜8、最も好ましくは1〜6の直鎖アルコール、炭素数3〜22、好ましくは3〜12、より好ましくは3〜8、最も好ましくは3〜6の分枝状若しくは環状脂肪族アルコールの(メタ)アクリル酸エステル、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ベヘニル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸2−プロピルヘプチル、(メタ)アクリル酸3,5,5−トリメチル−1−ヘキシル、(メタ)アクリル酸ノナニル、(メタ)アクリル酸2−プロピルヘプチル、(メタ)アクリル酸2−イソプロピル−5−メチル−ヘキシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸ヘンエイコサニル、及び(メタ)アクリル酸イソボルニル、並びに
(ii)そのアリール環が、追加の置換基を有することなく、5〜12、好ましくは6〜10の炭素原子を含有する、アクリル酸フェニル等の(メタ)アクリル酸アリールエステル、及びそのアラルキル基が、アリール基上に追加の置換基を有することなく、6〜12、好ましくは7〜12の炭素原子を含有する、メタクリル酸ベンジル等の(メタ)アクリル酸アラルキルエステルであって、各場合におけるその(メタ)アクリル酸アリールエステル及び(メタ)アクリル酸アラルキルエステルのアリール基は、非置換であるか、又は例えばメタクリル酸4−メチルフェニルのように、4回まで置換されることが可能であるもの、並びに
(iii)エーテル類、ポリエチレングリコール類、ポリプロピレングリコール類、ポリブチレングリコール類、又は4〜80個の炭素原子及びその鎖に沿った異なるモノマーの統計的、ブロック、若しくは勾配分布を有する混合ポリアルキレングリコール類等の、モノエーテルモノアルコール又はポリエーテルモノアルコールの、(メタ)アクリル酸エステル、例えば、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸ジ(エチレングリコール)メチルエーテル、(メタ)アクリル酸フルフリル、(メタ)アクリル酸2−ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−エトキシエチル、(メタ)アクリル酸アリルオキシエチル、(メタ)アクリル酸1−エトキシブチル、エチルトリグリコール(メタ)アクリレート、ブチルジグリコール(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール)メチルエーテル(メタ)アクリラート、及びポリ(エチレングリコール)アルキルエーテル(メタ)アクリラート(ここでアルキルとは、1〜22個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜13個、さらにより好ましくは1〜10個の炭素原子を有し、最も好ましくは1〜7個の炭素原子を有する直鎖状又は分枝状のアルキル残基を表す)、そして
最も好ましいものは、(メタ)アクリル酸メチル及び(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、並びに以下の式(A)のポリアルキレンオキシド(メタ)アクリレートであり、

式中、RはH又はCH、好ましくはCHであり、Rは炭素数2〜6の直鎖状又は分枝状アルキレン基であり、Rはアラルキル、好ましくはベンジル、アリール、好ましくはフェニル、又は炭素数1〜8のアルキル、好ましくはメチル、エチル、プロピル、若しくはブチルであり、nは2〜50であり、n[RO]単位中に少なくとも2つの異なる種類の残基Rが存在する場合、この[RO]鎖は、その鎖に沿ってランダム、ブロック、又は勾配構造を有していてよい。
ジブロック共重合体の第1ブロックの調製のためには、アクリル酸のエステルよりもむしろメタクリル酸のエステルが好ましい。
好ましくは、ジブロック共重合体(A)の第1ブロックはポリ(アルキレングリコール)エーテル(メタ)アクリレートを主体とするいかなる繰り返し単位も含有せず、特にポリ(エチレングリコール)エチルエーテル(メタ)アクリレートを主体とするいかなる繰り返し単位も含有しない。好ましくは、ジブロック共重合体(A)の第1ブロックはポリエーテル(メタ)アクリレートを主体とするいかなる繰り返し単位も含有せず、特に1〜20個のポリエーテル単位−(R’−O)−R”を有するポリエーテル(メタ)アクリレート(式中、R’はエチレン又はプロピレンであり、nは1〜20であり、R”は1〜5個の炭素原子から成るアルキル基である)を主体とするいかなる繰り返し単位も含有しない。
ジブロック共重合体の第2ブロックは、
i)1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位2、及び
ii)1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位3と


iii)任意で、第2ブロック中の繰り返し単位の全重量を基準として最大40重量%の繰り返し単位1(式中、R、Z、R、R、R、R、及びXは上記で定義した意味の1つを有する)と、
を含む。
ジブロック共重合体の第2ブロックは任意で、第2ブロック中の繰り返し単位の全重量を基準として最大40重量%の繰り返し単位1を含有してもよい。繰り返し単位1として、ジブロック共重合体の第1ブロック及び本明細書で前述した全ての好ましい実施形態に関連して記載したものと同じ繰り返し単位1を使用し、第2ブロック中に組み込むことができる。
好ましくは、第2ブロックは繰り返し単位2及び繰り返し単位3からなり、すなわち第2ブロック共重合体内に繰り返し単位1は存在しない。
本明細書の上記で概説したように、ジブロック共重合体(A)の、繰り返し単位1から成る第1ブロックの、少なくとも繰り返し単位2及び繰り返し単位3と存在する場合には繰り返し単位1とを含む第2ブロックに対する相対的重量比は90:10〜50:50の範囲である。つまり、ジブロック共重合体(A)の第1ブロックの量は、ジブロック共重合体(A)の総重量を基準として少なくとも50重量%、及び最大で、ジブロック共重合体(A)の総重量を基準として90重量%である。
好ましくは、ジブロック共重合体(A)内の繰り返し単位2の量は最大で、ジブロック共重合体(A)の総重量を基準として13.45重量%である。好ましくは、ジブロック共重合体(A)内の繰り返し単位2の量は、それぞれジブロック共重合体(A)の総重量を基準として、0.20〜13.45重量%の範囲、特に0.25〜13.45重量%の範囲である。
好ましくは、ジブロック共重合体(A)内の繰り返し単位3の量は、それぞれジブロック共重合体(A)の総重量を基準として0.05〜49.80重量%の範囲、又は0.05〜49.0重量%の範囲、より好ましくは0.1〜48.0重量%の範囲、なおより好ましくは0.2〜45.0重量%の範囲、さらにより好ましくは0.5〜42.5重量%の範囲である。
ジブロック共重合体の第2ブロック内の繰り返し単位2の繰り返し単位3に対する相対的重量比は好ましくは、1:2.2〜1:250の範囲、又は1:2.3〜1:249の範囲である。より好ましくは、ジブロック共重合体の第2ブロック内の繰り返し単位2の繰り返し単位3に対する相対的重量比は、1:2.3〜1:200の範囲、又は1:2.3〜1:150の範囲である。
繰り返し単位2
好ましくは、繰り返し単位2内において、
ZはO又はNH、好ましくはOであり、
はH又はCH、好ましくはCHであり、
は炭素数2〜4の直鎖状炭化水素鎖であり、この直鎖状炭化水素鎖は1つ以上の酸素原子で中断され及び/又はこの炭化水素鎖に結合されたヒドロキシル基を有していてもよく、且つ
及びRは互いに独立して、炭素数1〜12のアルキル若しくはアルケニル基等の非分枝状(すなわち直鎖状)脂肪族基、炭素数3〜12のアルキル基等の分枝状脂肪族基、炭素数4〜8のシクロアルキル基等のシクロ脂肪族基、炭素数7〜12のアラルキル基等の芳香脂肪族基、又は炭素数6〜12のアリール基を表し、ここでこれらの基の各々は置換されていても置換されていなくてもよく、特に三級アミノ基及び/若しくはヒドロキシル基を含有してもよく、或いは
、R及び両基が結合する窒素原子が、3〜16の炭素原子を有し、環原子として酸素及び窒素から選択される1、2、若しくは3個等の1つ以上のヘテロ原子をさらに含有していてもよい飽和又は不飽和複素環を形成する。
ジブロック共重合体の繰り返し単位2はジブロック共重合体の繰り返し単位1及び3のいずれとも異なる。特に、ジブロック共重合体の繰り返し単位2はいずれの四級化アミノ基も含有しない。
好ましくはジブロック共重合体の繰り返し単位2は、少なくとも1つの三級アミノ基を有する、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリルアミド及び/又はメタクリルアミドから成る群から選択されるエチレン性不飽和モノマーから形成される。
より好ましくは、繰り返し単位2の形成に使用されるアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリルアミド及び/又はメタアクリルアミドは、t−アミノアルキル基内に2〜12個、好ましくは2〜8個の炭素原子を有する(メタ)アクリル酸t−アミノアルキルエステルから成る群から選択され、残基R及びR中にさらなる追加のt−アミノ基のような追加の置換基を含んでいてもよい。
繰り返し単位2の形成に使用されるモノマーの例としては、特に(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸N−エチル−N−フェニル−アミノエチル、(メタ)アクリル酸N−メチル−N−フェニル−アミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N−ジブチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸2−[2−ジメチルアミノエチル(メチル)アミノ]エチル、(メタ)アクリル酸2−(2−ジメチルアミノエチルオキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2−モルホリノエチル、(メタ)アクリル酸2−(1−ピペリジル)エチル、(メタ)アクリル酸2−(N−エチルアニリノ)エチル、(メタ)アクリル酸2−イミダゾール−1−イルエチル、及び(メタ)アクリル酸N,N−ジメチルアミノプロピルがある。本発明では、メタクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル(DMAEMA)を使用するのが最も好ましい。
ジブロック共重合体の第2ブロックの調製のためにはアクリル酸のエステルよりもむしろメタクリル酸のエステルが好ましい。
少なくとも1つの三級アミノ基を含有する繰り返し単位2は、ポリマー鎖構築後のポリマー類似反応により生成されることもできる。したがって、メタクリル酸グリシジル等のオキシラン含有エチレン性不飽和モノマーは、重合後にアミンと反応させることができる。かかる場合には、残基R及び/又はRはヒドロキシル基を含有してもよい。この目的のためにはとりわけ、1つ以上の三級アミノ基を追加で有する一級アミン類、又は1つ以上の三級アミノ基を追加で有していてもよい二級アミン類が好適である。これらの例としては以下のものが挙げられる:ジメチルアミノプロピルアミン及びジエチルアミノエチルアミン等の、1つ以上の三級アミノ基を追加で有する一級アミン類;ジエチルアミン、ジブチルアミン、及びジシクロヘキシルアミン等のジアルキルアミン類;例えば、N−(2−ヒドロキシエチル)アニリン等の、2つの異なる置換基を有する二級アミン類;ビス(3−ジメチルアミノプロピル)アミン等の1つ以上の三級アミノ基を追加で有する二級アミン類、ジエタノールアミン及びジイソプロパノールアミン等のジヒドロキシアルキルアミン類。反応の相手としては、1つ以上の三級アミノ基を追加で有していてもよい二級アミン類が好ましい。
繰り返し単位3
好ましくは、繰り返し単位3内において、
ZはO又はNH、好ましくはOであり、
はH又はCH、好ましくはCHであり、
は炭素数2〜4の直鎖状炭化水素鎖であり、この直鎖状炭化水素鎖は1つ以上の酸素原子で中断され及び/又はこの炭化水素鎖に結合されたヒドロキシル基を有していてもよく、
及びRは互いに独立して、炭素数1〜12のアルキル若しくはアルケニル基等の非分枝状(すなわち直鎖状)脂肪族基、炭素数3〜12のアルキル基等の分枝状脂肪族基、炭素数4〜8のシクロアルキル基等のシクロ脂肪族基、炭素数7〜12のアラルキル基等の芳香脂肪族基、又は炭素数6〜12のアリール基を表し、ここでこれらの基の各々は置換されていても置換されていなくてもよく、特に三級アミノ基及び/又はヒドロキシル基を含有してもよく、或いは
、R及び両基が結合する窒素原子が、3〜16の炭素原子を有し、環原子として酸素及び窒素から選択される1、2、若しくは3個等の1つ以上のヘテロ原子をさらに含有していてもよい飽和又は不飽和複素環を形成し、且つ
は炭素数1〜12のアルキル若しくはアルケニル基等の非分枝状(すなわち直鎖状)脂肪族基、炭素数3〜12のアルキル基等の分枝状脂肪族基、炭素数4〜8のシクロアルキル基等のシクロ脂肪族基、炭素数7〜12のアラルキル基等の芳香脂肪族基、又は炭素数6〜12のアリール基であり、ここでこれらの基の各々は置換されていても置換されていなくてもよく、特に少なくとも1つのヒドロキシル基、少なくとも1つのエーテル基、及び/又は少なくとも1つのエステル基を含有してもよく、
は、ハライドアニオン、カルボン酸アニオン、リン若しくは硫黄含有酸及びリン若しくは硫黄含有酸の酸性エステルのアニオンから成る群から選択される酸アニオンである。
特にRは、炭素数1〜12のアルキル若しくはアルケニル基等の非分枝状(すなわち直鎖状)脂肪族基、炭素数3〜12のアルキル基等の分枝状脂肪族基、炭素数4〜8のシクロアルキル基等のシクロ脂肪族基、炭素数7〜12のアラルキル基等の芳香脂肪族基、又は炭素数6〜12のアリール基であり、ここでこれらの基の各々は置換されていても置換されていなくてもよく、特に少なくとも1つのヒドロキシル基、少なくとも1つのエーテル基、及び/又は少なくとも1つのエステル基を含有してもよい。
最も好ましくは、Rは以下に示した式(X)の部分構造であり、

式中、
記号

は、式(X)の部分構造の、繰り返し単位3の窒素原子に対する結合を示し、
Yは、OHで置換されていてもよいC−Cアルキレン基であり、
rは0又は1であり、
ZはC−Cアルキレン基、−C(=O)−、又は-C(=O)−C−Cアルキレン基を表し、
sは0又は1〜20であり、
tは0又は1であり、
は、炭素数1〜12のアルキル若しくはアルケニル基等の非分枝状脂肪族基、炭素数3〜12のアルキル基等の分枝状脂肪族基、炭素数4〜8のシクロアルキル基等のシクロ脂肪族基、炭素数7〜12のアラルキル基等の芳香脂肪族基、又は炭素数6〜12のアリール基である。
第1ブロックを形成する繰り返し単位1と、第2ブロックを形成する繰り返し単位2及び任意で繰り返し単位1とからのジブロック共重合体の形成後に、ジブロック共重合体前駆体(すなわち繰り返し単位3を含有していないジブロック共重合体)が得られるが、本明細書ではこれをまた「中間体ジブロック共重合体」とも呼ぶ。繰り返し単位3はその後、繰り返し単位2を繰り返し単位3に部分的に変換するためのポリマー類似反応によって形成される。前述の中間体ジブロック共重合体上で起こる前記ポリマー類似反応は、四級化反応である。
四級化反応のための典型的な反応温度は50℃〜200℃の範囲、好ましくは80℃〜150℃、より好ましくは100℃〜140℃の範囲である。この反応工程において好ましい反応温度の範囲内に沸点を有するか又はより高い沸点を有するエステル類又はアルコール類のような溶媒を追加で使用するのが有利である。
繰り返し単位3は好ましくは、中間体ジブロック共重合体が形成された後、繰り返し単位2を四級化反応に供することにより得られる。四級化反応は、1種、2種、又はそれ以上の異なるアルキル化剤を加えて繰り返し単位2の繰り返し単位3への不完全な、すなわち部分的な転換を達成することによって、段階的に又は同時に行うことができる。
繰り返し単位3を形成するためのかかる四級化剤は例えば、酸の存在下での、アルキルハライド類及びアラルキルハライド類、α−オレフィンオキシド類、並びにグリシジルエーテル類から選択されてよい。典型的には塩化ベンジル、2−若しくは4−ビニルベンジルクロリド、塩化メチル、又はヨウ化メチル等のアルキルハライド類及びアラルキルハライド類を使用することができる。さらにメチルトシラートのようなトシラート類又は硫酸ジメチルのようなサルフェート類も使用できる。
四級化の別の方法は、酸の存在下でのグリシジルエーテル類又はグリシジルエステル類の使用である。グリシジルエーテルの例としては、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、グリロニット(Grilonit)RV1814(すなわちC13/C15−アルキルグリシジルエーテル)、及びカーデュラ(Cardura)E10(すなわち合成高分枝状C10三級カルボン酸(バーサチック酸(Versatic acid)10)のグリシジルエステル)のようなアルキルグリシジルエーテル、又はクレシルグリシジルエーテルのようなアリールグリシジルエーテル並びにグリシジルメタクリレートがある。この四級化反応において使用される酸の例としては、安息香酸、酢酸、若しくは乳酸等のカルボン酸類、又は花王ケミカル製のAKYPO RC0960(すなわちC1633−OHで始まるEO/POポリエーテルカルボン酸、M:1000g/mol)等の酸性アルコキシル化ポリエーテル類、パラトルエンスルホン酸等のスルホン酸類、又はリン酸エステル類(RO−PO(OH)若しくは(RO)−PO(OH))がある。カルボン酸又はリン酸モノエステルと組み合わせた、塩化ベンジル及びクレシルグリシジルエーテル及びグリロニットRV1814が好ましい。
四級化の更なる方法は、酸の存在下でのα−オレフィンオキシド類の使用である。これらのα−オレフィンオキシド類は特に、それらの製造が通常末端二重結合のクロリドフリーのエポキシ化によって行われるため、ハライド不純物の影響を受けやすい用途に対して有用である。加水分解性クロリドの量はASTM D1726-11を適用することによって測定することができ、この試験法ではサンプル中の5ppm〜2500ppmの加水分解性クロリドが測定され得る。α−オレフィンエポキシドの例としては1,2−オクテンエポキシド、Vikolox10(すなわち1,2−デセンエポキシド)、Vikolox18(すなわち1,2−オクタデセンエポキシド)、並びにリモネンモノオキシド、カンフェンオキシド、及びα−ピネンオキシド等のテルペンエポキシド類がある。この四級化反応において使用される酸の例には、安息香酸、酢酸、若しくは乳酸のようなカルボン酸類、又は花王ケミカル製のAKYPO RC0960(すなわちC1633−OHで始まるEO/POポリエーテルカルボン酸、M:1000g/mol)のような酸性アルコキシル化ポリエーテル類、パラトルエンスルホン酸のようなスルホン酸類、又はリン酸エステル類(RO−PO(OH)若しくは(RO)−PO(OH))がある。カルボン酸又はリン酸モノエステルと組み合わされたVikolox10及びα−ピネンオキシドが好ましい。
がCH、RがCHCH、R及びRがそれぞれCH、RがCHPhであり、且つZがOであるジブロック共重合体が好ましい。.
発明組成物中のジブロック共重合体(A)の含有量は好ましくは、発明組成物の総固形物の、0.1〜20重量%、より好ましくは0.4〜10重量%、最も好ましくは0.8〜3重量%である。固形物の量はDIN EN ISO3251:2008−06によって150℃、20分間にて測定される。
好ましくは、ジブロック共重合体(A)はポリ(アルキレングリコール)エーテル(メタ)アクリレート類を主体とするいかなる繰り返し単位も含有せず、特に、ポリ(エチレングリコール)エチルエーテル(メタ)アクリレート類を主体とするいかなる繰り返し単位も含有しない。
好ましくは、ジブロック共重合体(A)はポリエーテル(メタ)アクリレート類を主体とするいかなる繰り返し単位も含有せず、特に、1〜20個のポリエーテル単位−(R’−O)−R”(式中R’はエチレン又はプロピレンであり、nは1〜20であり、R”は1〜5個の炭素原子から成るアルキル基である)を有するポリエーテル(メタ)アクリレート類を主体とするいかなる繰り返し単位も含有しない。
着色剤(B)
着色剤は、少なくとも1種の顔料若しくは少なくとも1種の色素又はこれらの混合物であり得る。発明組成物中の着色剤としては、顔料が好ましい。有機及び/又は無機顔料を使用できる。有機顔料が好ましい。
発明組成物中の顔料含有量等の着色剤(B)の含有量は、発明組成物の総固形物の好ましくは1〜40重量%、より好ましくは1.5〜20重量%、最も好ましくは2〜10重量%である。固形物の量は、DIN EN ISO3251:2008−06によって、150℃、20分間にて測定される。
カラーフィルタの色は通常、赤、緑、又は青であって、各画素を黒色マトリクスが取り囲んでいる。顔料は非常に多くの場合、混合されて特定の画素の色を達成する。例えば、緑の画素組成物は、緑の色合い(shade)及び黄色の色合いを有する顔料のブレンドを含有し得る。
好ましい有機顔料は、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、ベンズイミダゾロン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、インダンスレン顔料、及びペリレン顔料である。顔料はまた無機顔料であってもよい。使用可能な顔料の例を顔料番号によって以下に示す。下記の「C.I.」はカラーインデックス(C.I.)を意味する。
着色剤(B)として使用される赤色顔料の例としては、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、12、14、15、16、17、21、22、23、31、32、37、38、41、47、48、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、50:1、52:1、52:2、53、53:1、53:2、53:3、57、57:1、57:2、58:4、60、63、63:1、63:2、64、64:1、68、69、81、81:1、81:2、81:3,81:4、83、88、90:1、101、101:1、104、108、108:1、109、112、113、114、122、123、144、146、147、149、151、166、168、169、170、172、173、174、175、176、177、178、179、181、184、185、187、188、190、193、194、200、202、206、207、208、209、210、214、216、220、221、224、230、231、232、233、235、236、237、238、239、242、243、245、247、249、250、251、253、254、255、256、257、258、259、260、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、及び276が挙げられる。これらのうち、C.I.ピグメントレッド48:1、122、168、177、202、206、207、209、224、242、又は254が好ましく、C.I.ピグメントレッド177、209、又は254がさらに好ましい。
着色剤(B)として使用される赤色色素の例には、C.I.ソルベントレッド25、27、30、35、49、83、89、100、122、138、149、150、160、179、218、230;C.I.ダイレクトレッド20、37、39、44;C.I.アシッドレッド6、8、9、13、14、18、26、27、51、52、87、88、89、92、94、97、111、114、115、134、145、151、154、180、183、184、186、198;C.I.ベーシックレッド12及び13;C.I.ディスパースレッド5、7、13、17、及び58がある。赤色色素は黄色及び/又は橙色色素と組み合わせて使用することができる。
着色剤(B)として使用される青色顔料の例としてはC.I.ピグメントブルー1、1:2、9、14、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、17、19、25、27、28、29、33、35、36、56、56:1、60、61、61:1、62、63、66、67、68、71、72、73、74、75、76、78、及び79が挙げられる。これらのうち、C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:2、15:3、15:4、又は15:6が好ましく、C.I.ピグメントブルー15:3、15:4、又は15:6がさらに好ましい。
着色剤(B)として使用される青色色素の例には、C.I.ソルベントブルー25、49、68、78、94;C.I.ダイレクトブルー25、86、90、108;C.I.アシッドブルー1、7、9、15、103、104、158、161;C.I.ベーシックブルー1、3、9、25、及びC.I.ディスパースブルー198がある。
着色剤(B)として使用される緑色顔料の例としては、C.I.ピグメントグリーン1、2、4、7、8、10、13、14、15、17、18、19、26、36、45、48、50、51、54、55、58、又は59が挙げられる。これらのうち、C.I.ピグメントグリーン7、36、58、又は59が好ましい。
着色剤(B)として使用される緑色色素の例には、C.I.アシッドグリーン3、9、16、及びC.I.ベーシックグリーン1及び4がある。
着色剤(B)として使用される黄色顔料の例としては、C.I.ピグメントイエロー1、1:1、2、3、4、5、6、9、10、12、13、14、16、17、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、41、42、43、48、53、55、61、62、62:1、63、65、73、74、75、81、83、87、93、94、95、97、100、101、104、105、108、109、110、111、116、117、119、120、126、127、127:1、128、129、133、134、136、138、139、142、147、148、150、151、153、154、155、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、172、173、174、175、176、180、181、182、183、184、185、188、189、190、191、191:1、192、193、194、195、196、197、198、199、200、202、203、204、205、206、207、及び208が挙げられる。これらのうち、C.I.ピグメントイエロー83、117、129、138、139、150、154、155、180、又は185が好ましく、C.I.ピグメントイエロー83、138、139、150、又は180がさらに好ましい。
着色剤(B)として使用される黄色色素の例には、C.I.ソルベントイエロー2、5、14、15、16、19、21、33、56、62、77、83、93、104、105、114、129、130、162;C.I.ディスパースイエロー3、4、7、31、54、61、201;C.I.ダイレクトイエロー1、11、12、28;C.I.アシッドイエロー1、3、11、17、23、38、40、42、76、98;C.I.ベーシックイエロー1がある。
着色剤(B)として使用される紫色顔料の例としては、C.I.ピグメントバイオレット1、1:1、2、2:2、3、3:1、3:3、5、5:1、14、15、16、19、23、25、27、29、31、32、37、39、42、44、47、49、及び50が挙げられる。これらのうち、C.I.ピグメントバイオレット19又は23が好ましく、C.I.ピグメントバイオレット23がさらに好ましい。
着色剤(B)として使用される紫色色素の例には、C.I.ソルベントバイオレット13、33、45、46;C.I.ディスパースバイオレット22、24、26、28;C.I.アシッドバイオレット49;及びC.I.ベーシックバイオレット2、7、10がある。
着色剤(B)として使用される橙色顔料の例としては、C.I.ピグメントオレンジ1、2、5、13、16、17、19、20、21、22、23、24、34、36、38、39、43、46、48、49、61、62、64、65、67、68、69、70、71、72、73、74、75、77、78、及び79が挙げられる。これらのうち、C.I.ピグメントオレンジ38又は71が好ましい。
着色剤(B)として使用される橙色色素の例には、C.I.ソルベントオレンジ1、2、5、6、37、45、62、99;C.I.アシッドオレンジ1、7、8、10、20、24、28、33、56、74;C.I.ダイレクトオレンジ1;及びC.I.ディスパースオレンジ5がある。
一種類の顔料の分散のいわゆる「単独グラインド」以外に、発明のジブロック共重合体の湿潤剤及び/又は分散剤としての極めて有益な使用のための別の例には、有機顔料の混合物の分散及び安定化、いわゆる「同時グラインド」がある。有機顔料の混合物が生成されて、人間の目が判断できる色空間に最もよく合致する、独特な色の性質を有する着色コーティング、特にフォトレジストが得られる。本発明の意味における有機顔料の混合物及びそれらの同時グラインドには、例えば、C.I.ピグメントブルー15:6及びC.I.ピグメントバイオレット23;C.I.ピグメントブルー15:4及びC.I.ピグメントバイオレット23;C.I.ピグメントブルー15:3及びC.I.ピグメントバイオレット23;C.I.ピグメントグリーン58及びC.I.ピグメントイエロー138;C.I.ピグメントグリーン59及びC.I.ピグメントイエロー138;C.I.ピグメントグリーン36及びC.I.ピグメントイエロー138;C.I.ピグメントグリーン7及びC.I.ピグメントイエロー138、が含まれ得る。
着色剤(B)として使用される顔料(類)は、ISO13320:2009に従いレーザー回折によって決定した平均中央粒径が、1μm以下、好ましくは0.3μm以下、さらに好ましくは50nm以下であることが好ましい。
発明組成物の顔料含有量等の着色剤(B)の含有量は、特に、組成物が赤、緑、及び/又は青のフォトレジストを調製するために使用される場合には、発明組成物の総固形物の好ましくは5〜60重量%、より好ましくは10〜50重量%である。固形物の量はDIN EN ISO3251:2008−06によって150℃、20分間にて測定される。
黒色顔料は、着色剤(B)として、単独で用いてもよいし、赤、緑、又は青色顔料と混合して用いてもよい。単独で使用可能な黒色顔料の例としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、ボーンブラック、グラファイト、アイロンブラック、及びチタンブラックが挙げられる。これらのうち、遮光率及び画像の性質の観点から、カーボンブラック及びチタンブラックが好ましい。
ISO13320:2009に従いレーザー回折により測定される中央一次粒径は、好ましくは0.01〜0.08μmであり、ISO9277:2010によって測定した黒色顔料についての「窒素吸収比表面積」は好ましくは50〜120m/gである。
黒色マトリクス用にカーボンブラックに代えて、赤、緑、青の3色の顔料混合物を使用できる。黒色顔料を調製するために混合できる着色材料の例としては、C.I.ピグメントイエロー20、24、86、93、109、110、117、125、137、138、147、148、153、154、166;C.I.ピグメントオレンジ36、43、51、55、59、61;C.I.ピグメントレッド9、97、122、123、149、168、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240;C.I.ピグメントバイオレット19、23、29、30、37、40、50;C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:4、15:6、22、60、64;C.I.ピグメントグリーン6、36、58;C.I.ピグメントブラウン23、25、及び26、がそれぞれ挙げられる。
発明組成物中の顔料含有量等の着色剤(B)の含有量は、特に、組成物が黒色フォトレジストを調製するために使用される場合には、発明組成物の総固形物の、好ましくは20〜80重量%、より好ましくは30〜70重量%である。固形物の量はDIN EN ISO3251:2008−06によって150℃、20分間にて測定される。
本発明の組成物中の分散剤及び/又湿潤剤(A)の着色剤(B)に対する相対的重量比は、好ましくは95:5〜5:95、より好ましくは65:35〜7:93、及び特に好ましくは50:50〜10:90である。
有機溶媒(C)
有機溶媒(C)は好ましくは、100〜300℃の範囲の標準気圧(101.325kPa)における沸点、より好ましくは120〜250℃の範囲の沸点を有する。
発明組成物の有機溶媒(C)の含有量は、発明組成物の総重量の、好ましくは10〜99重量%、より好ましくは20〜97重量%である。
かかる有機溶媒の例としては、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールジアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、メトキシブチルアセテート等のグリコールアルキルエーテルアセテート類;ジエチルエーテル等のジアルキルエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、及びグリセリン等の一価又は多価アルコール類;n−ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類;トルエン、キシレン、及びクメン等の芳香族炭化水素類;酢酸エチル、酢酸ブチル等の直鎖状又は環状エステル類;アセトニトリル及びベンゾニトリル等のニトリル類;又はこれらの混合物類が挙げられる。
好ましくは、有機溶媒(C)は、グリコールモノアルキルエーテル類、グリコールジアルキルエーテル類、グリコールアルキルエーテルアセテート類、及びこれらの混合物から成る群から選択される。グリコールアルキルエーテルアセテート類がさらにより好ましい。最も好ましくは、プロピレングリコールモノメチルエーテルである。グリコールアルキルエーテルアセテート類は単独で、又は他の溶媒と組み合わせて使用してよい。
有機溶媒は通常、本発明の組成物の固体含有量及び粘度を調節するのに使用され、他の成分の量によってのみ制限される。
発明組成物の更なる成分
発明組成物は少なくとも成分(A)、(B)、及び(C)を必ず含有する。しかしながら、本組成物は(A)、(B)、及び(C)以外の更なる成分を含有してもよい。
アルカリ可溶性樹脂(D)
好ましくは、発明組成物は、アルカリ可溶性樹脂である少なくとも1種のポリマー性樹脂(D)をさらに含有する。
好適なアルカリ可溶性樹脂の例としては、特開平07−207211号、特開平08−259876号、特開平10−300922号、特開平11−140144号、特開平11−174224号、特開2000−56118号、特開2003−233179号、特開平08−297366号、特開2001−89533号、特開2003−89716号、特開2003−165830号、特開2005−325331号、及び特開2001−354735号に記載され言及されている既知のポリマー類;特開2005−126674号、特開2005−55814号、及び特開2004−295084号、特開2005−154708号、特開2009−025813号、及び米国特許第8,216,770号に記載されている樹脂類が挙げられる。
好ましいアルカリ可溶性樹脂を、以下に挙げる。
(a)エチレン性不飽和モノマーの(メタ)アクリル酸及び/又は無水マレイン酸との共重合体。ここで好ましいエチレン性不飽和コモノマーは、スチレン、メタクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸アダマンチル、及びメタクリル酸グリシジルから成る群から選択される。グリシジル基がポリマー中に組み込まれる場合、カルボン酸又は(メタ)アクリレート部位のような官能基を組み込むため酸類又は酸無水物類との後反応を行ってもよい。
(b)エチレン性不飽和モノカルボン酸又はそのエステルのエポキシ樹脂及びカルボン酸無水物との反応生成物。エポキシ樹脂の例としては、モノマー性及びオリゴマー性ビスフェノールA、F、S型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアヌレート、フルオレンエポキシ樹脂、いわゆるカルド樹脂があり、酸無水物の例としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、無水ピロメリット酸、及び無水トリメリット酸がある。
これらのアルカリ可溶性樹脂の各々は、単独で又は組み合わせて使用できる。
本発明の組成物においては、アルカリ可溶性樹脂(D)の含有量は好ましくは、組成物の総固形物を基準として0.1〜80重量%、好ましくは1〜60重量%である。固形物の量はDIN EN ISO3251:2008−06によって150℃、20分間にて測定される。
多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)
好ましくは、発明組成物は少なくとも1種の多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)をさらに含有する。
多官能性エチレン性不飽和モノマーは好ましくは、少なくとも1つのエチレン性不飽和官能基と、同様にエチレン性不飽和官能基であるか又はヒドロキシル基及びカルボキシル基から選択される基であり得る少なくとも1つの更なる官能基とを含有する重合性の低分子量化合物であれば、特に限定されない。
用語「モノマー(E)」は本明細書では、より広義の意味において理解すべきである。それには、狭義のモノマーに加えてダイマー、トリマー、及び低分子量のオリゴマーが包含される。好ましくは、モノマー(E)は、1000g/mol未満の数平均分子量を有する。数平均分子量は本明細書で後述する方法に従って決定される。
本発明の好ましい実施形態では、多官能性エチレン性不飽和モノマーは2つ以上のエチレン性不飽和基、さらにより好ましくは2〜6個のエチレン性不飽和基を含有する。
エチレン性不飽和化合物の例としては、(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸、脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル、芳香族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステル、不飽和カルボン酸又は多価カルボン酸と上記の脂肪族ポリヒドロキシ化合物及び芳香族ポリヒドロキシ化合物等の多価ヒドロキシ化合物とのエステル化反応によって得られるエステル、及びウレタン骨格を有するエチレン性不飽和化合物、いわゆるウレタン(メタ)アクリレートであって、好ましくはポリイソシアネート化合物と(メタ)アクリロイル基含有ヒドロキシ化合物とを反応させることによって得られるものが挙げられる。
脂肪族ポリヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルが好ましく、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、及びグリセロール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルが包含される。
多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)はまた、カルボン酸基を含有していてもよい。このような場合、多官能性エチレン性不飽和モノマーの酸価は好ましくは5〜30mgKOH/gである。
異なる多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)を組み合わせて使用してもよい。酸価を有する多官能性エチレン性不飽和モノマーの好ましい組み合わせは、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、及びジペンタエリスリトールペンタアクリレートのコハク酸エステルを主成分として含有する混合物であって、東亞合成株式会社製造の「TO1382」として市販されている。多官能性エチレン性不飽和モノマーのこの混合物は、他の多官能性モノマー類と組み合わせることによって使用してもよい。
本発明の組成物では、多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)の量は好ましくは、総固形物を基準として0.1〜80重量%、より好ましくは5〜70重量%、さらに好ましくは10〜50重量%、特に好ましくは10〜40重量%である。固形物の量はDIN EN ISO3251:2008−06によって150℃、20分間にて測定される。
多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)の着色剤(B)に対する相対的重量比は、好ましくは0.001:1〜2:1、より好ましくは0.05:1〜1:1、特に0.1:1〜0.8:1の範囲である。
更なる成分(F)
組成物はまた、成分(A)、(B)、(C)、(D)、及び(E)とは異なる少なくとも1種の更なる成分(F)を含有してもよい。かかる更なる成分(F)は好ましくは、光重合開始剤、重合促進剤、(B)とは異なる増感色素、界面活性剤、及び(A)とは異なる更なる湿潤剤及び/又は分散添加剤、例えば飽和モノアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル等のモノヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルのような(E)とは異なる単官能性エチレン性不飽和モノマー、及びこれらの混合物から成る群から選択される。
光重合開始剤(F)は通常、光重合開始剤と必要に応じて添加される重合促進剤との混合物として使用され、光を直接吸収するか又は感光性を与えられて分解反応又は水素抽出反応を引き起こし、重合活性ラジカルを生成する働きを持つ成分である。様々な種類の光重合開始剤が文献において周知されており、発明組成物は、様々な種類の光重合開始剤の発明組成物と組み合わせた使用という点において制限されない。光重合開始剤(F)の例としては、特開昭59−152396号及び特開昭61−151197号に記載のチタノセン誘導体;特開平10−300922号、特開平11−174224号、及び特開2000−56118号に記載のヘキサアリールビイミダゾール誘導体;特開平10−39503号に記載の、ハロメチル化オキサジアゾール誘導体、ハロメチル−s−トリアジン誘導体、N−アリール−α−アミノ酸、例えばN−フェニルグリシン、N−アリール−α−アミノ酸塩、及びN−アリール−α−アミノ酸エステル、並びにα−アミノアルキルフェノン誘導体等のラジカル活性化剤;特開2000−80068号に記載のオキシムエステル系誘導体が挙げられる。
必要に応じて使用される重合促進剤(F)の例としては、N,N−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル等のN,N−ジアルキルアミノ安息香酸アルキルエステル;2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンズオキサゾール、及び2−メルカプトベンゾイミダゾール等の複素環を有するメルカプト化合物等のメルカプト化合物;又は脂肪族多官能性メルカプト化合物が挙げられる。
光重合開始剤(F)及び重合促進剤(F)は、単独で用いても組み合わせて用いてもよい。
感度を向上させる目的で、本発明の組成物において着色剤(B)とは異なる1種以上の増感色素(F)を使用してもよい。増感色素としては、露光光源の波長に応じて好適な増感色素を使用し、例としては、特開平4−221958号及び特開平4−219756号に記載のキサンタン系色素;特開平3−239703号及び特開平5−289335号に記載の複素環を有するクマリン系色素;特開平3−239703号及び特開平5−289335号に記載の3−ケトクマリン系色素;特開平6−19240号に記載のピロメテン系色素;特開昭47−2528号及び同第54−155292号、特公昭45−37377号、特開昭48−84183号、同第52−112681号、同第58−15503号、同第60−88005号、同第59−56403号、特開平2−69号、特開昭57−168088号、特開平5−107761号、同第5−210240号、及び同第4−288818号に記載のジアルキルアミノベンゼン骨格を有する色素が挙げられる。
本発明の組成物は1種以上の界面活性剤(F)にさらに含有してもよい。界面活性剤としては、陰イオン性、陽イオン性、非イオン性、及び両性界面活性剤等の種々の界面活性剤を使用し得る。電圧保持性及び有機溶媒との適合性等の種々の性質が損なわれにくいという観点から、非イオン性界面活性剤を使用することが好ましい。陰イオン性界面活性剤の例としては、花王株式会社製の「エマール10」等のアルキル硫酸エステル塩系界面活性剤、花王株式会社製の「ペレックスNB−L」等のアルキルナフタレンスルホン酸塩系界面活性剤、及び花王株式会社製の「ホモゲノールL−18」及び「ホモゲノールL−100」等の特殊ポリマー系界面活性剤が挙げられる。これらのうち、特殊ポリマー系界面活性剤が好ましく、特殊ポリ炭酸型ポリマー系界面活性剤がより好ましい。陽イオン性界面活性剤の例としては、花王株式会社製の「アセタミン24」等のアルキルアミン塩系界面活性剤、及び花王株式会社製の「コータミン24P」及び「コータミン86W」等の四級アンモニウム塩系界面活性剤が挙げられる。それらのうち、四級アンモニウム塩系界面活性剤が好ましく、ステアリルトリメチルアンモニウム塩系界面活性剤がより好ましい。非イオン性界面活性剤の例としては、東レダウコーニング製の「SH8400」、Silicone製の「KP341」等のシリコーン系の界面活性剤、住友スリーエム製の「FC430」、DIC株式会社製の「F470」、ネオス製の「DFX−18」等のフッ素系界面活性剤、花王株式会社製の「エマルゲン104P」及び「エマルゲンA60」等のポリオキシエチレン系界面活性剤が挙げられる。これらのうち、シリコーン系界面活性剤が好ましく、ポリジメチルシロキサンにポリエーテル基又はアラルキル基の側鎖が付加された構造を有する、いわゆるポリエーテル変性又はアラルキル変性シリコーン系界面活性剤がより好ましい。2種以上の界面活性剤を共に使用してもよく、例として、シリコーン系界面活性剤/フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤/特殊ポリマー系界面活性剤、又はフッ素系界面活性剤/特殊ポリマー系界面活性剤の組み合わせが挙げられる。とりわけ、シリコーン系界面活性剤/フッ素系界面活性剤の組み合わせが好ましい。このシリコーン系界面活性剤/フッ素系界面活性剤の組み合わせの例としては、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤/オリゴマー型フッ素系界面活性剤の組み合わせが挙げられる。具体例としては、GE東芝シリコーン製「TSF4460」/ネオス製「DFX−18」、BYK製「BYK−300」/セイミケミカル製「S−393」、信越シリコーン製「KP340」/DIC株式会社製「F−478」、東レダウコーニング製「SH7PA」/ダイキン製「DS−401」、又は日本ユニカー製「L−77」/住友スリーエム製「FC4430」が挙げられる。
本発明の組成物は、分散剤(A)と異なり本発明の効果が損なわれないような範囲で分散剤(A)に追加して使用される湿潤添加剤及び/又は分散添加剤をさらに含有してもよい。さらなる分散剤の種類は、本発明の効果が損なわれない限り特に限定されない。
本発明の組成物は、例えば、(メタ)アクリル酸と飽和モノアルコールとのエステルのような、モノヒドロキシ化合物と不飽和カルボン酸とのエステルを含有してもよい。モノマー(E)とは異なるこのようなモノマーは、好ましくはモノマー(E)との混合物において使用される。
ジブロック共重合体(A)の使用
更なる態様は、発明ジブロック共重合体(A)の湿潤剤及び/又は分散剤としての、特に発明組成物等の組成物における使用である。
本明細書中上記及び下記で、本発明の組成物の構成成分として又はそれ自体として開示されている共重合体(A)の全ての好ましい実施形態は、発明共重合体(A)の湿潤及び/又は分散剤としての使用の好ましい実施形態でもある。
試験方法
及びMの測定
数平均(M)及び重量平均(M)分子量、並びに分子量分布は、DIN55672−1:2007−08に従い40℃にて高圧液体クロマトグラフィポンプ(WATERS600HPLCポンプ)及び屈折率検出器(Waters410)を用いて測定される。分離カラムとしては、ウォーターズ製の3本のStyragelカラム(サイズ:300mm×7.8mm内径/カラム、粒径:5μm、ポアザイズ:HR4、HR2及びHR1)の組み合わせを使用した。使用溶出液は、1体積%のジブチルアミンを有するテトラヒドロフランで、溶出速度は1ml/分とした。ポリスチレン標準物質を用いて従来式の較正を行った。
アミン価
アミン価はDIN16945:1989−03に従い滴定法により測定する。
以下の例はさらに本発明を例示するが、発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
1.原料
MMA:メタクリル酸メチル(エボニック製)
BMA:メタクリル酸n−ブチル(エボニック製)
CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル(エボニック製)
BzMA:メタクリル酸ベンジル(エボニック製)
EHMA:メタクリル酸2−エチルヘキシル(エボニック製)
3EOMA:エチルトリグリコールメタクリレート(エボニック製)
MPEG550MA:メトキシポリエチレングリコール550メタクリレート(サートマー製)
MPEG1000MA:メトキシポリエチレングリコール1000メタクリレート(新中村化学製)
DMAEMA:メタクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル(エボニック製)
開始剤:1−メトキシ−1−(トリメチルシロキシ)−2−メチルプロペン(アルドリッチから購入)
触媒:3−クロロ安息香酸テトラブチルアンモニウム(アセトニトリル中50%濃度、米国特許第4,588,795号参照)
AMBN:2,2’−アゾジ(2−メチルブチロニトリル)(アクゾノーベル製)
AIBN:2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(メルクより購入)
PMA:酢酸1−メトキシ−2−プロピル(ダウケミカル製)
Disperplast1150:長鎖アルコール類のカルボン酸基とのエステル
Disperbyk111:酸性リン酸エステル基を有する共重合体
全てのモノマー並びに溶媒として使用される酢酸1−メトキシ−2−プロピルは、3Åモレキュラーシーブ上で少なくとも48時間保存してから使用する。
2.中間体ポリマーの合成
2.1 表1に概略を示した、GTPによる中間体ポリマーI−1〜I−17の調製のための一般的指示
70gの酢酸1−メトキシ−2−プロピルを、水分を含まない反応容器中に量り取る。「モノマー1」又は「モノマー混合物1」を1.3g/分の速度で計量しながら供給する。計量供給開始直後に、開始剤及び開始剤の量に対して10重量%の触媒の各量を、反応容器に導入する。反応温度は20℃とする。第1モノマー混合物の計量供給終了後に、「モノマー2」又は「モノマー混合物2」を1.3g/分の速度で計量しながら供給する。第2モノマー又は第2モノマー混合物の計量供給が終了した後の反応時間は60分とする。その後2.7gの2−メトキシプロパノールを加えて反応を終了させる。必要量の酢酸1−メトキシ−2−プロピルの添加によって固体含有量をそれぞれ40重量%又は60重量%に調節する。固体含有量は、DIN EN ISO3251:2008−06に従い150℃、20分間にて測定され得る。
2.2 表2及び3に概略を示した、分散剤D1〜D37の調製のための中間体ポリマーI−1〜I−17の部分四級化のための一般的指示
100gの各中間体ポリマー溶液を必要量の溶媒と混合し、1種以上の四級化剤(塩化ベンジル、グリロニットRV1814(すなわちC13/C15アルキルグリシジルエーテル)、メタクリル酸グリシジル、α−ピネンエポキシド、及び/又は市販品Vikolox10(すなわち1,2−デセンエポキシド))の各量(表2及び3に示す)を加える。エポキシ官能性四級化剤(グリロニットRV1814及びメタクリル酸グリシジル)の場合、これも表2及び表3に示されている、四級化剤のエポキシ当量(DIN EN ISO3001:1999−11に従う滴定により決定)に対して等モルの安息香酸を反応混合物に加える。各場合において得られた混合物を120℃に4時間加熱する。

アスタリスク(*)付きの分散剤は本発明によらない、すなわち比較分散剤である。

アスタリスク(*)付きの分散剤は本発明によらない、すなわち比較分散剤である。
3.アルカリ可溶性樹脂の調製
3.1 アルカリ可溶性樹脂R1の調製
300gの酢酸1−メトキシ−2−プロピルを反応容器中に量り取る。137gのBzMA、34gのメタクリル酸、及び1.65gのAMBNを120℃の温度で180分の時間かけて計量しながら供給する。計量供給終了後の反応時間は120分とする。次いで固体含有量を酢酸1−メトキシ−2−プロピルにて35重量%に調節する。固体含有量は、DIN EN ISO3251:2008−06に従い150℃、20分間にて測定され得る。
3.2 アルカリ可溶性樹脂R2の調製
239gの酢酸1−メトキシ−2−プロピルを反応容器中に量り取る。132gのBzMA及び27.5gのメタクリル酸、及び7.98gのAIBNを90℃の温度で300分の時間をかけて計量しながら供給する。計量供給終了後の反応時間は120分とする。次いで固体含有量を酢酸1−メトキシ−2−プロピルにて37重量%に調節する。固体含有量は、DIN EN ISO3251:2008−06に従い150℃、20分間にて測定され得る。
3.3 アルカリ可溶性樹脂R3の調製
300gの酢酸1−メトキシ−2−プロピルを反応容器中に量り取る。132gのBzMA、13.75gのメタクリル酸2−ヒドロキシエチル、34.2gのメタクリル酸、及び1.65gのAMBNを120℃の温度で180分の時間をかけて計量しながら供給する。計量供給終了後の反応時間は120分とする。次いで固体含有量を酢酸1−メトキシ−2−プロピルにて35重量%に調節する。固体含有量は、DIN EN ISO3251:2008−06に従い150℃、20分間にて測定され得る。
4.顔料分散液の調製
使用顔料
PG58 ファーストゲングリーン(Fastogen Green)A110(DIC製)
PY150 ホスタパームイエロー(Hostaperm Yellow)H4GN(クラリアント製)
PR254 イルガフォアレッド(Irgaphore red)BTCF、イルガフォレッド(Irgaphor(登録商標)Red)S3611CF(BASF製)
PB15:6 ファーストゲンブルー(Fastogen Blue)EP−169(DIC製)
PV23 ファーストゲンスーパーバイオレット(Fastogen Super Violet)RN−F(DIC製)
4.1 PD1系の顔料分散液(緑)
4.41gのアルカリ可溶性樹脂R1、30gの酢酸1−メトキシ−2−プロピル、2.5gのn−ブタノール、表2又は3のD1〜D33から選択されるか又は表1の中間体ポリマーI1〜I14の1つから選択される、2.25gの1つの湿潤剤/分散剤(顔料含有量を基準として30重量%の固体湿潤剤/分散剤)、4.3gのPG58、及び3.20gのPY150を一緒にガラス瓶に入れた。次いで固体含有量を酢酸1−メトキシ−2−プロピルにて20重量%に調節する。100gのジルコノックス(Zirconox)ビーズ(直径0.4〜0.6mm)を加えた。分散プロセスはLAU製分散機DAS200中で40℃にて5時間の時間をかけて行う。
4.2 PD2系の顔料分散液(赤)
4.41gのアルカリ可溶性樹脂R1、30gの酢酸1−メトキシ−2−プロピル、2.5gのn−ブタノール、表2又は3のD1〜D33から選択されるか又は表1の中間体ポリマーI1〜I14の1つから選択される、2.25gの1つの湿潤剤/分散剤(顔料含有量を基準として30重量%の固体湿潤剤/分散剤)、及び7.5gのPR254を一緒にガラス瓶に入れた。次いで固体含有量を酢酸1−メトキシ−2−プロピルにて20重量%に調節する。100gのジルコノックス(Zirconox)ビーズ(直径0.4〜0.6mm)を加えた。分散プロセスはLAU製分散機DAS200中で40℃にて5時間の時間をかけて行う。
4.3 PD3系の顔料分散液(青)
4.41gのアルカリ可溶性樹脂R2、30gの酢酸1−メトキシ−2−プロピル、2.5gのn−ブタノール、表2又は3のD1〜D33から選択されるか又は表1の中間体ポリマーI1〜I14の1つから選択される、2.25gの1つの湿潤剤/分散剤(顔料含有量を基準として30重量%の固体湿潤剤/分散剤)、4.3gのPB15:6及び3.2gのPV23を一緒にガラス瓶に入れた。次いで固体含有量を酢酸1−メトキシ−2−プロピルにて20重量%に調節する。100gのジルコノックス(Zirconox)ビーズ(直径0.4〜0.6mm)を加えた。分散プロセスはLAU製分散機DAS200に従い40℃にて5時間の時間をかけて行う。
5.粘度測定
下記の表4a、4b及び4cに示されるようなPD1、PD2又はPD3系の顔料分散液の粘度を、グラインド後に、DIN53019−1:2008−09に従いAnton−PaarレオメーターによってCP50−1測定システムを使用して25℃にて測定する。40℃にて一週間保存した後、再度粘度を測定する。表4a、4b及び4cにおいて、「粘度1」はグラインド後に測定した粘度であり、「粘度2」は40℃にて7日間保存後に測定した粘度である。

比較例にはアスタリスク(*)を付す

比較例にはアスタリスク(*)を付す

比較例にはアスタリスク(*)を付す
表4a〜4cから誘導され得るように、四級化アミノ基を有さないI−1、I−2、I−3、I−5、I−7及びI−8並びにI13、I14及びI15等の中間体ポリマーを、顔料分散液PD1、PD2及びPD3に組み込むことは、D1、D3、D5、D12〜D14、D17、D19、D21、D29、D33、D35、及びD37等の、このような四級化アミノ基を持つ発明的に使用されたジブロック共重合体を含有する発明顔料分散液よりも、顕著に高いグラインド後の初期粘度につながり、及び/又は保存後の顕著な粘度上昇を示す(どちらも望ましくない)。例えば表4aからさらに誘導され得るように、比較分散剤D22(15,635のMを有するI−13に基づく)及びD23(20,213のMを有するI−14に基づく)について、Mが15,000g/molを超えて増加すると顔料分散液のより高い初期粘度及びより高い保存後の粘度の両方につながり、これらはどちらも望ましくない。これは特に発明分散剤D14については観測されない。さらに、例えば表4aから、比較分散剤D24(5,810のMを有するI−15に基づく)について、6,000g/molを下回るMの減少は、目的とする非常に低いグラインド後の初期粘度をもたらすものの、望ましくない顕著な保存後の粘度上昇をもたらすことがさらに誘導され得る。このことは特に、発明分散剤D21については観察されない。
さらに、表4a〜4cから誘導され得るように、四級化アミノ基を有するが48を超えるアミン価を有する(例えば52のアミン価を有するD10の場合等の)ジブロック共重合体を顔料分散液PD1、PD2及びPD3に組み込むことは、48以下のより低いアミン価を有する(例えば45のアミン価を有するD13の場合等の)発明的に使用されたジブロック共重合体を含有する発明顔料分散液よりも、顕著に高い粘度(これは望ましくない)につながる。
6.カラーフィルタフォトレジスト製剤PR1の調製、それらの粘度測定、及びその現像特性の試験
40gの顔料分散液PD1、13.5gのアルカリ可溶性樹脂R3、5gのジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサアクリレート(シグマアルドリッチ)、1.0gのイルガキュア(Irgacure)369(BASF)及び0.1gのFlurorad FC4432(3M)を40.4gの酢酸1−メトキシ−2−プロピルと混合した。この混合物を、歯板を装備した溶解機Dispermat LC55を用い、暗所において1.0〜1.5m/sで1時間ホモジナイズした。顔料分散液PD1としては、表5に示されているような様々な湿潤剤/分散剤を含有する複数の顔料分散液を使用した。したがって、これも表5に示されているような、複数の様々なカラーフィルタフォトレジスト製剤PR1が得られる。
結果として得られた様々なフォトレジスト製剤PR1の粘度を、グラインド後に、DIN53019−1:2008−09に従いAnton−PaarレオメーターによってCP50−1測定システムを使用して25℃にて測定する。40℃にて一週間保存した後、再度粘度を測定する。「粘度1」はグラインド後に測定した粘度であり、「粘度2」は40℃にて7日間保存後に測定した粘度である。表5に結果を示す。
現像特性の測定のために、下記表5に示した得られた様々なフォトレジスト製剤PR1をスピンコーターによって100mm×100mmガラス板上に塗布する。塗布に先立ち、ガラス板を酢酸エチルで入念に洗浄した。塗布後の薄膜をオーブン中80℃で90秒間乾燥させた。塗布後の薄膜の厚さは1μm(乾燥薄膜厚さ)とした。薄膜の厚さはスピンコーターの回転速度により調節した。室温(21℃)でさらに4分後、コーティングしたガラス板を0.5重量%水酸化カリウム水溶液の入ったビーカーに、ガラス板の半分が前記KOH溶液中に浸漬されるような態様で入れた。30秒の浸漬時間の後、薄膜をゴム手袋で保護した指で5秒間拭った。これを30秒ごとに薄膜が溶解し始めるまで繰り返した。薄膜が溶解するまでの時間及び溶解した薄膜の量を1(薄膜の溶解なし)から6(薄膜の非常に良好な溶解;望ましくない)までの段階で評価した。結果を表5に示す。

比較例にはアスタリスク(*)を付す
表5から誘導され得るように、四級化アミノ基を有さないI−1、I−2、及びI−3等の中間体ポリマーを、ひいては様々なPR1製剤の調製に使用される顔料分散液PD1に組み込むことは、D1、D3、D13、D30及びD34等のこのような四級化アミノ基を持つ発明的に使用されるジブロック共重合体を含有する発明顔料分散液よりも、顕著に高い粘度(これは望ましくない)につながる。さらに、現像試験によって、四級化アミノ基を有さないI−1、I−2及びI−3等の中間体ポリマーを含有するPR1製剤は容易に溶解され、一方この望ましくない挙動は、発明製剤の場合には観測され得ないことが示された。

Claims (14)

  1. 少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)と、
    青色着色剤及び紫色着色剤を除く少なくとも1種の着色剤(B)と、
    少なくとも1種の有機溶媒(C)と、
    を含み、
    前記少なくとも1種の湿潤剤及び/又は分散剤(A)はジブロック共重合体である、組成物であって、
    ジブロック共重合体は、第1ブロックと第2ブロックとを含み、
    第1ブロックは、1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位1から成り、

    第2ブロックは、
    i)1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位2及び
    ii)1つ以上の同一の又は異なる繰り返し単位3と

    iii)任意で、第2ブロック中の繰り返し単位の総重量を基準として、最大40重量%の繰り返し単位1と、から成り、
    式中、
    ZはO又はNHであり、
    はH又はCHであり、
    はポリエーテル基、直鎖状若しくは分枝状アルキル、シクロアルキル、アリール、又はアラルキルであり、
    は炭素数2〜4の直鎖状炭化水素鎖であり、この直鎖状炭化水素鎖は1つ以上の酸素原子で中断され及び/又はこの炭化水素鎖に結合されたヒドロキシル基を有していてもよく、
    及びRは互いに独立して、三級アミノ基及び/若しくはヒドロキシル基を含有していてもよい、直鎖状、分枝状、若しくは環状の飽和若しくは不飽和脂肪族基、芳香族基、又は芳香脂肪族基を表すか、或いは
    、R及びそれら両基が結合する窒素原子が、さらに酸素及び窒素から選択される1つ以上のヘテロ原子を環原子として含有してもよい飽和又は不飽和複素環を形成し、
    は直鎖状、分枝状、若しくは環状の飽和若しくは不飽和脂肪族基、又は芳香脂肪族基であり、前述のこれらの基は1つ以上のヒドロキシル基、1つ以上のエーテル酸素、及び/又は1つ以上のエステル基を含有していてよく、
    は酸アニオンであり、
    及び、残基R、R、R、R、R、R、Z、及びXは、繰り返し単位1、2、及び3についてそれぞれ互いに独立して同一であるか又は異なっており、
    ジブロック共重合体のアミン価が0.1〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲であることと、及び繰り返し単位1から成る第1ブロックの、少なくとも繰り返し単位2及び繰り返し単位3が存在する場合には繰り返し単位1とを含む第2ブロックに対する相対的重量比が90:10〜50:50の範囲であることと、ジブロック共重合体が6,000〜15,000の範囲の重量平均分子量Mを有することと、を特徴とする、組成物。
  2. ジブロック共重合体のアミン価が0.9〜48.0mgKOH/g共重合体の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  3. ジブロック共重合体が1.0よりも大きく1.67以下の範囲の多分散性を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の組成物。
  4. ジブロック共重合体の第2ブロック内の、繰り返し単位2の繰り返し単位3に対する相対的重量比が、1:2.2〜1:250の範囲である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
  5. が炭素数1〜12の非分枝状アルキル残基、炭素数3〜12の分枝状アルキル残基、炭素数4〜8のシクロアルキル残基、炭素数7〜12の芳香脂肪族残基、炭素数6〜12のアリール残基を表すか、又は−(RO)(式中、Rは炭素数2〜6の直鎖状又は分枝状アルキレン基であり、Rは炭素数1〜8のアラルキル、アリール、又はアルキルであり、nは2〜50である)を示すことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
  6. が炭素数1〜12の非分枝状脂肪族基、炭素数3〜12の分枝状脂肪族基、炭素数4〜8のシクロ脂肪族基、炭素数7〜12の芳香脂肪族基、又は炭素数6〜12のアリール基であり、これらの基の各々は置換されていても置換されていなくてもよく、少なくとも1つのヒドロキシル基、少なくとも1つのエーテル基、及び/又は少なくとも1つのエステル基を含有していてもよいことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
  7. がCHであり、RがCHCHであり、R及びRがそれぞれCHであり、RがCHPhであり、ZがOであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成物。
  8. 前記少なくとも1種の着色剤(B)が、顔料、色素、及びそれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
  9. 前記少なくとも1種の有機溶媒が、101.325kPaにおける沸点が100〜300℃の範囲である溶媒から成る群から選択されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の組成物。
  10. 前記組成物が、少なくとも1種のアルカリ可溶性樹脂(D)をさらに含有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物。
  11. 前記組成物が、
    (a)(メタ)アクリル酸及び/若しくは無水マレイン酸と、(メタ)アクリル酸及び/若しくは無水マレイン酸とは異なる1種以上のエチレン性不飽和モノマーとの共重合体、並びに/又は
    (b)エチレン性不飽和モノカルボン酸若しくはそのエステルと、エポキシ樹脂及びカルボン酸無水物との反応生成物
    である、少なくとも1種のアルカリ可溶性樹脂(D)をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
  12. 前記組成物が少なくとも1種の多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)をさらに含み、この少なくとも1種の多官能性エチレン性不飽和モノマー(E)が、少なくとも1つのエチレン性不飽和基と、エチレン性不飽和基、ヒドロキシル基、及びカルボキシル基から選択される少なくとも1つの更なる官能基とを含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
  13. 前記組成物が、カラーフィルタの調製のための組成物であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物。
  14. 前記カラーフィルタが、液晶ディスプレー、液晶スクリーン、色分解装置、又はセンサー用であることを特徴とする、請求項13に記載の組成物。
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