JP2020019839A - 組成物、硬化物、硬化物の製造方法、塩、並びにポリイミド膜形成用組成物の経時変化抑制及び成膜性向上剤 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、製膜性の向上を目的とした、ポリアミック酸及び塩基性含窒素化合物を含む樹脂組成物が開示されている。
製膜性及び経時安定性のいずれにも優れる組成物が求められている。
下記式(1)で表される塩を含む組成物である。
本発明の第3の態様は、第1の態様の組成物を適用して膜を形成すること、及び、
前記膜を加熱することを含む、硬化物の製造方法である。
本発明の第4の態様は、下記一般式(1)で表される塩である。
また、本明細書において、「〜」は特に断りがなければ以上から以下を表す。
第1の態様に係る組成物は、上記一般式(1)で表される塩を含む。
上記塩は製膜性及び経時安定性に寄与し得る。
また、本発明は上記一般式(1)で表される塩、ポリイミド膜形成用組成物の経時変化抑制及び成膜性向上剤に関するものでもあり、第4の態様に係る発明は上記一般式(1)で表される塩であり、第5の態様に係る発明は、第4の態様の塩を含む、ポリイミド膜形成用組成物の経時変化抑制及び成膜性向上剤である。
(アニオン部分)
上記式(1)中、Aは、1又は2以上の脂環基を含み、上記式中のn個の−COO−M+及び(4−n)個の−COOHがそれぞれ独立して上記1又は2以上の脂環基に直接又は連結基を介して結合している4価の有機基を表す。
本発明の効果をより確実に達成する観点から、nは2以上4以下が好ましく、2又は3がより好ましい。
上記連結基としては、アルキレン基、アルキレンオキシ基、シクロアルキレン基又はシクロアルキレンオキシ基が挙げられ、アルキレン基又はアルキレンオキシ基が好ましく、アルキレン基がより好ましい。
上記アルキレン基、上記アルキレンオキシ基におけるアルキレン部分としては、置換基を有していてもよい炭素原子数1以上5以下(好ましくは炭素原子数1以上3以下、より好ましくは炭素原子数1又は2)のアルキレン基が挙げられる。アルキレン基の具体例としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基等が挙げられ、メチレン基、エチレン基又はプロピレン基が好ましく、メチレン基又はエチレン基がより好ましい。
上記シクロアルキレン基、上記シクロアルキレンオキシ基におけるシクロアルキレン部分としては、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基が挙げられる。
上記式中のn個の−COO−M+及び(4−n)個の−COOHは上記1又は2以上の脂環基に直接結合していることが好ましい。
4価の有機基Aとしては、炭素原子数4以上40以下(好ましくは炭素原子数5以上30以下、より好ましくは炭素原子数6以上25以下、更に好ましくは炭素原子数6以上20以下)の4価の有機基が挙げられ、上記1又は2以上の脂環基以外に芳香族基(例えば、ベンゼン環基、ナフタレン環基等)を含んでいてもいなくてもよいが芳香族基は含んでいないことが好ましい。
Aにおいて、1又は2以上の脂環基及び上記芳香族基は縮合していてもしていなくてもよい。
1又は2以上の脂環基はスピロ結合により連結していてもしていなくてもよい。
4価の有機基Aは環構成原子としてヘテロ原子(例えば、酸素原子、イオウ原子、窒素原子)、ケト基(−CO−)又は不飽和結合(例えば、炭素−炭素二重結合、炭素−炭素三重結合)を含んでいてもいなくてもよい。
4価の有機基Aは置換基を有していてもいなくてもよい、
有機基Aが含む上記脂環基の数としては、1以上6以下が好ましく、1以上5以下がより好ましい。
上記脂環基は、環内を橋架けする架橋基を含んでいてもいなくてもよく、上記架橋基としては、炭素原子数1以上5以下(好ましくは炭素原子数1以上3以下、より好ましくは炭素原子数1又は2)の2価の基が挙げられる。
架橋基を含む脂環基としては具体的には、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造等を含む基が挙げられる。
上記架橋基としては、アルキレン基、エーテル結合(−O−)、チオエーテル結合(−S−)、ケト基又はそれらの少なくとも2つを組み合わせた2価の基が好ましく、アルキレン基、エーテル結合、チオエーテル結合又はそれらの少なくとも2つを組み合わせた2価の基がより好ましく、アルキレン基、エーテル結合、チオエーテル結合又はそれらの少なくとも2つを組み合わせた2価の基が更に好ましく、アルキレン基、エーテル結合又はチオエーテル結合が特に好ましく、アルキレン基が最も好ましい。
上記脂環基は、置換基を有していてもいなくてもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられる。
置換基としての有機基としては、炭素原子数1以上10以下の有機基が挙げられる。有機基の好適な例としては、アルキル基、アルコキシ基等が挙げられる。
上記アルキル基としては、炭素原子数1以上10以下のアルキル基が挙げられる。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が挙げられ、炭素原子数1以上4以下のアルキル基が好ましい。
アルキル基は、置換基を有していてもよい。アルキル基が置換基を有するとき、当該置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基等が挙げられる。
アルコキシ基は、置換基を有していてもよい。アルコキシ基が置換基を有するとき、当該置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基等が挙げられる。
上記4価の有機基Aの好ましい態様の1つとして、下記式(a2)で表される4価の基が挙げられる。
なお、式(a2)中のmは、原料化合物の精製が容易である点から、mは5以下が好ましく、3以下がより好ましい。また、化学的安定性の観点から、mは1以上が好ましく、2以上がより好ましい。
式(a2)中のmは、2又は3が特に好ましい。
上記式(1)における含窒素複素環(M)を含むカチオンM+は、1以上(好ましくは1以上5以下、より好ましくは2以上4以下、更に好ましくは2又は3)の窒素原子を含む炭素原子数2以上30以下(好ましくは2以上20以下、より好ましくは3以上15以下、更に好ましくは3以上10以下)の含窒素複素環を含むカチオンが挙げられ、芳香族性若しくは非芳香族性の含窒素複素環を含むカチオンのいずれであってもよく、芳香族含窒素複素環を含むカチオンが好ましい。
含窒素複素環(M)を含むカチオンM+は環を構成する原子として窒素原子以外のヘテロ原子(例えば、酸素原子、イオウ原子等)を含んでいてもいなくてもよく、置換基を有していてもいなくてもよい。
R11についての有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、及びアリール基等が挙げられる。上記アルキル基、上記シクロアルキル基、上記アラルキル基、及び上記アリール基は、置換基を有していてもよい。上記置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、及びヨウ素原子等のハロゲン原子;シアノ基;ニトロ基;メトキシ基、エトキシ基、及びtert−ブトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基、及びp−トリルオキシ基等のアリールオキシ基;アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、及びベンゾイルオキシ基等のアシルオキシ基;メトキシカルボニル基、及びブトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;フェノキシカルボニル基等のアリールオキシカルボニル基;ビニルオキシカルボニル基、及びアリルオキシカルボニル基等のアルケニルオキシカルボニル基;アセチル基、ベンゾイル基、イソブチリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、及びメトキサリル基等のアシル基;メチルスルファニル基、及びtert−ブチルスルファニル基等のアルキルスルファニル基;フェニルスルファニル基、及びp−トリルスルファニル基等のアリールスルファニル基;メチルアミノ基、及びシクロヘキシルアミノ基等の脂肪族第二級アミノ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モルホリノ基、及びピペリジノ基等の脂肪族第三級アミノ基;フェニルアミノ基、p−トリルアミノ基等の芳香族第二級アミノ基;メチル基、エチル基、tert−ブチル基、及びドデシル基等のアルキル基;フェニル基、p−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基等のアリール基;ヒドロキシ基;カルボキシ基;スルホンアミド基;ホルミル基;メルカプト基;スルホ基;メシル基;p−トルエンスルホニル基;第一級アミノ基;ニトロソ基;トリフルオロメチル基、及びトリクロロメチル基等のハロゲン化アルキル基;トリメチルシリル基;ホスフィニコ基;ホスホノ基;アルキルスルホニル基;アリールスルホニル基;トリアルキルアンモニウム基;ジメチルスルホニウミル基;トリフェニルフェナシルホスホニウミル基等が挙げられる。
sは3以上5以下の整数であることが好ましく、3又は4であることがより好ましい。
R21及びR22は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR21は互いに結合して環を形成していてもよい。R23、及びR24は互いに結合して環を形成していてもよい。2つのR23は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR25は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR26は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR27は互いに結合して環を形成していてもよい。R28、及びR29は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR28は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR30は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR31は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR32は互いに結合して環を形成していてもよい。)
RH、及びR21〜R32についてのアルキル基としては、直鎖アルキル基であっても、分岐鎖アルキル基であってもよい。当該アルキル基の炭素原子数は特に限定されない。アルキル基の炭素原子数は、1以上20以下が好ましく、1以上10以下がより好ましく、1以上5以下が特に好ましい。
RH、及びR21〜R32についてのアルキル基の具体例としては、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−エチル−n−ヘキシル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、及びn−イコシル基が挙げられる。
R21〜R32についてのアルケニル基としては、炭素原子数2以上10以下のアルケニル基が好ましい。アルケニル基の具体例としては、ビニル基、アリル基、及びスチリル基等が挙げられる。
R21〜R32についてのアルキニル基としては、炭素原子数2以上10以下のアルキニル基が好ましい。アルキニル基の具体例としては、エチニル基、プロピニル基、及びプロパルギル基等が挙げられる。
上記塩は、上記式(1)における4価の有機基Aに4個の−COOHが直接若しくは連結基を介して結合しているテトラカルボン酸化合物と、上記含窒素複素環化合物(M)とを任意の条件にて混合して反応(例えば、中和反応)することにより製造することができる。
また、下記ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とからなるモノマー成分、ポリアミック酸及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1つの樹脂前駆体ないしは樹脂の質量に対する上記塩の質量の割合が1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、5質量%以上30質量%以下であることがより好ましく、7質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。
第1の態様に係る組成物は、本発明の効果をより確実に達成する観点から、ジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物とからなるモノマー成分、ポリアミック酸(D)及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1つの樹脂前駆体ないしは樹脂を更に含むことが好ましく、ポリアミック酸(D)を更に含むことがより好ましい。
ポリアミック酸(D)は、組成物を硬化させた際に生成するポリイミドの樹脂前駆体である。ポリアミック酸(D)は、通常、テトラカルボン酸二無水物と、ジアミン化合物とからなるモノマー成分を縮合することにより得ることができる。
ポリアミック酸は、下記式(d1)で表される構造単位を有し得る。
式(d1)で表される構造単位を生成させるテトラカルボン酸二無水物は、下記式(d1−1)で表される。
式(d1−1)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、後述のジアミン化合物と反応して、式(d1)で表される構造単位を有するポリアミック酸(D)を与える。かかるテトラカルボン酸二無水物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
置換基の好適な例としては、フッ素原子、炭素原子数1以上6以下のアルキル基、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルキル基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルコキシ基が好ましく、また、式(d1−1)に表される酸無水物基の他にカルボキシ基、カルボン酸エステル基を含んでいてもよい。
置換基がフッ素化アルキル基又はフッ素化アルコキシ基である場合、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルコキシ基であるのが好ましい。
以上の置換基については、後述の芳香族基が芳香環上に有していてもよい1又は複数の置換基についても同様のことがいえる。
Dを構成する炭素原子数は8以上がより好ましく、12以上が更に好ましい。また、Dを構成する炭素原子数は40以下がより好ましく、30が更に好ましい。Dは、脂肪族基であっても、芳香族基であっても、これらの構造を組合せた基であってもよい。Dは、炭素原子、及び水素原子の他に、ハロゲン原子、酸素原子、及び硫黄原子を含んでいてもよい。Dが酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子を含む場合、酸素原子、窒素原子、又は硫黄原子は、含窒素複素環基、−CONH−、−NH−、−N=N−、−CH=N−、−COO−、−O−、−CO−、−SO−、−SO2−、−S−、及び−S−S−から選択される基として、Dに含まれてもよく、−O−、−CO−、−SO−、−SO2−、−S−、及び−S−S−から選択される基として、Dに含まれることがより好ましい。
なお、原料化合物の精製が容易である点から、式(d2)中のdは5以下が好ましく、3以下がより好ましい。また、式(d1)で表される構造単位を与える原料化合物の化学的安定性が優れることから、dは1以上が好ましく、2以上がより好ましい。
式(d2)中のdは、2又は3が特に好ましい。
すなわち、Rd1、Rd2及びRd3は、炭素−炭素の一重結合、炭素−酸素−炭素のエーテル結合又はハロゲン元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)を含んでいてもよく、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)プロパン二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ベンゼン二無水物等が挙げられる。
なお、これらと同じ基本骨格を有するテトラカルボン酸の酸塩化物、エステル化物等も、用いることができる。
ジアミン化合物は、下記式(d3−1)で表される化合物を典型的に用いることができる。ジアミン化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
H2N−B−NH2・・・(d3−1)
(式(d3−1)中、Bは2価の有機基を表す。)
置換基の好適な例としては、フッ素原子、炭素原子数1以上6以下のアルキル基、炭素原子数1以上6以下のアルコキシ基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルキル基、炭素原子数1以上6以下のフッ素化アルコキシ基又は水酸基が好ましい。
置換基がフッ素化アルキル基又はフッ素化アルコキシ基である場合、パーフルオロアルキル基又はパーフルオロアルコキシ基であるのが好ましい。
Bは、脂肪族基であってもよいが、1以上の芳香環を含む有機基であることが好ましい。
また、Bに含まれる芳香環は、芳香族複素環であってもよい。
Qの例示における、−C6H4−はフェニレン基であり、m−フェニレン基、及びp−フェニレン基が好ましく、p−フェニレン基がより好ましい。また、−C10H6−は、ナフタレンジイル基であり、ナフタレン−1,2−ジイル基、ナフタレン−1,4−ジイル基、ナフタレン−2,3−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基、及びナフタレン−2,7−ジイル基が好ましく、ナフタレン−1,4−ジイル基、及びナフタレン−2,6−ジイル基がより好ましい。)
すなわち、芳香族ジアミンとしては、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、9,9−ビス(4−アミノ−3−メチルフェニル)フルオレン、及び4,4’−[1,4−フェニレンビス(1−メチルエタン−1,1−ジイル)]ジアニリン等が挙げられる。これらの中では、価格、入手容易性等から、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、及び4,4’−ジアミノジフェニルエーテルが好ましい。
式(Si−1)中のR112及びR113における、炭素原子数6以上20以下のアリーレン基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数6以上20以下の芳香族基が好ましく、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられる。
式(Si−1)中のR113、R115、R116、及びR117における炭素原子数3以上20以下のシクロアルキル基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数3以上10以下のシクロアルキル基が好ましく、具体的には、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
式(Si−1)中のR114、R115、R116、及びR117における炭素原子数6以上20以下のアリール基としては、耐熱性、残留応力の観点から炭素原子数6以上12以下のアリール基が好ましく、具体的には、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
式(Si−1)中のR114、R115、R116、及びR117における炭素原子数20以下のアミノ基を含む基としては、アミノ基、置換したアミノ基(例えば、ビス(トリアルキルシリル)アミノ基)等が挙げられる。
式(Si−1)中のR114、R115、R116、及びR117における−O−R118で表される基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロピルオキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基、トリルオキシ基、ナフチルオキシ基、プロペニルオキシ基(例えば、アリルオキシ基)、及びシクロヘキシルオキシ基等が挙げられる。
中でも、R114、R115、R116、及びR117として、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基である。
式(d1)で表される構造単位を有するポリアミック酸(D)は、典型的には、上述の式(d1−1)で表されるテトラカルボン酸二無水物と、上述の式(d3−1)で表されるジアミン化合物とを溶剤中で反応させて得られるポリマーであり、ジアミン化合物及び/又はテトラカルボン酸二無水物をそれぞれ1種又は2種類以上を用いて得られるポリマーであってもよい。例えば、ジアミン化合物と2種類以上のテトラカルボン酸二無水物を含む混合物とを重縮合して得られるポリマーであってもよい。また、ポリアミック酸(D)は、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
また、得られるポリミック酸(D)の重量平均分子量は、その用途にあわせて適宜設定すればよいが、例えば5000以上であり、7500以上が好ましく、10000以上がより好ましい。一方、得られるポリミック酸(D)の重量平均分子量は、例えば100000以下であり、80000以下が好ましく、75000以下がより好ましい。
この重量平均分子量は、テトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物の配合量や、溶媒や反応温度等の反応条件を調整して、上述の値とすればよい。
上記のようにポリアミック酸(D)を含む溶液をそのまま組成物の調製に用いることもできるし、減圧下に、ポリアミック酸のポリイミド樹脂への変換が生じない程度の低温で、ポリアミック酸(D)の溶液から溶剤の少なくとも一部を除去して得られる、ポリアミック酸のペースト又は固体を樹脂組成物の調製に用いることもできる。
第1の態様に係る組成物は、塗布性の点で溶剤(S)を含有することが好ましい。組成物は、固体を含むペーストであってもよく、溶液であってもよいが、溶液であることが好ましい。溶剤(S)は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
溶剤(S)の種類は、本発明の目的を阻害しない範囲で、特に限定されず、水、エチ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、エチレングリコールモノプロピルエーテル、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、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、及びジエチレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコールモノエーテル;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、プロピ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エチルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、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、及びジエチレングリコールジプロピルエーテル等のグリコールジエーテル;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、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、及びジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のグリコールモノアセテート;ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノフェニ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、2−メトキシブチルアセテート、3−メトキシブチルアセテート、4−メトキシブチルアセテート、2−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−メチル−3−メトキシブチルアセテート、3−エチル−3−メトキシブチルアセテート、2−エトキシブチルアセテート、4−エトキシブチルアセテート、4−プロポキシブチルアセテート、2−メトキシペンチルアセテート、3−メトキシペンチルアセテート、4−メトキシペンチルアセテート、2−メチル−3−メトキシペンチルアセテート、3−メチル−3−メトキシペンチルアセテート、3−メチル−4−メトキシペンチルアセテート、及び4−メチル−4−メトキシペンチルアセテート等のジオール類のモノエーテルモノアセテート;アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルシソブチルケトン、エチルイソブチルケトン、及びシクロヘキサノン等のケトン類;プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、2−ヒドロキシプロピオン酸メチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、2−ヒドロキシ−2−メチル、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、エチル−3−プロポキシプロピオネート、プロピル−3−メトキシプロピオネート、イソプロピル−3−メトキシプロピオネート、エトキシ酢酸エチル、オキシ酢酸エチル、2−ヒドロキシ−3−メチルブタン酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、炭酸メチル、炭酸エチル、炭酸プロピル、炭酸ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、ピルビン酸ブチル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、及びγ−ブチロラクトン等のエステル類;ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ベンジルメチルエーテル、ベンジルエチルエーテル、及びテトラヒドロフラン等のエーテル類;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、クレゾール、及びクロロベンゼン等の芳香族類;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、n−ヘキサノール、及びシクロヘキサノール等の脂肪族アルコール類;ポリエチレングリコール、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、及びジプロピレングリコール等のグリコール類;グリセリン;等が挙げられる。
また、上述のテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物との反応に用いられる溶剤も同様に挙げられ、ジアミン化合物とテトラカルボン酸二無水物とからなるモノマー成分、ポリアミック酸(D)及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1つの樹脂前駆体ないしは樹脂を更に含む場合の、第1の態様に係る組成物における溶媒として、好適に用いることができる。
第1の態様に係る組成物は、必要に応じて、各種の樹脂又は添加剤を含有していてもよい。樹脂としては、アルカリ可溶性樹脂又は露光若しくは加熱されることで現像液(アルカリ現像液または溶剤現像液)に対する溶解性が高まる樹脂等が挙げられる。また、樹脂は、エチレン性不飽和基を有してもよく、エチレン性不飽和基を有さなくてもよい。添加剤としては、着色剤、分散剤、増感剤、硬化促進剤、充填剤、密着促進剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、凝集防止剤、熱重合禁止剤、消泡剤、界面活性剤等が挙げられる。
樹脂の含有量は、第1の態様に係る組成物が、一般式(1)で表される化合物を含む場合は、溶媒を除く組成物全体に対して、例えば、10質量%以上90質量%以下の範囲で適宜調整すればよく、好ましくは20質量%以上80質量%以下である。第1の態様に係る組成物が、一般式(1)で表される化合物に由来する重合体を含む場合は、樹脂の含有量は、溶媒を除く組成物全体に対して、例えば、1質量%以上90質量%以下の範囲で適宜調整すればよく、好ましくは10質量%以上80質量%以下である。
各種添加剤の添加量は、第1の態様に係る溶剤を除く組成物全体に対して、例えば、0.001質量%以上60質量%以下の範囲で適宜調整すればよく、好ましくは0.1質量%以上5質量%以下である。
第1の態様に係る組成物が熱硬化性組成物である場合、第1の態様に係る組成物は、必要に応じて、硬化剤、硬化促進剤、脱水縮合剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、離型剤、可塑剤、充填材、及び強化材等の添加剤や強化材を含んでいてもよい。
また、第1の態様に係る組成物は処理液等の用途(金属表面処理、現像処理、エッチング処理等の用途)として用いてもよい。第1の態様に係る組成物が処理液用組成物である場合、式(1)で表される塩の他、上記溶剤(S)を含むことが好ましい。処理液用組成物は、任意に、pH調整剤、界面活性剤、防腐剤、粘度調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、又は着色剤等の添加剤をこれらが通常使用される範囲の量において含んでいてもよい。
第1の態様に係る組成物は、上記の各成分を撹拌機で混合することにより調製される。なお、調製され第1の態様に係る組成物が均一となるよう、メンブランフィルタ等を用いて濾過してもよい。
第1の態様に係る組成物は、表示素子、集積回路素子、固体撮像素子等の電子部品用の保護膜、層間絶縁膜、平坦膜、絶縁膜を形成するための組成物や、これらの電子部品の製造過程における処理剤又は犠牲膜用組成物として用いることができる。
第2の態様に係る硬化物は、第1の態様の組成物の硬化物である。
第2の態様に係る硬化物は、液晶表示素子、集積回路素子、固体撮像素子等の電子部品用の保護膜、層間絶縁膜、平坦膜、絶縁膜として用いることができる。
第3の態様に係る硬化物の製造方法は、第1の態様の組成物を(好ましくは基材上に)適用して膜を形成すること、及び上記膜を加熱することを含む。
(膜形成工程)
第1の態様の組成物を適用して膜を形成する方法としては特に制限はないが、例えば、ロールコータ、リバースコータ、バーコータ等の接触転写型塗布装置やスピンナー(回転式塗布装置)、カーテンフローコータ等の非接触型塗布装置を用いて塗布する方法が挙げられる。
上記塗布後の塗膜は乾燥(プリベーク)することが好ましい。乾燥方法は、特に限定されず、例えば、(1)ホットプレートにて70℃以上120℃以下、好ましくは80℃以上100℃以下の温度にて、例えば60秒間以上20分間以下乾燥させる方法、(2)室温にて数時間〜数日間放置する方法、(3)温風ヒータや赤外線ヒータ中に数十分間〜数時間入れて溶剤を除去する方法等が挙げられる。
塗布後には、塗膜からの脱気や、溶剤(S)の除去を促す目的で、塗膜を減圧雰囲気においてもよい。減圧雰囲気の真空度は特に限定されないが、300Pa以下が好ましく、150Pa以下がより好ましく、100Pa以下が更に好ましい。
塗膜の厚さは、特に限定されない。典型的には、塗膜の厚さは、2μm以上100μm以下が好ましく、3μm以上50μm以下がより好ましい。塗膜の厚さは、塗布方法や樹脂組成物の固形分濃度や粘度を調節することにより、適宜制御することができる。
また、塗膜の加熱を低温で行う場合には、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリブチレンテレフタレート(PBT)等の樹脂からなる耐熱性の低い基材を用いることもできる。
上記形成された塗膜は、70℃以上550℃以下で加熱されることが好ましい。
上記塗膜を加熱する場合、加熱温度は、例えば、120℃以上500℃以下、好ましくは150℃以上450℃以下に設定される。このような範囲の温度で塗膜を加熱することにより、生成するポリイミドの熱劣化や熱分解を抑制しつつ、安定的に硬化物を生成させることができる。
また、塗膜の加熱を高温で行う場合、多量のエネルギーの消費や、高温での処理設備の経時劣化が促進される場合があるため、塗膜の加熱をこれより低い温度で行うことも好ましい態様である。
また、ポリイミドの黄色度を低減させる観点や、より円滑にポリアミック酸からポリイミドに変換する観点から、加熱時の雰囲気(酸素濃度等のガス組成)を調整したり、加熱時あるいは加熱前後に減圧工程を組み合わせることもできる。
(テトラカルボン酸二無水物の調製)
国際公開第2011/099518号の合成例1、実施例1及び実施例2に記載された方法に従って、下記式で表されるテトラカルボン酸二無水物(CpODA:ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物)を調製した。
100mlの三口フラスコをヒートガンで加熱して十分に乾燥させた。次に、十分に乾燥させた上記三口フラスコ内の雰囲気ガスを窒素で置換して窒素雰囲気とした。次いで、上記三口フラスコ内に上記テトラカルボン酸二無水物(CpODA)を1.00g(2.60mmol)を導入した後、更に、溶媒としてNMP(N−メチルピロリドン)を添加して撹拌して溶解液を得た。
次に、上記溶解液を含有する三口フラスコ内に、窒素雰囲気下を維持し塩酸1質量%濃度を10ml添加して1時間撹拌した。
その後撹拌中の溶液に純水を投入することにより白色の沈殿物が発生し、吸引濾過を行い下記式で表されるテトラカルボン酸を固形物として0.98g(2.33mmol)得た。
δ(ppm):12.10−11.75(OH,4H),2.90(CH,2H),2.65(CH2,4H),2.38(CH,2H),2.18(CH2,4H),1.92(CH2,2H),1.78(CH,2H),1.75−58(CH,2H),1.15(CH,2H)
上記テトラカルボン酸0.42g(1.00mmol)とイミダゾール0.14g(2.00mmol)をすり鉢に導入し、15分間加圧することにより目的物である下記式で表されるジイミダゾール塩(以下、単に「化合物1」ということがある。)を得た(収量0.55g,収率98%,白色固体)。
カチオン帰属δ(ppm):7.01(CH,4H),7.65(CH,2H)
アニオン帰属δ(ppm):2.90(CH,2H),2.65(CH,2H),2.40(CH2,2H),2.20(CH,2H),1.94(CH2,4H),1.78(CH,2H),1.75−1.58(CH,4H),1.15(CH,2H)
30mlの三口フラスコをヒートガンで加熱して十分に乾燥させた。次に、三口フラスコ内の雰囲気ガスを窒素で置換し、三口フラスコ内を窒素雰囲気とした。三口フラスコ内に、4,4’−ジアミノベンズアニリド0.90mmol(DABAN)を添加した後、N,N,N’,N’−テトラメチルウレア(TMU)を添加した。三口フラスコの内容物を撹拌して、TMU中に芳香族ジアミン(DABAN)が分散したスラリー液を得た。
次に、三口フラスコ内に上記テトラカルボン酸二無水物(CpODA)0.90mmol添加した後、窒素雰囲気下に、室温(25℃)で12時間フラスコの内容物を撹拌して反応液を得た。このようにして反応液中にポリアミック酸を20.0質量%含有する反応液(ポリアミック酸溶液)を調製した。
(実施例1の組成物の調製)
上記ポリアミド酸溶液(ポリアミック酸の濃度:20.0質量%)に対して、合成例1で得られた粉末(化合物1)を0.9g添加し強く撹拌することにより溶解させて、上記溶媒と上記ポリアミック酸と上記化合物1とを含有する実施例1の組成物(ポリイミド形成用混合液(ワニス))を調製した。なお、このようにして得られたポリイミド形成用混合液においては、上記ポリアミック酸と上記化合物1との合計の含有量は16.5質量%であった。
合成例1で得た上記化合物1の粉末を用いる代わりに合成例2で得た上記化合物2の粉末を用いること以外は、(実施例1の組成物の調製)と同様にして実施例2の組成物(ポリイミド形成用混合液(ワニス))を調製した。
また、上記化合物1の代わりにイミダゾールを用いること以外は実施例1と同様の手法により組成物(ポリイミド形成用混合液(ワニス))を調製した比較例1の組成物、すなわち、上記溶媒と上記ポリアミック酸とイミダゾールとを含有する組成物を調製した。
また、上記化合物1を含有させないこと以外は実施例1と同様の手法により組成物(ポリイミド形成用混合液(ワニス))を調製した比較例2の組成物、すなわち、上記溶媒と上記ポリアミック酸とを含有する組成物を調製した。
実施例1及び2並びに比較例1及び2の組成物について、以下のように製膜性を試験した。
まず、各組成物を100mm×100mmのガラス基材上にスピンコートし、大気圧から50Paまで減圧乾燥(VCD)した。いったん大気圧に戻した後、大気圧条件下80℃においてホットプレート上にて10分間プリベークし、次いで、窒素雰囲気下360℃にて30分間ポストベーク(焼成)して膜厚15μmの硬化物(ポリイミド膜)を得た。
このようにして得られたポリイミド膜について、目視にて、形状よく製膜されているか観察した。なお、評価は以下の基準に基づいて行った。
○:概ね平滑な膜となることが観察され、亀裂が入っていないことが確認された。
×:膜に亀裂が入っていることが観察された。
結果を下記表1に示す。
一方、イミダゾール塩を含む実施例1及び2の組成物はいずれも製膜性及び経時安定性いずれにも優れていた。
Claims (7)
- 前記含窒素複素環を含むカチオンが下記式(2)〜(11)のいずれかで表されるカチオンである、請求項1に記載の組成物。
R21及びR22は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR21は互いに結合して環を形成していてもよい。R23、及びR24は互いに結合して環を形成していてもよい。2つのR23は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR25は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR26は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR27は互いに結合して環を形成していてもよい。R28、及びR29は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR28は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR30は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR31は互いに結合して環を形成していてもよい。少なくとも2つのR32は互いに結合して環を形成していてもよい。) - ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物成分とからなるモノマー成分、ポリアミック酸及びポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1つの樹脂前駆体又は樹脂を更に含む、請求項1又は2に記載の組成物。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物の硬化物。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物を適用して膜を形成すること、及び、
前記膜を加熱することを含む、硬化物の製造方法。 - 請求項6に記載の塩を含む、ポリイミド膜形成用組成物の経時変化抑制及び成膜性向上剤。
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