JP3376335B2 - 新規マレイミド−ノルボルネン系共重合体、その製造方法、光配向架橋膜材料 - Google Patents
新規マレイミド−ノルボルネン系共重合体、その製造方法、光配向架橋膜材料Info
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- C08F222/40—Imides, e.g. cyclic imides
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- C08F8/40—Introducing phosphorus atoms or phosphorus-containing groups
Description
示す新規なマレイミド−ノルボルネン系共重合体、その
製造方法及びそれを用いた光配向架橋膜材料に関するも
のである。
機能材料である。現在の配向膜はポリイミド薄膜で、液
晶分子配向制御機能はラビング法によって発現させてい
る。しかし、このラビングには静電気や塵の発生、不均
一配向性などの欠点がある。
近、ノン・ラビング技術の開発が検討されるようになっ
た。ノン・ラビング技術のうちで特に光配向法が注目さ
れている。光配向法は配向膜へのUV光照射によって達
成させるものであり、光反応のタイプにより(1)光異
性化、(2)光分解、(3)光二量化(光架橋)に分離
される。しかし、これらのうち、光異性化は耐熱性並び
に経時安定性に乏しく、また、光分解は分解した分子に
よりLCD挙動を低下させる欠点を伴う。これに対し
て、光架橋は安定な化学結合を形成させ、さらに分解生
成物を生成しないという長所を有している。
でポリケイヒ酸ビニルについてよく研究されたが、UV
照射による劣化や賦与された液晶配向の耐熱性などの面
で改善点が指摘された。これに対して、側鎖に光反応性
の高いカルコン残基を有するポリ(4−メタクリロイル
オキシカルコン)について検討され、これらの欠点が著
しく改善されることが見出されている。しかしながら、
ポリ(4−メタクリロイルオキシカルコン)のガラス転
移点は80℃程度で、あまり高くない上に、光二量化に
よる光架橋は一般に高密度には起こらないことを考慮す
ると、ポリマーのガラス転移点をもっと高くすることに
よって、さらに安定な光配向架橋能を賦与できると考え
られる。
れ、熱安定性の良好な光配向架橋能を有する新規な高分
子物質を提供することを目的としてなされたものであ
る。
高いガラス転移点を有する高感度光二量化型光架橋性の
高分子物質を開発するために鋭意研究を重ねた結果、反
応性で高ガラス転移点の高分子を賦与するマレイミド及
び高ガラス転移点に加えて良溶解性の高分子を賦与する
ノルボルネンを主鎖中に導入して剛直な重合体骨格を形
成させ、これに側鎖として高感度光二量化型感光基をペ
ンダントさせることにより、熱安定性が良好で加工性に
優れた光配向架橋能を有する高分子物質の得られること
を見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
0ないし15,000である、新規のマレイミド−ノル
ボルネン系共重合体である。更に本発明は、当該マレイ
ミド−ノルボルネン系共重合体の合成方法及び、当該マ
レイミド−ノルボルネン系共重合体から成る光配向架橋
膜材料である。
体は例えばN−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミド
と2−ノルボルネンとをラジカル重合開始剤の存在下で
共重合させ、次いでこのようにして得た共重合体に式
することが出来る。
ン系共重合体を合成するスキームは、以下に述べる通り
である。N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイミド
(I)と2−ノルボルネン(II)をラジカル共重合さ
せてN−(4ーヒドロキシフェニル)マレイミドと2−
ノルボルネンとの共重合体(V)を製造し、当該共重合
体に式(IV)のカルコン誘導体を反応させる、第一工
程を行う。第一工程を[化9]に示し、式中x,y及び
zは1以上の整数である。
(I)、(II)及び(III)からなる共重合体(V
I)を製造する第二工程を順次行うことにより、本発明
の光配向架橋膜材料を得る事ができる。第二工程を[化
10]に示し、式中x,y及びzは前記と同じ意味を持
ち、x1 +x2 =xである。
ヒドロキシフェニル)マレイミドと2−ノルボルネンと
の混合物を、重合溶媒中、ラジカル重合開始剤の存在下
で加熱することにより行われる。この際のN−(4−ヒ
ドロキシフェニル)マレイミドと2−ノルボルネンの使
用割合は、モル比で3:1から1:1の範囲内で選ばれ
る。これよりもN−(4−ヒドロキシフェニル)マレイ
ミドの量が少ないと、後続工程におけるカルコン残基の
導入量が低くなり、所望の感光特性が得られない。
濁重合のいずれでもよいが、第二工程を連続して行い得
るという点で溶液重合が好ましい。この場合、重合溶媒
を用いる場合には、テトラヒドロフラン、ジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシ
ド、ジエチルスルホキシドなどが好適である。そのほ
か、ベンゼン、クロロベンゼンなどの芳香族炭化水素
類、第三ブチルアルコール類も用いられる。
ビスイソブチロニトリル、アゾビスシアノ吉草酸、アゾ
ビスシクロヘキサンカルボニトリルのような炭素ラジカ
ルを発生するアゾ系重合開始剤が用いられる。このラジ
カル重合開始剤の使用量は、通常、単量体重量に基づき
0.05〜5.0重量%の範囲内で選ばれる。
100℃、好ましくは60〜80℃の範囲が好ましい。
これより低い温度では、反応速度が遅く実用的でない
し、副反応を生じ、最終的に得られる共重合体の品質低
下の原因になる。この温度における重合時間は通常10
〜50時間である。このようにして数平均分子量1,0
00〜9,000程度のN−(4−ヒドロキシフェニ
ル)マレイミドと2−ノルボルネンとの共重合体(V)
が白色固体として得られる。
て得た共重合体に、前記式(IV)のカルコン誘導体を
反応させる。この際、縮合剤としてはN,N' −ジシク
ロヘキシルカルボジイミド(DCC)、カルボニルジイ
ミダゾール(CDI)、トリフェニルホスフィン/アゾ
ジカルボン酸ジエチルエステルなどが用いられるが、反
応制御の観点からトリフェニルホスフィン/アゾジカル
ボン酸ジエチルエステルを用いるのが最も好ましい。カ
ルコン誘導体は高分子化合物の側鎖に導入して光配向架
橋膜材料を形成させる感光基として用いられる。
ン誘導体の使用量、反応時間により左右されるが、通常
10〜99モル%、好ましくは30〜90モル%の範囲
である。例えば、共重合体のヒドロキシル基当量より約
1.2倍当量過剰に使用し、40〜50時間反応させた
場合、ヒドロキシル基の約70モル%程度に、カルコン
残基を導入することが出来る。
ロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなど
を用いて行われる。このようにして前記一般式(VI)
の構造を持つ数平均分子量2,000〜15,000の
マレイミド−ノルボルネン系共重合体が、ガラス転移点
140〜190℃の淡黄色固体として得られる。このよ
うにして得られたマレイミド−ノルボルネン系共重合体
は文献未載の新規化合物で、この薄膜に室温下偏光紫外
光照射することにより感度よく光配向架橋膜を形成させ
ることが出来る。
明するが、これらの実施例は本発明の範囲をなんら限定
するものではない。
g(2.65mmol)、2−ノルボルネン 0.25
g(2.65mmol)、アゾビスイソブチロニトリル
0.013g(7.91×10−5mol)、テトラ
ヒドロフラン5mlをアンプル管に仕込み、脱気操作を
3 回行った後に封管した。封管したアンプル管を60〜
65℃に加熱し、24時間重合反応を行った。反応終了
後、アンプル管を開管し内容物であるテトラヒドロフラ
ン溶液を大量のジエチルエーテルに滴下し、沈殿物を回
収し、その回収物を再びテトラヒドロフランに溶かしジ
エチルエーテルに滴下する操作を計3回行った。その後
回収物は減圧乾燥を行い、白色固体を得た。収量は0.
41g、収率は54.7%。400MHz 1HNMR
による解析の結果、N−(4−ヒドロキシフェニル)マ
レイミド:2−ノルボルネン=2:1の比率であること
を確認した。
50g(5.32mmol)、トリフェニルホスフィン
1.40g(5.32mmol)、4−(3−ヒドロ
キシプロポキシ)カルコン 1.50g(5.32mm
ol)をテトラヒドロフラン45mlに溶解し、そこに
アゾジカルボン酸ジエチルエステル(40%トルエン溶
液) 2.32g(5.32mmol)を滴下し、滴下
終了後室温で48時間撹拌・反応を行った。反応終了
後、反応混合物をジエチルエーテルに加え沈殿物を回収
し、その回収物をテトラヒドロフランに溶解させ、再び
ジエチルエーテルに滴下し、沈殿物を回収するという操
作を3回行った。回収物はその後減圧乾燥を行い、淡緑
色の固体を得た。収量は2.73g、収率は68.3
%。400MHz 1H NMRによる解析の結果、高
分子の水酸基に対して4−(3−ヒドロキシプロポキ
シ)カルコンは43%反応していることが分かった。
0g(5.32mmol)、トリフェニルホスフィン
2.10g(7.98mmol)、4−(3−ヒドロキ
シプロポキシ)カルコン 2.25g(7.98mmo
l)をテトラヒドロフラン 45mlに溶解し、そこに
アゾジカルボン酸ジエチルエステル(40%トルエン溶
液) 3.48g(7.98mmol)を滴下し、滴下
終了後室温で48時間撹拌・反応を行った。反応終了
後、反応混合物をジエチルエーテルに加え沈殿物を回収
し、その回収物をテトラヒドロフランに溶解させ、再び
ジエチルエーテルに滴下し、沈殿物を回収するという操
作を3回行った。回収物はその後減圧乾燥を行い、淡緑
色の固体を得た。収量は2.30g、収率は57.5
%。400MHz 1H NMRによる解析の結果、高
分子の水酸基に対して4−(3−ヒドロキシプロポキ
シ)カルコンは51%反応していることが分かった。
0g(5.32mmol)、トリフェニルホスフィン
2.52g(9.58mmol)、4? (3?ヒドロキ
シプロポキシ)カルコン 2.70g(9.58mmo
l)をテトラヒドロフラン 45mlに溶解し、そこに
アゾジカルボン酸ジエチルエステル(40%トルエン溶
液) 4.18g(9.58mmol)を滴下し、滴下
終了後室温で48時間撹拌・反応を行った。反応終了
後、反応混合物をジエチルエーテルに加え沈殿物を回収
し、その回収物をテトラヒドロフランに溶解させ、再び
ジエチルエーテルに滴下し、沈殿物を回収するという操
作を3回行った。回収物はその後減圧乾燥を行い、淡緑
色の固体を得た。収量は3.20g、収率は80.0
%。400MHz 1H NMRによる解析の結果、高
分子の水酸基に対して4−(3−ヒドロキシプロポキ
シ)カルコンは67%反応していることが分かった。
液を作製し、そのクロロホルム溶液を石英基板上に展開
し、スピンコート法(500rpm、30秒)により約
1000オングストロームの厚みの薄膜を作製した。作
製した薄膜に500W高圧水銀ランプから得られる紫外
光を各時間ごとに照射し、各時間ごとに紫外−可視分光
光度計を用いてカルコン残基の内部オレフィンに起因す
る吸収ピークの変化から、紫外光照射量に対するカルコ
ン残基の二量化率を算出した。この結果を図1に示す。
また、偏光偏光紫外照射装置の概略を図2に示す。この
グラフよりこの共重合体が高感度に光二量化架橋反応を
起こすことが分かる。
液を作製し、そのクロロホルム溶液を石英基板上に展開
し、スピンコート法(500rpm、30秒)により約
1000オングストロームの厚みの薄膜を作製した。作
製した薄膜に図3に示す偏光紫外光照射装置を用いて5
00W高圧水銀ランプから得られる紫外光に偏光プリズ
ムを介して生成した直線偏光紫外光を各時間ごとに照射
し、各時間ごとに偏光解析型紫外−可視分光光度計を用
いてカルコン残基の内部オレフィンに起因する吸収ピー
クの偏光方向依存性を調べ、照射量に対する高分子薄膜
の二色性比を図3に示す方法により算出し、結果を図4
に示す。尚、図4はカルコン残基がポリマー中の水酸基
に対して50%導入されたポリマー薄膜を、22mW/
cm2 の光強度で照射した場合の結果である。このグラ
フより本発明の共重合体薄膜は高感度に光配向架橋能を
示すことが分かる。また、形成された光配向架橋部は長
時間変化せず安定に留まっていた。
架橋能を有する新規化合物であり、しかも光配向架橋部
は優れた安定性を示す。
フである。
示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 (A)式 【化1】 で表される構成単位、(B)式 【化2】 で表される構成単位、(C)式 【化3】 で表される構成単位から成り、数平均分子量が2,00
0ないし15,000である事を特徴とする、マレイミ
ド−ノルボルネン系共重合体。 - 【請求項2】 N−(4−ヒドロキシフェニル)マレイ
ミドと2−ノルボルネンとを、ラジカル重合開始剤の存
在下で共重合させて、更に式 【化4】 で表されるカルコン誘導体を反応させることを特徴とす
る、請求項1記載のマレイミド−ノルボルネン系共重合
体の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1記載のマレイミド−ノルボルネ
ン系共重合体から構成される、光配向架橋膜材料。
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