JP4463648B2 - 光ラジカル発生剤、感光性樹脂組成物及び、物品 - Google Patents
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Description
さらに詳しくは、耐熱性及び安定性が高く、モノマー等の他の成分との相溶性や溶剤への溶解性が良く、透明性が高く、ラジカル反応後に低分子量の分解物や不安定な未反応体の残留が非常に少ない光ラジカル発生剤に関する。また本発明は、当該光ラジカル発生剤を含有し、感度が高く、保存安定性が良く、光照射時に開始剤に起因する揮発成分及び臭気の発生が少ない感光性樹脂組成物、さらには、該感光性樹脂組成物により少なくとも一部分が形成された、開始剤由来の低分子又は不安定残留物が非常に少ない、高耐熱性、高安定性、高品質の物品に関する。
一般に多く用いられるネガ型の感光性樹脂の一つに、エチレン性不飽和結合を一つ以上有する化合物、光照射によりラジカルを発生させる光ラジカル開始剤、及び、必要に応じて、現像性や塗膜の柔軟性等を付与する高分子化合物、無機フィラー、顔料等を配合した樹脂組成物がある。この組成物に放射線を照射すると、エチレン性不飽和結合を有する化合物がラジカル反応により結合し、大分子量化して硬化する。この硬化反応の際に、架橋反応により3次元網目構造が発達することにより、得られる硬化物の硬度、強度、密着性、耐溶剤性、耐熱性が向上する。
ポストベークの条件を、より高温で、より長時間にすることによってラジカル開始剤由来の残存物をより多く除去することが可能であるが、固体中からの揮発の為、完全に除去することは困難である。より多くのラジカル開始剤由来の不純物を除去する為に条件を厳しくすると、その条件が、かえって製品不良を起こす原因となる。
本発明は、これらの目的のうち少なくともひとつを解決するものである。
7員環イミド構造含有基によって発生したラジカルは水素引抜きのメカニズムを経るため、エチレン性不飽和結合等の一般的なラジカル重合性基だけでなく、芳香環等種々の化合物とも反応可能である。従って、化合物(a)は、一般的な光ラジカル重合開始剤として用いられるだけでなく、様々なラジカル反応の開始剤又は促進剤として用いることが可能であり、例えば低分子量の芳香族化合物や芳香族ポリマーを含有する樹脂組成物の架橋剤として用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、耐熱性が高く、しかも溶剤や他の配合成分に対する溶解性、相溶性が極めて高い化合物(a)からなる光ラジカル発生剤を開始剤として含有するので、樹脂組成物の状態での耐熱性、安定性、保存性が高い。
本発明の樹脂組成物を、パターン形成材料として、或いは、塗料又は印刷インキ、或いは、カラーフィルター、電子部品、層間絶縁膜、配線被覆膜、光学部材、光回路、光回路部品、反射防止膜、ホログラム又は建築材料の形成材料として用いる場合には、製品や膜が高耐熱性、高安定性となる効果がある。また、露光時の臭気の発生がない為、作業環境が向上する。
しかも、類似の構造を有する6員環構造のイミド基を有する化合物とほぼ同等の耐熱性、安定性、保存性を有しながら、従来は充分と言えなかった相溶性、溶解性が著しく優れており、さらに、透明性も高いことから、利用価値が極めて高い。
R1乃至R8が水素原子又は上記例示の置換基である場合には、原料調達の容易性、合成の簡便性の点から好ましい。
また、7員環イミド構造含有基の水素引き抜き能力をさらに向上させる点から、化学構造Xの末端部が、7員環イミド構造含有基のNに直接結合している上記非芳香族骨格に隣接して、さらに水素供与性原子を有していることが好ましい。化学構造Xの末端部近傍に水素供与性原子が存在し、この水素供与性原子が化学構造Xの末端部である非芳香族骨格を介して7員環イミド構造含有基のNに結合している場合には、7員環イミド構造含有基と化学構造Xの水素供与性原子の間で水素の授受が行われ、水素引き抜き能力が向上する。
具体的には、下記式に示すような構造が挙げられる。式(3)、(4)及び(5)において、*1を付したメチレン基は、化学構造Xの、7員環イミド構造含有基のNに直接結合している非芳香族骨格構造を有する末端部分である。また、*2を付したメチレン基又はメチル基は、エーテル構造の酸素、アミン構造の窒素又はチオエーテル構造の硫黄に隣接し、且つ、少なくとも非芳香族骨格を介して7員環イミド構造含有基のNに結合している水素供与性原子である。
1価の化学構造であって有機基以外のものとしては、例えば、シロキサン、シラン、ボラジン等が挙げられる。
化合物(a)のなかで7員環イミド構造含有基を2つ以上有する化合物としては、例えば、式(2)で表される化合物の化学構造Xが、式(1)で表される7員環イミド構造含有基をさらに1つ以上有する構造のものがある。化合物(a)が7員環イミド構造含有基を2つ以上有する場合、当該化合物(a)一分子内に含まれる7員環イミド構造含有基は互いに同じであっても異なっていてもよい。
そのため、化合物(a)を含有する樹脂組成物の耐熱性と溶解性・相溶性を向上させる観点から、化合物(a)の分子量を、当該化合物(a)一分子に含まれる7員環イミド構造含有基の数で割った値が2000以下であることが好ましく、1000以下であることがより好ましい。
特に、化合物(a)が式(2)で表される化合物であり、その化学構造Xが、式(1)で表される7員環イミド構造含有基をさらに1つ以上有する構造である場合には、当該化合物(a)の分子量を7員環イミド構造含有基の数で割った値が、上記2000以下となるようにXのサイズを調節しながら合成することが好ましい。
A=εcb
A=吸光度
b=試料中の光路長(cm)
c=溶質の濃度(mol/L)
ここで、5%重量減少温度とは、後述の本発明の実施例と同様の手法で、熱重量分析装置を用いて重量減少を測定した時に、サンプルの重量が初期重量から5%減少した時点の温度である。同様に10%重量減少温度とはサンプル重量が初期重量から10%減少した時点の温度である。
塗布時の塗工適性の点からは、化合物(a)は特に溶剤に対する溶解性が高いことが好ましい。具体的には、使用する溶剤、特に後述する汎用溶剤のいずれかに対する化合物(a)の溶解性が0.1重量%以上であることが好ましい。
先ず、ジフェニック酸無水物をN,N,−ジメチルホルムアミドに投入し攪拌する。そこへ、2−メトキシエチルアミンをジフェニック酸無水物と等モル滴下し、0℃から70℃の温度範囲で1〜15時間程度、攪拌する。この時に用いる反応溶媒は、ジメチルホルムアミドに限定されず、有機極性溶媒等、最終生成物が溶解する溶媒であればよい。ジフェニック酸無水物は溶解性が比較的乏しく一般の溶媒には溶解しづらいが、アミンと反応することで溶解するようになる。
水酸基を有するアミンとしては、2−アミノエタノール、プロパノールアミン、ヘキサノールアミン等のオキシアルキルアミン、エトキシエタノールアミン、プロポキシプロパノールアミン、2−(2−アミノエトキシ)エタノール等の置換オキシアルキルアミンが挙げられる。
また、2級、及び3級アミノ基を有するアミンとしては、N,N−ジメチルアミノエチレンジアミン、ジエチレントリアミン等が挙げられる。
その他に、メルカプト基を有する2−アミノエタンチオール、スルホン酸基を有する2−アミノエチルヒドロゲンサルフェート、リン酸基を含むものとしては、2−アミノエチルジヒドロゲンホスフェート等が挙げられる。
従って、本発明の光ラジカル発生剤は、樹脂組成物中にラジカル発生部位を多量に含ませて感度を向上させることができる。相溶性及び溶解性が優れている理由としては、7員環イミド構造含有基に含まれる芳香環のπ平面がねじれていることから、ねじれのない広いπ平面を持つ6員環のナフタルイミドよりもπ―πスタッキングを形成しにくいためと推測される。
従って、本発明の光ラジカル発生剤は、光ラジカル開始剤に由来する反応後の分解物や未反応体に起因する様々な問題、例えば、作業安全性の問題や、耐熱性・耐光性の悪化や、着色や退色、塗膜のはがれやクラックの発生等、最終製品の信頼性を低下させる問題や、薬液寿命を短くする問題や、臭気(アウトガス)が発生する問題も全て解決することができる。
しかも、上記化合物(a)は、従来から耐熱性が良好と言われている6員環構造のイミド基を有する化合物とほぼ同等の耐熱性、安定性、保存性を有しながら、従来は充分と言えなかった相溶性、溶解性が著しく優れており、さらに、透明性も高いことから、利用価値が極めて高い。
本発明に係る樹脂組成物は、前記下記式(1)で表される7員環イミド構造含有基を有する化合物(a)、及び、エチレン性不飽和基を有する化合物(b)を必須成分として含有することを特徴とし、必要に応じて水素供与体、化合物(b)以外の硬化反応性化合物、化合物(a)以外のラジカル発生剤、高分子量のバインダー成分、又は、その他の成分をさらに含有してもよい。
ここで、架橋とは、架橋結合を生成することをいい、架橋結合とは、鎖状に結合した原子からなる分子のうちの任意の2原子間に橋をかけるようにして形成された結合をいい、この場合の結合は、同一分子内でも他分子間でも良い(化学辞典 東京化学同人 p.1082)。
(メタ)アクリレートモノマーとしては、ヘキサヒドロフタルイミドエチルアクリレート、コハクイミドエチルアクリレート等のイミドアクリレート類;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルプロピルアクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;フェノキシエチル(メタ)アクリレート等のフェノールのアルキレンオキシド付加物のアクリレート類及びそのハロゲン核置換体;エチレングリコールのモノまたはジ(メタ)アクリレート、メトキシエチレングリコールのモノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールのモノまたはジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールのモノまたはジ(メタ)アクリレート等の、グリコールのモノまたはジ(メタ)アクリレート類;トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレートおよび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ヘキサアクリレート等のポリオールおよびそのアルキレンオキサイドの(メタ)アクリル酸エステル化物、イソシアヌール酸EO変性ジまたはトリ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
ここで、ポリオールとしては、低分子量ポリオール、ポリエチレングリコール及びポリエステルポリオール等があり、低分子量ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、シクロヘキサンジメタノール及び3−メチル−1,5−ペンタンジオール等が挙げられ、ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコール等が挙げられ、ポリエステルポリオールとしては、これら低分子量ポリオール及び/又はポリエーテルポリオールと、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びテレフタル酸等の二塩基酸又はその無水物等の酸成分との反応物が挙げられる。
ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマーとしては、ポリエステルポリオールと(メタ)アクリル酸との脱水縮合物が挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,6−ヘキサンジオール及びトリメチロールプロパン等の低分子量ポリオール、並びにこれらのアルキレンオキシド付加物等のポリオールと、アジピン酸、コハク酸、フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びテレフタル酸等の二塩基酸又はその無水物等の酸成分とからの反応物等が挙げられる。
樹脂組成物を、電子部材やカラーフィルター等の用途で露光によりパターンを形成するレジストとして用いる場合には、感光性樹脂組成物のアルカリ現像性を向上させる為に、化合物(b)としてカルボキシル基やフェノール性水酸基、スルホン酸基、水酸基等のアルカリ可溶性や、親水性の官能基を有すものを用いても良い。
また、化合物(b)は、照射光に対する樹脂組成物の感度を阻害しないために、照射波長と7員環イミド構造含有基の吸収波長が重なる波長領域に吸収を持たないことが好ましい。
また、硬化反応性化合物として、化合物(b)と共に他のラジカル反応性化合物を組み合わせて用いる場合には、組み合わせるラジカル反応性化合物の種類及び量に応じて化合物(a)の量を適宜調節する。
水素供与体の水素供与性基としては、アルキル基のように炭素に直接水素がついている官能基や、一般に水素供与性基として用いられているアミン、チオール、水酸基、又は、エーテル結合を有する有機基等が挙げられる。特に、水素を供与しやすいチオール、アミン、水酸基、及び、エーテル結合を有する有機基が感度の点から好ましい。エーテル結合は、該エーテル結合の隣りの炭化水素構造(アルカン、アルケン)の水素が引き抜かれ易いと言われている。従って、エーテル結合を含む水素供与基は、そのような水素を有する構造であることが好ましい。
水酸基等の官能基を有する3級アミンの例としては、トリエタノールアミン、N,N−ジメチルアミノエタノール等が挙げられる。さらに、2,2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2,2−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基を持つ反応性モノマーでもある3級アミンを用いても良い。
これら任意成分の配合割合は、樹脂組成物の固形分全体に対し、0.1重量%〜95重量%の範囲が好ましい。0.1重量%未満だと、添加物を添加した効果が発揮されにくく、95重量%を越えると、樹脂組成物の特性が最終生成物に反映されにくい。
このようにして得られる本発明の樹脂組成物は、耐熱性が高く、しかも溶剤や他の配合成分に対する溶解性、相溶性が極めて高い化合物(a)を光ラジカル発生剤として含有するので、樹脂組成物の状態での耐熱性、安定性、保存性が高い。
また、化合物(a)は、高い透明性を持ちながら実用的な波長に対し感度が高いので、最終製品の透明性を向上させる効果も期待できる。
電子部品の場合には、例えば、半導体装置のアンダーフィル剤、封止剤、等が例示できる。
層間絶縁膜としては、耐熱性、絶縁信頼性が要求されるビルドアップ基板用の層間絶縁膜や燃料電池における層間絶縁膜、自動車部品や家電製品の絶縁コーティング、等を上記感光性樹脂組成物の硬化物により形成することができる。
光学部材の場合には、各種光学レンズのオーバーコートや、反射防止膜、光導波路、分波装置等の光回路部品、レリーフ型、及び体積型のホログラム、等が例示できる。
建築材料の場合には、壁紙、壁材、床材その他の揮発成分の少ない表皮材料、接着・粘着材料、インキ等が例示できる。
1L(リットル)のなす型フラスコに、ジフェニック酸無水物11.2g(0.05mol)とN,N−ジメチルホルムアミド(以下DMF)300mlと触媒量のピリジンを入れ、攪拌した。そこに、2−メトキシエチルアミン 3.8g(0.05mol)を滴下し、室温で4時間攪拌した後、無水酢酸100mlを加え、120℃で5時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターによって、DMFと無水酢酸等を留去した。そのサンプルをDMFに適当な濃度で溶解させ、蒸留水へ滴下し、再沈殿によって精製した。その後、再結晶し、下記式で表される化合物1(化合物(a)の一つ)の針状結晶を13.7g得た。
使用原料のアミンを、2−エタノールアミンに変更した以外は、上記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込んだ。この反応では、末端に水酸基を有するアミンを用いた為、末端の水酸基が無水酢酸によってアセチル化された化合物2(化合物(a)の一つ)が定量的に得られた。
使用原料のアミンを、2−(2−アミノエトキシ)エタノールに変更した以外は、前記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込んだ。この反応では、末端に水酸基を有するアミンを用いた為、末端の水酸基が無水酢酸によってアセチル化された化合物3(化合物(a)の一つ)が定量的に得られた。
使用原料のアミンを、バリノールに変更した以外は、前記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込んだ。この反応では、末端に水酸基を有するアミンを用いた為、末端の水酸基が無水酢酸によってアセチル化された化合物4(化合物(a)の一つ)が定量的に得られた。
使用原料のアミンを、3-アミノ―1−プロパノールビニルエーテルに変更した以外は、前記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込んだ。その結果、下記式で表される化合物5(化合物(a)の一つ)が得られた。
使用原料のアミンを、2−[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタノールに変更した以外は、前記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込んだ。その結果、下記式で表される化合物6(化合物(a)の一つ)が得られた。
本実施例に用いた2−[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタノールは、以下の手法で合成した。2−[2−(2−クロロエトキシ)エトキシ]エタノール16.9g(0.1mol)とフタルイミドカリウム22.3g(0.12mol)、および、DMF 100mlを500mlのなすフラスコに投入し120℃で24時間撹拌した。反応終了後、白い沈殿物を濾過し、ロータリーエバポレーターでろ液が50ml程度になるまで濃縮し、そこに500mlのジクロロメタンを投入した。その際に、さらに白い沈殿物が生成するので濾過を行い、ろ液を濃縮し目的物の前駆物質であるエチレングリコール側鎖を有するフタルイミド化合物を得た。その前駆物質を、エタノール500mlに溶解させ、ヒドラジン1水和物5.5g(0.11mol)を加えて、撹拌しながら7時間還流した。室温まで冷却し、白い沈殿物を濾過し、2−[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタノールをほぼ定量的に得ることができた。
1L(リットル)のなす型フラスコに、ジフェニック酸無水物11.2g(0.05mol)と、DMF 300mlと、触媒量のピリジンを入れ、攪拌した。そこに、2−エタノールアミン 3.1g(0.05mol)を滴下し、室温で4時間攪拌した後、アクリル酸無水物100mlを加え、40℃で24時間攪拌した。反応終了後、反応液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液へ滴下し、再沈殿した。その後、クロロホルムを用いてカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、下記式で表される化合物7(化合物(a)の一つ)を得た。
ここで用いたアクリル酸無水物は、乾燥させたジエチルエーテル中でアクリル酸ナトリウムとアクリル酸クロライドを反応させることにより得られた。
使用原料のアミンを、2−エタノールアミンに変更した以外は、上記実施例7と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例7と同じモル数で仕込んだ。この反応により化合物8(化合物(a)の一つ)が得られた。
使用原料のアミンを、2−[2−(2−アミノエトキシ)エトキシ]エタノールに変更した以外は、上記実施例7と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例7と同じモル数で仕込んだ。この反応により化合物9(化合物(a)の一つ)が得られた。
実施例7の合成の複生成物として化合物10が得られた。構造はNMRスペクトルとIRスペクトルによって確認した。
実施例8の合成の複生成物として化合物11が得られた。構造はNMRスペクトルとIRスペクトルによって確認した。
実施例9の合成の複生成物として化合物12が得られた。構造はNMRスペクトルとIRスペクトルによって確認した。
使用原料のアミンを、N,N-ジメチルエチレンジアミンに変更した以外は、前記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込み、化合物13が定量的に得られた。
使用原料のアミンを、N,N-ジメチルエチレンジアミンに変更した以外は、前記実施例1と同様の条件で反応を行った。各原料は、実施例1と同じモル数で仕込んだ。この反応では、末端に水酸基を、分子鎖中に2級のアミノ基を有するアミンを用いた為、末端の水酸基と分子鎖中の2級のアミノ基が無水酢酸によってアセチル化された化合物14が定量的に得られた。
(1)4,4’−ジニトロジフェン酸の合成
500mlのなすフラスコに、ジフェン酸 4.84g(20mmol)、濃硫酸150mlを入れ、氷浴で冷却しながら撹拌する。そこへ、濃硝酸5mlを反応液の液温が5℃以上にならないように注意しながらゆっくり滴下する。滴下終了後、2時間氷浴で冷却を続けた後、室温に戻し20時間撹拌する。反応終了後、1Lの氷水に反応液を投入し、沈殿物をろ過する。濾物を60mlのエタノールに湯浴で温めながら溶かし、そこへ温めながら、200mlの蒸留水を徐々に加え、再結晶を行う。室温で放置後、析出してきた結晶を濾別し、6.37gの4,4’−ジニトロジフェン酸を得た。
4,4’−ジニトロジフェン酸 3.32g(10mmol)と無水酢酸50mlを100mlのナスフラスコに入れ、120℃で3時間撹拌する。その後、ロータリーエバポレーターで無水酢酸を留去し、そのまま乾燥させたDMF30mlを加え、撹拌する。そこへ、2−メトキシエチルアミンを0.75g(10mmol)加え、室温で4時間攪拌した後、無水酢酸30mlを加え、120℃で5時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターによって、DMFと無水酢酸等を留去した。そのサンプルをDMFに適当な濃度で溶解させ、蒸留水へ滴下し、再沈殿によって精製した。その後、クロロホルムを用いてカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、下記式で表される化合物15を得た。
テトラヒドロフタル酸無水物と2−アミノエタノールを、WO98/58912号公報記載されているのと同様の手法で反応させ、比較化合物1を得た。
比較化合物1 10.0g(40mmol)と、4―ジメチルアミノピリジン 5.4g(44mmol)を1Lの3つ口フラスコに投入し、中央部の口に塩化カルシウム管を取り付け、残りの2つの口はシリコンWキャップ(商品名:アズワン社製)で密閉した。そこへ予め脱水されたテトラヒドロフラン(THF)500mlをシリンジを用いて投入し室温で攪拌した。そこへ、アクリル酸クロライド4.0g(44mmol)を滴下し、室温で10時間攪拌した。その後、反応液を分液ろうとに移し、1N・HClで処理し、4−ジメチルアミノピリジンを水層に移動させた。水層と油層に分離した後、油層を、さらに、飽和NaHCO3水溶液を用いて処理し、未反応のアクリル酸クロライド由来のアクリル酸を水層に移動させ、油層と水層を分離した。このようにして、得られた油層を硫酸マグネシウム等の適当な脱水剤で脱水し、ろ過を行なった。このろ液から溶媒を留去した物をクロロホルム−酢酸エチル混合溶媒で再結晶して下記式で表される比較化合物2を10.3g得た。
1Lのなす型フラスコに、1,8−ナフタル酸無水物19.8g(0.1mol)とN,N−ジメチルホルムアミド(以下DMF)500mlと触媒量のピリジンを入れ、攪拌した。そこに、2−メトキシエチルアミン 8.3g(0.11mol)を滴下し、室温で5時間攪拌後、130℃で5時間攪拌した。その後、ロータリーエバポレーターによって、DMFを一部留去し濃度を調整した上で、蒸留水へ滴下し再沈殿を行うことによって下記式で表される比較化合物3を23.5g得た。(比較化合物3)
(1)UV吸収評価
化合物1及び化合物15の10−5Mアセトニトリル溶液を用いUV吸収スペクトルを測定した。その結果、図3に示すように、240nm付近に極大を有し、320nm程度まで裾が伸びていることが確認された(グラフ中、実線が化合物1、点線が化合物15)。
また、化合物15はニトロ基が導入された為、吸収波長が長波長化し、一般的な露光光源である高圧水銀灯の365nmの波長にも吸収を有するようになった。
(2)耐熱性評価
差動型示差熱天秤(製品名:TG8120、(株)リガク製)を用いて、窒素雰囲気下、10℃/minの昇温速度で、化合物1〜15の5%重量減少温度を測定した。比較例として比較化合物2、比較化合物3、自己解裂型光ラジカル開始剤イルガキュア907(商品名、チバスペシャルティケミカルズ製)についても、同様に測定を行なった。
測定結果は下記表に示した通りである。この結果より、化合物1〜15は7員環イミド構造含有基を有しているにも拘わらず、実施例13の5%重量減少温度が若干低かったことを除けば、5員環イミド構造を有している比較化合物2よりも5%重量減少温度が高く、さらに6員環イミド構造を有している比較化合物3とほぼ同等の耐熱性を有していることが分かった。そして、7員環イミド構造含有基を有する化合物は、自己解裂型光ラジカル発生剤であるイルガキュア907よりも、5%重量減少温度が高く、耐熱性が優れていることも明らかとなった。
化合物1〜15のなかでも、化合物8の熱分解温度が特異的に高かった。化合物7と化合物8は窒素中で600℃まで加熱しても完全に分解せず炭化物が残存していた。これは、化合物7と化合物8はアクリロイル基を末端に有するため、加熱の過程で熱重合し高分子化し、分解しにくくなったものと考えられる。
また、ニトロ基を導入した化合物15は、側鎖構造が同じ無置換体である化合物1に対して、50℃以上熱分解温度が向上している。ニトロ基の導入により耐熱性が向上したのではないかと考えられる。
多官能モノマーとして3官能アクリレート(商品名:M305、東亞合成(株)製)を用い、化合物1〜14、比較化合物2、比較化合物3及び、光ラジカル発生剤イルガキュア907(商品名、チバスペシャルティケミカルズ製)をそれぞれ混合して、各光ラジカル発生剤のTHF溶液を調製した。
多官能モノマーに対する光ラジカル発生剤の割合は、多官能モノマーの2重結合の数に対して、化合物1〜14及び比較化合物2、比較化合物3の場合はイミド部位の数が1/50(イミド部位の数/多官能モノマーの数)になる様に混合し、イルガキュア907の場合はその分子数が1/50(イルガキュア907の分子の数/多官能モノマーの数)になる様に混合した。
従って、化合物10、11、12の場合は、7員環イミド構造を1分子内に2つ有する為、多官能モノマーの2重結合に対して化合物10、11、12の分子の数が1/100になるように混合した。
各溶液を、クロムをスパッタしたガラス基板上にスピンコートし、塗膜を得た。また、開始剤成分や比較化合物を含有しない3官能アクリレートのみの塗膜をブランクとした。
上記塗膜をUV露光しながら、赤外分光装置(製品名:FTS6000、BIO RAD社製)で810cm−1のピークの減少量を経時的に記録し、2重結合の消失が、どの程度進行しているか確認した。測定時のサンプル周囲の雰囲気は窒素置換した。UV露光装置はウシオ電機製UVスポットキュアSP-III型(標準反射鏡タイプ)を用い、UVランプは、USH-255BY(ウシオ電機製)を用いた。
また、側鎖の末端が同じ構造のものを比較すると、完全ではないがエチレングリコール構造が長く延びて行くにしたがって反応率の向上する傾向が見うけられた。
さらに、2量体の化合物10、11,12については、比較的良好な感度を示し、水素供与体が存在しなくても高感度を示すことが明らかとなった。
さらに、7員環イミド構造含有基が水素引抜き型ラジカル発生剤であることを確認するため、前記硬化性評価1で用いた化合物1〜14と3官能アクリレートM305を含有するTHF溶液に、7員環イミド構造含有基を有する化合物と等モルのトリエタノールアミンを添加し、上記の硬化性評価1と同じ手順で塗膜を作製し、同様に評価を行った。比較例としては、比較化合物2及び3をそれぞれ用いた。結果を表3に示す。
これに対し、同じ溶液に水素供与体としてトリエタノールアミンを添加した場合には、反応率が飛躍的に向上した。この結果より、7員環イミド構造含有基が水素引抜き型の光ラジカル発生剤ではないかと考えられた。さらに、アミンに代表される水素供与性基を本発明の感光性樹脂組成物に配合することにより感度の向上が図れると考えられた。
化合物1及び比較化合物3について溶解性試験を行なった。20℃において各溶媒又はモノマーに0.5mol/Lになる様にサンプルを添加し、超音波を3時間照射後に析出物のないものを○、析出物のあったものを×と判定した。下記表に示したように、7員環イミド構造を有する化合物1は、ナフタルイミド構造を有する比較化合物3と比較して、溶解性に優れることが確認できた。
多官能モノマーとして3官能アクリレート(商品名:M305、東亞合成(株)製)に対して、化合物1、化合物1と同じモル数のトリエタノールアミンの組み合わせ、及び、光ラジカル発生剤イルガキュア907(Irg907)を、前記硬化性評価1と同じ割合で混合させたテトラヒドロフラン溶液を、それぞれ調製した。各溶液をスピンコート法でガラス基板上に塗布し、50℃のホットプレート上で1分間加熱後、手動露光装置(大日本スクリーン株式会社製、MA-1200)で、高圧水銀灯によりh線換算で2000mJ/cm2の露光を行ない、膜厚 4.2±0.05μmの塗膜を得た。この塗膜の透過率を、分光測定装置(SHIMADZU製UV-2550 (PC)S GLP)にて測定した。
測定結果を図4に示す、化合物1を用いて硬化させた塗膜は、Irg907を用いて硬化させた塗膜よりも、410nm以下の光に対しての透過率が高く透明性が良好であった。同様に化合物1にアミンを添加した塗膜についても、化合物1のみの時と透過率はほぼ同じであり、透過率が良好であることがわかった。
Claims (14)
- 前記式(1)においてR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、アミノ基、シアノ基、シリル基、シラノール基、アルコキシ基、ニトロ基、カルボキシル基、アセチル基、アセトキシ基、スルホン基、置換基を有していてもよい有機基、又はそれらが互いに結合した環構造である、請求項1に記載の光ラジカル発生剤。
- 前記化合物(a)を表す式(2)において、Xが7員環イミド構造含有基のNに結合した非芳香族骨格の部分を有する構造である、請求項3に記載の光ラジカル発生剤。
- 前記Xが、前記非芳香族骨格の部分を介して7員環イミド構造含有基のNに結合した水素供与性原子を有する構造である、請求項4に記載の光ラジカル発生剤。
- 前記化合物(a)を表す式(2)において、Xが1つ以上のエチレン性不飽和結合を有する構造である、請求項3乃至5のいずれかに記載の光ラジカル発生剤。
- 前記化合物(a)を表す式(2)において、Xが式(1)で表される7員環イミド構造含有基をさらに1つ以上有する構造である、請求項3乃至6のいずれかに記載の光ラジカル発生剤。
- 前記化合物(a)の分子量を、当該化合物(a)一分子に含まれる7員環イミド構造含有基の数で割った値が2000以下である、請求項1乃至7のいずれかに記載の光ラジカル発生剤。
- 5%重量減少温度が、50℃以上である請求項1乃至8のいずれかに記載の光ラジカル発生剤。
- 水素供与体、化合物(b)以外の硬化反応性化合物、化合物(a)以外のラジカル発生剤、及び、重量平均分子量3000以上のバインダー樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも一成分をさらに含有する請求項10に記載の感光性樹脂組成物。
- パターン形成材料として用いられることを特徴とする、請求項10又は11に記載の感光性樹脂組成物。
- 塗料又は印刷インキ、或いは、カラーフィルター、電子部品、層間絶縁膜、配線被覆膜、光学部材、光回路、光回路部品、反射防止膜、ホログラム又は建築材料の形成材料として用いられる請求項10又は11に記載の感光性樹脂組成物。
- 前記請求項10又は11に記載の感光性樹脂組成物の硬化物により少なくとも一部分が形成されている、印刷物、カラーフィルター、電子部品、層間絶縁膜、配線被覆膜、光学部材、光回路、光回路部品、反射防止膜、ホログラム又は建築材料いずれかの物品。
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