JP4656307B2 - 含フッ素有機ケイ素化合物及び含フッ素界面活性剤 - Google Patents
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Description
(Xは炭素数2〜10のアルキレン基及びフッ素化アルキレン基から選ばれる2価の連結基である。)
で示される有機ケイ素化合物に、末端に反応性不飽和炭化水素結合を有するパーフルオロポリエーテル基含有有機化合物と、下記一般式(4)
CH2=CH−(CH2)p-2−O−Q−R (4)
(式中、pは3以上の整数、Qはポリエチレングリコールもしくはポリプロピレングリコールの単独重合鎖又はこれら両者の共重合鎖からなるポリエーテル基、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である。)
で示されるポリエーテル化合物とを、白金系触媒の存在下、ヒドロシリル化反応させることにより得られる下記一般式(1)で示される新規な含フッ素有機ケイ素化合物が、ヒドロシリル化反応により合成できることから低分子領域での分子量制御が容易なため、溶媒不溶性成分がほとんど副生せず、工業的に有利に製造でき、しかも、表面張力低下能が高く、とりわけ、下記一般式(1)で示され、フッ素含有率が7〜35質量%、ポリエーテル基含有率が15〜55質量%であり、更にHLB(親水基/疎水基バランス)が4.0〜10.0である含フッ素有機ケイ素化合物が、高い表面張力低下能を有し、優れた界面活性剤として有用であることを見出した。
〔式中、Rfは炭素数5〜30で分子鎖中にエーテル結合を1個以上含むパーフルオロアルキル基、Qはポリエチレングリコールもしくはポリプロピレングリコールの単独重合鎖又はこれら両者の共重合鎖からなるポリエーテル基、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基、Xは上記の通り、Yは炭素数2〜10の、エーテル結合、カルボニル基、イミノ基又は−CONH−基が介在してもよいアルキレン基から選ばれる2価の連結基である。pは3以上の整数で、nは0<n<3の数である。〕
〔式中、Rfは炭素数5〜30で分子鎖中にエーテル結合を1個以上含むパーフルオロアルキル基、Qはポリエチレングリコールもしくはポリプロピレングリコールの単独重合鎖又はこれら両者の共重合鎖からなるポリエーテル基、Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基、Xは酸素原子を除く2価の連結基、Yは2価の連結基である。pは3以上の整数で、nは0<n<3の数である。〕
なお、HLB値の算出には下記式
HLB=[{(エチレンオキシド鎖の分子量)/(界面活性剤の分子量)}×100]÷5
を用いた。
(Xは前述と同じ)
で示される有機ケイ素化合物に、末端に反応性不飽和炭化水素結合を有する含フッ素有機化合物と、下記式(4)
CH2=CH−(CH2)p-2−O−Q−R (4)
(式中、p、Q及びRは前記と同じ意味である。)
で示されるポリエーテル化合物とを、白金系触媒の存在下でヒドロシリル化反応させることにより容易に製造することができる。
下記式(5)
で示されるSiH基含有ポリシロキサン85.7gとトルエン105.6gとを還流冷却管と温度計を取り付けたフラスコに入れ、白金/ビニルシロキサン錯体トルエン溶液0.18g(Pt0.9mg相当)を加えて80℃に加熱した後、下記式(6)
で示される反応性不飽和炭化水素結合を有する含フッ素有機化合物125.4g及び下記式(7)
CH2=CHCH2−O(CH2CH2O)3CH3 (7)
で示されるポリエーテル化合物147.1gを上記反応液に滴下した。滴下終了後、2時間加熱した後、IRスペクトルでSiH基の消失していることを確認した。加熱、減圧下で溶剤及び低沸点留分を除去し、淡褐色油状物質320.0gを得た。
1H−NMRスペクトル(TMS標準、ppm):
0−0.1(36H、Si−CH 3)、0.1−0.2(16H、Si−CH 2−)、
1.3−1.5(12H、−CH 2−)、3.1(27H、CH 3O−)、
3.2−3.5(72H、−CH 2O−)
IRスペクトル:図1に示す。
以上の結果より、この油状物質は下記式で示される構造を有することがわかった。得られた含フッ素有機化合物のフッ素含有率、ポリエーテル基含有率、HLBは下記の通りであった。なお、HLBは、下記式により求めた。
HLB=[{(エチレンオキシド鎖の分子量)/(界面活性剤の分子量)}×100]÷5
合成例1の式(6)で示される含フッ素有機化合物の代わりに下記式(8)
で示される含フッ素有機化合物197.8gを用い、式(7)で示されるポリエーテル化合物のかわりに下記式(9)
CH2=CHCH2−O(CH2CH2O)6.3CH3 (9)
を平均組成とするポリエーテル化合物253.0gを用いた他は実施例1と同様の方法で反応を行い、淡褐色油状物質513.8gを得た。この油状物質を合成例1と同様の方法で分析したところ、表1に示すフッ素含有率、ポリエーテル基含有率、HLBであった。
式(6)で示される含フッ素有機化合物の量を83.6gとし、式(9)で示されるポリエーテル化合物を280.7g用いた他は合成例1と同様の方法で反応を行い、淡褐色油状物質404.1gを得た。この油状物質を合成例1と同様の方法で分析したところ、表1に示すフッ素含有率、ポリエーテル基含有率、HLBであった。
式(6)で示される含フッ素有機化合物の量を41.8gとし、式(9)で示されるポリエーテル化合物を308.8g用いた他は合成例1と同様の方法で反応を行い、淡褐色油状物質329.1gを得た。この油状物質を合成例1と同様の方法で分析したところ、表1に示すフッ素含有率、ポリエーテル基含有率、HLBであった。
下記式(10)
で示されるSiH基含有ポリシロキサン280.0gとテトラヒドロフラン120.0gとを還流冷却管と温度計を取り付けたフラスコに入れ、内温が45℃になるまで加熱した。次に、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を10.0g投入した。反応は大量の水素ガスを発生しながら進行した。その後、IRスペクトルでSiH基(2130cm-1)の吸収がなくなったことを確認し、1mol/Lの塩酸11.0gを加えて反応を停止した。得られた反応物から溶媒を減圧下で溜去し、析出した塩をろ別した。このようにして、淡褐色油状物質251.3gを得た。この油状物質を合成例1と同様の方法で分析したところ、表1に示すフッ素含有率、ポリエーテル基含有率、HLBであった。
合成例1〜3で得られた含フッ素有機ケイ素化合物について、界面活性剤として用いた場合の評価を下記方法で行った。
溶解性の評価;
合成例1〜3で合成した化合物について、EL(乳酸エチル)、PGMEA(酢酸プロピレングリコールモノメチルエーテル)及びMMP(3−メトキシプロピオン酸メチル)の10質量%溶液を調製した。これらの溶液に関して、目視観察により溶液の透明性等を下記基準で評価、判定した。結果を表1に示した。
・溶解性評価基準
○…透明に溶解する。
△…わずかに白濁する。
×…白濁する。
合成例1〜3で合成した化合物について、MMP(3−メトキシプロピオン酸メチル)の0.1質量%溶液を調製した。これらの溶液に関して、25℃における表面張力をウィルヘルミー法により測定した。結果を表1に示した。
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの0.5質量%溶液100.0gに、合成例1〜3で合成した化合物各0.01gを添加し、良く混合して調製液をつくった。この調製液20mLを内径20mm、長さ200mmの試験管に入れて1分間振盪した後、静置して1分後の起泡状態を下記基準で目視観察した。結果を表1に示した。
・抑泡性評価基準
○…ほとんど起泡しない(20mm未満)。
△…やや起泡する(20〜50mm)。
×…激しく起泡する(50mm超)。
2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノンとo−ナフトキシジアジド−5−スルホニルクロライドとの縮合物27質量部と、クレゾ−ルとホルムアルデヒドとを縮合してなるノボラック樹脂100質量部を乳酸エチル(EL)400質量部に溶解して溶液を調製し、これに合成例1〜3で得られた化合物を溶液中の固形分に対して30ppmになるように添加し、0.1μmのPTFE製メンブレンフィルターで精密濾過してフォトレジスト組成物を調製した。このフォトレジスト組成物を直径300mmのシリコンウエハー上に、回転数3,600rpmでスピンコーティングした後、ホットプレート上にて60秒間加熱して溶媒を除去し、膜厚が1.2μmのレジスト膜を有するウエハーを得た。以上の様にして得られたレジスト膜を有するシリコンウエハーについて、塗布性の評価を行った。結果を表1に示した。
・レジスト塗布性評価基準
○…塗布むら、ハジキなどが発生しない。
△…わずかだが塗布むら、ハジキなどが発生する。
×…かなりの塗布むら、ハジキなどが発生する。
合成例4、比較合成例5で合成した化合物及び表1に示された式(11)で示される化合物について実施例と同じ方法で評価を行った。結果を表1に示した。
Claims (5)
- Yが、−CH 2 CH 2 −、−CH 2 CH 2 CH 2 −、−CH 2 OCH 2 CH 2 CH 2 −、−CONH−CH 2 CH 2 CH 2 −から選ばれる2価の連結基である請求項1又は2記載の含フッ素有機ケイ素化合物。
- 上記一般式(1)で示され、フッ素含有率が7〜35質量%、ポリエーテル基含有率が15〜55質量%である請求項1〜3のいずれか1項記載の含フッ素有機ケイ素化合物からなる含フッ素界面活性剤。
- 含フッ素有機ケイ素化合物のHLB(親水基/疎水基バランス)が4.0〜10.0である請求項4記載の含フッ素界面活性剤。
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