JP5406461B2 - 硬化性組成物 - Google Patents
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Xia YN,Whitesides GM.,Angew Chem Int Ed.(1998)37:551−.575 Matsubara Y,Murakami Y,Kobayashi M,Morita Y,Tamiya E.,Biosens Bioelectron.(2004)19,741−747
(A)ラジカル重合性樹脂と、
(B)光ラジカル発生剤と、
(C)イオン重合性樹脂と、
(D)光イオン重合触媒とを含み、
前記第1のトリガーが光であり、前記第2のトリガーが前記第1のトリガーとは波長が異なる光であり、前記第2のトリガーとしての光の印加エネルギー総量の前記第1のトリガーとしての光の印加エネルギー総量に対する比が1倍〜100倍の範囲にある。
好ましくは、前記(B)光ラジカル発生剤が(B−1)波長400nm以上の光が与えられた際にラジカルを発生する光ラジカル発生剤であり、前記(D)光イオン重合触媒が(D−1)波長400nm以下の光が照射された際に活性化されるイオン重合触媒であり、前記第1のトリガーとしての光の波長が、前記第2のトリガーとしての光の波長よりも長波長である。
上記ラジカル重合性樹脂(A)としては、発生したラジカルにより重合する適宜の樹脂を用いることができ、このようなラジカル重合性樹脂としては、例えば、以下のa1)共重合性単量体と、a2)ラジカル重合性二重結合を有するオリゴマーと、a3)ラジカル重合性二重結合を一分子中に2個以上有する化合物との共重合体が好適に用いられる。
共重合性単量体としては、第1のトリガーを付与した際に硬化性組成物を半硬化状態とした際の半硬化状態の程度を容易に採用することができるので、(メタ)アクリル酸エステルが好適に用いられる。このような(メタ)アクリル酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−メチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ベンジル等が挙げられる。なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸又はメタクリル酸を意味する。
上記a2)ラジカル重合性二重結合を有するオリゴマーとしては、ラジカル重合性二重結合を有する限り、特に限定されるものではない。例えば、(メタ)アクリル系オリゴマー、ポリエステルオリゴマー、ポリカーボネート系オリゴマー、ポリアミド系オリゴマー、ポリイミド系オリゴマー、ポリウレタン系オリゴマー、ポリエーテル系オリゴマー、フェノール系オリゴマー、クレゾールノボラック系オリゴマーなどが挙げられる。また、上記オリゴマーとしては、SBSやSISなどの熱可塑性エラストマーに、(メタ)アクリロイル基、スチリル基、ビニルエステル基、またはビニロキシ基などのようなラジカル重合性二重結合を有するように変性されたオリゴマーを用いてもよい。
上記化合物a3)としては、一分子中にラジカル重合性二重結合を2個以上有する限り、特に限定されるものではない。例えば、ラジカル重合性二重結合を有する官能基が一分子中に2個以上有する適宜の化合物が挙げられる。このようなラジカル重合性二重結合を有する官能基としては、(メタ)アクリロイル基、スチリル基、ビニルエステル基、ビニロキシ基などが挙げられる。
光ラジカル発生剤(B)としては、光の照射により活性化され、ラジカルを発生する適宜の化合物を挙げることができる。好ましくは、光の照射により活性化され、前述した共重合性単量体a1)、オリゴマーa2)及び化合物a3)をラジカル反応架橋する光ラジカル反応開始剤を用いることができる。
イオン重合性樹脂(C)は、イオン性反応基を有し、光の照射及び/または加熱により該イオン性反応基が反応して硬化する化合物である。上記イオン重合性樹脂(C)のイオン性反応基としては、アニオン系官能基とカチオン官能基とが存在する。上記カチオン反応基としては、エポキシ基、オキセタニル基、ビニロキシ基、スチリル基、アルコキシシリル基などを挙げることができる。
光イオン重合触媒(D)は、イオン重合性樹脂(C)をイオン重合により硬化させるための光により活性化され、イオンを発生する化合物である。
熱硬化剤(E)は、イオン重合性樹脂(C)を加熱により硬化促進させる。このような熱硬化剤(E)としては適宜のアミン及び/またはチオール基を有する硬化剤を挙げることができる。1,3−ビス[ヒドラジノカルボノエチル−5−イソプロピルヒダントイン]等のヒドラジド化合物、ジシアンジアミド、グアニジン誘導体、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、N−[2−(2−メチル−1−イミダゾリル)エチル]尿素、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、N,N’−ビス(2−メチル−1−イミダゾリルエチル)尿素、N,N’−(2−メチル−1−イミダゾリルエチル)−アジポアミド、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール誘導体、変性脂肪族ポリアミン、テトラヒドロ無水フタル酸、エチレングリコールービス(アンヒドロトリメリテート)等の酸無水物、各種アミンとエポキシ樹脂との付加生成物等が挙げられる。
熱ラジカル発生剤(F)としては、加熱により活性化され、ラジカルを発生する、適宜のラジカル反応開始剤を用いることができる。好ましくは、上記ラジカル重合性樹脂(A)として、共重合性単量体a1)、オリゴマーa2)及び化合物a3)を含む組成を用いた場合、これらをラジカル反応架橋する適宜の熱ラジカル反応開始剤を用いることができる。
本発明の目的を阻害しない限り、上記硬化性組成物には、他の成分が適宜添加されてもよい。このような他の成分としては、支持体上にフィルムを形成する際の溶剤、柔軟性を付与するための可塑剤、光反応性を制御するための反応促進剤もしくは反応抑制剤、適宜の充填剤、安定性を高めるための酸化防止剤、耐候性を高めるための紫外線吸収剤、あるいは酸素吸収剤などが挙げられる。また、導電性を付与するために、金属微粒子、有機導電性化合物あるいは固体電解質などを添加してもよい。
上記硬化性化合物における光架橋や硬化を進めるための光源としては、使用する光の波長に応じて適宜の光源を用いることができる。このような光源としては、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、エキシマレーザー、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光灯、太陽光、電子線照射装置、UV−LED等が挙げられる。また、フィルター等を用いて不要な波長成分を低減又は除去してもよいし、各種光源を組み合わせて用いても良い。
また、熱硬化剤(E)の硬化にトリガーとして熱を利用する場合には、適宜の熱源を用いることができる。このような熱源としては、ヒーター、炉あるいは赤外線を照射する赤外光照射装置などを挙げることができる。
上記硬化性組成物において、第1,第2のトリガーが与えられる前の粘度は、23℃の温度で好ましくは10〜10000mPa・sの範囲である。粘度が10000mPa・sを超えると、パターニング材の鋳型の細部にまで硬化性組成物が充分に充填されず、転写性が低下するおそれがある。粘度が10未満では、パターニング材の鋳型に硬化性樹脂を充填する際に、樹脂液が跳ねたり、飛び散ったりと樹脂液のハンドリング性が悪くなるおそれがある。
離型処理を施した厚み50μmのPETフィルム上に、厚みが20μmとなるように硬化性組成物をキャスティングし、樹脂フィルムを作成した。カバーフィルムとして厚み50μmのPETフィルムをラミネートした。
離型処理を施した厚み50μmのPETフィルム上に、厚みが20μmとなるように硬化性組成物をキャスティングし、樹脂フィルムを作成した。カバーフィルムとして厚み50μmのPETフィルムをラミネートした。
従来からヤング率の測定法として知られているバルジ法に基づき、ヤング率を測定した。すなわち、被測定対象物であるフィルムに負圧を加え、その負圧に対するフィルムの歪み量をヘテロダイン変位計で計測して、負圧と歪み量の計測結果を30〜500点求め、その関係式よりヤング率を計算する方式を採用した。負圧は真空系を用いて実現した。薄膜に負圧を加える領域を円形とした場合、薄膜の最大のたわみを示す部位(薄膜の中心)でのたわみ量には
Δp=(Ath/r2)+(BtEh5/r4)
の関係がある。ここで、p;大気圧との差の圧力、h;たわみ量、E;ヤング率、r;負圧のかかる円形領域の半径、t;薄膜厚、A、B;定数である。この計算式に基づき、ヤング率が既知の窒化シリコンの標準サンプルで定数A,Bを求めて、目的のフィルムのヤング率Eを算出した。測定用サンプルは,シリコン異方性エッチングにより形成された2mm丸の開口を有する厚さ2ミリのステンレスプレートに被測定フィルムを貼り付けて作製した。
なお、本発明に係る樹脂積層体の製造方法及び硬化性組成物は、内部にマイクロ流路が形成されたマイクロチップの製造だけでなく、内部にマイクロ流路のような小さな中空部分が形成されている様々な樹脂積層体、あるいは第2の実施形態で説明したように、上方に開いた微細な凹部を有する樹脂積層体を製造する用途に広く用いられるものであることを指摘しておく。
1.樹脂組成物の作成:
(A)ラジカル重合性樹脂として、エポキシアクリレートである共栄社化学社製、エポキシエステルM−600A(50重量部)、ポリプロピレングリコールメタアクリレートである日油社製、ブレンマーPP−1000(15重量部)、テトラヒドロフルフリルアクリレート(10重量部)及びシクロヘキシルアクリレート(10重量部)
(B)光ラジカル発生剤として、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイン)−フェニルフォスフィンオキサイドであるチバスペシャリティケミカルズ社製、イルガキュア819(1重量部)
(C)イオン重合性樹脂として、可とう性エポキシ樹脂であるADEKA社製、アデカレジンEP−4080(15重量部)
(D)光イオン重合触媒として、ジアリールヨードニウム塩のSbF6−を主成分とするADEKA社製、アデカオプトマーSP−170(1重量部)
を、遮光下、適宜加熱して、撹拌・混合することにより、樹脂組成物を得た。
シリコン基板上に永久厚膜ネガ型レジストである化薬マイクロケム社製、SU−8 50をスピンコートし、プレベイクを65℃で5分間行い、その後ソフトベイクを95℃で20分間行った。次に、マスクアライナー(ミカサ社製、MA−10)上にマスクパターンをのせアライメントを行った後、紫外線を30秒間照射した。次に、ポストベイクを95℃で30分間行った後、火薬マイクロケム社製ディベロッパー、品番:SU−8ディベロッパーで現像、洗浄し、マイクロ流路形成のための鋳型を有するパターニング材を作製した。
1)パターニング材の鋳型への樹脂充填:
上記パターニング材上に樹脂組成物を塗布した。鋳型の細部にまで樹脂を充填させるために、減圧脱泡を行った。減圧脱泡条件は、真空度−0.1MPa、処理時間30分間である。
カバーフィルム面より、主発光波長400nm、照度1mW/cm2のUV光を、120秒間照射した。樹脂シートは、半硬化した。
鋳型の微細パターンに応じた形状が転写された半硬化組成物部材を、カバーフィルムごと、鋳型より剥離した。なお、半硬化組成物部材の表面タックは、8であった。
カバーフィルム付きの半硬化組成物部材を、半硬化組成物部材面が合わさるように、基板であるポリメタクリル酸メチル板(三菱レイヨン社製、サイズ幅50mm、長さ100mm、厚み2mm)に、貼り合わせた。半硬化組成物部材の表面のタックが小さいため、基板への貼り合わせ位置の調整や修正が可能であった。
2…フォトレジスト層
2a,2b…開口部
2A…フォトレジスト層
2B…フォトレジスト層
2c…突出部
2d〜2f…開口部
3…マスクパターン
3a〜3c…透光部
4…パターニング材
5…硬化性組成物層
5a…凹部
5A…半硬化組成物部材
5B…樹脂シート
6…基板
7…マスクパターン
7a〜7d…透光部
8…パターニング材
9a,9b…貫通部
9A…半硬化組成物部材
9B…樹脂シート
10…樹脂積層体
11…シート
Claims (2)
- 第1のトリガーが与えられた際に硬化する第1の樹脂と、第1のトリガーとは異なる第2のトリガーが与えられた際に硬化する第2の樹脂とを含む硬化性組成物を、前記凹部もしくは貫通部に相当する部分が上面に突出部として形成されたパターニング材の上面に塗布する工程と、
前記第1のトリガーを与えて、前記硬化性組成物中の第1の樹脂を硬化させ、前記パターニング材に塗布された硬化性組成物を半硬化し、前記パターニング材の突出部に対して反転した形状を有する半硬化組成物部材を用意する工程と、
前記半硬化組成物部材を基板の上面に載置する工程と、
前記第2のトリガーを付与し、前記半硬化組成物部材中の第2の樹脂を硬化させることにより、基板の上面に接合されており、かつ基板側に向かって開いた凹部または貫通部を有する樹脂シートを形成する工程とを備え、基板と、基板の上面に接合されており、基板側に向かって開いた凹部もしくは貫通部を有する樹脂シートとを有する樹脂積層体の製造方法に用いられる硬化性組成物であって、
(A)ラジカル重合性樹脂と、
(B)光ラジカル発生剤と、
(C)イオン重合性樹脂と、
(D)光イオン重合触媒とを含み、
前記第1のトリガーが光であり、前記第2のトリガーが前記第1のトリガーとは波長が異なる光であり、前記第2のトリガーとしての光の印加エネルギー総量の前記第1のトリガーとしての光の印加エネルギー総量に対する比が1倍〜100倍の範囲にある、硬化性組成物。 - 前記(B)光ラジカル発生剤が(B−1)波長400nm以上の光が与えられた際にラジカルを発生する光ラジカル発生剤であり、前記(D)光イオン重合触媒が(D−1)波長400nm以下の光が照射された際に活性化されるイオン重合触媒であり、前記第1のトリガーとしての光の波長が、前記第2のトリガーとしての光の波長よりも長波長である、請求項1に記載の硬化性組成物。
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