JP5599495B2 - 硬化性組成物および硬化物 - Google Patents
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Description
前記ポリヒドロキシ化合物が、ポリエステルポリオール化合物、ポリカーボネートポリオール化合物、ポリエーテルポリオール化合物、ポリウレタンポリオール化合物、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの単独重合体もしくは共重合体、またはエポキシ(メタ)アクリレート化合物である。
[3] さらに反応性モノマー(C)(前記エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)を除く。)を含有することを特徴とする項[1]に記載の硬化性組成物。
[5] 前記エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)と反応性モノマー(C)とを合わせたSP値が10.5〜11.0であることを特徴とする項[3]に記載の硬化性組成物。
[6] 項[1]〜[5]のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化することにより形成された硬化物。
また、本発明によれば、カラーテレビ、液晶表示素子、固体撮像素子、カメラ等に使用される光学的カラーフィルタの製造に用いられるカラーフィルタ用感光性組成物として、より高感度で現像性に優れた硬化性組成物を提供することができる。
本発明のエチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)(以下、単に「本発明のウレタン化合物(A)」や「反応性ウレタン化合物(A)」などのように簡略化して表記することがある。)は、下記式(I)で表される。
i−a−a)パーフルオロ基を含有する反応性ウレタン化合物(A)
パーフルオロ基を含有する反応性ウレタン化合物(A)としては、上記式(I)中のXがフッ素を含有する残基である化合物が挙げられる。前記フッ素を含有する残基Xとしては、たとえば、下記式(III)または(IV)で表される残基が挙げられる。
上記式(I)においてm=1となるパーフルオロ基の具体例としては、フルオロアルキル基を挙げることができる。前記フルオロアルキル基は、炭素数が好ましくは1〜20であり、より好ましくは1〜10であり、また、直鎖構造(例えば、−CF2CF3、−CH2(CF2)8CF3、−CH2CH2(CF2)8F等)であってもよく、分岐構造(例えば、−CH(CF3)2、−CH2CF(CF3)2等)であってもよく、脂環式構造(好ましくは5員環または6員環、例えばパーフルオロシクロへキシル基、パーフルオロシクロペンチル基またはこれらで置換されたアルキル基等)であってもよく、エーテル結合を有していてもよい。
2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロ−1,6−ヘキサンジオール、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7−ドデカフルオロ−1,8−オクタンジオールなどのパーフルオロアルキルジオール;
パーフルオロトリエチレングリコール、パーフルオロテトラエチレングリコールなどのパーフルオロアルキレングリコール;
α−(1,1−ジフルオロ−2−ヒドロキシエチル)−ω−(2,2−ジフルオロエタノール)ポリ(オキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエチレン)、α−(1,1−ジフルオロ−2−ヒドロキシエチル)−ω−(2,2−ジフルオロエタノール)ポリ(オキシ−ジフルオロメチレン)、α−(1,1−ジフルオロ−2−ヒドロキシエチル)−ω−(2,2−ジフルオロエタノール)ポリ(オキシ−ジフルオロメチレン)(オキシ−1,1,2,2−テトラフルオロエチレン)などのポリパーフルオロアルキレンエーテルジオール;
3−パーフルオロブチル−1,2−エポキシプロパン、3−パーフルオロオクチル−1,2−エポキシプロパン、3−パーフルオロブチル−1,2−エポキシプロパンなどのフルオロアルキルエポキシドの開環ジオール;
2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)ヘキサフルオロプロパンのアルコール残基などが挙げられる。本願においてアルコール残基とは、アルコールからOH基を除いた構造を意味する。また、上記フッ素含有ジオールにエチレンオキシドやプロピレンオキシドなどのアルキレンオキシドを付加させたジオールから得られる基であってもよい。
i−a−b)フェノール性水酸基を有さない芳香族化合物の残基を含有する反応性ウレタン化合物(A)
フェノール性水酸基を有さない芳香族化合物の残基を含有する反応性ウレタン化合物(A)としては、たとえば、式(I)中のXがフルオレン骨格またはビスフェノールA骨格などを有する基であり、m=2〜4である化合物が挙げられる。このような置換基Xとしては、たとえば、下記式(V)または(VI)で表される基が挙げられる。
脂肪族化合物の残基を含有する反応性ウレタン化合物(A)としては、たとえば、置換基Xが、分岐していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基を有するアルキレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、ノルボルネンジメタノール、水素化ビスフェノールA、ノルボルネンメタノール、分岐もしくは環を形成していてもよい炭素数2〜10のアルキレン基を有するアルキレンモノオールのアルコール残基であり、n=2〜6の化合物が挙げられる。
不飽和基を含有するアルコール化合物より得られる反応性ウレタン化合物(A)としては、たとえば、下記式(VII)で表される化合物が挙げられる。
イソシアヌレート骨格を含有する反応性ウレタン化合物(A)としては、たとえば、置換基Xが、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのアルコール残基であることが好ましく、その残基の構造は下記式(XI)である。
繰り返し単位を有する反応性ウレタン化合物(A)としては、たとえば、置換基Xが、活性水素を有する官能基を含む繰り返し単位を有し、かつ、数平均分子量(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(質量部PC)によるポリスチレン換算の値)が、2,000〜100,000であるポリマー化合物の残基である化合物が挙げられる。なお、前記ポリマー化合物の数平均分子量は、好ましくは4,000〜60,000、より好ましくは6,000〜40,000である。数平均分子量が低いと、皮膜強度が低下する傾向にあり、数平均分子量が高過ぎると、現像性や可撓性が低下することがある。
本発明で用いられるポリエステルポリオール化合物は、1分子中に2以上のヒドロキシル基と1以上のエステル結合とを有する化合物であり、その具体例としては、多価アルコールと多塩基酸のエステルとから得られるポリエステル系ポリオール、およびポリカプロラクトンジオールやポリブチロラクトンジオールなどのポリラクトン系ジオールなどが挙げられる。また、カルボキシル基が残存するように合成されたポリエステルポリオール化合物を使用することもできる。
本発明で用いられるポリカーボネートポリオールは、1分子中に2以上のヒドロキシル基と1以上のカーボネート結合とを有する化合物である。中でも、下記式(XIII)で表される化合物が好ましい。
式(XIII)中、R9、R10およびR11はそれぞれ独立に、ヒドロキシル基および/またはカルボキシル基を有していてもよい炭素数が2〜30である直鎖状、分岐状または環状の炭化水素基を示し、rおよびsはそれぞれ独立に0〜100の整数を示す。
本発明で用いられるポリエーテルポリオール化合物は、好ましくは、2以上のアルキレングリコールが脱水して縮合した構造を有する化合物である。このような化合物は、アルキレングリコールの縮合またはアルキレンオキサイドの開環重合などにより製造される。
本発明で用いられるポリウレタンポリオール化合物は、1分子中に2以上のヒドロキシル基と1以上のウレタン結合とを有するものである。これらはポリイソシアネートとポリオールとを任意の方法により反応させることで得られる。この反応の際、上記式(XII)で表されるイソシアネート化合物を同時に仕込んで上記反応性ウレタン化合物(A)を製造してもよい。
本発明で用いられるヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの単独重合体または共重合体は、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの1種以上を任意の方法により単独重合または共重合させて得られる重合体である。ここで使用されるヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートの具体例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパン−酸化アルキレン付加物−モノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、6−ヒドロキシヘキサノイルオキシエチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
エポキシ(メタ)アクリレート化合物は、エポキシ樹脂のエポキシ基に不飽和モノカルボン酸を付加させたもので、場合によっては、さらに多塩基酸無水物を反応させることにより得られる。ここで使用できるエポキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、(o,m,p−)クレゾールノボラックエポキシ樹脂、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ナフトール変性ノボラックエポキシ樹脂、ハロゲン化フェノールノボラックエポキシ樹脂などが挙げられる。
i−b−a)アルキルチオールより得られる反応性ウレタン化合物(A)
上記式(I)のR6が硫黄原子である場合の置換基Xとしては、上述したR6が酸素原子である場合と同様な基が挙げられる。この場合に用いられる置換基Xを含む化合物としては、メルカプト基を1つ以上有する化合物が挙げられる。
エステル構造を含むチオール化合物より得られる反応性ウレタン化合物(A)としては、たとえば、置換基Xが、下記式(X)で表されるカルボキシル基含有チオール化合物とアルコール化合物とからなるメルカプト基含有エステル化合物のチオール残基である化合物が挙げられる。本願においてチオール残基とは、チオール化合物からSH基を除いた構造を意味する。
上記式(I)のR6がイミノ基である場合の置換基Xとしては、上述したR6が酸素原子または硫黄原子である場合と同様な基が挙げられる。この場合に用いられる置換基Xを含む化合物としては、アミノ基を1つ以上有する化合物が挙げられる。
本発明のウレタン化合物(A)は、上記式(XII)で表されるエーテル結合を有する不飽和基含有イソシアネート化合物と、活性水素を有する化合物とを反応させて得ることができる。その反応方法は特に制限されるものではなく、例えば、混合するだけで式(I)のウレタン化合物(A)を得ることができる。
本発明の硬化組成物は、少なくとも上述した本発明の反応性ウレタン化合物(A)と、重合開始剤(B)とを含有し、必要に応じて、反応性モノマー(C)やその他添加剤を含んでもよい。
重合開始剤(B)としては光重合開始剤(B’)が使用でき、紫外線または可視光線などの活性エネルギー線を照射することで、エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)の重合反応を起こし硬化物を得ることができる。このような光重合開始剤(B’)の具体例としては特に制限されず、公知のものを広く使用することができる。好ましい具体例としては、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2'−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オンなどの重合開始剤、ヘキサアリールビイミダゾール系化合物、トリアジン系化合物、アミノアセトフェノン系化合物、増感色素と有機ホウ素塩系化合物の組み合わせ、キノン系化合物、チタノセン系化合物、オキサジアゾール系化合物、グリオキシエステル系化合物、ビスアシルホスフィンオキサイド系化合物などが挙げられる。
チタノセン系化合物の具体例としては、特開昭59−152396号公報、特開昭61−151197号公報、特開昭63−10602号公報、特開昭63−41484号公報、特開平2−291号公報、特開平3−12403号公報、特開平3−20293号公報、特開平3−27393号公報、特開平3−52050号公報、特開平4−221958号公報、特開平4−21975号公報などに記載されたチタノセン化合物が挙げられる。具体的には、ジシクロペンタジエニル−Ti−ジクロライド、ジシクロペンタジエニル−Ti−ジフェニル、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス(2,4,6−トリフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス(2,6−ジフルオロフェニル)、ジシクロペンタジエニル−Ti−ビス(2,4−ジフルオロフェニル)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)−Ti−ビス(2,3,4,5,6−ペンタフルオロフェニル)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)−Ti−ビス(2,3,5,6−テトラフルオロフェニル)、ビス(メチルシクロペンタジエニル)−Ti−ビス(2,6−ジフルオロフェニル)などが挙げられる。
ビスアシルホスフィンオキサイド系化合物の具体例としては、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジクロルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジクロルベンゾイル)−2,5−ジメチルフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイドなどが挙げられる。
本発明の硬化性組成物は、反応性モノマー(C)を含有していてもよい。本発明における反応性モノマー(C)とは、少なくとも1つのエチレン性不飽和基を有する化合物であり、単量体だけでなく、二量体や三量体も含む。ただし、式(I)の反応性ウレタン化合物(A)は除かれる。このような反応性モノマー(C)を含有させることにより、組成物の粘度調整ができるとともに、得られる硬化物の特性、例えば、反応性、硬度、弾性、密着性などの機械的特性、透明性などの光学的特性が調整できる。
次に、本発明の硬化性組成物の具体的な態様として、カラーフィルター、ソルダーレジストおよびコーティング剤の用途に好適な組成物について説明する。
カラーフィルタ用に好適な硬化性組成物としては、本発明の反応性ウレタン化合物(A)、光重合開始剤(B’)、反応性モノマー(C)、顔料(D)、有機溶剤(E)および多官能チオール(F)を含有する硬化性組成物が挙げられる。
上記カラーフィルタ用硬化性組成物における反応性ウレタン化合物(A)の含有量は、有機溶剤(E)を除く組成物全量に対して、好ましくは10〜40質量%であり、より好ましくは15〜35質量%である。反応性ウレタン化合物(A)と、反応性モノマー(C)などの他の硬化性成分との質量比は、強度と光感度のバランスの点で、好ましくは30/70〜90/10、より好ましくは40/60〜85/15である。反応性ウレタン化合物(A)の質量比が30/70より小さくなると、皮膜強度が低下することがある。一方、反応性ウレタン化合物(A)の質量比が90/10より大きくなると、硬化収縮が大きくなる傾向にある。
光重合開始剤(B’)としては、iii−a)で示したものを1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
反応性モノマー(C)としては、iii−b)で示したものを1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
顔料(D)としては、赤色、緑色、青色の顔料が使用できるが、放射線を最大限遮蔽するものとしは、黒色顔料が挙げられる。このような顔料として、公知のものを使用することができるが、その具体例としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、カーボンナノチューブ、黒鉛、鉄黒、酸化鉄系黒色顔料、アニリンブラック、シアニンブラック、チタンブラックなどが挙げられる。また、赤色、緑色、青色の三色の有機顔料を混合して黒色系顔料として用いることもできる。
カーボンブラックとしては、市販されているものを使用することができ、その好ましい粒子径は、分散性、解像度を考慮すると、5〜200nm、より好ましくは10〜100nmである。粒子径が5nm未満であると均一な分散が困難となり、粒子径が200nmを超えると解像度が低下する傾向にある。
有機溶剤(E)の具体例としては、ジイソプロピルエーテル、エチルイソブチルエーテル、ブチルエーテルなどのエーテル類;酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル(n、sec、tert)、酢酸アミル、3−エトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸プロピル、3−メトキシプロピオン酸ブチルなどのエステル類;メチルエチルケトン、イソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、エチルアミルケトン、メチルブチルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類;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ジエチルエーテル、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、ジエチ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−t−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、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピ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ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテルなどのグリコール類、およびこれらの混合物などが挙げられる。
本発明のカラーフィルタ用硬化性組成物は、多官能チオール(F)を含有してもよい。前記多官能チオール(F)は、分子中にメルカプト基を有する化合物であれば特に限定されないが、メルカプト基を1分子中に2個以上有する化合物であることが好ましい。より好ましい多官能チオール(F)としては、下記一般式(XIX)で示される構造を2個以上有する化合物が挙げられる。
その具体例として、下記式(XX)〜(XXIV)で示される多官能チオールが挙げられる。
上記カラーフィルタ用硬化性組成物には、上述した各成分の他に、顔料分散剤、密着向上剤、レベリング剤、現像改良剤、酸化防止剤、重合禁止剤などを添加することができる。重合禁止剤としては公知の化合物を使用することができ、具体的にはハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、tert−ブチルカテコール、ピロガロール、フェノチアジンなどが挙げられる。特に、着色材料を微細に分散し、かつ、その分散状態を安定化させることが品質安定上重要であるため、必要に応じて顔料分散剤を配合することが望ましい。
上記カラーフィルタ用硬化性組成物は、上述した各成分を任意の方法で混合することにより製造できる。混合方法は、各成分を同時に混合する方法、各成分を逐次混合する方法のいずれであってもよい。
ビーズミルで分散させる場合には、0.1〜数ミリ径のガラスビーズまたはジルコニアビーズが好ましく用いられる。分散時の温度は通常0〜100℃であり、好ましくは室温〜80℃である。分散時間は、着色組成物の組成(着色材料、溶剤、分散剤、バインダーポリマー)、ビーズミルの装置サイズなどに応じて適切な時間とする。
上述したカラーフィルタ用硬化性組成物を透明基板上に塗布し、溶剤をオーブンなどで乾燥した後、露光現像してパターンを形成し、次いで、ポストベークを行うことによりカラーフィルタを製造することができる。
ポストベークは、通常は、溶剤乾燥と同様の装置を用いて、温度150〜300℃で1〜120分の間行われる。このようにして得られるマトリックスの膜厚は、好ましくは0.1〜2μm、より好ましくは0.1〜1.5μm、さらに好ましくは0.1〜1μmである。マトリックスとしての機能を果たすため、これらの膜厚において光学濃度が3以上であることが好ましい。
ソルダーレジスト用に好適な硬化性組成物としては、本発明の反応性ウレタン化合物(A)、光重合開始剤(B’)、反応性モノマー(C)、熱硬化性ポリマー(G)、および熱重合触媒(H)を含有する硬化性組成物が挙げられる。
反応性モノマー(C)としては、前述したカラーフィルター用に好適な硬化性組成物に用いられるものと同様の反応性モノマーが使用できる。反応性ウレタン化合物(A)と、それ以外の反応性モノマー(C)との配合比は、質量比で好ましくは95:5〜50:50、より好ましくは90:10〜60:40、さらに好ましくは85:15〜70:30である。反応性ウレタン化合物(A)の配合比が95を超えると、組成物からなる硬化膜の耐熱性が低下する場合がある。一方、反応性ウレタン化合物(A)の配合比が5未満になると組成物のアルカリ可溶性が低下する傾向がある。
熱硬化性ポリマー(G)は、熱硬化成分として組成物に含有されるものであり、それ自身が熱によって硬化するものであってもよく、熱により反応性ウレタン化合物(A)のカルボキシル基と反応するものであってもよい。
光重合開始剤(B’)としては、前述したカラーフィルタ用に好適な硬化性組成物に用いられるものと同様の光重合開始剤が使用できる。
熱重合触媒(H)は、熱硬化性ポリマー(G)を熱硬化させる作用を示すものであり、その具体例としては、アミン類;該アミン類の塩化物などのアミン塩類または第四級アンモニウム塩類;環状脂肪族酸無水物、脂肪族酸無水物、芳香族酸無水物などの酸無水物類;ポリアミド類、イミダゾール類、トリアジン化合物などの窒素含有複素環化合物類;有機金属化合物などが挙げられる。これらは1種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。
脂肪族アミンの具体例としては、ポリメチレンジアミン、ポリエーテルジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチレンテトラミン、ジメチルアミノプロピルアミン、メンセンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、1,3,6−トリスアミノメチルヘキサン、トリブチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2,2,2]オクタン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7−エンなどが挙げられる。
上記ソルダーレジスト用硬化性組成物は、前述したカラーフィルタ用硬化性組成物と同様に、上述した各成分を通常の方法で混合することによって製造できる。混合の方法は特に制限はなく、一部の成分を混合してから残りの成分を混合してもよく、全ての成分を一括で混合してもよい。
また、他の添加剤として、例えば、保存安定性のために紫外線防止剤、可塑剤などを添加することができる。
上記ソルダーレジスト用硬化性組成物を、基板上などにスクリーン印刷により適当な厚みで塗布し、熱処理して乾燥し塗布膜が得られる。その後、露光、現像し、熱硬化して硬化させることにより、硬化物とすることができる。
現像液には、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、リン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、アンモニア、アミン類などのアルカリ水溶液を使用
することができる。
コーティング用に好適な硬化性組成物(以下、単に「コーティング組成物」ともいう。)としては、本発明の反応性ウレタン化合物(A)およ重合開始剤(B)を含有し、さらに反応性モノマー(C)、多官能チオール(F)およびウレタンオリゴマー(I)よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する硬化性組成物が挙げられる。
重合開始剤(B)としては、上記iii−a)で記載したものと同様の化合物を使用することができる。
本発明のコーティング組成物は反応性モノマー(C)を含有してもよい。反応性モノマー(C)としては、上記iii−b)で記載したものと同様の化合物を使用することができる。
本発明のコーティング組成物は多官能チオール(F)を含有してもよい。多官能チオール(F)としては、上記iii−c−f)で記載したものと同様の化合物を使用することができる。
本発明のコーティング組成物はウレタンオリゴマー(I)を含有してもよい。ウレタンオリゴマー(I)を用いることにより、硬化性組成物を硬化して得られる硬化物の表面硬度を調整し、また硬化する際のカール性の低減を図ることができる。
上記ウレタンオリゴマー(I)は単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。また、上記ウレタンオリゴマー(I)の使用量は特に限定されないが、反応性ウレタン化合物(A)100質量部に対して、好ましくは1〜1000質量部であり、より好ましくは2〜500質量部であり、さらに好ましくは5〜300質量部である。
本発明のコーティング組成物には、硬化性組成物100質量部に対して0.1質量部以下の重合禁止剤が含まれてもよい。重合禁止剤は保存中に硬化性組成物の含有成分が重合反応を起こすのを防止するために用いられる。重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ベンゾキノン、p−t−ブチルカテコール、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等が挙げられる。
レベリング剤としては、例えば、ポリエーテル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエステル変性ジメチルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、アラルキル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物、ポリエーテル変性メチルアルキルポリシロキサン共重合物等が挙げられる。
本発明のコーティング組成物は、反応性ウレタン化合物(A)および重合開始剤(B)を室温または加熱条件下で、ミキサー、ボールミル、3本ロールなどの混合機により混合するか、あるいは、反応性モノマーや溶剤などを希釈剤として添加して溶解することによって製造することができる。
本発明のコーティング組成物は、例えば、基材上に硬化性組成物を塗布し、塗膜を形成した後、活性エネルギー線を照射することによって、あるいは加熱することによって硬化させることができる。硬化のために、活性エネルギー線の照射と加熱との両方を行ってもよい。
式中、ΔHはモル蒸発熱(cal)、Vはモル体積(cm3)を表す。また、ΔHおよびVは「コーティングの基礎科学、原崎勇次著、槇書店、1983年6月30日1版、P.48〜57」に記載の原子団のモル蒸発熱(Δei)の合計(ΔH)とモル体積(ΔVi)の合計(V)を用いることができる。
1.硬化性組成物
(1−1)エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物の合成
以下に、本検討で用いるエチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物の合成方法を示す。なお、ここでは、その代表的な化合物の合成方法を開示するが、これらに限定されるものではなく、種々のアルコール、アミン、チオールを用いて、同様に他のウレタン(メタ)アクリレートを合成することが可能である。
撹拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器に、溶媒として塩化メチレン20g、多官能アルコールとしてトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート(東京化成(株)製)2.61g(10mmol)および2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルアクリレート5.97g(30mmol)を投入し、ジ−t−ブチル−ヒドロキシトルエン0.02gおよびジブチル錫ジラウレート0.004gを続けて投入した。次に、反応機内の温度を60℃まで向上させたのち、反応容器内の温度が低下し始めたら再度加熱を始め、80℃で撹拌を続け、赤外線吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収スペクトル(2250cm-1)がほぼ消失したことを確認して反応を終了した。反応終了後、溶媒を除去することで、エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(M−7)が粘張性透明の液体として得られた。
撹拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器に、溶媒として塩化メチレン20g、多官能アルコールとしてトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート(東京化成(株)製)2.61g(10mmol)および2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルメタクリレート5.56g(30mmol)を投入し、ジ−t−ブチル−ヒドロキシトルエン0.02gおよびジブチル錫ジラウレート0.004gを続けて投入した。次に、反応機内の温度を60℃まで向上させたのち、反応容器内の温度が低下し始めたら再度加熱を始め、80℃で撹拌を続け、赤外線吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収スペクトル(2250cm-1)がほぼ消失したことを確認して反応を終了した。反応終了後、溶媒を除去することで、エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(M−6)が粘張性透明の液体として得られた。
撹拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器に、溶媒として塩化メチレン20g、多官能アルコールとしてトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート(東京化成(株)製)2.61g(10mmol)および2−イソシアナトエチルメタクリレート4.65g(30mmol)を投入し、ジ−t−ブチル−ヒドロキシトルエン0.02gおよびジブチル錫ジラウレート0.004gを続けて投入した。次に、反応機内の温度を60℃まで向上させたのち、反応容器内の温度が低下し始めたら再度加熱を始め、80℃で撹拌を続け、赤外線吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収スペクトル(2250cm-1)がほぼ消失したことを確認して反応を終了した。反応終了後、溶媒を除去することで、エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(R−2)が粘張性透明の液体として得られた。
[実施例1]
表1のエチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(M−1)100gに対して、光重合開始剤として1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(チバスペシャルティケミカルズ(株)製、Irgacure184)を2g用い、ジクロロメタン(純正化学社製)20g中、室温で撹拌混合し、均一に溶解させて硬化性組成物溶液を得た。次いで、得られた硬化性組成物溶液を、乾燥膜厚が約100μmとなるようにガラス基板(大きさ50mm×50mm)に塗布し、50℃で30分間溶剤を乾燥して評価サンプルを得た。
反応性ウレタン化合物(M−1)を表3に示すものに変更したこと以外は実施例1と同様にして、硬化性組成物の調製および評価サンプルの作成を行った。
<柔軟性(最大伸び長)>
上記(1−2)で得られた評価サンプルを、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置を用いて500mJ/cm2で露光して硬化させた。得られた硬化物を5mm×30mmに切り、セイコーインスツルメンツ社製引張試験機を用いて弾性率(N/mm2)および最大伸び率(%)を測定した。結果を表3に示す。
上記(1−2)で得られた評価サンプルを、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置を用いて500mJ/cm2で露光して硬化させた。得られた硬化物を5mm×30mmに切り、180度折り曲げた。この操作を5回行い、下記基準で評価した。結果を表3に示す。
A…全てのサンプルにおいて、割れなどが全く認められない。
B…5枚中1枚以上のサンプルにおいて、割れが発生した。
C…全てのサンプルにおいて、割れが発生した。
上記(1−2)で得られた評価サンプルを、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置を用いて500mJ/cm2で露光して硬化させた。その硬化した各サンプルの硬化膜表面をサンドペーパーで磨き、さらにアドヒージョンテスター(Elcometer Instrument.Std社製、elcometor)の冶具をエポキシ接着剤(三井化学社製、HC−1210)で硬化させ、アドヒージョンテスターで密着強度を測定した。結果を表3に示す。
上記(1−2)で得られた評価サンプルを、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で3J/cm2で露光して硬化させた。その硬化した各サンプルについて、分光光度計(日本分光製、UV3100)を用いて400nmの透過率を測定した。結果を表3に示す。
(2−1)エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物ポリマーの合成
[製造実施例3]
撹拌装置、温度計およびコンデンサーを備えた反応容器に、ポリエステルポリオールとしてポリカプロラクトンジオール(ダイセル化学工業(株)製、PLACCEL212、分子量1,250)12.5g(10mmol)および2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルメタクリレート4.0g(20mmol)を投入し、p−メトキシフェノールおよびジ−t−ブチル−ヒドロキシトルエンを各々0.02g投入した。撹拌しながら60℃まで加熱した後、加熱を停止してジブチル錫ジラウレート0.004gを添加した。反応容器内の温度が低下し始めたら再度加熱を始め、80℃で撹拌を続けた。赤外線吸収スペクトルでイソシアネート基の吸収スペクトル(2280cm-1)がほぼ消失したことを確認して反応を終了し、粘稠液体の反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−1)を得た。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−1)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は1,650であった。また、この化合物(UB−1)の1H−NMRチャートを図13に示す。なお、NMR測定において、周波数は400MHzであり、溶媒として重クロロホルムを使用した。
ポリカプロラクトンジオールの代わりにポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業(株)製 商品名プラクセルCD210PL、平均分子量1,000)10g(10mmol)を使用した以外は製造実施例3と同様にして反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−2)を合成した。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−2)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は1,400であった。
ポリカプロラクトンジオールの代わりにポリテトラメチレングリコール(保土谷化学工業(株)製、PTMG−850、分子量850)8.5g(10mmol)を使用した以外は製造実施例3と同様にしてウレタンメタクリレートポリマー(UB−3)を合成した。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−3)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は1,250であった。
ポリテトラメチレングリコール(保土谷化学工業(株)製、PTMG−850、分子量850)5.1g(6mmol)、ジメチロールプロピオン酸1.3g(10mmol)、イソホロンジイソシアナート2.7g(12mmol)および2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルメタクリレート1.6g(8mmol)を投入し、p−メトキシフェノールおよびジ−t−ブチル−ヒドロキシトルエンを各々0.002g投入した。撹拌しながら60℃まで加熱した後、加熱を停止してジブチル錫ジラウレート0.002gを添加した。反応容器内の温度が低下し始めたら再度加熱を始め、80℃で撹拌を続けた。赤外線吸収スペクトルでイソシアナート基の吸収スペクトル(2280cm-1)がほぼ消失したことを確認して反応を終了し、粘稠液体の反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−4)を得た。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−4)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は23,000、酸価は45mgKOH/gであった。
ポリカプロラクトンジオールの代わりにポリカーボネートジオール(ダイセル化学工業(株)製商品名プラクセルCD210PL、平均分子量1,000)10g(10mmol)、および2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルアクリレート3.7g(20mmol)を使用した以外は製造実施例3と同様にして反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−5)を合成した。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−5)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は1,500であった。
滴下漏斗、温度計、冷却管および撹拌機を取り付けた4つ口フラスコにメタクリル酸6.0g、2−ヒドロキシエチルアクリレート3.0gおよびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート112.0gを仕込み、1時間4つ口フラスコ内を窒素置換した。さらにオイルバスで90℃まで加温した後、メタクリル酸6.0g、メチルメタクリレート7.0g、ブチルメタクリレート21.5g、2−ヒドロキシエチルアクリレート3.0g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート112.0gおよびアゾビスイソブチロニトリル1.6gの混合液を1時間かけて滴下した。3時間重合を行った後、アゾビスイソブチロニトリル0.5gとプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート8.0gの混合液を加え、さらに100℃に昇温して1.5時間重合を行った後放冷した。この溶液に、2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルアクリレート8.5gを徐々に加え、80℃で4時間撹拌して反応性ウレタン化合物ポリマーの共重合体(UB−6)を合成した。得られた反応性ウレタン化合物ポリマーの共重合体(UB−6)の酸価は90mgKOH/g、GPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は24,000であった。また、この化合物(UB−6)の1H−NMRチャートを図14に示す。なお、NMR測定において、周波数は400MHzであり、溶媒として重クロロホルムを使用した。
製造実施例3の2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルメタクリレートの代わりに、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアナート3.1g(20mmol)を用いたこと以外は製造実施例3と同様にして反応を行い、反応性ウレタン化合物ポリマー(R−4)を得た。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(R−4)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は1,600であった。
製造実施例4の2−(イソシアナトエチルオキシ)エチルメタクリレートの代わりに、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアナート3.1g(20mmol)を用いたこと以外は製造実施例4と同様にして反応を行い、反応性ウレタン化合物ポリマー(R−5)を得た。得られた反応性ウレタン化合物ポリマー(R−5)のGPCにより測定したポリスチレン換算の重量平均分子量は1,300であった。
上記で得られたエチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−1)〜(UB−6)および比較用の反応性ウレタン化合物ポリマー(R−4)、(R−5)を表4に記載の配合割合にてカラーフィルター用硬化性樹脂組成物を調製した。代表として、実施例13の調製方法を下記に示す。なお、表4の配合の数値は全て質量部を示す。
製造実施例3で製造した反応性ウレタン化合物ポリマー(UB−1)2.3gに対して、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、分散剤(共栄社化学(株)製フローレンDOPA−33、固形分濃度30%)、カーボンブラック(デグサ社製SpecialBlack4)、HABI、BMK、TMPT、TPMB、シクロヘキサノンを表4に記載の質量部比率となるように混合し、1夜放置した。次に、この混合物を1時間撹拌した後、3本ロールミル((株)小平製作所製、RIII−1RM−2)を4回通した。得られた黒色の混合物にシクロヘキサノンを更に加えて濃度調整することにより、固形分濃度18.0%の黒色の硬化性組成物420gを得た。
上記(2−2)で得られた黒色の硬化性組成物を、孔径0.8μmのフィルター(桐山ろ紙GFP用)でろ過し、以下の方法で光感度およびレジスト物性(OD値(光学濃度),反射率,鉛筆硬度)の評価を行った。結果を表5に示す。なお、これらの評価方法の詳細は下記の通りである。
上記硬化性組成物をガラス基板(大きさ100×100mm)にスピンコートし、室温で30分間乾燥後、70℃×20分間プリベイクした。あらかじめレジストの膜厚を膜厚計((株)東京精密製SURFCOM130A)で測定してから更に超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置(ウシオ電機(株)製商品名マルチライトML−251A/B)で露光量を変えて光硬化した。さらに25℃においてアルカリ現像剤(0.1%炭酸カリウム水溶液、デベロッパー9033、シプレイ・ファーイースト(株)製)で所定の時間でアルカリ現像した。アルカリ現像後、水洗、エアスプレーによりガラス基板を乾燥し、残ったレジストの膜厚を測定した。下記式:残膜感度(%)=「(アルカリ現像後膜厚)/(アルカリ現像前膜厚)」×100より算出した値(残膜感度)が95%以上になった露光量をその硬化性組成物の光感度とした。
上記硬化性組成物をガラス基板(大きさ100×100mm)にスピンコートし、室温で30分間乾燥後、70℃×20分間プリベイクした。超高圧水銀ランプで組成物が有する光感度の2倍の露光量で光硬化した後、200℃×30分ポストベークし、得られたレジスト被覆ガラス基板を用いて以下の評価を実施した。
OD値既知の標準板で550nmにおける透過率を測定することにより検量線を作成した。次に、各実施例および比較例のレジスト被覆ガラス基板の550nmにおける透過率を測定することにより、OD値を算出した。
JIS K 5400−5−1に準拠してマンドレル屈曲試験を行った。マンドレルには直径3mmのものを用いて5回評価した。評価基準は以下のとおりである。
A・・・割れ無し。
B・・・5枚中1枚以上が割れた。
C・・・全て割れた。
JIS K 5400−1990に準拠して碁盤目剥離試験を行い、得られた硬化塗膜の密着強度を評価した。基板にはソーダガラス(平岡硝子社製)を用いた。また、碁盤目は3×3の9マスによって行い、9マス中で剥離が起こらなかった数を評価した。
分光光度計((株)島津製作所製UV−3100PC)を用い、550nmにおける各レジストの反射率を測定した。
(3−1)ソルダーレジスト用硬化性組成物の調製
[実施例19〜24および比較例6、7]
表6に示す配合割合(質量部)で各成分を混合して組成物を調製した。熱硬化性ポリマー(G)として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂EPICLON 860(大日本インキ化学工業株式会社製)を使用した。光重合開始剤(B’)として、2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキサイド TPO(BASF社製)および4,4'−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン EAB−F(保土谷化学工業株式会社製)を使用した。熱重合触媒(H)として、メラミン PC−1(日産化学工業株式会社製)を使用した。
(硬化性組成物塗膜の作製)
表6に示す配合割合で調製した硬化性組成物に、メチルセロソルブアセテートを添加して粘度5,000mPa・sとしたものを、厚さ35μmの銅箔を厚さ50μmのポリイミドフィルムの片面に積層したプリント基板(宇部興産株式会社製ユピセル(登録商標)Nを1%硫酸水溶液で洗浄し、水洗後、空気流で乾燥したもの)に、スクリーン印刷で厚さ30μmとなるように塗布し、70℃で乾燥し基板を作成した。
得られた各積層物試験片を、メタルハライドランプを有する露光機(オーク(株)製 HMW−680GW)により、4cm×6cmの範囲に1cm×1cmの正方形を有するネガパターンを用いて500mJ/cm2で露光した。次に、30℃で1質量%炭酸ナトリウム水溶液を60秒間スプレーすることにより、未露光部分を除去して現像した後、150℃、30分で加熱処理して、1cm×1cmの正方形の銅箔が露出した銅張り積層板を得た。
上記で得た銅張り積層板を用いて下記の工程により無電解金メッキを行ない、その試験片について外観の変化およびセロテープ(登録商標)を用いたピーリング試験を行ないレジストの剥離状態を下記基準で判定した。結果を表6に示す。
A…外観変化もなく、レジストの剥離も全くない。
B…外観の変化はないが、レジストにわずかに剥れがある。
C…レジストの浮きが見られ、レジストと銅箔の間へのメッキ潜りが認められ、ピーリング試験でレジストの剥れが大きい。
(4−1)コーティング用組成物の調製
[実施例25〜30および比較例8〜11]
表7に示すように、反応性ウレタン化合物(A)または比較用の反応性化合物に、光重合開始剤(B’)として1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(チバスペシャルティケミカルズ(株)製、Irgacure184)を配合し、さらにジクロロメタン(純正化学社製)50質量部を加え、室温で撹拌混合し均一に溶解した。その後、ジクロロメタンを40℃真空乾燥にて除去して、硬化性組成物溶液を得た。
<密着強度>
(4−1)で調製した硬化性組成物を、乾燥膜厚が約50μmとなるようにポリエチレンテレフタレート(PET)基材(大きさ50mm×50mm)に塗布し、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置を用いて500mJ/cm2で露光して硬化させた。PET基材には、結晶性表面および非結晶性表面を有する基板をおのおの選択した。結晶性表面を有する基板として、2軸延伸PETフィルムであるコスモシャインA4100(東洋紡製)を用いた。通常、密着性を確保するために片側が易接着処理面となっているが、反対側の未処理面を被接着面として使用した。また、非結晶性表面を有する基板として、日本テストパネル製のPET標準試験板(50mm×50mm)を用いた。硬化させた各サンプルの硬化膜表面をサンドペーパーで磨き、さらにアドヒージョンテスター(Elcometer Instrument.Std社製、elcometor)の冶具をエポキシ接着剤(三井化学社製、HC−1210)で硬化させ、アドヒージョンテスターで密着強度を測定した。結果を表7に示す。
(4−1)で調製した硬化性組成物を、3cm角の大きさのポリイミドフィルムの上に硬化膜の厚みが約30μmになるように塗布した。引き続き、超高圧水銀ランプを組み込んだ露光装置で1000mJ/cm2で露光して硬化させた。水平な台上で浮き上がった4辺それぞれの高さを測定し、その平均高さ値をカール性の値とした。結果を表7に示す。
実施例25〜30および比較例8〜11から、エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物のSP値がPETフィルム基材のSP値である約10.7に近いほど、PETフィルム基材への密着強度が向上した。特に実施例25においてはカール性の値が小さく、これが密着強度のさらなる向上に影響していると考えられる。
Claims (6)
- 前記ポリヒドロキシ化合物が、カルボキシル基を含有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
- さらに反応性モノマー(C)(前記エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)を除く。)を含有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)のSP値が10.5〜11.0であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性組成物。
- 前記エチレン性不飽和基含有反応性ウレタン化合物(A)と反応性モノマー(C)とを合わせたSP値が10.5〜11.0であることを特徴とする請求項3に記載の硬化性組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の硬化性組成物を硬化することにより形成された硬化物。
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