JP5857963B2 - トリアジン環含有重合体およびそれを含む膜形成用組成物 - Google Patents
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Description
例えば、シロキサンポリマーと、ジルコニアまたはチタニアなどを分散させた微粒子分散材料とを混合してなるハイブリッド材料を用いて屈折率を高める手法(特許文献1)が報告されている。
さらに、シロキサンポリマーの一部に高屈折率な縮合環状骨格を導入する手法(特許文献2)なども報告されている。
これまで炭素および窒素からなる耐熱性有機材料としては、芳香族ポリイミドや芳香族ポリアミドが主として用いられているが、これらの材料は直鎖構造を有しているため耐熱温度はそれほど高くない。
また、耐熱性を有する含窒素高分子材料としてトリアジン系縮合材料も報告されている(特許文献4)。
求められる具体的な特性としては、1)耐熱性、2)透明性、3)高屈折率、4)耐光性、5)高溶解性、6)低体積収縮率がある。特に光学材料においては、光による劣化、つまり耐光性の向上が求められている。耐光性を高めるために紫外線吸収剤などの添加や安定ラジカルを有する官能基の導入による劣化防止などが検討されているが、高分子化合物そのものが高い耐光性を有している例は少ない。
この知見をもとに、本発明者らはさらなる検討を重ね、芳香環部分を脂鎖または脂環式構造とすることで、耐光性により優れた重合体が得られることを見出し、本発明を完成した。
1. 下記式(1)で表される繰り返し単位構造を含むことを特徴とするトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー、
2. 重量平均分子量が、400〜500,000である1のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー、
3. 前記Aが、式(2)で示される1または2のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー、
4. 前記繰り返し単位構造が、式(15)で示される1のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー、
7. 少なくとも1つのトリアジン環末端を有し、このトリアジン環末端が、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アルキルアミノ基、アルコキシシリル基含有アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、またはエステル基でキャップされている6のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー、
8. 1〜7のいずれかのトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む膜形成用組成物、
9. 1〜7のいずれかのトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む膜、
10. 8の膜形成用組成物から得られる膜、
11. 基材と、この基材上に形成された9または10の膜とを備える電子デバイス、
12. 基材と、この基材上に形成された9または10の膜とを備える光学部材、
13. 9または10の膜を少なくとも1層備える、電荷結合素子または相補性金属酸化膜半導体からなる固体撮像素子、
14. 9または10の膜をカラーフィルター上の平坦化層として備える固体撮像素子、
15. 1〜7のいずれかのトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む、固体撮像素子用レンズ材料、平坦化材料または埋め込み材料
を提供する。
上記ポリマー骨格とすることで、1)2級アミンをポリマーのスペーサーとして用いる、2)末端に1級アミンが置換している、場合においても高耐熱性、高透明性を維持できる。
また、本発明で用いるトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーは、合成時の出発原料であるモノマーの種類を変更することで、これが有する諸物性をコントロールできる。
以上のような特性を有する本発明のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む膜は、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイ、光半導体(LED)素子、固体撮像素子、有機薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜トランジスタ(TFT)などの電子デバイスを作製する際の一部材として好適に利用できる。また、高屈折率が求められているレンズ用部材として好適に利用できる。特に高屈折率が求められている固体撮像素子の部材である、フォトダイオード上の埋め込み膜および平坦化膜、カラーフィルター前後の平坦化膜、マイクロレンズ、マイクロレンズ上の平坦化膜およびコンフォーマル膜、LED素子用コーティング材、封止材として好適に利用できる。
本発明に係るトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーは、式(1)で表される繰り返し単位構造を含むものである。
本発明において、アルキル基の炭素数としては特に限定されるものではないが、1〜20が好ましく、ポリマーの耐熱性をより高めることを考慮すると、炭素数1〜10がより好ましく、1〜3がより一層好ましい。また、その構造は、鎖状、分岐状、環状のいずれでもよい。
アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、s−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペントキシ基、1−メチル−n−ブトキシ基、2−メチル−n−ブトキシ基、3−メチル−n−ブトキシ基、1,1−ジメチル−n−プロポキシ基、1,2−ジメチル−n−プロポキシ基、2,2−ジメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−n−プロポキシ基、n−ヘキシルオキシ基、1−メチル−n−ペンチルオキシ基、2−メチル−n−ペンチルオキシ基、3−メチル−n−ペンチルオキシ基、4−メチル−n−ペンチルオキシ基、1,1−ジメチル−n−ブトキシ基、1,2−ジメチル−n−ブトキシ基、1,3−ジメチル−n−ブトキシ基、2,2−ジメチル−n−ブトキシ基、2,3−ジメチル−n−ブトキシ基、3,3−ジメチル−n−ブトキシ基、1−エチル−n−ブトキシ基、2−エチル−n−ブトキシ基、1,1,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1,2,2−トリメチル−n−プロポキシ基、1−エチル−1−メチル−n−プロポキシ基、1−エチル−2−メチル−n−プロポキシ基等が挙げられる。
アリール基の具体例としては、フェニル基、o−クロルフェニル基、m−クロルフェニル基、p−クロルフェニル基、o−フルオロフェニル基、p−フルオロフェニル基、o−メトキシフェニル基、p−メトキシフェニル基、p−ニトロフェニル基、p−シアノフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基、o−ビフェニリル基、m−ビフェニリル基、p−ビフェニリル基、1−アントリル基、2−アントリル基、9−アントリル基、1−フェナントリル基、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、4−フェナントリル基、9−フェナントリル基等が挙げられる。
その具体例としては、ベンジル基、p−メチルフェニルメチル基、m−メチルフェニルメチル基、o−エチルフェニルメチル基、m−エチルフェニルメチル基、p−エチルフェニルメチル基、2−プロピルフェニルメチル基、4−イソプロピルフェニルメチル基、4−イソブチルフェニルメチル基、α−ナフチルメチル基等が挙げられる。
上記アルキレン基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン基等の直鎖または分岐鎖アルキレン基や、例えば、下記式(2)〜(14)で示されるような、脂環構造を有するアルキレン基などが挙げられるが、得られるポリマーの耐光性をより高めることを考慮すると、式(2)〜(14)で示される脂環構造を有するアルキレン基が好ましく、特に、式(2)で示されるシクロへキシレン基が好適である。
このようなアルキレン基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン基等が挙げられるが、得られるポリマーの屈折率をより高めるということを考慮すると、炭素数1〜3のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜2のアルキレン基、具体的には、メチレン、エチレン基がより好ましく、メチレン基が最適である。
なお、本発明における重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCという)分析による標準ポリスチレン換算で得られる平均分子量である。
例えば、下記スキーム1に示されるように、繰り返し構造(15’)を有するハイパーブランチポリマーは、ハロゲン化シアヌル(17)および1,4−ジアミノシクロヘキサン化合物(18)を適当な有機溶媒中で反応させて得ることができる。
特に、原料である塩化シアヌルの安定性および工業的観点を考慮すると、スキーム2による製法がより好ましい。
特に、スキーム1の方法の場合、ハロゲン化シアヌル(17)2当量に対して、ジアミノ化合物(18)を3当量用いることを避けることが好ましい。官能基の当量をずらすことで、ゲル化物の生成を防ぐことができる。
種々の分子量のトリアジン環末端を多く有するハイパーブランチポリマーを得るために、ハロゲン化シアヌル(17)2当量に対して、ジアミノ化合物(18)を3当量未満の量で用いることが好ましい。
一方、種々の分子量のアミン末端を多く有するハイパーブランチポリマーを得るために、ジアミノ化合物(18)3当量に対して、ハロゲン化シアヌル(17)を2当量未満の量で用いることが好ましい。
例えば、薄膜を作製した場合に、優れた透明性や耐光性を有するという点では、トリアジン環末端を多く有するハイパーブランチポリマーが好ましい。
このように、ジアミノ化合物(18)やハロゲン化シアヌル(17)の量を適宜調節することで、得られるハイパーブランチポリマーの分子量を容易に調節することができる。
中でもTHF、1,4−ジオキサン、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシドおよびそれらの混合溶媒が好ましく、特に、1,4−ジオキサンが好適である。
特にスキーム1の反応では、リニア性を抑え、分岐度を高めるという点から、反応温度は60〜150℃が好ましく、80〜150℃が好ましく、80〜120℃が好ましい。
スキーム2の第1段階の方法において、反応温度は、用いる溶媒の融点から溶媒の沸点までの範囲で適宜設定すればよいが、特に、−50〜50℃程度が好ましく、−20〜50℃程度がより好ましく、−10〜50℃程度がより一層好ましく、−10〜10℃がさらに好ましい。
特にスキーム2の方法では、−50〜50℃で反応させる第1工程と、この工程に続いて60〜150℃で反応させる第2工程とからなる2段階工程を採用することが好ましい。
この場合、予め溶媒に溶かしておく成分および後から加える成分はどちらでもよいが、ジアミノ化合物(18)の加熱溶液中に、ハロゲン化シアヌル(17)を添加する手法が好ましい。
また、スキーム2の反応において、予め溶媒に溶かしておく成分および後から加える成分はどちらでもよいが、ハロゲン化シアヌル(17)の冷却溶液中に、ジアミノ化合物(18)を添加する手法が好ましい。
後から加える成分は、ニートで加えても、上述したような有機溶媒に溶かした溶液で加えてもよいが、操作の容易さや反応のコントロールのし易さなどを考慮すると、後者の手法が好適である。
また、添加は、滴下等によって徐々に加えても、全量一括して加えてもよい。
スキーム1において、加熱した状態で、両化合物を混合した後は、(段階的に温度を上げることなく)一段階で反応させた場合でも、ゲル化することなく、目的とするトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを得ることができる。
この塩基の具体例としては、炭酸カリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、ナトリウムエトキシド、酢酸ナトリウム、炭酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、酢酸カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化バリウム、リン酸三リチウム、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、フッ化セシウム、酸化アルミニウム、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルメチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、N−メチルピペリジン、2,2,6,6−テトラメチル−N−メチルピペリジン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、N−メチルモルホリン等が挙げられる。
塩基の添加量は、ハロゲン化シアヌル(17)1当量に対して1〜100当量が好ましく、1〜10当量がより好ましい。なお、これらの塩基は水溶液にして用いてもよい。
得られるポリマーには、原料成分が残存していないことが好ましいが、本発明の効果を損なわなければ一部の原料が残存していてもよい。
いずれのスキームの方法においても、反応終了後、生成物は再沈法等によって容易に精製できる。
これらの中でも、アルキルアミノ基、アルコキシシリル基含有アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、アリールアミノ基が好ましく、アルキルアミノ基、アリールアミノ基がより好ましい。
エステル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等が挙げられる。
アリールアミノ基の具体例としては、フェニルアミノ基、メトキシカルボニルフェニルアミノ基、エトキシカルボニルフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、メトキシカルボニルナフチルアミノ基、エトキシカルボニルナフチルアミノ基、アントラニルアミノ基、ピレニルアミノ基、ビフェニルアミノ基、ターフェニルアミノ基、フルオレニルアミノ基等が挙げられる。
アラルキルオキシ基の具体例としては、ベンジルオキシ基、p−メチルフェニルメチルオキシ基、m−メチルフェニルメチルオキシ基、o−エチルフェニルメチルオキシ基、m−エチルフェニルメチルオキシ基、p−エチルフェニルメチルオキシ基、2−プロピルフェニルメチルオキシ基、4−イソプロピルフェニルメチルオキシ基、4−イソブチルフェニルメチルオキシ基、α−ナフチルメチルオキシ基等が挙げられる。
アルキル基、アラルキル基、アリール基、アルコキシ基としては、上述した基と同様のものが挙げられる。
この手法によって得られたハイパーブランチポリマーは、溶剤への溶解性(凝集抑制)や、架橋剤との架橋性に優れたものとなるため、後述する架橋剤と組み合わせた組成物として用いる場合に特に有利である。
ここで、有機モノアミンとしては、アルキルモノアミン、アラルキルモノアミン、アリールモノアミンのいずれを用いることもできる。
アリールモノアミンの具体例としては、アニリン、p−メトキシカルボニルアニリン、p−エトキシカルボニルアニリン、p−メトキシアニリン、1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン、アントラニルアミン、1−アミノピレン、4−ビフェニリルアミン、o−フェニルアニリン、4−アミノ−p−ターフェニル、2−アミノフルオレン等が挙げられる。
この場合の反応温度も、リニア性を抑え、分岐度を高めるという点から、60〜150℃が好ましく、80〜150℃が好ましく、80〜120℃が好ましい。
ただし、有機モノアミン、ハロゲン化シアヌル化合物、ジアミン化合物の3成分の混合は、低温下で行ってもよく、その場合の温度としては、−50〜50℃程度が好ましく、−20〜50℃程度がより好ましく、−20〜10℃がさらに好ましい。このような有機モノアミンの同時仕込み反応を行うことで、得られるハイパーブランチポリマーの屈折率をより向上させることができる。低温仕込み後は、重合させる温度まで一気に(一段階で)昇温して反応を行うことが好ましい。
また、ハロゲン化シアヌル化合物とジアミン化合物の2成分の混合を低温下で行ってもよく、その場合の温度としては、−50〜50℃程度が好ましく、−20〜50℃程度がより好ましく、−20〜10℃がさらに好ましい。低温仕込み後、有機モノアミンを加え、重合させる温度まで一気に(一段階で)昇温して反応を行うことが好ましい。
また、このような有機モノアミンの存在下で、ハロゲン化シアヌル化合物と、ジアミン化合物とを反応させる反応は、上述と同様の有機溶媒を用いて行ってもよい。
界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェノールエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類;ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類;ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタントリステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート等のポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等のノニオン系界面活性剤、商品名エフトップEF301、EF303、EF352(三菱マテリアル電子化成(株)製(旧(株)ジェムコ製)、商品名メガファックF171、F173、R−08、R−30(DIC(株)製)、フロラードFC430、FC431(住友スリーエム(株)製)、商品名アサヒガードAG710,サーフロンS−382、SC101、SC102、SC103、SC104、SC105、SC106(旭硝子(株)製)等のフッ素系界面活性剤、オルガノシロキサンポリマーKP341(信越化学工業(株)製)、BYK−302、BYK−307、BYK−322、BYK−323、BYK−330、BYK−333、BYK−370、BYK−375、BYK−378(ビックケミー・ジャパン(株)製)等が挙げられる。
そのような化合物としては、メチロール基、メトキシメチル基などの架橋形成置換基を有するメラミン系化合物、置換尿素系化合物、エポキシ基またはオキセタン基などの架橋形成置換基を含有する化合物、ブロック化イソシアナートを含有する化合物、酸無水物を有する化合物、(メタ)アクリル基を有する化合物、フェノプラスト化合物等が挙げられるが、耐熱性や保存安定性の観点からエポキシ基、ブロックイソシアネート基、(メタ)アクリル基を含有する化合物が好ましい。
また、ブロックイソシアネート基は、尿素結合で架橋し、カルボニル基を有するため屈折率が低下しないという点からも好ましい。
なお、これらの化合物は、ポリマーの末端処理に用いる場合は少なくとも1個の架橋形成置換基を有していればよく、ポリマー同士の架橋処理に用いる場合は少なくとも2個の架橋形成置換基を有する必要がある。
架橋剤の具体例としては、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,2−エポキシ−4−(エポキシエチル)シクロヘキサン、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、2,6−ジグリシジルフェニルグリシジルエーテル、1,1,3−トリス[p−(2,3−エポキシプロポキシ)フェニル]プロパン、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸ジグリシジルエステル、4,4’−メチレンビス(N,N−ジグリシジルアニリン)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、ビスフェノール−A−ジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
また、酸無水物化合物の具体例としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、オクチル無水コハク酸、ドデセニル無水コハク酸等の分子内に1個の酸無水物基を有するもの;1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸無水物、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸二無水物、ビシクロ[3.3.0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物等の分子内に2個の酸無水物基を有するもの等が挙げられる。
(メタ)アクリル基を有する化合物としては、例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリメタクリレート、エトキシ化グリセリントリアクリレート、エトキシ化グリセリントリメタクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、エトキシ化ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ポリグリセリンモノエチレンオキサイドポリアクリレート、ポリグリセリンポリエチレングリコールポリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート等が挙げられる。
一分子中2個以上のイソシアネート基を有する化合物としては、例えば、イソホロンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートのポリイソシアネートや、これらの二量体、三量体、および、これらとジオール類、トリオール類、ジアミン類、またはトリアミン類との反応物などが挙げられる。
ブロック剤としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−エトキシヘキサノール、2−N,N−ジメチルアミノエタノール、2−エトキシエタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類;フェノール、o−ニトロフェノール、p−クロロフェノール、o−、m−またはp−クレゾール等のフェノール類;ε−カプロラクタム等のラクタム類、アセトンオキシム、メチルエチルケトンオキシム、メチルイソブチルケトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシム等のオキシム類;ピラゾール、3,5−ジメチルピラゾール、3−メチルピラゾール等のピラゾール類;ドデカンチオール、ベンゼンチオール等のチオール類などが挙げられる。
メラミン系化合物としては、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン CYMEL(登録商標)303、テトラブトキシメチルグリコールウリル 同1170、テトラメトキシメチルベンゾグアナミン 同1123(以上、日本サイテックインダストリーズ(株)製)等のサイメルシリーズ、メチル化メラミン樹脂であるニカラック(登録商標)MW−30HM、同MW−390、同MW−100LM、同MX−750LM、メチル化尿素樹脂である同MX−270、同MX−280、同MX−290(以上、(株)三和ケミカル製)等のニカラックシリーズ等が挙げられる。
オキセタン化合物としては、オキセタニル基を一分子中2個以上有し、そして熱硬化時の高温に曝されると、本発明で用いるハイパーブランチポリマーとの間で付加反応により架橋反応が進行するものである。
オキセタン基を有する化合物としては、例えば、オキセタン基を含有するOXT−221、OX−SQ−H、OX−SC(以上、東亜合成(株)製)等が挙げられる。
フェノプラスト化合物としては、例えば、2,6−ジヒドロキシメチル−4−メチルフェノール、2,4−ジヒドロキシメチル−6−メチルフェノール、ビス(2−ヒドロキシ−3−ヒドロキシメチル−5−メチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−ヒドロキシメチル−5−メチルフェニル)メタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジヒドロキシメチルフェニル)プロパン、ビス(3−ホルミル−4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)ホルミルメタン、α,α−ビス(4−ヒドロキシ−2,5−ジメチルフェニル)−4−ホルミルトルエン等が挙げられる。
フェノプラスト化合物は、市販品としても入手が可能であり、その具体例としては、26DMPC、46DMOC、DM−BIPC−F、DM−BIOC−F、TM−BIP−A、BISA−F、BI25X−DF、BI25X−TPA(以上、旭有機材工業(株)製)等が挙げられる。
架橋剤を用いることで、架橋剤とハイパーブランチポリマーが有する反応性の末端置換基とが反応し、膜密度の向上、耐熱性の向上、熱緩和能力の向上などの効果を発現できる場合がある。
なお、上記その他の成分は、本発明の組成物を調製する際の任意の工程で添加することができる。
組成物の塗布方法は任意であり、例えば、スピンコート法、ディップ法、フローコート法、インクジェット法、スプレー法、バーコート法、グラビアコート法、スリットコート法、ロールコート法、転写印刷法、刷毛塗り、ブレードコート法、エアーナイフコート法等の方法を採用できる。
焼成温度は、溶媒を蒸発させる目的では特に限定されず、例えば40〜400℃で行うことができる。これらの場合、より高い均一製膜性を発現させたり、基材上で反応を進行させたりする目的で2段階以上の温度変化をつけてもよい。
焼成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ホットプレートやオーブンを用いて、大気、窒素等の不活性ガス、真空中等の適切な雰囲気下で蒸発させればよい。
焼成温度および焼成時間は、目的とする電子デバイスのプロセス工程に適合した条件を選択すればよく、得られる膜の物性値が電子デバイスの要求特性に適合するような焼成条件を選択すればよい。
樹脂の具体例としては、特に限定されるものではない。熱可塑性樹脂としては、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、EVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)、EEA(エチレン−アクリル酸エチル共重合体)等のポリオレフィン系樹脂;環状オレフィン樹脂;PS(ポリスチレン)、HIPS(ハイインパクトポリスチレン)、AS(アクリロニトリル−スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)、MS(メタクリル酸メチル−スチレン共重合体)等のポリスチレン系樹脂;ポリカーボネート樹脂;塩化ビニル樹脂;ポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂;PMMA(ポリメチルメタクリレート)等の(メタ)アクリル樹脂;PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、PLA(ポリ乳酸)、ポリ−3−ヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート/アジペート等のポリエステル樹脂;ポリフェニレンエーテル樹脂;変性ポリフェニレンエーテル樹脂;ポリアセタール樹脂;ポリスルホン樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂;ポリビニルアルコール樹脂;ポリグルコール酸;変性でんぷん;酢酸セルロース、三酢酸セルロース;キチン、キトサン;リグニンなどが挙げられ、熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂は、単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよく、その使用量は、上記ハイパーブランチポリマー100質量部に対して、1〜10,000質量部が好ましく、より好ましくは1〜1,000質量部である。
(メタ)アクリレート化合物の例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニルジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシプロピル(メタ)アクリレート、トリス−2−ヒドロキシエチルイソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリス−2−ヒドロキシエチルイソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、グリセリンメタクリレートアクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、(メタ)アクリル酸アリル、(メタ)アクリル酸ビニル、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート等が挙げられる。
光ラジカル重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ミヒラーのベンゾイルベンゾエート、アミロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイドおよびチオキサントン類等が挙げられる。
特に、光開裂型の光ラジカル重合開始剤が好ましい。光開裂型の光ラジカル重合開始剤については、最新UV硬化技術(159頁、発行人:高薄一弘、発行所:(株)技術情報協会、1991年発行)に記載されている。
市販の光ラジカル重合開始剤としては、例えば、BASF社製 商品名: イルガキュア 184、369、651、500、819、907、784、2959、商品名:CGI1700、CGI1750、CGI1850、CG24−61、商品名:ダロキュア 1116、1173、商品名:ルシリン TPO、UCB社製 商品名:ユベクリル P36、フラテツリ・ランベルティ社製 商品名:エザキュアー KIP150、KIP65LT、KIP100F、KT37、KT55、KTO46、KIP75/B等が挙げられる。
重合に用いる溶剤は、上記膜形成用組成物で例示した溶剤と同様のものが挙げられる。
[1H−NMR]
装置:JEOL−ECX300(300MHz)
測定溶媒:CHCl3−d
基準物質:テトラメチルシラン(TMS)(δ0.0ppm)
[GPC]
装置:東ソー(株)製 HLC−8320 GPC
カラム:Shodex KF−802.5+KF−803L
カラム温度:40℃
溶媒:20mMトリエチルアミン添加テトラヒドロフラン
検出器:UV(254nm)
検量線:標準ポリスチレン
[紫外線可視分光光度計]
装置:(株)島津製作所製 SHIMADSU UV−3600
[エリプソメーター]
装置:ジェー・エー・ウーラム・ジャパン製 多入射角分光エリプソメーターVASE
[示差熱天秤(TG−DTA)]
装置:(株)リガク製 TG−8120
昇温速度:10℃/分
測定温度:25℃−750℃
[耐光性試験]
ランプ:Low pressure mercury lamp
照度:20mW/cm2
[膜厚測定]
エリプソメーター
TC−495の1H−NMRスペクトルの測定結果を図1に示す。得られたTC−495は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−495のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは900、多分散度Mw/Mnは2.00であった。
実施例1で得られたTC−495 0.1gをシクロヘキサノン0.9gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,000rpmで30秒間スピンコートし、100℃で1分、300℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は1.5917であった。
また、上記で得られた被膜の400〜800nmの透過率を測定した。結果を図2に示す。
実施例1で得られたTC−495 6.318mgを白金パンに加え、TG−DTAにより昇温速度15℃/minで測定を行ったところ、5%重量減少は322℃であった。その結果を図3に示す。
窒素下、300mL四口フラスコに1,4−ジオキサン20.08gを投入し、これに2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン[1]3.71g(0.02moL,エボニック・デグサ社製)を添加して溶解させた。室温下で1,4−ジアミノシクロヘキサン2.88g(0.025moL、東京化成工業(株)製)とシクロヘキシルアミン2.01g(0.02moL、東京化成工業(株)製)とを1,4−ジオキサン13.39gに溶解させた溶液を滴下した。30分後にトランスファーチューブを使用し、予め酢酸ナトリウム5.41gを加えた1,4−ジオキサン27.38gを還流下で滴下し、重合を開始した。2時間後、シクロヘキシルアミン3.97g(0.04moL、東京化成工業(株)製)を滴下し、30分後にイオン交換水50gを滴下し重合を停止した。反応液をイオン交換水392gに滴下して再沈殿を行った。沈殿物をろ過し、さらにTHF60gに再溶解し、イオン交換水500gへ滴下して再沈殿を行い、沈殿物をろ過した。得られた固形物を150℃で8時間、減圧乾燥し、目的のハイパーブランチポリマー[3](以下、TC−491と略す)4.44gを得た。TC−491の1H−NMRスペクトルの測定結果を図4に示す。得られたTC−491は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−491のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは600、多分散度Mw/Mnは2.52であった。
実施例2で得られたTC−491について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は322℃であった。その結果を図5に示す。
窒素下、300mL四口フラスコに1,4−ジオキサン40.66g投入し、これに1,4−ジアミノシクロヘキサン2.88g(0.025moL、東京化成工業(株)製)および酢酸ナトリウム5.41g(0.066moL、東京化成工業(株)製)を添加して還流させた。そこへ2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン[1]3.70g(0.02moL,エボニック・デグサ社製)を1,4−ジオキサン21.89gに溶解させた溶液を滴下し、その後、イオン交換水20gを滴下して重合を開始した。1時間後、シクロヘキシルアミン5.99g(0.06moL、東京化成工業(株)製)を滴下し、60分後に重合を停止した。反応液をイオン交換水400gに滴下して再沈殿を行った。沈殿物をろ過し、さらにTHF60gに再溶解してイオン交換水500gへ滴下し、再沈殿を行い、沈殿物をろ過した。得られた固形物を150℃で8時間、減圧乾燥し、目的のハイパーブランチポリマー[3](以下、TC−496と略す)5.15gを得た。得られたTC−496は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−496のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは3,000、多分散度Mw/Mnは3.18であった。
実施例3で得られたTC−496について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は273℃であった。その結果を図6に示す。
得られたTC−243 0.1gをシクロヘキサノン0.9gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,000rpmで30秒スピンコートし、300℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は、1.5820であった。
また、得られた被膜の400〜800nmの透過率測定を行った結果を図8に示す。
得られたTC−243について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は330℃であった。その結果を図9に示す。
窒素下、100mL四つ口フラスコに1,4−ジアミノシクロヘキサン[2](1.52g、0.013moL、東京化成工業(株)製)、ジメチルアセトアミド40mLを仕込み、ジメチルアセトアミド10mLに溶解させた2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン[1](1.86g、0.01mol、東京化成工業(株)製)を添加し、重合を行った。5分後、アニリン2.80g(0.03moL、純正化学(株)製)を添加し、50分撹拌して重合を停止した。精製条件は実施例1と同様の手法で行い、目的のハイパーブランチポリマー[3](以下、TC−418と略す)0.87gを得た。TC−418の1H−NMRスペクトルの測定結果を図10に示す。得られたTC−418は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−418のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは600、多分散度Mw/Mnは1.11であった。
得られたTC−418 0.1gをシクロヘキサノン0.9gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,000rpmで30秒スピンコートし、150℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は、1.7050であった。
また、得られた被膜の400〜800nmの透過率測定を行った結果を図11に示す。
得られたTC−418について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は377℃であった。その結果を図12に示す。
窒素下、300mL四つ口フラスコに1,2−ジアミノシクロヘキサン[4]3.04g(0.026moL、東京化成工業(株)製)、アニリン1.14g(0.012moL、純正化学(株)製)、1,4−ジオキサン40.77gを仕込み、還流下で1,4−ジオキサン22.14gに溶解させた2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン[1]3.74g(0.02mol、エボニック・デグサ社製)を滴下した。その後、イオン交換水20gに溶解させた酢酸ナトリウム5.41gを滴下して重合を行った。1時間後、シクロヘキシルアミン4.80g(0.048moL、東京化成工業(株)製)を滴下し、1時間撹拌して重合を停止した。精製条件は実施例1と同様の手法で行い、目的のハイパーブランチポリマー[5](以下、TC−245と略す)2.67gを得た。TC−245の1H−NMRスペクトルの測定結果を図13に示す。得られたTC−245は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−245のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,600、多分散度Mw/Mnは3.56であった。
得られたTC−245 0.1gをシクロヘキサノン0.9gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,000rpmで30秒スピンコートし、100℃で1分、300℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は、1.6200であった。
得られたTC−245について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は318℃であった。その結果を図14に示す。
1,2−ジアミノシクロヘキサン2.32g(0.02moL、東京化成工業(株)製)、アニリン1.14g(0.012moL、純正化学(株)製)、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン[1]3.74g(0.02mol、エボニック・デグサ社製)、およびシクロヘキシルアミン4.80g(0.048moL、東京化成工業(株)製)を用いて実施例6と同様の手法で重合を行い、目的のハイパーブランチポリマー[5](以下、TC−247と略す)4.42gを得た。TC−247の1H−NMRスペクトルの測定結果を図15に示す。得られたTC−247は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−247のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,500、多分散度Mw/Mnは2.99であった。
得られたTC−247 0.1gをシクロヘキサノン0.9gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,000rpmで30秒スピンコートし、100℃で1分、300℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は、1.6264であった。
得られたTC−247について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は308℃であった。その結果を図16に示す。
1,2−ジアミノシクロヘキサン2.31g(0.02moL、東京化成工業(株)製)、アニリン1.71g(0.018moL、純正化学(株)製)、2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジン[1]3.74g(0.02mol、エボニック・デグサ社製)、およびシクロヘキシルアミン4.22g(0.042moL、東京化成工業(株)製)を用いて実施例6と同様の手法で重合を行い、目的のハイパーブランチポリマー[5](以下、TC−248と略す)4.72gを得た。TC−248の1H−NMRスペクトルの測定結果を図17に示す。得られたTC−248は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−248のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,100、多分散度Mw/Mnは2.12あった。
得られたTC−248 0.1gをシクロヘキサノン0.9gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,000rpmで30秒スピンコートし、100℃で1分、300℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は、1.6481であった。
得られたTC−248について、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は320℃であった。その結果を図18に示す。
実施例1,4および6〜8で調製した各ハイパーブランチポリマーの10質量%シクロヘキサノン溶液をそれぞれ5cm×5cmの大きさのガラス基板上に、スピンコーターを用いて100rpmで5秒、1500rpmで30秒スピンコートし、100℃で1分、250℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。PMMA(Aldrich社製)の5%シクロヘキサノン溶液(比較例1)、およびARTON(グレード:D4531F、JSR社製)の5質量%シクロヘキサノン溶液(比較例2)をそれぞれ5cm×5cmの大きさのガラス基板上にスピンコーターを用いて100rpmで5秒、1,500rpmで30秒スピンコートし、100℃で1分、250℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。
製膜した基板を、それぞれ4分割し、分割した基板に5J、10J、75Jの光照射を行い、照射前後における屈折率、膜厚の評価を行った。結果を表1に示す。
一方、比較例1,2のPMMAやARTONでは、100nm程度の膜厚の減少が見られた。
この結果から、トリアジン環を有するハイパーブランチポリマーについては末端のフェニル基の有無にかかわらず良好な耐光性を示すことがわかった。
実施例8で得られたハイパーブランチポリマー(TC−248)を、架橋剤ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬(株)製)に対して10、30、50、70質量%添加し、固形分10質量%のシクロヘキサノン溶液を調製し、ガラス基板に200rpm、5秒、1,500rpm、30秒でスピンコートを行った。その後、100℃で1分、250℃で5分焼成し、溶媒を除去した。得られた塗膜について屈折率、膜厚を測定した。その結果を表2に示す。
また、得られた塗膜をシクロヘキサノンに浸し、5分後、スプレードライを行い、上記と同様に屈折率、膜厚の測定を行った。その結果を表2に併せて示す。
架橋剤として、タケネートB882N(三井化学(株)製)を用いた以外は、実施例10と同様に塗膜を作製し、得られた塗膜についてシクロヘキサノン浸漬前後の屈折率、膜厚を測定した。その結果を表3に示す。
得られたT−NBは式(1)で表される構造単位を有する化合物である。T‐NBのGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1800、多分散度Mw/Mnは3.60であった。
なお、T−NBは、重クロロホルムおよび重DMSOに溶解しないため、1H−NMRスペクトルは測定できなかった。
得られたT−NB0.5gをシクロヘキサノン4.5gに溶解し、無色透明溶液を得た。得られた溶液をガラス基板上にスピンコーターを用いて200rpmで5秒、1,500rpmで30秒スピンコートし、250℃で5分焼成して溶媒を除去し、被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、550nmにおける屈折率は、1.6082であった。
また、得られた被膜の400〜800nmの透過率測定を行った結果を図19に示す。
得られたT−NBについて、実施例1と同様の手法でTG−DTA測定を行ったところ、5%重量減少は331℃であった。その結果を図20に示す。
反応溶液を40℃に冷却後、静置、分液操作により、水層を除去した。分取した有機層に28%アンモニア水24.29gを加えて撹拌し、静置した後、分液操作により、有機層を分取した。有機層をイオン交換水516g中に滴下し、再沈殿させ、ろ過を行い、目的の高分子化合物[5](以下、TC−250−2と略す)8.25gを得た。
TC−250−2の1H−NMRスペクトルを図21に示す。得られたTC−250−2は式(1)で表される構造単位を有する化合物である。TC−250−2のGPCによるポリスチレン換算で測定される重量平均分子量Mwは1,200、多分散度Mw/Mnは2.31であった。
得られたTC−250−2 1.0gをシクロヘキサノン5.67gに溶解し、黄色透明溶液を得た。得られたポリマーワニスをガラス基板上にスピンコーターを用いて200rpmで5秒、1500rpmで30秒スピンコートし、250℃で5分焼成して溶媒を除去して被膜を得た。得られた被膜の屈折率を測定したところ、589nmにおける屈折率は、1.6753であった。
Claims (15)
- 重量平均分子量が、400〜500,000である請求項1記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー。
- 前記Aが、式(2)で示される請求項1または2記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー。
- 少なくとも1つの末端が、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アルキルアミノ基、アルコキシシリル基含有アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、またはエステル基でキャップされている請求項1〜5のいずれか1項記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー。
- 少なくとも1つのトリアジン環末端を有し、このトリアジン環末端が、アルキル基、アラルキル基、アリール基、アルキルアミノ基、アルコキシシリル基含有アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、アリールオキシ基、またはエステル基でキャップされている請求項6記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマー。
- 請求項1〜7のいずれか1項記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む膜形成用組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む膜。
- 請求項8記載の膜形成用組成物から得られる膜。
- 基材と、この基材上に形成された請求項9または10記載の膜とを備える電子デバイス。
- 基材と、この基材上に形成された請求項9または10記載の膜とを備える光学部材。
- 請求項9または10記載の膜を少なくとも1層備える、電荷結合素子または相補性金属酸化膜半導体からなる固体撮像素子。
- 請求項9または10記載の膜をカラーフィルター上の平坦化層として備える固体撮像素子。
- 請求項1〜7のいずれか1項記載のトリアジン環含有ハイパーブランチポリマーを含む、固体撮像素子用レンズ材料、平坦化材料または埋め込み材料。
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