JP6668311B2 - ポリアリーレン組成物及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、概して、ポリアリーレン樹脂の分野に関し、より具体的には、電子装置の製造で使用するためのポリアリーレン樹脂組成物の分野に関する。
ポリマー誘電体は、集積回路、マルチチップモジュール、積層回路基板、表示装置等の様々な電子装置における絶縁層として使用され得る。電子機器製作産業は、特定の用途に応じて、誘電率、熱膨張係数、弾性率等の誘電材料のための異なる要件を有する。ポリマー誘電材料は、しばしば、スピンコーティング法等による適用の容易さ、ギャップ充填能力、より低い誘電率、及び破砕することなく、ある特定の応力に耐える能力、すなわち、無機誘電材料がポリマー誘電体よりも壊れやすくあり得る等、ある特定の用途において無機誘電材料に勝る利点を提供する特性を有する。しかしながら、ポリマー誘電体は、しばしば、製作中の工程統合に対する課題を提示する。例えば、集積回路等のある特定の用途において二酸化ケイ素を誘電体として置き換えるために、ポリマー誘電体は、工程の金属化及びアニーリングステップ中の処理温度に耐えることができなければならない。一般的に、ポリマー誘電材料は、後続の製造ステップの処理温度より高いガラス転移温度を有するべきである。また、ポリマー誘電体は、誘電率の増加、及び金属導体の潜在的な腐食を引き起こし得る水を吸収すべきではない。
ポリアリーレンポリマーは、誘電材料として周知であり、多くの望ましい特性を有する。ポリフェニレンポリマーの1つの級は、フェノール等の少なくとも1つのヒドロキシ芳香族化合物の酸化的カップリングによって調製されるポリフェニレンエーテルである。ポリフェニレンポリマーの別の級は、ある特定のアルキニル置換芳香族化合物とビスシクロペンタジエノンモノマーとのディールス・アルダー反応によって調製される。各方法によって調製されたポリフェニレンポリマーは、異なるポリマー構造を有する。酸化的カップリングで使用される反応条件は、ある特定の置換基が、用いられる酸化条件に敏感であることが所望される場合に重合後官能化がしばしば必要とされるように、ヒドロキシ芳香族化合物における可能性のある置換基を制限する。ポリフェニレン誘電材料、特に、ある特定のアルキニル置換芳香族化合物とビスシクロペンタジエノンモノマーとのディールス・アルダー反応によって形成されるポリフェニレン誘電材料の1つの欠点は、シリコン含有化合物等の別個の接着促進剤が、典型的に、多くの基板に対するポリフェニレンポリマーの良好な接着性を得るために必要とされることである。ゼロ価金属及びある特定の金属酸化物表面等ある特定の金属含有基板は、ポリフェニレンポリマーの粘着性に関する特定の課題を提起する。
国際特許出願第WO87/07286号は、ポリフェニレンエーテルコポリマーの調製の際に有用なある特定のエポキシド官能化されたポリフェニレンエーテルを開示している。本特許のポリフェニレンエーテルは、ディールス・アルダー反応によって調製されず、代わりに、少なくとも1つのモノヒドロキシ芳香族化合物の酸化的カップリングによって調製される。エポキシド官能化ポリフェニレンエーテルは、以下の式の複数の反復単位を含み、
以下の式を有する少なくとも1つのエポキシド部分を含有し、
式中、Rは、少なくとも1つの炭化水素基を含有する二価架橋ラジカルであり、Rは、少なくとも1つの炭化水素基を含有する多価架橋ラジカルであり、mは、1〜約5であり、nは、1〜約10である。これらのポリフェニレンエーテルは、エポキシド官能化された重合後であり、ポリフェニレンの末端酸素に結合した1つもしくは2つのかかるエポキシド部分を含有するか、または1ポリフェニレン分子当たり、芳香族基に結合した1〜5つのかかるエポキシド部分を含有する。かかるエポキシド官能化されたポリフェニレンエーテルは、ポリフェニレンエーテルコポリマーの調製の際に有用であり、これは、次に、ポリエステル及びポリアミド等の他のポリマーとポリフェニレンエーテルとの相溶化のために有用である。
基板、特に、ゼロ価金属等及びある特定の金属酸化物表面等の金属含有基板等の無機基板に対する改善された接着性を有するポリフェニレンポリマーの必要性がまだある。
発明者は、本発明のポリフェニレンを調製するために使用されたディールス・アルダー重合条件には、酸化的カップリング反応等でポリフェニレンを作製する他の方法で見つかっているのと同じ置換基の制限が存在しないことも見つけた。発明者はまた、アリール部分から少なくとも原子3個分離れた電子供与原子を含む1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のアリール部分を反復単位として含む骨格を有するある特定のポリアリーレンポリマーが、金属含有基板等の無機基板表面に対して良好な接着性を提供することも見つけた。
本発明は、組成物であって、1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー及び1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーを重合単位として含む1つ以上のポリアリーレンポリマーを含み、1つ以上のポリアリーレンポリマーが、1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のアリール部分を反復単位として含む骨格を有する、組成物を提供する。接着促進部分は、ポリマー骨格からのペンダントである。接着促進部分は、接着促進部分が結合しているアリール部分から少なくとも原子3個分離れた電子供与原子を含む。
1つ以上のポリアリーレンポリマーの接着性を改善する方法であって、基板を提供することと、基板の表面上に、1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー及び1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーを重合単位として含む1つ以上のポリアリーレンポリマーを含む組成物の層をコーティングすることであって、1つ以上のポリアリーレンポリマーが1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のアリール部分を反復単位として含む骨格を有する、コーティングすることと、組成物の層を硬化させることと、を含む方法も本発明によって提供される。
本発明は、組成物であって、以下の式(1)の1つ以上のモノマーを重合単位として含む1つ以上のポリアリーレンポリマーを含み、
式中、Ar及び各Arは、独立して、C5−30アリール部分であり、各Rは、独立して、H、C5−30アリール、及び置換C5−30アリールから選択され、各Rは、独立して、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、C1−10アルコキシ、CN、及びハロから選択され、各Zは、接着促進部分であり、Yは、化学結合であるか、または−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−、−C(=O)−、−(C(R−、C5−30アリール、及び−(C(Rz1−(C5−30アリール)−(C(Rz2−から選択される二価連結基であり、各Rは、独立して、H、ヒドロキシ、ハロ、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、及びC5−30アリールから選択され、a1は、0〜3であり、各a2は、0〜3であり、b1は、1〜4であり、各b2は、0〜2であり、c1は、0〜2であり、各c2は、0〜2であり、a1+a2+a2は、1〜6であり、b1+b2+b2は、2〜6であり、c1+c2+c2は、0〜6であり、dは、0〜2であり、zは、1〜10であり、z1は、0〜10であり、z2は、0〜10であり、z1+z2は、1〜10である、組成物をさらに提供する。またさらに、本発明は、方法であって、基板を提供することと、上記の組成物の層を基板の表面上にコーティングすることと、組成物の層を硬化させて架橋ポリアリーレン層を形成することと、を含む方法を提供する。
本明細書を通して使用されるとき、文脈が明確に示さない限り、以下の略称は、以下の意味を有するものとする。℃=摂氏度、g=グラム、mg=ミリグラム、L=リットル、mL=ミリリットル、sec.=秒、min.=分、hr.=時間、DI=脱イオン、及びDa=ダルトン。特に明記されていない限り、すべての量は重量パーセント(「重量%」)であり、すべての比率はモル比である。全数値範囲が含まれ、これらの数値範囲が合計すると100%になるように限定されていることが明らかである場合を除いて、任意の順序で組み合わせが可能である。冠詞「a」、「an」、及び「the」は、単数及び複数を指す。特に明記されていない限り、「アルキル」は、直鎖、分岐鎖、及び環状アルキルを指す。「アルキル」は、アルカンラジカルを指し、アルカンのモノラジカル、ジラジカル(アルキレン)、及びより高いラジカルを含む。別途注記のない限り、「アルキル」は、「ヘテロアルキル」を含む。用語「ヘテロアルキル」は、例えば、窒素、酸素、硫黄、ケイ素等の1個以上のヘテロ原子、またはこれらの組み合わせが、エーテルまたはチオエーテルなどでラジカル内の1個以上の炭素原子を置き換えたアルキル基を指す。好ましい実施形態では、「アルキル」は、「ヘテロアルキル」を含まない。炭素数がアルキルにもヘテロアルキルにも示されていない場合、1〜12個の炭素が企図される。「ハロ」は、フルオロ、クロロ、ブロモ、及びヨードを指す。ある要素が別の要素の「上に配置されている」と言及される場合、その要素は他の要素の直上にあり得るか、またはそれらの間に介在要素が存在し得る。対照的に、ある要素が別の要素の「直上に配置されている」と言及される場合、介在要素は存在しない。
用語「芳香族部分」及び「アリール」は、互換的に使用される。本明細書で使用されるとき、「アリール」は、芳香族炭素環及び芳香族複素環を指す。用語「アリール」は、芳香族ラジカルを指し、モノラジカル、ジラジカル(アリーレン)、及びより高いラジカルを含む。アリール部分は、芳香族炭素環であることが好ましい。「置換アリール」は、ハロゲン、C1−6アルキル、ハロC1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ハロC1−6アルコキシ、フェニル、及びフェノキシ、好ましくは、ハロゲン、C1−6アルキル、ハロC1−4アルキル、C1−6アルコキシ、ハロC1−4アルコキシ、及びフェニル、より好ましくは、ハロゲン、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、フェニル、及びフェノキシから選択される1つ以上の置換基でアリールの水素のうちの1つ以上を置き換えさせた任意のアリール部分を指す。好ましくは、置換アリールは、1〜3つの置換基、より好ましくは、1つまたは2つの置換基を有する。本明細書で使用されるとき、用語「ポリマー」は、オリゴマーを含む。「ポリマー」及び「樹脂」は、互換的に使用される。用語「オリゴマー」は、二量体、三量体、四量体、及びさらなる硬化が可能な他のポリマー材料を指す。用語「硬化」とは、材料の全分子量を増加させる重合または縮合等の任意の工程を意味する。「硬化性」は、ある特定の条件下で硬化されることが可能な任意の材料を指す。
本明細書で使用されるとき、用語「ポリアリーレン」、「ポリアリーレンポリマー」、及び「ポリアリーレン樹脂」は、互換的に使用され、ポリマー骨格の中に二価以上の、好ましくは、二価のアリール部分を有するポリマーを指し、任意選択で、ポリマー骨格の中に1つ以上の二価連結基を含有し得る。好ましくは、ポリアリーレン骨格の中のアリール部分は二価である。好適な二価連結基としては、O、S、S(=O)、S(=O)、C(=O)、C(R、Si(R、C5−30アリール、及びそれらの組み合わせが挙げられ、式中、各Rは、独立して、H、C1−20アルキル及びC5−30アリールから選択され、各Rは、独立して、H、C1−20アルキル及びC5−30アリールから選択される。「ポリアリーレン」及び「ポリフェニレン」は、本明細書において互換的に使用される。
本発明の組成物は、1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のアリール部分を反復単位として含む骨格を有し、1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー及び1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーを重合単位として含む、1つ以上のポリアリーレンポリマーを含む。接着促進部分は、ポリアリーレン骨格からのペンダントである。本明細書で使用されるとき、用語「骨格」は、ポリマー主鎖を指す。本発明のポリアリーレンポリマーは、第1のモノマーと第2のモノマーとのディールス・アルダー反応を使用して調製される。1つ以上の接着促進部分は、ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーのアリール部分の上、もしくはビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーの上、または第1のモノマー及び第2のモノマーの両方の上に存在し得る。好ましくは、接着促進部分は、ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーのアリール部分に結合される。本明細書で使用されるとき、用語「接着促進部分」は、1つ以上の接着促進置換基を有する任意の部分を指す。
用語「接着促進置換基」は、無機基板に対するポリアリーレンポリマーの接着性を改善する任意の置換基または官能基を指す。本明細書で使用されるとき、「無機基板」は、無機表面を有する基板を指す。「無機表面」は、そこに任意の分率を有し、無機材料から形成される表面、好ましくは、表面の大部分である。例示的な無機基板としては、シリコン、シリカ、シリコン酸窒化物、窒化ケイ素、及び炭化ケイ素等のシリコン含有基板、シリコンゲルマニウム及び窒化ゲルマニウム等のゲルマニウム含有基板、ガリウム及び窒化ガリウム等のガリウム含有基板、ヒ化ガリウム等のヒ素含有基板、金属含有基板、ならびにそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。例示的な金属含有基板としては、銅、ニッケル、スズ、銀、インジウム、スズ銀銅、スズビスマス等のゼロ価金属、アルミナ、ランタン酸化物、銅酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物等の金属酸化物、チタン窒化物、タンタル窒化物等の金属窒化物、金属硫化物、金属炭化物、またはそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。好ましい無機基板は、シリコン含有材料、ゼロ価金属、遷移金属酸化物、及びそれらの組み合わせから形成される表面を有する。
接着促進置換基は、接着促進部分が結合しているアリール部分から少なくとも原子3個分離れた1つ以上の電子供与原子を含有する任意の置換基または官能基である。好ましくは、1つ以上の電子供与原子は、アリール部分から、少なくとも原子4個分、より好ましくは、少なくとも原子5個分離れている。すなわち、接着促進部分の電子供与原子は、少なくとも原子2個、好ましくは、少なくとも原子3個、より好ましくは、少なくとも原子4個を有する連結基を通してアリール部分に結合する。電子供与原子と、接着促進部分が結合しているアリール部分との間の連結基の中の原子数は、少なくとも2個であり、2〜40個、好ましくは、2〜35個、より好ましくは、3〜30個、さらにより好ましくは、3〜25個であり得る。任意選択で、酸素、窒素、硫黄、及びそれらの組み合わせから選択される1つ以上のヘテロ原子を含有し得るC1−40有機残渣等の任意の好適な連結基が使用され得るが、但し、少なくとも原子2個がアリール部分と電子供与基との間にあることを条件とする。1つ以上の接着促進置換基が単一の連結基を通じてアリール部分に連結され得ることが理解されるであろう。
接着促進置換基の中で有用な好適な電子供与原子は、O、N、S、及びP、好ましくは、O、N、及びP、より好ましくは、O及びN、最も好ましくは、Oである。電子供与原子の組み合わせが、−P(=O)R、−O−P(OR)、−O−P(=O)(OR)、及び−P(=O)−(OR)等の接着促進置換基の中に存在し得る。好適な接着促進置換基としては、エポキシ基、ヒドロキシ基、エーテル基、エステル基、ケト基、無水物基、シロキシ基、アミノ基、イミノ基、アミド基、カルバメート基、ホスフィン基、ホスファイト基、ホスフィンオキシド基、ホスホネート基、及びリン酸基等が挙げられるが、これらに限定されない。
例示的な接着促進置換基は、エチレンオキシド基、プロピレンオキシド基、及びグリシジルエーテル基等のエポキシ基、ヒドロキシC1−20アルキル、ジヒドロキシC1−20アルキル、トリヒドロキシC1−20アルキル、ヒドロキシアリール、ジヒドロキシアリール、及びトリヒドロキシアリール等のヒドロキシ基、エーテル基、C1−20アルキルエステル、ヒドロキシC1−20アルキルエステル、アミノC1−20アルキルエステル、及びグリシジルエステル等のエステル基、カルボキシ基、ケト基、無水物基、シロキシ基、アミノ基、イミノ基、アミド基、ならびにカルバメート基である。好ましい接着促進置換基は、エポキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、エステル基、無水物基、シロキシ基、及びアミノ基である。例示的なシロキシ基は、式−SiY3−x のものであり、式中、各Yは、独立して、ヒドロキシ、C1−10アルコキシ、及び−O−C(O)−Rから選択され、各Rは、ハロ、C1−30ヒドロカルビル部分、または置換C1−30ヒドロカルビル部分であり、各Rは、H、OH、C1−10アルキル及びC1−10アルコキシから選択され、xは、0〜2である。例示的なアミノ基は、式−NR2021を有し、式中、R20及びR21は、独立して、H、C1−10アルキル、C6−10アリール、及びC7−20アラルキルから選択され、式中、R20及びR21は、一緒になって、それらが結合している窒素とともに5〜7員複素環を形成し得る。好ましくは、R20及びR21のうちの少なくとも1つは、Hである。R20及びR21が一緒になって環を形成する場合、かかる環は、飽和、不飽和、または芳香族であり得、任意選択で、N及びOから選択される1つ以上のヘテロ原子を含有し得る。
好ましい接着促進部分は、以下の式(2)のものであり、
式中、LGは、連結基であり、各APSは、接着促進置換基であり、wは、1〜6の整数であり、*は、アリール部分に対する結合点である。各APSは、O、N、S、及びP、好ましくは、O、N、及びP、より好ましくは、O及びN、最も好ましくは、Oから選択される1つ以上の電子供与原子を含む。wは、1〜5、より好ましくは、1〜3、さらにより好ましくは、1または2であることが好ましい。連結基LGは、多価であり、好ましくは、二価、三価、または四価、より好ましくは、二価である。LGは、1〜40個の炭素原子を有する有機ラジカル、より好ましくは、1〜30個の炭素原子を有する有機ラジカルであることが望ましい。LGの有機ラジカルは、任意選択で、O、S、N、及びそれらの組み合わせから選択される1つ以上のヘテロ原子を含有し得、好ましくは、0〜20個のヘテロ原子、より好ましくは、1〜16個のヘテロ原子、さらにより好ましくは、1〜10個のヘテロ原子を含有する。LGは、直鎖、分岐鎖、または環状であり得る。LGは、接着促進置換基の少なくとも1つの電子供与原子が、アリール部分から少なくとも原子3個分離れているように選択される。好ましくは、接着促進置換基の少なくとも1つの電子供与原子は、アリール部分から、少なくとも原子4個分、より好ましくは、少なくとも原子5個分離れている。好ましくは、LGは、アリール環と各APSとの間に、少なくとも原子2個、より好ましくは、少なくとも原子3個、さらにより好ましくは、少なくとも原子4個の鎖長を有する。各接着促進部分の電子供与原子が、連結基(LG)が結合しているアリール部分から少なくとも原子3個分離れている限り、LGは任意の好適な原子数を有し得ることが理解されるであろう。
好適な接着促進部分としては、カルボキシメチル(−CH−C(=O)−OH)、カルボキシエチル(−CHCH−C(=O)−OH)、カルボキシプロピル(−(CH−C(=O)−OH)、−(OC1−10−C(=O)−OH、−(OC1−10−C(=O)−OH、及び−(O(C1−10−C(=O)−OH等の−C1−30アルキル−(C(=O)−OH)1−3;ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシプロピル、3−ヒドロキシプロピル、2,3−ジヒドロキシプロピル、ヒドロキシシクロヘキシル、ヒドロキシシクロペンチル、−(OC1−10−OH、−(OC1−10−OH、及び−(O(C1−10−OH等の−C2−30アルキル−(OH)1−3;ヒドロキシフェニル、ジヒドロキシフェニル、トリヒドロキシフェニル、ヒドロキシキノリル、ヒドロキシナフチル、ジヒドロキシナフチル、ヒドロキシビフェニル、ジヒドロキシビフェニル、及びヒドロキシピリジル等の−C5−30アリール−(OH)1−4;ヒドロキシフェノキシ、ジヒドロキシフェノキシ、トリヒドロキシフェノキシ、ヒドロキシナフチルオキシ、及びジヒドロキシナフチルオキシ等の−O−C5−30アリール−(OH)1−4;ピリジンカルボン酸、ベンゼンカルボン酸、ベンゼンジカルボン酸、ナフタレンカルボン酸、及びナフタレンジカルボン酸等の−C5−30アリール−(C(=O)OH)1−4;ヒドロキシエチルアミノ(−NH−CHCH−OH)、ヒドロキシプロピルアミノ(−NH−(CH−OH)、ジ(ヒドロキシエチル)アミノ、及びジ(ヒドロキシプロピル)アミノ等の(HO−C1−20アルキル1−2−NR22 0−1−;ヒドロキシエチルアミノメチル、ヒドロキシエチルアミノエチル、ヒドロキシエチルヤミノプロピル(hydroxyethylyaminopropyl)、ヒドロキシプロピルアミノプロピル、ジ(ヒドロキシエチル)アミノエチル、ジ(ヒドロキシエチル)アミノプロピル、ヒドロキシエチルアミノエトキシ、ジ(ヒドロキシエチル)アミノエトキシ、ヒドロキシプロピルアミノプロポキシ、及びジ(ヒドロキシプロピル)アミノプロポキシ等の(HO−C1−20アルキル1−2−NR22 0−1−C1−20アルキル;アミノエチル、アミノプロピル、メチルアミノエチル、ジメチルアミノプロピル、エチルメチルアミノプロピル、アミノエトキシ、ジメチルアミノエトキシ、アミノプロポキシ、及びエチルメチルアミノエトキシ等の(R2021N)1−3−C2−30アルキル;アミノエチルアミノ、(N−メチルアミノエチル)アミノ、アミノプロピルアミノ、ジ(アミノエチル)アミノ、及びジ(アミノプロピル)アミノ等の(R2021N−C1−20アルキル)1−2−NR22 0−1−;アミノメトキシ(−O−CH−NH)、アミノメトキシ(−O−CHCH−NH)、アミノプロポキシ(−O−(CH−NH)、及びN−メチルアミノプロポキシ等のR2021N−C1−20アルキル−O−;アミノフェニル、アミノピリジル、アミノナフチル、ジアミノフェニル、メチルアミノフェニル、ジアミノナフチル、及びアミノビフェニル等の(R2021N)1−3−C5−30アリール;カルボキシメチルアミノ、カルボキシエチルアミノ、カルボキシエチル(N−メチル)アミノ、カルボキシプロピルアミノ、ビス−(カルボキシメチル)アミノ、及びビス(カルボキシエチル)アミノ等の(HO−C(=O)−C1−30アルキル)1−2−NH0−1−;カルボキシメチルアミノメチル、カルボキシエチルアミノエチル、カルボキシプロピル−アミノエチル、カルボキシエチルアミノエチルアミノ、ビス(カルボキシメチル)アミノエチル、ビス(カルボキシメチル)アミノエチルアミノ、カルボキシプロピルアミノ−エチルアミノ、ビス(カルボキシプロピル)−アミノプロピルアミノ、及びビス(カルボキシエチル)アミノエチルアミノ等の(HO−C(=O)−C1−30アルキル)1−2−NH0−1アルキル;ヒドロキシエチルカルボキシエチル、−(OC1−10−C(=O)−C1−10アルキル−OH、−(OC1−10−C(=O)−C1−10アルキル−OH、及び−(O(C1−10−C(=O)−C1−10アルキル−OH等のHO−C1−30アルキル−O−C(=O)−C1−30アルキル;ヒドロキシエチルカルボキシ及びヒドロキシプロピルカルボキシ等のHO−C1−30アルキル−O−C(=O)−;グリシジルカルボキシエチル等の(CO)−CH−O−C(=O)−C1−30アルキル;グリシジルカルボキシ等の(CO)−CH−O−C(=O)−;−C1−30アルキル−(O−CH−(CO))1−3;(CO)−CH−O−;−(OC1−10−O−CH−(CO)、−(OC1−10−O−CH−(CO)、及び−(O(C1−10−O−CH−(CO);−C5−30アリール−(O−CH−(CO))1−4;−O−C5−30アリール−(O−CH−(CO))1−4;−C5−30アリール−(O−CH−(CO))1−4;HO−C(=O)−C1−30アルキル−O−C(=O)−C1−30アルキル;−O−C5−30−アリール−O−C5−30アリール−OH;−O−C5−30アリール−O−C5−30アリール−(O−CH−(CO))1−4;−C(=O)−C1−20アルキル−Si(R23)(R24;−C(=O)−N(R220−1(C1−10アルキル−Si(R23)(R241−2;−C(=O)−C1−20アルキル−N(R220−1(C1−10アルキル−Si(R23)(R241−2;−O−C1−20アルキル−N(R220−1(C1−10アルキル−Si(R23)(R241−2;ならびに−O−C1−20アルキル−(Si(R23)(R241−3等が挙げられるが、これらに限定されず、式中、R20及びR21は、上記の通りであり、R22は、H、C1−10アルキルまたはC6−10アリールであり、各R23は、独立して、OH、C1−20アルコキシ、及びC1−10カルボキシルから選択され、各R24は、独立して、H、ハロゲン、C1−20アルキル、C5−10アリール、及びR23から選択され、(CO)−CH−O−は、グリシジルエーテル部分である。
本発明のポリアリーレンの調製の際に有用な好適な第1のモノマーは、任意のポリアルキニル置換アリール、すなわち、アリール部分に直接結合した2つ以上のアルキニル置換基を有する任意のアリール部分であり得る。1つ以上の接着促進部分を有するアリール部分を含有するビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーが使用される場合、ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、接着促進部分を含有しない。1つ以上の接着促進部分を有しないアリール部分を含有するビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーが使用される場合、ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、1つ以上の接着促進部分を含有しなければならない。ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーが、1つ以上の接着促進部分を有するアリール部分を含むことが望ましい。好適なポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、以下の一般式(1)を有し、
式中、Ar及び各Arは、独立して、C5−30アリール部分であり、各Rは、独立して、H、C5−30アリール、及び置換C5−30アリールから選択され、各Rは、独立して、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、C1−10アルコキシ、CN、及びハロから選択され、各Zは、接着促進部分であり、Yは、単一の化学結合であるか、または−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−、−C(=O)−、−(C(R−、C5−30アリール、及び−(C(Rz1−(C5−30アリール)−(C(Rz2−から選択される二価連結基であり、各Rは、独立して、H、ヒドロキシ、ハロ、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、及びC5−30アリールから選択され、a1は、0〜3であり、各a2は、0〜3であり、b1は、1〜4であり、各b2は、0〜2であり、c1は、0〜2であり、各c2は、0〜2であり、a1+a2+a2は、1〜6であり、b1+b2+b2は、2〜6であり、c1+c2+c2は、0〜6であり、dは、0〜2であり、zは、1〜10であり、z1は、0〜10であり、z2は、0〜10であり、z1+z2は、1〜10である。各Rは、好ましくは、独立して、H及びC6−20アリールから、より好ましくは、H及びC6−10アリールから、さらにより好ましくは、H及びフェニルから選択される。各Rは、独立して、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、C1−10アルコキシ、及びハロから、より好ましくは、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、及びハロから選択されることが好ましい。好ましくは、Yは、単一の化学結合、または−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−、−C(=O)−、−(C(R−、及びC5−30アリールから選択される二価連結基、より好ましくは、化学結合、−O−、−S−、−S(=O)−、−C(=O)−、及び−(C(R−である。Rは、好ましくは、H、ハロ、C1−10アルキル、ハロC1−10アルキル、及びC5−30アリール、より好ましくは、フルオロ、C1−6アルキル、フルオロC1−6アルキル、及びC6−20アリールである。好ましくは、a1は、1〜3、より好ましくは、1〜2、最も好ましくは、a1は、1である。各a2は、0〜2であることが好ましい。好ましくは、a1+a2+a2は、1〜4、より好ましくは、1〜3、さらにより好ましくは、1〜2である。b1は、1〜2、より好ましくは、2であることが好ましい。各b2は、0または1であることが好ましい。好ましくは、b1+b2+b2は、2〜4、より好ましくは、2または3、さらにより好ましくは、2である。好ましくは、c1は、0または1、より好ましくは、0である。各c2は、好ましくは、0または1、より好ましくは、0である。好ましくは、c1+c2+c2は、0〜3、より好ましくは、0〜2、さらにより好ましくは、0である。dは、0または1、より好ましくは、0であることが好ましい。好ましくは、zは、1〜6、より好ましくは、1〜3、さらにより好ましくは、zは、1である。好ましくは、z1及びz2は、各々0〜5である。z1+z2は、1〜6、より好ましくは、2〜6であることが好ましい。Zは、O、N、S、及びPから選択される1つ以上の電子供与原子を有する1つ以上の接着促進置換基を含み、少なくとも1つの電子供与原子は、Zが結合しているアリール部分から少なくとも原子3個分離れている。上で論じた接着促進部分のうちのいずれかは、Zのために好適に使用され得る。より好ましくは、各Zは、以下の式(2)を有し、
式中、LG、APS、w、及び*は、上で定義される通りである。
Ar及びArのための好適なアリール部分としては、ピリジル、フェニル、ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、テトラセニル、ピレニル、ペリレニル、コロネニル、ペンタセニル、トリフェニレニル、テトラフェニル、ベンゾテトラセニル、ビフェニル、ビナフチル、ジフェニルエーテル、及びジナフチルエーテルが挙げられるが、これらに制限されない。式(1)におけるAr及びArは、独立して、C6−30アリール部分であることが好ましい。Ar及びArのための好ましいアリール部分は、フェニル、ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニル、テトラセニル、ペンタセニル、テトラフェニル、トリフェニレニル、及びペリレニルである。
式(1)の好ましい第1のモノマーは、式(3)及び(4)のそれらであり、
式中、Ar、R、及びZは、式(1)に関して上で定義される通りであり、a2は、1〜4であり、a3は、1または2であり、a4は、0〜2であり、b1aは、1〜4であり、f1は、1〜4であり、f2は、0〜4であり、f1+f2は、2〜6であり、n1及びn2の各々は、独立して、0〜4であり、Yは、単一の化学結合、O、S、S(=O)、C(=O)、C(CH、CF、及びC(CFである。式(4)中の括弧(「[]」)がフェニル環に縮合した芳香環の数を指すことが、当業者に理解されるであろう。したがって、n1(またはn2)が0である場合、芳香族部分は、フェニルであり、n1(またはn2)が1である場合、芳香族部分は、ナフチルであり、n1(またはn2)が2である場合、芳香族部分は、アントラセニルまたはフェナントリルであり得、n1(またはn2)が3である場合、芳香族部分は、トレタセニル、テトラフェニル、トリフェニレニル、またはピレニルであり得、n1(またはn2)が4である場合、芳香族部分は、ペリレニルまたはベンゾテトラセニルであり得る。式(3)において、a2は、好ましくは、1〜2、より好ましくは、a2は、1である。式(3)におけるb1aは、1または2、より好ましくは、1であることが好ましい。Rは、好ましくは、Hまたはフェニルである。式(3)におけるArは、好ましくは、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ピレニル、テトラセニル、ペンタセニル、テトラフェニル、トリフェニレニル、及びペリレニルである。式(4)において、n1及びn2は、独立して、0、1、3、及び4から、より好ましくは、0、1、及び3から、さらにより好ましくは、1及び3から選択されることが好ましい。n1は、n2であることがさらに好ましい。式(4)において、Yは、好ましくは、単一の化学結合、O、S(=O)、C(=O)、C(CH、CF、及びC(CF、より好ましくは、化学結合である。
式(3)の特に好ましいモノマーは、式(5)〜(9)のモノマーであり、
式中、R及びZは、式(1)に関して上で記載される通りであり、a5、a6、a7、a8、及びa9の各々は、独立して、1〜4である。好ましくは、a5は、1〜3、より好ましくは、1または2、さらにより好ましくは、1である。a6は、1〜3、より好ましくは、1または2、さらにより好ましくは、1であることが好ましい。好ましくは、a7〜a9の各々は、独立して、1〜3、より好ましくは、1〜2である。
上の式(1)及び(3)〜(9)のうちのいずれかのモノマーの中において、同じ芳香環上の任意の2つのアルキニル部分は、互いにオルト、メタ、またはパラ関係等の任意の関係を有する。2つのアルキニル部分が同じ芳香環上にある場合、それらは互いにメタまたはパラ関係を有することが好ましい。好ましくは、式(1)及び(3)〜(9)のモノマーの中のアルキニル部分は、互いにオルト関係を有しない。好適なポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、一般に市販されているか、または当技術分野で既知の方法によって容易に調製され得る。特に好ましい第1のモノマーは、1,3−ジエチニルベンゼンカルボン酸グリシジルエステル、1,4−ジエチニルベンゼンカルボン酸グリシジルエステル、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸グリシジルエステル、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸グリシジル、1,3−ジエチニルフェニルグリシジルエーテル、1,4−ジエチニルフェニルグリシジルエーテル、1,3−ビス(フェニルエチニル)フェニルグリシジルエーテル、1,4−ビス(フェニルエチニル)フェニルグリシジルエーテル、1,3−ジエチニルベンゼンカルボン酸ヘキサエチレングリコールエステル、1,4−ジエチニルベンゼンカルボン酸ヘキサエチレングリコールエステル、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸ヘキサエチレングリコールエステル、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸ヘキサエチレングリコールエステル、1,3−ジエチニルベンゼンカルボン酸ジエチレングリコールエステル、1,4−ジエチニルベンゼンカルボン酸ジエチレングリコールエステル、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸ジエチレングリコールエステル、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸ジエチレングリコールエステル、1,3−ジエチニルベンゼンカルボン酸トリエチレングリコールエステル、1,4−ジエチニルベンゼンカルボン酸トリエチレングリコールエステル、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸トリエチレングリコールエステル、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸トリエチレングリコールエステル、1,3−ジエチニルベンゼンカルボン酸トリプロピレングリコールエステル、1,4−ジエチニルベンゼンカルボン酸トリプロピレングリコールエステル、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸トリプロピレングリコールエステル、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼンカルボン酸トリプロピレングリコールエステル、1,3−ジエチニルフェニルヘキサエチレングリコールエーテル、1,4−ジエチニルフェニルヘキサエチレングリコールエーテル、1,3−ビス(フェニルエチニル)フェニルヘキサエチレングリコールエーテル、1,4−ビス(フェニルエチニル)フェニルヘキサエチレングリコールエーテル、1,3−ジエチニルフェニルトリエチレングリコールエーテル、1,4−ジエチニルフェニルトリエチレングリコールエーテル、1,3−ビス(フェニルエチニル)フェニルトリエチレングリコールエーテル、及び1,4−ビス(フェニルエチニル)フェニルトリエチレングリコールエーテルである。
本ポリアリーレンポリマーは、1つのポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー、または2つ以上のかかるモノマーの混合物から構成され得る。式(3)のモノマーは、好ましい第1のモノマーである。本ポリアリーレンポリマーは、式(3)の1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーの重合単位から構成されることが好ましい。代替の好ましい実施形態では、本ポリマーは、式(4)の1つ以上のモノマー、またはまた別の代替の実施形態では、式(3)の1つ以上のモノマー、及び式(4)の1つ以上のモノマーの重合単位から構成される。式(1)の1つ以上のモノマーを重合単位として含むポリマーの混合物が、本組成物において好適に使用され得る。1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー、及び接着促進部分を含まない1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーの組み合わせが、本ポリアリーレンポリマーを調製するために好適に使用され得ることが理解されるであろう。好ましくは、1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー、及び接着促進部分を含まない1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーの組み合わせが、本ポリアリーレンポリマーを調製するために好適に使用され得る。
接着促進部分を含まない好適なポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、a1〜a9の各々が0である上の式(1)及び(3)〜(9)において説明のものである。接着促進部分を含まない好ましいポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、以下の式(10)のものであり、
式中、各Rは、式(1)のモノマーに関して上で定義される通りであり、Arは、C5−30芳香族部分であり、各R15は、独立して、C1−4アルキル、C1−4ハロアルキル、C1−4アルコキシ、任意選択で、置換C7−14アラルキル、及び任意選択で、置換C6−10アリールから選択され、b4は、1または2であり、fは、0〜4である。「置換アラルキル」は、ベンジルまたはフェネチル等のアラルキル部分を指し、ハロゲン、C1−6アルキル、C1−6ハロアルキル、C1−6アルコキシ、C1−6ハロアルコキシ、フェニル、及びフェノキシから、好ましくは、ハロゲン、C1−6アルキル、C1−4ハロアルキル、C1−6アルコキシ、C1−4ハロアルコキシ、及びフェニルから、より好ましくは、ハロゲン、C1−6アルキル、C1−6アルコキシ、フェニル、及びフェノキシから選択される1つ以上の置換基で置き換えられる水素のうちの1つ以上を有する。フッ素は、好ましいハロゲンである。式(10)において、各Rは、独立して、HまたはC6−10アリール、より好ましくは、Hまたはフェニルであることが好ましい。各R15は、独立して、C1−4アルキル、C1−4フルオロアルキル、C1−4アルコキシ、ベンジル、フェネチル、フェニル、ナフチル、置換フェニル、及び置換ナフチルから、より好ましくは、C1−2アルキル、C1−4フルオロアルキル、C1−2アルコキシ、フェニル、及び置換フェニル、さらにより好ましくは、C1−2アルキル、C1−4フルオロアルキル、C1−2アルコキシ、及びフェニルから選択されることが好ましい。好ましくは、b4は、2である。好ましくは、fは、0〜3、より好ましくは、0〜2、さらにより好ましくは、fは、0である。Arは、フェニル、ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、テトラセニル、ピレニル、ペリレニル、コロネニル、ペンタセニル、トリフェニレニル、テトラフェニル、ベンゾテトラセニル、ビフェニル、ビナフチル、ジフェニルエーテル、及びジナフチルエーテル等の任意の好適なC5−30芳香族部分であり得るが、これらに限定されない。好ましくは、式(10)のモノマーは、末端水素または末端フェニル部分を有する2つまたは3つのアルキニル部分を含む。式(10)のモノマーの中の任意の2つのアルキニル部分は、互いにオルト、メタ、またはパラ関係を有し、好ましくは、互いにメタまたはパラ関係を有し得る。好ましくは、アルキニル部分は、互いにオルト関係を有しない。式(10)の単一のモノマーは、本ポリマーを調製するために使用され得るか、または式(10)の互いに異なる2つ以上のモノマーが使用され得る。式(10)の単一のモノマーが使用される場合、b4は、2であることが好ましい。好ましい一実施形態において、本ポリマーは、式(10)のモノマー、より好ましくは、b4が2である式(10)のモノマーを重合単位としてさらに含む。代替の好ましい一実施形態では、本ポリマーは、b4が1である式(10)の1つのモノマー、及びb4が2である式(10)の別のモノマーを重合単位としてさらに含む。
式(10)の接着促進部分を含まないポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーとして有用な化合物は、一般に市販されているか、または当技術分野で既知の方法によって調製され得る。式(10)の好ましいモノマーは、1,3−ジエチニルベンゼン、1,4−ジエチニルベンゼン、4,4’−ジエチニル−1,1’−ビフェニル、3,5−ジエチニル−1,1’−ビフェニル、1,3,5−トリエチニルベンゼン、1,3−ジエチニル−5−(フェニルエチニル)ベンゼン、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼン、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼン、1,3,5−トリス(フェニルエチニル)ベンゼン、4,4’−ビス(フェニルエチニル)−1,1’−ビフェニル、4,4’−ジエチニル−ジフェニルエーテル、及びそれらの混合物である。より好ましくは、式(10)のモノマーは、1,3−ジエチニルベンゼン、1,4−ジエチニルベンゼン、1,3,5−トリエチニルベンゼン、4,4’−ジエチニル−1,1’−ビフェニル、1,3−ビス(フェニルエチニル)ベンゼン、1,4−ビス(フェニルエチニル)ベンゼン、4,4’−ビス(フェニルエチニル)−1,1’−ビフェニル、及びそれらの混合物から選択される。さらにより好ましくは、式(10)のモノマーは、1,3−ジエチニルベンゼン、1,4−ジエチニルベンゼン、4,4’−ジエチニル−1,1’−ビフェニル、1,3,5−トリエチニルベンゼン、及びそれらの混合物から選択される。
2つのシクロペンタジエノン部分を含有する任意のモノマーは、本発明のポリアリーレンポリマーを調製するために第2のモノマーとして好適に使用され得る。各々が2つのシクロペンタジエノン部分を有する2つ以上の異なるモノマーの混合物は、第2のモノマーとして使用され得る。2つのシクロペンタジエノン部分を含有するかかるモノマーは、米国特許第5,965,679号、同第6,288,188号、及び同第6,646,081号、ならびに国際特許公開第WO97/10193号及び同第WO2004/073824号に記載のもの等、当技術分野で周知である。好適なビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーは、アリール部分に結合している1つ以上の接着促進部分を有し得る。ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーに関して上に記載の接着促進部分のうちのいずれかが、ビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーの中で使用され得る。ビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーは接着促進部分を有しないことが好ましい。1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマー、及び接着促進部分を含まない1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーの組み合わせが、本ポリアリーレンポリマーを調製するために好適に使用され得ることが理解されるであろう。
好ましいビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーは、式(11)に示される構造を有し、
式中、各R10は、独立して、H、C1−6アルキル、または任意選択で、置換C5−30アリールから選択され、Arは、芳香族部分である。かかるビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーが1つ以上の接着促進部分を含有する場合、かかる部分は、典型的に、Ar上もしくはR10のアリール部分の上に、またはAr及びR10のアリール部分の両方の上に存在する。すなわち、R10が置換アリールである場合、かかる置換アリールはまた、式(1)に関して上に記載の1つ以上の接着促進部分を有するアリールを含む。好ましくは、各R10は、独立して、C3−6アルキル、C6−10アリール、及び置換C6−10アリールから選択され、より好ましくは、各R10は、フェニルまたは置換フェニル、さらにより好ましくは、フェニルである。多種多様の芳香族部分が、米国特許第5,965,679号に記載のもの等のArとしての使用に好適である。Arのために有用な例示的な芳香族部分は、式(12)に示される構造を有するものを含み、
式中、xは、1、2、または3から選択される整数であり、yは、0、1、または2から選択される整数であり、各Arは、独立して、
または
から選択され、
各R11は、独立して、ハロゲン、C1−6アルキル、ハロC1−6アルキル、C1−6アルコキシ、ハロC1−6アルコキシ、フェニル、及びフェノキシから選択され、c3は、0〜4の整数であり、d3及びeの各々は、0〜3の整数であり、各Gは、独立して、O、S、NR12、PR12、P(=O)R12、C(=O)、CR1314、及びSiR1314から選択され、R12、R13、及びR14は、独立して、H、C1−4アルキル、ハロC1−4アルキル、及びフェニルから選択される。xは、1または2、より好ましくは、1であることが好ましい。yは、0または1、より好ましくは、1であることが好ましい。好ましくは、各R11は、独立して、ハロゲン、C1−4アルキル、ハロC1−4アルキル、C1−4アルコキシ、ハロC1−4アルコキシ、及びフェニルから、より好ましくは、フルオロ、C1−4アルキル、フルオロC1−4アルキル、C1−4アルコキシ、フルオロC1−4アルコキシ、及びフェニルから選択される。c3は、0〜3、より好ましくは、0〜2、さらにより好ましくは、0または1であることが好ましい。d3及びeの各々は、独立して、0〜2、より好ましくは、0または1であることが好ましい。式(14)において、d3+eは、0〜4、より好ましくは、0〜2であることが好ましい。各Gは、好ましくは、独立して、O、S、NR12、C(=O)、CR1314、及びSiR1314から、より好ましくは、O、S、C(=O)、及びCR1314から、さらにより好ましくは、O、C(=O)、及びCR1314から選択される。各R12、R13、及びR14は、独立して、H、C1−4アルキル、フルオロC1−4アルキル、及びフェニルから、より好ましくは、H、C1−4アルキル、フルオロC1−2アルキル、及びフェニルから選択されることが好ましい。好ましくは、各Arは、式(13)を有する。
任意選択で、1つ以上のエンドキャップモノマーを、本ポリアリーレンポリマーを調製するために使用してもよい。かかるエンドキャップモノマーは、単一のアルキン部分及び溶解度改善極性基を有し、本ポリマーの1つの終端、好ましくは、2つの終端、より好ましくは、すべての終端をキャップするように機能する。好適なエンドキャップモノマーは、米国特許出願公開第2016/0060393号(Gilmoreら)に開示のものである。これらの任意選択のエンドキャップモノマーが、末端アリール部分(R=C6−20アリール)を有するアルキニル部分よりも、ポリマーの中に末端水素(R=H)を有するアルキニル部分と優先的に反応するように反応条件が選択され得ることが、当業者に理解されるであろう。好ましくは、これらの任意選択のエンドキャップモノマーの中に存在する極性部分は、本ポリアリーレンポリマーを硬化させるために使用される条件下で、開裂可能である。好適な任意選択のエンドキャップモノマーは、式(15)のものであり、
式中、R16は、H、任意選択で置換C1−10アルキル、任意選択で置換C7−12アラルキル、任意選択で置換C6−10アリール、またはR17であり、R17は、極性部分である。好適な極性部分は、1〜20個の炭素原子と、−C(=O)−R18、−C(=O)OR18、−OH,−NO、及び−NR1819から選択される1つ以上の官能基とを有する任意のヒドロカルビル部分であり、R18及びR19は、独立して、H、C1−10アルキル、C7−16アラルキル、及びC6−10アリールから選択される。好ましくは、極性部分は、−C(=O)−R18、−C(=O)OR18、−OH、及び−NR1819から、より好ましくは、−C(=O)−R18、−C(=O)OR18、及び−OHから選択される。かかる−C(=O)−、−OH、及び−NR1819の官能基は、カルボン酸、無水物、アミド、ケトン、エステル等と同様に別の官能基の一部であり得る。極性部分は、カルボキシル、C2−12脂肪族カルボキシレート、ヒドロキシC1−10アルキル、ヒドロキシC6−10アリール、C7−20アリールカルボン酸、C8−20アリールカルボン酸無水物、C7−20アリールカルボキシレート、C7−20アリールアミド、C8−20アリールイミド、アミノC1−10アルキル、及びC6−20アリールアミンから選択されることが好ましい。より好ましくは、極性部分は、カルボキシル、C2−12脂肪族カルボキシレート、ヒドロキシC1−10アルキル、ヒドロキシC6−10アリール、C7−16アリールカルボン酸、及びC8−16アリールカルボン酸無水物から選択される。エンドキャップモノマーが、エンドキャップ反応中に形成されるアリール部分から少なくとも原子3個分離れている、O、N、S、及びPから選択される電子供与原子を有する極性部分を含む場合、かかる極性部分が接着促進部分としても機能し得ることが、当業者に理解されるであろう。例示的なエンドキャップモノマーは、プロピオル酸、アセチレンジカルボン酸、フェニルプロピオル酸、エチニル安息香酸、エチニルフタル酸、プロパルギルアルコール、プロパルギルアミン、2−ブチン−1,4−ジオール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3−ブチン−1−オール、3−ブチン−2−オール、2−ブチン−1−オール、2−ブチン酸、エチニルフェノール、キシリチルプロピオレート、エチニルフタル酸無水物、エチニルフタルイミド、エチニルベンズアミド、2−ブチン−1,4−ジオールジアセテート、3−ブチン−2−オン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、1−エチニルシクロヘキシルアミン、1−エチニルシクロペンタノール、エチニルアニリン、N−(エチニルフェニル)アセトアミド、2−カルバモイル−5−エチニル安息香酸、エチニル−ニトロベンゼン、プロピオルアミド、N−ヒドロキシル−プロピオルアミド、2−アミノブト−3−イニック酸、及びそれらの混合物である。好ましいエンドキャップモノマーは、プロピオル酸、アセチレンジカルボン酸、フェニルプロピオル酸、エチニル安息香酸、エチニルフタル酸、プロパルギルアルコール、2−ブチン−1,4−ジオール、2−メチル−3−ブチン−2−オール、3−ブチン−1−オール、3−ブチン−2−オール、2−ブチン−1−オール、2−ブチン酸、エチニルフェノール、キシリチルプロピオレート、エチニルフタル酸無水物、2−ブチン−1,4−ジオールジアセテート、及びそれらの混合物である。かかるエンドキャップモノマーは、一般に市販されているか、または当技術分野で既知の方法によって調製され得る。
本発明のポリアリーレンポリマーは、第1及び第2のモノマーのうちの少なくとも1つが、1つ以上の接着促進部分を有するアリール部分と、任意選択で、上記の式(10)及び/または(15)のモノマー等の1つ以上の追加のモノマーとを含む、上記の1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー、上記の1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーを、好適な有機溶媒の中で、反応させることで調製される。全体の第2のモノマー(すなわち、2つのシクロペンタジエノン部分を含有するモノマー)に対する全体の第1のモノマー(すなわち、ポリアルキニル含有モノマー)のモル比は、1:1.2〜1.95:1、好ましくは、1:1.15〜1.75:1、より好ましくは、1:1.1〜1.2:1である。式(15)のモノマー等のエンドキャップモノマーが使用される場合、それは、典型的に、第2のモノマーの1モルに基づいて、0.05〜0.25モル、好ましくは、0.075〜0.2モル、より好ましくは、0.09〜0.125モルの総量で使用される。本オリゴマーを調製するために有用な好適な有機溶媒は、C2−6アルカンカルボン酸のベンジルエステル、C2−6アルカンジカルボン酸のジベンジルエステル、C2−6アルカンカルボン酸のテトラヒドロフルフリルエステル、C2−6アルカンジカルボン酸のジテトラヒドロフルフリルエステル、C2−6アルカンカルボン酸のフェネチルエステル、C2−6アルカンジカルボン酸のジフェネチルエステル、芳香族エーテル、芳香族炭化水素、環状炭化水素、カーボネート、及びラクトンである。好ましい芳香族エーテルは、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、C1−6アルコキシ置換ベンゼン、及びベンジルC1−6アルキルエーテル、より好ましくは、C1−4アルコキシ置換ベンゼン及びベンジルC1−4アルキルエーテルである。好ましい有機溶媒は、C2−4アルカンカルボン酸のベンジルエステル、C2−4アルカンジカルボン酸のジベンジルエステル、C2−4アルカンカルボン酸のテトラヒドロフルフリルエステル、C2−4アルカンジカルボン酸のジテトラヒドロフルフリルエステル、C2−4アルカンカルボン酸のフェネチルエステル、C2−4アルカンジカルボン酸のジフェネチルエステル、C1−6アルコキシ置換ベンゼン、及びベンジルC1−6アルキルエーテル、より好ましくは、C2−6アルカンカルボン酸のベンジルエステル、C2−6アルカンカルボン酸のテトラヒドロフルフリルエステル、C2−6アルカンカルボン酸のフェネチルエステル、C1−4アルコキシ置換ベンゼン、ベンジルC1−4アルキルエーテル、ジベンジルエーテル、カーボネート、及びラクトン、さらにより好ましくは、C2−6アルカンカルボン酸のベンジルエステル、C2−6アルカンカルボン酸のテトラヒドロフルフリルエステル、C1−4アルコキシ置換ベンゼン、ベンジルC1−4アルキルエーテル、カーボネート、及びラクトンである。例示的な有機溶媒としては、ベンジルアセテート、ベンジルプロプリオネート(proprionate)、テトラヒドロフルフリルアセテート、テトラヒドロフルフリルプロピオネート、テトラヒドロフルフリルブチラート、アニソール、メチルアニソール、ジメチルアニソール、ジメトキシベンゼン、エチルアニソール、エトキシベンゼン、キシレン、メシチレン、クメン、リモネン、ベンジルメチルエーテル、ベンジルエチルエーテル、及びプロピレンカーボネート、好ましくは、ベンジルアセテート、ベンジルプロプリオネート(proprionate)、テトラヒドロフルフリルアセテート、テトラヒドロフルフリルプロピオネート、テトラヒドロフルフリルブチラート、アニソール、メチルアニソール、ジメチルアニソール、ジメトキシベンゼン、エチルアニソール、エトキシベンゼン、キシレン、メシチレン、クメン、リモネン、プロピレンカーボネート、及びガンマ−ブチロラクトンが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明のポリマーは、容器の中で任意の順序で、各々上記のような、1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー、1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマー、任意選択で1つ以上のエンドキャップモノマー、任意選択で接着促進部分を含まない1つ以上のポリアルキニル置換アリールモノマー、及び有機溶媒を、組み合わせて、その混合物を加熱することによって調製され得る。1つ以上の第2のモノマーは、容器の中で有機溶媒と組み合わせられてもよく、次いで、1つ以上の第1のモノマー及びあらゆる任意選択の追加のモノマーが混合物に添加される。一実施形態において、1つ以上の第2のモノマーと有機溶媒との混合物は、1つ以上の第1のモノマーが添加される前に、所望の反応温度まで加熱される。ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーは、発熱形成を低下させるために、0.25〜48時間、好ましくは、1〜6時間等の期間をかけて添加され得るが、好ましくは、一度に添加される。ビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーと有機溶媒との混合物は、第1のモノマー及びあらゆる任意選択のモノマーが添加される前に、所望の反応温度まで加熱され得る。代替的に、ビスシクロペンタジエノンの第2のモノマー、第1のモノマー、任意選択の接着促進部分を含まないポリアルキニル置換アリールモノマー、任意選択のエンドキャップモノマー、及び溶媒が、容器に添加され、次いで、所望の反応温度まで加熱され、この温度で一定期間保持されて、所望のオリゴマーを提供する。反応混合物は、85〜205℃等の好適な温度で加熱される。好ましくは、混合物は、90〜160℃、より好ましくは、95〜130℃、さらにより好ましくは、100〜130℃の温度まで加熱される。反応は、酸素含有雰囲気下で実行され得るが、不活性雰囲気下が好ましい。反応後、結果として得られるポリアリーレンポリマーは、反応混合物から単離され、適切な溶媒で希釈されるか、または表面をコーティングするためにそのまま使用され得る。末端水素を有する2つのアルキニル部分、及び末端フェニル基を有する1つのアルキニル部分を有する第1のモノマーを使用して本ポリマーを調製する場合、90〜130℃の温度でモノマー反応混合物を加熱することは、オリゴマーを提供し、実質的に、末端水素を有するアルキニル部分のみが、エンドキャップとして1つまたは2つの第3のモノマーを有する直鎖オリゴマーを形成するために第1のモノマーと反応し、すなわち、末端フェニル基を有するアルキニル部分は、実質的に未反応のままである(かかる基の<10%、好ましくは、<5%が、反応する)。
本ポリアリーレンポリマーは、500〜250000Da(ポリスチレン標準に対するゲル浸透クロマトグラフィーによって決定される)、好ましくは、1000〜100000Da、より好ましくは、2000〜50000Daの重量平均分子量(M)等の任意の好適な分子量範囲を有し得る。有機溶媒の選択を使用して、結果として得られるポリマーのMを調整することができる。例えば、C1−6アルコキシ置換ベンゼン等の芳香族エーテル溶媒が使用される場合、有機溶媒としてC2−6アルカンカルボン酸のベンジルエステルを使用して同じ反応が行われる場合の比較的により低いMを有するオリゴマーと比較して、比較的により高いMのオリゴマーが得られ得る。本オリゴマーの分子量はまた、第1のモノマー及び/または任意選択のモノマーの量を調整することによって、芳香族エーテル溶媒の中であっても制御することができる。例えば、≦35000のMを有するポリマーを得るために、第1のモノマーの≧1.05モルが、第2のモノマーの各1モルについて使用されるべきであり、すなわち、全ポリアルキニル置換アリールモノマーの、全ビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーに対するモル比は、1:1.075〜1:1.95等、≧1:1.05であるべきである。任意選択のエンドキャップモノマーは、単一のアルキニル部分を有するため、ポリマー鎖の成長を制御するために使用することができる。反応における任意のエンドキャップモノマーの総量の増加は、概して、比較的により低いMを有するポリマーを提供するが、任意のエンドキャップモノマーの総量の低減は、比較的により高いMを有するオリゴマーを提供する。
理論によって拘束されることを意図するものではないが、本ポリアリーレンポリマーは、加熱すると、第2のモノマーのシクロペンタジエノン部分と、第1のモノマーのアルキニル部分及びあらゆる任意選択のエンドキャップモノマーのアルキニル部分とのディールス・アルダー反応によって形成されると考えられる。かかるディールス・アルダー反応の間に、カルボニル架橋された種が形成すると考えられる。かかるカルボニル架橋された種がオリゴマーの中に存在し得ることが、当業者に理解されるであろう。さらに加熱すると、カルボニル架橋種が芳香族環系に本質的に完全に変換されると考えられる。使用されるモノマーのモル比に起因して、本ポリマーは、以下の反応スキーム1で示される通り、少なくとも1つのエポキシ反応性部分と置換されるポリマー骨格の中にアリーレン環を含有し、Aは、第1のモノマーであり、Bは、第2のモノマーであり、ポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーAは、接着促進部分Zを有する。理論によって拘束されることを望みはしないが、未反応のシクロペンタジエノン部分は本オリゴマーの中に残らないと考えられる。
エンドキャップモノマーが使用されない場合、本ポリアリーレンオリゴマーは、独立してアルキニル部分及びシクロペンタジエニル部分から選択される骨格末端を有する。余分な第1のモノマーが使用された場合、ポリアリーレンオリゴマーの骨格はアルキニル部分で終端する。余分な第2のモノマーが使用された場合、ポリアリーレンオリゴマーの骨格はシクロペンタジエニル部分で終端する。好ましいポリアリーレンポリマーは、式(16)の反復単位を有するものであり、
式中、LG、APS、及びwは、式(2)で上に記載の通りであり、Arは、任意選択で、置換C5−30アリール部分であり、Ar10及びAr11は各々、独立して、任意選択で、置換C6−10アリール部分であり、Arは、式(11)に関して上で定義の通りであり、oは、オリゴマーの中の反復単位の数であり、2〜1000の整数である。本明細書で使用されるとき、「任意選択で、置換C5−30アリール部分」は、非置換C5−30アリール部分、及びハロゲン、C1−10アルキル、C1−10アルコキシ、及びC6−10アリールから選択された1つ以上の置換基と置き換えられる芳香族水素のうちの1つ以上を有するC5−30アリール部分の両方を指す。
本組成物は、ポリアミン化合物、ポリエポキシド化合物、ポリヒドロキシ化合物、及びポリアルキン化合物等の1つ以上の架橋剤をさらに含み得る。本明細書で使用されるとき、用語「ポリアミン化合物」は、1つ以上の接着促進部分等のポリアリーレンオリゴマー上で任意の架橋可能な部分と反応が可能な2つ以上のアミン部分を有して、架橋ポリマーを形成する任意の化合物を指す。同様に、用語「ポリエポキシド化合物」は、1つ以上の接着促進部分等のポリアリーレンオリゴマー上で任意の架橋可能な部分と反応が可能な2つ以上のエポキシド部分を有して、架橋ポリマーを形成する任意の化合物を指す。用語「ポリヒドロキシド(polyhydroxide)化合物」は、1つ以上の接着促進部分等のポリアリーレンオリゴマー上で任意の架橋可能な部分と反応が可能な2つ以上のヒドロキシ部分を有して、架橋ポリマーを形成する任意の化合物を指す。上に記載の式(1)または(3)〜(10)の任意のポリアルキン化合物は、架橋剤として好適に使用され得る。好ましくは、架橋剤は、ポリアミン化合物、ポリエポキシド化合物、ポリヒドロキシ化合物、及びポリアルキン化合物のための、それぞれアミン部分、エポキシド部分、ヒドロキシ部分、またはアルキン部分である2〜6つの活性架橋部分を有する。より好ましくは、架橋剤は、2〜4つ、さらにより好ましくは、2〜3つの活性架橋部分を有する。かかる架橋剤は、当技術分野で周知であり、種々の供給源より一般に市販されている。
例示的なポリアミン架橋剤は、PRIMENEブランド(Dow Chemical Companyより入手可能)で販売されているもの等の任意の市販されているポリアミン架橋剤である。例示的なエポキシド部分としては、グリシジルエーテル部分及びシクロヘキサンオキシド部分が挙げられるが、これらに限定されない。好適なエポキシド含有架橋剤としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールEジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ビスフェノールBPジグリシジルエーテル、ビスフェノールAFジグリシジルエーテル、ビスフェノールAPジグリシジルエーテル、及びオリゴマーのビスフェノールジグリシジルエーテル等のビスフェノールのジグリシジルエーテル;1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、2−メチル−1,3−プロパンジオールジグリシジルエーテル、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオールジグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、トリフェニロールメタントリグリシジルエーテル、ビス(ナフチルジオール)メタンテトラグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、4,4’−ビフェノールジグリシジルエーテル、及びトリヒドロキシベンゼントリグリシジルエーテル等のポリオールのグリシジルエーテル;ジグリシジルベンゼンジカルボキシレート、トリグリシジルベンゼントリカルボキシレート、ジグリシジルデカンジカルボキシレート、ジグリシジルドデカンジカルボキシレート、ジグリシジルヘキサデカンジカルボキシレート、ジグリシジルオクタデカンジカルボキシレート、ジグリシジルエイコサンジカルボキシレート、及びジグリシジルヘキサトリデカンジカルボキシレート等のポリカルボン酸のグリシジルエステル;ひまし油トリグリシジルエーテル等のエポキシ化天然油;プロポキシ化グリセロールのトリグリシジルエーテル、エトキシ化グリセロールのトリグリシジルエーテル、及びエトキシ化−プロポキシ化グリセロールのトリグリシジル等のポリエーテルポリオールのグリシジルエーテル;エポキシ化ポリアリーレンポリマー;グリシジルアクリレート及び/またはグリシジルメタクリレートを重合単位として含むもの等のエポキシ化(メタ)アクリレートポリマー及びコポリマー;ならびに複数のシクロヘキセンオキシド部分を有する部分的に凝縮されたシルセスキオキサン、及び複数のシクロヘキセンオキシド部分を有するポリオクタヘドラルシスルセスキオキサン(sislsesquioxane)等のエポキシ化シロキサンが挙げられるが、これらに限定されない。エポキシ化シロキサンを調製する際に有用な好適なシリコン含有モノマーは、以下の構造を有し、
式中、Yは、H、ハロゲン、C1−6アルコキシ、またはC1−6カルボキシレートである。好適なエポキシド含有架橋剤は、一般に市販されているか、または文献で既知の方法によって調製され得る。
本組成物は、本ポリアリーレンポリマーのうちの1つ以上、任意選択で、1つ以上の架橋剤、及び任意選択で、1つ以上の有機溶媒を含む。好ましくは、本組成物は、ポリエステル樹脂を含まない。好ましくは、本組成物は、1つ以上の有機溶媒を含む。ポリアリーレンポリマー及びエポキシド含有架橋剤を溶解する任意の溶媒が、本組成物において好適に使用され得る。例示的な有機溶媒は、プロピレングリコールメチルエーテル(PGME)、ジプロピレングリコールメチルエーテル(DPGME)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)、メチル3−メトキシプロピオネート(MMP)、乳酸エチル、n−ブチルアセテート、アニソール、N−メチルピロリドン、ガンマ−ブチロラクトン(GBL)、エトキシベンゼン、ベンジルプロピオネート、ベンジルベンゾエート、プロピレンカーボネート、キシレン、クメン、リモネン、メシチレン、及びそれらの混合物等の電子技術産業で典型的に使用されるものである。1つ以上の追加の有機溶媒と組み合わせた、アニソール、エトキシベンゼン、PGME、PGMEA、GBL、MMP、n−ブチルアセテート、ベンジルプロピオネート、及びベンジルベンゾエートのうちの1つ以上を含む混合物、より好ましくは、アニソール、エトキシベンゼン、PGME、PGMEA、GBL、MMP、n−ブチルアセテート、ベンジルプロピオネート、及びベンジルベンゾエートのうちの2つ以上を含む混合物等の有機溶媒の混合物が特に好ましい。溶媒の混合物が使用される場合、溶媒の比率は、概して、重大ではなく、99:1〜1:99w/wと変化し得る。
本ポリアリーレンポリマーの任意の量が、本発明の組成物に使用され得る。任意選択の架橋剤は、典型的に、ポリアリーレンポリマーの重量に基づいて、0〜50重量%、好ましくは、1〜50重量%、より好ましくは、3〜40重量%の量で使用される。本発明の組成物が1つ以上の有機溶媒を含む場合、ポリアリーレンポリマーは、典型的に、0.5〜40重量%の量で存在する。組成物の中のポリアリーレンポリマーの濃度は、特定の用途及びコーティング方法に依存して、広い範囲にわたって変えることができることが当業者によって理解されるであろう。好適な濃度の決定は、当業者の能力内である。
本組成物は、任意選択で、硬化剤及び表面レベリング剤等の1つ以上の添加剤をさらに含有し得る。かかる任意選択の添加剤及びそれらの量の選択は、十分、当業者の能力内である。硬化剤は、典型的に、全固形分に基づいて、0〜20重量%、好ましくは、0〜3重量%の量で存在する。表面レベリング剤は、典型的に、全固形分に基づいて、0〜5重量%、好ましくは、0〜1重量%の量で使用される。
硬化剤は、任意選択で、本組成物の中で使用されて、堆積されたポリマー膜の硬化を促進し得る。硬化剤は、基板の表面上でポリマーを硬化させる任意の成分である。好ましい硬化剤は、酸発生剤及び熱酸発生剤である。好適な酸としては、p−トルエンスルホン酸等のアリールスルホン酸;メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、及びプロパンスルホン酸等のアルキルスルホン酸;トリフルオロメタンスルホン酸等のパーフルオロアルキルスルホン酸;ならびにパーフルオロアリールスルホン酸が挙げられるが、これらに限定されない。熱酸発生剤は、熱に曝露されると酸を放出する任意の化合物である。熱酸発生剤は、当技術分野において周知であり、コネチカット州ノーウォークのKing Industries等より一般に市販されている。例示的な熱酸発生剤としては、アミンブロックスルホン酸等、アミンブロックドデシルベンゼンスルホン酸等のアミンブロック強酸が挙げられるが、これらに限定されない。ある特定の光酸発生剤は、加熱時に酸を放出することが可能であり、熱酸発生剤として機能し得ることも、当業者に理解されるであろう。
本組成物は、任意選択で、1つ以上の表面レベリング剤(または界面活性剤)を含み得る。任意の好適な界面活性剤が使用され得るが、かかる界面活性剤は、典型的に、非イオン性である。例示的な非イオン性界面活性剤は、エチレンオキシ、プロピレンオキシ等のアルキレンオキシ結合、またはエチレンオキシ及びプロピレンオキシ結合の組み合わせを含有するものである。
本発明の組成物は、種々の用途でポリマー膜を形成するために使用され得る。例えば、本組成物は、スピンコーティング、スロットダイコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、カーテンコーティング、ローラーコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング等、任意の好適な手段によって、電子装置基板上にコーティングされ得る。スピンコーティングが好ましい。典型的なスピンコーティング方法では、本組成物が15〜90秒間に500〜4000rpmの速度でスピンしている基板に適用され、組成物の所望の層を基板上に得る。層の高さはスピン速度を変更することによって調節され得ることが、当業者に理解されるであろう。
多種多様な電子装置基板、例えば、マルチチップモジュール等のパッケージ基板、フラットパネルディスプレイ基板及び可撓性ディスプレイ基板等のフラットパネルディスプレイ基板、集積回路基板、有機発光ダイオード(OLED)を含む発光ダイオード(LED)のための基板、半導体ウエハ、多結晶シリコン基板等が、本発明において使用され得る。かかる基板は、典型的に、1つ以上のシリコン、ポリシリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコンゲルマニウム、ガリウムアルセニド、アルミニウム、サファイア、タングステン、チタン、チタン−タングステン、ニッケル、銅、及び金から構成されている。好適な基板は、集積回路、光学センサ、フラットパネルディスプレイ、集積光学回路、及びLEDの製造に使用されるもの等のウエハの形態であり得る。本明細書で使用されるとき、用語「半導体ウエハ」は、「電子装置基板」、「半導体基板」、「半導体デバイス」、及びシングルチップウエハ、マルチチップウエハ、種々レベルのパッケージ、またははんだ接続部を必要とする他の組立品を含む、相互接続の種々レベルでの種々のパッケージを包含することを意図するものである。かかる基板は、200mm〜300mmの直径を有するウエハ等、任意の好適なサイズであり得る。本明細書で使用されるとき、用語「半導体基板」は、半導体デバイスの活性部分または動作可能部分を含む1つ以上の半導体層または構造を有する任意の基板を含む。半導体デバイスは、少なくとも1つのマイクロ電子デバイスが上にバッチ製作された、またはバッチ製作されている半導体基板を指す。好ましい基板は、ディスプレイ基板及び半導体基板である。
本ポリアリーレン樹脂から形成された膜は、従来の接着促進部分を含まないポリアリーレンポリマーと比較して、金属含有基板等の無機基板に対する改善された接着性を有する。本ポリマーから形成された膜の接着性が改善されたとしても、従来の接着促進剤の層が、後で硬化されて硬化されたポリアリーレン膜を形成するポリアリーレンオリゴマー層の堆積前に、基板表面に任意選択で適用され得る。別個の接着促進剤を使用することが所望される場合、シラン、好ましくは、トリメトキシビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、ヘキサメチルジシラザン[(CHSi−NH−Si(CH]、もしくはガンマ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノシランカプラー等のオルガノシラン、またはアルミニウムモノエチルアセトアセテートジ−イソプロピラート[((i−CO)Al(OCOCCHCOCH))]等のキレート化合物等、ポリアリーレン膜のための任意の好適な接着促進剤が使用され得る。いくつかの場合、接着促進剤は、0.01〜5重量%の溶液から適用され、余分な溶液が除去されて、次いで、ポリアリーレンオリゴマーが適用される。他の場合では、例えば、アルミニウムモノエチルアセトアセテートジ−イソプロピラートのキレート化合物は、キレート化合物のトルエン溶液を基板上に塗り、次いで、空気中で、350℃で30分間コーティングされた基板をベークすることによって基板の上に組み込まれ、酸化アルミニウムの非常に薄い(例えば、5nm)の接着促進層を表面上に形成することができる。酸化アルミニウムを堆積させるための他の手段は、同様に好適である。代替的に、例えば、ポリアリーレンオリゴマーの重量に基づく0.05〜5重量%の量の接着促進剤は、本組成物に添加することができ、追加の層の形成の必要性をなくす。特に好適な接着促進剤としては、Dow Electronic Materials(マサチューセッツ州マールボロ)より入手可能なAP3000、AP8000、及びAP9000S指定で販売されるものが挙げられる。
基板上にコーティングされた後、ポリアリーレン樹脂の層は、任意選択で、比較的に低い温度でベークされ、あらゆる有機溶媒及び他の比較的に揮発性の成分を層から除去する。典型的に、基板は、他の好適な温度が使用され得るが、90〜140℃の温度でベークされる。ベーク時間は、より長い時間またはより短い時間が使用され得るが、典型的には、10秒〜10分間、好ましくは、30秒〜5分間である。基板がウエハである場合、かかるベーク工程は、ウエハをホットプレート上で加熱することによって行われてもよい。溶媒の除去後、ポリアリーレン樹脂の層、膜、またはコーティング、ならびに基板表面上のあらゆる任意選択の架橋剤及びあらゆる他の任意選択の成分が得られる。
次に、ポリアリーレン樹脂の層が硬化されて、ポリアリーレン膜を形成する。任意選択の架橋剤が使用される場合、かかる硬化工程は、架橋ポリアリーレン膜を形成する。加熱等の任意の好適な硬化工程が用いられてもよい。好ましくは、層は、≧150℃の温度で、より好ましくは、150〜250℃、より好ましくは、160〜225℃の温度で、加熱することによって硬化される。硬化されたポリアリーレン膜は、用途に依存して、そのまま使用されても、または必要に応じてさらに処理されてもよい。かかるさらなる処理工程は、従来の工程であり、例えば、エッチング及び金属溶射の工程を含み、当業者には周知である。
以下の実施例では、重量平均分子量(M)は、ポリスチレン標準に対するゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって決定し、数平均分子量(M)は、動的光散乱法/屈折率(DLS/RI)センサを使用してGPCによって決定した。多分散指数(PDI)は、M/Mとして計算した。
実施例1.撹拌子を含む炉乾燥させた1首1000mL丸底フラスコに、粉末漏斗を介して、3,5−ジエチニル安息香酸(DEBzOH、10.00g、58.76mmol)及びジメチルホルムアミド(DMF、0.04g、0.59mmol)を添加し、続いて、ジクロロメタン(250mL)を添加した。反応物を、氷水槽の中で30分間冷却する前に、窒素の流動ブランケット下で20分間、室温で静かに撹拌した。塩化オキサリル(8.15g、64.64mmol)を、シリンジを介して滴下添加したところ、明澄な淡いオレンジ色の反応混合物が、暗い褐色で不透明な色に変わった。氷槽が溶解するにつれて、混合物が室温まで温まることを許容した。一晩撹拌した後、撹拌子をフラスコから除去し、溶媒を回転蒸発によって除去した。暗い粘性混合物を、真空ライン上でさらに濃縮させて、いずれの残留塩化オキサリルも除去し、この間に混合物は凝固した。撹拌子を添加し、フラスコの内容物をジクロロメタン(250mL)の中で再溶解し、液体添加漏斗をフラスコに取り付けた。容器を、氷水槽の中で20分間、再度冷却した。同時に、撹拌子を備えた別個の炉乾燥した500mL丸底フラスコを、トリエチルアミン(17.79g、176.29mmol)及びグリシドール(4.79g、64.64mmol)をシリンジによって添加する前に、ジメチルアミノピリジン(DMAP、0.07g、0.59mmol)及びジクロロメタン(250mL)で充填し、この混合物を、隣接するフラスコの冷却中に、窒素下、室温で撹拌させた。この第2のフラスコの内容物を、添加漏斗に移し、冷却されたフラスコに1時間にわたって添加した。このフラスコが2時間にわたって室温まで温まることを許容し、次いで、さらに24時間撹拌した。反応を500mLの水を添加し、250mLのジクロロメタンの2つの部分で抽出することによって停止した。合わせた有機層を、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムの上で乾燥させて、濾過した。溶出液の濃縮により褐色固体を得て、これを、シリカゲル上で懸濁し、CombiFlash自動化精製システムとエチルアセテート/ヘプタン溶媒システムとを使用して分離して、淡黄色固体(8.77g、38.78mmol、66%収率)として3,5−ジエチニル安息香酸グリシジルエステル(DEBzOH−GE)を得た。モノマーの構造を、H及び13C NMRによって確認した。反応をスキーム2に示す。
実施例2.撹拌子を含む炉乾燥させた1首500mL丸底フラスコに、トルエン溶媒(350mL)及びp−トルエンスルホン酸触媒(0.01g、0.07mmol)の添加前に、DEBzOH(2.01g、11.81mmol)及びヘキサ(エチレングリコール)(10.0 9、35.42mmol)を添加した。かなり余分なヘキサ(エチレングリコール)を使用して、二量体形成を回避した。ディーン・スターク・トラップ及び冷却水を有する還流冷却器をフラスコの頂部に固設し、混合物をアルミニウム加熱ブロックによって、窒素の流動ブランケット下、140℃の外部温度まで加熱した。反応物をこの温度で48時間撹拌し、この間に水をトラップの底部に集めた。この期間の後、反応物を冷却し、内容物を300mLのエチルアセテートに添加し、水500mLずつで5回洗浄した。有機層を、飽和塩化ナトリウム水溶液で再度洗浄し、硫酸ナトリウムの上で乾燥させて、濾過した。溶出液の濃縮によりオレンジ色固体を得て、これを、シリカゲル上で懸濁し、CombiFlash自動化精製システムとエチルアセテート/ヘプタン溶媒システムとを使用して分離して、淡黄色固体(2.2g、5.01mmol、42%収率)として3,5−ジエチニル安息香酸ヘキサ(エチレングリコール)エステル(DEBzOH−HEG)を得た。モノマーの構造を、H及び13C NMRによって確認した。反応をスキーム3に示す。
実施例3.撹拌子を含む多首丸底フラスコに、粉末漏斗を介して、ジフェニレンオキシドビス(トリフェニルシクロペンタジエノン)(DPO−CPD、3.15g、4.02mmol)及び実施例1からのDEBzOH−GE(1.00g、4.42mmol)を添加し、続いて、PGMEA(40mL)を添加した。反応物を室温で静かに撹拌した。フラスコを、次に、加熱マントルのための自己調整サーモスタット制御に取り付けられた還流冷却器及び内部熱電対プローブに装備した。次に、フラスコの暗い栗色の内容物を、110℃の内部温度まで温め、加熱要素の除去によって25℃まで冷却する前に、この温度で72時間維持した。結果として得られた栗色の溶液を、貧溶媒として500mLのイソプロピルアルコールを使用してPGMEAから沈殿させた。沈殿物の一晩真空下での濾過及び乾燥により、白色粉末としてポリマー1を得た。結果として得られた材料のGPC分析は、8782DaのM、48367DaのM、及び5.51のPDIを示した。この反応をスキーム4に示す。
実施例4.撹拌子を含む多首丸底フラスコに、粉末漏斗を介して、DPO−CPD(1.72g、2.19mmol)及び実施例2からのDEBzOH−HEG(1.00g、2.30mmol)を添加し、続いて、PGMEA(30mL)を添加した。反応物を室温で静かに撹拌した。フラスコを、次に、加熱マントルのための自己調整サーモスタット制御に取り付けられた還流冷却器及び内部熱電対プローブに装備した。次に、フラスコの暗い栗色の内容物を、105℃の内部温度まで温め、加熱要素の除去によって25℃まで冷却する前に、この温度で72時間維持した。結果として得られた栗色の溶液を、貧溶媒として500mLのイソプロピルアルコールを使用してPGMEAから沈殿させた。沈殿物の一晩真空下での濾過及び乾燥により、白色粉末としてポリマー2を得た。GPC分析は、10709DaのM、24442DaのM、及び2.28のPDIを示した。この反応をスキーム5に示す。
実施例5.撹拌子を含む炉乾燥させた1首100mL丸底フラスコに、漏斗を介して、3,5−ジエチニルフェノール(DEP)、ヨウ化テトラブチルアンモニウム(TBAI)、及びテトラヒドロフラン(THF)を添加し、続いて、トリエチルアミンを添加する。反応物を、氷水槽の中で30分間冷却する前に、窒素の流動ブランケット下で20分間、室温で静かに撹拌する。エピクロロヒドリンをTHFの中で事前に溶解し、シリンジを介して、反応物の中に滴下添加する。氷槽が溶解するにつれて、混合物が室温まで温まることを許容し、一晩撹拌する。反応を500mLの中性緩衝水溶液を添加することによって停止し、250mLのジクロロメタンの2つの部分で抽出する。合わせた有機層を、水で洗浄し、次いで、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムの上で乾燥させて、濾過する。溶出液の濃縮及び中性シリカゲルクロマトグラフィーによる分離で、3,5−ジエチニルフェノキシグリシジルエーテル(DEP−GE)が得られると予測される。
実施例6.本発明のポリアルキニル置換アリールモノマーは、DEBzOH及び/またはヘキサ(エチレングリコール)が表1で特定される反応体によって置き換えられることを除き、実施例1または2の全般的な手順に従って調製されることが期待される。
実施例7.本発明のポリアリーレンオリゴマーは、表2で報告される接着促進部分を有するポリアルキニル置換アリールモノマーがDPO−CPDと反応することを除き、実施例3または4の全般的な手順に従って調製されることが期待される。2つ以上のモノマーが使用される表2において、報告の比率は、モル比であり、表6で使用され、本明細書において他所で定義されない略称は、1,3−DEBが、1,3−ジ(エチニル)ベンゼンであり、1,4−DEBが、1,4−ジ(エチニル)ベンゼンであり、TRISが、1,3,5−トリス(フェニルエチニル)ベンゼンである。
比較例.撹拌子を含む三首丸底フラスコに、DPO−CPD(25g、31.9mmol)、DEBzOH(1.09g、6.4mmol)、及びGBL(88g)を添加した。反応混合物を室温で静かに撹拌した。フラスコを、次に、加熱マントルのための自己調整サーモスタット制御に取り付けられた還流冷却器及び内部熱電対プローブに装備した。次に、フラスコの暗い栗色の内容物を、160℃の内部温度まで温め、加熱要素の除去によって約100℃まで冷却する前に、この温度で4時間維持した。次に、TRIS(9.66g、25.5mmol)を反応物にゆっくりと添加した。結果として得られた栗色の溶液を、203℃まで加熱し、この温度で47時間撹拌した。反応生成物(比較ポリマー1)のGPC分析は、8434DaのM、26395DaのM、及び3.13の多分散性を示した。
実施例8.架橋可能な製剤は、ポリマー1をPGMEA中10%の固形分で、PRIMENE(商標)MD環状ジアミン架橋剤とともに結合することによって調製した。試料1は、重量により架橋剤対ポリマー1の1:10の混合物を含有し、試料2は、架橋剤対ポリマー1の1:50の混合物を含有した。PGMEA中にポリマー1のみの対照試料も調製した。試料1、試料2、及び対照試料の各々の1gの部分を添加して、20mLのシンチレーションバイアルを分離した。バイアルを加熱ブロックの中でキャップなしで100℃まで温めて、PGMEAを蒸発させて、厚い膜をバイアルの底部に形成した。加熱ブロックの温度を165℃まで上げ、バイアルをこの外部温度で1時間保持した。次に、10gのテトラヒドロフラン(THF)を各バイアルに添加した。膜に18時間接触させた後、THFの一定分量をGPC試料のために2:98で希釈した。試料1及び2の両方に関して、GPC分析は、ポリマーを一切示さず、耐溶媒性の架橋膜が形成されたことを示した。GPCによる対照試料の分析は、ポリマー1の分子量の無視できる変化を示し、ポリマー1が架橋されなかったことを示した。
実施例9.PGMEA(10%の固形分)中のポリマーの組成物を1000rpmで90秒間スピンコーティングすることによって、表3に報告のポリマーの膜をシリコン及びモリブデンコーティングの両方のガラス基板上に形成した。次の堆積では、膜を110°℃で2分間ソフトベークして、硬化前に溶媒の大部分を除去した。次いで、膜を、窒素下、400℃で1時間ベルト炉の中で硬化した(ベルトの速度は1分当たり25mmであった)。膜の接着性試験は、格子パターンを2.0mm間隔で配置された6本の刃を有するクロスハッチカッター(Paul N. Gardner Co.,Inc.より入手可能なモデルP−A−T(PA2058))を使用して硬化膜を貫通して切断し、基板を切断ラインに沿って曝露させる標準クロスハッチ方法を使用して行った。パターン領域を圧縮空気に曝露することによって簡単に掃除して、膜の表面からいずれのルースデブリも除去した。SCOTCH(商標)ブランドの透明なテープ(3Mより入手可能)をクロスハッチ試験領域に堅く適用し、次いで、そのテープを膜から剥離することによって素早く除去した。次いで、膜を顕微鏡下で調査し、接着性をASTMD3002及びD3359を使用して0B〜5Bの範囲で評価した。これらの接着性試験において、0Bは、ほぼ完全な膜減りを示し、5Bは、膜減りゼロを示す。結果を表3に報告する。
実施例10.実施例9の全般的な手順を、試料3及び4ならびに対照試料2を使用して、シリコンウエハ上で反復した。試料3は、ポリマー1をPGMEA中10%の固形分で、PRIMENE(商標)MD環状ジアミン架橋剤とともに、ポリマー1対架橋剤の重量比を100:1で結合することによって調製した。試料4は、ポリマー1をPGMEA中10%の固形分で、PRIMENE(商標)MD環状ジアミン架橋剤とともに、ポリマー1対架橋剤の重量比を100:10で結合することによって調製した。対照試料2は、ポリマー1をPGMEA中10%の固形分で結合することによって調製した。試料3及び4ならびに対照試料2の各々の複製膜を、実施例9の手順に従って、別個のシリコンウエハ上に形成した。格子パターンを、実施例9に従ってクロスハッチカッターを使用して、硬化膜の各々を貫通して切断し、基板を切断ラインに沿って曝露させた。試料の各々の膜の一セットを、実施例9の手順に従って評価し、接着性結果を表4に報告する。
試料の各々の膜の第2のセットは、実施例9に従って格子パターンで点数化したが、次いで、70℃の水槽の中で加熱されたDPGME中にN−メチルピロリドン、アルカノールアミン、及びN−メチルホルムアミドの混合物を含む従来のポリマー除去溶液の中に浸漬した。3分間浸漬した後、試料を除去溶液から除去し、10秒間DI水ですすいだ。試料を紙タオルで静かに軽くたたき、続いて、圧縮空気に曝露させることによって、余分な水を除去した。次に、試料を実施例9の手順に従って接着性について評価した。これらの(ポリマー除去剤に曝露された後の)接着性結果を表4に報告する。
表4から読み取ることができるように、試料4のポリマー膜は、従来のポリマー除去溶液に曝露された後でも優れた接着性を示す。

Claims (9)

  1. 組成物であって、(1)1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー及び1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーを重合単位として含む1つ以上のポリアリーレンポリマーであって、前記1つ以上のポリアリーレンポリマーは、無機表面に対するポリアリーレンポリマーの接着性を改善する1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のアリール部分を反復単位として含む骨格を有し、前記接着促進部分は、前記アリール部分から少なくとも原子3個分離れているO、N、S、及びPから選択される電子供与原子を含み、前記接着促進部分は、エポキシ基、ヒドロキシ基、エーテル基、カルボキシ基、エステル基、ケト基、シロキシ基、アミノ基、イミノ基、ホスフィン基、ホスファイト基、ホスフィンオキシド基、ホスホネート基、及びリン酸基から選択される1つ以上の接着促進置換基を含む、1つ以上のポリアリーレンポリマー、及び(2)1つ以上の架橋剤を含む、組成物。
  2. 前記1つ以上の接着促進置換基が、エポキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシ基、エステル基、シロキシ基、及びアミノ基から選択される、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記1つ以上の架橋剤が、ポリアミン化合物、ポリエポキシド化合物、及びポリヒドロキシ化合物から選択される、請求項1に記載の組成物。
  4. 1つ以上の有機溶媒をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  5. 組成物であって、(1)1つ以上のポリアルキニル置換アリールの第1のモノマー及び1つ以上のビスシクロペンタジエノンの第2のモノマーを重合単位として含む1つ以上のポリアリーレンポリマーであって、前記1つ以上のポリアリーレンポリマーは、1つ以上の接着促進部分を有する1つ以上のアリール部分を反復単位として含む骨格を有し、少なくとも1つのポリアルキニル置換アリールの第1のモノマーが、以下の式を有し、
    式中、Ar及び各Arは、独立して、C5−30アリール部分であり、各Rは、独立して、H、C5−30アリール、及び置換C5−30アリールから選択され、各Rは、独立して、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、C1−10アルコキシ、CN、及びハロから選択され、Yは、化学結合であるか、または−O−、−S−、−S(=O)−、−S(=O)−、−C(=O)−、−(C(R)z−、C5−30アリール、及び−(C(Rz1−(C5−30アリール)−(C(Rz2−から選択される二価連結基であり、各Rは、独立して、H、ヒドロキシ、ハロ、C1−10アルキル、C1−10ハロアルキル、及びC5−30アリールから選択され、a1は、0〜3であり、各a2は、0〜3であり、b1は、1〜4であり、各b2は、0〜2であり、c1は、0〜2であり、各c2は、0〜2であり、a1+a2+a2は、1〜6であり、b1+b2+b2は、2〜6であり、c1+c2+c2は、0〜6であり、dは、0〜2であり、zは、1〜10であり、z1は、0〜10であり、z2は、0〜10であり、z1+z2は、1〜10であり、各Zは、以下の式(2)を有し、
    式中、LGは、連結基であり、各APSは、O、N、S、及びPから選択される1つ以上の電子供与原子を含む接着促進置換基であり、wは、1〜6の整数であり、*は、アリール部分に対する結合点であり、式中、LGは、前記接着促進置換基の少なくとも1つの電子供与原子が、前記アリール部分から少なくとも原子3個分離れているように選択される、1つ以上のポリアリーレンポリマー、及び(2)ポリアミン化合物、ポリエポキシド化合物、及びポリヒドロキシ化合物から選択される1つ以上の架橋剤であって、前記1つ以上の接着促進部分と反応が可能な1つ以上の架橋剤を含む、組成物。
  6. 前記接着促進置換基がエポキシ基である、請求項5に記載の組成物。
  7. 無機表面を有する基板を提供することと、請求項1に記載の組成物の層を前記基板の前記無機表面上にコーティングすることと、前記組成物の前記層を硬化させることと、を含む、方法。
  8. 前記組成物の前記層が、加熱することによって硬化される、請求項7に記載の方法。
  9. 無機表面を有する基板を提供することと、請求項5に記載のポリアリーレン組成物の層を前記基板の前記無機表面上にコーティングすることと、前記組成物の前記層を硬化させることと、を含む、電子装置を製造する方法。
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