JP6872918B2 - 重合体及びその用途 - Google Patents
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Description
本発明は更に、基板上に、上記重合体又は硬化性樹脂組成物を硬化させてなる硬化層が配置してなる積層体でもある。
本発明の重合体は、ガラス転移点(Tg)が60度以上である。Tgが60度を下回ると、重合体の耐熱変色が悪化し、着色が大きくなるおそれがある。重合体のTgは、好ましくは70度以上、より好ましくは80度以上である。
以下、各単量体について更に説明する。
単量体(a)は、上記一般式(1)で表される化合物である。以下では、単量体(a)を、「エーテルダイマー」又は「ジアルキル−2,2’−(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体」とも称す。
なお、上記炭化水素基は置換基を有していてもよく、またR1及びR2は、同種の基であってもよいし、異なる基であってもよい。
単量体(b)は、酸基を有する不飽和単量体である。
酸基としては特に限定されず、例えば、水酸基、カルボキシル基、フェノール性水酸基、カルボン酸無水物基、リン酸基、スルホン酸基等が挙げられる。中でもカルボキル基が好ましい。すなわち単量体(b)は、カルボキル基を有する不飽和単量体であることが好適である。
なお、本明細書中、「(メタ)アクリル酸」とは、メタクリル酸とアクリル酸の両方を表現した表記である。
単量体(c)は、上記一般式(2)又は(3)で表される化合物である。なお本発明では、単量体(c)として、上記一般式(2)で示される単量体と、上記一般式(3)で示される単量体とを併用してもよい。
上記単量体成分は、上述した単量体以外に、重合体の主鎖骨格に環構造を導入し得る単量体(d)(単量体(d)とも称す)を1種又は2種以上含んでもよい。すなわち本発明の重合体は、主鎖に、更に環構造を有する重合体であってもよく、このような形態もまた、本発明の好適な形態の一つである。
なお、上記単量体単位を含む重合体とは、例えば、単量体の重合反応や架橋反応によって当該単量体由来の構成単位を含む重合体を意味する。
なお、α−(不飽和アルコキシアルキル)アクリレート系単量体には、α−アリルオキシメチルアクリル酸等のα−(不飽和アルコキシアルキル)アクリル酸も含まれるものとする。
上記単量体成分はまた、必要に応じて、その他の共重合可能な単量体(単量体(e)とも称す)を1種又は2種以上含んでもよい。
なお、二重結合当量は、分子中に含まれる二重結合量の尺度となるものであり、同じ分子量の化合物であれば、二重結合当量の数値が大きいほど二重結合の導入量が少なくなる。重合体や二重結合を導入する化合物の仕込み量から計算できる。また、滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定できる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、上述した本発明の重合体と、多官能(メタ)アクリレートとを含む。必要に応じてこれら以外の成分を含んでもよく、各含有成分は、それぞれ1種又は2種以上を使用することができる。
以下では、本発明の重合体を「(A)成分」とも称し、多官能(メタ)アクリレートを「(B)成分」とも称す。
多官能(メタ)アクリレートとは、1分子中に2個以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物である。すなわち多官能(メタ)アクリレートの官能数は2以上であるが、感光性及び硬化性がより高まる観点から、3以上であることが好ましい。より好ましくは4以上、更に好ましくは5以上である。また、硬化収縮をより抑制する観点から、10以下であることが好ましく、より好ましくは8以下、更に好ましくは6以下である。
ここで、(メタ)アクリロイル基とは、メタクリロイル基及び/又はアクリロイル基を意味するが、本発明では、反応性により優れる観点からアクリロイル基が好ましい。すなわち上記多官能(メタ)アクリレートは、アクリロイル基を2個以上有する化合物であることが特に好適である。
上記硬化性樹脂組成物を硬化させる際に光又は熱重合開始剤を用いてもよい。すなわち上記硬化性樹脂組成物は、必要に応じて光又は熱重合開始剤を含んでもよい。これらは1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記硬化性樹脂組成物は、必要に応じて希釈剤としての溶媒を含有するものであってもよい。なお、上記硬化性樹脂組成物は、ネガ型硬化性樹脂組成物であることが好適である。
上記硬化性樹脂組成物はまた、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、硫酸バリウム等の充填材、染料、顔料、消泡剤、カップリング剤、レベリング剤、増感剤、離型剤、滑剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤、重合禁止剤、重合遅延剤、重合促進剤、増粘剤、分散剤、界面活性剤等の公知の添加剤を含有するものであってもよい。顔料としては、種々の有機又は無機着色剤を1種又は2種以上用いることができ、有機着色剤としては、染料、有機顔料、天然色素等を用いることができる。
本発明の積層体は、基板上に、上記重合体又は硬化性樹脂組成物を硬化させてなる硬化層が配置してなる。このような積層体として好ましくは、カラーフィルタである。すなわち基板上に、上記重合体又は硬化性樹脂組成物を硬化させてなる硬化層が配置してなるカラーフィルタは、本発明の好適な形態の一つである。なお、基板上に配置される硬化層は、1層であってもよいし、2層以上であってもよい。
従来、液晶表示装置等の高品質化のために、カラーフィルタの輝度向上が求められている。だが、本発明の重合体や硬化性樹脂組成物の硬化物は熱着色し難いため、この硬化物からなる硬化層を有するカラーフィルタは、輝度低下が少なく、それゆえ従来の要求に充分に応えることができるものである。
1)まず、下記1−1)〜1−3)の工程を、黒色顔料を含む硬化性樹脂組成物を用いて行い、基板上に樹脂ブラックマトリックスを形成する。
1−1)顔料を含む硬化性樹脂組成物を、透明基板(好ましくは無アルカリガラス等のガラスや、透明プラスチック等)上に、スピンコート法やスプレー法等の公知の方法でコートし、乾燥し、塗膜を作製する。コート法としてはスピンコート法が好ましく用いられる。乾燥条件としては、室温〜120度(好ましくは60〜100度の温度)で、10秒〜60分(好ましくは30秒〜10分)、常圧又は真空下で加熱乾燥する方法が好ましい。
なお、ポストベークは、各部材形成における現像後に行っても良いし、全ての部材を形成した後に行っても良い。
(1)重量平均分子量
ゲルパーミエーションクロマトグラフ測定装置(「Shodex GPC System−21H」、昭和電工製)を用い、ポリスチレン換算で測定した。
重合体溶液1gにアセトン4gを加えて溶解させた溶液を常温で自然乾燥させ、さらに5時間減圧乾燥(160度/5mmHg)した後、デシケータ内で放冷し重量を測定した。そして、重量減少量から、重合体溶液の不揮発分を算出し、これを重合体濃度とした。
重合体溶液1〜2gに、アセトン90ml及び水10mlを加えて攪拌して均一に溶解させ、0.1mol/LのKOH水溶液を滴定液として、自動滴定装置(「COM−555」、平沼産業製)を用いて滴定し、溶液の酸価を測定した。そして、溶液の酸価と重合体濃度から、重合体の酸価を算出した。
重合体溶液をガラス基盤に塗布し、50度、減圧下にて24時間乾燥後、アセトンに再溶解させ、再度50度、減圧下にて24時間乾燥することにより揮発成分を除去して得られた固形分についてDSC(示差走査熱量計法、測定機器「セイコーDSC6200」)を用いて、窒素気流下、昇温速度10度/minでJIS−K7121(2012年)に準拠し測定した。
試験片をホットプレートにて250度で2時間加熱し、室温に冷却してから分光色差計(「EE−6000」、日本電色工業製)を用いて、耐熱試験後のb*値を測定した。
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備し、他方、モノマー滴下槽として、(a)成分:ジメチル−2,2’−[オキシビス(メチレン)]ビス−2−プロペノエート(以下「MD」と称する)20質量部、(b)成分:メタクリル酸(以下「MAA」と称する)15質量部、(c)成分:メタクリル酸グリセロール(以下「GLMA」と称する)10質量部、メタクリル酸シクロヘキシル(以下「CHMA」と称する)40質量部、メタクリル酸メチル(以下「MMA」と称する)15質量部、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名「パーブチルO」、日本油脂社製;以下「PBO」と称する)3質量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下「PGMEA」と称する)40質量部をよく攪拌混合したものを準備し、連鎖移動剤滴下槽として、n−ドデカンチオール(以下「n−DM」と称する)4質量部、PGMEA32質量部をよく攪拌混合したものを準備した。
反応槽にPGMEA71質量部を仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90度まで昇温した。反応槽の温度が90度に安定してから、モノマー滴下槽及び連鎖移動剤滴下槽から滴下を開始した。滴下は、温度を90度に保ちながら、それぞれ135分間かけて行った。滴下が終了してから60分後に昇温を開始して反応槽を110度にした。3時間110度を維持した後、室温まで冷却し、濃度が40質量%の重合体溶液1を得た。重合体の重量平均分子量は10000、酸価は100mgKOH/g、Tgは116度であった。
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備し、他方、モノマー滴下槽として、MD20質量部、MAA15質量部、GLMA5質量部、CHMA40質量部、MMA20質量部、PBO3質量部、PGMEA40質量部をよく攪拌混合したものを準備し、連鎖移動剤滴下槽として、n−DM4質量部、PGMEA32質量部をよく攪拌混合したものを準備した。
反応槽にPGMEA71質量部を仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90度まで昇温した。反応槽の温度が90度に安定してから、モノマー滴下槽及び連鎖移動剤滴下槽から滴下を開始した。滴下は、温度を90度に保ちながら、それぞれ135分間かけて行った。滴下が終了してから60分後に昇温を開始して反応槽を110度にした。3時間110度を維持した後、室温まで冷却し、濃度が40質量%の重合体溶液2を得た。重合体の重量平均分子量は10000、酸価は100mgKOH/g、Tgは119度であった。
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備し、他方、モノマー滴下槽として、MAA15質量部、GLMA10質量部、CHMA40質量部、MMA20質量部、PBO3質量部、PGMEA40質量部をよく攪拌混合したものを準備し、連鎖移動剤滴下槽としてn−DM3質量部、PGMEA32質量部をよく攪拌混合したものを準備した。
反応槽にPGMEA71質量部を仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90度まで昇温した。反応槽の温度が90度に安定してから、モノマー滴下槽及び連鎖移動剤滴下槽から滴下を開始した。滴下は、温度を90度に保ちながら、それぞれ135分間かけて行った。滴下が終了してから60分後に昇温を開始して反応槽を110度にした。3時間110度を維持した後、室温まで冷却し、濃度が40質量%の比較重合体溶液1を得た。重合体の重量平均分子量は10000、酸価は100mgKOH/g、Tgは104度であった。
反応槽として冷却管を付けたセパラブルフラスコを準備し、他方、モノマー滴下槽として、MD10質量部、アクリル酸12質量部、GLMA10質量部、アクリル酸シクロヘキシル51質量部、MMA17質量部、PBO3質量部、PGMEA40質量部をよく攪拌混合したものを準備し、連鎖移動剤滴下槽として、n−DM3質量部、PGMEA32質量部をよく攪拌混合したものを準備した。
反応槽にPGMEA71質量部を仕込み、窒素置換した後、攪拌しながらオイルバスで加熱して反応槽の温度を90度まで昇温した。反応槽の温度が90度に安定してから、モノマー滴下槽及び連鎖移動剤滴下槽から滴下を開始した。滴下は、温度を90度に保ちながら、それぞれ135分間かけて行った。滴下が終了してから60分後に昇温を開始して反応槽を110度にした。3時間110度を維持した後、室温まで冷却し、濃度が40質量%の比較重合体溶液2を得た。重合体の重量平均分子量は10000、酸価は100mgKOH/g、Tgは53度であった。
実施例1で得られた重合体溶液1を100質量部、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(商品名「ライトアクリレートDPE−6A」、共栄社化学株式会社製;以下「DPE−6A」と称する)20部、光開始剤(商品名「イルガキュア907」、チバ・ガイギー社製;以下「Irg907」と称する)2部、PGMEA55部を均一になるよう攪拌混合し、硬化性樹脂組成物1を得た。
得られた硬化性樹脂組成物1を、スピンコーターを用いて無アルカリガラス板上に全乾燥後の厚さが3μmとなるように塗布し、ホットプレートにて100度で3分間乾燥した後、超高圧水銀ランプを用いて照射量が100mJ/cm2となるように紫外線を照射した。照射後、更にホットプレートにて230度で30分間乾燥させ試験片1を得た。そしてこの試験片1を用いて上記の方法で耐熱性を評価した。耐熱試験後のb*値を測定したところ0.3であった。
重合体溶液1を重合体溶液2に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、硬化性樹脂組成物2を調整した後、同様に試験片2を作成して耐熱性を評価した。耐熱試験後のb*値を測定したところ0.4であった。
重合体溶液1を比較重合体溶液1に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、硬化性樹脂組成物3を調整した後、同様に比較用試験片1を作成して耐熱性を評価した。耐熱試験後のb*値を測定したところ2.1であり、実施例3と比べると黄色みを帯びていた。
重合体溶液1を比較重合体溶液2に変更したこと以外は、実施例3と同様にして、硬化性樹脂組成物4を調整した後、同様に比較用試験片2を作成して耐熱性を評価した。耐熱試験後のb*値を測定したところ5.1であり、実施例3や実施例4と比べると黄色みを帯びていた。
実施例1〜4で用いた重合体は、上記一般式(I)で表される構成単位(A)と、上記一般式(II)で表される構成単位(C)とを含み、更に酸基を含む重合体であって、ガラス転移点が60℃以上である重合体である。より具体的にいうと、単量体(a)、(b)及び(c)を含む単量体成分を重合させてなる重合体であって、Tgが60℃以上である重合体である。これに対し、比較例1で用いた重合体は構成単位(A)を含まず、比較例2で用いた重合体は構成単位(C)を含まない。このような相違の下、硬化物の耐熱試験後のb*値を比較すると、実施例1〜4では、b*値が著しく小さいことが確認された。従って、上記構成の重合体とすることによって初めて、耐熱性、透明性と共に極めて優れた塗膜を形成することができることが分かった。それゆえ、本発明の重合体及びこれを含む硬化性樹脂組成物は、例えば、レジスト材料、各種コーティング剤、塗料等の用途において好適に用いることができる。また本発明によれば、例えば、パターンの欠損や現像残渣のない良好な品質のカラーフィルタを提供することができる。
Claims (5)
- 酸価が20〜300mgKOH/gであることを特徴とする請求項1又は2に記載の重合体。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の重合体と、多官能(メタ)アクリレートとを含有することを特徴とする硬化性樹脂組成物。
- 基板上に、請求項1〜3のいずれかに記載の重合体又は請求項4に記載の硬化性樹脂組成物を硬化させてなる硬化層が配置してなることを特徴とする積層体。
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