JP6939293B2 - 硬化性組成物及びその硬化膜 - Google Patents

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Description

本発明は、低温硬化可能な硬化性組成物及びその硬化膜に関する。
液晶表示素子等を用いた情報端末の急速な製品開発に伴い、電子回路、ディスプレイ、センサーといった、従来ガラスや金属などの無機材料を使用していた部位に、有機材料を使用した製品の開発が進められている。
有機材料を使用する利点は、諸特性を分子設計又は合成条件により容易に調整できることに加え、製品の軽量化やプロセスの改善がなされることにある。特に、従来のガラス基材を有機材料基材に代替することは、軽量化の利点のみならず、有機材料の持つ、機械的な柔軟性により、フレキシブル化への適合性が高く、ロールtoロール等の印刷方式を適用できることによりプロセスの低コスト化が期待できる。一方、基材として従来のガラスを有機材料に代替することで、基材の耐熱性が低下するという問題が生じる。
有機材料を基材とした開発を進めるうえで、カラーフィルター保護膜や、TFTと配向膜間あるいはTFTと透明電極間に設けられる透明絶縁膜を形成するために硬化性樹脂組成物が用いられる場合、基材への熱的な過負荷に伴う劣化を防止するため、低温(基材のガラス転移点温度よりも低い温度)での硬化が容易で、有機材料との適合性が高い材料が望ましい。又、プロセスエネルギーの低減の観点からも、硬化性樹脂の低温による硬化が求められている。
これまで、低温硬化に対応するための検討は複数なされており、可溶性ポリマーの使用(特許文献1を参照。)、硬化促進剤の使用(特許文献2及び3を参照。)などが提案されているが、ベースポリマー合成の複雑さ、樹脂組成物の保存安定性に問題があった。
上記課題を克服した、ポリマー合成が容易で保存安定性に優れる低温硬化可能な樹脂組成物(特許文献4を参照。)が提案されている。しかし、特許文献4に記載の樹脂組成物の焼成温度は140℃が下限であり、耐熱温度が120℃以下であるPET基板やTAC基板には使用できなかった。
特開2009−203414 国際公開2009/011304 特開2002−69311 特願2015−104566
本発明の目的は、成膜性、低温硬化性、及び硬化膜の透明性の良好な硬化性組成物を提供することにある。
本発明者等は、3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)を含む原料モノマーを連鎖移動剤(a2)の存在下ラジカル重合させて得られる重合体(A)と、光重合開始剤(B)と、溶剤(C)とを含有する硬化性組成物が、成膜性、低温硬化性が良好であり、透明性の良好な硬化膜となることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成した。本発明は以下の項を含む。
[1] 3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)を含む原料モノマーを連鎖移動剤(a2)の存在下ラジカル重合させて得られる重合体(A)と、光重合開始剤(B)と、溶剤(C)とを含有する硬化性組成物。
[2] 連鎖移動剤(a2)が2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンである、[1]項に記載の硬化性組成物。
[3] 重合体(A)の重量平均分子量が2,000〜200,000である、[1]項に記載の硬化性組成物。
[4] 光重合開始剤(B)が、α−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤から選択される少なくとも1つである、[1]項に記載の硬化性組成物。
[5] 溶剤(C)が、沸点が150℃以下である溶剤を、全溶剤の重量に基づいて50重量%以上含有する、[1]項に記載の硬化性組成物。
[6] [1]〜[5]のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いて得られる硬化膜。
[7] [6]項に記載の硬化膜を含む表示素子。
本発明の硬化性組成物は低温硬化性を有しており、カラーフィルター保護膜、TFTと配向膜間あるいはTFTと透明電極間に設けられる透明絶縁膜等を形成するために利用することが可能である。
本明細書中、「アクリル酸」及び「メタクリル酸」の一方又は両方を示すために、「(メタ)アクリル酸」のように表記することがある。同様に、「アクリレート」及び「メタクリレート」の一方又は両方を示すために、「(メタ)アクリレート」のように表記することがあり、「アクリロキシ」及び「メタクリロキシ」の一方又は両方を示すために、「(メタ)アクリロキシ」のように表記することがある。
本明細書中、「アルキル」とは、直鎖又は分岐鎖のアルキルであり、例は、メチル、エチル、プロピル、n−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシルである。
<1.本発明の硬化性組成物>
本発明の硬化性組成物は、3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)を含む原料モノマーを連鎖移動剤(a2)の存在下ラジカル重合させて得られる重合体(A)と、光重合開始剤(B)と、溶剤(C)とを含有することを特徴とする。目的とする特性によっては、さらにその他の添加剤を必要により選択して添加し、それらを均一に混合溶解することにより得ることができる。
<1−1.3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)>
本発明で用いられる3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)は(メタ)アクリレートを1分子内に3つ以上有する限り特に限定されるものではない。
3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)の具体例は、
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンEO変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンPO変性トリ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、グリセロールEO変性トリ(メタ)アクリレート、グリセロールPO変性トリ(メタ)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、エトキシ化イソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、及びε−カプロラクトン変性トリス−(2−(メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌレート等の3官能の(メタ)アクリレート;
ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)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)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールアルコキシテトラ(メタ)アクリレート、及びジグリセリンEO変性テトラアクリレート等の4官能の(メタ)アクリレート;
ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等の5官能の(メタ)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等の6官能の(メタ)アクリレート;
ならびにカルボキシル基を有する多官能(メタ)アクリレートである。
上記の化合物の中でも、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、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テトラアクリレートは、重合体の製造の容易さ及び重合体の物性、例えば、製造時に重合体の析出が起こらない程度の溶解性の高さや、ハンドリングが容易な低い重合体溶液の粘度の観点から好ましい。
3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)は、下記のような市販品を用いることができる。
3官能のアクリレートである、トリメチロールプロパントリアクリレートの市販品の具体例は、NKエステル TMPT(商品名、新中村化学工業株式会社)、TMPTA(商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)、及びアロニック M−309(商品名、東亞合成株式会社)であり;
トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレートの市販品の具体例は、TMPEOTA(商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)、アロニックス M−350、M−360(いずれも商品名、東亞合成株式会社)であり;
トリメチロールプロパンPO変性トリアクリレートの市販品の具体例は、EBECRYIL 135(商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)、アロニックス M−310、M−321(いずれも商品名、東亞合成株式会社)であり;
グリセロールPO変性トリアクリレートの市販品の具体例は、OTA 480(商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)であり;
エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレートの市販品の具体例は、NKエステル A−9300(商品名、新中村化学工業株式会社)であり;
ε−カプロラクトン変性トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレートの市販品の具体例は、NKエステル A−9300−1CL(商品名、新中村化学工業株式会社)である。
3官能のメタクリレートである、トリメチロールプロパントリメタクリレートの市販品の具体例は、NKエステル TMPT(商品名、新中村化学工業株式会社)である。
4官能のアクリレートである、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレートの市販品の具体例は、NKエステル AD−TMP(商品名、新中村化学工業株式会社)、EBECRYIL 140、及び1142(いずれも商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)、アロニックス M−408(商品名、東亞合成株式会社)であり;
エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートの市販品の具体例は、NKエステル ATM−35E(商品名、新中村化学工業株式会社)であり;
ペンタエリスリトールテトラアクリレートの市販品の具体例は、NKエステル A−TMMT(商品名、新中村化学工業株式会社)であり;
ペンタエリスリトールアルコキシテトラアクリレートの市販品の具体例は、EBECRYIL 40(商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)であり;
ジグリセリンEO変性テトラアクリレートの市販品の具体例は、アロニックス M−460(商品名、東亞合成株式会社)である。
6官能のアクリレートである、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの市販品の具体例は、NKエステル A−DPH(商品名、新中村化学工業株式会社)、及びDPHA(商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)である。
カルボキシル基を有する多官能アクリレートの市販品の具体例は、アロニックス M−510及びM−520(いずれも商品名、東亞合成株式会社)である。
3官能のアクリレートであるエトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレートを含む混合物である、エトキシ化イソシアヌル酸ジアクリレート及びエトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレートの混合物の市販品の具体例は、アロニックス M−313(30〜40重量%)及びM−315(3〜13重量%)(いずれも商品名、東亞合成株式会社、カッコ内の含有率は混合物中のエトキシ化イソシアヌル酸ジアクリレートの含有率のカタログ掲載値)である。
3官能のアクリレートであるペンタエリスリトールトリアクリレート、及び4官能のアクリレートであるペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物の市販品の具体例は、PETIA、PETRA、及びPETA(いずれも商品名、ダイセル・オルネクス株式会社)、アロニックス M−306(65〜70重量%)、M−305(55〜63重量%)、M−303(30〜60重量%)、M−452(25〜40重量%)、及びM−450(10重量%未満)(いずれも商品名、東亞合成株式会社、カッコ内の含有率は混合物中のペンタエリスリトールトリアクリレートの含有率のカタログ掲載値)である。
5官能のアクリレートであるジペンタエリスリトールペンタアクリレート、及び6官能のアクリレートであるジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの混合物の市販品の具体例は、アロニックス M−403(50〜60重量%)、M−400(40〜50重量%)、M−402(30〜40重量%)、M−404(30〜40重量%)、M−406(25〜35重量%)、及びM−405(10〜20重量%)(商品名、東亞合成株式会社、カッコ内の含有率は混合物中のペンタエリスリトールペンタアクリレートの含有率のカタログ掲載値)である。
3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)は単独で使用してもよく、2種類以上を混合して使用してもよい。本発明の方法によれば、従来製造例が報告されていなかった、2種類以上の3官能以上の(メタ)アクリレートを、ゲル化することなくラジカル重合させて、分岐ポリマーを製造することができる。
<1−2.連鎖移動剤(a2)>
本発明に使用する連鎖移動剤(a2)の具体例は、チオグリコール酸、メルカプトプロピオン酸、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンである。
連鎖移動剤(a2)の中でも付加開裂型連鎖移動剤がより好ましく、付加開裂型連鎖移動剤の中では2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンが、製造時の安全性及び再現性の観点からより好ましい。
連鎖移動剤(a2)は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
<1−3.重合性二重結合を有する化合物(a3)>
本発明の硬化性組成物に含有する重合体(A)の原料モノマーには、3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)以外に、さらに重合性二重結合を有する化合物(a3)を含むことができる。
本発明において重合性二重結合を有する化合物(a3)は、「アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物」、「カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物」及び「アルコキシシリル基及びカルボキシル基を有さず重合性二重結合を有する化合物」に大別される。
重合性二重結合を有する化合物(a3)として、アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物を含むことで、本発明の硬化性組成物を用いて形成された硬化膜の下地との密着性を向上させる効果がある。カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物を含むことで、本発明の硬化性組成物のアルカリ溶解性を向上させる効果がある。
又、重合性二重結合を有する化合物(a3)として、アルコキシシリル基及びカルボキシル基を有さず重合性二重結合を有する化合物を含むことで、他の特性を変化させる効果がある。効果の例は、硬化膜の屈折率制御効果である。
重合性二重結合を有する化合物(a3)は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
重合体(A)が分岐ポリマーの性質をより強く発現するために、原料モノマー100質量%中、重合性二重結合を有する化合物(a3)の総量が0〜49.9質量%であることが好ましい。
<1−3−1.アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物>
本発明において使用できるアルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物は、1分子当たり少なくとも1つのアルコキシシリル基を有し、且つ1分子当たり1つ〜2つの重合性二重結合を有する化合物である。
アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物の具体例は、
3−(トリメトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート及び3−(トリエトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート等のアルコキシシリル基を有する(メタ)アクリレート;
ビニルトリメトキシシラン及びビニルトリエトキシシラン等のアルコキシシリル基及びビニル基を有する化合物;
ならびにp−スチリルトリメトキシシラン及びp−スチリルトリエトキシシラン等のアルコキシシリル基及びスチリル基を有する化合物である。
これらのアルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物の具体例の中でも、入手が容易であり、且つ重合体にした際の光重合開始剤(B)との相溶性の良好な、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート及びビニルトリメトキシシランが好ましく、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレートがさらに好ましい。
重合性二重結合を有する化合物(a3)の内、アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
重合体が分岐ポリマーの性質をより強く発現し、且つ十分な密着性を発現するために、原料モノマー100質量%中、アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物の総量が1〜30質量%であることが好ましい。
<1−3−2.カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物>
本発明において使用できるカルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物は、1分子当たり少なくとも1つのカルボキシル基を有し、且つ1分子当たり1つ〜2つの重合性二重結合を有する化合物である。
カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物の具体例は、
(メタ)アクリル酸、及びクロトン酸等の不飽和モノカルボン酸;
マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸及びイタコン酸等の不飽和ジカルボン酸;ならびにフタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等のカルボキシル基を有する(メタ)アクリレートである。
これらのカルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物の具体例の中でも、入手が容易であり、且つ重合体にした際の光重合開始剤(B)との相溶性の良好な、(メタ)アクリル酸及びフタル酸モノヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましく、(メタ)アクリル酸がさらに好ましい。
重合性二重結合を有する化合物(a3)の内、カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
重合体(A)が分岐ポリマーの性質をより強く発現し、且つ適度なアルカリ溶解性を発現するために、原料モノマーの100質量%中、カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物の総量が5〜40質量%であることが好ましい。この範囲であると、露光部と未露光部との溶解速度差が付きやすくなり、硬化性組成物はアルカリ現像に対する良好なパターン形成性を有する。
<1−3−3.アルコキシシリル基及びカルボキシル基を有さず重合性二重結合を有する化合物>
本発明において使用できるアルコキシシリル基及びカルボキシル基を有さず重合性二重結合を有する化合物は、アルコキシシリル基及びカルボキシル基を有さず、且つ1分子当たり1つ〜2つの重合性二重結合を有する化合物である。
アルコキシシリル基及びカルボキシル基を有さず重合性二重結合を有する化合物の具体例は、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、及びn−ブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、及びイソボルニル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸環状アルキルエステル;
2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、及びメトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のエーテル結合を有する(メタ)アクリレート;
グリシジル(メタ)アクリレート、(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル(メタ)アクリレート等の環状エーテルを有する(メタ)アクリレート;
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、及び4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等のアルコール性水酸基を有する(メタ)アクリレート;
フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、及びエトキシ化O−フェニルフェノール(メタ)アクリレート等のメタクリル酸アリールエステル;
トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロイソプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、及び2,2,3,3−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート等のフッ素含有(メタ)アクリレート;
N−フェニルマレイミド、及びN−シクロヘキシルマレイミド等のN−置換マレイミド;
スチレン、ならびにα−ブチル−ω−(3−メタクリロキシプロピル)ポリジメチルシロキサンである。
<1−4.重合体(A)の製造方法>
本発明の硬化性組成物に含まれる重合体(A)の製造方法は連鎖移動剤(a2)の存在下、3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)を1つ以上用いた、溶液中でのラジカル重合であることが好ましい。重合温度は使用する重合開始剤からラジカルが十分発生する温度であれば特に限定されないが、通常50℃〜140℃の範囲であり、ゲル化を抑制する観点で90℃以下であることが望ましい。重合時間も特に限定されないが、通常1〜24時間の範囲であり、作業性の観点で8時間以下であることが望ましい。又、当該重合は加圧、減圧又は大気圧のいずれの圧力下でも行うことができる。
前記の重合反応に使用する溶剤は、使用する3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)、これと併用する連鎖移動剤(a2)、必要に応じて用いられる重合性二重結合を有する化合物(a3)、及び得られる重合体(A)を溶解できる溶剤であることが好ましい。このような溶剤の具体例は、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、プロピレングリコール、メチルプロピレングリコール、アセトン、メチルイソブチルケトン、2−ブタノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、トルエン、キシレン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、エチ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、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、N,N−ジメチルホルムアミド、酢酸、及び水である。溶剤は、これらの1つであってもよいし、これらの2つ以上の混合物であってもよい。
重合体(A)を製造する際の溶剤の使用量は、製造開始時に均一溶液になれば限定されないが、ゲル化を抑制するために、製造時の仕込み総量に対して、40〜90重量%であることが好ましく、60〜80重量%であることがより好ましい。
重合体(A)を製造する際に用いる重合開始剤は、熱によりラジカルを発生する化合物、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系開始剤や、過酸化ベンゾイル等の過酸化物系開始剤を使用することができる。
熱ラジカル発生剤の具体例は、2,2’−Azobis(4−methoxy−2,4−dimethylvaleronitrile)(V−70;商品名、和光純薬工業株式会社)、2,2’−Azobis(2,4−dimethylvaleronitrile)(V−65;商品名、和光純薬工業株式会社)、2,2’−Azobis(isobutyronitrile)(V−60;商品名、和光純薬工業株式会社)、2,2’−Azobis(2−methylbutyronitrile)(V−59;商品名、和光純薬工業株式会社)、2,2’−Azobis[N−(2−propenyl)−2−methylpropionamide](VF−096;商品名、和光純薬工業株式会社)、2,2’−Azobis(N−butyl−2−methylpropionamide)(VAm−110;商品名、和光純薬工業株式会社)、Dimethyl 2,2’−Azobis(isobutyrate)(V−601;商品名、和光純薬工業株式会社)、VPE−0201、VPE−0401、VPE−0601、VPS−1001(いずれも商品名、和光純薬工業株式会社)である。
重合体(A)の重量平均分子量は2,000〜200,000であることが好ましく、ゲル化を抑制する観点から5,000〜100,000であるとより好ましい。
本明細書中の重量平均分子量は、GPC法(カラム温度:35℃、流速:1mL/min)により求めたポリスチレン換算での値である。標準のポリスチレンには分子量が645〜285,300のポリスチレン(例えば、Agilent S−M2−10ポリスチレン較正キットPL2010−0102(商品名、アジレント・テクノロジー株式会社))、カラムにはPLgel MIXED−D(商品名、アジレント・テクノロジー株式会社)を用い、移動相としてTHFを使用して測定することができる。尚、本明細書中の市販品の重量平均分子量はカタログ掲載値である。
前記により得られる重合体(A)は、反応に用いた溶剤を含む溶液の状態で、本発明の硬化性組成物に用いることができる。その場合の反応溶剤は、後述するように、沸点が150℃以下の溶剤を50重量%以上含むことが好ましい。また、硬化性組成物を調製するに当たり、溶剤の組成比を調整する必要がある場合には、一旦反応溶剤を減圧留去して、新たな組成の溶剤に溶解して用いてもよい。
前記により得られる重合体(A)は再沈殿法により未反応物を除去することが、硬化性組成物の硬化性の観点から好ましい。再沈殿による精製方法としては、得られた重合体溶液の3〜10倍の容量の無極性溶剤を撹拌し、ここに重合体溶液を滴下して重合体を沈殿させる。上澄みを除去した後、沈殿物を溶剤に再溶解することで精製できる。
前記の再沈殿法に使用する無極性溶剤としてはヘキサン又はヘプタンが好ましい。
<1−5.光重合開始剤(B)>
本発明の硬化性組成物に含有される光重合開始剤は、重合体(A)、光重合開始剤(B)、及び溶剤(C)を含有する組成物の重合を開始し得るものであれば特に限定されない。
本発明の硬化性組成物に含有される光重合開始剤の具体例は、ベンゾフェノン、ミヒラーズケトン、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、キサントン、チオキサントン、イソプロピルキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2−エチルアントラキノン、アセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−4’−イソプロピルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、イソプロピルベンゾインエーテル、イソブチルベンゾインエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、カンファーキノン、ベンズアントロン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン(IRGACURE 907;商品名、BASFジャパン株式会社)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1(IRGACURE 369;商品名、BASFジャパン株式会社)、4−ジメチルアミノ安息香酸エチル、4−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、4,4’−ジ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,4,4’−トリ(t−ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)(IRGACURE OXE01;商品名、BASFジャパン株式会社)、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)(IRGACURE OXE02;商品名、BASFジャパン株式会社)、IRGACURE OXE03(商品名、BASFジャパン株式会社)、1,2−プロパンジオン,1−[4−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニルチオ]フェニル]−2−(O−アセチルオキシム)(アデカアークルズ NCI−930;商品名、株式会社ADEKA)、アデカアークルズ NCI−831(商品名、株式会社ADEKA)、アデカオプトマー N−1919(商品名、株式会社ADEKA)、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−(4’−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3’,4’−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(2’,4’−ジメトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(2’−メトキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(4’−ペンチルオキシスチリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、4−[p−N,N−ジ(エトキシカルボニルメチル)]−2,6−ジ(トリクロロメチル)−s−トリアジン、1,3−ビス(トリクロロメチル)−5−(2’−クロロフェニル)−s−トリアジン、1,3−ビス(トリクロロメチル)−5−(4’−メトキシフェニル)−s−トリアジン、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズオキサゾール、2−(p−ジメチルアミノスチリル)ベンズチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、3,3’−カルボニルビス(7−ジエチルアミノクマリン)、2−(o−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラキス(4−エトキシカルボニルフェニル)−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4−ジブロモフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、2,2’−ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール、3−(2−メチル−2−ジメチルアミノプロピオニル)カルバゾール、3,6−ビス(2−メチル−2−モルホリノプロピオニル)−9−n−ドデシルカルバゾール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、及びビス(η−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウムである。
光重合開始剤は単独で用いてもよく、2つ以上を混合して用いてもよい。光重合開始剤の中でも、α−アミノアルキルフェノン系、アシルフォスフィンオキサイド系、オキシムエステル系光重合開始剤であることが、硬化膜の透明性の観点から好ましい。
光重合開始剤の中でも、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)又は1,2−プロパンジオン,1−[4−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニルチオ]フェニル]−2−(O−アセチルオキシム)が光重合開始剤の全重量に対し20重量%以上であることが、硬化膜の透明性の観点からより好ましい。又、50重量%以上であるとさらに好ましい。光重合開始剤が1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−2−(O−ベンゾイルオキシム)、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−1−(O−アセチルオキシム)又は1,2−プロパンジオン,1−[4−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニルチオ]フェニル]−2−(O−アセチルオキシム)のみからなるものでもよい。
<1−6.溶剤(C)>
本発明の硬化性組成物に添加される溶剤は、ポリマー及びその他の添加剤を溶解できる溶剤が好ましい。添加できる溶剤の具体例は、水、アセトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、プロピレングリコール、2−ブタノン、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸ブチル、乳酸エチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オ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−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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、プロピレングリコールモノプロピ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アセテート、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメ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、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジ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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、トルエン、キシレン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド、及びN,N−ジメチルホルムアミドである。これらは単独で用いてもよく、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。
溶剤(C)は本発明の硬化性組成物において、固形分である重合体(A)、光重合開始剤(B)及びその他の添加剤が総量で5〜90重量%となるように配合されることが好ましい。
本発明の硬化性組成物に含まれる溶剤(C)100重量%中、沸点が150℃以下の溶剤を50重量%以上含むことが好ましい。このような溶剤組成にすると、硬化時の乾燥工程負荷が低減される。
本発明の硬化性組成物の乾燥工程負荷を低減する観点及び人体への安全性の観点から、好ましい溶剤の例は、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メチルエーテルアセテート、3−メトキシプロピオン酸メチル、及び酢酸ブチルから選ばれる少なくとも1つである。
<1−7.添加剤>
本発明の硬化性組成物は添加剤を含有してもよい。本発明の硬化性組成物に任意に添加される添加剤は、塗布均一性、接着性、安定性等、本発明の硬化性組成物の特性を向上させる観点から添加される。添加剤の例は、重合抑制剤、アクリル系、スチレン系、ポリエチレンイミン系又はウレタン系の高分子分散剤、アニオン系、カチオン系、ノニオン系又はフッ素系の界面活性剤、シリコーン樹脂系塗布性向上剤、シランカップリング剤等の密着性向上剤、ポリアクリル酸ナトリウム等の凝集防止剤、エポキシ化合物、メラミン化合物又はビスアジド化合物等の熱架橋剤、ヒンダード系フェノール等の酸化防止剤、及びイミダゾール系や多官能アクリレート系の硬化促進剤である。
<1−7―1.界面活性剤、塗布性向上剤>
本発明の硬化性組成物には界面活性剤、塗布性向上剤が添加されてもよい。界面活性剤、塗布性向上剤は、下地基板への濡れ性、レベリング性、又は塗布性を向上させるために使用するものである。本発明の硬化性組成物に任意に添加される界面活性剤、塗布性向上剤の具体例は、ポリフローNo.45、ポリフローKL−245、ポリフローNo.75、ポリフローNo.90、ポリフローNo.95(いずれも商品名、共栄社化学株式会社);BYK−300、BYK−306、BYK−310、BYK−320、BYK−330、BYK−342、BYK−346(いずれも商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社);KP−341、KP−358、KP−368、KF−96−50CS、KF−50−100CS(いずれも商品名、信越化学工業株式会社);サーフロンSC−101、サーフロンKH−40、サーフロンS611(いずれも商品名、AGCセイミケミカル株式会社);フタージェント222F、フタージェント208G、フタージェント251、フタージェント710FL、フタージェント710FM、フタージェント710FS、フタージェント601AD、フタージェント602A、フタージェント650A、FTX−218(いずれも商品名、株式会社ネオス);メガファックF−171、メガファックF−177、メガファックF−410、メガファックF−430、メガファックF−444、メガファックF−472SF、メガファックF−475、メガファックF−477、メガファックF−552、メガファックF−553、メガファックF−554、メガファックF−555、メガファックF−556、メガファックF−558、メガファックR−30、メガファックR−94、メガファックRS−75、メガファックRS−72−K、メガファックRS−76−NS(いずれも商品名、DIC株式会社);TEGO Twin 4000、TEGO Twin 4100、TEGO Flow 370、TEGO Glide 420、TEGO Glide 440、TEGO Glide 450、TEGO Rad 2200N、TEGO Rad 2250N(いずれも商品名、エボニック デグサ ジャパン株式会社);フルオロアルキルベンゼンスルホン酸塩、フルオロアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルスルホン酸塩、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、フルオロアルキルアミノスルホン酸塩、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、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オレイルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、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ステアリルエーテル、ポリオキシエチレンラウレート、ポリオキシエチレンオレエート、ポリオキシエチレンステアレート、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ソルビタンラウレート、ソルビタンパルミテート、ソルビタンステアレート、ソルビタンオレエート、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンオレエート、ポリオキシエチレンナフチルエーテル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、及びアルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩である。これらから選ばれる少なくとも1つを添加剤に用いることが好ましい。
これらの界面活性剤、塗布性向上剤の中でも、フルオロアルキルベンゼンスルホン酸塩、フルオロアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル、フルオロアルキルアンモニウムヨージド、フルオロアルキルベタイン、フルオロアルキルスルホン酸塩、ジグリセリンテトラキス(フルオロアルキルポリオキシエチレンエーテル)、フルオロアルキルトリメチルアンモニウム塩、フルオロアルキルアミノスルホン酸塩、メガファックR−08、メガファックR−30、メガファックF−477、メガファックF−556、及びメガファックF−554等のフッ素系の界面活性剤、並びにBYK−306、BYK−342、BYK−344、BYK−346、KP−341、KP−358、及びKP−368等のシリコーン系塗布性向上剤の中から選ばれる少なくとも1種が添加されると、本発明の硬化性組成物の塗布均一性を高める観点から好ましい。
本発明の硬化性組成物における界面活性剤、塗布性向上剤の含有量は、それぞれ組成物の全体量に対して0.001〜0.1重量%であることが好ましい。
<1−7―2.硬化促進剤>
本発明の硬化性組成物には硬化促進剤が添加されてもよい。硬化性組成物の硬化反応を促進し、硬化膜の硬度、耐熱性、耐薬品性を向上するために使用するものである。本発明の硬化性組成物に任意に添加される硬化促進剤の具体例は、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンEO変性トリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンPO変性トリ(メタ)アクリレート、グリセロールトリ(メタ)アクリレート、グリセロールEO変性トリ(メタ)アクリレート、グリセロールPO変性トリ(メタ)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、エトキシ化イソシアヌル酸トリ(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン変性トリス−(2−(メタ)アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)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)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールアルコキシテトラ(メタ)アクリレート、ジグリセリンEO変性テトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)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、及びカルボキシル基を有する多官能(メタ)アクリレート等の3官能以上の(メタ)アクリレート、ならびに2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、及び2,3−ジヒドロ−1H−ピロロ[1,2−a]ベンズイミダゾール等のイミダゾール化合物である。3官能以上の(メタ)アクリレートは本発明の重合体(A)の原料である成分(a1)と共通であり、上記の具体例に挙げた化合物を用いることができる。中でもアロニックス M−510、M−520、M−450、M−403、M−402が好ましく用いられる。
本発明の硬化性組成物に上記硬化促進剤を添加することで、速やかに硬化膜を形成することができ、さらに硬化膜に耐溶剤性や耐傷性といった機械的強度を与えることができる。硬化促進剤は単独で使用してもよく、2つ以上を混合して使用してもよい。
<1−7―3.密着性向上剤>
本発明の硬化性組成物には密着性向上剤が添加されてもよい。密着性向上剤は、硬化性組成物と基板との密着性を向上させるために使用される。本発明の硬化性組成物に任意に添加される密着性向上剤は、カップリング剤を好適に用いることができる。密着性向上剤は1種でも2種以上でもよい。カップリング剤には、シラン系、アルミニウム系又はチタネート系の化合物を用いることができる。このようなカップリング剤の具体例は、3−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、及びテトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネートである。これらの中でも、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランが、密着性を向上させる効果が大きいため好ましい。
<1−7―4.凝集防止剤>
本発明の硬化性組成物には凝集防止剤が添加されてもよい。凝集防止剤は、溶剤となじませ、凝集を防止させるために使用される。本発明の硬化性組成物に任意に添加される凝集防止剤の具体例は、DISPERBYK−145、DISPERBYK−161、DISPERBYK−162、DISPERBYK−163、DISPERBYK−164、DISPERBYK−182、DISPERBYK−184、DISPERBYK−185、DISPERBYK−2163、DISPERBYK−2164、BYK−220S、DISPERBYK−191、DISPERBYK−199、DISPERBYK−2015(いずれも商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社)、FTX−218、フタージェント710FM、フタージェント710FS(いずれも商品名、株式会社ネオス)、フローレンG−600、フローレンG−700(いずれも商品名、共栄社化学株式会社)である。
<1−7―5.酸化防止剤>
本発明の硬化性組成物には酸化防止剤が添加されてもよい。酸化防止剤はヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、リン系、及びイオウ系化合物を好適に用いることができる。酸化防止剤は単独で用いてもよく、2つ以上を混合して用いてもよい。酸化防止剤は、ヒンダードフェノール系化合物の酸化防止剤であることが、耐候性の観点から好ましい。
本発明の硬化性組成物に任意に添加される酸化防止剤としては、ヒンダードアミン系、ヒンダードフェノール系などを用いることができる。酸化防止剤の具体例は、IRGAFOS XP40、IRGAFOS XP60、IRGANOX 1010、IRGANOX 1035、IRGANOX 1076、IRGANOX 1135、IRGANOX 1520L(いずれも商品名、BASFジャパン株式会社)、ADK STAB AO−20、ADK STAB AO−30、ADK STAB AO−50、ADK STAB AO−60、ADK STAB AO−70、ADK STAB AO−80(商品名、株式会社ADEKA)である。これらの中でも、IRGANOX 1010、ADK STAB AO−60が、本発明の硬化性組成物の変色を抑制する観点からより好ましい。
<1−7―6.架橋剤>
本発明の硬化性組成物は、耐熱性、耐薬品性、膜面内均一性、可撓性、柔軟性、弾性を向上させる観点から、架橋剤を任意に添加してもよい。
本発明の硬化性組成物に任意に添加される架橋剤の具体例は、jER807、jER815、jER825、jER827、jER828、jER190P及びjER191P(いずれも商品名、三菱ケミカル株式会社)、jER1004、jER1256、YX8000(いずれも商品名、三菱ケミカル株式会社)、アラルダイトCY177、アラルダイトCY184(いずれも商品名、ハンツマン・ジャパン株式会社)、セロキサイド2021P、EHPE−3150(いずれも商品名、株式会社ダイセル)、テクモアVG3101L(商品名、株式会社プリンテック)、ニカラックMW−30HM、ニカラックMW−100LM、ニカラックMW−270、ニカラックMW−280、ニカラックMW−290、ニカラックMW−390、ニカラックMW−750LM(いずれも商品名、株式会社三和ケミカル)である。
<1−7―8.光酸発生剤>
本発明の硬化性組成物は、優れた解像性を発現するために、光酸発生剤を任意に添加してもよい。光酸発生剤としては、1,2−キノンジアジド化合物が挙げられる。
1,2−キノンジアジド化合物の具体例は、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル(例えば、NT−200;商品名、東洋合成化学工業株式会社)、2,4,6−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,4,6−トリヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、2,3,3’,4−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,3,3’,4−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,3,4,4’−テトラヒドロキシベンゾフェノン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;ビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、ビス(2,4−ジヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;トリ(p−ヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、トリ(p−ヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,1,1−トリ(p−ヒドロキシフェニル)エタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)メタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、2,2−ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)プロパン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、2,2−ビス(2,3,4−トリヒドロキシフェニル)プロパン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、1,1,3−トリス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルプロパン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、4,4’−[1−[4−[1−[4−ヒドロキシフェニル]−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;ビス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、ビス(2,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−2−ヒドロキシフェニルメタン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル、3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインデン−5,6,7,5’,6’,7’−ヘキサノール−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、3,3,3’,3’−テトラメチル−1,1’−スピロビインデン−5,6,7,5’,6’,7’−ヘキサノール−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステル;2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン−1,2−ナフトキノンジアジド−4−スルホン酸エステル、及び2,2,4−トリメチル−7,2’,4’−トリヒドロキシフラバン−1,2−ナフトキノンジアジド−5−スルホン酸エステルである。
<1−8.硬化性組成物の保存>
本発明の硬化性組成物は、−30℃〜25℃の範囲で遮光して保存すると、組成物の経時安定性が良好となり好ましい。−10℃〜20℃で保存することがより好ましい。
<2.硬化性組成物から得られる硬化膜>
本発明の硬化性組成物を、基材表面に塗布し、例えば加熱などにより溶剤を除去すると、塗膜を形成することができる。
本発明の硬化性組成物の塗布方法は、スピンコート法、ロールコート法、ディッピング法、スリットコート法、インクジェット法、フレキソ印刷法及びグラビア印刷法など従来から公知の方法により塗膜を形成することができる。
成膜時に用いる基材としては、プラスチック、ガラス、FTOやITO等の透明電極付ガラス等の基材が挙げられる。プラスチックの具体例としては、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィン、トリアセチルセルロースが挙げられる。
この塗膜はホットプレート、又はオーブンなどで加熱(プリベーク)される。加熱条件は各成分の種類及び配合割合によって異なるが、通常60〜100℃で、1〜15分間である。その後、塗膜を硬化させるために80〜140℃、好ましくは80〜120℃で、5〜60分間加熱処理(ポストベーク)することによって硬化膜を得ることができる。
本発明の硬化性組成物は、塗膜を硬化させる温度として85〜120℃の低温でも熱硬化して硬化膜を得ることができる。このため、プラスチックのようなガラス転移点の低い基材に対して本発明の硬化性組成物を適用すれば、基材の劣化、破損を引き起こすことなく、硬化膜を得ることができる。
本発明の硬化性組成物は、プリベーク後の塗膜に紫外線を照射しても良い。紫外線照射量はi線で5〜1,000mJ/cmが適当である。紫外線が照射された硬化性組成物は、重合性二重結合を有する化合物の重合により三次元架橋体となり、膜硬化性が向上する。
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。本発明の硬化性組成物の評価方法を以下に示す。
重合例、実施例、及び比較例に使用した化合物を成分毎に記しておく。
3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)
アロニックスM−402(商品名、東亞合成株式会社、以下「M−402」と略記)
連鎖移動剤(a2)
2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(以下「α−MSD」と略記)
重合性二重結合を有する化合物(a3)
アルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物である、3−(トリメトキシシリル)プロピルメタクリレート(商品名、サイラエース S710、JNC株式会社、以下「S710」と略記)
カルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物である、メタクリル酸
重合開始剤
V−65(商品名、和光純薬工業株式会社、以下「V−65」と略記)
重合溶剤
プロピレングリコールモノメチルエーテル(以下「PGME」と略記)
光重合開始剤(B)
IRGACURE OXE01(商品名、BASFジャパン株式会社、以下「OXE01」と略記)
IRGACURE OXE02(商品名、BASFジャパン株式会社、以下「OXE02」と略記)
アデカアークルズ NCI−930(商品名、株式会社ADEKA、以下「NCI−930」と略記)
希釈溶剤
PGME
添加剤
シリコーン系界面活性剤である、BYK−342(商品名、ビックケミー・ジャパン株式会社、以下「BYK−342」と略記)
3官能のアクリレートであるペンタエリスリトールトリアクリレート及び4官能のアクリレートであるペンタエリスリトールテトラアクリレートの混合物である、アロニックスM−450(商品名、東亞合成株式会社、以下「M−450」と略記)
光酸発生剤である、NT−200(商品名、東洋合成化学工業株式会社、以下「NT−200」と略記)
[重合例1]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを18.0g、3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−402を4.51g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを0.90g、重合開始剤としてV−65を0.23g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で3時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A1)を得た。重合体含有溶液(A1)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は11,800であった。
[重合例2]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを16.0g、原料モノマーの内3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−402を6.51g、原料モノマーの内重合性二重結合を有する化合物(a3)としてS710を0.34g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを1.37g、重合開始剤としてV−65を0.34g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で5時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A2)を得た。重合体含有溶液(A2)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は12,600であった。
[重合例3]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを16.0g、原料モノマーの内3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−402を4.80g、原料モノマーの内重合性二重結合を有する化合物(a3)としてメタクリル酸を2.06g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを1.37g、重合開始剤としてV−65を0.34g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で3時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A3)を得た。重合体含有溶液(A3)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は18,800であった。
[重合例4]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを16.0g、原料モノマーの内3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−402を3.91g、原料モノマーの内重合性二重結合を有する化合物(a3)としてメタクリル酸を2.13g、S710を0.82g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを1.37g、重合開始剤としてV−65を0.34g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で3時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A4)を得た。重合体含有溶液(A4)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は35,200であった。
[重合例5]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを16.0g、原料モノマーの内3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−520を5.35g、原料モノマーの内重合性二重結合を有する化合物(a3)としてメタクリル酸を1.51g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを1.37g、重合開始剤としてV−65を0.34g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で3時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A5)を得た。重合体含有溶液(A5)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は23,600であった。
[重合例6]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを16.0g、原料モノマーの内3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−402を4.11g、原料モノマーの内重合性二重結合を有する化合物(a3)としてメタクリル酸を2.19g、ブチルメタクリレートを0.55g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを1.37g、重合開始剤としてV−65を0.34g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で3時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A6)を得た。重合体含有溶液(A6)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は26,800であった。
[重合例7]
攪拌器付4つ口フラスコに、窒素をバブリングしながら、重合溶剤としてPGMEを16.0g、原料モノマーの内3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)としてM−402を4.18g、原料モノマーの内重合性二重結合を有する化合物(a3)としてメタクリル酸を2.19g、2−ヒドロキシエチルメタクリレートを0.48g、連鎖移動剤(a2)としてα−MSDを1.37g、重合開始剤としてV−65を0.34g仕込み、35℃で5分間攪拌し内容物の溶解を確認した後、15分間かけて80℃まで昇温した。続けて、80℃で3時間加熱して重合を行なった。
重合後の溶液を室温まで冷却し、重合体含有溶液(A7)を得た。重合体含有溶液(A7)の一部をサンプリングし、GPC分析(ポリスチレン標準)により重量平均分子量を測定した。その結果、重量平均分子量は37,200であった。
[実施例1]
重合例1で得られた重合体含有溶液(A1)、光重合開始剤(B)としてOXE01、添加剤としてBYK−342、及び希釈溶剤としてPGMEを表1−1に記載の割合(単位:g)で混合溶解し、メンブランフィルター(0.2μm)で濾過して熱硬化性組成物を得た。
尚、この硬化性組成物に含まれる溶剤の総量は、重合体含有溶液(A1)に含まれるPGME及び希釈溶剤のPGMEの総量であり、この工程で固形分濃度がおよそ20重量%となるよう調整した。実施例2〜13及び比較例1、2においても同様である。
ガラス基板上に、硬化性組成物を300rpmで10秒間スピンコートし、85℃のホットプレート上で2分間プリベークした。続いて、空気中にてプロキシミティー露光機TME−150PRC(商品名、株式会社トプコン)を使用し、露光した。露光量は積算光量計UIT−102(商品名、ウシオ株式会社)、受光器UVD−365PD(商品名、ウシオ株式会社)で測定して100mJ/cmとした。更に85℃のホットプレート上で30分間ポストベークし、膜厚3.0μmである85℃ベーク硬化膜付きガラス基板を得た。ポストベーク時のホットプレートの温度を85℃から140℃に変更する以外は同様の工程を行い、140℃ベーク硬化膜付きガラス基板を得た。
[成膜性の評価方法]
得られた85℃ベーク硬化膜付きガラス基板の基板端を光学顕微鏡で観察し、基板端から硬化膜の端までの距離、つまりガラス基板上に硬化膜が存在しない領域の幅距離を測定し、測定値を表1−1に記載した。但し、ガラス基板上に硬化膜が存在しない領域が観察できない場合には「無」と記載した。基板端から硬化膜の端までの距離が100μm未満の場合を成膜性が「○」、100μm以上の場合を成膜性が「×」と評価し、評価結果を表1−1に記載した。
[低温硬化性の評価方法]
膜厚測定した85℃ベーク硬化膜付きガラス基板を、24℃に保ったPGMEに2分間浸漬した。PGMEから取り出し、エアブローでPGMEを除去する浸漬試験を行なった。その後膜厚を測定し、浸漬残膜率=(浸漬後膜厚/浸漬前膜厚)×100を算出し、算出値を表1−1に記載した。更に、膜厚測定した140℃ベーク硬化膜付きガラス基板を用いて同様の浸漬試験及び浸漬残膜率算出を行い、算出値を表1−1に記載した。85℃ベーク硬化膜付きガラス基板の浸漬残膜率及び140℃ベーク硬化膜付きガラス基板の浸漬残膜率のいずれもが95%以上なる場合を低温硬化性が「○」、他の場合を低温硬化性が「×」と評価し、評価結果を表1−1に記載した。
[透明性の評価方法]
紫外可視近赤外分光光度計V−670(商品名、日本分光株式会社)を用い、紫外可視近赤外分光光度計のリファレンス側に硬化膜がないガラス基板を設置し、サンプル側に85℃ベーク硬化膜付きガラス基板を設置することで、85℃ベーク硬化膜のみの光の波長400nmでの光透過率を測定し、測定値を表1−1に記載した。光透過率が95%以上の場合を透明性が「○」、95%未満の場合を透明性が「×」と評価し、評価結果を表1−1に記載した。
[実施例2〜13及び比較例1〜2]
実施例1の方法に準じて、表1−1及び表1−2に記載の割合(単位:g)で各成分を混合溶解し、硬化性組成物を得た。実施例1の方法に準じて、基板端から硬化膜の端までの距離及び光透過率を測定し、浸漬残膜率を算出し、成膜性、低温硬化性及び透明性の評価を行った。これらの結果を表1−1及び表1−2に記載した。
Figure 0006939293
Figure 0006939293
[密着性試験(実施例6〜8、実施例10)]
実施例6〜8及び実施例10それぞれで得られた85℃ベーク硬化膜付きガラス基板に対して、硬化膜のテープ剥離によるクロスカット試験(JIS−K5600、ISO2409)を行い、残存数を数えた。いずれの試験結果も分類0であったため、該硬化性組成物の密着性が良好であると判断した。
[パターン形成性試験(実施例9〜13)]
ガラス基板上に、硬化性組成物を300rpmで10秒間スピンコートし、85℃のホットプレート上で2分間プリベークした。続いて、空気中にて50μm角の正方形パターンを有するマスクを介して、プロキシミティー露光機TME−150PRC(商品名、株式会社トプコン)を使用し、露光した。露光量は積算光量計UIT−102(商品名、ウシオ株式会社)、受光器UVD−365PD(商品名、ウシオ株式会社)で測定して100mJ/cmとした。露光後の塗膜を、2.38重量%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液で60秒間パドル現像した後、塗膜を純水で20秒間洗ってから85℃のホットプレートで2分間乾燥した。更に85℃のホットプレート上で30分間ポストベークした後、光学顕微鏡を用いて観察したところ、パターン幅が略50μmのドットパターンが確認されたため、該硬化性組成物のパターン形成性が良好であると判断した。
表1−1及び表1−2の結果から明らかなように、実施例1〜13の重合体(A)、光重合開始剤(B)及び溶剤(C)を含有する硬化性組成物は、成膜性、低温硬化性、及び透明性に優れている。
比較例1の硬化性組成物は光重合開始剤(B)を含有しておらず、140℃ベークでは硬化するが、85℃ベークでの硬化が不十分であり、低温硬化性が不良である。比較例2の硬化性組成物は重合体(A)を含有しておらず、成膜性及び透明性が不良である。
さらに、上記の密着性試験結果から明らかなように、重合体(A)の原料モノマーの一部にアルコキシシリル基及び重合性二重結合を有する化合物を使用している実施例6〜8および実施例10の硬化性組成物は、密着性も優れている。
さらに、上記のパターン形成性試験結果から明らかなように、重合体(A)の原料モノマーの一部にカルボキシル基及び重合性二重結合を有する化合物を使用している実施例9〜13の硬化性組成物は、パターン形成性も優れている。
本発明の硬化性組成物は、成膜性、低温硬化性、及び硬化膜の透明性が優れており、本発明の硬化性組成物を用いて得られる硬化膜は、カラーフィルター保護膜や、TFTと配向膜間あるいはTFTと透明電極間に設けられる透明絶縁膜などとして利用することが可能である。低温硬化性が優れていることから、特に有機材料を基材とした場合に有効である。

Claims (5)

  1. 3官能以上の(メタ)アクリレート(a1)を含む原料モノマーを連鎖移動剤(a2)および重合開始剤の存在下、50〜90℃の温度で、1〜24時間加熱してラジカル重合させて得られる、重量平均分子量が2,000〜200,000である重合体(A)と、光重合開始剤(B)と、溶剤(C)とを含有する硬化性組成物であって、前記溶剤(C)が、沸点が150℃以下である溶剤を、全溶剤の重量に基づいて50重量%以上含有する硬化性組成物。
  2. 連鎖移動剤(a2)が2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンである、請求項1に記載の硬化性組成物。
  3. 光重合開始剤(B)が、α−アミノアルキルフェノン系光重合開始剤、アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤、オキシムエステル系光重合開始剤から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載の硬化性組成物。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の硬化性組成物を用いて得られる硬化膜。
  5. 請求項4に記載の硬化膜を含む表示素子。
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