TWI762648B - 三嗪過氧化物衍生物、含有該衍生物的聚合性組合物、由該聚合性組合物形成的固化物以及該固化物的製備方法 - Google Patents
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Abstract
通式(1)中,R1及R2獨立地為甲基或乙基,R3表示碳原子數為1~5的脂肪族烴基、或可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基,n表示0~2的整數,X為通式(2):Ar1、Ar2、Ar3或Ar4所表示的芳基,
通式(2)中,m表示0~3的整數,R4為獨立的取代基,其表示碳原子數為1~18的烷基、通式(3):R5-Y-所表示的取代基、硝基、或氰基,所述Y表示氧原子或硫原子,所述R5表示在碳骨架中可具有醚鍵、硫醚鍵及末端羥基中的任意一個以上的碳原子數為1~18的烴基、可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基、或碳原子數為1~8的醯基。或者R4表示由鄰接的2個所述通式(3):R5-Y-而形成的5~6員環。本發明的三嗪過氧化物衍生物同時具有能夠有效吸收由波長365nm等的燈發出的光從而產生自由基的光聚合性、及能夠通過熱產生自由基的熱聚合性,進一步,能夠降低固化物的黃色度。
Description
本發明涉及三嗪過氧化物衍生物、含有含該衍生物的聚合引發劑和自由基聚合性化合物的聚合性組合物及其固化物、以及該固化物的製備方法。
為了合成高分子等,人們廣泛使用通過熱或光、氧化-還原而產生自由基的自由基聚合引發劑作為聚合引發劑。特別是光聚合引發劑通過吸收光等活性能量射線,能夠通過化學鍵斷裂或脫氫反應產生自由基,從而用作自由基聚合性化合物的聚合引發劑。例如可利用α-羥基苯乙酮衍生物或α-氨基苯乙酮衍生物、醯基氧化膦衍生物、鹵代甲基三嗪衍生物、苄基縮酮衍生物、噻噸酮衍生物等。
由上述那樣的光聚合引發劑與自由基聚合性化合物組成的光聚合性組合物通過光照射而快速固化,因此從快速固化性或低VOC(低揮發性有機化合物)等角度出發,適用於塗布劑或塗料、印刷油墨、光敏印刷版、黏合
劑、各種光致抗蝕劑等用途。
另一方面,專利文獻1中公開了一種將通過光或熱而產生自由基的含二苯甲酮基的過氧化酯作為有效成分的聚合引發劑,該含二苯甲酮基的過氧化酯在分子內具有過氧鍵(-O-O-)。此外,專利文獻2中公開了由該聚合引發劑與自由基聚合性化合物組成的黏合劑組合物,通過進行基於常溫下光照射的固化與之後的基於加熱的固化的雙重固化,黏合劑發揮牢固的黏合強度與高耐久性。
像這樣同時具有光聚合性與熱聚合性的雙重固化型的聚合性組合物,還能夠活用於提高暗部固化性。雙重固化型的聚合性組合物對於例如以下的固化也是有效的,即,以高濃度添加有吸收或散射光的顏料或填料的聚合性組合物的固化,或在平板顯示器的製備作業中的保護殼周邊的黑框或觸控面板電極的下部等光照不到的位置的固化。
此外,例如專利文獻3中公開了一種作為具有三嗪骨架的光聚合引發劑的、特定結構的鹵代甲基三嗪衍生物,並知曉其在光聚合方面是有效的。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開昭第59-197401號公報
專利文獻2:日本特開第2000-96002號公報
專利文獻3:日本特開昭第54-074887號公報
然而,專利文獻1或專利文獻2中記載的含二苯甲酮基的過氧化酯由於不充分吸收由高壓汞燈或LED放射的波長365nm等的光,因此,作為光聚合引發劑最重要基本特性的靈敏度並不充分,存在提高靈敏度的技術問題。
另一方面,專利文獻3等中記載的鹵代甲基三嗪衍生物無法用於熱聚合,將該衍生物用作光聚合引發劑而得到的固化膜的黃色度變高。因此,該衍生物無法用作例如顯示器表面保護片等要求高透明性的用途的聚合引發劑,存在降低黃色度的技術問題。
因此,為瞭解決上述技術問題,本發明提供一種三嗪過氧化物衍生物,其同時具有能夠有效吸收由高壓汞燈或LED等燈發出的波長365nm等的光從而產生自由基的光聚合性、及能夠通過熱產生自由基的熱聚合性,進一步,能夠降低固化物的黃色度。
進一步,本發明提供一種含有包含上述三嗪過氧化物衍生物的聚合引發劑與自由基聚合性化合物的聚合性組合物及其固化物、以及該固化物的製備方法。
通式(1)中,R1及R2獨立地為甲基或乙基,R3表示碳原子數為1~5的脂肪族烴基、或可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基,n表示0~2的整數,X為通式(2):Ar1、Ar2、Ar3或Ar4所表示的芳基,
通式(2)中,m表示0~3的整數,R4為獨立的取代基,其表示碳原子數為1~18的烷基、通式(3):R5-Y-所表示的取代基、硝基、或氰基,所述Y表示氧原子或硫原子,所述R5表示在碳骨架中可具有醚鍵、硫醚鍵及末端羥基中的任意一個以上的碳原子數為1~18的烴基、可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基、或碳原子數為1~8的醯基,或者R4表示由鄰接的2個所述通式(3):R5-Y-而形成的5~6員環。
此外,本發明涉及含有包含所述三嗪過氧化物衍生物的(a)聚合引發劑及(b)自由基聚合性化合物的聚合性組合物及由該聚合性組合物形成的固化物、以及該固化物的製備方法。
本發明的三嗪過氧化物衍生物能夠有效吸收由高壓汞燈或LED等燈發出的波長365nm等的光從而有效地產生自由基,且在分子內具有過氧鍵,因此作為光及熱聚合引發劑是有用的。因此,含有該三嗪過氧化物衍生物與自由基聚合性化合物的聚合性組合物能夠通過光的照射而良好地固化,且即使在光照不到的暗部也能夠通過熱而良好地固化。
此外,推定鹵代甲基三嗪衍生物因光分解而放出氯自由基、作為副產物的芳香族氯化物等為著色的原因,但由於本發明的三嗪過氧化物衍生物不含氯原子,因此能夠降低固化物的黃色度。
<三嗪過氧化物衍生物>
通式(1)中,R1及R2獨立地為甲基或乙基,R3表示碳原子數為1~5的脂肪族烴基、或可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基,n表示0~2的整數,X為通式(2):Ar1、Ar2、Ar3或Ar4所表示的芳基,
通式(2)中,m表示0~3的整數,R4為獨立的取代基,其表示碳原子數為1~18的烷基、通式(3):R5-Y-所表示的取代基、硝基、或氰基,所述Y表示氧原子或硫原子,所述R5表示在碳骨架中可具有醚鍵、硫醚鍵及末端羥基中的任意一個以上的碳原子數為1~18的烴基、可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基、或碳原子數為1~8的醯基,或者R4表示由鄰接的2個所述通式(3):R5-Y-而形成的5~6員環。
所述通式(1)中,R1及R2獨立地表示甲基或乙基。從因所述三嗪過氧化物衍生物的分解溫度高而聚合性組合物的儲藏穩定性增高的角度出發,R1及R2優選為甲基。
所述通式(1)中,R3為碳原子數為1~5的脂肪族烴基、或可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基。所述烷基可以是直鏈,也可以是支鏈。作為R3的具體例,可列舉出甲基、乙基、丙基、2,2-二甲基丙基、苯基、異丙苯基。其中,從容易合成所述三嗪過氧化物衍生物的角度出發,優選為甲基、乙基、丙基、2,2-二甲基丙基、苯基。從因所述三嗪過氧化物衍生物的分解溫度高而聚合性組合物的儲藏穩定性增高、對燈光的靈敏度高的點出發,更優選為甲基、乙基。
所述通式(1)中的n表示0~2的整數。從容易合成所述三嗪過氧化物衍生物的角度出發,n優選為0或1。從能夠有效吸收燈光、降低固化物的黃色度的角度出發,更優選在n為0時,X為Ar2、Ar3或Ar4,在n為1時,
X為Ar1。
所述通式(2)中的m表示0~3的整數。從容易合成所述三嗪過氧化物衍生物的角度出發,m優選為0~2,從有效吸收燈光的角度出發,m更優選為1。
所述通式(2)中的R4為獨立的取代基,其表示碳原子數為1~18的烷基、通式(3):R5-Y-所表示的取代基、硝基、或氰基,所述Y表示氧原子或硫原子,所述R5表示在碳骨架中可具有醚鍵、硫醚鍵及末端羥基中的任意一個以上的碳原子數為1~18的烴基、可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基、或碳原子數為1~8的醯基。或者R4表示由鄰接的2個所述通式(3):R5-Y-而形成的5~6員環。
從有效吸收燈光的角度出發,優選所述R4為獨立的取代基,其表示碳原子數為1~8的烷基、或通式(3):R5-Y-所表示的取代基,所述Y表示氧原子,所述R5為在碳骨架中可具有醚鍵及末端羥基中的任意一個以上的碳原子數為1~8的烴基、或可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基,或者R4為由鄰接的2個所述通式(3):R5-Y-而形成的5~6員環。
作為所述R4的具體例,例如可列舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正己基、辛基、2-乙基己基、十二烷基、十八烷基等烷基;甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、環戊氧基、正己氧基、環己氧基、辛氧基、2-乙基己基氧基、十二烷基氧基、十八烷基氧基、2-羥基乙氧基、2-甲氧基乙氧基、2-乙氧基乙氧基、2-丁氧基乙氧基、2-(2-羥基乙氧基)乙氧基、2-(2-乙氧基乙氧基)乙氧基、3-羥基-正丙氧基、3-甲氧基-正丙氧基、1,2-二羥基丙氧基、亞甲基二氧
基、二甲基亞甲基二氧基、亞乙基二氧基等烷氧基;苯基氧基、4-異丙基苯基氧基等芳基氧基;甲基磺胺醯基、乙基磺胺醯基、己基磺胺醯基、2-甲氧基乙基磺胺醯基、2-(2-甲氧基乙氧基)乙基磺胺醯基等烷基磺胺醯基;苯基磺胺醯基、2-甲基苯基磺胺醯基、4-甲基苯基磺胺醯基等芳基磺胺醯基;乙醯基、正丁醯基、2-乙基己醯基、苯甲醯基、2-甲基苯甲醯基等醯基等。具有這些官能團的通式(1)所表示的化合物對波長365nm的吸光度高,有效吸收燈光,故而優選。
進一步,其中,從所述三嗪衍生物在聚合性組合物中的溶解性高、容易合成、對燈光的靈敏度高的角度出發,所述R1更優選為甲氧基、乙氧基、2-羥基乙氧基。
所述R4的取代位置沒有特別限定,由於有效吸收燈光,因此,X為Ar1時,優選至少一個R4取代被三嗪基取代的苯環的4號位;X為Ar2時,優選至少一個R4取代與被三嗪基取代的苯環不同的苯環的4號位;X為Ar3時,優選至少一個R4取代1號位被三嗪基取代的苯環的4號位;X為Ar4時,至少一個R4取代與被三嗪基取代的苯環不同的苯環的4號位。
以下示出本發明的三嗪過氧化物衍生物的具體例,但並不受其限定。
作為本發明的三嗪過氧化物衍生物,優選列舉出化合物19、化合物23、化合物25、化合物26、化合物27、化合物28、化合物31、化合物32、化合物33、化合物35、化合物37、化合物38、化合物39、化合物40、化合物41、化合物42、化合物43、化合物44、化合物46、化合物47、化合物48,更優選列舉出化合物25、化合物26、化合物31、化合物32、化合物35、化合物37、化合物38、化合物41、化合物44、化合物47、化合物48。
<三嗪過氧化物衍生物的製備方法>
關於所述通式(1)所表示的三嗪過氧化物衍生物的製備方法,例如可舉出包括如以下反應式那樣的作業的方法:得到氰脲醯氯衍生物的作業(以下,也稱作作業(A));然後在鹼的存在下使得到的氰脲醯氯衍生物與過氧化氫進行反應的作業(以下,也稱作作業(B))。另外,在上述作業(A)和/或(B)之後,也可以包括對剩餘的原料等進行減壓蒸餾去除(去除)的作業或提純作業。
上述反應式中,n、R1、R2、R3及X與所述通式(1)相同。
在所述作業(B)中,所述氰脲醯氯衍生物可利用市售品。另外,在沒有市售品時,在所述作業(A)中,可根據格氏反應、鋰化反應、鈴木偶聯反應或傅里德-克拉夫茨反應等已知的合成法進行合成。
<基於格氏反應的氰脲醯氯衍生物的合成>
在所述作業(A)中,通過格氏反應合成氰脲醯氯衍生物時,可根據日本特開平6-179661號公報等中記載的已知的合成法進行合成。所述作業(A)中的芳香族化合物可使用Z表示氯原子、溴原子或碘原子的芳香族化合物。
通過使芳香族化合物與鎂反應製備格氏試劑,然後使得到的格氏試劑與氰脲醯氯反應,由此可合成氰脲醯氯衍生物。
在上述格氏試劑的製備中,相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用0.8~2.0莫耳的鎂,更優選使用1~1.5莫耳的鎂。作為反應引發劑,可使用碘、溴乙烷、二溴乙烷等,相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用0.0001~0.01莫耳。反應溫度優選為0~70℃,更優選為10~60℃。反應時間優選為30分鐘~20小時,更優選為1小時~10小時。
在上述格氏試劑的製備中,例如可使用四氫呋喃等醚類等的溶劑。
此外,在上述格氏試劑與氰脲醯氯的反應中,相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用0.7~1.5莫耳的氰脲醯氯,更優選使用0.8~1.2莫耳的氰脲醯氯。反應溫度優選為-30~70℃,更優選為-10~40℃。反應時間優選為10分鐘~10小時,更優選為30分鐘~5小時。另外,可向製備的格氏試劑中加入氰脲醯氯,也可向氰脲醯氯的溶液中加入格氏試劑。
在上述格氏試劑與氰脲醯氯的反應中,例如可使用四氫呋喃等醚類等的溶劑。
<基於鋰化反應的氰脲醯氯衍生物的合成>
在所述作業(A)中,通過鋰化反應合成氰脲醯氯衍生物時,可根據WO2012/096263公報等中記載的已知合成法進行合成。所述作業(A)中的芳香族化合物可使用Z表示氯原子、溴原子或碘原子的芳香族化合物。通過使芳香族化合物與鋰化劑進行反應從而製備鋰化合物,然後使得到的鋰化合物
與氰脲醯氯進行反應,由此可合成氰脲醯氯衍生物。
作為所述鋰化劑,可列舉出甲基鋰、正丁基鋰、仲丁基鋰、叔丁基鋰等烷基鋰類;苯基鋰等芳基鋰類;二異丙基氨基鋰、二(三甲基矽基)氨基鋰等氨基化鋰類,優選為正丁基鋰、仲丁基鋰、叔丁基鋰、苯基鋰。
在上述鋰化合物的製備中,相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用0.8~3.0莫耳的鋰化劑,更優選使用1.0~2.2莫耳的鋰化劑。反應溫度優選為-100~50℃,更優選為-80~0℃。反應時間優選為0.2~20小時,更優選為0.5~10小時。
在上述鋰化合物的製備中,例如可使用四氫呋喃等醚類等的溶劑。
此外,在上述鋰化合物與氰脲醯氯的反應中,相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用0.7~1.5莫耳的氰脲醯氯,更優選使用0.8~1.2莫耳的氰脲醯氯。反應溫度優選-30~70℃,更優選為-10~40℃。反應時間優選為10分鐘~10小時,更優選為30分鐘~5小時。另外,可以向製備的鋰化合物中加入氰脲醯氯,也可以向氰脲醯氯的溶液中加入鋰化合物。
在上述鋰化合物與氰脲醯氯的反應中,例如可使用四氫呋喃等醚類等的溶劑。
<基於鈴木偶聯的氰脲醯氯衍生物的合成>
在所述作業(A)中,通過鈴木偶聯反應合成氰脲醯氯衍生物時,可根據WO2012/096263公報等中記載的已知的合成法進行合成。例如,可通過使所述鋰化合物與硼試劑進行反應,由此合成芳香族化合物的Z變為硼酸基
(boronyl group)或硼酸(boronic acid)而成的硼化合物。然後,可通過使得到的硼化合物與氰脲醯氯進行反應而合成氰脲醯氯衍生物。另外,在販售有硼化合物的市售品時,可直接使用。
作為所述硼試劑,可列舉出硼酸三甲酯、硼酸三異丙酯、2-異丙氧基-4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧雜硼烷等。
在上述硼化合物的合成中,相對於1莫耳鋰化合物,優選使用0.8~3.0莫耳的硼試劑,更優選使用1.0~2.0莫耳的硼試劑。反應溫度優選為-100~50℃,更優選為-80~20℃。反應時間優選為10分鐘~20小時,更優選為30分鐘~10小時。
在上述硼化合物的合成中,例如可使用四氫呋喃等醚類等的溶劑。
此外,在上述硼化合物與氰脲醯氯的反應中,相對於1莫耳硼化合物,優選使用0.7~1.5莫耳的氰脲醯氯,更優選使用0.8~1.2莫耳的氰脲醯氯。反應溫度優選為-30~70℃,更優選為-10~40℃。反應時間優選為10分鐘~10小時,更優選為30分鐘~5小時。另外,可以向硼化合物中加入氰脲醯氯,也可以向氰脲醯氯的溶液中加入硼化合物。
在上述硼化合物與氰脲醯氯的反應中,優選使用鈀催化劑及鹼,也可以根據需要添加配體。
作為所述鈀催化劑,可列舉出乙酸鈀、四三苯基膦鈀、雙(三苯基膦)二氯化鈀、(雙(二苯基膦基)二茂鐵)二氯化鈀-二氯甲烷絡合物等。
作為所述鹼,可列舉出碳酸鈉、碳酸氫鈉、乙酸鈉、乙酸鉀、磷
酸鉀等鹼金屬鹽等的無機鹼;三乙胺等有機鹼。
作為所述配體,可列舉出三苯基膦、三環己基膦、2,2’-雙(二苯基膦基)-1,1’-聯萘、2-二環己基膦基-2,6’-二甲氧基聯苯等有機磷類配體等。
在上述硼化合物與氰脲醯氯的反應中,可使用四氫呋喃、1,4-二噁烷等醚類;甲醇、2-丙醇等醇類;甲苯、二甲苯等芳香族類烴類;N,N-二甲基甲醯胺等醯胺類等有機溶劑。所述有機溶劑可單獨使用,也可同時使用兩種以上。進一步,可使用所述有機溶劑與水的混合溶劑。
<基於傅里德-克拉夫茨反應的氰脲醯氯衍生物的合成>
在所述作業(A)中,通過傅里德-克拉夫茨反應合成氰脲醯氯衍生物時,可根據US5322941公報等中記載的已知的合成法進行合成。所述作業(A)中的芳香族化合物可使用Z表示氫原子(水素原子)、n=0的芳香族化合物。在氯化鋁等路易斯酸的存在下,可通過使芳香族化合物與氰脲醯氯進行反應而合成氰脲醯氯衍生物。
作為所述路易斯酸,可使用氯化鋁、溴化鋁、氯化鐵(III)、氯化鈦(IV)、氯化錫(IV)、氯化鋅、三氟甲基磺酸鉍(III)、三氟甲基磺酸鉿(IV)、三氟化硼二乙醚絡合物等。
在上述芳香族化合物與氰脲醯氯的反應中,相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用0.7~1.5莫耳的氰脲醯氯,更優選使用0.8~1.2莫耳的氰脲醯氯。相對於1莫耳芳香族化合物,優選使用1.0~3.0莫耳的氯化鋁,更優選使用1.0~2.0莫耳的氯化鋁。反應溫度優選為-50~60℃,更優選為0~40℃。反應時間優選為10分鐘~10小時,更優選為30分鐘~5小時。另外,可以向芳香族化合
物與氰脲醯氯的溶液中加入氯化鋁,也可以向氰脲醯氯與氯化鋁的溶液中加入芳香族化合物。
在上述芳香族化合物與氰脲醯氯的反應中,例如可使用二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲苯等溶劑。
<三嗪過氧化物衍生物的合成>
在所述作業(B)中,通式(1)所表示的三嗪過氧化物衍生物的製備方法沒有特別限定,可根據特公昭45-39468號公報等中記載的已知的三嗪過氧化物的合成法進行合成。
通過在鹼的存在下使上述作業(A)中得到的氰脲醯氯衍生物與過氧化氫進行反應的作業(B),可得到三嗪過氧化物衍生物。
在所述作業(B)中,從提高目標產物的收率性的角度出發,相對於1莫耳氰脲醯氯衍生物,優選使1.8莫耳以上的過氧化氫進行反應,更優選使2.0莫耳以上的過氧化氫進行反應,並且優選使5.0莫耳以下的過氧化氫進行反應,更優選使3.8莫耳以下的過氧化氫進行反應。另外,過氧化氫可利用市售品,在無市售品時,可根據日本特開昭58-72557號公報等中記載的已知的合成法進行合成。
在所述作業(B)中,從提高目標產物的收率性的角度出發,反應溫度優選為-10℃以上,更優選為0℃以上,並且優選為40℃以下,更優選為30℃以下。
在所述作業(B)中,反應時間因原料或反應溫度等而異,故而不能籠統地確定,但從提高目標產物的收率性的角度出發,通常優選為10分鐘
~6小時。
在所述作業(B)中,使用的鹼沒有特別限制,可列舉出氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、吡啶、α-甲基吡啶、γ-甲基吡啶、二甲基氨基吡啶、三乙胺、三丁胺、N,N-二異丙基乙胺、1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬-5-烯等。從提高目標產物的收率性的角度出發,相對於1莫耳氰脲醯氯衍生物,優選使用1.8莫耳以上的鹼,更優選使用2.0莫耳以上的鹼,並且優選使用5.0莫耳以下的鹼,更優選使用3.8莫耳以下的鹼。
在所述作業(B)中,當氰脲醯氯衍生物為液狀時,可不使用有機溶劑而進行反應。此外,當氰脲醯氯衍生物為固體時,優選使用有機溶劑,作為有機溶劑,由於溶解度根據氰脲醯氯衍生物的種類而異,因此沒有特別限定,例如可列舉出甲苯、二甲苯、乙苯等芳香族類烴類,丙酮、甲乙酮、甲基異丁酮等酮類,四氫呋喃、二噁烷等醚類,乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯類,二氯甲烷、氯仿等鹵代烴類等。所述有機溶劑可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
相對於100質量份原料的總量,所述有機溶劑的使用量通常為30~500質量份左右。可通過在作業(B)之後進行蒸餾去除有機溶劑,從而提取出三嗪過氧化物衍生物,也可為了提高操作性或降低熱分解時的危險性,將三嗪過氧化物衍生物製作為有機溶劑的稀釋品而進行使用。
所述作業(B)可在常壓下、空氣下進行,也可在氮氣氣流下或氮氣氣氛下進行。
作為所述提純作業,為了去除剩餘的原料或副產物,例如可列舉出使用離子交換水或碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鈉、氫氧
化鉀等鹼性水溶液、亞硫酸鈉水溶液等進行清洗,提純目標產物的作業。
<聚合性組合物>
本發明的聚合性組合物含有(a)聚合引發劑及(b)自由基聚合性化合物。進一步,聚合性組合物可通過含有(c)鹼可溶性樹脂而賦予顯影性。此外,聚合性組合物可適當組合含有其他成分。
<(a)聚合引發劑>
本發明的(a)聚合引發劑含有所述通式(1)所表示的三嗪過氧化物衍生物。(a)聚合引發劑具有通過活性能量射線或熱進行分解、且其產生的自由基引發(b)自由基聚合性化合物的聚合(固化)的作用。三嗪過氧化物衍生物可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
此外,所述(a)聚合引發劑可含有除三嗪過氧化物衍生物以外的聚合引發劑(以下,也稱作其他聚合引發劑)。通過使用吸收帶不同的兩種以上的三嗪過氧化物衍生物或其他聚合引發劑,例如可謀求聚合性組合物對高壓汞燈等放射多個波長的光的燈的高靈敏度化。此外,通過考慮聚合性組合物中含有的(b)自由基聚合性化合物的聚合性、聚合性組合物中含有的吸收或散射光的顏料等的種類、固化物的膜厚等而使用其他聚合引發劑,能夠改良聚合性組合物的表面固化性或深部固化性、透明性等。
作為所述的其他聚合引發劑,可使用已知的聚合引發劑,例如可列舉出1-羥基環己基苯酮、2-羥基-2-甲基-苯丙酮、4’-(2-羥基乙氧基)-2-羥基-2-甲基苯丙酮、2-羥基-1-(4-(4-(2-羥基-2-甲基丙醯基)苄基)苯基)-2-甲基丙烷-1-酮等α-羥基苯乙酮衍生物;2-甲基-4’-甲基硫代-2-嗎啉基苯丙酮、2-
苄基-2-(N,N-二甲基氨基)-1-(4-嗎啉基苯基)丁烷-1-酮、2-(二甲基氨基)-2-(4-甲基苄基)-1-(4-嗎啉基苯基)丁烷-1-酮等α-氨基苯乙酮衍生物;二苯基-2,4,6-三甲基苯甲醯基氧化膦、苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲醯基苯基膦酸乙酯(ethyl(mesitylcarbonyl)phenylphosphinate)等醯基氧化膦衍生物;1-〔4-(苯基硫代)苯基〕辛烷-1,2-二酮-2-(O-苯甲醯肟)、1-〔({1-〔9-乙基-6-(2-甲基苯甲醯基)-9H-哢唑-3-基〕亞乙基}氨基)氧基〕乙酮等肟酯衍生物;2-(4-甲氧基苯基)-4,6-雙(三氯甲基)-1,3,5-三嗪、2-(3,4-二甲氧基苯乙烯基)-4,6-雙(三氯甲基)1,3,5-三嗪、2-(4-乙氧基萘基)-4,6-雙(三氯甲基)-1,3,5-三嗪等鹵代甲基三嗪衍生物;2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮等苄基縮酮衍生物;異丙基噻噸酮等噻噸酮衍生物、4-(4-甲基苯基硫代)二苯甲酮等的二苯甲酮衍生物;3-苯甲醯基-7-二乙基氨基香豆素、3,3’-羰基雙(7-二乙基氨基香豆素)等香豆素衍生物;2-(2-氯苯基)-1-〔2-(2-氯苯基)-4,5-二苯基-1,3-二唑-2-基〕-4,5-二苯基咪唑等咪唑衍生物;3,3’,4,4’-四(叔丁基過氧化羰基)二苯甲酮、過氧化二苯甲醯等有機過氧化物;偶氮二異丁腈等偶氮化合物;樟腦醌等。其他聚合引發劑可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
相對於100質量份(b)自由基聚合性化合物,所述(a)聚合引發劑的含量優選為0.1~40質量份,更優選為0.5~20質量份,進一步優選為1~15質量份。相對於100質量份(b)自由基聚合性化合物,(a)聚合引發劑的含量小於0.1質量份時不進行固化反應,故而不優選。此外,相對於100質量份(b)自由基聚合性化合物,(a)聚合引發劑的含量多於40質量份時,對(b)自由基聚合性化合物的溶解度達到飽和,存在在聚合性組合物的成膜時出現(a)聚合引發劑的結晶析出、皮膜表面皸裂的問題的情況,或存在固化物的塗膜的強
度因(a)聚合引發劑的分解殘渣的增加而下降的情況,故而不優選。
另外,所述(a)聚合引發劑中含有所述其他聚合引發劑時,其他聚合引發劑的比例在(a)聚合引發劑中優選為80質量%以下,進一步優選為50質量%以下。
<(b)自由基聚合性化合物>
作為本發明的(b)自由基聚合性化合物,可優選使用具有烯屬不飽和基團的化合物。作為(b)自由基聚合性化合物,例如可列舉出(甲基)丙烯酸酯類、苯乙烯類、馬來酸酯類、富馬酸酯類、衣康酸酯類、桂皮酸酯類、巴豆酸酯類、乙烯醚類、乙烯酯類、乙烯酮類、烯丙基醚類、烯丙酯類、N-取代馬來醯亞胺類、N-乙烯基化合物類、不飽和腈類、烯烴類等。其中,優選含有反應性高的(甲基)丙烯酸酯類。(b)自由基聚合性化合物可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
所述(甲基)丙烯酸酯類可使用單官能化合物及多官能化合物。作為單官能化合物,可列舉出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸硬脂基酯等(甲基)丙烯酸烷基酯;(甲基)丙烯酸環己酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯、(甲基)丙烯酸二環戊酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯酯、(甲基)丙烯酸二環戊烯基氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基-2-金剛烷酯等(甲基)丙烯酸與脂環族醇的酯化物;(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯等(甲基)丙烯酸芳基酯;(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸4-羥基丁酯、(甲基)丙烯酸2-羥基-3-苯氧基丙酯、(甲基)丙烯酸3-羥基-1-金剛烷酯、聚乙二醇單(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇單(甲基)丙烯酸酯等
具有羥基的單體;(甲基)丙烯酸甲氧基乙酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-苯基苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸四氫糠基酯、(2-甲基-2-乙基-1,3-二噁茂烷-4-基)甲基(甲基)丙烯酸酯、(3-乙基氧雜環丁烷-3-基)甲基(甲基)丙烯酸酯、環狀三羥甲基丙烷縮甲醛(甲基)丙烯酸酯等具有鏈狀或環狀醚鍵的單體等;N,N-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N,N-二甲基(甲基)丙烯醯胺、N-羥甲基(甲基)丙烯醯胺、N-異丙基(甲基)丙烯醯胺、N,N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯醯胺、二丙酮(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯醯基嗎啉、N-(甲基)丙烯醯氧基乙基六氫鄰苯二甲醯亞胺等具有氮原子的單體;2-(甲基)丙烯醯氧基乙基異氰酸酯等具有異氰酸酯基的單體;(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、4-羥基丁基(甲基)丙烯酸酯縮水甘油醚等具有環氧基的單體;磷酸2-((甲基)丙烯醯氧基)乙酯等具有磷原子的單體;3-(甲基)丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷等具有矽原子的單體;2,2,2-三氟乙基(甲基)丙烯酸酯、2,2,3,3,3-五氟丙基(甲基)丙烯酸酯、2-(全氟己基)乙基(甲基)丙烯酸酯等具有氟原子的單體;(甲基)丙烯酸、琥珀酸單(2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯)、鄰苯二甲酸單(2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯)、馬來酸單(2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯)、ω-羧基-聚己內酯單(甲基)丙烯酸酯等具有羧基的單體等。
作為所述多官能化合物,可列舉出乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸甘油酯、三(甲基)丙烯酸甘油酯、甘油丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基乙烷三(甲基)丙烯
酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯單硬脂酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、2,2-雙(4-(甲基)丙烯醯氧基乙氧基苯基)丙烷、2,2-雙(4-(甲基)丙烯醯氧基聚乙氧基苯基)丙烷、9,9-雙(4-(2-(甲基)丙烯醯氧基乙氧基)苯基)芴、9,9-雙(4-(2-(2-(甲基)丙烯醯氧基乙氧基)乙氧基)苯基)芴等多元醇與(甲基)丙烯酸的酯化物;雙(4-(甲基)丙烯醯氧基苯基)硫化物、雙(4-(甲基)丙烯醯基硫代苯基)硫化物、三(2-(甲基)丙烯醯氧基乙基)異氰脲酸酯、亞乙基雙(甲基)丙烯醯胺、(甲基)丙烯酸鋅、(甲基)丙烯酸鋯、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、芳香族聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯等。
從提高聚合性組合物的靈敏度、降低氧抑制、或提高固化物塗膜的機械強度或硬度、耐熱性、耐久性、耐化學藥品性的角度出發,所述(甲基)丙烯酸酯類優選為所述多元醇與(甲基)丙烯酸的酯化物,特別優選為三羥甲基乙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯。
另外,所述聚合性組合物可加入由所述(b)自由基聚合性化合物得到的共聚物。
<(c)鹼可溶性樹脂>
通過進一步添加(c)鹼可溶性樹脂,所述聚合性組合物可適用作負性抗蝕劑。作為(c)鹼可溶性樹脂,可使用通常用於負性抗蝕劑的鹼可溶性樹脂,只要為可溶於鹼水溶液的樹脂則沒有特別限定,優選為含有羧基的樹
脂。(c)鹼可溶性樹脂可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
對於本發明的(c)鹼可溶性樹脂,例如優選使用含羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物、含羧基的環氧丙烯酸酯樹脂等。
所述含羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物為含有以下物質的共聚物,即,選自所述(甲基)丙烯酸酯類的單官能化合物中的至少一種(但不包括所述具有羧基的單體)與、選自(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸的二聚物、衣康酸、巴豆酸、馬來酸、富馬酸、乙烯基苯甲酸、桂皮酸、琥珀酸單(2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯)、鄰苯二甲酸單(2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯)、馬來酸單(2-(甲基)丙烯醯氧基乙酯)、ω-羧基-聚己內酯單(甲基)丙烯酸酯及它們的酸酐等的含烯屬不飽和基團的羧酸中的至少一種。
作為所述含羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物,例如可列舉出甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸環己酯與甲基丙烯酸的共聚物等。進一步,也可以使苯乙烯、α-甲基苯乙烯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-甲基馬來醯亞胺、N-苯基馬來醯亞胺、N-環己基馬來醯亞胺、富馬酸二乙酯、衣康酸二乙酯等進行共聚。
此外,從兼顧負性抗蝕劑的顯影性與耐熱性、硬度、耐化學藥品性等的覆膜特性的角度出發,所述含羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物優選使用側鏈上導入有烯屬不飽和基團等反應性基團的含羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物。作為將烯屬不飽和基團導入到上述側鏈的方法,例如可列舉出以下方法:對含羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物的羧基的一部分,加成(甲基)丙烯酸縮水甘油酯等的分子內具有環氧基與烯屬不飽和基團的化合物的方法;或是對含環氧基及羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物,加成甲基丙烯酸等含烯屬不飽和基團的一元羧酸的方法;或是對含羥基及羧基的(甲基)丙烯酸酯共聚物,加成
2-(甲基)丙烯醯氧基乙基異氰酸酯等的分子內具有異氰酸酯基與烯屬不飽和基團的化合物的方法等。
作為所述含羧基的環氧丙烯酸酯樹脂,優選為使作為環氧化合物與所述含烯屬不飽和基團的羧酸的反應物的環氧丙烯酸酯樹脂進一步與酸酐反應而成的化合物。
作為所述環氧樹脂,例如可列舉出(鄰、間、對)甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、三酚基甲烷型環氧樹脂、聯苯基芴型環氧樹脂等。環氧樹脂可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
作為所述酸酐,例如可列舉出馬來酸酐、琥珀酸酐、鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、4-甲基六氫鄰苯二甲酸酐、內亞甲基四氫鄰苯二甲酸酐、氯菌酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、二苯甲酮四羧酸二酐、聯苯基四羧酸二酐、衣康酸酐等。
進一步,在合成含羧基的環氧丙烯酸酯樹脂時,可根據需要使用偏苯三酸酐等三羧酸酐,水解反應後殘留的酸酐基,從而增加羧基。此外,也可使用含烯屬不飽和基團的馬來酸酐,進一步增加烯屬雙鍵。
所述(c)鹼可溶性樹脂的酸值優選為20~300mg KOH/g,進一步優選為40~180mg/KOH/g。酸值小於20mg KOH/g時,因對於鹼水溶液的溶解性不足而使未曝光部的顯影變困難,因而不優選。此外,酸值大於300mg KOH/g時,存在顯影時曝光部也容易從基材上脫離的傾向,因而不優選。
所述(c)鹼可溶性樹脂的重均分子量優選為1,000~100,000,更
優選為1,500~30,000。重均分子量小於1,000時,曝光部的耐熱性或硬度等不足,因而不優選。重均分子量大於100,000時,存在未曝光部的顯影變困難的情況,因而不優選。另外,所述重均分子量可通過凝膠滲透色譜(GPC)法測定。作為一個例子,可使用HLC-8220GPC(TOSOH CORPORATION製造)作為GPC裝置,使用3根TSKgelHZM-M(TOSOH CORPORATION製造)作為色譜柱,將四氫呋喃作為洗脫液、在柱溫度40℃、流速0.3毫升/分鐘、RI檢測器、試樣注入濃度0.5質量%、注入量10微升的條件下,進行色譜分析,作為聚苯乙烯換算的重均分子量而求出。
此外,在聚合性組合物的全部固體成分中,(c)鹼可溶性樹脂的比例優選為10~70質量%,更優選為15~60質量%。所述比例小於10質量%時,顯影性不足,因而不優選。在所述比例大於70質量%時,圖案形狀的再現性及耐熱性下降,因而不優選。
另外,所述(c)鹼可溶性樹脂除了可使用在合成反應後對作為有效成分的鹼可溶性樹脂進行離析提純而得到的物質外,也可直接使用通過合成反應得到的反應溶液、其乾燥物等。
<其他成分>
還可以通過使用固化促進劑作為所述其他成分,在低溫下進行基於聚合性組合物的加熱的固化。作為固化促進劑,例如可使用胺化合物、硫脲化合物、2-巰基苯並咪唑類化合物、鄰磺醯苯甲醯亞胺、第四週期過渡金屬化合物等。固化促進劑可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
作為所述胺化合物,優選為叔胺,例如可列舉出N,N-二甲基苯胺、
N,N-二甲基甲苯胺、N,N-二乙基苯胺、N,N-雙(2-羥基乙基)-對甲苯胺、4-(二甲基氨基)苯甲酸乙酯、4-二甲基氨基苯甲酸(2-甲基丙烯醯氧基)乙酯等。
作為所述硫脲,例如可列舉出乙醯硫脲、N,N’-二丁基硫脲等。
作為所述2-巰基苯並咪唑類化合物,例如可列舉出2-巰基苯並咪唑、2-巰基甲基苯並咪唑、2-巰基甲氧基苯並咪唑等。
作為所述第四週期過渡金屬化合物,可由釩、鈷、銅等有機酸鹽或金屬螯合化合物中選擇,例如可列舉出辛酸鈷、環烷酸鈷、環烷酸銅、環烷酸釩、乙醯丙酮銅、乙醯丙酮錳、乙醯丙酮氧釩等。
所述固化促進劑優選在即將使用聚合性組合物之前添加。相對於100質量份(b)自由基聚合性化合物,固化促進劑的含量優選為0.1~20質量份,更優選為0.2~10質量份。
作為其他成分,可在聚合性組合物添加通常用於塗布劑或塗料、印刷油墨、光敏印刷版、黏合劑、彩色抗蝕劑或黑色抗蝕劑等各種光致抗蝕劑等用途的添加劑。作為添加劑,例如可列舉出增敏劑(異丙基噻噸酮、二乙基噻噸酮、4,4’-雙(二乙基氨基)二苯甲酮、9,10-二丁氧基蒽、香豆素、香豆素酮、吖啶橙、樟腦醌等)、阻聚劑(對甲氧基苯酚、氫醌、2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、吩噻嗪等)、紫外線吸收劑、紅外線吸收劑、光穩定劑、抗氧化劑、流平劑、表面調節劑、表面活性劑、增稠劑、消泡劑、黏合促進劑、增塑劑、環氧化合物、硫醇化合物、具有烯屬不飽和鍵的樹脂、飽和樹脂、著色染料、熒光染料、顏料(有機顏料、無機顏料)、碳類材料(碳纖維、碳黑、石墨、石墨化碳黑、活性碳、碳奈米管、富勒烯、石墨烯、碳微線圈、碳奈米角、碳氣凝膠
等)、金屬氧化物(氧化鈦、氧化銥、氧化鋅、氧化鋁、二氧化矽等)、金屬(銀、銅等)、無機化合物(玻璃粉末、層狀黏土礦物、雲母、滑石、碳酸鈣等)、分散劑、阻燃劑等。添加劑可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
所述添加劑的含量可根據使用目的而適當選擇,沒有特別限制,通常相對於100質量份(b)自由基聚合性化合物,優選為500質量份以下,更優選為100質量份以下。
為了改善黏度或塗布性、固化膜的平滑性,所述聚合性組合物中可進一步加入溶劑。溶劑只要能夠溶解或分散所述(a)聚合引發劑、所述(b)自由基聚合性化合物、所述(c)鹼可溶性樹脂、所述其他成分,且為在乾燥溫度下揮發的溶劑,則沒有特別限制。
作為所述溶劑,例如可列舉出水、醇類溶劑、卡必醇類溶劑、酯類溶劑、酮類溶劑、醚類溶劑、內酯類溶劑、不飽和烴類溶劑、乙酸溶纖劑類溶劑、卡必醇乙酸酯類溶劑或丙二醇單甲醚乙酸酯、二乙二醇二甲醚等。溶劑可單獨使用,也可同時使用兩種以上。
相對於100質量份聚合性組合物的固體成分,所述溶劑的使用量優選為10~1000質量份,更優選為20~500質量份。
<聚合性組合物的製備方法>
在製備所述聚合性組合物時,只要向收納容器內加入所述(a)聚合引發劑、所述(b)自由基聚合性化合物、根據需要而加入的所述(c)鹼可溶性樹脂或所述其他成分,並使用塗料振盪機(paint shaker)、珠磨機、砂磨機、球磨機、立式球磨機、雙輥輥軋機、三輥輥軋機等,通過常規方法使其溶
解或分散即可。此外,也可根據需要通過篩或膜濾器等進行過濾。
另外,在所述聚合性組合物的製備中,所述(a)聚合引發劑可在最初添加於聚合性組合物中,但當對聚合性組合物進行較長時間保存時,優選在即將使用之前將(a)聚合引發劑溶解或分散於含有(b)自由基聚合性化合物的組合物中。
<固化物的製備方法>
本發明的固化物由所述聚合性組合物形成。固化物的製備方法包括:在基板上塗布聚合性組合物後,對該聚合性組合物照射活性能量射線的作業、及對該聚合性組合物進行加熱的作業中的任意一個作業。此外,包括所述照射活性能量射線的作業與所述進行加熱的作業這兩者的作業也稱為雙重固化作業。
作為所述塗布方法,例如可列舉出旋塗法、棒塗法、噴塗法、浸塗法、澆塗法、狹縫塗布法、刮刀塗布法、凹版塗布法、絲網印刷法、膠版印刷法、噴墨印刷法、點膠機印刷法等各種方法。此外,所述基板例如可列舉出,玻璃、矽晶圓、金屬、塑料等的膜或片、及立體形狀的成型品等,基板的形狀沒有限制。
上述對聚合性組合物照射活性能量射線的作業,能夠通過照射電子束、紫外線、可見光、放射線等活性能量射線,使(a)聚合引發劑分解,使(b)自由基聚合性化合物聚合,從而得到固化物。
對於活性能量射線,優選活性能量射線的波長為250~450nm的光,從能夠迅速進行固化的角度出發,更優選為350~410nm的光。
作為所述照射光的光源,可使用低壓汞燈、高壓汞燈、超高壓汞燈、金鹵燈、紫外線無電極燈、發光二極管(LED)、氙弧燈、碳弧燈、日光、YAG雷射等固體雷射、半導體雷射、氬雷射等氣體雷射等。另外,在使用(a)聚合引發劑的吸收少的可見光至紅外光的光時,作為所述添加劑,可通過使用吸收該光的增敏劑來進行固化。
所述活性能量射線的曝光量應根據活性能量射線的波長或強度、聚合性組合物的組成進行適當設定。作為一個例子,UV-A區域的曝光量優選為10~5,000mJ/cm2,更優選為30~1,000mJ/cm2。另外,作為上述固化物的製備方法,在適用雙重固化作業,且在使用所述活性能量射線進行照射的作業之後進行加熱作業時,應以使(a)聚合引發劑不會因活性能量射線而完全分解的方式對曝光量進行適當設定。
上述加熱聚合性組合物的作業能夠通過以熱分解(a)聚合引發劑、並使(b)自由基聚合性化合物聚合從而得到固化物。
在所述加熱聚合性組合物的作業中,加熱的手法例如可列舉出加熱、通風加熱等。作為加熱的方式沒有特別限制,例如可列舉出烘箱、熱板、紅外線照射、電磁波照射等。此外,作為通風加熱的方式,例如可列舉出送風式乾燥烘箱等。
在所述加熱聚合性組合物的作業中,加熱溫度越高,(a)聚合引發劑的分解速度越快。然而,若分解速度過快,則存在(b)自由基聚合性化合物的分解殘渣增多的情況。另一方面,由於加熱溫度越低,(a)聚合引發劑的分解速度越慢,因此固化時需要長時間。因此,加熱溫度與加熱時間應根據所述聚合性組合物的組成進行適當設定。作為一個例子,加熱溫度優選為50~230
℃,更優選為100~160℃。此外,在將所述固化促進劑添加於所述聚合性組合物中時,加熱溫度可根據其種類或添加量在室溫~160℃中任意調節。另一方面,加熱時間優選為1~180分鐘,進一步優選為5~120分鐘。
作為所述固化物的製備方法而適用所述雙重固化作業時,特別是在使用活性能量射線照射聚合性組合物的作業後進行加熱作業,能夠有效地對以高濃度含有吸收或散射光的著色顏料的聚合組合物的塗膜的深部、或因光被遮擋而照射不到光的地方進行固化,因而優選。
此外,所述聚合組合物中含有所述溶劑時,所述固化物的製備方法可含有乾燥作業。特別是在基板上塗布聚合性組合物後,接著適用所述以活性能量射線進行照射的作業時,優選在該以活性能量射線進行照射的作業前設置乾燥作業。
在所述乾燥作業中,使溶劑乾燥的手法例如可列舉出加熱乾燥、通風加熱乾燥、減壓乾燥等。作為加熱乾燥的方式沒有特別限制,例如可列舉出烘箱、熱板、紅外線照射、電磁波照射等。此外,作為通風加熱乾燥的方式,例如可列舉出送風式乾燥烘箱等。
此外,在所述乾燥作業中,由於聚合性組合物的溫度因溶劑的蒸發潛熱而低於乾燥的設定溫度,因此能夠將聚合性組合物直至凝膠化的時間確保得較長。由於該直至凝膠化的時間還受到乾燥手法及膜厚等的影響,因此除溶劑的選擇以外,還應適當設定乾燥溫度與時間。作為一個例子,乾燥溫度優選為20~120℃,更優選為40~100℃。乾燥時間優選為1~60分鐘,更優選為1~30分鐘。此外,通過使用所述阻聚劑,也能夠將直至凝膠化的時間確保得較長。另外,所述三嗪過氧化物衍生物雖然因熱分解,但由於該化合物在80℃下加熱
5分鐘時的分解率為0.1%左右,因此只要在該程度的條件下,則聚合性組合物幾乎不會增稠或凝膠化。
所述聚合性組合物的乾燥膜厚(固化物的膜厚)可根據用途進行適當設定,優選為0.05~300μm,更優選為0.1~100μm。
<圖案形成方法>
所述聚合性組合物含有(c)鹼可溶性樹脂時,可通過光刻法形成圖案。以與上述相同的方式,在基材上塗布聚合性組合物,根據需要進行乾燥形成乾燥覆膜。然後,隔著掩膜對乾燥覆膜照射活性能量射線,由此,在曝光部(b)自由基聚合性化合物通過聚合成為固化膜。另一方面,也可以通過使用雷射的直接描畫,不隔著掩膜而製作高精度的圖案形狀。
在上述曝光後,例如可利用0.3~3質量%的碳酸鈉水溶液等鹼顯影液對未曝光部進行顯影去除,得到經圖案化的固化膜。進一步,以提高固化膜與基材的密著性等為目的,可進行180~250℃、20~90分鐘的後烘烤作為後乾燥。通過上述方式,可形成基於固化膜的所期望的圖案。
本發明的聚合性組合物可用於硬塗劑、光盤用塗劑、光纖用塗劑、移動終端用塗料、家電用塗料、化妝品容器用塗料、光學元件用內面反射防止塗料、高折射率塗劑及低折射率塗劑、隔熱塗劑、散熱塗劑、防霧劑等塗料及塗劑;膠版印刷油墨、凹版印刷油墨、絲網印刷油墨、噴墨印刷油墨、導電性油墨、絕緣性油墨、導光板用油墨等印刷油墨;光敏印刷版;奈米壓印材料;3D打印機用樹脂;全息記錄材料;牙科用材料;波導用材料;鏡片片材用黑條;電容器用印刷電路基板及電極材料;FPD用黏合劑、HDD用黏合劑、光拾取用
黏合劑、圖像傳感器用黏合劑、有機EL用密封劑、觸屏用OCA、觸屏用OCR等黏合劑及密封劑;彩色抗蝕劑、黑色抗蝕劑、彩色濾光片用保護膜、感光間隔物(photo spacer)、黑色間隔柱(black column spacer)、框抗蝕劑、TFT佈線用光致抗蝕劑、層間絕緣膜等FPD用抗蝕劑;液狀阻焊劑、乾膜抗蝕劑等印刷基板用抗蝕劑;半導體抗蝕劑、緩衝塗層等半導體用材料等各種用途,其用途沒有特別限制。
實施例
以下列舉實施例對本發明進行進一步詳細說明,但本發明並不僅限於這些實施例。
<實施例1~5>
(1)三嗪過氧化物衍生物的合成
[合成例1:化合物1的合成]
向20mL的茄型燒瓶中加入1.66g的離子交換水、0.553g(6.64mmol)的48質量%氫氧化鈉水溶液,在30℃以下緩慢加入了0.698g(5.31mmol)的69質量%叔丁基過氧化氫水溶液。在10℃下,以10分鐘向其中滴加0.500g的2,4-二氯-6-苯基-1,3,5-三嗪(2.21mmol,由NAMIKI SHOJI Co.,Ltd.購入)與1mL四氫呋喃的混合溶液,在20℃下反應了3.5小時。反應結束後添加10mL二氯甲烷,然後對水相進行了分液。用離子交換水清洗油相,在0℃下用無水硫酸鎂進行了乾燥。過濾後在減壓下對油相進行濃縮,得到了0.683g(收率92%)的本發明的化合物1。所得到的化合物1的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例2:化合物23的合成]
向經加熱乾燥的500mL的三口燒瓶中加入1.69g(69.5mmol)的鎂、57mL脫水四氫呋喃、催化劑量的碘,並在室溫下進行了攪拌。向其中滴加7.07g(50.7mmol)的1-溴萘與57mL脫水四氫呋喃的混合溶液後,使其回流攪拌。1小時後,將內溫冷卻至-60℃以下。以15分鐘滴加了另外製備的8.92g(48.4mmol)的氰脲醯氯與脫水四氫呋喃的混合溶液。然後用30分鐘提高至室溫,在水浴下進行了攪拌。在62小時後用冰浴冷卻反應液,加入1M鹽酸,用飽和碳酸氫鈉水溶液將pH調節至8。然後加入160mL離子交換水,用乙酸乙酯進行了提取。用飽和食鹽水對油相進行1次清洗後,使用硫酸鎂進行了脫水。過濾後在減壓下對油相進行濃縮,得到了14.6g粗產物。使用矽膠柱色譜法(正己烷/乙酸乙酯=1/1~1/3)對粗產物進行提純,得到了5.14g(收率38%)的2,4-二氯-6-(1-萘基)-1,3,5-三嗪。
向30mL的茄型燒瓶中加入0.815g的離子交換水、0.272g(3.26mmol)的48質量%氫氧化鈉水溶液,在30℃以下緩慢加入了0.343g(2.61mmol)的69質量%叔丁基過氧化氫水溶液。在10℃下,以10分鐘向其中滴加0.300g(1.09mmol)的2,4-二氯-6-(1-萘基)-1,3,5-三嗪與3mL四氫呋喃的混合溶液,在20℃反應了2小時。反應結束後,將反應溶液加入至50mL冰水中。過濾析出的結晶,用離子交換水清洗,在減壓下使其乾燥,以0.216g(收率52%)得到了本發明的化合物23。所得到的化合物23的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例3:化合物25的合成]
向300mL的茄型燒瓶中加入5.01g(31.7mmol)的1-甲氧基萘、
100mL脫水二氯甲烷、6.12g(33.2mmol)的氰脲醯氯,在冰浴下進行了攪拌。15分鐘後加入4.43g(33.2mmol)的氯化鋁,升溫至室溫。在1小時後向75mL的冰冷1M鹽酸中注入反應液,對水相進行了分液。用100mL飽和食鹽水清洗油相,使用無水硫酸鈉進行了脫水。過濾後進行減壓濃縮,得到了9.59g的黃色固體的粗產物。通過矽膠柱色譜法(正己烷/甲苯=4/1~1.5/1)對粗產物進行提純,得到了8.05g(收率83%)的2,4-二氯-6-(4-甲氧基-1-萘基)-1,3,5-三嗪。
向30mL的茄型燒瓶中加入0.245g的離子交換水、0.0817g(0.98mmol)的48質量%氫氧化鈉水溶液,在30℃以下緩慢加入了0.103g(0.78mmol)的69質量%叔丁基過氧化氫水溶液。在10℃下,以10分鐘向其中滴加0.100g(0.33mmol)的2,4-二氯-6-(4-甲氧基-1-萘基)-1,3,5-三嗪與2mL四氫呋喃的混合溶液,在20℃下反應了4小時。反應結束後添加50mL乙酸乙酯、50mL離子交換水,然後對水相進行了分液。用5%氫氧化鈉水溶液及離子交換水清洗油相,用無水硫酸鎂進行了乾燥。過濾後在減壓下對油相進行濃縮,得到了0.125g(收率93%)的本發明的化合物25。所得到的化合物25的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例4:化合物26的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為2-溴-6-甲氧基萘以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物26。所得到的化合物26的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例5:化合物31的合成]
除了將合成例1中記載的2,4-二氯-6-苯基-1,3,5-三嗪變更為2,4-
二氯-6-(4-乙氧基-1-萘基)-1,3,5-三嗪(Sigma-Aldrich試劑)以外,以合成例1中記載的方法為基準合成了本發明的化合物31。所得到的化合物31的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例6:化合物32的合成]
除了將合成例3中記載的69質量%叔丁基過氧化氫水溶液變更為85質量%叔戊基過氧化氫以外,以合成例3中記載的方法為基準合成了本發明的化合物32。所得到的化合物32的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例7:化合物33的合成]
除了將合成例1中記載的2,4-二氯-6-苯基-1,3,5-三嗪變更為2-(4-聯苯基)-4,6-二氯-1,3,5-三嗪(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.試劑)以外,以合成例1中记载的方法為基準合成了本發明的化合物33。所得到的化合物33的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例8:化合物35的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為4-溴-4’-甲氧基聯苯以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物35。所得到的化合物35的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例9:化合物37的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為4-溴-4’-甲氧基聯苯、以及將69質量%叔丁基過氧化氫水溶液變更為85質量%叔戊基過氧化氫以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物37。所得到的化合物37的
性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例10:化合物38的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為4-溴-4’-甲氧基聯苯、以及將69質量%叔丁基過氧化氫水溶液變更為90質量%叔己基過氧化氫以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物38。所得到的化合物38的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例11:化合物40的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為4-溴-4’-甲氧基聯苯、以及將69質量%叔丁基過氧化氫水溶液變更為80質量%過氧化氫異丙苯以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物40。所得到的化合物40的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例12:化合物41的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為4-溴均二苯乙烯以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物41。所得到的化合物41的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例13:化合物43的合成]
向100mL的茄型燒瓶中加入5.70g(10mmol)的氰脲醯氯、1.56g的反式苯基乙烯基硼酸(trans-phenyl vinyl boronic acid)(30mmol,Sigma-Aldrich試劑)、0.31g(0.4mmol)的双(三苯基膦)二氯化物、40mL甲苯,在室温下進行了搅拌。在0℃下滴加了10mL的8.68g(40mmol)磷酸三鉀的水溶液。滴加結束後,在室溫下進行了1小時的反應。反應結束後對水相進行了分液。用
飽和食鹽水對油相進行1次清洗後,使用硫酸鎂進行了脫水。過濾後,在減壓下對油相進行濃縮,得到了粗體。使用矽膠柱色譜法對粗體進行提純,得到了2.08g(收率78%)的2,4-二氯-6-(2-苯基乙烯基)-1,3,5-三嗪。
向20mL的茄型燒瓶中加入0.893g的離子交換水、0.298g(3.57mmol)的48質量%氫氧化鈉水溶液,在30℃以下緩慢加入了0.376g(2.86mmol)的69質量%叔丁基過氧化氫水溶液。在10℃下,以10分鐘滴加0.300g(1.19mmol)的2,4-二氯-6-(2-苯基乙烯基)-1,3,5-三嗪與3mL四氫呋喃的混合溶液,在20℃下反應了2小時。反應結束後添加50mL二氯甲烷、50mL離子交換水,然後對水相進行了分液。使用5%氫氧化鈉水溶液及離子交換水清洗油相,用無水硫酸鎂進行了乾燥。過濾後在減壓下濃縮油相,得到了0.308g(收率71%)的本發明的化合物43。所得到的化合物43的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例14:化合物44的合成]
除了將合成例2中記載的1-溴萘變更為對(2-溴)乙烯基苯甲醚以外,以合成例2中記載的方法為基準合成了本發明的化合物44。所得到的化合物44的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例15:化合物5的合成]
除了將合成例3中記載的1-甲氧基萘變更為苯甲醚以外,以合成例3中記載的方法為基準合成了本發明的化合物5。所得到的化合物5的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例16:化合物19的合成]
除了將合成例3中記載的1-甲氧基萘變更為二苯硫醚以外,以合成例3中記載的方法為基準合成了本發明的化合物19。所得到的化合物19的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
[合成例17:化合物48的合成]
除了將合成例3中記載的1-甲氧基萘變更為1-(2-乙基己基氧基)萘以外,以合成例3中記載的方法為基準合成了本發明的化合物48。所得到的化合物48的性狀、EI-MS及基於1H-NMR的分析結果示於表1及表2。
(2)UV吸收特性的評價
對於表1中記載的化合物的乙腈溶液,使用UV-VIS光譜測定裝置(1.0cm石英單元,Shimadzu Corporation制造,UV-2450),测定了波長200~600nm的UV-VIS光谱。其結果示於表3。
<比較例1~2>
此外,作為比較例,將化合物R1及化合物R2的結果示於表3。另外,化合物R1以日本特開昭第59-197401號公報中記載的制法為基準進行合成,通過EI-MS及1H-NMR進行了鑒定。化合物R2使用了Irgacure 184(BASF製造)。
表3中,λmax表示最大吸收波長(nm),εmax表示最大吸收波長處的莫耳吸光係數(L‧mol-1‧cm-1),ε313表示波長313nm處的莫耳吸光係數(L‧mol-1‧cm-1),ε365表示波長365nm處的莫耳吸光係數(L‧mol-1‧cm-1)。
通常,曝光波長處的光聚合引發劑的莫耳吸光係數越大,光越容易被吸收,越容易引起自由基的產生。即,為了光聚合引發劑的高靈敏度化,優選曝光波長處的莫耳吸光係數大的化合物。用於UV固化的超高壓汞燈或高壓汞燈以波長365nm(i線)作為主波長,有效地發出波長313nm(j線)等的光。由表3的結果可知,相較於二苯甲酮骨架的化合物R1,本發明的三嗪過氧化物衍生物在由高壓汞燈等發出的波長365nm處及波長313nm處的莫耳吸光係數大。進一步可知,雖然由LED發出的是波長365nm等的單一的光,但化合物25、化合物26、化合物31、化合物32、化合物35、化合物37、化合物38、化合物40、化合物41、化合物44、化合物19及化合物48的波長365nm的莫耳吸光係數大。
<實施例18~34、比較例3~5>
<聚合性組合物(A)~(C)的製備>
將表4所示的量的(b)自由基聚合性化合物、(c)鹼可溶性樹
脂、其他成分混合攪拌,添加(a)聚合引發劑並仔細攪拌,製備了實施例18~34及比較例3~5的聚合性組合物(A)~(C)。
上述表4中,DPHA表示二季戊四醇五丙烯酸酯及二季戊四醇六丙烯酸酯的混合物(商品名稱:ARONIX M-402,TOAGOSEI Co.,Ltd.製造);RD200表示甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸/環己基馬來醯亞胺(質量%:61/14/25)共聚物,重均分子量:17,000,酸值:90(合成品);EMK表示4,4’-双(二乙基氨基)二苯甲酮(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.试劑);F-477表示氟类流平劑(商品名稱:Megafac F-477,DIC
Corporation制造);PGMEA表示丙二醇單甲醚乙酸酯(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.試劑)。
(3)靈敏度的評價
使用旋塗機,將上述製備的聚合性組合物(A)塗布在鋁基板上。塗布後,在90℃的無塵烘箱中對鋁基板進行2.5分鐘乾燥處理,由此使溶劑乾燥,製作了厚度為1.5μm的均勻塗布膜。然後,使用以超高壓汞燈為光源的接近式曝光機,經由掩膜圖案,以10~1000mJ/cm2的範圍,進行了階段曝光。在23℃下將曝光後的鋁基板在1.0質量%的碳酸鈉水溶液中浸漬60秒,通過顯影去除了未曝光部。然後,用純水進行30秒清洗,得到了圖案形狀。以形成圖案形狀的最低曝光量作為“靈敏度”進行了評價。將各(a)聚合引發劑的評價結果示於表5。
由表5的結果明顯可知,相較於二苯甲酮骨架的化合物R1,化合物23、化合物25、化合物26、化合物31、化合物32、化合物33、化合物35、化合物37、化合物38、化合物40、化合物41、化合物43、化合物44、化合物
5、化合物19及化合物48的靈敏度高。推測由於這些化合物的波長365nm處及波長313nm處的莫耳吸光係數高,因此靈敏度高。此外,顯而易見的,通過在化合物1中同時使用增敏劑,靈敏度得到提高。推測由於來自化合物1的增敏劑的能量移動效率優異,因此靈敏度高。
<實施例35、比較例6>
<聚合性組合物(D)的製備>
將表6所示的量的(b)自由基聚合性化合物、固化促進劑混合攪拌,添加(a)聚合引發劑並仔細攪拌,製備了實施例29及比較例6的聚合性組合物(B)。
表6中,UV-3700B表示聚氨酯丙烯酸酯(商品名稱:紫光UV-3700B,The Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd.製造);
IBOA表示丙烯酸異冰片酯(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.試劑);THFA表示丙烯酸四氫糠基酯(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.試劑);TMPTA表示三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.試劑);DMT表示N,N-二甲基甲苯胺(Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.試劑)。
(4)雙重固化的固化特性的評價
使用塗布機,將上述製備的聚合性組合物(D)以50μm塗布在厚度為100μm的經易黏合處理的PET膜(商品名稱:Cosmo Shine A4300,TOYOBO Co.,Ltd.製造)上,將表面施加有黑色塗層的PET膜(波長365nm的透過率小於0.1%)設置於覆膜的一半的區域上。然後使用設置有高壓汞燈的傳送式UV照射裝置,進行了100mJ/cm2的照射。然後將其靜置於送風定溫恒溫機內,在90℃下進行了90分鐘的加熱。
在上述加熱後,去除施加有黑色塗層的PET膜,露出固化膜,通過衰減全反射紅外分光法(ATR-IR)測定了該固化膜部分的固化度(%)。此時,使用雙鍵基團的面內變形振動的吸收光譜(1410cm-1)及在曝光前後無變化的羰基的吸收光譜(1740cm-1)的峰面積,根據以下公式計算出了固化率(固化度)。其結果示於表7。
由表7的結果明顯可知,本發明的三嗪過氧化物衍生物及含有該化合物的聚合性組合物的特點在於,對光具有優異的靈敏度、並具有光固化性與熱固化性。
<實施例36~39、比較例7~8>
<聚合性組合物(E)的製備>
將表8所示的量的(b)自由基聚合性化合物、(c)鹼可溶性樹脂、其他成分混合攪拌,添加(a)聚合引發劑並仔細攪拌,製備了實施例36~39及比較例7~8的聚合性組合物(E)。此外,比較例的作為鹵代甲基三嗪衍生物的化合物R3及化合物R4使用了Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.的試劑。
(5)色相(b*值)的評價
使用旋塗機將上述製備的聚合性組合物(E)塗布在玻璃基板上。塗布後,在90℃的無塵烘箱中對玻璃基板進行2.5分鐘乾燥處理,從而乾燥溶劑,製作了厚度為1.5μm的均勻塗布膜。然後,使用設置有高壓汞燈的傳送式UV照射裝置,進行300mJ/cm2的照射,製作了試驗片。對得到的試驗片的固化度進行了測定,其結果,所有試驗片的固化度均為90%以上。對於得到的試驗片,使用分光測色計(CM-3500d,Konica Minolta,Inc.製造),根據JIS-Z-8722,使用透過法測定了L*、a*、b*表色系的值。將b*的值作為黃色度的指標進行評價,b*越小則黃色度越低。其結果示於表9。
由表9的結果明顯可知,由含有本發明的三嗪過氧化物衍生物的聚合性組合物形成的固化膜的特點在於黃色度低。
Claims (7)
- 一種三嗪過氧化物衍生物,其係為由通式(1)所表示的三嗪過氧化物衍生物,
- 如申請專利範圍第1項所述之三嗪過氧化物衍生物,其中通式(2) 中,R4為獨立的取代基,其表示碳原子數為1~8的烷基或通式(3):R5-Y-所表示的取代基,Y表示氧原子,R5表示在碳骨架中可具有醚鍵及末端羥基中的任意一個以上的碳原子數為1~8的烴基、或可具有烷基的碳原子數為6~9的芳香族烴基,或者R4表示通過鄰接的2個通式(3):R5-Y-而形成的5~6員環。
- 一種聚合性組合物,其含有:包含如申請專利範圍第1項或第2項所述之三嗪過氧化物衍生物的(a)聚合引發劑,及(b)自由基聚合性化合物。
- 如申請專利範圍第3項所述之聚合性組合物,其進一步含有(c)鹼可溶性樹脂。
- 一種固化物,其係由如申請專利範圍第3項或第4項所述之聚合性組合物形成。
- 一種如申請專利範圍第5項所述之固化物的製備方法,其包括使用一活性能量射線對該聚合性組合物進行一照射作業。
- 如申請專利範圍第6項所述之固化物的製備方法,其中在使用該活性能量射線進行該照射作業之後,進一步包括進行一加熱作業。
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