WO2024034385A1 - フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法 - Google Patents

フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法 Download PDF

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WO2024034385A1
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formula
represented
branched organopolysiloxane
phenolic hydroxyl
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PCT/JP2023/027141
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聞斌 梁
琢哉 小川
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ダウ・東レ株式会社
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/04Esters of silicic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/14Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C08G77/16Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups to hydroxyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04Polysiloxanes
    • C08G77/38Polysiloxanes modified by chemical after-treatment

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing alkali-soluble phenolic hydroxyl-containing branched organopolysiloxanes that are curable by actinic rays, such as high-energy radiation or electron beams.
  • the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane produced by the present invention has high solubility in alkaline aqueous solutions and good high-energy ray curability, so it exhibits excellent lithography performance and can be used as a resist material and requires patterning. It is suitable as an insulating material for electronic and electrical devices, in particular as a coating agent.
  • silicone resins Due to its high heat resistance and excellent chemical stability, silicone resins have been used as coating agents, potting agents, insulating materials, etc. for electronic and electrical devices. Among silicone resins, high-energy ray-curable silicone compositions have also been reported.
  • Touch panels are used in various display devices such as mobile devices, industrial equipment, and car navigation systems.
  • LEDs light emitting diodes
  • OLEDs organic EL devices
  • an insulating layer is usually placed between the light emitting part and the touch screen. Placed.
  • thin display devices such as OLEDs have a structure in which many functional thin layers are laminated.
  • studies have been made to improve the visibility of display devices by laminating insulating layers formed from high refractive index acrylate polymers and polyfunctional polymerizable monomers above and below a touch screen layer. (For example, Patent Documents 1 and 2)
  • Patent Document 3 discloses a resist composition containing an acrylic polymer having a phenol group and a specific acid generator and having good stability over time.
  • U.S. Pat. No. 5,020,001 discloses a resist composition consisting of a phenol-functional polysiloxane, which is the reaction product of a hydrogen-functional polysiloxane, an alkenyl-functional polysiloxane, and a specific diallyl compound.
  • a phenol-functional polysiloxane which is the reaction product of a hydrogen-functional polysiloxane, an alkenyl-functional polysiloxane, and a specific diallyl compound.
  • Patent Documents 5 and 6 disclose a phenol-functional polysilsesquioxane having a specific structure and a resist composition. Although these are alkali-soluble, there is a problem with their solubility.
  • Patent Document 7 discloses a photosensitive resin composition
  • a photosensitive resin composition comprising a mixture of a polysiloxane having an acetal-protected phenolic hydroxyl group and a polysiloxane having a cationic curable group and a phenolic hydroxyl group.
  • the composition here is also alkali-soluble, polysiloxanes containing only phenolic hydroxyl groups without cationic curable groups have not been studied.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, and is a process that includes a hydrosilylation reaction using an organopolysiloxane having a specific branched structure as a starting material to form an organic group containing a phenolic hydroxyl group on a silicon atom.
  • the present invention was completed based on the discovery that organopolysiloxanes having a specific branched structure, which may optionally further have a carboxylic acid-containing organic group, can be easily produced.
  • the present invention relates to a method for producing a phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane that has high solubility in aqueous alkaline solutions and good curability.
  • the method for curing the branched organopolysiloxane produced according to the present invention is not limited to high-energy ray irradiation, and any method that can cause the high-energy ray-curable functional group to cause a curing reaction can be used. It can also be cured using, for example, electron beam irradiation.
  • the production method according to the present invention comprises a step of subjecting a branched organopolysiloxane represented by the following average unit formula (1') to a hydrosilylation reaction.
  • This is a method for producing a branched organopolysiloxane containing a phenolic hydroxyl group.
  • the production method of the present invention comprises a silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane represented by the average unit formula (1');
  • step (I) the following formula (34) is present in the molecule obtained in step (I): (34)
  • R 1 is a divalent hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms
  • Z is the same group as above
  • k2 is the same number as above
  • * is a silicon atom on the organopolysiloxane.
  • the method may further include a step (II) of converting the functional group represented by the above formula (21) into the group M 1 represented by the formula (21).
  • the branched organopolysiloxane obtained in the step (II) and having a group M1 represented by the formula (21) in the molecule may further include a step (III) of converting a part of the group M 1 into the group M 2 represented by the above formula (22), which involves reacting more than one type of acid anhydride.
  • the number of silicon atoms in the molecule of the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane represented by the average unit formula (1') may be 50 or less, and the silicon atoms in the molecule may be 50 or less.
  • the number of atoms may range from 5 to 20.
  • a in the manufacturing method of the present invention, in the average unit formula (1'), a may be a number of 1 or more, and a, b, c, and d further satisfy the following condition: 0.5 ⁇ a The number may satisfy /(b+c+d) ⁇ 2.0.
  • the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane represented by the average unit formula (1') is Average unit formula (1-1'): (D 3 SiO 1/2 ) a (RSiO 3/2 ) c (1-1'), or average unit formula (1-2'): (D 3 SiO 1/ 2 ) a (SiO 4/2 ) d (1-2') (In these formulas, R and D are the same groups as above, and a, c, and d are numbers that satisfy the above conditions.) It may be an organopolysiloxane represented by
  • the present invention has good coating properties on substrates, and exhibits high solubility in alkaline aqueous solutions commonly used in the development process performed to form patterns of desired shapes. Unreacted/uncured organopolysiloxane and the curable composition containing it can be easily removed by a cleaning operation using an alkaline aqueous solution during the development process that involves irradiation with high-energy rays.
  • a method for producing with high efficiency a branched organopolysiloxane containing a phenolic hydroxyl group which has the excellent feature of being patternable.
  • the cured product formed from the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane branched organopolysiloxane obtained by the production method of the present invention has the advantage that it is optically transparent and can be designed with hardness etc. within a wide range. Therefore, it is useful as a resist material that uses short wavelength light sources, particularly EUV. It is also useful as a material for insulating layers for electronic devices, particularly thin display devices such as OLEDs, particularly as a patterning material and coating material.
  • the manufacturing method of the present invention will be explained in more detail below.
  • the branched organopolysiloxane obtained by the production method of the present invention can have at least one phenolic hydroxyl group and optionally a carboxyl group. Because of this property, it has high solubility in alkaline aqueous solutions commonly used as photolithography developers in the semiconductor industry.
  • alkali-soluble means that the formed coating film is soluble in a commonly used alkaline aqueous solution in the development process performed to form a pattern of a desired shape.
  • alkaline aqueous solutions basic aqueous solutions such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and quaternary ammonium salts are well known, but aqueous solutions of KOH and tetramethylammonium hydroxide (TMAH) are standard.
  • TMAH aqueous solution is widely used. In the present invention, it means being soluble in this alkaline aqueous solution.
  • soluble in an alkaline aqueous solution means that after coating the branched organopolysiloxane according to the present invention on a glass plate to a thickness of 0.5 ⁇ m, the coating film is coated with TMAH2. This means that when immersed in a 38% aqueous solution for 1 minute and then washed with water, the mass reduction rate of the coating film made of the organopolysiloxane is 90% by mass or more. When the mass reduction rate of the coating film made of polysiloxane is 95% by mass or more or 98% by mass or more, it has particularly excellent solubility in an aqueous alkaline solution.
  • a common method for applying organopolysiloxane onto a glass plate is spin coating, and when applying using an organic solvent, which will be described later, it is necessary to remove the organic solvent by drying or the like in advance.
  • the composition is mainly composed of an organopolysiloxane
  • the solubility of the high-energy beam-curable composition containing the organopolysiloxane according to the present invention in an aqueous alkali solution can be evaluated by the method described above.
  • the water washing process is performed for about 10 to 15 seconds by immersion in a water bath at about room temperature (25°C) or by running water at a flow rate similar to household tap water, so as not to adversely affect the formed pattern or the base material. It is common to wash with water.
  • the branched siloxane obtained by the production method of the present invention contains one or more siloxane units selected from the above-mentioned repeating units (A 3 SiO 1/2 ) and (A 2 SiO 2/2 ), Compared to organopolysiloxanes consisting only of silsesquioxane units, the solubility in alkaline aqueous solutions tends to be improved, and branched organopolysiloxanes containing these siloxane units can be extracted from the organopolysiloxanes by the method described above.
  • the method for producing the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention includes: Average unit formula (1') below: (D 3 SiO 1/2 ) a (D 2 SiO 2/2 ) b (RSiO 3/2 ) c (SiO 4/2 ) d (1')
  • R is a group selected from a hydrogen atom, an unsubstituted or fluorine-substituted monovalent hydrocarbon group, an alkoxy group, and a hydroxyl group
  • each D is independently the same group as R, and all At least one of D is a hydrogen atom
  • a, b, c, and d are numbers that satisfy the following conditions: 0 ⁇ a, 0 ⁇ b, 0 ⁇ (a+b), and 0 ⁇ (c+d)
  • R in the formula represents a hydrogen atom, an unsubstituted or fluorine-substituted monovalent hydrocarbon group, an alkoxy group, and It is a group selected from hydroxyl groups.
  • the unsubstituted or fluorine-substituted monovalent hydrocarbon group is preferably a group selected from unsubstituted or fluorine-substituted alkyl, cycloalkyl, arylalkyl, and aryl groups having 1 to 20 carbon atoms. It is.
  • alkyl group examples include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, sec-butyl, pentyl, hexyl, and octyl, with methyl and hexyl groups being particularly preferred.
  • cycloalkyl group examples include cyclopentyl and cyclohexyl.
  • arylalkyl group include benzyl and phenylethyl groups.
  • the aryl group examples include a phenyl group and a naphthyl group.
  • Examples of monovalent hydrocarbon groups substituted with fluorine include 3,3,3-trifluoropropyl, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl groups. However, 3,3,3-trifluoropropyl group is preferred.
  • Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and an isopropoxy group.
  • the functional groups D in the formula may each independently be the same group as R, but all At least one of D is a hydrogen atom.
  • the phenolic hydroxyl group-containing organic group represented by group M1 its precursor functional group, or the phenolic hydroxyl group-containing organic group is reacted with an acid anhydride on the group D, which is the hydrogen atom.
  • a carboxylic acid-containing organic group represented by the group M 2 obtained by is introduced. That is, the functional group D, which is a hydrogen atom in the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane represented by the average unit formula (1'), causes the The number of each modifying group is determined.
  • the group D other than hydrogen atoms and hydroxyl groups is preferably a group selected from unsubstituted or fluorine-substituted alkyl, cycloalkyl, arylalkyl, aryl, and alkoxy groups having 1 to 20 carbon atoms.
  • alkyl group include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, sec-butyl, pentyl, hexyl, and octyl, with methyl and hexyl groups being particularly preferred.
  • Examples of the cycloalkyl group include cyclopentyl and cyclohexyl.
  • Examples of the arylalkyl group include benzyl and phenylethyl groups.
  • Examples of the aryl group include a phenyl group and a naphthyl group.
  • Examples of monovalent hydrocarbon groups substituted with fluorine include 3,3,3-trifluoropropyl, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl groups. However, 3,3,3-trifluoropropyl group is preferred.
  • Examples of the alkoxy group include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, and isopropoxy group.
  • the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane represented by the above average unit formula (1') preferably has a silicon atom number of 50 or less, more preferably 20 or less, and 3 to 3. A range of 50, particularly preferably a range of 5 to 20.
  • a, b, c, and d are numbers that satisfy the following conditions: 0 ⁇ a, 0 ⁇ b, 0 ⁇ (a+b), and 0 ⁇ (c+d).
  • the phenolic hydroxyl group-containing organic group represented by group M1 its precursor functional group
  • a modified group such as a carboxylic acid-containing organic group represented by group M2 obtained by reacting the phenolic hydroxyl-containing organic group with an acid anhydride is introduced, a branched silicon-bonded hydrogen atom-containing raw material is introduced.
  • the final phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane has high energy ray curability, alkali solubility, and Surface tack after application to a substrate can be appropriately controlled.
  • at least one D on the (D 3 SiO 1/2 ) unit in the same molecule is a hydrogen atom.
  • the preferable range of the ratio a/c and a/d of the siloxane units constituting the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane is expressed by the above relational expression 0.5 ⁇ a/(b+c+d) ⁇ 2.0. can be applied. That is, 0.5 ⁇ a/c ⁇ 2.0 and 0.5 ⁇ a/d ⁇ 2.0.
  • the above-mentioned properties of the finally obtained branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl groups namely high energy ray curability, alkali solubility, and surface tack after application to the substrate, can be appropriately controlled. It becomes easier to do.
  • a specific example of the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane preferably used in the present invention preferably contains a monoorganosiloxy unit (D 3 SiO 1/2 ).
  • D 3 SiO 1/2 monoorganosiloxy unit
  • those having one or more structures selected from the following average unit formulas (1-1') and (1-2') are mentioned. That is, b in the above average unit formula (1') is preferably 0.
  • a more specific structure of the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane includes a polysiloxane consisting of the following structural units.
  • M is (Me 3 SiO 1/2 )
  • D is (Me 2 SiO 2/2 )
  • T is (MeSiO 3/2 )
  • Q is (SiO 4/2 )
  • D Ph is (MePhSiO 2/2 ), D Ph2 (Ph 2 SiO 2/2 ), T Ph (PhSiO 3/2 ), M H (Me 2 HSiO 1/2 ), D H (MeHSiO 2/2 ), T H represents (HSiO 3/2 ), Me represents a methyl group, and Ph represents a phenyl group.
  • MM H Q, M H Q, M H T Ph , MM H T Ph , M H DT Ph , M H T Ph Q are exemplified as preferred branched organopolysiloxanes, and M H Q, M H T Ph Particularly preferred are branched organopolysiloxanes.
  • the measured weight average molecular weight in terms of standard polystyrene is preferably 500 or more and 2,000 or less, more preferably 800 or more and 1,500 or less.
  • the production method according to the present invention comprises the above-mentioned silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane and a phenolic hydroxyl group-containing organic group represented by group M1 or a precursor functional group thereof.
  • the method includes a step of subjecting a phenol derivative having an unsaturated hydrocarbon group to a hydrosilylation reaction.
  • the compound to be hydrosilylated with the silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane is preferably a phenol derivative having a monovalent unsaturated hydrocarbon group.
  • the compound can be directly subjected to the hydrosilylation reaction, or the phenol group can be protected with an acid-dissociable group or the like.
  • an unsaturated hydrocarbon group-containing compound represented by the following formula (33).
  • R 6 is a monovalent unsaturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms
  • Z is a monovalent group represented by -OR 3
  • R 3 is an acid dissociable group
  • k2 is a number in the range of 1 to 3
  • examples of the monovalent unsaturated hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms include vinyl group, allyl group, 1-butenyl group, 1-pentenyl group, and 1-hexenyl group, and vinyl group and allyl group are preferable.
  • the acid-dissociable group R 3 refers to a group that easily decomposes in the presence of dilute acids such as acetic acid and formic acid to generate a hydroxyl group.
  • R 7 is a straight chain monovalent hydrocarbon group
  • R 8 OR 9 group
  • R 8 is a straight chain or Branched divalent hydrocarbon groups
  • R9 is a linear monovalent hydrocarbon group
  • trialkylsilyl groups are well known, specifically tertiary butyl groups, acetyl groups, methoxymethyl group, ethoxymethyl group, ethoxyethyl group, trimethylsilyl group, etc., and tert-butyl group and trimethylsilyl group are recommended groups.
  • platinum-based catalysts examples include platinum-based catalysts such as fine platinum powder, platinum black, fine platinum-supported silica powder, activated carbon supported on platinum, chloroplatinic acid, alcoholic solutions of chloroplatinic acid, platinum olefin complexes, and platinum alkenylsiloxane complexes. Compounds may be mentioned, and platinum alkenylsiloxane complexes are particularly preferred.
  • alkenylsiloxane examples include 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, 1,3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetravinylcyclotetrasiloxane, Examples include alkenylsiloxanes in which some of the methyl groups of these alkenylsiloxanes are substituted with ethyl groups, phenyl groups, etc., and alkenylsiloxanes in which the vinyl groups of these alkenylsiloxanes are substituted with allyl groups, hexenyl groups, etc.
  • 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane is preferred because the platinum-alkenylsiloxane complex containing it has good stability.
  • this complex may include 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, 1,3-diallyl-1,1, 3,3-tetramethyldisiloxane, 1,3-divinyl-1,3-dimethyl-1,3-diphenyldisiloxane, 1,3-divinyl-1,1,3,3-tetraphenyldisiloxane, 1, It is preferable to add a compound selected from alkenylsiloxanes such as 3,5,7-tetramethyl-1,3,5,7-tetravinylcyclotetrasiloxane, and organosiloxane oligomers such as dimethylsiloxane oli
  • the content of this catalyst varies depending on the structure of the catalyst, the alkenyl compound to be reacted, and the silicon-bonded hydrogen atom-containing organopolysiloxane, but usually the mass of metal atoms in this catalyst is based on the total amount of reaction substrates excluding the solvent.
  • the amount is in the range of 0.01 to 100 ppm in units, and it is particularly preferable to use an alkenylsiloxane complex of platinum so that the platinum content is preferably in the range of 1.0 to 20 ppm. Particularly preferred from the viewpoint of reaction rate and inhibition of coloring. If the amount of catalyst added is too small, the hydrosilylation reaction rate will be slow, while if the amount added is too large, it will cause coloring and be uneconomical.
  • the product can be filtered as necessary, and the organic solvent used can be distilled off as necessary, to isolate the target product, the branched organopolysiloxane. It is also possible to adopt a solvent substitution step in order to disperse in an organic solvent different from the used organic solvent.
  • the method for producing a phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention comprises producing a branched organopolysiloxane having a functional group represented by the following formula (34) in the molecule, obtained by the above step (I).
  • the method preferably includes a step of reacting with an acid compound (step (II)).
  • step (II) By converting at least a part of the group Z on the aromatic ring into a hydroxyl group (X) by the reaction in step (II), the functional group represented by formula (34) is converted to the functional group represented by formula (21). converted to the group M1 .
  • R 1 is a divalent hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms
  • Z is the above-mentioned group
  • k2 is a number in the range of 1 to 3
  • * is a divalent hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms. bonding site to the silicon atom
  • acid compounds examples include organic acids such as acetic acid, formic acid, citric acid, and para-toluenesulfonic acid, and inorganic acids such as dilute hydrochloric acid and dilute nitric acid. In either case, it is preferable to use water in a stoichiometric or higher amount.
  • the reaction conditions are also not particularly limited, but can be adjusted depending on the structure of the branched organopolysiloxane and acid compound used. Specifically, it is common to stir for 1 to 10 hours at a reaction temperature of about 100° C. from room temperature in the presence or absence of an organic solvent that serves to mix these reaction substrates and water. .
  • the product can be converted into the desired branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl groups through the steps of neutralization with a basic compound and washing after removing volatile components.
  • a basic compound used here, an inorganic base such as sodium hydrogen carbonate, an organic base such as ammonia, or a basic solid neutralizing agent can be used. If a solid neutralizer is used, a filtration step is required.
  • step (II) the following formula (21) is present in the molecule: (21) (In the formula, R 1 is a divalent hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms, X is a hydroxyl group, and Z is represented by -OR 3 (In the formula, R 3 is an acid dissociable group) m1 is a number in the range of 1 to 3, k is a number in the range of 0 to 3, * is the bonding site to the silicon atom on the organopolysiloxane) A group M 1 represented by is introduced.
  • R 1 is a linear or branched divalent hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms, and connects the functional group M 1 represented by formula (21) and the functional group M 2 represented by formula (22). It is the basis.
  • examples of R 1 include a methylene group, an ethylene group, a methylmethylene group, a propylene group, a methylethylene group, a butylene group, a hexylene group, and the like, with an ethylene group, a methylmethylene group, and a propylene group being preferred.
  • the substituent Z on the aromatic ring in the functional group M 1 represented by formula (21) and the functional group M 2 represented by formula (22) or the functional group Z in formula (4) is -OR 3 (in the formula , R 3 is an acid-dissociable group) and generates a hydroxyl group in the presence of a dilute acid. That is, Z is a hydroxyl group protected by an acid-dissociable group R3 .
  • R 3 is an acid-dissociable group, and refers to a group that easily decomposes in the presence of dilute acids such as acetic acid and formic acid to generate a hydroxyl group from the functional group Z.
  • m1 represents the number of hydroxyl groups (-X) on the aromatic ring in the functional group M1 represented by formula (21), and is a number in the range of 1 to 3, preferably 1 or 2.
  • k is the number of hydroxyl groups (-Z) protected by the acid-dissociable group R 3 in the functional group M 1 represented by formula (21) and the functional group M 2 represented by formula (22). is a number in the range of 0 to 3, preferably 0 or 1, and more preferably 0. That is, the functional group Z is an arbitrary functional group in the branched organopolysiloxane according to the present invention, and is preferably not included in the molecule. This is achieved in step (II) by converting all functional groups Z on the functional group represented by formula (34) into hydroxyl groups (X) by reaction with an acidic substance.
  • the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane according to the present invention may further optionally have a carboxylic acid-containing organic group, which is group M2 , and the carboxylic acid-containing organic group is preferably After step (II), the branched organopolysiloxane obtained in step (II) and having a group M1 represented by the formula (21) in the molecule is reacted with one or more acid anhydrides. It is preferable to obtain it by the step (III) of converting a part of the group M 1 into the group M 2 represented by the above formula (22).
  • dicarboxylic acid anhydrides are recommended. Specifically, succinic anhydride, butylsuccinic anhydride, nonylsuccinic anhydride, glutaric anhydride, 3,3-dimethylglutaric anhydride, adipic anhydride, phthalic anhydride, homophthalic anhydride, 4,4'- (4,4'-isopropylidene diphenoxy)diphthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, 3-nitrophthalic anhydride, 4-methylphthalic anhydride, 4-bromophthalic anhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride Acid anhydride, 3,3',4,4'-benzophenonetetracarboxylic anhydride, cis-4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, trimellitic anhydride, 4,4'-biphthalic anhydride
  • succinic anhydride glutaric anhydride
  • the reaction conditions are also not particularly limited, but can be adjusted depending on the structure of the branched organopolysiloxane having the group M 1 and the acid anhydride obtained in step (II). Specifically, it is common to stir for 0.5 to 10 hours at a reaction temperature of about room temperature to 100°C in the presence or absence of an organic solvent that has the role of mixing these reaction substrates. . This reaction proceeds by heating the substrate mixture, but a catalyst may be used to accelerate the reaction. Examples of effective catalysts include basic compounds, such as triethylamine, pyridine, N,N-dimethylaniline, tetramethylguanidine, 1,8-diazabicycloundecene, and 1,5-diazabicyclononene. Ru.
  • the catalyst can be used in an amount of 0.1 to 3.0% by mass based on the total amount of the substrate mixture.
  • the product is usually subjected to neutralization with a basic compound and washing steps to obtain the desired phenolic hydroxyl group- and carboxyl group-containing curable branched organopolysiloxane.
  • a basic compound such as sodium hydrogen carbonate, an organic base such as ammonia, or a basic solid neutralizing agent can be used.
  • solid neutralizers a filtration step is required.
  • the substituent Y on the aromatic ring in the functional group M 2 represented by formula (22) introduced in step (III) is a carboxylic acid-containing group represented by -W p -R 2 q -CO 2 H It is an organic group.
  • ester groups can be preferably used.
  • the linking group R 2 on the group Y is a straight chain, branched, or cyclic divalent hydrocarbon group having 2 to 12 carbon atoms, which may optionally contain an oxygen atom or a sulfur atom; a sulfur-containing straight chain, branched , or a cyclic divalent hydrocarbon group; an oxygen-containing linear, branched, or cyclic divalent hydrocarbon group. More specifically, a divalent group exemplified by the following structural formula (7) can be mentioned. Among these, divalent linking groups represented by 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6i, 6k, 6m, 6p, 6q, 6q, and 6s can be preferably used. (7) (In the formula, * represents the binding site)
  • the p is 0 or 1, but is preferably 1. Furthermore, q is 0 or 1, preferably 1
  • m2 represents the number of hydroxyl groups (-X) on the aromatic ring in the functional group M2 represented by formula (22), and is 0 or 1, but preferably 0.
  • n represents the number of carboxylic acid-containing organic groups that are substituents Y on the aromatic ring in the functional group M2 , and is a number in the range of 1 to 3, preferably 1. Note that k is as described above.
  • the functional group M 1 and the functional group M 2 in the entire molecule are The sum of the phenolic hydroxyl groups (X) is greater than the sum of the carboxylic acid-containing organic groups (Y) in the functional group M2 , that is, [the sum of the hydroxyl groups (X) in the groups M1 and M2 in the molecule It is desirable that the value of [sum of the amounts of substances]/[sum of the amounts of substances of the carboxylic acid-containing hydrophilic groups (Y) in the group M2 in the molecule] is 1 or more.
  • the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane produced in the present invention has a structure represented by the following average unit formula (1). At least one of all A's is M1 , and optionally, especially when produced through the above step (III), at least one of all A's is M1, and at least one of all A's is M1 .
  • the functional group J in the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention is a group containing an alcoholic hydroxyl group represented by the above formula (3).
  • Group X in formula (3) is a hydroxyl group as described above.
  • the linking group R 4 is a linear or branched divalent hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms, and specifically includes a methylene group, ethylene group, methylmethylene group, propylene group, methylethylene group, butylene group. , hexylene group, etc., but ethylene group, methylmethylene group, and propylene group are preferable.
  • the functional group J is an arbitrary structure of the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention, and does not need to be included in the molecule.
  • the functional group L in the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention is a hydroxyl group (-Z ).
  • R 4 and Z in formula (4) are the same groups as described above.
  • the functional group L is an arbitrary structure of the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention, and may not be included in the molecule, and is preferably not included.
  • the above functional group J or functional group L may be, for example, a silicon-bonded hydrogen atom-containing branched organopolysiloxane represented by the above-described average unit formula (1') and the following structural formula (3') or the following structure.
  • the unsaturated hydrocarbon group-containing compound represented by formula (4') can be introduced into the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention by subjecting it to a hydrosilylation reaction in step (I) or the like.
  • Formula (4'): R 6 -Z In the formula, R 6 and Z are the same groups as above)
  • the weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography in terms of standard polystyrene is preferably 1,000 or more and 3,000 or less, more preferably 1,500 or more and 3,000 or less, and 1,500 or more and 2,500 or less. Particularly preferred. Further, from the viewpoint of maintaining excellent alkali solubility, the molecular weight distribution is preferably 1.5 or less, particularly preferably 1.4 or less.
  • an organic solvent In the method for producing a phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention, the use of an organic solvent is optional, but an appropriate one may be used in consideration of the mutual miscibility of the reaction substrates and the dispersibility of the optionally used catalyst compound. It is preferred to use an appropriate amount of organic solvent.
  • Suitable examples of the organic solvent include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol mono-n-propyl ether, ethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, and diethylene glycol mono-n-butyl ether.
  • Ketones lactic acid alkyl esters such as methyl 2-hydroxypropionate and ethyl 2-hydroxypropionate; ethyl 2-hydroxy-2-methylpropionate, methyl 3-methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, 3 -Methyl ethoxypropionate, ethyl 3-ethoxypropionate, ethyl ethoxyacetate, ethyl hydroxyacetate, methyl 2-hydroxy-3-methylbutanoate, 3-methoxybutyl acetate, 3-methyl-3-methoxybutyl acetate, 3-methyl -3-Methoxybutyl propionate, ethyl acetate, n-propyl acetate, i-propyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, n-pentyl formate, i-pentyl acetate, n-butyl propionate, eth
  • organic solvent there is no limit to the amount of organic solvent used, but it is recommended to use an amount that provides a substrate concentration of 5 to 90% by mass, preferably 10 to 80% by mass.
  • the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane obtained by the production method of the present invention contains at least one phenolic hydroxyl group-containing organic group represented by M1 in the molecule, and has curing reactivity.
  • the curing reaction mechanism is not particularly limited as long as it involves a phenolic hydroxyl group, but is selected from condensation reactions, radical polymerization reactions, peroxide curing reactions, and high-energy ray curing reactions such as ultraviolet rays.
  • One type or two or more types of reactions can be exemplified, and it is possible to design a curable composition containing the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention. That is, it is possible to provide a method for producing a curable composition, which includes the production method of the present invention (for example, the above steps (I), (II), and optionally step (III), etc.).
  • the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention Since the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention has excellent alkali solubility and high energy ray curability, it can be particularly suitably used in high energy ray curable compositions.
  • a method for producing a high energy beam curable composition including a production method can be provided. More specifically, the high-energy ray-curable composition of the present invention contains at least the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane of the present invention and a photoacid generator necessary for curing, and optionally contains other components. But that's fine.
  • the high-energy ray-curable composition of the present invention contains the following four components.
  • Component (A) is the main component of the detailed invention.
  • the crosslinking agent may be added as needed when component (A) does not have a carboxylic acid-containing organic group, and may have any configuration. Further, the amount of the organic solvent used can be appropriately selected for the purpose of adjusting the coating properties of the composition.
  • curable composition according to the present invention (especially the high-energy ray-curable composition) can be obtained by mixing the component (A) obtained by the production method of the present invention and other components using mechanical force. Can be done.
  • a coating film of the curable composition was formed using a PGMEA solution (curable branched organopolysiloxane concentration: 20% by mass) of each curable composition in the same manner as above.
  • This coating film was irradiated with high-energy rays using a high-pressure mercury lamp (light intensity at 254 nm: 2000 mJ/cm2) to obtain a cured coating film.
  • High energy ray curability was determined based on the following criteria.
  • Example 1 Synthesis of curable branched organopolysiloxane (A-1) having phenolic hydroxyl groups Phenylsilsesquioxane capped with dimethylsiloxy group was placed in a 200 mL three-necked flask equipped with a thermometer and a nitrogen inlet tube.
  • Example 2 Synthesis of curable branched organopolysiloxane (A-2) having phenolic hydroxyl groups
  • silica capped with dimethylsiloxy groups sicon-bonded Hydrogen content: 0.97% by mass
  • t-butoxystyrene 54.3 g
  • platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex solution platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex solution (platinum amount : 4.5% by mass; amount of platinum metal 2 ppm based on the substrate) and heated at 70°C for 30 minutes and at 120°C for 2 hours.
  • Example 3 Synthesis of curable branched organopolysiloxane (A-3) having phenolic hydroxyl groups
  • silica capped with dimethylsiloxy groups silicon-bonded Hydrogen content: 0.97% by mass
  • O,O-bistrimethoxysilyl-4-vinylcatechol 36.7g
  • platinum(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetra A methyldisiloxane complex solution (platinum amount: 4.5% by mass; amount such that platinum metal is 2 ppm relative to the substrate) was charged and heated at 70°C for 30 minutes and at 120°C for 2 hours.
  • Example 4 Synthesis of branched organopolysiloxane (A-4) having a phenolic hydroxyl group and a carboxyl group-containing group
  • the product obtained in Example 1 was placed in a 200 mL three-necked flask equipped with a thermometer and a nitrogen inlet tube. 58.6 g of PGMEA, 7.2 g of succinic anhydride, and 0.12 g of tetramethylguanidine were charged, and the mixture was heated at 90° C. for 4 hours, and the completion of the reaction was confirmed. After cooling to room temperature, 3 g of Kyoward 700PL was added to neutralize the reaction system. A PGMEA solution of the product was obtained by filtering off the white solid.
  • Example 5 Synthesis of branched organopolysiloxane (A-5) having a phenolic hydroxyl group and a carboxyl group-containing group
  • the product obtained in Example 2 was placed in a 200 mL three-necked flask equipped with a thermometer and a nitrogen inlet tube. 41.6 g of PGMEA, 178 g of PGMEA, 1.7 g of succinic anhydride, and 0.03 g of tetramethylguanidine were charged, and the mixture was heated at 90° C. for 4 hours, and completion of the reaction was confirmed. After cooling to room temperature, 1.5 g of Kyoward 700PL was added to neutralize the reaction system.
  • A-1 Branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl group obtained in Synthesis Example 1
  • A-2 Branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl group obtained in Synthesis Example 2
  • A-3 Branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl group obtained in Synthesis Example 3
  • A-4 Branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl group and carboxyl group obtained in Synthesis
  • A-5 Branched organopolysiloxane containing phenolic hydroxyl group and carboxyl group obtained in Synthesis Example 5
  • Branched organopolysiloxane P-4 solid at room temperature with a similar average composition [Me 2 HSiO 1/2 ] 29.0 [SiO 4/2 ] 36.0 ): dimethylsiloxy used in Synthesis Example 2
  • *1:Evaluation is not possible because a solid coating film cannot be formed.
  • Curable branched organopolysiloxane A-3: Curable branched organopolysiloxane obtained in Example 3
  • A-5 Curable branched organopolysiloxane obtained in Example 5
  • P-1 ([Me 2 HSiO 1/2 ] 5 A branched organopolysiloxane photoacid generator that is solid at room temperature and has a structure of .0 [PhSiO 3/2 ] 15.0 ):
  • B-1 Tri-p-tolylsulfonium trifluoromethanesulfonate (TS-01; manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.)
  • Hardening agent C-1: Tetrakismethoxymethylglycoluril (Nicalac MX-270; manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.)
  • the coating film formed from the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane (including co-modified type) obtained by the production method of the present invention exhibits alkali solubility that can be used practically. Some of them (A-2 to A-5) showed particularly excellent alkali solubility. Note that all of the curable branched organopolysiloxanes according to comparative examples had poor alkali solubility or were insoluble in alkali, and could not be used for development with an aqueous alkaline solution.
  • a high-energy ray-curable organopolysiloxane composition (Evaluation Example 2 -4) had good high-energy ray curability. Furthermore, the cured coating film formed by high-energy ray irradiation was transparent and exhibited sufficiently high coating toughness.
  • branched polyorganosiloxane having no phenolic hydroxyl group (Comparative Evaluation Example 2) has poor alkali solubility and does not have curability, so it has been difficult to use it in the photopatterning process.
  • the phenolic hydroxyl group-containing branched organopolysiloxane obtained by the production method of the present invention and the curable composition containing the same as a main component, particularly the high-energy ray-curable composition, have excellent high-energy ray curability.
  • the organopolysiloxane and the like are particularly suitable as materials for forming insulating layers of display devices such as touch panels and displays, especially flexible displays, particularly as patterning materials, coating materials, and resist materials.

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Abstract

[課題]良好なアルカリ可溶性および硬化性(特に、高エネルギー線硬化性)を有する硬化反応性オルガノポリシロキサンの製造方法を提供する。 [解決手段]下記平均単位式(1´): (DSiO1/2)(DSiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2)(1´) (式中、Rは一価炭化水素基等であり、Dは各々独立してRと同様の基であり、全てのDのうち少なくとも一つは水素原子であり、a,b,c,及びdは次の条件:0≦a、0≦b、0<(a+b)、および0<(c+d)、を満たす数である。) で表される、分岐状オルガノポリシロキサンをヒドロシリル化反応させる工程を少なくとも有する、フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。本製造方法は、フェノール性水酸基含有有機基と酸無水物を反応させることにより、さらに、カルボン酸含有有機基を分子内に導入する工程を有してもよい。

Description

フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法
 本発明は、化学線(actinic rays)、例えば高エネルギー線又は電子線によって硬化可能な、アルカリ可溶性のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法に関する。本発明により製造されるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンは、アルカリ水溶液に対する高い可溶性と良好な高エネルギー線硬化性を有するため、優れたリソグラフィー性能を示し、レジスト材料として、また、パターニングを必要とする電子デバイス及び電気デバイスのための絶縁材料、特にコーティング剤として用いるための材料として適している。
 シリコーン樹脂はその高い耐熱性及び優れた化学安定性により、これまでにも電子デバイス及び電気デバイスのためのコーティング剤、ポッティング剤、及び絶縁材料等として用いられてきている。シリコーン樹脂のなかで、高エネルギー線硬化性シリコーン組成物についてもこれまでに報告されている。
 タッチパネルは、モバイルデバイス、産業機器、カーナビゲーション等の様々な表示装置に利用されている。その検知感度向上のためには、発光ダイオード(LED)、有機ELデバイス(OLED)等の発光部位からの電気的影響を抑制する必要があり、発光部とタッチスクリーンの間には通常絶縁層が配置される。一方、OLED等の薄型表示装置は、多くの機能性薄層が積層された構造を有している。近年、高屈折率のアクリレート系重合体および多官能重合性モノマーから形成される絶縁層を、タッチスクリーン層上下に積層させることにより、表示装置の視認性を向上させる検討がなされている。(例えば、特許文献1および2)
 フォトリソグラフィ技術の進歩は、半導体素子の製造におけるパターンの微細化を可能にしており、近年、その進捗は著しい。その微細化の手法としては、一般的に、使用する光源の短波長化が採用され、解像度が20nm以下の領域においては、電子線および極端紫外線(EUV)を使用したレジスト材料の検討が進められている。EUV使用技術においては、照射によるレジスト材料自身の励起が重要であり、フェノール基を有する高分子がEUV用レジスト材料として鋭意検討されている。特許文献3には、フェノール基を有するアクリル系ポリマーと特定の酸発生剤を含有する経時安定性が良好なレジスト組成物が開示されている。
 同様に、エッチング耐性に優れる特徴を生かし、シリコーン系レジスト材料も検討されている。特許文献4には、水素官能性ポリシロキサン、アルケニル官能性ポリシロキサン、および特定のジアリル化合物の反応生成物であるフェノール官能性ポリシロキサンからなるレジスト組成物が開示されている。しかしながら、直鎖状ポリシロキサン成分が多いため、生成物はアルカリ可溶性を示さない。また、特許文献5および6には、特定の構造を有するフェノール官能性ポリシルセスキオキサンおよびレジスト組成物が開示されている。これらは、アルカリ可溶性であるが、その溶解性に課題がある。さらに、特許文献7には、アセタール保護したフェノール性水酸基を有するポリシロキサンと、カチオン硬化性基およびフェノール性水酸基を有するポリシロキサンの混合物からなる感光性樹脂組成物が開示されている。ここでの組成物もアルカリ可溶性であるが、カチオン硬化性基を含まず、フェノール性水酸基のみ含有するポリシロキサンについては検討されていない。
 すなわち、フェノール官能性ポリシロキサンおよびそれを含有する高エネルギー線硬化性組成物は開示されているが、ポリシロキサン自体が、アルカリ水溶液に対する高い可溶性を有し、優れた高エネルギー線硬化性を示すような硬化性オルガノポリシロキサンおよびそのの製造方法は十分開示されているとは言い難い。
特開2013-140229号公報 特開2021-61056号公報 特開2017-227733号公報 特開2004-262952号公報 特開2016-212350号公報 特開2005-283991号公報 WO2016-52391号公報
上記のように、良好なアルカリ可溶性および硬化性(特に、高エネルギー線硬化性)を有する硬化反応性オルガノポリシロキサンの製造方法が今なお求められている。
 本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、特定の分岐構造を有するオルガノポリシロキサンを出発原料とするヒドロシリル化反応を含む工程により、ケイ素原子上にフェノール性水酸基含有有機基を有し、任意でさらにカルボン酸含有有機基を有してもよい、特定の分岐状構造を有するオルガノポリシロキサンを簡便に製造できることを発見して完成したものである。
 特に、本発明は、アルカリ水溶液に対して高い溶解性を有し、かつ、良好な硬化性を有するフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法に関するものである。なお、本発明により製造される分岐状オルガノポリシロキサンの硬化方法は、高エネルギー線照射に限定されず、この高エネルギー線硬化性官能基が硬化反応を起こすことができる任意の方法を用いることができ、たとえば電子線照射を用いて硬化させることもできる。
 具体的には、本発明にかかる製造方法は、下記平均単位式(1´)で表される分岐状オルガノポリシロキサンをヒドロシリル化反応させる工程を含んでなる、下記平均単位式(1)で表されるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法である。
下記平均単位式(1´):
(DSiO1/2)(DSiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2)(1´)
(式中、Rは水素原子、非置換又はフッ素で置換された一価炭化水素基、アルコキシ基、および水酸基から選ばれる基であり、Dは各々独立してRと同様の基であり、全てのDのうち少なくとも一つは水素原子であり、a,b,c,及びdは次の条件:0≦a、0≦b、0<(a+b)、および0<(c+d)、を満たす数である。)
平均単位式(1):
(ASiO1/2)(ASiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2) (1)
{式中、Rは前記同様の基であり、Aは各々独立して、Rと同様の基、
下記式(21):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 (21)
(式中、Rは炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは水酸基であり、Zは、―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、m1は1~3の範囲の数でありkは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される基M
下記式(22):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 (22)
(式中、R、XおよびZは前記同様の基であり、
Yは―W-R -COH(式中、WはO(C=O)基、NR(C=O)基、S(C=O)基から選ばれる二価の連結基であり、pは0または1であり、qは0または1であり、Rは、任意で酸素原子または硫黄原子を含有してもよい、炭素原子数2から12の直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基であり、Rは水素原子またはメチル基である)で表される一価の親水性基であり、
m2は0または1であり、nは1~3の範囲の数であり、kは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される基M
下記式(3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
(式中、Rは、炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは前記同様の基である)
で表される基J、および
下記式(4):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
(式中、RおよびZは、前記同様の基である)
で表される基L
から選ばれる1種類以上の基であり、全てのAのうち、少なくとも一つはMであり、a,b,c,及びdは前記の条件を満たす数である。}
 本発明の製造方法は、前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンと、
下記式(33):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 (33)
(式中、Rは、炭素数2~6の一価不飽和炭化水素基であり、Zは前記同様の基であり、k2は1~3の範囲の数である)
で表される不飽和炭化水素基含有化合物とをヒドロシリル化反応させる工程(I)を少なくとも有するものであってよい。
 本発明の製造方法は、前記の工程(I)の後、工程(I)により得られた、分子内に下記式(34):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
 (34)
(式中、Rは、炭素数2~6の二価炭化水素基であり、Zは前記同様の基であり、k2は前記同様の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される官能基を有する分岐状オルガノポリシロキサンと、1種類以上の酸性物質とを反応させ、基Zの少なくとも一部を水酸基(X)に変換することにより、式(34)で表される官能基を前記式(21)で表される基Mに変換する工程(II)をさらに有するものであってよい。
 本発明の製造方法は、前記の工程(II)の後、工程(II)により得られた、分子内に前記式(21)で表される基Mを有する分岐状オルガノポリシロキサンと、1種類以上の酸無水物を反応させる、基Mの一部を前記式(22)で表される基Mに変換する工程(III)をさらに有するものであってよい。
 本発明の製造方法において、前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンの分子内のケイ素原子数が50以下であってよく、分子内のケイ素原子数が5~20の範囲であってよい。
 本発明の製造方法において、前記の平均単位式(1´)において、aが1以上の数であってよく、さらに、a,b,c,及びdがさらに次の条件:0.5≦a/(b+c+d)≦2.0を満たす数であってよい。
 本発明の製造方法において、前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンは、
平均単位式(1―1´):(DSiO1/2)(RSiO3/2) (1-1´)、または
平均単位式(1―2´):(DSiO1/2)(SiO4/2) (1-2´)
(これらの式中、R,Dは前記同様の基であり、a,c,及びdは前記の条件を満たす数である。)
で表されるオルガノポリシロキサンであってよい。
 本発明により、基材に対する良好な塗工性を有し、所望の形状のパターンを形成するために行われる現像工程において、通常使用されるアルカリ水溶液に対して高い溶解性を示すため、選択的な高エネルギー線照射を伴う現像工程において未反応/未硬化のオルガノポリシロキサンおよびそれを含む硬化性組成物をアルカリ水溶液を用いる洗浄操作により容易に除去することができ、簡便な工程で高精度のパターニングが可能であるという優れた特徴を有する、フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンを高効率で製造する方法が提供される。特に、本発明の製造方法により得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン分岐状オルガノポリシロキサンから形成される硬化物は、光学的に透明で、硬さ等を幅広い範囲で設計できるという利点があるため、短波長光源、特にEUVを利用するレジスト材料として有用である。また、電子デバイス、特にOLED等の薄型表示装置用の絶縁層のための材料、特にパターニング材料、コーティング材料として有用である。
 以下、本発明の製造方法についてさらに詳細に説明する。
 本発明の製造方法により得られる分岐状オルガノポリシロキサンは、少なくとも一個のフェノール性水酸基および任意でカルボキシル基を有することができる。この特性のため、半導体産業におけるフォトリソグラフィー用現像液として一般的に使用される、アルカリ水溶液に対して高い溶解性を有する。
ここで、アルカリ可溶性とは、所望の形状のパターンを形成するために行われる現像工程において、形成された塗膜が、通常使用されるアルカリ水溶液に対して可溶であることを意味する。アルカリ水溶液としては水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、4級アンモニウム塩等の塩基性の水溶液が良く知られているが、KOHおよびテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の水溶液が標準的に使用され、特にTMAH水溶液が汎用される。本発明においては、このアルカリ水溶液に可溶であることを意味する。
 より具体的には、「アルカリ水溶液に可溶」とは、本発明にかかる分岐状オルガノポリシロキサンを厚さ0.5μmとなるようにガラス板上に塗布した後、当該塗膜をTMAHの2.38%水溶液に1分間浸漬後に水洗した場合、当該オルガノポリシロキサンからなる塗膜の質量減少率が90質量%以上であることを意味するものであり、特に、上記方法で評価したときにオルガノポリシロキサンからなる塗膜の質量減少率が95質量%以上または98質量%以上である場合、アルカリ水溶液への可溶性に特に優れるものである。なお、ガラス板上にオルガノポリシロキサンを塗布する方法はスピンコート等が一般的であり、後述する有機溶媒を用いて塗布した場合には、事前に乾燥等により有機溶媒を除去する必要がある。さらに、オルガノポリシロキサンを主とする組成物であれば、上記方法により本発明にかかるオルガノポリシロキサンを含む高エネルギー線硬化性組成物のアルカリ水溶液に対する溶解性を評価することができる。また、水洗工程は、形成されたパターニングや基材への悪影響を与えないように、室温(25℃)程度の水浴への浸漬または家庭用水道水程度の流速の流水により、10~15秒間程度の水洗を行うことが一般的である。
 なお、本発明の製造方法により得られる分岐状シロキサンは、先に述べた繰り返し単位(ASiO1/2)および(ASiO2/2)から選ばれる一種以上のシロキサン単位を含むため、シルセスキオキサン単位のみからなるオルガノポリシロキサンに比べて、アルカリ水溶液に対する可溶性がより改善される傾向があり、これらのシロキサン単位を含む分岐状オルガノポリシロキサンについて、前述の方法で当該オルガノポリシロキサンからなる塗膜のアルカリ水溶液に対する可溶性を評価した場合、塗膜の質量減少率が90質量%以上、好ましくは、98質量%以上となる、特に優れたアルカリ可溶性を有するオルガノポリシロキサンが得られる傾向がある。
 本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法は、
下記平均単位式(1´):
(DSiO1/2)(DSiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2)(1´)
(式中、Rは水素原子、非置換又はフッ素で置換された一価炭化水素基、アルコキシ基、および水酸基から選ばれる基であり、Dは各々独立してRと同様の基であり、全てのDのうち少なくとも一つは水素原子であり、a,b,c,及びdは次の条件:0≦a、0≦b、0<(a+b)、および0<(c+d)、を満たす数である。)
で表される、ケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンをヒドロシリル化反応させる工程を少なくとも有する、
下記平均単位式(1)で表される、フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法である。
平均単位式(1):
(ASiO1/2)(ASiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2) (1)
{式中、Rは前記同様の基であり、Aは各々独立して、Rと同様の基、
下記式(21):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
 (21)
(式中、Rは炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは水酸基であり、Zは、―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、m1は1~3の範囲の数でありkは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される基M
下記式(22):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 (22)
(式中、R、XおよびZは前記同様の基であり、
Yは―W-R -COH(式中、WはO(C=O)基、NR(C=O)基、S(C=O)基から選ばれる二価の連結基であり、pは0または1であり、qは0または1であり、Rは、任意で酸素原子または硫黄原子を含有してもよい、炭素原子数2から12の直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基であり、Rは水素原子またはメチル基である)で表される一価の親水性基であり、
m2は0または1であり、nは1~3の範囲の数であり、kは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
 平均単位式(1´)で表されるケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンにおいて、式中のRは、水素原子、非置換又はフッ素で置換された一価炭化水素基、アルコキシ基、および水酸基から選ばれる基である。非置換又はフッ素で置換された一価炭化水素基とは、好ましくは炭素原子数が1~20の非置換又はフッ素で置換されたアルキル、シクロアルキル、アリールアルキル、及びアリール基から選択される基である。前記のアルキル基としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、tert-ブチル、sec-ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチルなどの基が挙げられるが、メチル基、ヘキシル基が特に好ましい。前記シクロアルキル基としては、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。前記アリールアルキル基としては、ベンジル、フェニルエチル基などが挙げられる。前記アリール基としてはフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。フッ素で置換された一価炭化水素基の例としては、3,3,3-トリフルオロプロピル、3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロヘキシル基が挙げられるが、3,3,3-トリフルオロプロピル基が好ましい。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基が挙げられる。
 また、平均単位式(1´)で表されるケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンにおいて、式中の官能基Dは、各々独立してRと同様の基であってよいが、全てのDのうち、少なくとも1つは水素原子である。後述するヒドロシリル化反応により、当該水素原子である基Dに、基Mで表されるフェノール性水酸基含有有機基、その前駆体官能基または当該フェノール性水酸基含有有機基を酸無水物と反応させて得られる基Mで表されるカルボン酸含有有機基が導入される。すなわち、平均単位式(1´)で表されるケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサン中の水素原子である官能基Dにより、最終的に得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン中の各変性基の数が決定される。
 水素原子および水酸基以外の基Dとしては、好ましくは炭素原子数が1~20の非置換又はフッ素で置換されたアルキル、シクロアルキル、アリールアルキル、アリール基、およびアルコキシ基から選択される基である。前記のアルキル基としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、tert-ブチル、sec-ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチルなどの基が挙げられるが、メチル基、ヘキシル基が特に好ましい。前記シクロアルキル基としては、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。前記アリールアルキル基としては、ベンジル、フェニルエチル基などが挙げられる。前記アリール基としてはフェニル基、ナフチル基などが挙げられる。フッ素で置換された一価炭化水素基の例としては、3,3,3-トリフルオロプロピル、3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロヘキシル基が挙げられるが、3,3,3-トリフルオロプロピル基が好ましい。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基が挙げられる。
 前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンは、そのケイ素原子数が50以下であることが好ましく、20以下であることがより好ましく、3~50の範囲、5~20の範囲であることが特に好ましい。当該ケイ素原子数を少なくするほど、分岐状オルガノポリシロキサンの組成分布、分子量分布を小さくすることができるため、当該ケイ素原子数の範囲であれば、当該分岐状オルガノポリシロキサンを出発原料として、本発明の製造方法により得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンは、硬化性組成物の全体粘度を抑制し、塗工性およびリソグラフィ特性を改善されるためである。
 前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンにおいて、各構成単位の比率については大きな制限はないが、aおよびbの内の少なくとも一方は0ではない。同様にcおよびdの内の少なくとも一方は0ではない。従って、a,b,c,及びdは次の条件:0≦a、0≦b、0<(a+b)、および0<(c+d)、を満たす数である。
 ここで、上記の通り、ケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサン上の水素原子である官能基D上には、基Mで表されるフェノール性水酸基含有有機基、その前駆体官能基または当該フェノール性水酸基含有有機基を酸無水物と反応させて得られる基Mで表されるカルボン酸含有有機基等の変性基が導入されるため、原料であるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンのa、b、c、d、の値を適切な範囲に設定することにより、最終的に得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの高エネルギー線硬化性、アルカリ可溶性、および基材への塗布後の表面タックを適切に制御することができる。ただし、これらの特性をバランスよく保持するためには、a、b、c、dの値を以下の式を満足させるように設定することが望ましい。
0.5≦a/(b+c+d)≦2.0
ここで、bは、(DSiO2/2)単位の数であるが、b=0であってもよい。この場合、同一分子内における(DSiO1/2)単位上の少なくとも1個のDは、水素原子である。
 さらに、ケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンを構成するシロキサン単位の比率a/cおよびa/dの好ましい範囲については、前記の関係式0.5≦a/(b+c+d)≦2.0を適用できる。すなわち、0.5≦a/c≦2.0および0.5≦a/d≦2.0である。これらの範囲内においては、最終的に得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの前記した特性、すなわち高エネルギー線硬化性、アルカリ可溶性、および基材への塗布後の表面タックを適切に制御することが容易になる。
 本発明で好ましく用いられるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンの具体例としては、モノオルガノシロキシ単位(DSiO1/2)を含むことが好ましい。特に、以下の平均単位式(1―1´)および(1―2´)から選択される一種以上の構造を有するものが挙げられる。すなわち、上記平均単位式(1´)におけるbは0であることが好ましい。
平均単位式(1―1´):(DSiO1/2)(RSiO3/2) (1-1´)、または
平均単位式(1―2´):(DSiO1/2)(SiO4/2) (1-2´)
(これらの式中、R,Dは前記同様の基であり、a,c,及びdは前記の条件を満たす数である。)
 ケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンのさらに具体的な構造としては、以下の構造単位からなるポリシロキサンが挙げられる。ここで、Mは(MeSiO1/2)を、Dは(MeSiO2/2)を、Tは(MeSiO3/2)を、Qは(SiO4/2)を、DPhは(MePhSiO2/2)を、DPh2は(PhSiO2/2)を、TPhは(PhSiO3/2)を、Mは(MeHSiO1/2)を、Dは(MeHSiO2/2)を、Tは(HSiO3/2)を表し、Meはメチル基を、Phはフェニル基を表す。
MMQ,MQ、MDQ,MTQ,MDQ,MDDQ,MQ,MDTQ,MQ,MPh,MMPh,MDTPh,MPhPh,MPh,MPhQ,MTTPh,MDTTPh,MPh2T,MDDPh2
 中でも、MMQ,MQ,MPh,MMPh,MDTPh,MPhQが好ましい分岐状オルガノポリシロキサンとして例示され、MQ,MPhが特に好ましい分岐状オルガノポリシロキサンである。
 ケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンの分子量については、特に制限は無いが、最終的に得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの性状、分子量を考慮すると、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法で測定した、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量で500以上2,000以下が好ましく、800以上1,500以下の範囲であることがより好ましい。
[工程(I)]
好適には、本発明に係る製造方法は、前記のケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンと、基Mで表されるフェノール性水酸基含有有機基またはその前駆体官能基を与えるための一価不飽和炭化水素基を有するフェノール誘導体をヒドロシリル化反応させる工程を有する。
 当該工程(I)において、前記のケイ素結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンとヒドロシリル化反応させる化合物は、一価不飽和炭化水素基を有するフェノール誘導体が好ましい。ここで、当該化合物は、そのままヒドロシリル化反応に供することもできるし、フェノール基を酸解離性基等で保護して使用することもできる。本発明においては、副反応抑制の観点から、酸解離性基等で保護したフェノール基をヒドロシリル化反応に供することが好ましい。具体的には、下記式(33)で表される不飽和炭化水素基含有化合物を使用することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
 (33)
(式中、Rは、炭素数2から6の一価不飽和炭化水素基であり、Zは―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、k2は1~3の範囲の数である)
 ここで炭素数2から6の一価不飽和炭化水素基としては、ビニル基、アリル基、1-ブテニル基、1-ペンテニル基、1-ヘキセニル基が挙げられるが、ビニル基、アリル基が好ましく使用できる。酸解離性基Rは、希酸、例えば酢酸およびギ酸、の存在下で容易に分解し、水酸基を生成する基を指す。直鎖状あるいは分岐状の炭化水素基、―(C=O)-R(Rは直鎖状の一価炭化水素基)基、―ROR基(Rは直鎖状または分岐状の二価炭化水素基。Rは直鎖状の一価炭化水素基)、およびトリアルキルシリル基が良く知られており、具体的には、ターシャリーブチル基、アセチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基、トリメチルシリル基等が挙げられるが、ターシャリーブチル基およびトリメチルシリル基が推奨される基である。
 ヒドロシリル化反応の条件については、特に制限はないが、希釈剤としての有機溶媒の存在下もしくは、非存在下、室温から150℃程度の反応温度において、0.5~10時間攪拌することが一般的である。その際、反応を加速させるために触媒を使用することが推奨され、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒、ニッケル系触媒、イリジウム系触媒、ルテニウム系触媒、及び鉄系触媒が挙げられ、白金系触媒が好ましい。白金系触媒としては、例えば、白金微粉末、白金黒、白金担持シリカ微粉末、白金担持活性炭、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体等の白金系化合物が挙げられ、特に白金のアルケニルシロキサン錯体が好ましい。このアルケニルシロキサンとしては、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン、これらのアルケニルシロキサンのメチル基の一部をエチル基、フェニル基等で置換したアルケニルシロキサン、これらのアルケニルシロキサンのビニル基をアリル基、ヘキセニル基等で置換したアルケニルシロキサンが例として挙げられる。特に、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンが、それを含む白金-アルケニルシロキサン錯体の安定性が良好であることから好ましい。また、白金-アルケニルシロキサン錯体の安定性を向上させることができることから、この錯体に1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3-ジアリル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3-ジビニル-1,3-ジメチル-1,3-ジフェニルジシロキサン、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラフェニルジシロキサン、1,3,5,7-テトラメチル-1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン等のアルケニルシロキサン、ジメチルシロキサンオリゴマー等のオルガノシロキサンオリゴマーから選択される化合物を添加することが好ましく、特に、アルケニルシロキサンを白金錯体に添加することが好ましい。
 この触媒の含有量は、触媒の構造及び反応させるアルケニル化合物、ケイ素結合水素原子含有オルガノポリシロキサンによって異なるが、通常は溶媒を除いた反応基質の全量に対して、この触媒中の金属原子が質量単位で0.01~100ppmの範囲内となる量であり、特に白金のアルケニルシロキサン錯体を用いて、白金含有量を好ましくは1.0~20ppmの範囲内となる量とすることが、良好な反応速度および着色抑制の見地から特に好ましい。触媒の添加量が少なすぎると、ヒドロシリル化反応速度が遅くなり、一方、その添加量が多すぎると、着色の原因となるほか、不経済である。
 ヒドロシリル化反応の終了を確認した生成物は、必要に応じて行うろ過、必要に応じて使用した有機溶媒の留去を経て、目的物である分岐状オルガノポリシロキサンを単離することができる。使用した有機溶媒と異なる有機溶媒に分散させるため、溶媒置換の工程を採ることも可能である。
[工程(II)]
 本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法は、前記の工程(I)により得られた、分子内に下記式(34)で表される官能基を有する分岐状オルガノポリシロキサンを、酸化合物と反応させる工程(工程(II))を含んでなることが好ましい。当該工程(II)における反応により、芳香環上の基Zの少なくとも一部を水酸基(X)に変換することにより、式(34)で表される官能基が前記式(21)で表される基Mに変換される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 (34)
(式中、Rは、炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Zは、前記の基であり、k2は1~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
 ここで使用できる酸化合物としては、酢酸、ギ酸、クエン酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸、希塩酸、希硝酸等の無機酸が挙げられる。いずれの場合でも、化学量論以上の水と共に使用することが好ましい。
 反応の条件も特に制限はないが、使用する分岐状オルガノポリシロキサンおよび酸化合物の構造によって調整することができる。具体的には、これらの反応基質および水を混和させる役割を有する有機溶媒の存在下もしくは、非存在下、室温から100℃程度の反応温度において、1~10時間攪拌することが一般的である。
 所望の反応の終了を確認した生成物は、揮発成分を除去した後、通常、塩基性化合物による中和、洗浄の工程を経て、目的とするフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンとすることができる。ここで使用する塩基性化合物としては、炭酸水素ナトリウム等の無機塩基、アンモニア等の有機塩基、もしくは塩基性の固体中和剤が適用可能である。固体中和剤を使用する場合、ろ過の工程が必要となる。
当該工程(II)により、分子内には、下記式(21):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 (21)
(式中、Rは炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは水酸基であり、Zは、―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、m1は1~3の範囲の数でありkは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される基Mが導入される。
 Rは炭素数2から6の直鎖状または分岐状二価炭化水素基であり、式(21)で表される官能基Mおよび式(22)で表される官能基Mの連結基である。具体的には、Rとして、メチレン基、エチレン基、メチルメチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等が例示できるが、エチレン基、メチルメチレン基、プロピレン基が好ましい。
 式(21)で表される官能基Mおよび式(22)で表される官能基Mにおける芳香環上の置換基Zまたは式(4)における官能基Zは、―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、希酸の存在下で水酸基を生成する。すなわち、Zは酸解離性基Rにより保護された水酸基である。
ここで、Rは、酸解離性基であり、希酸、例えば酢酸およびギ酸、の存在下で容易に分解し、官能基Zから水酸基を生成する基を指す。具体的には、Rは直鎖状あるいは分岐状の炭化水素基、―(C=O)-R31(R31は直鎖状の一価炭化水素基)基、―R32OR33基(R32は直鎖状または分岐状の二価炭化水素基。R33は直鎖状の一価炭化水素基)、およびトリアルキルシリル基であってよく、より具体的には、ターシャリー(tert-)ブチル基、アセチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基、トリメチルシリル基等が挙げられるが、ターシャリー(tert-)ブチル基およびトリメチルシリル基を好ましく使用できる。
 m1は、式(21)で表される官能基Mにおける芳香環上の水酸基(-X)の数を表し、1~3の範囲の数であり、1または2が好ましい。
 kは、式(21)で表される官能基Mおよび式(22)で表される官能基Mにおける、前記の酸解離性基Rにより保護された水酸基(-Z)の数を表し、0~3の範囲の数であり、0または1が好ましく、0であることがより好ましい。すなわち、官能基Zは、本発明に係る分岐状オルガノポリシロキサンにおける任意の官能基であり、分子中に含まれないことが好ましい。これは、工程(II)において、式(34)で表される官能基上の全ての官能基Zを酸性物質との反応により、水酸基(X)に変換することで達成される。
[工程(III)]
 本発明にかかるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンは、さらに、任意で、基Mであるカルボン酸含有有機基を有してもよく、当該カルボン酸含有有機基は、好適には、前記の工程(II)の後、工程(II)により得られた、分子内に前記式(21)で表される基Mを有する分岐状オルガノポリシロキサンと、1種類以上の酸無水物を反応させる、基Mの一部を前記式(22)で表される基Mに変換する工程(III)により得ることが好ましい。
 工程(III)における酸無水物としては、ジカルボン酸の無水物が推奨される。具体的には、無水コハク酸、ブチルコハク酸無水物、ノニルコハク酸無水物、無水グルタル酸、3,3-ジメチル無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水フタル酸、ホモフタル酸無水物、4,4’―(4,4’―イソプロピリデンジフェノキシ)ジフタル酸無水物、テトラクロロフタル酸無水物、3-ニトロフタル酸無水物、4-メチルフタル酸無水物、4-ブロモフタル酸無水物、4,4’―オキシジフタル酸無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、cis-4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、トリメリット酸無水物、4,4’-ビフタル酸無水物等が挙げられるが、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、ホモフタル酸無水物が好ましく使用できる。
 反応の条件も特に制限はないが、工程(II)により得られた、基Mを有する分岐状オルガノポリシロキサンおよび酸無水物の構造によって調整することができる。具体的には、これらの反応基質を混和させる役割を有する有機溶媒の存在下もしくは、非存在下、室温から100℃程度の反応温度において、0.5~10時間攪拌することが一般的である。この反応は、基質混合物を加熱することにより進行するが、反応を加速させるために、触媒を使用しても良い。有効な触媒としては、塩基性化合物が挙げられ、トリエチルアミン、ピリジン、N,N-ジメチルアニリン、テトラメチルグアニジン、1,8-ジアザビシクロウンデセン、1,5-ジアザビシクロノネン等が例示される。基質混合物全量に対し、0.1~3.0質量%の触媒を適宜使用することができる。
 所望の反応の終了を確認した生成物は、通常、塩基性化合物による中和、洗浄の工程を経て、目的とするフェノール性水酸基およびカルボキシル基含有硬化性分岐状オルガノポリシロキサンとすることができる。ここで使用する塩基性化合物としては、前記と同様、炭酸水素ナトリウム等の無機塩基、アンモニア等の有機塩基、もしくは塩基性の固体中和剤が適用可能である。固体中和剤を使用する場合、ろ過の工程が必要となる。
 当該工程(III)により導入される、式(22)で表される官能基Mにおける芳香環上の置換基Yは、―W-R -COHで表されるカルボン酸含有有機基である。式中の、基Y上のWは、ヘテロ原子を含有する二価の連結基であり、エステル基:O(C=O)、アミド基:NR(C=O)(ここで、Rは水素原子またはメチル基である)、チオエステル基:S(C=O)から選ばれる基である。本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンにおいては、エステル基が好ましく使用できる。
 基Y上の連結基Rは、任意で酸素原子または硫黄原子を含有してもよい、炭素原子数2から12の直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基;含硫黄直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基;含酸素直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基である。より具体的には、下記構造式(7)に例示される二価の基が挙げられる。中でも、6a,6b,6c,6d,6e,6i,6k,6m,6p,6q、6q、6sで表される二価の連結基が好ましく使用できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 (7)
(式中、*は結合部位を表す)
 基Yにおいて、前記pは0または1であるが、1であることが好ましい。更に、qは0または1であるが、1であることが好ましい
 m2は、式(22)で表される官能基Mにおける芳香環上の水酸基(-X)の数を表し、0または1であるが、0であることが好ましい。また、nは官能基Mにおける芳香環上の置換基Yであるカルボン酸含有有機基の数を表し、1~3の範囲の数であり、1であることが好ましい。なお、kについては前記の通りである。
 本発明にかかるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンが官能基Mを有する場合、高エネルギー線に対する良好な硬化性を実現する見地から、分子全体における官能基Mおよび官能基M中のフェノール性水酸基(X)の和が、官能基M中のカルボン酸含有有機基(Y)の和よりも多い、すなわち、[分子内の基Mおよび基M中の水酸基(X)の物質量の和]/[分子内の基M中のカルボン酸含有親水性基(Y)の物質量の和]の値が1以上であることが望ましい。
[フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン]
 本発明で製造されるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンは、下記の平均単位式(1)で表される構造を有する。全てのAのうち、少なくとも一つはMであり、任意、特に上記の工程(III)を経て製造される場合には、全てのAのうち、少なくとも一つはMであり、少なくとも1つはMでありフェノール性水酸基含有有機基およびカルボ酸含有有機基を併有する共変性型の分岐状オルガノポリシロキサンであってもよく、かつ、好ましい。
平均単位式(1):
(ASiO1/2)(ASiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2) (1)
{式中、Rは前記同様の基であり、Aは各々独立して、Rと同様の基、
下記式(21):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 (21)
(式中、Rは炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは水酸基であり、Zは、―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、m1は1~3の範囲の数でありkは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される基M
下記式(22):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 (22)
(式中、R、XおよびZは前記同様の基であり、
Yは―W-R -COH(式中、WはO(C=O)基、NR(C=O)基、S(C=O)基から選ばれる二価の連結基であり、pは0または1であり、qは0または1であり、Rは、任意で酸素原子または硫黄原子を含有してもよい、炭素原子数2から12の直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基であり、Rは水素原子またはメチル基である)で表される一価の親水性基であり、
m2は0または1であり、nは1~3の範囲の数であり、kは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
で表される基M
下記式(3):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
(式中、Rは、炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは前記同様の基である)
で表される基J、および
下記式(4):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
(式中、RおよびZは、前記同様の基である)
で表される基L
から選ばれる1種類以上の基であり、全てのAのうち、少なくとも一つはMであり、a,b,c,及びdは前記の条件を満たす数である。}
本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンにおける官能基Jは、上記式(3)で表されるアルコール性水酸基を含む基である。式(3)における基Xは、前記同様に、水酸基である。連結基Rは、炭素数2から6の直鎖状または分岐状二価炭化水素基であり、具体的には、メチレン基、エチレン基、メチルメチレン基、プロピレン基、メチルエチレン基、ブチレン基、ヘキシレン基等が例示できるが、エチレン基、メチルメチレン基、プロピレン基が好ましい。官能基Jは、本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの任意の構成であり、分子中に含まれなくても良い。
本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンにおける官能基Lは、上記式(4)で表される、連結基Rを介して、酸解離性基Rにより保護された水酸基(-Z)を含む基である。ここで、式(4)におけるRおよびZは、前記同様の基である。官能基Lは、本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの任意の構成であり、分子中に含まれなくても良く、含まれないことが好ましい。
[任意の工程]
上記の官能基Jまたは官能基Lは、例えば、先に説明した平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンと下記構造式(3´)または下記構造式(4´)で表される不飽和炭化水素基含有化合物とを、工程(I)等でヒドロシリル化反応させることで本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンに導入することができる。
式(3´):R-X
(式中、R、Xは前記同様の基である)
式(4´):R-Z
(式中、R、Zは前記同様の基である)
 また、当該フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの分子量に関しては、特に制限はないが、塗工性、高エネルギー線硬化性、アルカリ可溶性、および塗工された膜の力学強度特性を考慮すると、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法で測定した、標準ポリスチレン換算の重量平均分子量で1,000以上3,000以下が好ましく、1,500以上3,000以下がより好ましく、1,500以上2,500以下が特に好ましい。また、優れたアルカリ可溶性を保持する見地から、分子量分布が1.5以下であることが好ましく、1.4以下であることが特に好ましい。
[有機溶媒の使用]
 本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法においては、有機溶媒の使用は任意であるが、反応基質相互の混和性、任意で使用する触媒化合物の分散性を考慮し、適切な有機溶媒を適量使用することが好ましい。
 有機溶媒の好適な例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、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モノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-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エチルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノ-n-ブチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、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アセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート類;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メチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等の他のエーテル類;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、2-ヘプタノン、3-ヘプタノン、4-ヘプタノン、5-メチル-3-ヘプタノン、2,4-ジメチル-3-ペンタノン、2,6-ジメチル-4-ヘプタノン等のケトン類;2-ヒドロキシプロピオン酸メチル、2-ヒドロキシプロピオン酸エチル等の乳酸アルキルエステル類;2-ヒドロキシ-2-メチル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、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、2-ヒドロキシ-3-メチルブタン酸メチル、3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルアセテート、3-メチル-3-メトキシブチルプロピオネート、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸i-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸i-ブチル、蟻酸n-ペンチル、酢酸i-ペンチル、プロピオン酸n-ブチル、酪酸エチル、酪酸n-プロピル、酪酸i-プロピル、酪酸n-ブチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸n-プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2-オキソブタン酸エチル等の他のエステル類;トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、プロピルベンゼン、ジエチルベンゼン、1,3-ジイソプロピルベンゼン等の芳香族炭化水素類;アニソール、フェネトール、2-メトキシトルエン、3-メトキシトルエン、4-メトキシトルエン、3,4-ジメトキシトルエン、1,4-ビス(メトキシメチル)ベンゼン等の芳香族エーテル類が挙げられる。これらは、単独で使用することもできるし、二種以上からなる混合溶媒として使用することも可能である。
 有機溶媒の使用量については制限はないが、基質濃度として5~90質量%、好ましくは10~80質量%の範囲となる量を使用することが推奨される。
 [硬化性組成物の製造方法]
本発明の製造法により得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンは、分子内に前記のMで表されるフェノール性水酸基含有有機基を少なくとも1個含むものであり、硬化反応性を有する。その硬化反応機構はフェノール性水酸基が関与する硬化反応であれば特に制限されるものではないが、縮合反応、ラジカル重合反応、過酸化物硬化反応および紫外線等の高エネルギー線硬化反応から選ばれる1種類または2種類以上の反応を例示することができ、本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンを含む硬化性組成物を設計することが可能である。すなわち、本発明の製造方法(例えば、上記の工程(I)、(II)および任意で工程(III)等)を含む、硬化性組成物の製造方法が提供可能である。
[高エネルギー線硬化性組成物の製造方法]
本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンは、優れたアルカリ可溶性と高エネルギー線硬化性を有することから、特に、高エネルギー線硬化性組成物に好適に使用することができ、本発明の製造方法を含む高エネルギー線硬化性組成物の製造方法が提供可能である。より具体的には、本発明の高エネルギー線硬化性組成物は、本発明のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンおよび硬化に必要な光酸発生剤を少なくとも含み、任意でその他の成分を含んでもよい。
より具体的には、本発明の高エネルギー線硬化性組成物は、以下の四成分を含有するものである。成分(A)は、詳述した本発明の主成分である。なお、(C)架橋剤は、成分(A)がカルボン酸含有有機基を有しない場合に、必要に応じて添加すればよく、任意の構成である。また、有機溶媒の使用量も、組成物の塗布性等の調整を目的として、適宜選択することができる。
 (A)上記のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン
 (B)光酸発生剤 (A)成分100質量部に対し0.1~20質量部となる量、
 (C)架橋剤   (A)成分100質量部に対し0~30質量部となる量、
および
 (D)有機溶媒 
(B)、(C)成分は公知の光酸発生剤、架橋剤等を特に制限なく使用でき、(D)成分は前記の有機溶媒の他、公知の有機溶媒を特に制限なく使用することができる。本発明に係る硬化性組成物(特に、高エネルギー線硬化性組成物)は、本発明の製造法により得た(A)成分と、その他の成分を機械力を用いて混合することで得ることができる。
 以下で実施例に基づいて本発明をさらに説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
 本発明の硬化性分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法に関して実施例により詳細に説明する。
[硬化性組成物および硬化物の外観]
 硬化性組成物および硬化物を目視で観察し、外観を判定した。
[硬化性分岐状オルガノポリシロキサンのアルカリ可溶性]
 各硬化性分岐状オルガノポリシロキサンの20質量%PGMEA溶液を光学ガラス基板上に0.3-0.5μmの膜厚になるようにスピンコートし、ホットプレートを用いて90℃で1.5分間加熱(プリベーク)し、塗膜を形成した。その後、25℃において、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)の2.38%水溶液を用いて1分間現像し、室温(25℃)の水浴で浸漬水洗した。水洗時間は15秒間である。水洗後、乾燥により水分を除去後、ガラス基板を目視で観察し、アルカリ溶液に対する溶解性(現像性)を以下の基準で判定した。
A:完全溶解:塗膜が完全に除去されている
B:ほぼ溶解:若干の塗膜残り(スカム)が観察される
C:部分的に溶解:多量(塗膜面積の20%以上)のスカムが観察される
D:不溶
[硬化性組成物の高エネルギー線硬化性]
 各硬化性組成物のPGMEA溶液(硬化性分岐状オルガノポリシロキサン濃度:20質量%)を用い、上記と同様の手法により硬化性組成物の塗膜を形成した。この塗膜に対し、高圧水銀灯にて高エネルギー線を照射(254nmでの光量:2000mJ/cm2)を行い、硬化塗膜を得た。以下の基準で高エネルギー線硬化性を判定した。
A:硬化塗膜が、上記TMAH溶解試験にて不溶
B:硬化塗膜のエッジ部分のみ(硬化膜の全面積の5%未満)が、上記TMAH溶解試験にて溶解
C:硬化塗膜が、上記TMAH溶解試験にて完全溶解またはほぼ溶解
[実施例1]フェノール性水酸基を有する硬化性分岐状オルガノポリシロキサン(A-1)の合成
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、ジメチルシロキシ基でキャップされたフェニルシルセスキオキサン(ケイ素結合水素含有量:0.66質量%)40.1g、トルエン10g、t-ブトキシスチレン46.2gおよび白金(0)-1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体溶液(白金量:4.5質量%;基質に対し、白金金属が2ppmとなる量)を仕込み、70℃で30分、100℃で2時間加熱した。赤外分光分析にて、反応の終了を確認後、揮発成分を除去し、淡黄色の油状生成物を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物はケイ素結合水素原子がt-ブトキシフェニルエチル基で置換された分岐状フェニルシルセスキオキサンであることを確認した。
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、t-ブトキシフェニルエチル基で置換された分岐状フェニルシルセスキオキサン84.46gおよび90質量%のギ酸水溶液157gを仕込み、100℃にて5時間加熱し、反応の終了を確認した。揮発成分を除去し、PGMEA100mLで希釈後、炭酸水素ナトリウム水溶液および浄水で洗浄し、生成物のPGMEA溶液を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物は以下の平均組成を有する分岐状オルガノポリシロキサンであることを確認した。
[MeASiO1/26.0[PhSiO3/24.0
ここで、Meはメチル基、Phはフェニル基、Aは(CHOH基を表す。
 ゲルパーミエーションクロマトグラムの解析結果から、(A-1)の重量平均分子量(Mw)、および多分散性(PDI)は、それぞれ1,700及び1.36であった。
[実施例2]フェノール性水酸基を有する硬化性分岐状オルガノポリシロキサン(A-2)の合成
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、ジメチルシロキシ基でキャップされたシリカ(ケイ素結合水素含有量:0.97質量%)32.0g、t-ブトキシスチレン54.3gおよび白金(0)-1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体溶液(白金量:4.5質量%;基質に対し、白金金属が2ppmとなる量)を仕込み、70℃で30分、120℃で2時間加熱した。赤外分光分析にて、反応の終了を確認後、揮発成分を除去し、淡黄色の油状生成物を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物はケイ素結合水素原子がt-ブトキシフェニルエチル基で置換された分岐状シリカであることを確認した。
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、t-ブトキシフェニルエチル基で置換された分岐状シリカ82.8gおよび90質量%のギ酸水溶液157gを仕込み、100℃にて4時間加熱し、反応の終了を確認した。揮発成分を除去し、PGMEA100mLで希釈後、炭酸水素ナトリウム水溶液および浄水で洗浄し、生成物のPGMEA溶液を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物は以下の平均組成を有する分岐状オルガノポリシロキサンであることを確認した。
[MeASiO1/210.7[SiO4/26.0
ここで、Meはメチル基、Aは(CHOH基を表す。
 ゲルパーミエーションクロマトグラムの解析結果から、(A-2)の重量平均分子量(Mw)、および多分散性(PDI)は、それぞれ2,400及び1.14であった。
[実施例3]フェノール性水酸基を有する硬化性分岐状オルガノポリシロキサン(A-3)の合成
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、ジメチルシロキシ基でキャップされたシリカ(ケイ素結合水素含有量:0.97質量%)13.2g、O,O-ビストリメトキシシリル-4-ビニルカテコール36.7gおよび白金(0)-1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン錯体溶液(白金量:4.5質量%;基質に対し、白金金属が2ppmとなる量)を仕込み、70℃で30分、120℃で2時間加熱した。赤外分光分析にて、反応の終了を確認後、揮発成分を除去し、淡黄色の油状生成物を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物はケイ素結合水素原子が3,4-ビストリメチルシロキシフェニルエチル基で置換された分岐状シリカであることを確認した。
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、3,4-ビストリメチルシロキシフェニルエチル基で置換された分岐状シリカ48.0g、テトラヒドロフラン100mL、90質量%のギ酸水溶液5g、および浄水10.0gを仕込み、60℃にて90分間加熱し、反応の終了を確認した。揮発成分を除去し、PGMEA100mLで希釈し、生成物のPGMEA溶液を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物は以下の平均組成を有する分岐状オルガノポリシロキサンであることを確認した。
[MeASiO1/210.7[SiO4/26.0
ここで、Meはメチル基、Aは(CH(OH)基を表す。
 ゲルパーミエーションクロマトグラムの解析結果から、(A-3)の重量平均分子量(Mw)、および多分散性(PDI)は、それぞれ2,400及び1.04であった。
[実施例4]フェノール性水酸基およびカルボキシル基含有基を有する分岐状オルガノポリシロキサン(A-4)の合成
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、実施例1で得られた生成物58.6g、PGMEA90g、無水コハク酸7.2g、およびテトラメチルグアニジン0.12gを仕込み、90℃にて4時間加熱し、反応の終了を確認した。室温まで冷却後、キョワード700PLを3g投入し、反応系を中和した。白色固体を濾別することにより、生成物のPGMEA溶液を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物は以下の平均組成を有する分岐状オルガノポリシロキサンであることを確認した。
[MeASiO1/24.0[MeTSiO1/22.0[PhSiO3/24.0
ここで、Meはメチル基、Phはフェニル基、Aは(CHOH基、Bは(CHO(C=O)(CHCOH基を表す。
 ゲルパーミエーションクロマトグラムの解析結果から、(A-4)の重量平均分子量(Mw)、および多分散性(PDI)は、それぞれ1,900及び1.36であった。
[実施例5]フェノール性水酸基およびカルボキシル基含有基を有する分岐状オルガノポリシロキサン(A-5)の合成
 温度計及び窒素導入管を備えた200mLの三口フラスコに、実施例2で得られた生成物41.6g、PGMEA178g、無水コハク酸1.7g、およびテトラメチルグアニジン0.03gを仕込み、90℃にて4時間加熱し、反応の終了を確認した。室温まで冷却後、キョワード700PLを1.5g投入し、反応系を中和した。白色固体を濾別することにより、生成物のPGMEA溶液を得た。13Cおよび29SiNMR分光法で分析し、生成物は以下の平均組成を有する分岐状オルガノポリシロキサンであることを確認した。
[MeASiO1/29.6[MeTSiO1/21.1[SiO4/26.0
ここで、Meはメチル基、Aは(CHOH基、Tは(CHO(C=O)(CHCOH基を表す。
 ゲルパーミエーションクロマトグラムの解析結果から、(A-5)の重量平均分子量(Mw)、および多分散性(PDI)は、それぞれ2,400及び1.36であった。
[評価例1-1~1-5,比較評価例1-1~1-4]硬化性分岐状オルガノポリシロキサンのアルカリ可溶性
 以下に示した分岐状オルガノポリシロキサンの20質量%PGMEA溶液を用い、アルカリ可溶性を評価し、表1にまとめた。
A-1:合成例1で得られたフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン
A-2:合成例2で得られたフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン
A-3:合成例3で得られたフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン
A-4:合成例4で得られたフェノール性水酸基およびカルボキシル基を有する分岐状オルガノポリシロキサン
A-5:合成例5で得られたフェノール性水酸基およびカルボキシル基を有する分岐状オルガノポリシロキサン
P-1:合成例1で使用されたジメチルシロキシ基でキャップされたフェニルシルセスキオキサンと類似の平均組成([MeHSiO1/25.0[PhSiO3/215.0)を有する室温で固体の分岐状オルガノポリシロキサン
P-2:合成例1で使用されたジメチルシロキシ基でキャップされたフェニルシルセスキオキサンと類似の平均組成([MeHSiO1/26.0[PhSiO3/24.0)を有する室温で液体の分岐状オルガノポリシロキサン
P-3:合成例2で使用されたジメチルシロキシ基でキャップされたシリカと類似の平均組成([MeHSiO1/229.0[SiO4/236.0)を有する室温で固体の分岐状オルガノポリシロキサン
P-4:合成例2で使用されたジメチルシロキシ基でキャップされたシリカと類似の平均組成([MeHSiO1/210.7[SiO4/26.0)を有する室温で液体の分岐状オルガノポリシロキサン
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023

*1:固体状塗膜が形成できないため、評価不可
*2:均質な塗膜が形成できないため、評価不可
[評価例2~評価例4、および比較評価例2]硬化性分岐状オルガノポリシロキサン組成物の評価
 下記の分岐状オルガノポリシロキサンのPGMEA溶液、架橋剤、および硬化触媒を用い、表2に示す組成(質量部;分岐状オルガノポリシロキサンは固形分換算)で混合し、孔径0.2μmのメンブランフィルターで濾過し、各高エネルギー線硬化性組成物を調製した。
 硬化性分岐状オルガノポリシロキサン:
A-3:実施例3で得られた硬化性分岐状オルガノポリシロキサン
A-5:実施例5で得られた硬化性分岐状オルガノポリシロキサン
P-1:([MeHSiO1/25.0[PhSiO3/215.0)の構造を有する室温で固体の分岐状オルガノポリシロキサン
 光酸発生剤:
B-1:トリ-p-トリルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート(TS-01;株式会社三和ケミカル製)
 硬化剤:
C-1:テトラキスメトキシメチルグリコールウリル(ニカラックMX-270;株式会社三和ケミカル製)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024

[総括]
 表1に示したとおり、本発明の製造方法により得られたフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン(共変性型含む)から形成される塗膜は、実用上利用可能なアルカリ可溶性を示し、その中の数種(A-2~A-5)は、特に優れたアルカリ可溶性を示した。なお、比較例に係る硬化性分岐状オルガノポリシロキサンは、いずれもアルカリ可溶性に劣るか、アルカリに対して不溶性であり、アルカリ水溶液による現像に用いることができないものであった。
また、表2に示した通り、本発明の製造方法により得られたフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサン(共変性型含む)を用いた高エネルギー線硬化性オルガノポリシロキサン組成物(評価例2~4)は、良好な高エネルギー線硬化性を有していた。更に、高エネルギー線照射によって形成される硬化塗膜は、透明で、十分高い塗膜靭性を示した。一方、フェノール性水酸基を有しない分岐状ポリオルガノシロキサン(比較評価例2)は、アルカリ可溶性に劣り、かつ、硬化性も有しないため、フォトパターニング工程に利用することが困難であった。
 本発明にかかる製造方法により得られるフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンおよびそれを主成分とする硬化性組成物、特に、高エネルギー線硬化性組成物は、優れた高エネルギー線硬化性を備える一方、アルカリ可溶性に優れることから、特に、アルカリ水溶液による現像工程を経た場合、簡便かつ高精度のパターン形成を行うことができ、かつ、得られる硬化膜の力学的強度および透明性に優れるという利点を有する。このため、当該オルガノポリシロキサン等は、特に、タッチパネル、及びディスプレイなどの表示装置、特にフレキシブルディスプレイの絶縁層を形成するための材料、特にパターニング材料、コーティング材料、レジスト材料として適している。

Claims (8)

  1. 下記平均単位式(1´):
    (DSiO1/2)(DSiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2)(1´)
    (式中、Rは水素原子、非置換又はフッ素で置換された一価炭化水素基、アルコキシ基、および水酸基から選ばれる基であり、Dは各々独立してRと同様の基であり、全てのDのうち少なくとも一つは水素原子であり、a,b,c,及びdは次の条件:0≦a、0≦b、0<(a+b)、および0<(c+d)、を満たす数である。)
    で表される、ケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンをヒドロシリル化反応させる工程を少なくとも有する、
    下記平均単位式(1)で表される、フェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
    平均単位式(1):
    (ASiO1/2)(ASiO2/2)(RSiO3/2)(SiO4/2) (1)
    {式中、Rは前記同様の基であり、Aは各々独立して、Rと同様の基、
    下記式(21):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     (21)
    (式中、Rは炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは水酸基であり、Zは、―OR(式中、Rは、酸解離性基である)で表される一価の基であり、m1は1~3の範囲の数でありkは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
    で表される基M
    下記式(22):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     (22)
    (式中、R、XおよびZは前記同様の基であり、
    Yは―W-R -COH(式中、WはO(C=O)基、NR(C=O)基、S(C=O)基から選ばれる二価の連結基であり、pは0または1であり、qは0または1であり、Rは、任意で酸素原子または硫黄原子を含有してもよい、炭素原子数2から12の直鎖、分岐、または環状二価炭化水素基であり、Rは水素原子またはメチル基である)で表される一価の親水性基であり、
    m2は0または1であり、nは1~3の範囲の数であり、kは0~3の範囲の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
    で表される基M
    下記式(3):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
    (式中、Rは、炭素数2から6の二価炭化水素基であり、Xは前記同様の基である)
    で表される基J、および
    下記式(4):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
    (式中、RおよびZは、前記同様の基である)
    で表される基L
    から選ばれる1種類以上の基であり、全てのAのうち、少なくとも一つはMであり、a,b,c,及びdは前記の条件を満たす数である。}
  2. 前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンと、
    下記式(33):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
     (33)
    (式中、Rは、炭素数2~6の一価不飽和炭化水素基であり、Zは前記同様の基であり、k2は1~3の範囲の数である)
    で表される不飽和炭化水素基含有化合物とをヒドロシリル化反応させる工程(I)を少なくとも有する、請求項1に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
  3. 前記の工程(I)の後、工程(I)により得られた、分子内に下記式(34):
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
     (34)
    (式中、Rは、炭素数2~6の二価炭化水素基であり、Zは前記同様の基であり、k2は前記同様の数であり、*はオルガノポリシロキサン上のケイ素原子への結合部位である)
    で表される官能基を有する分岐状オルガノポリシロキサンと、1種類以上の酸性物質とを反応させ、基Zの少なくとも一部を水酸基(X)に変換することにより、式(34)で表される官能基を前記式(21)で表される基Mに変換する工程(II)をさらに有する、請求項2に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
  4. 前記の工程(II)の後、工程(II)により得られた、分子内に前記式(21)で表される基Mを有する分岐状オルガノポリシロキサンと、1種類以上の酸無水物を反応させる、基Mの一部を前記式(22)で表される基Mに変換する工程(III)をさらに有する、請求項3に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
  5. 前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンの分子内のケイ素原子数が50以下である、請求項1に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
  6. 前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンの分子内のケイ素原子数が5~20の範囲である、請求項1に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
  7. 前記の平均単位式(1´)において、aが1以上の数である、請求項1に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
  8. 前記の平均単位式(1´)で表されるケイ素原子結合水素原子含有分岐状オルガノポリシロキサンが、
    平均単位式(1―1´):(DSiO1/2)(RSiO3/2) (1-1´)、または
    平均単位式(1―2´):(DSiO1/2)(SiO4/2) (1-2´)
    (これらの式中、R,Dは前記同様の基であり、a,c,及びdは前記の条件を満たす数である。)
    で表されるオルガノポリシロキサンである、請求項1に記載のフェノール性水酸基含有分岐状オルガノポリシロキサンの製造方法。
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