[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2024092620A - 硬化性樹脂組成物、及び、その用途 - Google Patents

硬化性樹脂組成物、及び、その用途 Download PDF

Info

Publication number
JP2024092620A
JP2024092620A JP2022208695A JP2022208695A JP2024092620A JP 2024092620 A JP2024092620 A JP 2024092620A JP 2022208695 A JP2022208695 A JP 2022208695A JP 2022208695 A JP2022208695 A JP 2022208695A JP 2024092620 A JP2024092620 A JP 2024092620A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acid
meth
group
acrylate
alkali
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022208695A
Other languages
English (en)
Inventor
拓真 寺田
Takuma Terada
純也 木村
Junya Kimura
しほ 森
Shiho Mori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Shokubai Co Ltd
Original Assignee
Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Shokubai Co Ltd filed Critical Nippon Shokubai Co Ltd
Priority to JP2022208695A priority Critical patent/JP2024092620A/ja
Publication of JP2024092620A publication Critical patent/JP2024092620A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Abstract

【課題】現像性及び耐溶剤性に優れ、高屈折率である硬化物を与えることができる硬化性樹脂組成物を提供する。【解決手段】アルカリ可溶性樹脂、無機酸化物粒子、及び、重合性化合物を含み、該アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量が、450g/mol以下である硬化性樹脂組成物。【選択図】なし

Description

本発明は、硬化性樹脂組成物、及び、その用途に関する。詳しくは、本発明は、現像性及び耐溶剤性に優れ、高屈折率の硬化物を与えることができる硬化性樹脂組成物、硬化膜、光学材料用部材、及び、光学材料に関する。
硬化性樹脂組成物について、例えば、液晶表示装置や固体撮像素子等に用いられるカラーフィルター、インキ、印刷版、プリント配線板、半導体素子、フォトレジスト、有機絶縁膜、有機保護膜等の、各種の光学部材や電機・電子機器等の各種用途への適用が種々検討され、各用途で要求される特性に優れた樹脂や樹脂組成物の開発がなされている。
近年では、光学部材や電機・電子機器等の小型化・薄型化・省エネルギー化が進みつつあり、それに伴って、使用される各種部材等にはより高品位な性能が要望されている。そのような要望に応えるため、各種部材等の材料となるアルカリ可溶性樹脂やこれを含む硬化性樹脂組成物について研究が行われている。
これまでに、様々な要望に応じた硬化性樹脂組成物が開発されている。
例えば、高屈折率の光学材料用として、アルカリ可溶性樹脂と、屈折率の高い、酸化ジルコニウム等の金属酸化物粒子とを含む硬化性樹脂組成物が提案されている(特許文献1)。
特開2022-131202号公報
アルカリ可溶性樹脂の現像性を向上させるには、アルカリ可溶性樹脂の酸価を高くするのが望ましい。一方、酸化ジルコニウム等の無機酸化物粒子は、表面が塩基性であるため、アルカリ可溶性樹脂の酸価が高くなればなるほど、無機酸化物粒子とアルカリ可溶性樹脂との相溶性が低下する。そのため、硬化性樹脂組成物において、より優れた現像性と高い屈折率とを両立させることは困難であった。
また、従来のアルカリ可溶性樹脂を含む硬化性樹脂組成物は、例えばカラーフィルター等の原料として色材とともに使用すると、カラーフィルターの製造中に原料から洗浄溶媒中に色材が溶出するという問題があった。そのため、耐溶剤性の更なる向上が求められていた。
本発明は、上記現状に鑑みてなされてものであり、現像性及び耐溶剤性に優れ、高屈折率である硬化物を与えることができる硬化性樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、アルカリ可溶性樹脂を含む硬化性樹脂組成物について種々検討したところ、硬化性樹脂組成物が、特定範囲の水酸基当量を有するアルカリ可溶性樹脂と無機酸化物粒子と重合性化合物とを含むことにより、現像性と高屈折率を両立させることができ、更に、耐溶剤性にも優れた硬化物を与えることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記の態様の発明を提供する。
[1]アルカリ可溶性樹脂、無機酸化物粒子、及び、重合性化合物を含み、該アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量が、450g/mol以下であることを特徴とする硬化性樹脂組成物。
[2]更に、光ラジカル発生剤を含むことを特徴とする上記[1]に記載の硬化性樹脂組成物。
[3]前記アルカリ可溶性樹脂は、側鎖に下記式(1)で表される構造を有することを特徴とする上記[1]又は[2]に記載の硬化性樹脂組成物。
Figure 2024092620000001
[4]前記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量が、450g/mol以下であることを特徴とする上記[1]~[3]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[5]前記アルカリ可溶性樹脂の酸価が、100mgKOH/g以下であることを特徴とする上記[1]~[4]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[6]前記無機酸化物粒子を形成する金属は、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、スズ、セリウム、及び、ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]~[5]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[7]前記無機酸化物粒子は、表面修飾されていることを特徴とする上記[1]~[6]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物。
[8]上記[1]~[7]のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなることを特徴とする硬化膜。
[9]上記[8]に記載の硬化膜を有することを特徴とする光学材料用部材。
[10]上記[9]に記載の光学材料用部材を有することを特徴とする光学材料。
本発明の硬化性樹脂組成物は、現像性及び耐溶剤性に優れ、高屈折率の硬化物を与えることができる。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
また、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」を意味し、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」を意味する。
また、本明細書において、数値範囲「Min~Max」は、最小値Min以上、且つ、最大値Max以下を意味する。さらに、上限値および下限値について、好適な数値を段階的に記載する場合、各々分けて記載した上限値と下限値を、適宜組み合わせた数値範囲も好適な数値範囲である。
1.硬化性樹脂組成物
本発明の硬化性樹脂組成物は、アルカリ可溶性樹脂、無機酸化物粒子、及び、重合性化合物を含み、上記アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量が450g/mol以下であることを特徴とする。
本発明の硬化性樹脂組成物が、現像性及び耐溶剤性に優れ、高い屈折率を有する硬化物を与えることができるのは、以下の理由であると推測される。すなわち、本発明の硬化性樹脂組成物は、無機酸化物粒子を含むことで高い屈折率を有する硬化物を得ることができる。また、アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量を特定範囲とすることで、アルカリ可溶性樹脂と無機酸化物粒子との相溶性が良好になり、優れた現像性と高屈折率を両立することができる。更に、アルカリ可溶性樹脂が水酸基を多く有することで、硬化時の架橋密度が高くなり、得られる硬化物の屈折率がより一層高くなったり、均一に粒子が分散され表面硬度が高く耐溶剤性を向上させたりすることができる。本発明の硬化性樹脂組成物の各成分について、以下に説明する。
(1)アルカリ可溶性樹脂
本発明において、アルカリ可溶性樹脂とは、酸基を含み、アルカリ可溶性を示す樹脂(重合体)である。上記酸基としては、例えば、カルボキシル基、フェノール性水酸基、カルボン酸無水物基、リン酸基、スルホン酸基等、アルカリ水と中和反応する官能基が挙げられる。
本発明におけるアルカリ可溶性樹脂は、水酸基当量が450g/mol以下である。上記アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量が上記範囲であることにより、上記アルカリ可溶性樹脂は比較的多くの水酸基を有することとなり、上述した無機酸化物粒子との相溶性が良好となり、現像性と高屈折率を両立することができる。また、水酸基を多く有するため、樹脂の硬化時に架橋密度が高く均一に粒子が分散され表面硬度が高くなり、耐溶剤性にも優れた硬化物を与えることができる。
上記アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量は、400g/mol以下であることが好ましく、350g/mol以下であることがより好ましく、300g/mol以下であることが更に好ましい。上記アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量の下限値は特に限定されないが、200g/mol以上が好ましい。
上記水酸基当量は、樹脂固形分の質量(g)を、樹脂の水酸基量(mol)で除することにより求めることができる。また、滴定及び元素分析、NMR、IR等の各種分析や示差走査熱量計法を用いて測定することもできる。例えば、H-NMR測定、ヨウ素滴定法で測定することが挙げられるほか、JIS K0070(1992年制定)に記載の方法を用いて測定することが好ましい。
上記アルカリ可溶性樹脂は、上述した水酸基当量を有する樹脂であれば、特に限定されないが、側鎖に水酸基を有する構成単位を有することが好ましい。なお、本明細書において、樹脂の「構成単位」とは、樹脂(重合体)を構成する繰り返し単位を意味する。
上記水酸基を有する構成単位としては、例えば、水酸基を有する単量体を重合することにより導入される、水酸基を有する単量体単位が挙げられる。
水酸基を有する単量体単位とは、水酸基(ヒドロキシル基)を有する単量体に由来する構成単位であり、水酸基を有する単量体中の重合性炭素-炭素二重結合(C=C)が単結合(C-C)になった構成単位を意味する。上記水酸基を有する単量体は、1分子内に1又は2以上の水酸基を有する単量体であるが、例えば、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートが好ましい。このヒドロキシアルキル基を構成する炭素数は特に限定されないが、例えば、1~20が好ましく、より好ましくは1~12、更に好ましくは2~6である。
上記ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートとして具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸2,3-ジヒドロキシプロピル等が挙げられる。なかでも、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチルが好ましい。
上記アルカリ可溶性樹脂における上記水酸基を有する単量体単位の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂を構成する全構成単位100質量%に対して、好ましくは15~99質量%、より好ましくは40~95質量%、更に好ましくは50~90質量%である。
上記水酸基を有する構成単位としてはまた、側鎖に下記式(1)で表される構造を有する構成単位が挙げられる。
下記式(1)で表される構造は、例えば、エポキシ基と酸基の反応により形成することができ、具体的には、(メタ)アクリル酸由来の単量体単位にグリシジル(メタ)アクリレートを付加させる等の方法で得ることができる。
Figure 2024092620000002
上記式(1)で表される構造を有することにより、樹脂はより多くの水酸基を有することができ、所定範囲の水酸基当量を有する樹脂となりうる。上記アルカリ可溶性樹脂は、側鎖に上記式(1)で表される構造を有することが好ましい。
上記式(1)で表される構造を有する構成単位としては、好ましくは下記式(2)で表される構成単位(A)が挙げられる。
Figure 2024092620000003
(式中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、直接結合又は2価の有機基を表す。Rは、有機基を表す。)
上記式(2)において、Rは、水素原子又はメチル基を表す。現像性が良好である点で、Rは、水素原子を表すことが好ましい。
上記式(2)において、Rは、直接結合又は2価の有機基を表す。
上記2価の有機基としては、2価の炭化水素基、-O-、-CO-、-COO-、-NH-、-SO-、-SO-、又は、これらの組み合わせからなる基が挙げられる。なかでも、2価の炭化水素基、-O-、-CO-、-COO-、又は、これらの組み合わせからなる基が好ましい。
上記2価の炭化水素基は、鎖状であっても、環状であってもよいし、飽和又は不飽和であってもよい。
上記2価の炭化水素基としては、2価の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基が挙げられる。なかでも、現像性が良好である点で、脂肪族炭化水素基が好ましい。
2価の脂肪族炭化水素基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、t-ブチレン基、ペンチレン基、ネオペンチレン基、ヘキサメチレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、2-エチルヘキシレン基等のアルキレン基;ビニレン基、プロペニレン基、イソプロペニレン基、ブテニレン基、ブタジエニレン基、ペンテニレン基、ヘキセニレン基等のアルケニレン基;エチニレン基、プロピニレン基、1-ブチニレン基、2-ブチニレン基等のアルキニレン基;等が挙げられる。
2価の脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロプロピレン基、シクロブチレン基、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、ノルボルニレン基、アダマンチレン基、トリシクロデカニレン基、テトラシクロデカニレン基等のシクロアルキレン基;シクロプロペニレン基、シクロブテニレン基、シクロペンテニレン基等のシクロアルケニレン基;シクロペンチリデン基、シクロヘキシリデン基等のシクロアルキリデン基等が挙げられる。
2価の芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニレン基、トリレン基、ナフチレン基等のアリーレン基が挙げられる。
上記2価の炭化水素基は、当該炭化水素基を構成する少なくとも1の原子が、酸素原子、硫黄原子、窒素原子、又は、ハロゲン原子に置換されていてもよい。
上記2価の炭化水素基は、置換基を有してもよい。上記置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基等が挙げられる。
上記Rで表される有機基の炭素数は、好ましくは1~20、より好ましくは1~10、更に好ましくは1~5である。
上記Rは、直接結合がより好ましい。
上記式(2)において、Rは、有機基を表す。
上記Rで表される有機基としては、1価若しくは2価の炭化水素基、-O-、-CO-、-COO-、-NH-、-SO-、-SO-、又は、これらの組み合わせからなる基が挙げられる。
上記1価若しくは2価の炭化水素基は、鎖状であっても、環状であってもよいし、飽和又は不飽和であってもよい。
上記1価若しくは2価の炭化水素基としては、1価又は2価の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基が挙げられる。1価又は2価の脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基としては、上述した2価の炭化水素基と同様の基と、それらの2価の基を1価にした基が挙げられる。
上記Rで表される有機基の炭素数は、好ましくは1~20であり、より好ましくは1~10であり、更に好ましくは3~4である。
なかでも、上記Rで表される有機基は、重合性二重結合を有する基であることが好ましい。上記重合性二重結合を有する基を有することにより、光架橋も可能となるため架橋密度が高くなり、耐溶剤性により優れ、より高い屈折率の硬化物を与えることができる。
上記重合性二重結合を有する基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アリル基、メタリル基を含む基等が挙げられる。
上記Rで表される有機基としては、好ましくは-R-CH=CH(式中、Rは、2価の有機基を表す。)が挙げられ、より好ましくは-R-OCO-R-CH=CH(式中、R及びRは、同一又は異なって、直接結合又は2価の炭化水素基を表す。)が挙げられ、更に好ましくは、-R-OCO-R-CH=CH(式中、R及びRは、同一又は異なって、直接結合又は2価のアルキレン基を表す。)
上記式(1)で表される構造を有する構成単位の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂を構成する全構成単位100質量%に対して、好ましくは10~99質量%、より好ましくは30~95質量%、更に好ましくは40~90質量%である。
上記アルカリ可溶性樹脂はまた、側鎖に下記式(3)で表される構造を有することが好ましい。上記式(3)で表される構造を有することにより、アルカリ可溶性樹脂の水酸基量や酸価を好適な範囲に調整することができる。
Figure 2024092620000004
(式(3)中、Rは、置換基を有してもよい2価の有機基を表す。)
上記Rで表される2価の有機基としては、上述したRで表される2価の有機基と同様の基が挙げられる。
上記2価の有機基が有してもよい置換基としては、カルボキシル基、アルキル基、アルコキシ基等が挙げられる。
なかでも、上記Rは、置換基を有してもよい2価の炭化水素基であることが好ましく、2価の炭化水素基であることがより好ましい。
上記2価の炭化水素基の炭素数は、2~20であることが好ましく、2~8であることがより好ましく、2であることが更に好ましい。
上記Rは、酸無水物の残基であることが好ましく、酸無水物から酸無水物基を除いた構造からなる2価の基であることが好ましい。
上記酸無水物としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水メチルエンドメチレンテトラヒドロフタル酸、無水クロレンド酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の二塩基性酸無水物;無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等の芳香族多価カルボン酸無水物;その他これに付随する例えば5-(2,5-ジオキソテトラヒドロフリル)-3-メチル-3-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物のような多価カルボン酸無水物誘導体等が挙げられる。なかでも、上記酸無水物としては、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸、無水テトラヒドロフタル酸、無水ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸が好ましく、無水コハク酸、無水テトラヒドロフタル酸がより好ましく、無水コハク酸が更に好ましい。
上記式(3)で表される構造を有する構成単位としては、好ましくは、下記式(4)で表される構成単位が挙げられる。
Figure 2024092620000005
(式中、Rは、上述したものと同じである。Rは、水素原子又はメチル基を表す。Rは、直接結合又は2価の有機基を表す。Rは、有機基を表す。)
上記Rは、現像性が良好である点で、水素原子を表すことが好ましい。
上記Rで表される2価の有機基としては、上述したRで表されるものと同じものが挙げられる。上記Rは、直接結合であることが好ましい。
上記Rで表される有機基としては、上述したRで表されるものと同じものが挙げられる。
上記式(3)で表される構造を有する構成単位の含有割合は、アルカリ可溶性樹脂を構成する全構成単位100質量%に対して、好ましくは0~90質量%、より好ましくは5~80質量%、更に好ましくは10~70質量%、特に好ましくは15~50質量%である。
(他の構成単位)
上記アルカリ可溶性樹脂は、上述した構成単位以外に、他の構成単位を有していてもよい。上記他の構成単位としては、例えば、下記の単量体成分由来の構成単位が挙げられる。
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、ビニル安息香酸等の不飽和モノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸等の不飽和多価カルボン酸類;コハク酸モノ(2-アクリロイルオキシエチル)、コハク酸モノ(2-メタクリロイルオキシエチル)等の不飽和基とカルボキシル基との間が鎖延長されている不飽和長鎖モノカルボン酸類;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物類;ライトエステルP-1M(共栄社化学製)等のリン酸基含有不飽和化合物;等の酸基含有単量体。
(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸β-メチルグリシジル、(メタ)アクリル酸β-エチルグリシジル、ビニルベンジルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、(メタ)アクリル酸(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル、ビニルシクロヘキセンオキシド等のエポキシ基含有単量体。
(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸t-アミル等の3級炭素含有(メタ)アクリレート系単量体。
(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸i-プロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸s-ブチル、(メタ)アクリル酸n-アミル、(メタ)アクリル酸s-アミル、(メタ)アクリル酸n-ヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸2-メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2-エトキシエチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸N,N-ジメチルアミノエチル、1,4-ジオキサスピロ[4,5]デカ-2-イルメタアクリル酸、(メタ)アクリロイルモルホリン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-エチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-イソブチル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2-メチル-2-シクロヘキシル-1,3-ジオキソラン、4-(メタ)アクリロイルオキシメチル-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン等の(メタ)アクリル酸エステル。
シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル(メタ)アクリレート、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ペンタシクロペンタデカンジメタノールルジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ノルボルナンジメタノールジ(メタ)アクリレート、p-メンタン-1,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、p-メンタン-2,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、p-メンタン-3,8-ジオールジ(メタ)アクリレート、ビシクロ[2.2.2]-オクタン-1-メチル-4-イソプロピル-5,6-ジメチロールジ(メタ)アクリレート等の脂環式(メタ)アクリレート。
N-シクロヘキシルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-イソプロピルマレイミド、N-t-ブチルマレイミド、N-ドデシルマレイミド、N-ベンジルマレイミド、N-ナフチルマレイミド等のN置換マレイミド。
ジメチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジエチル-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(n-プロピル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(イソプロピル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(n-ブチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(イソブチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(t-ブチル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(t-アミル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(ステアリル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(ラウリル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート、ジ(2-エチルヘキシル)-2,2’-[オキシビス(メチレン)]ビス-2-プロペノエート等のジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体。
α-アリルオキシメチルアクリル酸;α-アリルオキシメチルアクリル酸メチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸i-プロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-ブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸s-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸t-アミル、α-アリルオキシメチルアクリル酸n-ヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸デシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ウンデシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ラウリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ミリスチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ステアリル等のアルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体;α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メトキシエトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸3-メトキシブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸エトキシエトキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フェノキシエチル等のアルコキシアルキル-(α-アリルオキシメチル)アクリレート系単量体;α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシプロピル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ヒドロキシブチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フルオロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジフルオロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸クロロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジクロロエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ブロモエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジブロモエチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ビニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸アリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メタリル、α-アリルオキシメチルアクリル酸クロチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸プロパギル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロペンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸シクロヘキシル、α-アリルオキシメチルアクリル酸イソボルニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸アダマンチル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジシクロペンタジエニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸フェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸メチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ジメチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸トリメチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸4-t-ブチルフェニル、α-アリルオキシメチルアクリル酸ベンジル等のα-(アリルオキシメチル)アクリレート系単量体。
N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類。
ポリスチレン、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリシロキサン、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクタム等の重合体分子鎖の片末端に(メタ)アクリロイル基を有するマクロモノマー類。
1,3-ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等の共役ジエン類。
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類。メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2-エチルヘキシルビニルエーテル、n-ノニルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル、エトキシエチルビニルエーテル、メトキシエトキシエチルビニルエーテル、メトキシポリエチレングリコールビニルエーテル、2-ヒドロキシエチルビニルエーテル、4-ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルイミダゾール、N-ビニルモルフォリン、N-ビニルアセトアミド等のN-ビニル化合物類。
スチレン、ビニルトルエン、α-メチルスチレン、キシレン、メトキシスチレン、エトキシスチレン等の芳香族ビニル類。
(メタ)アクリル酸イソシアナトエチル、アリルイソシアネート等の不飽和イソシアネート類。
上記アルカリ可溶性樹脂は、なかでも、例えば、酸基含有単量体由来の構成単位を有することが好ましい。酸基含有単量体由来の構成単位を有することにより、樹脂がアルカリ可溶性となり、現像性に優れる。上記アルカリ可溶性樹脂が酸基含有単量体由来の構成単位を有する場合、その含有割合は、アルカリ可溶性樹脂を構成する全構成単位100質量%に対して、好ましくは1~50質量%、より好ましくは2~40質量%、更に好ましくは5~30質量%である。
また、上記アルカリ可溶性樹脂は、上述したN置換マレイミド、ジアルキル-2,2’-(オキシジメチレン)ジアクリレート系単量体、及び、α-(アリルオキシメチル)アクリレート系単量体からなる群より選択される少なくとも一種の単量体由来の構成単位を有することが好ましい。これらの単量体成分は、重合すると主鎖に環構造を有する構成単位を形成する。アルカリ可溶性樹脂がそのような構成単位を有することにより、樹脂の耐熱性を向上させることができる。上記アルカリ可溶性樹脂が上記主鎖に環構造を有する構成単位を有する場合、その含有割合は、アルカリ可溶性樹脂を構成する全構成単位100質量%に対して、好ましくは1~50質量%、より好ましくは2~40質量%、更に好ましくは3~30質量%である。
また、上記アルカリ可溶性樹脂は、屈折率がより高くなる点で、なかでも、スチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル類や2-(O-フェニルフェノキシ)エチルアクリレート、メタクリル酸ベンジル等のような、芳香族環を含む単量体由来の構成単位を有することが好ましい。
これらの単量体成分の種類及び量は、得ようとするアルカリ可溶性樹脂の目的、用途に応じて適宜選択することができる。
上記アルカリ可溶性樹脂の酸価は、100mgKOH/g以下であることが好ましい。酸価が上述の範囲であると、水酸基当量とのバランスが良好になり、現像性がより一層良好になる。上記アルカリ可溶性樹脂の酸価は、好ましくは10~90mgKOH/g、より好ましくは30~80mgKOH/g、更に好ましくは40~70mgKOH/gである。
上記酸価は、水酸化カリウム(KOH)溶液を用いた中和滴定法により測定して得られる値であり、樹脂固形分1gあたりの酸価である。
上記アルカリ可溶性樹脂は、側鎖に重合性二重結合を有することが好ましい。アルカリ可溶性樹脂が側鎖に重合性二重結合を有する場合、アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量は、450g/mol以下であることが好ましい。二重結合当量が上述の範囲であると、硬化時の架橋密度を高くすることができ、より高い屈折率を有する硬化物を与えることができる。また、耐溶剤性がより一層優れる。上記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量は、好ましくは200~430g/mol、より好ましくは220~400g/mol、更に好ましくは230~350g/molである。
上記二重結合当量は、樹脂固形分の質量(g)を樹脂の二重結合量(mol)で除することにより求めることができる。なお、ここでの二重結合とはラジカル重合性をもつ二重結合を表す。すなわち、(メタ)アクリロイル基に代表される重合性二重結合であり、例えば、水酸基に対しテトラヒドロ無水フタル酸を付加することによって生じるような二重結合は、反応性を持たないため二重結合当量としては計算に含めない。
上記アルカリ可溶性樹脂の重量平均分子量は、特に限定されないが、無機酸化物粒子との相溶性が良好である点で、好ましくは1000~100000、より好ましくは3000~20000、更に好ましくは4000~10000である。
上記重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー法(GPC)により求めることができ、具体的には、実施例に記載の方法で測定して得られる値である。
上記アルカリ可溶性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、特に限定されないが、好ましくは-30℃~200℃、より好ましくは-20℃~50℃、更に好ましくは-10℃~20℃である。
上記ガラス転移温度は、JIS-K7121に記載の方法により求めることができる。
上記アルカリ可溶性樹脂の含有量は、硬化性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対して、5~90質量%であることが好ましく、10~75質量%であることがより好ましく、15~70質量%であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、「固形分総量」とは、硬化物を形成する成分(硬化物の形成時に揮発する溶媒等や硬化触媒を除く成分)の総量を意味する。
(アルカリ可溶性樹脂の製造方法)
上記アルカリ可溶性樹脂の製造方法としては、単量体成分を重合して所望のアルカリ可溶性樹脂を得ることができる方法であれば、特に限定されず、公知の重合方法が挙げられる。水酸基を有する構成単位を有する樹脂を得るには、例えば、水酸基を有する単量体を含む単量体成分を重合する方法が挙げられるが、樹脂に水酸基をより多く導入することができ、硬化性も向上させることができる点で、例えば、反応性基Aを有する単量体を含む単量体成分を重合してベースポリマーを得る工程(1)、及び、上記ベースポリマーに反応性基B及び重合性二重結合を有する単量体Xを添加して、上記ベースポリマーに上記単量体Xを付加する工程(2)を有する方法であって、上記反応性基Aと上記反応性基Bのいずれか一方は、酸基であり、他方はエポキシ基である、アルカリ可溶性樹脂の製造方法であることが好ましい。
すなわち、酸基とエポキシ基との反応により、水酸基を有する樹脂を得ることができる。また、得られる樹脂の側鎖に重合性二重結合を導入することができる。以下に各工程について説明する。
工程(1)
まず、反応性基Aを有する単量体を含む単量体成分を重合してベースポリマーを得るとよい。
反応性基Aが酸基である場合、反応性基Aを有する単量体としては、酸基含有単量体が挙げられる。反応性基Aがエポキシ基である場合、反応性基Aを有する単量体としては、エポキシ基含有単量体が挙げられる。このように、少なくとも酸基含有単量体又はエポキシ基含有単量体を含む単量体成分を重合してベースポリマーを得るとよい。
ベースポリマーを得るための単量体成分を重合する方法は、特に限定されず、バルク重合、溶液重合、乳化重合等の通常用いられる手法を用いることができる。なかでも、工業的に有利で、分子量等の構造調整が容易な点で、溶液重合が好ましい。また、上記単量体成分の重合機構は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、配位重合等の機構に基づいた重合方法を用いることができるが、工業的に有利な点で、ラジカル重合機構に基づく重合方法が好ましい。
また上記単量体成分を重合して得られる重合体の分子量は、重合開始剤の量や種類、重合温度、連鎖移動剤の種類や量の調整等により制御することができる。
上記重合反応における重合開始方法は、熱や電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー源から重合開始に必要なエネルギーを単量体成分に供給できる方法であればよく、更に重合開始剤を併用すれば、重合開始に必要なエネルギーを大きく下げることができ、また反応制御が容易となるため好ましい。
上記重合開始剤としては、例えば、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート、アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、過酸化水素、過硫酸塩等の通常重合開始剤として使用される過酸化物やアゾ化合物等が挙げられる。これらは1種のみを用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。重合開始剤の添加量は、公知の方法から適宜設定することができる。
上記連鎖移動剤としては、例えば、アルキルメルカプタン類、メルカプトカルボン酸類、メルカプトカルボン酸エステル類のメルカプト基を有する化合物等の通常連鎖移動剤として使用される化合物が挙げられる。これらは1種のみ用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。連鎖移動剤の添加量は、公知の方法から適宜設定することができる。
上記重合においては、重合溶媒を使用することが好ましい。重合溶媒としては、通常使用される重合溶液であれば特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、n-ブタノール、s-ブタノール等のモノアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール類;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ブチルエーテル、3-メトキシブタノール等のグリコールモノエーテル類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、3-メトキシブチルアセテート等のエステル類;トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類;クロロホルム;ジメチルスルホキシド;炭酸ジメチル等が挙げられる。なかでも、溶解性の観点で、モノアルコール類、多価アルコール類、及びグリコールモノエーテル類のアルコール系溶媒が好ましい。重合溶媒は、1種のみ用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記重合の条件に関し、重合温度としては、使用する単量体の種類や量、重合開始剤の種類や量等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、75~130℃が好ましく、80~110℃がより好ましい。また、重合時間も同様に適宜設定することができ、例えば、1~12時間が好ましく、3~8時間がより好ましい。
上記ベースポリマーを調製するための単量体成分として、上記酸基含有単量体としては、上述したものと同様の単量体が挙げられる。なかでも、汎用性、入手性等の観点から、カルボン酸系単量体(不飽和モノカルボン酸類、不飽和多価カルボン酸類、不飽和長鎖モノカルボン酸類、不飽和酸無水物類)が好ましい。反応性、アルカリ可溶性等の点で、上記酸基含有単量体は、より好ましくは不飽和モノカルボン酸類であり、更に好ましくは(メタ)アクリル酸(すなわち、アクリル酸及び/又はメタクリル酸)である。
上記エポキシ基含有単量体としては、上述したものと同様の単量体が挙げられる。なかでも、副反応を抑制でき、保存安定性の向上が期待できる点で(メタ)アクリル酸グリシジルが好ましい。
また、上記酸基含有単量体及びエポキシ基含有単量体以外に、上記ベースポリマーの製造に使用することができる単量体としては、上述した単量体成分が挙げられる。これらの単量体成分の種類及び料は、得ようとするアルカリ可溶性樹脂の目的、用途に応じて適宜選択することができる。
工程(2)
次いで、上記工程(1)で得られたベースポリマーに反応性基B及び重合性二重結合を有する単量体Xを添加して、上記ベースポリマーに上記単量体Xを付加する工程(2)を有するとよい。
上記反応性基Aが酸基である場合、反応性基Bはエポキシ基であり、反応性基B及び重合性二重結合を有する単量体Xとしては、上述したエポキシ基含有単量体が挙げられる。
上記反応性基Aがエポキシ基である場合、反応性基Bは酸基であり、反応性基B及び重合性二重結合を有する単量体Xとしては、上述した酸基含有単量体が挙げられる。
工程(2)において、上記単量体Xの添加は、特に限定されず、一括で添加してもよいし、少量ずつ連続して添加してもよいが、エポキシ基と酸基とのエステル化反応により生成する水酸基と、上記単量体Xとの反応を抑制し、ゲルの発生等を抑制することができる点で、上記単量体Xの添加は、上記単量体Xの少なくとも一部を、30分間以上かけて、分割又は連続添加して行うことが好ましい。
上記分割添加とは、添加する単量体Xの全量を一括で添加するのではなく、2回以上に分けて添加する方法である。上記分割添加は、2回以上に分けて添加するのが好ましく、3回以上に分けて添加するのがより好ましい。また、上記分割添加は、1回の添加において、都度全量を一括添加してもよいが、少量ずつ連続して添加する方法がより好ましい。各回の添加後に、一定温度で保持する時間があってもよい。そのような保持時間は30分間以上であることが好ましく、45分間以上であることがより好ましい。
また、上記連続添加とは、単量体Xを少量ずつ連続して添加する方法である。
上記分割又は連続添加における1回の添加量は、同じあってもよいし、異なっていてもよい。
上記工程(2)の付加反応は、特に限定されず、公知の方法で行うとよく、上記ベースポリマーに上記単量体Xを添加し、加熱することにより行うことができる。
上記付加反応では、通常使用される溶媒、触媒、重合禁止剤等の添加剤等を用いてもよい。
上記付加反応は、3級アミン化合物及び/又はホスフィン化合物の存在下で行うことが好ましい。上記3級アミンとしては、例えば、トリエチルアミン、ジメチルベンジルアミン等が挙げられる。上記ホスフィン化合物としては、例えば、トリフェニルホスフィン、トリエチルホスフィン等が挙げられる。なかでも、ジメチルベンジルアミン、トリフェニルホスフィンが好ましく、ジメチルベンジルアミンがより好ましい。これらは、1種のみ使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記3級アミン化合物及び/又はホスフィン化合物の使用量は、ベースポリマーと単量体Xの合計量に対して、0.05~5質量部であることが好ましく、0.1~1質量部であることがより好ましく、0.1~0.5質量部であることが更に好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、トリメチルハイドロキノン、t-ブチルハイドロキノン、メトキノン、6-t-ブチル-2,4-キシレノール、2,6-ジ-t-ブチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチル-4-メトキシフェノール、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)等のフェノール系禁止剤、有機酸銅塩やフェノチアジン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
上記付加反応の温度は、反応速度促進の点で、100℃以上であることが好ましく、105℃以上であることがより好ましく、110℃以上であることが更に好ましい。上記付加反応の温度は、分子間エステル架橋による高分子量化を抑制する点で、130℃以下であることが好ましく、125℃以下であることがより好ましく、120℃以下であることが更に好ましい。
上記付加反応の時間は、転化率の点で、10時間以上であることが好ましく、11時間以上であることが好ましく、12時間以上であることが更に好ましい。また、製造効率の点から、上記付加反応の時間は、36時間以下であることが好ましく。26時間以下であることがより好ましく、22時間以下であることが更に好ましい。
上記アルカリ可溶性樹脂の製造方法は、上記工程(1)で得られるベースポリマーが酸基を有しない場合、更に、上記工程(2)で得られた重合体に、多塩基酸又は多塩基酸無水物を反応させる工程(3)を有していてもよい。多塩基酸又は多塩基酸無水物を反応させることにより、酸基を導入して樹脂の酸価を調整し、現像性をより一層良好にすることができる。
上記ベースポリマーが酸基を有しない場合とは、例えば、上記工程(1)におけるベースポリマーを得るための単量体成分に酸基含有単量体が含まれない場合であり、上記工程(1)及び(2)においては、上記反応性基Aがエポキシ基であり、上記反応性基Bが酸基である場合が好ましい。この場合、上記工程(2)において、ベースポリマーのエポキシ基が上記単量体Xである酸基含有単量体の酸基と反応することにより、水酸基が生成する。この水酸基と多塩基酸又は多塩基酸無水物とが反応して、カルボキシル基等の酸基が樹脂に導入される。このような工程(3)を有することにより、例えば、上述した式(3)の構造を有する構成単位を有するアルカリ可溶性樹脂を得ることができる。
上記多塩基酸又は多塩基酸無水物としては、例えば、コハク酸、マレイン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸等の多塩基酸;無水コハク酸(別名:コハク酸無水物)、無水マレイン酸、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水イタコン酸等の二塩基酸無水物;トリメリット酸無水物;等が挙げられる。なかでも、コハク酸、多塩基酸無水物が好ましく、更に反応性の高さ、工業的入手の容易さから、カルボン酸無水物がより好ましく、特に、無水コハク酸、無水マレイン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸から選ばれるカルボン酸無水物が好ましい。
上記多塩基酸又は多塩基酸無水物は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合せて使用してもよい。
上記多塩基酸無水物の使用量は、アルカリ可溶性樹脂の酸価等に応じて適宜設定すればよいが、例えば、上記工程(2)で得られる重合体の水酸基1モルに対し、0.05~1.0モルであることが好ましく、0.1~0.9モルであることがより好ましく、0.15~0.8モルであることが更に好ましい。
上記多塩基酸無水物を反応させる際の反応温度としては、特に限定されず、例えば、50~130℃、好ましくは55~120℃、より好ましくは60~115℃が挙げられる。反応時間としては、例えば、2~26時間、好ましくは3~24時間、より好ましくは4~22時間が挙げられる。
上記アルカリ可溶性樹脂の製造方法は、上述した工程以外の他の工程を含んでいてもよい。他の工程としては、例えば、熟成工程、中和工程、重合開始剤や連鎖移動剤の失活工程、希釈工程、乾燥工程、濃縮工程、精製工程等が挙げられる。これらの工程は、公知の方法により行うことができる。
(2)無機酸化物粒子
本発明で使用する無機酸化物粒子としては、例えば、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Ce、Gd、Tb、Dy、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Nb、Mo、W、Zn、B、Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Te等の原子を含む光透過性で屈折率の高い無機の酸化物粒子が挙げられる。なかでも、より高い屈折率の硬化物を提供できる点で、上記無機酸化物粒子を形成する無機元素としては、Ti、Al、Zr、Zn、Sn、Ce、及びSiからなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましく、更に、高い比誘電率の硬化膜を提供できるという観点からはZrがより好ましく、高硬度の硬化膜を提供できるという観点からはSiがより好ましい。
上記無機酸化物は、単一金属の酸化物であってもよいし、2種以上の酸化物の固溶体であってもよいし、あるいは複合酸化物であってもよい。単一無機酸化物としては、例えば、酸化アルミニウム(Al)、酸化チタン(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化インジウム(In)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、酸化ランタン(La)、酸化イットリウム(Y)、酸化セリウム(CeO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ケイ素(SiO)等が挙げられる。2種以上の酸化物の固溶体としては、例えば、ITO、ATO等が挙げられる。複合酸化物としては、例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)、灰チタン石(CaTiO)、スピネル(MgAl)等が挙げられる。
なかでも、高屈折率と高比誘電率又は高硬度の硬化物を提供できる点で、上記無機酸化物粒子は、二酸化ジルコニウム粒子(ZrO粒子)及び/又は二酸化ケイ素粒子(SiO粒子)であることが特に好ましい。
上記二酸化ケイ素粒子(シリカ粒子)としては、ケイ素原子を有する無機酸化物粒子であれば特に限定されるものではないが、ケイ素原子に加え、更に他の金属原子を含む複合無機酸化物であってもよい。
上記二酸化ケイ素粒子の数平均一次粒子径は、1nm以上、30nm未満であることが好ましく、より好ましくは1nm以上、20nm以下、更に好ましくは1nm以上、15nm以下である。
上記二酸化ケイ素粒子は、乾燥された粉末状のものを用いてもよいし、有機溶媒に分散された分散体形状(コロイダルシリカ等)のものを用いてもよいが、分散安定性や生産効率の観点からは、あらかじめ有機溶媒に分散された分散体形状のものを用いて混合することが好適である。すなわち、上記二酸化ケイ素粒子は、有機溶媒分散体として他の成分と混合し、上記樹脂組成物中に含まれることが好ましい。
上記分散体の形成に使用される有機溶媒(分散媒)としては、例えば、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒等の他、アルコール系溶媒、アミド系溶媒、キシレン、トルエン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用することができる。なかでも、ケトン系溶媒、エステル系溶媒及び/又はエーテル系溶媒を用いることが好ましく、ケトン系溶媒及び/又はエステル系溶媒を用いることがより好ましい。
上記分散体における上記有機溶媒(分散媒)の使用量は、二酸化ケイ素粒子を充分に分散できる量とすることが好適である。例えば、二酸化ケイ素粒子100質量部に対し、分散媒としての有機溶媒の総量が50質量部以上であることが好ましく、より好ましくは70質量部以上、更に好ましくは100質量部以上であり、また、効率性を考慮すると600質量部以下であることが好ましく、より好ましくは550質量部以下、更に好ましくは500質量部以下である。
上記有機溶媒分散体は、二酸化ケイ素粒子を、上述した有機溶媒に充分に分散させることにより得ることができるが、市販品を使用することもできる。上記市販品としては、例えば、MEK-ST-40、MEK-ST-L、MEK-ST-ZL、MEK-ST-UP、MEK-AC-2140Z、MEK-AC-4130Y、MEK-EC-2130Y、MEK-AC-5140Y等のメチルエチルケトンを分散媒とするオルガノシリカゾル;MIBK-ST、MIBK-ST-L、MIBK-SD-L等のメチルイソブチルケトンを分散媒とするオルガノシリカゾル;EAC-ST等の酢酸エチルを分散媒とするオルガノシリカゾル;メタノールシリカゾル、MA-ST-M等のメタノールを分散媒とするオルガノシリカゾル;IPA-ST、IPA-ST-L等のイソプロパノールを分散媒とするオルガノシリカゾル;EG-ST等のエチレングリコールを分散媒とするオルガノシリカゾル;NPC-ST-30、PGM-ST、PGM-AC-2140Y等のアルキレングリコールモノアルキルエーテルを分散媒とするオルガノシリカゾル;DMAC-ST等のジメチルアセトアミドを分散媒とするオルガノシリカゾル;TOL-ST等のトルエンを分散媒とするオルガノシリカゾル;PMA-ST等のプロピレングリコールモノメチルアセテートを分散媒とするオルガノシリカゾル;等が挙げられる(いずれも日産化学社製)。
本発明において、上記無機酸化物粒子は、表面修飾されたものを使用してもよいし、表面修飾されていないものを使用してもよいが、樹脂組成物中での分散性を高めることができる点で、表面修飾された無機酸化物粒子であることが好ましい。表面修飾により無機酸化物粒子の表面を親油化して、粒子の凝集を防ぎ、微分散させることができる。
なお、本明細書では、表面修飾された無機酸化物粒子を「被覆型無機酸化物粒子」とも称する。また、無機酸化物粒子が表面修飾されている場合、無機酸化物粒子の質量には、表面修飾剤の質量も含まれる。本発明においては、無機酸化物粒子の表面を修飾する有機化合物(表面修飾剤)は化学結合および/又は配位するか、あるいは、水素結合や塩の形成によって無機酸化物粒子に付着するかいずれでもよく、本発明において、「表面修飾」とは、有機基が無機酸化物に化学的に結合及び/又は配位した状態、又は物理的に付着した状態の両方を包含する。
上記無機酸化物粒子の表面修飾は、水存在下で水熱反応を行う方法や、上記無機酸化物粒子と表面修飾剤とを溶媒中で混合する方法や、これらを組み合わせた方法等の公知の方法により得ることができる。
上記水存在下で水熱反応を行う方法としては、例えば、水存在下で、水熱反応により無機酸化物を生成する化合物を加熱する方法が挙げられる。
上記水熱反応により無機酸化物を生成する化合物としては、種々の無機酸化物前駆体が挙げられ、例えば、各種金属の水酸化物、塩化物、オキシ塩化物、硫酸塩、酢酸塩、有機酸塩、アルコキシド等が挙げられ、各種金属とカルボン酸の塩であってもよい。
上記水熱反応により無機酸化物を生成する化合物の具体例としては、例えば、ジルコニウムを含む化合物の例では、水酸化ジルコニウム、塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニル、オキシ酢酸ジルコニル、オキシ硝酸ジルコニル、硫酸ジルコニウム、オクタン酸ジルコニウム、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム、オレイン酸酸化ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、ステアリン酸酸化ジルコニウム、ラウリン酸酸化ジルコニウム、テトラブトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキサイド等が挙げられる。また、チタンを含む化合物の例では、水酸化チタン、塩化チタン、オキシ塩化チタン、オキシ酢酸チタン、オキシ硝酸チタン、硫酸チタン、オクタン酸チタン、オレイン酸酸化チタン、酢酸チタン、ステアリン酸酸化チタン、ラウリン酸酸化チタン、テトラブトキシチタン(例えば、テトラ-n-ブトキシチタン)等のチタンアルコキサイド等が挙げられる。
例えば、2-エチルヘキサン酸ジルコニウムを水熱反応した場合、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボン酸で被覆された酸化ジルコニウムを得ることができる。
上記水熱反応における、水の使用量、反応温度、反応時間等の反応条件は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択することができる。
上記水熱反応により表面修飾された無機酸化物粒子は、更に、後述する表面修飾剤で処理されてもよい。表面修飾剤で表面を処理されることにより、分散性をより高めることができる。
上記無機酸化物粒子と表面修飾剤とを溶媒中で混合する方法において、使用する表面修飾剤としては、上記無機酸化物粒子の表面を親油化して、粒子の凝集を防ぎ、微分散させることができる有機化合物であれば特に限定されないが、例えば、有機酸、カップリング剤、界面活性剤等を挙げることができる。これらは1種のみ使用してもよいし、2種以上使用してもよい。
上記有機酸としては、カルボン酸化合物(カルボキシル基を有する化合物)が好ましく、炭素数5以上のカルボン酸化合物がより好ましく挙げられ、具体例としては、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、2-エチルヘキサン酸、2-メチルヘプタン酸、4-メチルオクタン酸、サリチル酸、ナフテン酸、デカン酸、ウンデシル酸、ネオデカン酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプタデシル酸、ピバリン酸、2,2-ジメチル酪酸、3,3-ジメチル酪酸、2,2-ジメチル吉草酸、2,2-ジエチル酪酸、3,3-ジエチル酪酸、ステアリン酸、プリスタン酸、2-アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、アクリル酸、メタクリル酸、2-アクリロイロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸等のC3-9脂肪族ジカルボン酸の(メタ)アクリロイロキシC1-6アルキルアルコールによるハーフエステル類;2-アクリロイロキシエチルフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルフタル酸等のC8-14芳香族ジカルボン酸の(メタ)アクリロイロキシC1-6アルキルアルコールによるハーフエステル類等が挙げられる。また、上記カルボン酸化合物は、カチオン(例えば、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン等の金属カチオンや、アンモニウムイオン等の分子性カチオン)と塩を形成していてもよい。上記有機酸は、1種のみ使用してもよいし、2種以上使用してもよいが、2種以上含むことが好ましい。
上記カップリング剤としては、上記無機酸化物粒子と結合形成可能な有機基及び親油化できる反応性官能基を有する化合物が挙げられる。上記反応性官能基としては、例えば、(メタ)アクリロイルオキシ基、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、チオール基、酸無水物基、フェノール基等が挙げられる。上記反応性官能基を有する化合物で表面処理されることにより、上記無機酸化物粒子は、カップリング剤由来の、(メタ)アクリロイルオキシ基、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、チオール基、酸無水物基、フェノール基等の反応性官能基を表面に有することができる。
上記カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミネート系カップリング剤等が挙げられる。これらは1種のみ使用してもよいし、2種以上使用してもよい。
上記シランカップリング剤としては、例えば、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等の(メタ)アクリロイルオキシ系シランカップリング剤;ジエトキシ(グリシディルオキシプロピル)メチルシラン、2-(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ系シランカップリング剤;N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-2(アミノエチル)3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1、3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤等が挙げられる。
上記チタネート系カップリング剤としては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリ(ドデシル)ベンゼンスルホニルチタネート、ネオペンチル(ジアリル)オキシ-トリ(ジオクチル)ホスフェイトチタネート、ネオペンチル(ジアリル)オキシ-トリネオドデカノイルチタネート等が挙げられる。
上記アルミネート系カップリング剤としては、例えば、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。
上記界面活性剤としては、陰イオン系界面活性剤、陽イオン系界面活性剤、両性イオン界面活性剤等のイオン性界面活性剤、又は、非イオン系界面活性剤が挙げられる。上記界面活性剤は、1種のみ使用してもよいし、2種以上してもよい。
上記陰イオン系界面活性剤としては、例えば、オレイン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム等の脂肪酸ナトリウム、脂肪酸カリウム、脂肪酸エステルスルフォン酸ナトリウム等の脂肪酸系界面活性剤;アルキルリン酸、アルキルリン酸エステル、アルキルリン酸エステルナトリウム等のリン酸系界面活性剤;アルファオレインスルフォン酸ナトリウム等のオレフィン系界面活性剤;アルキル硫酸ナトリウム等のアルコール系界面活性剤;アルキルベンゼン系界面活性剤等が挙げられる。
上記陽イオン系界面活性剤としては、例えば、塩化アルキルメチルアンモニウム、塩化アルキルジメチルアンモニウム、塩化アルキルトリメチルアンモニウム、塩化アルキルジメチルベンジルアンモニウム等が挙げられる。
上記両性イオン界面活性剤としては、例えば、アルキルアミノカルボン酸塩等のカルボン酸系、フォスフォベタイン等のリン酸エステル系界面活性剤が挙げられる。
上記非イオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラノリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル等の脂肪酸系界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル;脂肪酸アルカノールアミド;有機リン酸エステル、アルキルリン酸エステル、リン酸ポリエステル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルなどのリン酸系界面活性剤等が挙げられる。
上記無機酸化物粒子と表面修飾剤との混合は、溶媒中で行ってもよい。上記無機酸化物粒子と表面修飾剤とを溶媒中で混合する場合は、上記表面修飾剤の分散液に、粉末状の上記無機酸化物粒子を添加混合してもよいし、上記無機酸化物粒子の分散液(スラリー)に表面修飾剤を添加混合してもよいし、それぞれの分散液を調製後、それらを混合してもよい。例えば、酸化ジルコニウム(ZrO)粒子の分散液を調製する場合、分散媒の使用量は、酸化ジルコニウム粒子を充分に分散できる量とすることが好ましく、酸化ジルコニウム粒子100質量部に対し、分散媒の総量は20質量部以上であることが好ましく、40質量部以上であることがより好ましく、60質量部以上であることが更に好ましく、また、600質量部以下であることが好ましく、550質量部以下であることがより好ましく、500質量部以下であることが更に好ましい。
上記分散液に使用する溶媒も含め、上記混合時に使用する溶媒(分散媒)としては、特に限定されないが、例えば、水;メタノール、エタノール、プロパノール、2-プロパノール(IPA)、ブタノール、ジアセトンアルコール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール等のアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸プロピル、酢酸イソブチル、酢酸ブチル、酢酸イソペンチル、酢酸ペンチル、酢酸3-メトキシブチル、酢酸2-エチルブチル、酢酸シクロヘキシル、エチレングリコールモノアセテート等のエステル類;エチレングリコール、ヘキシレングリコールなどのグリコール類;ジエチルエーテル、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ブチルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、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、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等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ブチルメチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、ジプロピルケトン、メチルペンチルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン類;トルエン等が挙げられる。これらは単独で使用してもよく、また2種以上混合して使用してもよい。
上記無機酸化物粒子と上記表面修飾剤との混合割合は、特に限定されず、公知の方法から適宜設定することができる。例えば、上記表面修飾剤として(シラン)カップリング剤を使用する場合、上記(シラン)カップリング剤の使用量は、上記無機酸化物粒子100質量部に対して、0.01~100質量部であることが好ましく、1~70質量部であることがより好ましく、1~40質量部であることが更に好ましい。
上記無機酸化物粒子と上記表面修飾剤とを溶媒中で混合する場合の混合時間や温度については、公知の方法から適宜選択するとよい。また、混合の後、必要に応じて加熱等することにより反応させてもよい。
上記表面修飾剤による無機酸化物粒子の表面処理は、上述した表面修飾剤を組み合わせて用いて行ってもよく、例えば、シランカップリング剤で表面修飾した後、更に、カップリング剤又は有機酸の有機化合物で表面修飾を行うことが好ましい。
なかでも、上記無機酸化物粒子の表面修飾剤として、有機酸、シランカップリング剤、界面活性剤、及び、チタンカップリング剤の少なくとも1種を含むことが好ましく、有機酸、及び、シランカップリング剤の少なくとも1種を含むことがより好ましい。
また、上記無機酸化物粒子は、シランカップリング剤で表面修飾されていることが特に好ましい。上記無機酸化物粒子がシランカップリング剤で表面修飾されていると、硬化性樹脂組成物やその硬化膜の透過性を向上させ、かつ、長時間維持することが容易となる。
上記シランカップリング剤としては、1種又は2種以上を用いることができ、加水分解性基-Si-OR(Rはメチル基又はエチル基を表す。)を有する化合物が好ましい。シランカップリング剤としては、官能基を有するシランカップリング剤や、アルコキシシラン等が挙げられる。
上記官能基を有するシランカップリング剤としては、下記式(5):
[X-(CH4-n-Si-(OR (5)
(式中、Xは官能基、Rは上記に同じ、mは0~4の整数、nは1~3の整数を表す。)で表されるシランカップリング剤が挙げられる。
Xとしては、ビニル基、アミノ基、(メタ)アクリロキシ基、メルカプト基、グリシドキシ基等が挙げられる。シランカップリング剤を具体的に例示すると、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等の官能基Xがビニル基であるシランカップリング剤;3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルトリメトキシシラン等の官能基Xがアミノ基であるシランカップリング剤;3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン等の官能基Xが(メタ)アクリロキシ基であるシランカップリング剤;3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン等の官能基Xがメルカプト基であるシランカップリング剤;2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等の官能基Xがグリシドキシ基であるシランカップリング剤;等が挙げられる。
上記アルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン等のアルキル基がアルコキシシランのケイ素原子に直接結合しているアルキル基含有アルコキシシラン;フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン等の芳香環がアルコキシシランのケイ素原子に直接結合しているアリール基含有アルコキシシラン;等が挙げられる。
上記シランカップリング剤としては官能基Xが(メタ)アクリロキシ基であるシランカップリング剤及びアルキル基含有アルコキシシランが好ましく、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシランがより好ましい。
上記シランカップリング剤の量(被覆量)は、無機酸化物粒子100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上、さらに好ましくは2質量部以上、よりいっそう好ましくは4質量部以上であり、好ましくは40質量部以下、より好ましくは20質量部以下、さらに好ましくは15質量部以下よりいっそう好ましくは12質量部以下である。シランカップリング剤の含有量を上記範囲とすることで、無機酸化物粒子やその組成物の屈折率を維持することができる。
上記表面修飾剤として有機酸及びシランカップリング剤を含む場合、シランカップリング剤と有機酸との質量比(シランカップリング剤/有機酸)は、好ましくは0.01~2.0、より好ましくは0.1~1.5、さらに好ましくは0.2~0.95である。シランカップリング剤の量が上記範囲内であれば、無機酸化物粒子の分散性が良好である。
表面修飾された無機酸化物粒子は、表面が反応性官能基で修飾されているので、有機溶媒と親和性を有する。よって、上記各種有機溶媒中でもナノ微粒子として安定的に分散された状態となっている。具体的には透明性の高い溶液状態として扱うことができる。
表面修飾された無機酸化物粒子(被覆型無機酸化物粒子)は、通常、表面修飾に用いた表面修飾液に、無機酸化物粒子が分散した分散液の状態で用いてもよいし、減圧留去して溶剤留去後の粉末として用いてもよい。
上記表面修飾された無機酸化物粒子において、表面修飾剤の修飾量としては、表面修飾された無機酸化物粒子100質量部に対して0~50質量部であることが好ましく、1~40質量部であることがより好ましく、2~30質量部であることが更に好ましい。上記表面修飾剤の修飾量が上述の範囲であると、本発明の硬化性樹脂組成物の屈折率を更に高くすることができ、また、硬度や比誘電率等も向上させることができる。
上記無機酸化物粒子(表面修飾された無機酸化物粒子(被覆型無機酸化物粒子)も含む。以下、同様。)の形状としては、球状、楕円球状、立方体状、直方体状、ピラミッド状、針状、柱状、棒状、筒状、りん片状、板状、薄片状等が挙げられる。溶媒への分散性などを考慮すると、上記形状としては、球状、柱状などが好ましい。
上記無機酸化物粒子の結晶子径は、20nm以下であることが好ましい。上記無機酸化物粒子の結晶子径が上述の範囲であると、上記無機酸化物粒子を含有する硬化性樹脂組成物の透明率を向上できる。上記結晶子径は、より好ましくは15nm以下であり、さらに好ましくは10nm以下である。上記結晶子径の下限は、通常1nm程度である。上記結晶子径は、X線回折解析により算出することができる。
上記無機酸化物粒子の数平均一次粒子径は、30nm未満であることが好ましく、25nm以下であることがより好ましい。上記無機酸化物粒子の数平均一次粒子径が上述の範囲であると、上記無機酸化物粒子を含有する樹脂組成物の透明率を向上できる。
上記数平均一次粒子径は、より好ましくは20nm以下であり、更に好ましくは15nm以下である。上記数平均一次粒子径の下限は、1nm超が好ましく、3nm以上がより好ましく、5nm以上が更に好ましい。
上記数平均一次粒子径は、無機酸化物粒子を透過型電子顕微鏡(TEM)、電界放射型透過電子顕微鏡(FE-TEM)、電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)などで拡大観察し、無作為に100個の粒子を選択してその長軸方向の長さを測定し、その算術平均を求めることで決定することができる。
上記無機酸化物粒子の屈折率は、高屈折率を得る観点から、1.70~2.70であることが好ましく、1.90~2.70であることがより好ましい。
上記無機酸化物粒子の比表面積は、10~400m/gであることが好ましく、20~200m/gであることが更に好ましく、30~150m/gであることが最も好ましい。
上記無機酸化物粒子の含有量は、硬化性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対して、1~90質量%であることが好ましく、10~80質量%であることがより好ましく、30~70質量%であることが更に好ましい。
(3)重合性化合物
上記重合性化合物は、フリーラジカル、電磁波(例えば赤外線、紫外線、X線等)、電子線等の活性エネルギー線の照射等により重合し得る、重合性不飽和結合(重合性不飽和基とも称す)を有する低分子化合物であり、例えば、重合性不飽和基を分子中に1つ有する単官能の化合物と、2個以上有する多官能の化合物が挙げられる。
上記単官能の化合物としては、例えば、N置換マレイミド系単量体;(メタ)アクリル酸エステル類;(メタ)アクリルアミド類;不飽和モノカルボン酸類;不飽和多価カルボン酸類;不飽和基とカルボキシル基の間が鎖延長されている不飽和モノカルボン酸類;不飽和酸無水物類;芳香族ビニル類;共役ジエン類;ビニルエステル類;ビニルエーテル類;N-ビニル化合物類;不飽和イソシアネート類;等が挙げられる。また、活性メチレン基や活性メチン基を有する単量体等を用いることもできる。
上記多官能の化合物としては、例えば、下記の化合物等が挙げられる。
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールFアルキレンオキシドジ(メタ)アクリレート等の2官能(メタ)アクリレート化合物;
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールヘプタ(メタ)アクリレート、トリペンタエリスリトールオクタ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ε-カプロラクトン付加ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートコハク酸変性物、ペンタエリスリトールトリアクリレートコハク酸変性物、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートフタル酸変性物、ペンタエリスリトールトリアクリレートフタル酸変性物、下記式:
Figure 2024092620000006
で表されるジペンタエリスリトールヘキサアクリレートの変性物等の3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物;
エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、ポリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ブチレングリコールジビニルエーテル、ヘキサンジオールジビニルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジビニルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、グリセリントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタビニルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサビニルエーテル等の多官能ビニルエーテル類;
(メタ)アクリル酸2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸3-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸1-メチル-2-ビニロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ビニロキシプロピル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸5-ビニロキシペンチル、(メタ)アクリル酸6-ビニロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸4-ビニロキシメチルシクロヘキシルメチル、(メタ)アクリル酸p-ビニロキシメチルフェニルメチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシ)エチル、(メタ)アクリル酸2-(ビニロキシエトキシエトキシエトキシ)エチル等のビニルエーテル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;
エチレングリコールジアリルエーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ポリエチレングリコールジアリルエーテル、プロピレングリコールジアリルエーテル、ブチレングリコールジアリルエーテル、ヘキサンジオールジアリルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキシドジアリルエーテル、ビスフェノールFアルキレンオキシドジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、グリセリントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、ジペンタエリスリトールペンタアリルエーテル、ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル、エチレンオキシド付加トリメチロールプロパントリアリルエーテル、エチ
レンオキシド付加ジトリメチロールプロパンテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、エチレンオキシド付加ジペンタエリスリトールヘキサアリルエーテル等の多官能アリルエーテル類;
(メタ)アクリル酸アリル等のアリル基含有(メタ)アクリル酸エステル類;トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、アルキレンオキシド付加トリ(メタクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート等の多官能(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート類;トリアリルイソシアヌレート等の多官能アリル基含有イソシアヌレート類;トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の多官能イソシアネートと(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル等の水酸基含有(メタ)アクリル酸エステル類との反応で得られる多官能ウレタン(メタ)アクリレート類;ジビニルベンゼン等の多官能芳香族ビニル類;等。これらの重合性化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記重合性化合物のなかでも、硬化性樹脂組成物の硬化性をより高める観点から、多官能の重合性化合物を用いることが好ましい。上記多官能の重合性化合物の官能数としては、3以上が好ましく、4以上がより好ましい。また、上記官能数は10以下が好ましく、8以下がより好ましい。
上記重合性化合物の分子量としては特に限定されないが、取り扱いの観点から、例えば、2000以下が好ましい。
上記多官能の重合性化合物としては、なかでも、反応性、経済性、入手性等の観点から、好ましくは多官能(メタ)アクリレート化合物、多官能ウレタン(メタ)アクリレート化合物、(メタ)アクリロイル基含有イソシアヌレート化合物等の、(メタ)アクリロイル基を有する化合物が挙げられ、より好ましくは多官能(メタ)アクリレート化合物が挙げられる。(メタ)アクリロイル基を有する化合物を含むことにより、上記硬化性樹脂組成物が感光性及び硬化性により優れたものとなり、より一層高硬度で高透明性の硬化物を得ることができる。上記多官能の重合性化合物としては、3官能以上の多官能(メタ)アクリレート化合物を用いることが更に好ましい。
上記重合性化合物の含有量は、硬化性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対して、5~60質量%であることが好ましく、10~50質量%であることがより好ましく、15~40質量%であることが更に好ましい。
<光ラジカル発生剤>
上記硬化性樹脂組成物は、更に、光ラジカル発生剤を含むことが好ましい。
上記光ラジカル発生剤としては、光ラジカル重合開始剤が好ましく、例えば、2-メチル-1-[4-(メチルチオ)フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オン(「IRGACURE907」、BASF社製)、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルフォリノフェニル)-ブタノン-1(「IRGACURE369」、BASF社製)、2-ジメチルアミノ-2-(4-メチル-ベンジル)-1-(4-モルフォリン-4-イル-フェニル)-ブタン-1-オン(「IRGACURE379」、BASF社製)等のアミノケトン系化合物;2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン(「IRGACURE651」、BASF社製)、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル(「DAROCUR MBF」、BASF社製)等のベンジルケタール系化合物;1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン(「IRGACURE184」、BASF社製)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン(「DAROCUR1173」、BASF社製)、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン(「IRGACURE2959」、BASF社製)、2-ヒドロキシ-1-{4-[4-(2-ヒドロキシ-2-メチル-プロピオニル)-ベンジル]-フェニル}-2-メチル-プロパン-1-オン(「IRGACURE127」、BASF社製)、[1-ヒドロキシ-シクロヘキシル-フェニル-ケトン+ベンゾフェノン](「IRGACURE500」、BASF社製)等のハイドロケトン系化合物;等の他、特開2013-227485号公報段落[0084]~[0086]に例示された、他のアルキルフェノン系化合物;1,2-オクタンジオン,1-[4-(フェニルチオ)フェニル]-,2-(O-ベンゾイルオキシム)(「OXE01」、BASF社製)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)(「OXE02」、BASF社製)、1,2-オクタンジオン、1-[4-(フェニルチオ)-,2-,(O-ベンゾイルオキシム)]、エタノン(「OXE03」、BASF社製)、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)(「OXE04」、BASF社製)等のオキシムエステル系化合物;ベンゾフェノン系化合物;ベンゾイン系化合物;チオキサントン系化合物;ハロメチル化トリアジン系化合物;ハロメチル化オキサジアゾール系化合物;ビイミダゾール系化合物;チタノセン系化合物;安息香酸エステル系化合物;アクリジン系化合物等;ホスフィンオキシド系化合物;等が挙げられる。なかでも、アミノケトン系化合物、オキシムエステル系化合物が好ましい。上記光ラジカル発生剤は、1種のみ使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記光ラジカル発生剤の含有量は、硬化性樹脂組成物の固形分総量100質量%に対して、0.3~20質量%であることが好ましく、0.5~10質量%であることがより好ましく、1~8質量%であることが更に好ましい。
上記硬化性樹脂組成物はまた、必要に応じて、上述した成分以外の他の成分を含んでいてもよい。上記他の成分としては、例えば、溶剤;色材(顔料、染料);分散剤;耐熱向上剤;レベリング剤;現像助剤;シリカ微粒子等の無機微粒子;シラン系、アルミニウム系、チタン系等のカップリング剤;フィラー、フェノール樹脂、ポリビニルフェノール等の熱硬化性樹脂;界面活性剤;多官能チオール化合物等の硬化助剤;可塑剤;重合禁止剤;紫外線吸収剤;酸化防止剤;艶消し剤;消泡剤;帯電防止剤;フッ素系添加剤;カチオン重合性化合物;熱酸発生剤;酸化合物、リン酸誘導体等が挙げられる。これらは、1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの他の成分は、公知のものから適宜選択して使用することができ、その使用量も適宜設定することができる。
例えば、酸基とエポキシ基の反応を抑制できる点で、上記反応性基Aがエポキシ基である場合、酸解離定数pKaが4.2以下の酸化合物を添加するのが好ましい。
(硬化性樹脂組成物の調製)
本発明の硬化性樹脂組成物を調製する方法としては、特に制限されず公知の方法を用いればよく、例えば、上述した各含有成分を、各種の混合機や分散機を用いて混合分散する方法が挙げられる。混合・分散工程は特に制限されず、公知の方法により行えばよい。また、通常行われる他の工程を更に含んでいてもよい。
2.硬化物
本発明の硬化性樹脂組成物を使用して硬化物を得る方法としては、特に制限されず、公知の方法を用いればよく、例えば、上記硬化性樹脂組成物を基材上に塗布、又は、成形したものを、加熱、又は、紫外線等の活性エネルギー線の照射、あるいはこれらの組み合わせにより硬化させて硬化物を得る方法が挙げられる。このような上記硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜も本発明の一つである。
上記硬化物の製造方法としては、例えば、基材上に、硬化性樹脂組成物を塗布して塗膜を形成する工程(a)、形成された塗膜に光照射する工程(b)、及び、光照射した塗膜を加熱する工程(c)を含む方法が好ましく挙げられる。
上記基材としては、特に制限されず、目的や用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ガラス板、プラスチック板等、種々の材料からなる基材が挙げられる。
上記工程(a)において、上記硬化性樹脂組成物を塗布して塗膜を形成する方法としては、特に制限されず、スピン塗布、スリット塗布、ロール塗布、流延塗布等の公知の方法で行うことができる。
上記硬化性樹脂組成物を基材上に塗布した後、塗布物を乾燥させて塗膜を形成することが好ましい。上記乾燥は、公知の方法で行うことができ、例えば、ホットプレート、IRオーブン、コンベクションオーブン等を用いて行うことができる。乾燥条件は、含まれる溶媒成分の沸点、硬化成分の種類、膜厚、乾燥機の性能等に応じて適宜選択されるが、通常、50~160℃の温度で10秒~300秒間行うことが好適である。
上記工程(b)において、形成された塗膜に光照射する方法としては、特に制限されず、公知の方法で行うことができる。光照射に使用される活性光線の光源としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、タングステンランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、中圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、蛍光ランプ等のランプ光源、アルゴンイオンレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー、ヘリウムカドミニウムレーザー、半導体レーザー等のレーザー光源等が挙げられる。
上記塗膜に光照射する場合、フォトマスクを介して光照射を行ってもよい。フォトマスクとして、目的とするパターンに応じて遮光部が形成されたマスクを用いるとよい。
フォトマスクを介して光照射を行った後、現像液によって現像処理し、未照射部分を除去する工程を有していてもよい。光照射により、照射部分は硬化し、硬化物は現像液に対して不溶化又は難溶化される。一方、未照射部分は現像液に溶解するので、現像処理により除去され、パターン化された硬化膜を得ることができる。現像処理は、通常、10~50℃の現像温度で、浸漬現像、スプレー現像、ブラシ現像、超音波現像等の方法で行うことができる。
上記現像液は、上記硬化性樹脂組成物を溶解するものであれば特に限定されないが、通常、有機溶媒やアルカリ性水溶液が用いられ、これらの混合物を用いてもよい。なお、現像液としてアルカリ性水溶液を用いる場合には、現像後、水で洗浄することが好ましい。有機溶媒やアルカリ性水溶液としては、例えば、特開2015-157909号公報に記載のものと同様のものが挙げられる。
上記工程(c)においては、塗膜を60~300℃で加熱することが好ましい。加熱温度は、より好ましくは70~250℃、更に好ましくは80~230℃である。
加熱時間は、特に制限されず、例えば、5~60分間とすることが好適である。また、加熱方法も特に限定されず、例えば、ホットプレート、コンベクションオーブン、高周波加熱機等の公知の加熱機器を用いて行うことができる。
上記製造方法により得られる硬化物が硬化膜である場合、その膜厚は、所望の高屈折率を充分に発揮できる点で、0.1~50μmであることが好ましく、0.5~40μmであることがより好ましく、1~30μmであることが更に好ましい。
3.用途
本発明の硬化性樹脂組成物は、現像性に優れ、高い屈折率を有する硬化物を得ることができる。そのため、現像性や高屈折率が必要とされる用途に好適に用いることができる。
本発明の硬化性樹脂組成物は、例えば、液晶・有機EL・量子ドット・マイクロLED液晶表示装置や固体撮像素子、タッチパネル式表示装置等に用いられるカラーフィルター、ブラックマトリクス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー、インキ、印刷版、プリント配線板、半導体素子、フォトレジスト、磁気記録材料、触媒材料、紫外線吸収材料、歯科材料、コンタクトレンズ、眼内レンズ、眼鏡用高屈折レンズ、光学的コンピューティング、光記憶媒体、反射防止膜、コンフォーマルコーティング、マイクロレンズアレイ、自動車用トップコート、塗料、コーティング剤、頭髪用化粧品、勾配屈折率光学部品及び動的勾配屈折率部品、ナノインプリント材料、光硬化プラスチック、ホログラム記録用重合性化合物、ガラスの表面コーティング材、太陽電池用透明コーティング材、プラスチックレンズ、印刷版、半導体発光素子(発光ダイオード、有機発光ダイオード、レーザダイオード)、導光路(平面及び「ファイバー」両方の幾何学的形状)、半導体素子、光拡散部材、プリズムシート、ハードコート材、光配線部材、回折格子、LED等の封止材料、感圧接着剤、CCD/CMOS等のセンサー素子やディスプレイ等の表示素子に用いられるガラス、フィルム及びシートの表面に用いる保護膜、液晶等の画像表示部材とプラスチック製カバーパネルとの貼り合わせに用いる光硬化性樹脂(OCR)、透明電極等に使用する反射保護膜、タッチパネルのITO電極の骨見え防止のためのインデックスマッチング、アンチブロッキング層、ディスプレイの反射防止膜、半導体の層間絶縁用フィルム等の各種用途にも広く適用することができる。なかでも、本発明の硬化性樹脂組成物は、光学材料用であることが好ましい。
本発明において、「光学材料」とは、光学分野や電機・電子分野における装置の構成部材等に使用される材料をいい、例えば、液晶・有機EL・量子ドット・ミニ/マイクロLED表示装置/固体撮像素子/タッチパネル式表示装置等に用いられるカラーフィルター、光取り出し層、ブラックマトリクス、フォトスペーサー、ブラックカラムスペーサー、フォトレジスト、オーバーコート、TFT用平坦化層、TFT用絶縁膜、光学レンズの表面コート等に材料として使用されるものをいう。
本発明の硬化性樹脂組成物を硬化してなる硬化膜、及び、それをを有する光学材料用部材は本発明の一つである。また、そのような光学材料用部材を有する光学材料も本発明の一つである。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。
本実施例で使用した各種評価方法は、下記の通りである。
<重量平均分子量>
重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレンを標準物質として用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定により求めた。測定条件は以下のとおりである。
装置:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー装置HLC-8320GPC(東ソー社製)
カラム:TSKgel SuperHZM-M(東ソー社製)
検出器:液体クロマトグラム用RI検出器
測定温度:40℃
溶媒:THF(テトラヒドロフラン)
試料濃度:0.05g/10cc
サンプル側流量:0.6ml/分
<酸価>
樹脂溶液を3g精秤し、アセトン90gと水10gの混合溶媒に溶解させ、0.1NのKOH水溶液を滴定液として用いて滴定した。滴定は、自動滴定装置(商品名:COM-555、平沼産業社製)を用いて行い、樹脂溶液の酸価と樹脂溶液の固形分から固形分1g当たりの酸価(mgKOH/g)を求めた。
なお、樹脂溶液の固形分は以下の方法で求めた。すなわち、樹脂溶液をアルミカップに約1gはかり取り、アセトン約3gを加えて溶解させた後、常温で自然乾燥させた。そして、熱風乾燥機(商品名:PHH-101、エスペック社製)を用い、真空下160℃で1.5時間乾燥した後、デシケータ内で放冷し、質量を測定した。その質量減少量から、樹脂溶液の固形分(質量%)を計算した。
<水酸基当量>
樹脂固形分の質量(g)を樹脂の水酸基量(mol)で除することにより求めた。
<二重結合当量>
樹脂固形分の質量(g)を樹脂の二重結合量(mol)で除することにより求めた。
<耐溶剤性>
硬化性樹脂組成物を5cm角のガラス基板上にスピンコートし、100℃で3分間乾燥後、高圧水銀灯を用いて200mJで露光を行い、230℃でそれぞれ40分間熱処理(後硬化)を行い、膜厚2μmの硬化膜を得た。そして、硬化膜の質量を測定した後、その硬化膜を1-メチル-2-ピロリドン(NMP)20gに40℃で10分間浸漬した後取り出し、再度硬化膜の質量を測定し、浸漬前に対する浸漬後の硬化膜の質量割合(%)を求めた。上記質量割合が大きい程、浸漬後の硬化膜の重量減少率が小さく、耐溶剤性が高いと評価する。
<現像速度>
硬化性樹脂組成物を10cm角のガラス基板にスピンコート法により塗布し、加熱処理(90℃、3分間)した後、塗布膜から50μmの距離に30μmのラインアンドスペースの開口部を設けたフォトマスクを介して、2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(大日本科研社製、商品名「MA-1100」)によって、60mJ/cm(365nm照度換算)の露光量で露光を行い、0.05%水酸化カリウム水溶液をスピン現像機にて散布し、未露光部を溶解、除去し、残った露光部を純水で10秒間水洗することにより現像することで、現像性の評価を行った。
具体的には、上記のようにフォトマスクを介して現像された塗布膜を、表面粗さ計(菱化システム社製、商品名「VertScan2.0」)にて観察し、未露光部が流れるのに要した0.05%水酸化カリウム水溶液の散布時間を現像時間とした。
<屈折率>
硬化性樹脂組成物を、スピンコーター(ミカサ株式会社製、1H-D7)を用いて、5cm角ガラス基板(ソーダライムガラスAS-2K、東新理興社製)上に均一に塗布した。塗布板を100℃で3分間乾燥させることにより、ガラス基板上に塗膜が形成された積層体を得た。得られた積層体を、2.0kWの超高圧水銀ランプを装着したUVアライナ(大日本科研社製、商品名「MA-1100」)によって、100mJ/cm(365nm照度換算)の露光量で露光を行い、パーフェクトオーブン恒温器(エスペック社製)を用いて、230℃で60分間加熱処理を行い、室温まで冷却し、膜厚50nmの膜を製膜した。製膜した膜の屈折率を、分光エリプソメーターUVISEL(HORIBA Scientific社製)を使用し、Na D線(589nm)を用いて測定することにより求めた。比較例2の測定結果を1(STD)とし、相対的な屈折率を評価した。例えば、実施例1は、比較例2に比べ屈折率が1.7%高くなったことを意味する。
<分散性>
得られた硬化性樹脂組成物を室温で24時間放置した後、目視にて外観を観察し、下記の基準により評価した。
評価基準
◎:変化なし
〇:わずかに増粘が見られた。
×:固形分の沈降が見られた。
<無機酸化物粒子の結晶状態の同定>
無機酸化物粒子の結晶状態の同定は、X線回折装置(リガク社製、RINT-TTRIII)を用いて行った。
<無機酸化物粒子の数平均一次粒子径>
無機酸化物粒子の数平均一次粒子径は、超高分解能電解放出型走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、S-4800)で観察することによって測定した。倍率15万倍で無機酸化物粒子を観察し、無作為に選んだ100個の粒子について、各粒子の長軸方向の長さを測定し、その平均値を数平均一次粒子径とした。
<質量減少率の測定>
TG-DTA(熱重量-示差熱分析)装置により、空気雰囲気下、室温から800℃まで10℃/分で表面修飾された無機酸化物粒子を昇温し、該粒子の質量減少率を測定した。この質量減少率により、無機酸化物粒子を表面修飾している化合物の割合、及び無機酸化物粒子の割合を知ることができる。
(製造例1)アルカリ可溶性樹脂(A-1)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)202部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)92部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にビニルトルエン(VT)29部、N-ベンジルマレイミド(BzMI)5部、アクリル酸(AA)66部、パーブチル(登録商標)O(日油社製、PBO)2部を混合した。滴下槽2に、n-ドデシルメルカプタン7部、PGMEA 13部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO 0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却したのち、6-t-ブチル-2,4-キシレノール0.3部、ジメチルベンジルアミン(DMBA)0.7部を投入し、酸素濃度7%に調整した窒素・空気混合ガスをバブリングしながら90℃に昇温した。メタクリル酸グリシジル(GMA)98.6部を投入し4時間反応させ、110℃に昇温した。その後、6時間110℃を保持し反応を完結させ、室温まで冷却し、樹脂溶液(A-1)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(A-1)の物性を表1に示す。
(製造例2)アルカリ可溶性樹脂(A-2)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)201部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)144部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)26部、アクリル酸(AA)74部、パーブチルO(PBO)2部を混合した。滴下槽2に、β-メルカプトプロピオン酸5部、PGMEA 15部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却したのち、メタクリル酸グリシジル(GMA)69部、6-t-ブチル-2,4-キシレノール0.3部、ジメチルベンジルアミン(DMBA)0.7部を投入し、酸素濃度7%に調整した窒素・空気混合ガスをバブリングしながら110℃に昇温した。メタクリル酸グリシジル(GMA)69部を、1回に30分間かけて連続的に供給して、1時間保持する操作を合計3回繰り返して添加した後7.5時間110℃を保持した。その後、115℃に昇温し8時間反応させ、反応を完結させ、室温まで冷却し、樹脂溶液(A-2)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(A-2)の物性を表1に示す。
(製造例3)アルカリ可溶性樹脂(A-3)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)129部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)97部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)65部、アクリル酸(AA)35部、パーブチルO(PBO)2部を混合した。滴下槽2に、β-メルカプトプロピオン酸4部、PGMEA 16部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却したのち、メタクリル酸グリシジル(GMA)59.2部、6-t-ブチル-2,4-キシレノール0.3部、ジメチルベンジルアミン(DMBA)0.7部を投入し、酸素濃度7%に調整した窒素・空気混合ガスをバブリングしながら115℃に昇温した。8時間反応させ、反応を完結させ、室温まで冷却し、樹脂溶液(A-3)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(A-3)の物性を表1に示す。
(製造例4)アルカリ可溶性樹脂(A-4)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)125部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)95部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸メチル(MMA)62部、メタクリル酸2-ヒドロキシプロピル(HPMA)10部、アクリル酸(AA)28部、パーブチルO(PBO)2部を混合した。滴下槽2に、β-メルカプトプロピオン酸5部、PGMEA 15部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却したのち、メタクリル酸グリシジル(GMA)53.2部、6-t-ブチル-2,4-キシレノール0.3部、ジメチルベンジルアミン(DMBA)0.7部を投入し、酸素濃度7%に調整した窒素・空気混合ガスをバブリングしながら115℃に昇温した。8時間反応させ、反応を完結させ、室温まで冷却し、樹脂溶液(A-4)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(A-4)の物性を表1に示す。
(製造例5)アルカリ可溶性樹脂(A-5)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)93部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)74部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸t-ブチル(TBMA)57部、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(HEMA)35部、メタクリル酸(MAA)8部、パーブチルO(PBO)2部を混合した。滴下槽2に、β-メルカプトプロピオン酸5部、PGMEA 15部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却し樹脂溶液(A-5)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(A-5)の物性を表1に示す。
(製造例6)アルカリ可溶性樹脂(A-6)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)179部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸メチル(MMA)35部、メタクリル酸グリシジル(GMA)65部、パーブチルO(PBO)2部を混合し、3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却したのち、メチルハイドロキノン0.1部、トリフェニルホスフィン(TPP)0.4部を投入し、酸素濃度7%に調整した窒素・空気混合ガスをバブリングしながら110℃に昇温した。アクリル酸(AA)33部を6時間かけて連続的に供給した。その後、6時間110℃を保持した。その後、115℃に昇温し8時間反応させた。その後、室温まで冷却した後、無水コハク酸(SAH)9.0部を投入し110℃5時間反応させ、樹脂溶液(A-6)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(A-6)の物性を表1に示す。
(製造例7)アルカリ可溶性樹脂(B-1)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)73部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)60部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸t-ブチル(TBMA)92部、メタクリル酸(MAA)8部、パーブチルO(PBO)2部を混合した。滴下槽2に、β-メルカプトプロピオン酸3部、PGMEA 17部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却し樹脂溶液(B-1)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(B-1)の物性を表1に示す。
(製造例8)アルカリ可溶性樹脂(B-2)の製造
反応槽としての冷却管付きセパラブルフラスコに、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)135部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)65部を仕込み、窒素雰囲気下にて90℃に昇温した。他方、滴下槽1にメタクリル酸シクロヘキシル(CHMA)70部、アクリル酸(AA)30部、パーブチルO(PBO)2部を混合した。滴下槽2に、n-ドデシルメルカプタン3部、PGMEA 17部を混合した。それぞれ3時間かけて連続的に供給した。その後30分間90℃を保持した後、PBO0.5部を投入し、更に90℃で30分間、反応を継続した。その後、温度を115℃まで昇温し、1.5時間重合を継続した。一旦室温まで冷却したのち、メタクリル酸グリシジル(GMA)41.4部、6-t-ブチル-2,4-キシレノール0.3部、ジメチルベンジルアミン(DMBA)0.7部を投入し、酸素濃度7%に調整した窒素・空気混合ガスをバブリングしながら115℃に昇温した。8時間反応させ、反応を完結させ、室温まで冷却し、樹脂溶液(B-2)を得た。得られたアルカリ可溶性樹脂(B-2)の物性を表1に示す。
(製造例9)無機酸化物粒子の調製
製造例9-1
(2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートで被覆された被覆型酸化ジルコニウムナノ粒子(被覆型ZrO粒子1)の製造)
2-エチルヘキサン酸ジルコニウムミネラルスピリット溶液(782g、2-エチルヘキサン酸ジルコニウム含有率44質量%、第一希元素化学工業社製)に純水(268g)を混合した。得られた混合液を、攪拌機付きオートクレーブ内に仕込み、該オートクレーブ内の雰囲気を窒素ガスで置換した。その後、混合液を180℃まで加熱し、該温度で16時間保持(オートクレーブ内圧力は0.94MPa)して反応させ、酸化ジルコニウム粒子を生成した。続いて、反応後の混合液を取り出し、底部に溜まった沈殿物を濾別してアセトンで洗浄した後に、乾燥した。乾燥後の上記沈殿物(100g)をトルエン(800mL)に分散させたところ、白濁溶液となった。次に、精製工程として、定量濾紙(アドバンテック東洋社製、No.5C)にて再度濾過し、沈殿物中の粗大粒子などを除去した。さらに、濾液を減圧濃縮してトルエンを除去することで白色の酸化ジルコニウムナノ粒子1(被覆型ZrO粒子1)を回収した。
得られた被覆型ZrO粒子1の結晶構造を確認したところ、正方晶と単斜晶に帰属される回折線が検出され、回折線の強度から、正方晶と単斜晶の割合は54/46で、その粒子径(結晶子径)は5nmであった。
電子顕微鏡により測定して得られた被覆型ZrO粒子1の平均粒子径(数平均一次粒子径)は、12nmであった。また、得られた被覆型ZrO粒子1を、赤外吸収スペクトルによって分析したところ、C-H由来の吸収と、COOH由来の吸収が確認できた。当該吸収は、被覆型ZrO粒子1において表面を被覆している2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートに起因するものと考えられる。
さらに上記した<質量減少率の測定>に従って測定した被覆型ZrO粒子1の質量減少率は、12質量%であった。従って、被覆型ZrO粒子1において表面を被覆している2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートは、被覆型ZrO粒子1全体の12質量%であることが分かった。
製造例9-2
(2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで被覆された酸化ジルコニウムナノ粒子(被覆型ZrO粒子2)の製造)
上記製造例1で得られた被覆型ZrO粒子1(10g)と2-アクリロイルオキシエチルサクシネート(1.5g)をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(12g)中で均一分散するまで撹拌混合した。次いで、n-ヘキサン(36g)を添加することで分散粒子を凝集させて溶液を白濁させ、白濁液から凝集粒子を濾紙により分離した。その後、分離した凝集粒子をn-ヘキサン(36g)中に添加、10分撹拌後、凝集粒子を濾紙により分離し、得られた粒子を室温で真空乾燥することで、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートで表面処理された酸化ジルコニウムナノ粒子(被覆型ZrO粒子2)を調製した。
得られた被覆型ZrO粒子2を重クロロホルムに分散させて測定資料とし、H-NMRによる分析を行なった。その結果、2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレートと2-アクリロイルオキシエチルサクシネートの存在モル比率が24:76であることがわかった。
上記<質量減少率の測定>に従って測定した被覆型ZrO粒子2の質量減少率は、18質量%だった。従って、被覆型酸化ジルコニウム粒子を被覆する2-エチルヘキサン酸及び/又は2-エチルヘキサン酸由来のカルボキシレート、及び2-アクリロイルオキシエチルサクシネートは、被覆型酸化ジルコニウム粒子全体の18質量%であることが分かった。
上記で得られた被覆型ZrO粒子2(7g)、メチルエチルケトン(3g)、DISPER BYK-111(ビッグケミー・ジャパン社製、0.14g)を配合し、均一撹拌することで、ジルコニア粒子分散液を得た。電子顕微鏡により測定した上記被覆型ZrO粒子2の数平均一次粒子径は、12nmであった。
(実施例1~6、比較例1~2)
表2に示す配合(固形分量)で、上記製造例で得られた樹脂溶液と、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートと、光ラジカル発生剤(イルガキュア907、BASF社製)と、上記製造例で得られた無機酸化物粒子(被覆型ZrO粒子2)と、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートとを混合して、硬化性樹脂組成物1~8を得た。得られた硬化性樹脂組成物を用いて、耐溶剤性、現像速度、屈折率、及び、分散性を上記の方法で評価した。結果を表2に示す。
Figure 2024092620000007
Figure 2024092620000008
表1~2より、水酸基当量が450g/mol以下であるアルカリ可溶性樹脂と、無機酸化物粒子と重合性化合物を含む実施例1~6の硬化性樹脂組成物は、耐溶剤性・現像速度・分散性・屈折率のバランスに優れる特性を示した。比較例1は水酸基の導入がないため評価不良であった。比較例2は水酸基が存在するものの導入量が少ないため、実施例の評価に及ばず評価不良であった。

Claims (10)

  1. アルカリ可溶性樹脂、無機酸化物粒子、及び、重合性化合物を含み、
    該アルカリ可溶性樹脂の水酸基当量が、450g/mol以下である
    ことを特徴とする硬化性樹脂組成物。
  2. 更に、光ラジカル発生剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  3. 前記アルカリ可溶性樹脂は、側鎖に下記式(1)で表される構造を有することを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
    Figure 2024092620000009
  4. 前記アルカリ可溶性樹脂の二重結合当量が、450g/mol以下であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  5. 前記アルカリ可溶性樹脂の酸価が、100mgKOH/g以下であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  6. 前記無機酸化物粒子を形成する金属は、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、亜鉛、スズ、セリウム、及び、ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  7. 前記無機酸化物粒子は、表面修飾されていることを特徴とする請求項1に記載の硬化性樹脂組成物。
  8. 請求項1に記載の硬化性樹脂組成物を硬化してなることを特徴とする硬化膜。
  9. 請求項8に記載の硬化膜を有することを特徴とする光学材料用部材。
  10. 請求項9に記載の光学材料用部材を有することを特徴とする光学材料。

JP2022208695A 2022-12-26 2022-12-26 硬化性樹脂組成物、及び、その用途 Pending JP2024092620A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022208695A JP2024092620A (ja) 2022-12-26 2022-12-26 硬化性樹脂組成物、及び、その用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022208695A JP2024092620A (ja) 2022-12-26 2022-12-26 硬化性樹脂組成物、及び、その用途

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024092620A true JP2024092620A (ja) 2024-07-08

Family

ID=91802225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022208695A Pending JP2024092620A (ja) 2022-12-26 2022-12-26 硬化性樹脂組成物、及び、その用途

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024092620A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI422656B (zh) 活性能量線硬化型塗料組成物、其硬化物及新穎硬化性樹脂
JP2007314773A (ja) 高屈折率粒子含有樹脂組成物
JP2010235783A (ja) 表面修飾シリカ粒子及びそれを用いた活性エネルギー線硬化型樹脂組成物
JP4530987B2 (ja) 活性エネルギー線硬化型ウレタン(メタ)アクリレート組成物
JP2020186325A (ja) アルカリ可溶性樹脂、及び、硬化性樹脂組成物
JP2024092620A (ja) 硬化性樹脂組成物、及び、その用途
TWI680877B (zh) 積層基材、蓋玻璃、觸控面板及積層基材之製造方法
JP2015030732A (ja) 硬化性樹脂組成物及びその用途
JP6814077B2 (ja) 硬化性樹脂組成物
JP2024053561A (ja) アルカリ可溶性樹脂の製造方法、及び、感光性樹脂組成物
JP2008038086A (ja) 活性エネルギー線硬化性組成物及び積層体
JP2022131202A (ja) 硬化性樹脂組成物及びその用途
JP2014126813A (ja) 硬化性樹脂組成物及びその用途
JP5741249B2 (ja) 光硬化性組成物及びその硬化膜
WO2016072256A1 (ja) シロキサン樹脂組成物、これを用いた透明硬化物、透明画素、マイクロレンズ、固体撮像素子
TWI849187B (zh) 壓印用樹脂組成物
JP2015108089A (ja) 硬化性樹脂組成物及びその用途
JP2020100819A (ja) 樹脂組成物、硬化膜およびその製造方法
JP7449153B2 (ja) 熱硬化性樹脂、その製造方法、及び、硬化性樹脂組成物
KR20240157093A (ko) 알칼리 가용성 수지, 알칼리 가용성 수지 조성물, 및 그 제조 방법
JP2024009606A (ja) アルカリ可溶性樹脂組成物、及びその硬化物
JP2022189367A (ja) ラジカル重合性重合体およびその感光性組成物
WO2024214603A1 (ja) 活性エネルギー線硬化性組成物及びその硬化物
JP2024044061A (ja) ラジカル重合性重合体及び感光性樹脂組成物
JP2024036282A (ja) アルカリ可溶性樹脂及びその製造方法、感光性樹脂組成物、硬化物、表示装置用部材、及び、表示装置