JP7630122B2 - A method for producing a photophilic/repellent pattern forming agent, a substrate having a photophilic/repellent pattern forming agent on its surface, and an article having a photophilic/repellent pattern on at least a part of its surface - Google Patents
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Description
本開示は親撥パターン形成剤、親撥パターン形成剤を表面に有する基材、及び親撥パターンを少なくとも一部の表面に有する物品の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a repellent pattern forming agent, a substrate having a repellent pattern forming agent on its surface, and a method for manufacturing an article having a repellent pattern on at least a portion of its surface.
少なくとも光触媒含有層を有する光触媒含有層側基板と、少なくとも前記光触媒含有層中の光触媒の作用により特性の変化する特性変化層を有するパターン形成体用基板とを、前記光触媒含有層および前記特性変化層が接触するように配置した後、露光することにより、露光した部分の特性変化層の特性を変化させ、次いで光触媒含有層側基板を取り外すことにより、特性変化層上に特性の変化したパターンを有するパターン形成体を得ることを特徴とするパターン形成体の製造方法が提案されている(特許文献1)。 A method for producing a pattern formation body has been proposed, which is characterized in that a photocatalyst-containing layer side substrate having at least a photocatalyst-containing layer and a substrate for a pattern formation body having a property change layer whose properties change due to the action of at least the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer are arranged so that the photocatalyst-containing layer and the property change layer are in contact with each other, and then exposed to light to change the properties of the property change layer in the exposed portion, and then the photocatalyst-containing layer side substrate is removed to obtain a pattern formation body having a pattern with changed properties on the property change layer (Patent Document 1).
本開示は、光触媒活性により親液性へと変化する撥液性ポリマーを用いて、親撥パターンを形成する新たな方法を提供することを課題とする。 The objective of this disclosure is to provide a new method for forming lyophilic/lyophobic patterns using a liquid-repellent polymer that becomes lyophilic due to photocatalytic activity.
項1.
光触媒を含有する親撥パターン形成剤であって、
下記一般式(1)、又は
下記一般式(2-1)及び/若しくは(2-2)
で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体を含有する、親撥パターン形成剤:
Xは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、CFX1X2基(但し、X1及びX2は、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子又は塩素原子である。)、シアノ基、炭素数1~21の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、置換若しくは非置換のベンジル基、置換若しくは非置換のフェニル基、又は炭素数1~20の直鎖状または分岐状アルキル基であり、
Yは、直接結合、酸素原子を有していてもよい炭素数1~10の炭化水素基、-CH2CH2N(R1)SO2-基(但し、R1は炭素数1~4のアルキル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、-CH2CH(OY1)CH2-基(但し、Y1は水素原子またはアセチル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、又は-(CH2)nSO2-基(nは1~10であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)であり、
Rfは炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、又は分子量400~5,000のフルオロポリエーテル基である。);
項2.
さらに非フッ素系溶剤を含む、項1に記載の親撥パターン形成剤。
項3.
前記光触媒が、酸化チタン(TiO2)である、項1又は2に記載の親撥パターン形成剤。
項4.
前記重合体が、45質量%以上のフッ素元素を含有する重合体である項1~3のいずれか1項に記載の親撥パターン形成剤。
項5.
前記重合体が、45質量%未満のフッ素元素を含有する含フッ素重合体であり、溶剤中のフッ素系溶剤の含有量が30質量%未満である項1~3のいずれか1項に記載の親撥パターン形成剤。
項6.
項1~5のいずれか1項に記載の親撥パターン形成剤を表面に有する基材。
項7.
項6に記載の基材を有する有機及び/又は無機のパターン状導電体。
項8.
項7に記載のパターン状導電体を有する物品。
項9.
有機トランジスタ、有機ELディスプレイ、有機EL照明、及び有機太陽電池から選択される少なくとも一種の物品である項8に記載の物品。
項10.
親撥パターンを少なくとも一部の表面に有する物品の製造方法であって、
項1~5のいずれか一項に記載の親撥パターン形成剤が適用された前記表面において、パターン状に電磁波を照射することにより親撥パターンを形成する工程
を含む、製造方法。
項11.
光触媒と、一般式(1)で表される化合物に基づく構成単位を有する重合体とを含有する組成物:
Xは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、CFX1X2基(但し、X1及びX2は、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子又は塩素原子である。)、シアノ基、炭素数1~21の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、置換若しくは非置換のベンジル基、置換若しくは非置換のフェニル基、又は炭素数1~20の直鎖状または分岐状アルキル基であり、
Yは、直接結合、酸素原子を有していてもよい炭素数1~10の炭化水素基、-CH2CH2N(R1)SO2-基(但し、R1は炭素数1~4のアルキル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、-CH2CH(OY1)CH2-基(但し、Y1は水素原子またはアセチル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、又は-(CH2)nSO2-基(nは1~10であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)であり、
Rfは炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、又は分子量400~5,000のフルオロポリエーテル基である。)。
Item 1.
A photophilic/repellent pattern forming agent containing a photocatalyst,
The following general formula (1), or the following general formula (2-1) and/or (2-2):
A phobic/philic pattern forming agent containing a polymer having a repeating unit derived from a fluorine-containing compound represented by the formula:
X is a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a CFX 1 X 2 group (wherein X 1 and X 2 are the same or different and are a hydrogen atom, a fluorine atom, or a chlorine atom), a cyano group, a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 21 carbon atoms, a substituted or unsubstituted benzyl group, a substituted or unsubstituted phenyl group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms;
Y is a direct bond, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have an oxygen atom, a -CH2CH2N ( R1 ) SO2- group (wherein R1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), a -CH2CH ( OY1 ) CH2- group (wherein Y1 is a hydrogen atom or an acetyl group, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), or a -(CH2)nSO2- group ( wherein n is 1 to 10, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O);
Rf is a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoropolyether group having a molecular weight of 400 to 5,000;
Item 2.
Item 2. The repellent pattern forming agent according to Item 1, further comprising a non-fluorinated solvent.
Item 3.
Item 3. The photophilic/repellent pattern forming agent according to Item 1 or 2, wherein the photocatalyst is titanium oxide (TiO 2 ).
Item 4.
4. The photophilic/repellent pattern forming agent according to any one of items 1 to 3, wherein the polymer contains 45% by mass or more of elemental fluorine.
Item 5.
4. The photosensitive pattern forming agent according to any one of items 1 to 3, wherein the polymer is a fluorine-containing polymer containing less than 45% by mass of elemental fluorine, and the content of a fluorine-containing solvent in the solvent is less than 30% by mass.
Item 6.
Item 6. A substrate having the repellent pattern forming agent according to any one of items 1 to 5 on its surface.
Item 7.
Item 7. An organic and/or inorganic patterned conductor having the substrate according to item 6.
Item 8.
Item 8. An article having the patterned conductor according to item 7.
Item 9.
Item 9. The article according to item 8, which is at least one article selected from the group consisting of an organic transistor, an organic EL display, an organic EL lighting device, and an organic solar cell.
Item 10.
A method for producing an article having a repellent pattern on at least a portion of a surface thereof, comprising the steps of:
Item 6. A method for producing a photoresist pattern comprising the step of irradiating an electromagnetic wave in a pattern on the surface to which the photoresist pattern forming agent according to any one of Items 1 to 5 has been applied, thereby forming a photoresist pattern.
Item 11.
A composition containing a photocatalyst and a polymer having a structural unit based on a compound represented by general formula (1):
X is a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a CFX 1 X 2 group (wherein X 1 and X 2 are the same or different and are a hydrogen atom, a fluorine atom, or a chlorine atom), a cyano group, a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 21 carbon atoms, a substituted or unsubstituted benzyl group, a substituted or unsubstituted phenyl group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms;
Y is a direct bond, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have an oxygen atom, a -CH2CH2N ( R1 ) SO2- group (wherein R1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), a -CH2CH ( OY1 ) CH2- group (wherein Y1 is a hydrogen atom or an acetyl group, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), or a -(CH2)nSO2- group ( wherein n is 1 to 10, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O);
Rf is a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoropolyether group having a molecular weight of 400 to 5,000.
光触媒活性により親液性へと変化する撥液性ポリマーを用いた、親撥パターンを形成する新たな方法を提供することができる。 This provides a new method for forming lyophilic/repellent patterns using a liquid-repellent polymer that becomes lyophilic due to photocatalytic activity.
本開示において「(メタ)アクリル酸」は「アクリル酸」及び「メタクリル酸」を包括する用語として使用される。
1.親撥パターン形成剤
光触媒を含有する親撥パターン形成剤であって、
下記一般式(1)、又は
下記一般式(2-1)及び/若しくは(2-2)
で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体を含有する、親撥パターン形成剤である:
Xは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、CFX1X2基(但し、X1及びX2は、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子又は塩素原子である。)、シアノ基、炭素数1~21の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、置換若しくは非置換のベンジル基、置換若しくは非置換のフェニル基、又は炭素数1~20の直鎖状または分岐状アルキル基であり、
Yは、直接結合、酸素原子を有していてもよい炭素数1~10の炭化水素基、-CH2CH2N(R1)SO2-基(但し、R1は炭素数1~4のアルキル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、-CH2CH(OY1)CH2-基(但し、Y1は水素原子またはアセチル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、又は-(CH2)nSO2-基(nは1~10であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)であり、
Rfは炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、又は分子量400~5,000のフルオロポリエーテル基である。);
1. Photophilic pattern forming agent
A photophilic/repellent pattern forming agent containing a photocatalyst,
The following general formula (1), or the following general formula (2-1) and/or (2-2):
The present invention relates to a photophilic/phobic pattern forming agent that contains a polymer having a repeating unit derived from a fluorine-containing compound represented by the formula:
X is a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a CFX 1 X 2 group (wherein X 1 and X 2 are the same or different and are a hydrogen atom, a fluorine atom, or a chlorine atom), a cyano group, a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 21 carbon atoms, a substituted or unsubstituted benzyl group, a substituted or unsubstituted phenyl group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms;
Y is a direct bond, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have an oxygen atom, a -CH2CH2N ( R1 ) SO2- group (wherein R1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), a -CH2CH ( OY1 ) CH2- group (wherein Y1 is a hydrogen atom or an acetyl group, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), or a -(CH2)nSO2- group ( wherein n is 1 to 10, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O);
Rf is a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoropolyether group having a molecular weight of 400 to 5,000;
特許文献1のような従来の方法では親撥パターンの形状ごとに光触媒含有層を有する光触媒含有層側基板、具体的には、光触媒含有層を有するフォトマスクを用意する必要があり、親撥パターン形成工程が煩雑になる問題があった。本開示の親撥パターン形成剤を使用すれば、被処理面において所定のパターン形状に親液領域を容易に形成でき、さらにこの被処理面に印刷法で機能性インクを塗布すれば、かかる親液領域のみに位置選択的にインクが塗布された状態とすることができる。 In conventional methods such as those described in Patent Document 1, it is necessary to prepare a photocatalyst-containing layer side substrate having a photocatalyst-containing layer for each shape of the affinity-repellent pattern, specifically, a photomask having a photocatalyst-containing layer, which makes the affinity-repellent pattern formation process complicated. By using the affinity-repellent pattern forming agent of the present disclosure, it is possible to easily form lyophilic regions in a predetermined pattern shape on the treated surface, and further, by applying a functional ink to this treated surface by a printing method, it is possible to achieve a state in which the ink is applied selectively to only the lyophilic regions.
本開示の親撥パターン形成剤においては、親液性に変化することに伴い生成する、撥液性ポリマー中の官能基に、さらに機能性材料を選択的に化学結合させることも可能である。 In the disclosed repellent pattern forming agent, it is also possible to selectively chemically bond functional materials to the functional groups in the repellent polymer that are generated as the polymer changes to lyophilicity.
1.1 含フッ素重合体(1)
含フッ素重合体(1)は、上記一般式(1)で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体である。
1.1 Fluorine-containing polymer (1)
The fluorine-containing polymer (1) is a polymer containing repeating units derived from the fluorine-containing compound represented by the above general formula (1).
含フッ素重合体(1)は、電磁波照射を受けることにより、撥液性から親液性へと変化する。この変化は、含フッ素重合体(1)のフルオロアルキル基が、カルボン酸又は水酸基等の親水基へと変化することによって起こる。 When the fluoropolymer (1) is exposed to electromagnetic waves, it changes from liquid repellency to liquid affinity. This change occurs when the fluoroalkyl groups of the fluoropolymer (1) change to hydrophilic groups such as carboxylic acid or hydroxyl groups.
上記一般式(1)において、Rfで表されるフルオロアルキル基は、少なくとも一個の水素原子がフッ素原子で置換されたアルキル基であり、全ての水素原子がフッ素原子で置換されたパーフルオロアルキル基も包含するものである。 In the above general formula (1), the fluoroalkyl group represented by Rf is an alkyl group in which at least one hydrogen atom is replaced with a fluorine atom, and also includes a perfluoroalkyl group in which all hydrogen atoms are replaced with fluorine atoms.
特に限定されないが、上記一般式(1)で表される含フッ素化合物は、長鎖フルオロアルキル基含有化合物に由来する環境負荷が低い点で、Rfが炭素数2~6の直鎖状又は分岐状のフルオロアルキル基であることが好ましく、特に、炭素数4~6の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキル基であることが好ましい。 Although not particularly limited, the fluorine-containing compound represented by the above general formula (1) is preferably a linear or branched fluoroalkyl group having 2 to 6 carbon atoms, and particularly preferably a linear or branched perfluoroalkyl group having 4 to 6 carbon atoms, in terms of the low environmental impact caused by the long-chain fluoroalkyl group-containing compound.
なお、Rfが炭素数1~6の直鎖状又は分岐状のフルオロアルキル基である場合には、撥液性向上の点で、上記一般式(1)において、Xで表されるα位の置換基がメチル基、水素原子以外のアルキル基又はハロゲン原子であることが好ましい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、中でもフッ素原子、及び塩素原子が好ましい。 When Rf is a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms, in terms of improving liquid repellency, it is preferable that the substituent at the α-position represented by X in the above general formula (1) is a methyl group, an alkyl group other than a hydrogen atom, or a halogen atom. Examples of halogen atoms include fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, and iodine atoms, and of these, fluorine atoms and chlorine atoms are preferred.
上記した一般式(1)で表される含フッ素化合物の具体例は、次の通りである。 Specific examples of fluorine-containing compounds represented by the above general formula (1) are as follows:
[化10]
Rf-SO2(CH2)3-OCO-CH=CH2
CH2=C(-F)-C(=O)-O-(CH2)2-S-Rf
CH2=C(-F)-C(=O)-O-(CH2)2-S-(CH2)2-Rf
CH2=C(-F)-C(=O)-O-(CH2)2-SO2-Rf
CH2=C(-F)-C(=O)-O-(CH2)2-SO2-(CH2)2-Rf
CH2=C(-Cl)-C(=O)-O-(CH2)2-S-Rf
CH2=C(-Cl)-C(=O)-O-(CH2)2-S-(CH2)2-Rf
CH2=C(-Cl)-C(=O)-O-(CH2)2-SO2-Rf
CH2=C(-Cl)-C(=O)-O-(CH2)2-SO2-(CH2)2-Rf
CH2=C(-Cl)-C(=O)-O-(CH2)3-S-Rf
CH2=C(-Cl)-C(=O)-O-(CH2)3-SO2-Rf
CH2=C(-CH3)-C(=O)-O-(CH2)2-Rf
CH2=C(H)-C(=O)-O-(CH2)2-Rf
[Chemical formula 10]
Rf-SO 2 (CH 2 ) 3 -OCO-CH=CH 2
CH 2 =C(−F)−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −S−Rf
CH 2 =C(−F)−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −S−(CH 2 ) 2 −Rf
CH 2 =C(-F)-C(=O)-O-(CH 2 ) 2 -SO 2 -Rf
CH 2 =C(−F)−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −SO 2 −(CH 2 ) 2 −Rf
CH 2 =C(−Cl)−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −S−Rf
CH 2 =C(−Cl)−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −S−(CH 2 ) 2 −Rf
CH 2 =C(-Cl)-C(=O)-O-(CH 2 ) 2 -SO 2 -Rf
CH 2 =C(−Cl)−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −SO 2 −(CH 2 ) 2 −Rf
CH 2 =C(−Cl)−C(=O)−O−(CH 2 ) 3 −S−Rf
CH 2 =C(-Cl)-C(=O)-O-(CH 2 ) 3 -SO 2 -Rf
CH 2 =C(−CH 3 )−C(=O)−O−(CH 2 ) 2 −Rf
CH 2 =C(H)-C(=O)-O-(CH 2 ) 2 -Rf
含フッ素重合体(1)は、上記した一種の一般式(1)で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体であってもよいし、上記した二種以上の一般式(1)で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体であってもよい。 The fluorine-containing polymer (1) may be a polymer containing repeating units derived from one of the fluorine-containing compounds represented by the general formula (1) described above, or may be a polymer containing repeating units derived from two or more of the fluorine-containing compounds represented by the general formula (1) described above.
含フッ素重合体(1)は、その全繰り返し単位中に、一般式(1)で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位が占める割合が、50モル%~100モル%であることが好ましく、60モル%~90モル%であることがより好ましい。 In the fluorine-containing polymer (1), the proportion of repeating units derived from the fluorine-containing compound represented by general formula (1) in all repeating units is preferably 50 mol % to 100 mol %, and more preferably 60 mol % to 90 mol %.
含フッ素重合体(1)は、上記した一般式(1)で表される含フッ素化合物とは異なる化合物に由来する繰り返し単位をさらに含んでいてもよい。そのような繰り返し単位の基となる化合物は限定されない。 The fluorine-containing polymer (1) may further contain a repeating unit derived from a compound different from the fluorine-containing compound represented by the above general formula (1). The compound that is the base of such a repeating unit is not limited.
そのような化合物として、例えば、下記一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
CH2=C(R1)COOR2 (2)
(式中、R1は、H又はCH3であり、R2は、炭素数4~20で水素原子に対する炭素原子の比率が0.58以上の飽和アルキル基を有する基である。)
Examples of such compounds include (meth)acrylic acid esters represented by the following general formula (2).
CH 2 =C(R 1 )COOR 2 (2)
(In the formula, R1 is H or CH3 , and R2 is a group having a saturated alkyl group having 4 to 20 carbon atoms and a ratio of carbon atoms to hydrogen atoms of 0.58 or more.)
一般式(2)において、炭素数4~20で水素原子に対する炭素原子の比率が0.58以上の飽和アルキル基の具体例としては、イソボルニル、ボルニル、フェンシル(以上はいずれもC10H17、炭素原子/水素原子=0.58)、アダマンチル(C10H15、炭素原子/水素原子=0.66)、及びノルボルニル(C7H12、炭素原子/水素原子=0.58)等の架橋炭化水素環を有する基が挙げられる。これらの架橋炭化水素環は、COO基に直接結合してもよく、或いは、炭素数1~5の直鎖状又は分枝鎖状のアルキレン基を介して、COO基に結合していてもよい。これらの架橋炭化水素環の少なくとも一以上の水素原子は、水酸基やアルキル基(炭素数、例えば1~5)に置換されていてもよい。 In the general formula (2), specific examples of saturated alkyl groups having 4 to 20 carbon atoms and a ratio of carbon atoms to hydrogen atoms of 0.58 or more include groups having a bridged hydrocarbon ring, such as isobornyl, bornyl, fencel (all of the above are C 10 H 17 , carbon atoms/hydrogen atoms=0.58), adamantyl (C 10 H 15 , carbon atoms/hydrogen atoms=0.66), and norbornyl (C 7 H 12 , carbon atoms/hydrogen atoms=0.58). These bridged hydrocarbon rings may be directly bonded to the COO group, or may be bonded to the COO group via a linear or branched alkylene group having 1 to 5 carbon atoms. At least one or more hydrogen atoms of these bridged hydrocarbon rings may be substituted with a hydroxyl group or an alkyl group (number of carbon atoms, for example, 1 to 5).
一般式(2)において、R2が、炭素数1~20のものが好ましい。 In the general formula (2), R 2 preferably has 1 to 20 carbon atoms.
一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルとしては、具体的には、(イソボルニル基を有する(メタ)アクリレート、ノルボルニル基を有する(メタ)アクリレート、アダマンチル基を有する(メタ)アクリレート等を挙げることができる。これらの内で、イソボルニル基を有する(メタ)アクリレートとしては、メタクリル酸イソボルニル、アクリル酸イソボルニル、ノルボルニル基を有する(メタ)アクリレートとしては、3-メチル-ノルボルニルメチル(メタ)アクリレート、ノルボルニルメチル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート、1,3,3-トリメチル-ノルボルニル(メタ)アクリレート、ミルタニルメチル(メタ)アクリレート、イソピノカンファニル(メタ)アクリレート、2-{[5-(1’,1’,1’-トリフルオロ-2’-トリフルオロメチル-2’-ヒドロキシ)プロピル]ノルボルニル}(メタ)アクリレート等が挙げられる。アダマンチル基を有する(メタ)アクリレートとしては、2-メチル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、2-エチル-2-アダマンチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシ-1-アダマンチル(メタ)アクリレート、1-アダマンチル-α-トリフルオロメチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、メタクリル酸イソボルニルが好ましい。 Specific examples of the (meth)acrylic acid ester represented by the general formula (2) include (meth)acrylates having an isobornyl group, (meth)acrylates having a norbornyl group, and (meth)acrylates having an adamantyl group. Among these, examples of the (meth)acrylates having an isobornyl group include isobornyl methacrylate and isobornyl acrylate, and examples of the (meth)acrylates having a norbornyl group include 3-methyl-norbornylmethyl (meth)acrylate, norbornylmethyl (meth)acrylate, norbornyl (meth)acrylate, and 1,3,3-trimethyl-norbornyl (meth)acrylate. Examples of (meth)acrylates having an adamantyl group include 2-methyl-2-adamantyl (meth)acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl (meth)acrylate, 3-hydroxy-1-adamantyl (meth)acrylate, and 1-adamantyl-α-trifluoromethyl (meth)acrylate. Among these, isobornyl methacrylate is preferred.
含フッ素重合体(1)に含まれる、上記した一般式(1)で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位とは異なる繰り返し単位の基となる化合物としては、上記した一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルの他に、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、フェニルメタクリレート、及びシクロヘキシルメタクリレート等も挙げることができる。 Examples of compounds that are the basis of repeating units different from the repeating units derived from the fluorine-containing compound represented by the above general formula (1) contained in the fluorine-containing polymer (1) include, in addition to the (meth)acrylic acid ester represented by the above general formula (2), methyl methacrylate, benzyl methacrylate, phenyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, and the like.
含フッ素重合体(1)は、一般式(1)で表される含フッ素化合物と一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルの共重合体であることが好ましい。その場合、好ましい質量比は一般式(1)で表される含フッ素化合物:一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルが50:50以上かつ100:0未満である。 The fluorine-containing polymer (1) is preferably a copolymer of a fluorine-containing compound represented by general formula (1) and a (meth)acrylic acid ester represented by general formula (2). In this case, the preferred mass ratio of the fluorine-containing compound represented by general formula (1) to the (meth)acrylic acid ester represented by general formula (2) is 50:50 or more and less than 100:0.
本開示の親撥パターン形成剤を塗布していない領域、又は塗布しているが電磁波を照射しない領域の撥液性に優れるという観点では特に、一般式(1)で表される含フッ素化合物:一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルの質量比が、95:5~75:25であることが好ましく、90:10~80:20であることがより好ましい。これらの領域が撥液性に優れ、かつ親液性へと変化する領域が変化後に親液性に優れることにより、パターンの境界の内外において濡れ性に大きな差を生じさせることができる。 From the viewpoint of achieving excellent liquid repellency in regions where the repellent pattern forming agent of the present disclosure is not applied, or in regions where the agent is applied but not irradiated with electromagnetic waves, the mass ratio of the fluorine-containing compound represented by general formula (1) to the (meth)acrylic acid ester represented by general formula (2) is preferably 95:5 to 75:25, and more preferably 90:10 to 80:20. These regions have excellent liquid repellency, and the regions that change to lyophilic have excellent lyophilicity after the change, which can create a large difference in wettability inside and outside the boundary of the pattern.
一方、光触媒の分散性に優れる溶剤を使用できるという観点では特に、一般式(1)で表される含フッ素化合物:一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルの質量比が、75:35~40:60であることが好ましく、70:30~50:50であることがより好ましい。 On the other hand, from the viewpoint of being able to use a solvent with excellent dispersibility of the photocatalyst, the mass ratio of the fluorine-containing compound represented by general formula (1) to the (meth)acrylic acid ester represented by general formula (2) is preferably 75:35 to 40:60, and more preferably 70:30 to 50:50.
含フッ素重合体(1)に含まれる、上記した一般式(1)で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位とは異なる繰り返し単位の基となる化合物としては、以下の一般式(3)
一般式(3)で表されるアルコキシシリル基含有ラジカル重合性モノマーとしては、具体的には、下記一般式で表されるモノマーを例示できる。
上記各式において、R3、R4及びR5は、上記に同じであり、R6は水素原子、メチル基、又は塩素原子であり、nは1~10の整数である。 In the above formulas, R 3 , R 4 and R 5 are the same as above, R 6 is a hydrogen atom, a methyl group or a chlorine atom, and n is an integer of 1-10.
上記したアルコキシシリル基含有ラジカル重合性モノマーは、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。 The above-mentioned alkoxysilyl group-containing radical polymerizable monomers can be used alone or in combination of two or more.
含フッ素重合体(1)は、一般式(1)で表される含フッ素化合物と一般式(2)で表される(メタ)アクリル酸エステルと一般式(3)で表されるアルコキシシリル基含有ラジカル重合性モノマーとの共重合体であってもよい。その場合、全繰り返し単位中に、一般式(3)で表されるアルコキシシリル基含有ラジカル重合性モノマーが占める割合が、0.5モル%~5モル%であることが好ましい。 The fluorine-containing polymer (1) may be a copolymer of a fluorine-containing compound represented by general formula (1), a (meth)acrylic acid ester represented by general formula (2), and an alkoxysilyl group-containing radical polymerizable monomer represented by general formula (3). In this case, it is preferable that the proportion of the alkoxysilyl group-containing radical polymerizable monomer represented by general formula (3) in all repeating units is 0.5 mol % to 5 mol %.
重合方法としては、特に制限されず、適宜選択することができる。重合方法としてはラジカル重合が好ましい。ラジカル重合反応を起こす手段は、特に制限されず、適宜選択することができる。ラジカル重合反応を起こす手段としては、例えば、有機又は無機ラジカル開始剤、光、電離放射線又は熱等による重合が挙げられる。重合反応の様式としては、特に制限されず、適宜選択することができる。重合反応の様式としては、バルク重合、溶液重合、懸濁重合及び乳化重合等を用いることができる。
含フッ素重合体(1)の重量平均分子量(Mw)は、10,000~1,000,000であることが好ましい。
The polymerization method is not particularly limited and can be appropriately selected. Radical polymerization is preferred as the polymerization method. The means for causing the radical polymerization reaction is not particularly limited and can be appropriately selected. Examples of the means for causing the radical polymerization reaction include polymerization by an organic or inorganic radical initiator, light, ionizing radiation, or heat. The mode of the polymerization reaction is not particularly limited and can be appropriately selected. Examples of the mode of the polymerization reaction include bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization.
The weight average molecular weight (Mw) of the fluoropolymer (1) is preferably from 10,000 to 1,000,000.
含フッ素重合体(1)の組成は、1H-NMR、19F-NMR、FT-IR、LC/MS、GC/MS等により確認することができる。 The composition of the fluorine-containing polymer (1) can be confirmed by 1 H-NMR, 19 F-NMR, FT-IR, LC/MS, GC/MS or the like.
本開示の親撥パターン形成剤を塗布していない領域、又は塗布しているが電磁波を照射しない領域の撥液性に優れるという観点では、含フッ素重合体(1)は、45質量%以上のフッ素元素を含有する重合体であることが好ましい。上限は特に限定されないが、たとえば99.9質量%であってよい。 From the viewpoint of achieving excellent liquid repellency in an area where the repellent pattern forming agent of the present disclosure is not applied, or an area where the agent is applied but not irradiated with electromagnetic waves, the fluorine-containing polymer (1) is preferably a polymer containing 45% or more by mass of fluorine elements. The upper limit is not particularly limited, but may be, for example, 99.9% by mass.
一方、光触媒の分散性に優れる溶剤を使用できるという観点では特に、含フッ素重合体(1)は、45質量%未満のフッ素元素を含有する重合体であることが好ましい。下限は特に限定されないが、たとえば20質量%であってよい。 On the other hand, from the viewpoint of being able to use a solvent with excellent dispersibility of the photocatalyst, it is particularly preferable that the fluorine-containing polymer (1) is a polymer containing less than 45% by mass of fluorine element. The lower limit is not particularly limited, but may be, for example, 20% by mass.
1.2 含フッ素重合体(2)
含フッ素重合体(2)は、上記一般式(2-1)及び/若しくは(2-2)で表される含フッ素化合物(上記一般式(2-1)及び(2-2)で表される含フッ素化合物のことを、それぞれ「含フッ素化合物(2-1)」及び「含フッ素化合物(2-2)」ということがある。)に由来する繰り返し単位を含む重合体である。
1.2 Fluorine-containing polymer (2)
The fluorine-containing polymer (2) is a polymer containing repeating units derived from the fluorine-containing compound represented by the above general formula (2-1) and/or (2-2) (the fluorine-containing compounds represented by the above general formulas (2-1) and (2-2) may be referred to as "fluorine-containing compound (2-1)" and "fluorine-containing compound (2-2)", respectively).
含フッ素重合体(2)は、電磁波照射を受けることにより、撥液性から親液性へと変化する。この変化は、含フッ素重合体(2)のフルオロアルキル基が、カルボン酸又は水酸基等の親水基へと変化することによって起こる。 The fluorine-containing polymer (2) changes from liquid repellent to liquid philic when exposed to electromagnetic waves. This change occurs when the fluoroalkyl groups of the fluorine-containing polymer (2) change to hydrophilic groups such as carboxylic acid or hydroxyl groups.
上記一般式(2-1)において、W2とW3とが形成する環状構造としては、例えば2個のエーテル性酸素原子を含む6員環等が挙げられる。
上記一般式(2-2)において、W4とW5とが形成する環状構造としては、例えば、1個のエーテル性酸素原子を含む5員環、又はエーテル性酸素原子を含まない6員環等が挙げられる。
In the above general formula (2-1), the cyclic structure formed by W2 and W3 may be, for example, a six-membered ring containing two etheric oxygen atoms.
In the above general formula (2-2), the cyclic structure formed by W 4 and W 5 may be, for example, a 5-membered ring containing one etheric oxygen atom, or a 6-membered ring containing no etheric oxygen atom.
含フッ素化合物(2-1)としては、撥液性の点で、W1がフッ素原子であり、かつW2及びW3がいずれも炭素数1のパーフルオロメチル基であるものが好ましい。 As the fluorine-containing compound (2-1), from the viewpoint of liquid repellency, a compound in which W 1 is a fluorine atom and W 2 and W 3 are both a perfluoromethyl group having one carbon atom is preferred.
含フッ素化合物(2-2)としては、撥液性の点で、W4及びW5のいずれかがフッ素原子であり、他方が炭素数1のパーフルオロメチル基であるものが好ましい。 As the fluorine-containing compound (2-2), from the viewpoint of liquid repellency, one in which either W 4 or W 5 is a fluorine atom and the other is a perfluoromethyl group having one carbon atom is preferred.
含フッ素化合物(2-1)の具体例としては、例えば、下記式(2-1A)で表されるパーフルオロ(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソール)(PDD)等が挙げられる。 Specific examples of the fluorine-containing compound (2-1) include perfluoro(2,2-dimethyl-1,3-dioxole) (PDD) represented by the following formula (2-1A):
含フッ素化合物(2-1)の具体例としては、下記式(2-1A)~(2-1C)で表される化合物もさらに挙げられる。 Specific examples of the fluorine-containing compound (2-1) further include compounds represented by the following formulas (2-1A) to (2-1C).
また、含フッ素化合物(2-2)の具体例としては、下記式(2-2A)で表されるパーフルオロ(2-メチレン-1,3-ジオキソラン)及び式(2-2B)で表されるパーフルオロ(2-メチレン-4-メチル-1,3-ジオキソラン)(MMD)等が挙げられる。 Specific examples of the fluorine-containing compound (2-2) include perfluoro(2-methylene-1,3-dioxolane) represented by the following formula (2-2A) and perfluoro(2-methylene-4-methyl-1,3-dioxolane) (MMD) represented by the following formula (2-2B).
含フッ素重合体(2)は、含フッ素化合物(2-1)と含フッ素化合物(2-2)とにそれぞれ由来する繰り返し単位の少なくとも一方を、全繰り返し単位に対して10モル%以上含むものであることが好ましい。なお、含フッ素重合体(2)は、含フッ素化合物(2-1)と含フッ素化合物(2-2)とにそれぞれ由来する繰り返し単位の両方を含む場合は、両者の繰り返し単位を合計で10モル%以上含むことが好ましい。 The fluorine-containing polymer (2) preferably contains at least one of the repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-1) and the fluorine-containing compound (2-2) in an amount of 10 mol % or more based on the total repeating units. When the fluorine-containing polymer (2) contains both repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-1) and the fluorine-containing compound (2-2), it preferably contains a total of 10 mol % or more of both repeating units.
含フッ素重合体(2)は、含フッ素化合物(2-1)に由来する繰り返し単位として、1種を含んでいてもよく、二種以上を含んでいてもよい。また、含フッ素重合体(2)は、含フッ素化合物(2-2)に由来する繰り返し単位として、1種を含んでいてもよく、二種以上を含んでいてもよい。 The fluorine-containing polymer (2) may contain one type or two or more types of repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-1). The fluorine-containing polymer (2) may contain one type or two or more types of repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-2).
含フッ素重合体(2)は、その繰り返し単位が全て、含フッ素化合物(2-1)と含フッ素化合物(2-2)とにそれぞれ由来する繰り返し単位のいずれかであってもよいが、含フッ素化合物(2-1)と含フッ素化合物(2-2)とにそれぞれ由来する繰り返し単位のいずれにも該当しない繰り返し単位(以下、他の繰り返し単位ともいう)を含んでいてもよい。 The repeating units of the fluorine-containing polymer (2) may all be either repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-1) or repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-2), but may also contain repeating units that do not fall into either of the repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-1) or the fluorine-containing compound (2-2) (hereinafter also referred to as other repeating units).
含フッ素重合体(2)は、含フッ素化合物(2-1)と含フッ素化合物(2-2)とにそれぞれ由来する繰り返し単位の合計を、全繰り返し単位に対して10モル%以上の割合で含むことが好ましく、50モル%以上の割合で含むことが特に好ましい。含フッ素重合体(2)が他の繰り返し単位を含む場合、他の繰り返し単位の含有割合は、全繰り返し単位に対して90モル%以下であることが好ましく、50モル%以下であることが特に好ましい。 The fluorine-containing polymer (2) preferably contains the repeating units derived from the fluorine-containing compound (2-1) and the fluorine-containing compound (2-2) in a proportion of 10 mol % or more, and particularly preferably 50 mol % or more, based on the total repeating units. When the fluorine-containing polymer (2) contains other repeating units, the content of the other repeating units is preferably 90 mol % or less, and particularly preferably 50 mol % or less, based on the total repeating units.
他の繰り返し単位としては、特に限定されず、幅広く選択できる。例えば、フッ素原子数が4個又は6個のパーフルオロアルキレン(例えばテトラフルオロエチレン(TFE))、及びパーフルオロビニルエーテル(例えばパーフルオロブテニルビニルエーテル(BVE))等が挙げられる。 The other repeating units are not particularly limited and can be selected from a wide range. For example, perfluoroalkylenes having 4 or 6 fluorine atoms (e.g., tetrafluoroethylene (TFE)) and perfluorovinyl ethers (e.g., perfluorobutenyl vinyl ether (BVE)) can be mentioned.
他の繰り返し単位としては、撥液性向上の点で、テトラフルオロエチレン(TFE)に由来する繰り返し単位(C)、または下記式(3-1)もしくは式(3-2)で表される化合物(3)に由来する繰り返し単位であることが好ましい。 As the other repeating unit, from the viewpoint of improving liquid repellency, it is preferable to use a repeating unit (C) derived from tetrafluoroethylene (TFE) or a repeating unit derived from a compound (3) represented by the following formula (3-1) or formula (3-2).
式(3-1)中、Xは、フッ素原子または炭素数1~3のパーフルオロアルキル基を表す。nは0または1である。また、式(3-2)中、Yは、炭素数1~8のパーフルオロアルキル基、または炭素数1~8のパーフルオロアルコキシ基を表す。含フッ素重合体(2)が上記式(3-1)または式(3-2)の化合物に由来する繰り返し単位を含有する場合には、この含フッ素重合体(2)を含む組成物から得られる撥液層に靱性を付与できる。 In formula (3-1), X represents a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms. n is 0 or 1. In formula (3-2), Y represents a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms, or a perfluoroalkoxy group having 1 to 8 carbon atoms. When the fluorine-containing polymer (2) contains a repeating unit derived from the compound of formula (3-1) or formula (3-2), toughness can be imparted to the liquid-repellent layer obtained from the composition containing this fluorine-containing polymer (2).
含フッ素重合体(2)は、例えば含フッ素化合物(2-1)若しくは含フッ素化合物(2-2)を単独重合させるか、又は含フッ素化合物(2-1)と含フッ素化合物(2-2)とを共重合させることにより得ることができる。また、含フッ素化合物(2-1)及び/又は含フッ素化合物(2-2)を、テトラフルオロエチレン(TFE)または化合物(3)と共重合させることによっても重合体(B)を得ることができる。 The fluorine-containing polymer (2) can be obtained, for example, by homopolymerizing the fluorine-containing compound (2-1) or the fluorine-containing compound (2-2), or by copolymerizing the fluorine-containing compound (2-1) with the fluorine-containing compound (2-2). The polymer (B) can also be obtained by copolymerizing the fluorine-containing compound (2-1) and/or the fluorine-containing compound (2-2) with tetrafluoroethylene (TFE) or the compound (3).
重合方法としては、特に制限されず、適宜選択することができる。重合方法としてはラジカル重合が好ましい。ラジカル重合反応を起こす手段は、特に制限されず、適宜選択することができる。ラジカル重合反応を起こす手段はしては、例えば、有機若しくは無機ラジカル開始剤、光、電離放射線又は熱等による重合が挙げられる。重合反応の様式としては、特に制限されず、適宜選択することができる。重合反応の様式としては、バルク重合、溶液重合、懸濁重合及び乳化重合等を用いることができる。 The polymerization method is not particularly limited and can be selected as appropriate. Radical polymerization is preferred as the polymerization method. The means for inducing a radical polymerization reaction is not particularly limited and can be selected as appropriate. Examples of the means for inducing a radical polymerization reaction include polymerization using an organic or inorganic radical initiator, light, ionizing radiation, or heat. The polymerization reaction type is not particularly limited and can be selected as appropriate. Examples of the polymerization reaction type that can be used include bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization.
含フッ素重合体(2)の重量平均分子量(Mw)は、10,000~1,000,000であることが好ましい。 The weight average molecular weight (Mw) of the fluoropolymer (2) is preferably 10,000 to 1,000,000.
含フッ素重合体(2)の組成は、1H-NMR、19F-NMR、FT-IR、LC/MS、GC/MS等により確認することができる。 The composition of the fluorine-containing polymer (2) can be confirmed by 1 H-NMR, 19 F-NMR, FT-IR, LC/MS, GC/MS or the like.
1.3 光触媒
光触媒としては、その光触媒活性により、含フッ素重合体(1)及び(2)を撥液性から親撥性へと変化させることができるものであればよく、そのような光触媒を適宜幅広く選択することができる。
1.3 Photocatalysis
The photocatalyst may be any photocatalyst that can change the fluoropolymers (1) and (2) from liquid repellent to liquid repellent by its photocatalytic activity, and such photocatalysts can be appropriately selected from a wide range.
光触媒としては、例えば、酸化チタン(TiO2)、酸化タングステン、酸化亜鉛、及び窒素ドープ型酸化チタン酸化スズ(SnO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、および酸化鉄(Fe2O3)等が挙げられる。これらから選択して1種又は2種以上を混合して用いることができる。 Examples of photocatalysts include titanium oxide (TiO 2 ), tungsten oxide, zinc oxide, nitrogen-doped titanium oxide tin oxide (SnO 2 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), and iron oxide (Fe 2 O 3 ). One or more of these may be selected and used in combination.
光触媒としては、物理的・化学的に極めて安定で、光触媒活性が高く、無害無毒で環境にやさしく、原材料が廉価な点で、TiO2が好ましい。 As a photocatalyst, TiO2 is preferred because it is extremely stable physically and chemically, has high photocatalytic activity, is non-hazardous and non-toxic, is environmentally friendly, and is made from inexpensive raw materials.
TiO2にはアナターゼ型とルチル型が存在するが、光触媒活性が高い点で、アナターゼ型が好ましい。 There are anatase and rutile types of TiO2 , and the anatase type is preferred because of its high photocatalytic activity.
光触媒の一次粒径は小さいほど光触媒反応が効果的に起こるので好ましく、光触媒の平均一次粒径は50nm以下が好ましく、20nm以下が特に好ましい。光触媒の平均一次粒径は通常、5~300nmである。 The smaller the primary particle size of the photocatalyst, the more effective the photocatalytic reaction, and the smaller the particle size of the photocatalyst is, the more preferable it is. The average primary particle size of the photocatalyst is preferably 50 nm or less, and particularly preferably 20 nm or less. The average primary particle size of the photocatalyst is usually 5 to 300 nm.
本開示の親撥パターン形成剤は、光触媒を、含フッ素重合体に対して、10~5000質量%含むことが好ましく、100~1000質量%含むことがより好ましく、300~700質量%含むことがさらに好ましい。 The repellent pattern forming agent of the present disclosure preferably contains 10 to 5000% by mass of the photocatalyst relative to the fluorine-containing polymer, more preferably 100 to 1000% by mass, and even more preferably 300 to 700% by mass.
1.4 溶剤
本開示の親撥パターン形成剤は、好ましくは溶剤を含む。
1.4 Solvent
The repellent pattern forming agent of the present disclosure preferably comprises a solvent.
溶剤としては、含フッ素重合体(1)及び/又は(2)をより溶解させ、かつ、より光触媒の凝集を抑制しつつ分散させることができるものが好ましい。適宜、フッ素系溶剤または非フッ素系溶剤を単独で、又はこれら両者の混合物を溶剤として用いることができる。 As the solvent, one that can dissolve the fluorine-containing polymers (1) and/or (2) and disperse the photocatalyst while suppressing aggregation is preferred. As appropriate, a fluorine-based solvent or a non-fluorine-based solvent can be used alone, or a mixture of both can be used as the solvent.
フッ素系溶剤若しくは非フッ素系溶剤を単独で使用する場合、又はこれら両者の混合物を溶剤として用いる場合のいずれにおいても、フッ素系溶剤としては、単独を使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。また、この場合、非フッ素系溶剤としては、単独を使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。特に光触媒をよく分散するという観点で、本開示の親撥パターン形成剤は非フッ素溶剤を含むことが好ましい。 In either case where a fluorine-based solvent or a non-fluorine-based solvent is used alone, or where a mixture of these two is used as the solvent, the fluorine-based solvent may be used alone or in combination of two or more. In this case, the non-fluorine-based solvent may be used alone or in combination of two or more. In particular, from the viewpoint of dispersing the photocatalyst well, it is preferable that the photophilic pattern forming agent of the present disclosure contains a non-fluorine-based solvent.
非フッ素系溶剤としては、特に制限されず、適宜幅広く選択できる。具体的には、例えば、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノール及びブチルアルコール等が挙げられる。非フッ素系溶剤としては、酸化チタン分散性が良好な点で、イソプロピルアルコールが好ましい。 The non-fluorine-based solvent is not particularly limited and can be selected from a wide range of solvents. Specific examples include isopropyl alcohol, ethanol, methanol, and butyl alcohol. As a non-fluorine-based solvent, isopropyl alcohol is preferred because of its excellent dispersibility in titanium oxide.
フッ素系溶剤としては、特に制限されず、適宜幅広く選択できる。具体的には、例えば、HFE7300、HFE7200、HFE7100[以上、スリーエム ジャパン(株)製]、AC-6000、AE-3000[以上、AGC(株)製]、ヘキサフルオロアセトン、ヘキサフルオロイソプロパノール、m-キシレンヘキサフロライド[以上、セントラル硝子(株)製]等が挙げられる。フッ素系溶剤としては、イソプロピルアルコールの溶解性が高い点で、HFE7300、HFE7200、AC-6000及びm-キシレンヘキサフロライドが好ましい。 The fluorine-based solvent is not particularly limited and can be selected from a wide range of solvents. Specific examples include HFE7300, HFE7200, HFE7100 [all manufactured by 3M Japan Ltd.], AC-6000, AE-3000 [all manufactured by AGC Ltd.], hexafluoroacetone, hexafluoroisopropanol, m-xylene hexafluoride [all manufactured by Central Glass Co., Ltd.], etc. As the fluorine-based solvent, HFE7300, HFE7200, AC-6000 and m-xylene hexafluoride are preferred because of their high solubility in isopropyl alcohol.
特に、含フッ素重合体(1)及び(2)として、45質量%以上のフッ素元素を含有する重合体を用いる場合は、フッ素系溶剤と非フッ素系溶剤を混合して用いることが好ましい。この場合、溶剤全体における非フッ素系溶剤の合計の含有割合を、3質量%~80質量%とすることができる。20質量%~70質量%がより好ましく、40質量%~60質量%が特に好ましい。 In particular, when using polymers containing 45% or more by mass of fluorine element as the fluorine-containing polymers (1) and (2), it is preferable to use a mixture of a fluorine-based solvent and a non-fluorine-based solvent. In this case, the total content of the non-fluorine-based solvent in the entire solvent can be 3% by mass to 80% by mass. 20% by mass to 70% by mass is more preferable, and 40% by mass to 60% by mass is particularly preferable.
特に、含フッ素重合体(1)及び(2)として、45質量%未満のフッ素元素を含有する重合体を用いる場合は、溶剤全体におけるフッ素系溶剤の合計の含有割合を、30質量未満とすることが好ましい。さらにフッ素溶剤を含まずに非フッ素系溶剤を単独で用いることが特に好ましい。 In particular, when a polymer containing less than 45% by mass of fluorine element is used as the fluorine-containing polymers (1) and (2), it is preferable that the total content of fluorine-based solvents in the entire solvent is less than 30% by mass. Furthermore, it is particularly preferable to use a non-fluorine-based solvent alone without containing a fluorine solvent.
溶剤の表面張力は、13~23mN/mであることが好ましく、16~23mN/mであることが特に好ましい。溶剤の表面張力はウイルヘルミー法で測定した値である。 The surface tension of the solvent is preferably 13 to 23 mN/m, and particularly preferably 16 to 23 mN/m. The surface tension of the solvent is a value measured by the Wilhelmy method.
1.5 その他の成分
本開示の親撥パターン形成剤は、さらに他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、蛍光剤、顔料等が挙げられる。
1.5 Other ingredients
The repellent pattern forming agent of the present disclosure may further contain other components, such as a fluorescent agent and a pigment.
1.6 親撥パターン形成剤の製造方法
本開示のパターン形成剤の製造方法は限定されない。本開示のパターン形成剤は、例えば以下のようにして製造できる。
1.6 Method for producing repellent pattern forming agent
The method for producing the pattern forming agent of the present disclosure is not limited. The pattern forming agent of the present disclosure can be produced, for example, as follows.
まず、溶剤に光触媒を分散させる。その後、含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体を、光触媒を分散させた溶剤に分散させる。このような順番で分散させることにより、前記重合体中における光触媒の分散性が良好となる。これにより、順番を変えて製造した場合と比較してより均一な親撥パターン形成剤を得ることができる。 First, the photocatalyst is dispersed in a solvent. Then, a polymer containing repeating units derived from a fluorine-containing compound is dispersed in the solvent in which the photocatalyst has been dispersed. By dispersing in this order, the dispersibility of the photocatalyst in the polymer is improved. This makes it possible to obtain a more uniform photophilic/repellent pattern forming agent compared to when the order is changed.
1.7 用途
本開示の親撥パターン形成剤は、機能性インクに対して親液性を示す領域と、同インクに対して撥液性を示す領域とから構成される親撥パターンの形成のために用いられる。より具体的には、本開示の親撥パターン形成剤は、(1)曲げや伸縮耐久性に優れるフレキシブル基材において有機及び/又は無機の導電性パターンの形成、(2)有機及び/又は無機の半導体や絶縁体のパターンの形成等に使用される。
1.7 Applications
The lyophilic/repellent pattern forming agent of the present disclosure is used for forming a lyophilic/repellent pattern consisting of a region exhibiting lyophilicity to a functional ink and a region exhibiting lyophobicity to the same ink. More specifically, the lyophilic/repellent pattern forming agent of the present disclosure is used for (1) forming an organic and/or inorganic conductive pattern on a flexible substrate having excellent durability against bending and stretching, and (2) forming an organic and/or inorganic semiconductor or insulator pattern, etc.
本開示の親撥パターン形成剤は、それが適用された被処理表面において、パターン状に電磁波を照射することにより親撥パターンを形成するために使用することができる。パターン状に電磁波を照射する方法は、パターンが描画されたフォトマスクを介して基板全面に照射する方法が一般的であるが、これに限定されず、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いて紫外LED光をパターン状に描画できるマスクレス露光装置を使用してもよい。 The parent-repellent pattern forming agent of the present disclosure can be used to form a parent-repellent pattern by applying electromagnetic waves in a pattern to a treated surface to which it has been applied. The method of applying electromagnetic waves in a pattern is generally a method of applying electromagnetic waves to the entire surface of a substrate through a photomask on which a pattern has been drawn, but is not limited thereto. For example, a maskless exposure device capable of drawing ultraviolet LED light in a pattern using a digital micromirror device (DMD) may be used.
2. 基材
本開示の基材は、親撥パターン形成剤を表面に有する基材である。
2. Substrate
The substrate of the present disclosure is a substrate having a repellent pattern forming agent on its surface.
本開示の基材は、親撥パターン形成剤を表面に有するため、パターン状に電磁波を照射することにより表面に親撥パターンが形成され得る。金属基材に電磁波を照射し、導電性インクを印刷することにより、有機及び/又は無機のパターン状導電体が製造できる。このため、本開示の基材は、表面に親撥パターンが形成されていることで有利な物品として使用できる。そのような物品としては、特に限定されず、幅広く選択できる。そのような物品の具体例としては、有機及び/又は無機の導電体、半導体又は絶縁体のパターンを有するデバイスであってもよい。そのような物品の具体例としては、例えば、有機トランジスタ、有機ELディスプレイ、有機EL照明、及び有機太陽電池等の有機電子デバイスが挙げられる。 The substrate of the present disclosure has a photophilic/repellent pattern forming agent on its surface, and thus a photophilic/repellent pattern can be formed on the surface by irradiating electromagnetic waves in a pattern. By irradiating a metal substrate with electromagnetic waves and printing a conductive ink, an organic and/or inorganic patterned conductor can be produced. For this reason, the substrate of the present disclosure can be used as an advantageous article having a photophilic/repellent pattern formed on its surface. Such articles are not particularly limited and can be selected from a wide range. Specific examples of such articles may be devices having patterns of organic and/or inorganic conductors, semiconductors, or insulators. Specific examples of such articles include organic electronic devices such as organic transistors, organic EL displays, organic EL lighting, and organic solar cells.
3. 親撥パターンを少なくとも一部の表面に有する物品の製造方法
本開示の、親撥パターンを少なくとも一部の表面に有する物品の製造方法は、上記の親撥パターン形成剤が適用された物品の表面において、パターン状に電磁波を照射することにより親撥パターンを形成する工程を含む、製造方法である。
3. Method for manufacturing an article having a repellent pattern on at least a part of its surface
The manufacturing method of the present disclosure for an article having a parent-repellent pattern on at least a portion of its surface is a manufacturing method including a step of forming a parent-repellent pattern by irradiating electromagnetic waves in a pattern shape on the surface of an article to which the parent-repellent pattern forming agent has been applied.
電磁波照射(照射は、露光とも言う)の方法としては、特に限定されず、親撥パターン形成剤の特性を撥液性から親液性へと変化させることができるものを幅広く選択できる。具体的として、例えば、通常の紫外線(200~400nm)、真空紫外線(172nm)、電子線、及び軟X線放射光等が挙げられる。 The method of electromagnetic wave irradiation (irradiation is also called exposure) is not particularly limited, and a wide range of methods can be selected that can change the properties of the lyophilic/repellent pattern forming agent from liquid repellent to liquid affinity. Specific examples include ordinary ultraviolet light (200 to 400 nm), vacuum ultraviolet light (172 nm), electron beams, and soft X-ray synchrotron radiation.
電磁波の照射(露光)時間は5s~300minが好ましく、5s~200minがより好ましい。 The electromagnetic wave irradiation (exposure) time is preferably 5 s to 300 min, and more preferably 5 s to 200 min.
電磁波の積算光量は5mJ/cm2~300J/cm2が好ましく、10mJ/cm2~200J/cm2がより好ましい。フォトマスクで基板を覆う場合は、基板とフォトマスクの間に光触媒により発生したオゾンが高濃度に存在することが親液化を促進する。マスクレス露光する場合でも、基板を石英ガラスで覆うことにより、同じ効果が得られる。 The integrated light quantity of the electromagnetic waves is preferably 5 mJ/cm 2 to 300 J/cm 2 , and more preferably 10 mJ/cm 2 to 200 J/cm 2. When the substrate is covered with a photomask, the high concentration of ozone generated by the photocatalyst between the substrate and the photomask promotes lyophilization. Even when performing maskless exposure, the same effect can be obtained by covering the substrate with quartz glass.
本開示の親撥パターン形成剤を塗布した基板に、所定のパターン形状に電磁波を照射することにより得られた親撥パターン基板に、印刷法で機能性インクを塗布することにより、パターン状親液領域のみに、機能性インクが位置選択的に濡れ拡がる。この原理により、高精細な機能材料パターンを低コストで製造することが可能となる。本開示の親撥パターン形成剤においては、親液性に変化することに伴い生成する官能基、例えば、カルボン酸と、機能性材料、例えば、銀を選択的に化学結合させることもできる。例えば、特開2015-044373号明細書に開示されているような高分子主鎖から伸びたカルボン酸は、真空紫外光(波長172nm)のような高エネルギー電磁波を用いなくても、通常の紫外光(波長200~400nm)で生成することが可能となる。 A substrate coated with the lyophilic/repellent pattern forming agent of the present disclosure is irradiated with electromagnetic waves in a predetermined pattern shape to obtain a lyophilic/repellent pattern substrate, and then a functional ink is applied by a printing method to the lyophilic/repellent pattern substrate, whereby the functional ink spreads selectively in the position only in the patterned lyophilic regions. This principle makes it possible to manufacture high-definition functional material patterns at low cost. In the lyophilic/repellent pattern forming agent of the present disclosure, functional groups, such as carboxylic acids, generated as a result of the change to lyophilicity can also be selectively chemically bonded to functional materials, such as silver. For example, carboxylic acids extending from a polymer main chain as disclosed in JP 2015-044373 A can be generated with normal ultraviolet light (wavelength 200 to 400 nm) without using high-energy electromagnetic waves such as vacuum ultraviolet light (wavelength 172 nm).
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。 Although the embodiments have been described above, it will be understood that various changes in form and details are possible without departing from the spirit and scope of the claims.
以下、製造例及び実施例を挙げて本開示をさらに詳細に説明する。 The present disclosure will be explained in more detail below with reference to manufacturing examples and working examples.
製造例1[親撥パターン形成剤(含フッ素重合体のフッ素元素濃度:50質量%、溶剤中のIPA含量:4.9質量%)]
四つ口フラスコに、メタクリル酸パーフルオロヘキシル(CH2=C(CH3)COOCH2CH2C6F13:以下、「Rf(C6)メタクリレート」と略記することがある)30.625g、メタクリル酸イソボルニル(以下、「iBMA」と略記することがある)4.375g、及びパーフルオロブチルエチルエーテル(C6F13OCH3:「HFE7300」と略記することがある)66gを仕込み、10分間窒素バージし、70℃に加熱した。これにアゾビスイソブチロニトリル(以下、「AIBN」と略記することがある)0.149gを投入し、6時間反応し、Rf(C6)メタクリレート/iBMA=100/14.3(質量比)共重合体を得た。
Production Example 1 [Phot-and-phobic pattern-forming agent (fluorine element concentration in fluorine-containing polymer: 50% by mass, IPA content in solvent: 4.9% by mass)]
A four-neck flask was charged with 30.625 g of perfluorohexyl methacrylate ( CH2 =C( CH3 ) COOCH2CH2C6F13 , hereinafter sometimes abbreviated as "Rf(C6) methacrylate"), 4.375 g of isobornyl methacrylate (hereinafter sometimes abbreviated as "iBMA" ) , and 66 g of perfluorobutyl ethyl ether ( C6F13OCH3 , hereinafter sometimes abbreviated as "HFE7300"), purged with nitrogen for 10 minutes, and heated to 70°C. 0.149 g of azobisisobutyronitrile (hereinafter sometimes abbreviated as "AIBN") was added thereto, and the mixture was reacted for 6 hours to obtain a copolymer with an Rf(C6) methacrylate/iBMA=100/14.3 (mass ratio).
室温に冷却した後、メタノールで含フッ素ポリマーを析出させ、減圧乾燥した。上記方法で得られた含フッ素ポリマーについて、溶離液にフッ素系溶剤[HCFC225/ヘキサフルオロイソプロパノール=90/10(重量)]を使用したGPCで分子量を測定した結果、重量平均分子量は115,500であった。 After cooling to room temperature, the fluoropolymer was precipitated with methanol and dried under reduced pressure. The molecular weight of the fluoropolymer obtained by the above method was measured by GPC using a fluorine-based solvent [HCFC225/hexafluoroisopropanol = 90/10 (by weight)] as the eluent, and the weight average molecular weight was 115,500.
上記含フッ素ポリマー0.2gをHFE7300 93.92gに溶解させた後、予め光触媒性酸化チタンをIPAに分散させた製品である「TKD-701」[テイカ(株)製 、17質量%IPA分散液]5.88g(成分割合 TiO2:1.00g、IPA:4.88g)を添加して均一に分散させた後、超音波洗浄器で5分間超音波を照射することにより、「親撥パターン形成剤」を調製した。 0.2 g of the above fluoropolymer was dissolved in 93.92 g of HFE7300, and 5.88 g of "TKD-701" [manufactured by Teika Corporation, 17% by mass IPA dispersion], a product in which photocatalytic titanium oxide has been dispersed in IPA in advance, was added and uniformly dispersed (component ratio: TiO2 : 1.00 g, IPA: 4.88 g). The mixture was then irradiated with ultrasonic waves for 5 minutes in an ultrasonic cleaner to prepare a "philic-repellent pattern forming agent."
製造例2[親撥パターン形成剤(含フッ素重合体のフッ素元素濃度:50質量%、溶剤中のIPA含量:25質量%)]
製造例1の親撥パターン形成剤に配合されるHFE7300 93.92gを74.1gに変更し、新たにIPAを24.7g添加した以外は、同じ方法で製造した親撥パターン形成剤を製造例2とした。
Production Example 2 [Phot-and-phobic pattern forming agent (fluorine element concentration in fluorine-containing polymer: 50% by mass, IPA content in solvent: 25% by mass)]
A photophile-repellent pattern forming agent was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the amount of HFE7300 blended in the photophile-repellent pattern forming agent was changed from 93.92 g to 74.1 g and 24.7 g of IPA was newly added.
製造例3[親撥パターン形成剤(含フッ素重合体のフッ素元素濃度:50質量%、溶剤中のIPA含量:50質量%)]
製造例1の親撥パターン形成剤に配合されるHFE7300 93.92gを46.96gに変更し、新たにIPAを46.96g添加した以外は、同じ方法で製造した親撥パターン形成剤を製造例3とした。
Production Example 3 [Phot-and-phobic pattern forming agent (fluorine element concentration in fluorine-containing polymer: 50% by mass, IPA content in solvent: 50% by mass)]
A repellent pattern forming agent was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the amount of HFE7300 blended in the repellent pattern forming agent was changed from 93.92 g to 46.96 g and 46.96 g of IPA was newly added.
参考例[IPA/HFE7300混合溶剤の表面張力]
IPA/HFE7300混合溶剤の表面張力をウイルヘルミー法で測定した結果を表1に示す。本開示の実施例で親撥パターン形成剤に使用される溶剤の表面張力は14~23mN/mの範囲である。
Reference Example [Surface tension of IPA/HFE7300 mixed solvent]
The surface tension of the IPA/HFE7300 mixed solvent was measured by Wilhelmy method, and the results are shown in Table 1. The surface tension of the solvent used in the phobic/philic pattern forming agent in the examples of the present disclosure is in the range of 14 to 23 mN/m.
比較製造例1[含フッ素重合体のフッ素元素濃度:50質量%、溶剤中のIPA含量:0質量%、酸化チタンなし)]
製造例1の親撥パターン形成剤に配合されるHFE7300 93.92gを99.8gに変更し、TKD-701を添加しない以外は、同じ方法で製造した親撥パターン形成剤を比較製造例1とした。
Comparative Production Example 1 [Fluorine element concentration of fluoropolymer: 50% by mass, IPA content in solvent: 0% by mass, no titanium oxide]
Comparative Production Example 1 was prepared by the same method as in Production Example 1 except that the amount of HFE7300 blended in the repellent pattern forming agent was changed from 93.92 g to 99.8 g and TKD-701 was not added.
実施例1
製造例1の親撥パターン形成剤を23mm□に切断したシリコンウエハ(厚み0.5mm)にスピンコート(2000rpm, 25秒, 熱処理なし)することにより「親撥パターン形成剤塗布基板」を作製した。この塗布基板の上から石英ガラスを載せ、UV露光装置マスクアライナーES20d[(株)三永電機製作所・(株)ナノテック製。照度:16.67 mW/cm2,UV波長:i(365 nm),h(405 nm),g(436 nm)線混合]により、積算光量50J/cm2刻みで、150J/cm2までUV光を照射しながら、対水接触角(WCA(°))を測定した。対水接触角は、液滴容量2μLで着滴後5秒後に測定した。
Example 1
A "parent-repellent pattern forming agent coated substrate" was prepared by spin-coating (2000 rpm, 25 seconds, no heat treatment) the parent-repellent pattern forming agent of Production Example 1 onto a silicon wafer (thickness 0.5 mm) cut to 23 mm square. Quartz glass was placed on top of this coated substrate, and the water contact angle (WCA (°)) was measured while irradiating UV light in increments of 50 J/cm 2 cumulative light amount up to 150 J/cm 2 using a UV exposure device Mask Aligner ES20d [manufactured by Minaga Electric Manufacturing Co., Ltd. and Nanotec Co., Ltd. Illuminance: 16.67 mW/cm 2 , UV wavelength: i (365 nm), h (405 nm), g (436 nm) line mixture]. The water contact angle was measured 5 seconds after the droplet was deposited with a droplet volume of 2 μL.
実施例2、3、比較例1
実施例1の親撥パターン形成剤を製造例2、3、及び比較製造例1の親撥パターン形成剤に置き換えたものをそれぞれ実施例2、3及び比較例1とする。前記の通り置き換えた以外は、実施例1と同じ方法でそれぞれ親撥パターン形成剤塗布基板を作製し、UV露光しながら対水接触角を測定した。
Examples 2 and 3, Comparative Example 1
The pattern-forming agent of Example 1 was replaced with the pattern-forming agents of Production Examples 2 and 3, and Comparative Production Example 1, respectively, to give Examples 2, 3, and Comparative Example 1. Except for the above-mentioned substitutions, substrates coated with the pattern-forming agent were prepared in the same manner as in Example 1, and the water contact angles were measured while exposing to UV light.
実施例1~3、比較例1のUV露光時間(積算光量)と対水接触角の関係を表2、図1に示す。 The relationship between UV exposure time (accumulated light amount) and water contact angle for Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 is shown in Table 2 and Figure 1.
製造例4[親撥パターン形成剤(含フッ素重合体のフッ素元素濃度:34質量%、溶剤中のIPA含量:100質量%)]
四つ口フラスコに、Rf(C6)メタクリレート21g、iBMA 14g、及びIPA 66gを仕込み、10分間窒素バージし、70℃に加熱した。これにAIBN 0.149gを投入し、6時間反応し、Rf(C6)メタクリレート/iBMA=3/2(質量比)共重合体を得た。
Production Example 4 [Phot-and-phobic pattern-forming agent (fluorine element concentration in fluorine-containing polymer: 34% by mass, IPA content in solvent: 100% by mass)]
A four-neck flask was charged with 21 g of Rf(C6) methacrylate, 14 g of iBMA, and 66 g of IPA, and the flask was purged with nitrogen for 10 minutes and heated to 70° C. 0.149 g of AIBN was added thereto and reacted for 6 hours to obtain a copolymer with an Rf(C6) methacrylate/iBMA=3/2 (mass ratio).
製造例1と同様の方法でポリマーを単離し、GPCで分子量を測定した結果、重量平均分子量は138,000であった。 The polymer was isolated in the same manner as in Production Example 1, and the molecular weight was measured by GPC, resulting in a weight average molecular weight of 138,000.
上記含フッ素ポリマー0.2gをIPA 93.92gに溶解させた後、予め光触媒性酸化チタンをIPAに分散させた製品TKD-701を添加して均一に分散させた後、超音波洗浄器で5分間超音波を照射することにより、親撥パターン形成剤を調製した。 0.2 g of the above fluoropolymer was dissolved in 93.92 g of IPA, and then TKD-701, a product in which photocatalytic titanium oxide had been dispersed in IPA, was added and dispersed uniformly. The mixture was then irradiated with ultrasonic waves for 5 minutes in an ultrasonic cleaner to prepare a photophilic/repellent pattern forming agent.
比較製造例2[含フッ素重合体のフッ素元素濃度:34質量%、溶剤中のIPA含量:100質量%、酸化チタンなし)]
製造例4の親撥パターン形成剤に配合されるIPA 93.92gを99.8gに変更し、TKD-701を添加しない以外は、同じ方法で製造した親撥パターン形成剤を比較製造例4とした。
Comparative Production Example 2 [Fluorine element concentration of fluoropolymer: 34% by mass, IPA content in solvent: 100% by mass, no titanium oxide]
Comparative Example 4 was prepared by the same method as in Example 4 except that the amount of IPA added to the repellent pattern forming agent was changed from 93.92 g to 99.8 g and TKD-701 was not added.
実施例4、比較例2
実施例1の親撥パターン形成剤を、製造例4または比較製造例2の親撥パターン形成剤に置き換える以外は、実施例1と同じ方法で親撥パターン形成剤塗布基板を作製し、UV露光しながら対水接触角を測定した。
Example 4, Comparative Example 2
A substrate coated with an phil-repellent pattern-forming agent was prepared in the same manner as in Example 1, except that the phil-repellent pattern-forming agent of Example 1 was replaced with the phil-repellent pattern-forming agent of Production Example 4 or Comparative Production Example 2, and the water contact angle was measured while exposing the substrate to UV light.
実施例4、比較例2のUV露光時間(積算光量)と対水接触角の関係を表3及び図2に示す。 The relationship between UV exposure time (accumulated light amount) and water contact angle for Example 4 and Comparative Example 2 is shown in Table 3 and Figure 2.
実施例5~7[含フッ素重合体をRf(C6)メタクリレート/iBMA共重合体からテフロン(登録商標)AFに置換した親撥パターン形成剤]
製造例1~4の親撥パターン形成剤に配合される含フッ素重合体Rf(C6)メタクリレート/iBMA共重合体をテフロンAF1600(デュポン社製)に置き換える以外は、実施例1~4と同じ方法で親撥パターン形成剤塗布基板を作製し、UV露光、対水接触角を測定した。
Examples 5 to 7 [Phase-forming agent in which the fluorine-containing polymer is replaced from Rf(C6) methacrylate/iBMA copolymer to Teflon (registered trademark) AF]
Substrates coated with the photophilic/repellent pattern-forming agent were prepared in the same manner as in Examples 1 to 4, except that the fluorine-containing polymer Rf(C6) methacrylate/iBMA copolymer blended in the photophilic/repellent pattern-forming agents of Production Examples 1 to 4 was replaced with Teflon AF1600 (manufactured by DuPont), and UV exposure and water contact angles were measured.
比較例3[含フッ素重合体をRf(C6)メタクリレート/iBMA共重合体からテフロンAFに置換した親撥パターン形成剤、溶剤中のIPA含量:0質量%、酸化チタンなし]
実施例5のIPA 93.92gを99.8gに変更し、TKD-701を添加しない以外は、同じ方法で製造した親撥パターン形成剤を用いる以外は、実施例5と同じ方法で親撥パターン形成剤塗布基板を作製し、UV露光しながら対水接触角を測定した。
Comparative Example 3 [Phot-phobic pattern forming agent in which the fluorine-containing polymer was replaced from Rf(C6) methacrylate/iBMA copolymer to Teflon AF, IPA content in solvent: 0 mass %, no titanium oxide]
A substrate coated with an affinity-repellent pattern-forming agent was prepared in the same manner as in Example 5, except that the amount of IPA in Example 5 was changed from 93.92 g to 99.8 g and that TKD-701 was not added. A substrate coated with an affinity-repellent pattern-forming agent was prepared in the same manner as in Example 5, and the water contact angle was measured while exposing the substrate to UV light.
実施例5~7、比較例3のUV露光時間(積算光量)と対水接触角の関係を表4及び図3に示す。 The relationship between UV exposure time (accumulated light amount) and water contact angle for Examples 5 to 7 and Comparative Example 3 is shown in Table 4 and Figure 3.
実施例8、比較例4[親撥パターン形成基板に対するAgナノメタルインクの印刷]
実施例3、比較例1で作製した親撥パターン形成剤を塗布した基板を、線幅50μm~500μm・長さ2cmのライン&スペースが描画されたフォトマスクを介して、積算光量50J/cm2でUVを露光することにより、親撥パターン基板を作製した。次に、以下の条件でAgナノメタルインクを印刷した。
・Agナノメタルインクの製造方法:
Agナノメタルインクとは、銀ナノワイヤ(銀粒子と呼称されることもある)がエタノール中に0.1~1質量%の範囲で含まれる分散体を指し、発明者が著者の論文Nano Research, February 2014, Volume 7, Issue 2, pp. 236-245に記載の方法で調製される。即ち、ポリビニルピロリドン(PVP)および塩化物イオンが溶解しているエチレングリコール(EG)溶媒中で、硝酸銀を還元することにより化学合成した。まず、EG溶媒22gにPVP(平均分子量:360k)0.163gを混合してPVP溶液を準備した。そのPVP溶液中へ、硝酸銀溶液[溶媒:EG 3g、溶質:硝酸銀(I)0.18g]と塩化鉄溶液2.8g[溶媒:EG、溶質:塩化鉄(III)、濃度:600μmol/L]を順に加えて反応前の混合溶液を作製した。撹拌子の撹拌速度60rpmにおいて、混合溶液を110℃で12時間反応させた後、反応溶液を3回遠心分離し、エタノール溶媒へ置換することにより、Agナノメタルインクを調製した。
・装置:2軸ステージコントローラ[シグマ光機械(株)製]
・コーティング条件:
(S:最少)100pps=0.4mm/s
(F:最大)100pps=0.4mm/s
(R:加速・減速時間)R=200ms
その結果、実施例3(パターン形成剤の溶剤中のIPA含量50質量%)で作製した親撥パターン形成剤塗布基板を用いた場合は、線幅100μm以上で良質な金属配線を作製できた。一方、比較例1(パターン形成剤の溶剤中のIPA含量:0質量%、酸化チタンなし)で作製した親撥パターン形成剤塗布基板では、Agナノメタルインクがパターン状に塗り分けられなかった。
Example 8 and Comparative Example 4 [Printing of Ag nanometal ink on a substrate with a repellent pattern]
A substrate coated with the parent-repellent pattern forming agent prepared in Example 3 and Comparative Example 1 was exposed to UV light at an integrated light quantity of 50 J/ cm2 through a photomask on which lines and spaces with line widths of 50 μm to 500 μm and lengths of 2 cm were drawn, to prepare a parent-repellent pattern substrate. Next, Ag nanometal ink was printed under the following conditions.
・Production method of Ag nanometal ink:
Ag nanometal ink refers to a dispersion of silver nanowires (sometimes called silver particles) in ethanol at a concentration of 0.1 to 1% by mass, and is prepared by the method described in the inventor's paper Nano Research, February 2014, Volume 7, Issue 2, pp. 236-245. That is, it was chemically synthesized by reducing silver nitrate in an ethylene glycol (EG) solvent in which polyvinylpyrrolidone (PVP) and chloride ions are dissolved. First, a PVP solution was prepared by mixing 0.163 g of PVP (average molecular weight: 360 k) with 22 g of EG solvent. A silver nitrate solution [solvent: EG 3 g, solute: silver (I) 0.18 g] and an iron chloride solution 2.8 g [solvent: EG, solute: iron (III) chloride, concentration: 600 μmol/L] were added in that order to the PVP solution to prepare a mixed solution before reaction. The mixed solution was reacted at 110° C. for 12 hours with a stirring speed of 60 rpm, and then the reaction solution was centrifuged three times and replaced with an ethanol solvent to prepare Ag nanometal ink.
Equipment: 2-axis stage controller [Sigma Koki Co., Ltd.]
Coating conditions:
(S: minimum) 100pps = 0.4mm/s
(F: maximum) 100pps = 0.4mm/s
(R: acceleration/deceleration time) R=200ms
As a result, when the photophilic/repellent pattern forming agent-coated substrate prepared in Example 3 (IPA content in the pattern forming agent solvent: 50% by mass) was used, good quality metal wiring with a line width of 100 μm or more was produced. On the other hand, when the photophilic/repellent pattern forming agent-coated substrate prepared in Comparative Example 1 (IPA content in the pattern forming agent solvent: 0% by mass, no titanium oxide) was used, the Ag nanometal ink could not be applied in a pattern.
実施例9~11、比較例5[基板をシリコンウエハからフィルムに置き換えた場合のUV積算光量と対水接触角の関係]
製造例3(溶剤中のIPA含量50質量%)の親撥パターン形成剤を、シリコンウエハ(実施例1~3、比較例1)ではなく、フレキシブルな樹脂フィルムである(1)PETフィルム(膜厚100μm)、(2)diX-SR[KISCO(株)製パラキシリレン系ポリマー]蒸着PETフィルム(膜厚100μm)、(3)COPフィルム(膜厚190μm)に、実施例1に準じた方法で塗布、UV照射、対水接触角測定した場合を、それぞれ実施例9、10、11とした。また、比較製造例1(溶剤中のIPA含量0質量%、TiO2なし)の親撥パターン形成剤をPETフィルム(膜厚100μm)に、実施例1に準じた方法で塗布、UV照射、対水接触角測定した場合を比較例5とした。なお、樹脂フィルムは両面テープでシリコンウエハ(φ10cm)に貼り付け、Siウエハからはみ出した部分を切断した後、親撥パターン形成剤をスピンコートした。
Examples 9 to 11 and Comparative Example 5 [Relationship between UV integrated light amount and water contact angle when the substrate is replaced from a silicon wafer to a film]
The parent-repellent pattern-forming agent of Production Example 3 (IPA content in the solvent: 50% by mass) was applied to flexible resin films (1) PET film (film thickness: 100 μm), (2) diX-SR [paraxylylene-based polymer manufactured by KISCO Corporation] evaporated PET film (film thickness: 100 μm), and (3) COP film (film thickness: 190 μm) instead of silicon wafers (Examples 1 to 3, Comparative Example 1), and was applied to UV irradiation and water contact angle measurement in a manner similar to that of Example 1. Examples 9, 10, and 11 were used. Comparative Example 5 was used to apply the parent-repellent pattern-forming agent of Comparative Production Example 1 (IPA content in the solvent: 0% by mass, no TiO 2 ) to a PET film (film thickness: 100 μm) in a manner similar to that of Example 1, was applied to UV irradiation, and water contact angle measurement in a manner similar to that of Example 1. The resin film was attached to a silicon wafer (φ10 cm) with double-sided tape, and the portion protruding from the Si wafer was cut off, and then the parent-repellent pattern-forming agent was spin-coated.
UV照射したときの対水接触角の結果を表5及び図4に示す。いずれの樹脂フィルムを用いた場合でも、シリコンウエハと同様に積算光量50J/cm2で、概ね対水接触角が10°以下まで親水化した。 The results of the water contact angle when irradiated with UV are shown in Table 5 and Figure 4. In all resin films, the water contact angle was hydrophilized to approximately 10° or less at an integrated light dose of 50 J/ cm2 , similar to the silicon wafer.
実施例12、比較例6[親撥パターン形成樹脂フィルムに対するAgナノメタルインクの印刷]
実施例3、比較例1で作製した親撥パターン形成剤塗布基板を、線幅50μm~500μm・長さ2cmのライン&スペースが描画されたフォトマスクを介して、積算光量50J/cm2でUVを露光することにより、親撥パターン基板を作製した。次に、実施例8、比較例4と同じ条件でAgナノメタルインクを印刷した。
その結果、実施例3(パターン形成剤の溶剤中のIPA含量50質量%)で作製した親撥パターン形成剤塗布基板を用いた場合は、線幅100μm以上で良質な金属配線を作製できた。一方、比較例1(パターン形成剤の溶剤中のIPA含量:0質量%、酸化チタンなし)で作製した親撥パターン形成剤塗布基板では、Agナノメタルインクがパターン状に塗り分けられなかった。
Example 12 and Comparative Example 6 [Printing of Ag nanometal ink onto a polymeric/repellent pattern-forming resin film]
The parent-repellent pattern-forming agent-coated substrates produced in Example 3 and Comparative Example 1 were exposed to UV light at an integrated light quantity of 50 J/ cm2 through a photomask on which lines and spaces with line widths of 50 μm to 500 μm and lengths of 2 cm were drawn, to produce parent-repellent pattern substrates. Next, Ag nanometal ink was printed under the same conditions as in Example 8 and Comparative Example 4.
As a result, when the photophilic/repellent pattern forming agent-coated substrate prepared in Example 3 (IPA content in the pattern forming agent solvent: 50% by mass) was used, good quality metal wiring with a line width of 100 μm or more was produced. On the other hand, when the photophilic/repellent pattern forming agent-coated substrate prepared in Comparative Example 1 (IPA content in the pattern forming agent solvent: 0% by mass, no titanium oxide) was used, the Ag nanometal ink could not be applied in a pattern.
Claims (10)
下記一般式(1)、又は
下記一般式(2-1)及び/若しくは(2-2)
で表される含フッ素化合物に由来する繰り返し単位を含む重合体を含有する、親撥パターン形成用剤:
Xは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、CFX1X2基(但し、X1及びX2は、同一又は異なって、水素原子、フッ素原子又は塩素原子である。)、シアノ基、炭素数1~21の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、置換若しくは非置換のベンジル基、置換若しくは非置換のフェニル基、又は炭素数1~20の直鎖状または分岐状アルキル基であり、
Yは、直接結合、酸素原子を有していてもよい炭素数1~10の炭化水素基、-CH2CH2N(R1)SO2-基(但し、R1は炭素数1~4のアルキル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、-CH2CH(OY1)CH2-基(但し、Y1は水素原子またはアセチル基であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)、又は-(CH2)nSO2-基(nは1~10であり、式の右端がRfに、左端がOにそれぞれ結合している。)であり、
Rfは炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状のフルオロアルキル基、又は分子量400~5,000のフルオロポリエーテル基である。);
The following general formula (1), or the following general formula (2-1) and/or (2-2):
A photophilic/phobic pattern forming agent comprising a polymer containing a repeating unit derived from a fluorine-containing compound represented by the formula:
X is a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a CFX 1 X 2 group (wherein X 1 and X 2 are the same or different and are a hydrogen atom, a fluorine atom, or a chlorine atom), a cyano group, a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 21 carbon atoms, a substituted or unsubstituted benzyl group, a substituted or unsubstituted phenyl group, or a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms;
Y is a direct bond, a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms which may have an oxygen atom, a -CH2CH2N ( R1 ) SO2- group (wherein R1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), a -CH2CH ( OY1 ) CH2- group (wherein Y1 is a hydrogen atom or an acetyl group, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O), or a -(CH2)nSO2- group ( wherein n is 1 to 10, and the right end of the formula is bonded to Rf and the left end is bonded to O);
Rf is a linear or branched fluoroalkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or a fluoropolyether group having a molecular weight of 400 to 5,000;
請求項1~5のいずれか一項に記載の親撥パターン形成用剤が適用された前記表面において、パターン状に電磁波を照射することにより撥液性から親液性へと変化して親撥パターンを形成する工程を含む、製造方法。 A method for producing an article having a repellent pattern on at least a portion of a surface thereof, comprising the steps of:
A manufacturing method comprising the step of changing the liquid repellency of the surface to which the agent for forming a repellent pattern according to any one of claims 1 to 5 has been applied from liquid repellency to liquid affinity by irradiating the surface with electromagnetic waves in a pattern shape, thereby forming a repellent pattern.
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