CN112608408A - 一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于高分子材料领域,提供了一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,包括如下步骤:将甲基丙烯酸树脂的单体混合,得到混合溶液;向混合溶液中加入双光子引发剂,该双光子引发剂与所述甲基丙烯酸树脂的单体互溶,混合均匀,得到预聚体;对预聚体进行光辐射,使预聚体进行聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂。本发明的控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法可以通过改变双光子引发剂的浓度及光源强度来控制甲基丙烯酸树脂的分子量。本发明的控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,使用双光子引发剂进行光引发,双光子引发剂每次可以吸收两个光子,产生两个自由基来进行聚合反应,使用能量较小的光即可快速进行光聚合反应,耗能低。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域,尤其涉及一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法。
背景技术
光刻胶作为一种光敏材料,是集成电路精细加工技术的关键性加工材料。光刻胶的主要成分是聚合物树脂、光致产酸剂以及相应的添加剂和溶剂,其中,聚合物树脂的种类和性能在较大的程度上决定着光刻胶性能的优劣。目前广泛应用于光刻胶的聚合物树脂是甲基丙烯酸树脂。不同分子量的甲基丙烯酸树脂决定着光刻胶性能的优劣,因此,为了满足光刻胶优异性能的需求,需要制备出不同分子量的甲基丙烯酸树脂。
传统的制备不同分子量的甲基丙烯酸树脂的方法是在乳液或者溶液中添加引发剂,通过水浴或油浴加热回流,进行自由基聚合反应来控制甲基丙烯酸树脂的分子量。但是,这种方法至少存在以下弊端:需要大量的溶剂;反应时间较长,通常需要反应20小时以上才能促使单体均匀的进行聚合反应;聚合物分子量主要由所加的引发剂来决定,温度、时间、浓度都是需要考虑的因素。
现有技术有使用紫外光引发剂分解产生自由基促进聚合反应制备不同分子量的聚合物树脂,可以大大缩减反应时间。但是其应用的光引发为单光子引发,引发剂每次吸收一个光子,产生一个自由基来进行聚合反应,这样的话需要用能量较大的紫外光,耗能大,且效率不高。
发明内容
本发明实施例提供一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,旨在解决媒介需求量大的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其包括如下步骤:
步骤S1:将甲基丙烯酸树脂的单体混合,得到混合溶液;
步骤S2:向所述混合溶液中加入双光子引发剂,该双光子引发剂与所述甲基丙烯酸树脂的单体互溶,混合均匀,得到预聚体;
步骤S3:对预聚体进行光辐射,使预聚体进行聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂。
更进一步地,所述甲基丙烯酸树脂的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯。
更进一步地,所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯以及2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯的质量比的范围为(1~10):(1~10):(1~10)。
更进一步地,所述双光子引发剂为9-苄基-3,6-二[2-(吡啶-4-基)-乙烯基]咔唑、反式-二苯基-{{4-[2-(4-吡咯基1-苯基)-乙烯基]-苯基}胺或反式-9-(4-[2-(4-吡咯基-1-苯基)-乙烯基]-苯基]-9-氢咔唑。
更进一步地,所述双光子引发剂的质量为甲基丙烯酸树脂的单体的总质量的1%~10%。
更进一步地,所述对预聚体进行光辐射的方法为:将预聚体平铺在三维移动台上,使用飞秒激光器提供光源,对预聚体进行光辐射。
更进一步地,飞秒激光器的扫描速率的范围为1~25μm/s。
更进一步地,所述光源的强度范围为5~30mW。
更进一步地,所述双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法还包括:步骤S4:对步骤S3中制得的甲基丙烯酸树脂进行提纯。
更进一步地,所述提纯的方法为使用洗液冲洗步骤S3中制得的甲基丙烯酸树脂,该洗液为纯水、甲醇、甲醇/水混合物、乙醇、乙醇/水混合物、异丙醇、异丙醇/水混合物、正庚烷、正己烷、环己烷、正戊烷、石油醚、***或甲基叔丁基醚。
本发明的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,在甲基丙烯酸树脂的制备过程中使用双光子引发剂进行光引发,双光子引发剂每次可以吸收两个光子,产生两个自由基来进行聚合反应,使用能量较小的光即可快速进行光聚合反应,耗能低,节约成本。本发明的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法可以通过改变双光子引发剂的浓度、扫描速率及光源强度来控制甲基丙烯酸树脂的分子量。此外,所述甲基丙烯酸树脂的单体与所述双光子引发剂互溶,不需要额外添加溶剂或乳液等媒介,可以有效的提高产率,减少成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明较佳实施方式提供一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其包括如下步骤:
步骤S1:将甲基丙烯酸树脂的单体混合,得到混合溶液;
步骤S2:向所述混合溶液中加入双光子引发剂,该双光子引发剂与所述甲基丙烯酸树脂的单体互溶,混合均匀,得到预聚体,该预聚体中不包含溶剂;
步骤S3:对预聚体进行光辐射,使预聚体进行聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂;
步骤S4:对步骤S3中制得的甲基丙烯酸树脂进行提纯,以去除小分子聚合物和/或未聚合的单体。
在至少一实施例中,所述甲基丙烯酸树脂的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯及2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯。甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯以及2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯的质量比的范围为(1~10):(1~10):(1~10)。这样的单体用量,可以制备出重均分子量10000以下的甲基丙烯酸树脂,较可控,在使用该甲基丙烯酸树脂制备光刻胶时易于溶解。
在至少一实施方式中,所述聚合反应在玻璃瓶中进行,换言之,所述甲基丙烯酸树脂的单体在玻璃瓶中混合,所述双光子引发剂添加至玻璃瓶中。可以理解的,该玻璃瓶可以为常规应用于光聚合反应的单口烧瓶、多口烧瓶等玻璃容器。
所述双光子引发剂可以为9-苄基-3,6-二[2-(吡啶-4-基)-乙烯基]咔唑(BPyVC双光子引发剂)、反式-二苯基-{{4-[2-(4-吡咯基1-苯基)-乙烯基]-苯基}胺、反式-9-(4-[2-(4-吡咯基-1-苯基)-乙烯基]-苯基]-9-氢咔唑等常规用于光聚合反应的双光子引发剂。
所述双光子引发剂的质量为甲基丙烯酸树脂的单体的总质量的1%~10%。这样的双光子引发剂的用量,可以制备出重均分子量10000以下的甲基丙烯酸树脂,较可控,在使用该甲基丙烯酸树脂制备光刻胶时易于溶解。
在至少一实施方式中,所述对预聚体进行光辐射的方法为:将预聚体平铺在三维移动台上,使用飞秒激光器提供光源,对预聚体进行光辐射。其中,飞秒激光器的扫描速率的范围优选为1~25μm/s,所述光源的强度范围优选为5~30mW。可以理解的,在其它实施方式中,还可以将预聚体放入紫外光固化机中,对预聚体进行光辐射。
在至少一实施方式中,所述提纯方法为使用洗液冲洗聚合反应制得的甲基丙烯酸树脂。该洗液可以为纯水、甲醇、甲醇/水混合物、乙醇、乙醇/水混合物、异丙醇、异丙醇/水混合物、正庚烷、正己烷、环己烷、正戊烷、石油醚、***、甲基叔丁基醚等有机和/或无机溶剂。
所述双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,可以通过改变双光子引发剂的浓度、扫描速率及光源强度来控制甲基丙烯酸树脂的分子量。在甲基丙烯酸树脂的制备过程中使用双光子引发剂进行光引发,双光子引发剂每次可以吸收两个光子,产生两个自由基来进行聚合反应,使用能量较小的紫外光即可快速进行光聚合反应,耗能低,节约成本。此外,所述甲基丙烯酸树脂的单体与所述双光子引发剂互溶,不需要额外添加溶剂或乳液等媒介,可以有效的提高产率,减少成本。
下面通过具体实施例来对本发明进行具体说明,实施例仅是本发明的优选实施方式,不是对本发明的限定。
实施例1
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入1g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为10μm/s,光源强度为20mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
实施例2
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入5g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为10μm/s,光源强度为20mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
实施例3
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入10g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为10μm/s,光源强度为20mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
实施例4
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入1g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为20μm/s,光源强度为20mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
实施例5
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入1g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为5μm/s,光源强度为20mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
实施例6
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入1g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为10μm/s,光源强度为10mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
实施例7
将50g的甲基丙烯酸甲酯、30g的丙烯酸丁酯以及20g的2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯置于单口烧瓶中,搅拌至混合均匀;
向单口烧瓶中加入1g的BPyVC双光子引发剂,搅拌至混合均匀,得到预聚体;
将预聚体平铺在三维移动台上,利用飞秒激光器提供光源,进行光照射聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂,其中,固定三维移动平台的Vy和Vz为零,Vx的扫描速率为10μm/s,光源强度为25mW;
将制得的甲基丙烯酸树脂取出,利用甲醇进行冲洗,洗去小分子和/或未聚合的单体,以对甲基丙烯酸树脂进行提纯。
对实施例1~7提纯所得的甲基丙烯酸树脂称重,计算产率、重均分子量及分子量分布,结果请参表一:
表一:
将实施例1~6对比可知,甲基丙烯酸树脂的聚合程度可以通过改变相关条件如双光子引发剂的浓度、扫描速率及光源强度来控制甲基丙烯酸树脂的分子量。由实施例1、实施例2和实施例3可知:在扫描速率及光源强度均相同时,增大双光子引发剂的用量,会使得产生的自由基浓度较高,不利于的得到窄分布的聚合物。由实施例1、实施例4和实施例5可知:在双光子引发剂的浓度及光源强度均相同时,扫描速率越慢,越有利于聚合反应,因为扫描速率小的时候,可以使双光子引发及吸收更多的光子,从而产生更多的自由基来进行聚合反应。由实施例1、实施例6和实施例7可知:光源强度越高越有利于聚合反应,因为高强度的光源可以提供更多的光子供双光子引发剂吸收,从而产生更多的自由基来进行聚合反应。
本发明的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,可以通过改变双光子引发剂的浓度、扫描速率及光源强度来控制甲基丙烯酸树脂的分子量。在甲基丙烯酸树脂的制备过程中使用双光子引发剂进行光引发,双光子引发剂每次可以吸收两个光子,产生两个自由基来进行聚合反应,使用能量较小的光即可快速进行光聚合反应,耗能低,节约成本。此外,所述甲基丙烯酸树脂的单体与所述双光子引发剂互溶,不需要额外添加溶剂或乳液等媒介,可以有效的提高产率,减少成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其包括如下步骤:
步骤S1:将甲基丙烯酸树脂的单体混合,得到混合溶液;
步骤S2:向所述混合溶液中加入双光子引发剂,该双光子引发剂与所述甲基丙烯酸树脂的单体互溶,混合均匀,得到预聚体;
步骤S3:对预聚体进行光辐射,使预聚体进行聚合反应,得到甲基丙烯酸树脂。
2.如权利要求1所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述甲基丙烯酸树脂的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯。
3.如权利要求2所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯以及2-甲基-2-金刚烷基甲基丙烯酸酯的质量比的范围为(1~10):(1~10):(1~10)。
4.如权利要求1所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述双光子引发剂为9-苄基-3,6-二[2-(吡啶-4-基)-乙烯基]咔唑、反式-二苯基-{{4-[2-(4-吡咯基1-苯基)-乙烯基]-苯基}胺、反式-9-(4-[2-(4-吡咯基-1-苯基)-乙烯基]-苯基]-9-氢咔唑。
5.如权利要求1所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述双光子引发剂的质量为甲基丙烯酸树脂的单体的总质量的1%~10%。
6.如权利要求1所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述对预聚体进行光辐射的方法为:将预聚体平铺在三维移动台上,使用飞秒激光器提供光源,对预聚体进行光辐射。
7.如权利要求6所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:飞秒激光器的扫描速率的范围为1~25μm/s。
8.如权利要求6所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述光源的强度范围为5~30mW。
9.如权利要求1所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法还包括:
步骤S4:对步骤S3中制得的甲基丙烯酸树脂进行提纯。
10.如权利要求9所述的双光子引发控制甲基丙烯酸树脂分子量的方法,其特征在于:所述提纯的方法为使用洗液冲洗步骤S3中制得的甲基丙烯酸树脂,该洗液为纯水、甲醇、甲醇/水混合物、乙醇、乙醇/水混合物、异丙醇、异丙醇/水混合物、正庚烷、正己烷、环己烷、正戊烷、石油醚、***或甲基叔丁基醚。
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