JP2020528097A - 光架橋性フルオロポリマーコーティング組成物及びそれから形成されるコーティング層 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年7月21日に出願された米国特許仮出願第62/535,546号の利益を主張しており、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、光架橋フルオロポリマーを含むコーティング層、そのようなコーティング層を形成するための組成物及び方法、並びにそのようなコーティング層を含む物品を対象とする。フルオロポリマーは、フルオロオレフィン、アルキルビニルエーテル又はアリールビニルエーテル、及びアルケニルシランから製造されるコポリマーである。
用語「光架橋」は、ポリマーネットワーク内の架橋部が光の作用の結果形成される、架橋フルオロポリマーを意味する。例えば、光架橋性フルオロポリマーを含む組成物は、1種又は2種以上の光酸発生剤及び任意の光増感剤も含む。組成物を適当な波長の光で照射すると、酸官能性分子が発生し、これがフルオロポリマー上のシラン基と反応して、フルオロポリマーの架橋をもたらす。
a)PGMEA(1−メトキシ−2−プロピルアセテート、リソグラフィ等級)(JT Baker社(ペンシルベニア州、Center Valley)製、JTB−6343−05)
b)ビニルトリイソプロポキシシラン(Gelest Chemicals社(ペンシルベニア州、Morrisiville)製、SIV9210)
c)1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタン(Alfa Aesar社(マサチューセッツ州、Ward Hill)製、H33737)
d)エチルビニルエーテル(Alfa Aesar社(マサチューセッツ州、Ward Hill)製、A15691−0F)
e)無水炭酸カリウム(EMD社(ペンシルベニア州、Philadelphia)製、PX1390−1)
f)V−601反応開始剤、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート(Wako Chemicals社(バージニア州、Richmond)製)
g)アセトン(Fisher Scenfic社(ニュージャージー州、Fair Lawn)製、A929−4)
h)2−イソプロピルチオキサントン(TCI America社製、I0678、CAS 5495−84−1)
i)(p−イソプロピルフェニル)(p−メチルフェニル)イオニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(Gelest社製、OMBO037、CAS 178233−72−2)
約−20℃未満に冷却した400mLオートクレーブに、0.5gの粉末炭酸カリウム、0.24gのV−601反応開始剤(ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート)、3.2gのビニルトリイソプロポキシシラン、36g(0.5モル)のエチルビニルエーテル、及び200mL(250g)の1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを投入する。オートクレーブを排気し、50g(0.5モル)のTFEを更に投入する。反応混合物を振盪し、66℃に加熱する。オートクレーブ中の圧力を、最大200psigまで上げ、8時間後に75psigまで低下させる。冷却すると、粘稠液体(最大230g)が得られる。これを1Lのナルゲン瓶に移し、270gのPGMEAで希釈する。瓶をテープで封止し、ロールミル上で2時間回転させる。ポリマー溶液を2Lの丸底ガラスフラスコに移し、25ミリバール(19トル)まで減圧して揮発物を除去する。得られた溶液を20psig空気圧下で、0.2〜0.45μmのカートリッジフィルタに通液させる。濾過は、滑らかで効率的である。ポリマー溶液(総量は最大400g、固形分は最大15%)を、0.5Lのクリーンルームに準じたボトルに回収する。
約−20℃未満に冷却した400mLオートクレーブに、0.5gの粉末炭酸カリウム、0.24gのV−601反応開始剤(ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート)、3.06gのビニルフェニルジエトキシシラン、36g(0.5モル)のエチルビニルエーテル、及び200mL(250g)の1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを投入する。オートクレーブを排気し、50g(0.5モル)のTFEを更に投入する。反応混合物を振盪し、66℃に加熱する。オートクレーブ中の圧力を、最大200psigまで上げ、8時間後に75psigまで低下させる。冷却すると、粘稠液体(最大230g)が得られる。混合物にアセトン(75mL)を添加し、数分間振盪すると、その結果粘性の低い液体が得られる。得られた混合物を20〜30psig空気圧下で、0.2〜0.45μmのカートリッジフィルタに通液させる。濾過は、滑らかで効率的である。ポリマー溶液は、PTFEフィルムで表面を覆ったアルミニウムパン内に回収される。真空オーブン(熱なし)で高真空とドライアイストラップとを用いて5時間乾燥させた後、3日間にわたり、窒素フラッシングしながらハウスバキュームで乾燥させる。約60gの固体ポリマーが得られる。NMRは、50.0モル%のTFE、48.5モル%のエチルビニルエーテル、及び1.5モル%のビニルフェニルジエトキシシランの組成を示す。THF溶媒中でのSECは、最大170,000の分子量を示す。
約−20℃未満に冷却した400mLオートクレーブに、0.5gの粉末炭酸カリウム、0.24gのV−601反応開始剤(ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート)、3.06gのビニルトリス(1−メトキシ−2−プロポキシ)シラン、36g(0.5モル)のエチルビニルエーテル、及び200mL(250g)の1,1,1,3,3−ペンタフルオロブタンを投入する。オートクレーブを排気し、50g(0.5モル)のTFEを更に投入する。反応混合物を振盪し、66℃に加熱する。オートクレーブ中の圧力を、最大200psigまで上げ、8時間後に75psigまで低下させる。冷却すると、粘稠液体(最大230g)が得られる。混合物にアセトン(75mL)を添加し、数分間振盪すると、その結果粘性の低い液体が得られる。得られた混合物を20〜30psig空気圧下で、0.2〜0.45μmのカートリッジフィルタに通液させる。濾過は、滑らかで効率的である。ポリマー溶液は、PTFEフィルムで表面を覆ったアルミニウムパン内に回収される。真空オーブン(熱なし)で高真空とドライアイストラップとを用いて5時間乾燥させた後、3日間にわたり、窒素フラッシングしながらハウスバキュームで乾燥させる。約60gの固体ポリマーが得られる。NMRは、50.0モル%のTFE、48.5モル%のエチルビニルエーテル、及び1.5モル%のビニルトリス(1−メトキシ−2−プロポキシ)シランの組成を示す。THF溶媒中でのSECは、最大170,000の分子量を示す。
フルオロポリマー1(6.00g)を、清浄な琥珀色瓶内内の30.0g(29.1mL)のPGMEA(0.97g/mL)に溶解させ、ローラーミル上で約16時間(一晩)回転させることにより、20重量%の溶液を得る。この溶液に、2−イソプロピルチオオキサントン(0.030g)及びp−イソプロピルフェニル)(p−メチルフェニル)イオノニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(0.030g)を添加し、ローラーミル上で約30分間回転させることにより混合する。
2インチシリコンウエハを加圧水、その後、アセトン、次いでイソプロパノール(IPA)で洗浄し、加圧N2を使用して完全に乾燥させる。ウエハをスピンコーター上に置き、目視で中心合わせする。実施例4の不動態化配合物約3mLをウエハ上に注ぎ、500rpmで5秒間広げる。次いで、ウエハを2,000rpmで30秒間スピニングさせる。ひとたびスピニングが停止されると、コーティングされたウエハを、スピンコーターから取り外し、精密ホットプレート上で90℃の温度で200秒間焼成する。
実施例4からの不動態化配合物を、まず真空オーブン(熱なし)で、高真空とドライアイストラップとを用いて5時間乾燥させた後、3日間にわたり、窒素フラッシングしながらハウスバキュームで乾燥させる。乾燥した試料に、まずPTFEフィルム、次いでアルミニウム箔を慎重に巻き付けて、いかなるUV光への曝露も防止する。油圧プレス機(Pasadena Hydraulics社製、モデル#P−21−8−C)を100℃に予熱する。ステンレス鋼プレスプレート一片を、底部側プレス面上に載置する。10ミルのTeflon(商標)FEPフィルム一片を、プレスプレート上に置き、2.25インチの直径を有する円形のカットオフ(厚さは1.0mm、直径2.25インチのディスク試料用成形型として使用)を有するステンレス鋼金属片をフィルムの上に配置した。上記の乾燥したポリマー試料(最大4.50g)、続いてFEPフィルム片、さらに次に別のプレスプレートを、成形型に入れる。熱いプレスの上面を下げて、相応の圧力をかけることなく、最大で約2分間にわたりアセンブリに接触させ、ポリマーを溶融させる。次に、20,000lbの力をアセンブリに、最大で約1分間にわたってかけて、続いて38,000lbの力を約5分間にわたってかける。圧力が解放された後、プレス機を水冷却システムによって40℃以下まで冷却し、次いでアセンブリをプレス機から取り外す。2.25インチの直径と1.0mmの厚さとを有する成形された試料を、室温まで冷却した後、アセンブリから取り出す。成形されたディスク試料を、2,000ワットの水銀ランプを備えたFusion UV Curing Systemに、コンベヤーベルト速度16フィート/分で5回通過させる。次いで、試料を、水蒸気を供給しながら(窒素バブリングにより水を介して導入)、N2雰囲気中、200℃で2時間にわたり焼成する。室温まで冷却した後、硬化した試料を得る。
吸水率は、実施例6の試料から切り取られた小さな試料(最大約55mg)に対して、26℃の温度でDVS−ET(Surface Measurement System社製)を用いて測定される。90%相対湿度から10%相対湿度への重量変化は0.11%である。
誘電率及び熱放散定数は、23℃(±2℃)の温度及び相対湿度50%(±10%)で、実施例6からの直径2.25インチのディスク試料を使用して、ASTMのD150−11法を用いて測定される。1MHzでは、誘電率は2.47であり、熱放散定数は0.026である。
試験手順:コーティングされた試験試料(様々な基材)を沸騰水に6時間にわたり浸漬する。これを取り出し、乾燥し、目視で検査する。ASTMのD3359−09法(テープ引き)を用いて接着性を確認する。この結果を表1に示す。
2インチシリコンウエハを加圧水、その後、アセトン、次いでイソプロパノール(IPA)で洗浄し、加圧N2を使用して完全に乾燥させる。ウエハをスピンコーター上に置き、目視で中心合わせする。実施例4の不動態化配合物約3mLをウエハ上に注ぎ、500rpmで5秒間広げる。次いで、ウエハを2,000rpmで30秒間スピニングさせる。ひとたびスピニングが停止されると、コーティングされたウエハを、スピンコーターから取り外し、精密ホットプレート上で90℃の温度で200秒間焼成する。
Claims (17)
- 基材の少なくとも一部の上に配置された光架橋コーティング組成物の層を含む、コーティング層であって、前記コーティング組成物が、
i)光架橋性フルオロポリマーであって、
(a)テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテル)、及びペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)からなる群から選択されるフルオロオレフィン、
(b)アルキルビニルエーテルであって、アルキル基がC1〜C6直鎖飽和炭化水素ラジカル、若しくはC3〜C6分岐鎖若しくは環状飽和炭化水素ラジカルであるアルキルビニルエーテル、又はアリールビニルエーテルであって、アリール基が非置換若しくは置換されているアリールビニルエーテル、及び
(c)式SiR1R2R3R4(式中、R1がエチレン性不飽和炭化水素ラジカルであり、R2がアリール、アリール置換炭化水素ラジカル、分枝状C3〜C6アルコキシラジカル、又は置換若しくは非置換環状C5〜C6アルコキシラジカルであり、かつ、R3及びR4が、直鎖状若しくは分枝状C1〜C6アルコキシラジカル、又は置換若しくは非置換環状C5〜C6アルコキシラジカルから独立して選択される)で表されるアルケニルシラン、
を含むモノマーから生じる繰り返し単位を有する、光架橋性フルオロポリマーと、
ii)光酸発生剤と、
iii)任意の光増感剤と、を含み、
前記光架橋性フルオロポリマーが、約10,000〜約350,000ダルトンの数平均分子量を有し、
前記光架橋コーティング組成物が、1MHzで測定したときに約2.0〜約3.0の誘電率を有し、
光架橋コーティング組成物の前記層が、約0.5〜約15μmの厚さを有し、かつ光架橋コーティング組成物の前記層が、約0.5μm以上の幅を有する光架橋形成部を有する、コーティング層。 - 前記アルキルビニルエーテルが、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、sec−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、イソアミルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、若しくはこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載のコーティング層。
- 前記光架橋コーティング組成物が、90%〜10%の相対湿度、標準温度で、動的蒸気吸着によって測定したときに、約0.01〜約0.8重量%の範囲の吸水率(water absorption value)を有する、請求項1に記載のコーティング層。
- 前記光架橋コーティングの前記層が、約4〜約10μmの厚さを有する、請求項1に記載のコーティング層。
- 光架橋コーティングを形成するためのプロセスであって、
(1)光架橋性コーティング組成物を提供する工程であって、前記光架橋性コーティング組成物が、
i)光架橋性フルオロポリマーであって、
(a)テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテル)、及びペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)からなる群から選択されるフルオロオレフィン、
(b)アルキルビニルエーテルであって、アルキル基がC1〜C6直鎖飽和炭化水素ラジカル、若しくはC3〜C6分岐鎖若しくは環状飽和炭化水素ラジカルであるアルキルビニルエーテル、又はアリールビニルエーテルであって、アリール基が非置換若しくは置換されているアリールビニルエーテル、及び
(c)式SiR1R2R3R4(式中、R1がエチレン性不飽和炭化水素ラジカルであり、R2がアリール、アリール置換炭化水素ラジカル、分枝状C3〜C6アルコキシラジカル、又は置換若しくは非置換環状C5〜C6アルコキシラジカルであり、かつ、R3及びR4が、直鎖状若しくは分枝状C1〜C6アルコキシラジカル、又は置換若しくは非置換環状C5〜C6アルコキシラジカルから独立して選択される)で表されるアルケニルシラン、
を含むモノマーから生じる繰り返し単位を有する、光架橋性フルオロポリマーと、
ii)光酸発生剤と、
iii)任意の光増感剤と、
iv)キャリア媒体と、を含む、工程と、
(2)前記光架橋性コーティング組成物の層を、基材の少なくとも一部の上に塗布する工程と、
(3)前記キャリア媒体の少なくとも一部を除去する工程と、
(4)前記光架橋性コーティング組成物の前記層の少なくとも一部に紫外線を照射する工程と、
(5)光架橋性コーティング組成物の前記塗布層を加熱する工程と、
(6)未架橋の光架橋性フルオロポリマーの少なくとも一部を除去する工程と、を含み、
前記光架橋性フルオロポリマーが、約10,000〜約350,000ダルトンの数平均分子量を有し、
光架橋コーティング組成物の前記層は、1MHzで測定したときに約2.0〜約3.0の誘電率を有し、
光架橋コーティング組成物の前記層は約0.5〜約15μmの厚さを有し、かつ、前記光架橋コーティング組成物の前記層は、約0.5μm以上の幅を有する光架橋形成部を有する、プロセス。 - 前記光架橋性コーティング組成物が、
前記コーティング組成物中の全成分の総重量に基づいて、約5〜約35重量%の前記光架橋性フルオロポリマー、及び
約65〜約95重量%のキャリア媒体、並びに、
前記コーティング組成物中の全ての成分から前記キャリア媒体を差し引いた総重量に基づいて、
0〜約5重量%の前記光増感剤、及び
約0.01〜約5重量%の前記光酸発生剤を含む、請求項5に記載のプロセス。 - 前記キャリア媒体の少なくとも一部が、
光架橋性コーティング組成物の前記塗布層を、高温に曝露させること、
光架橋性コーティング組成物の前記塗布層を、大気圧未満の気圧に曝露させること、
前記基材上へ、直接的若しくは間接的にガスを吹き付けること、又は
これらの組み合わせ
によって除去される、請求項5に記載のプロセス。 - 前記照射工程(4)が、空気又は窒素雰囲気中で行われる、請求項5に記載のプロセス。
- 前記紫外線の波長が、約325〜約425nmである、請求項5に記載のプロセス。
- 前記紫外線曝露量が、約10〜約10,000mJ/cm2である、請求項5に記載のプロセス。
- 前記加熱工程(5)が、約60〜約150℃の温度において、約15秒間〜約10分間行われる、請求項5に記載のプロセス。
- 前記除去工程(6)が、前記光架橋性フルオロポリマーを溶解するキャリア媒体を用いて、前記光架橋性フルオロポリマーを溶解することによって行われる、請求項5に記載のプロセス。
- 請求項1に記載のコーティング層を含む物品。
- 光架橋フルオロポリマーコーティングを形成するための組成物であって、
i)光架橋性フルオロポリマーであって、
(a)テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)、ペルフルオロ(エチルビニルエーテル)、及びペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)からなる群から選択されるフルオロオレフィン、
(b)アルキルビニルエーテルであって、アルキル基がC1〜C6直鎖飽和炭化水素ラジカル、若しくはC3〜C6分岐鎖若しくは環状飽和炭化水素ラジカルであるアルキルビニルエーテル、又はアリールビニルエーテルであって、アリール基が非置換若しくは置換されているアリールビニルエーテル、及び
(c)式SiR1R2R3R4(式中、R1がエチレン性不飽和炭化水素ラジカルであり、R2がアリール、アリール置換炭化水素ラジカル、分枝状C3〜C6アルコキシラジカル、又は置換若しくは非置換環状C5〜C6アルコキシラジカルであり、かつ、R3及びR4が、直鎖状若しくは分枝状C1〜C6アルコキシラジカル、又は置換若しくは非置換環状C5〜C6アルコキシラジカルから独立して選択される)で表されるアルケニルシラン、
を含むモノマーから生じる繰り返し単位を有する、光架橋性フルオロポリマーと、
ii)光酸発生剤と、
iii)任意の光増感剤と、
iv)キャリア媒体と、
を含む、組成物。 - 前記アルキルビニルエーテルが、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、sec−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、イソアミルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、若しくはこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項14に記載の組成物。
- 前記キャリア媒体が、メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、又はこれらの組み合わせである、請求項14に記載の組成物。
- 前記組成物が、
前記コーティング組成物中の全成分の総重量に基づいて、約5〜約35重量%の前記光架橋性フルオロポリマー、及び
約65〜約95重量%のキャリア媒体、並びに、
前記コーティング組成物中の全ての成分から前記キャリア媒体を差し引いた総重量に基づいて、
0〜約5重量%の前記光増感剤、及び
約0.01〜約5重量%の前記光酸発生剤を含む、請求項14に記載の組成物。
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