特許 6493652 ケイ素含有ポリマー及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6493652

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】ケイ素含有ポリマー及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08G 77/60 20060101AFI20190325BHJP

【ＦＩ】

   C08G77/60

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-66784(P2014-66784)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-189819(P2015-189819A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2017年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003986

【氏名又は名称】日産化学株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】後藤 裕一

【審査官】 武貞 亜弓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１６９０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６７２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０２５６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０２０３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１２１４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１２２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７３４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｇ ７７／００− ７７／６２

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記式（１）で表される繰り返し単位を有することを特徴とするケイ素含有ポリマー。

【化1】

（式中、ｎは１０より大きい整数であり、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ３は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【化2】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【請求項2】

前記Ｒ３は、側鎖を有しない直鎖状のものであることを特徴とする請求項１に記載のケイ素含有ポリマー。

【請求項3】

前記Ｒ１及び前記Ｒ２は、メチル基及びビニル基であることを特徴とする請求項１又は２に記載のケイ素含有ポリマー。

【請求項4】

シラン化合物とジオール化合物とを縮合せしめ、下記式（１）で表される繰り返し単位を有するケイ素含有ポリマーを得ることを特徴とするケイ素含有ポリマーの製造方法。

【化3】

（式中、ｎは１０より大きい整数であり、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ３は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【化4】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【請求項5】

前記シラン化合物として下記式（３）で表されるものを用い、前記ジオール化合物として下記式（４）で表されるものを用いることを特徴とする請求項４に記載のケイ素含有ポリマーの製造方法。

【化5】

（式中、Ｒ４は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ５は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ６及びＲ７は独立に脱離基である。）

【化6】

（式中、Ｒ８は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【化7】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケイ素含有ポリマー及びその製造方法に関し、特に、ケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）結合を有するケイ素含有ポリマー及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ケイ素原子を含有するポリマー（ケイ素含有ポリマー）は、繰り返し単位の構成に応じた光学的機能、電子的機能、表面活性化機能等を発揮させることが可能であることから、高機能な材料として大きな期待が寄せられている。

【0003】

ケイ素含有ポリマーの代表的な用途としては、例えば半導体装置や液晶表示装置における配線基板上の絶縁体膜が挙げられる。ケイ素含有ポリマーには、用途に応じた独自性の高い機能の発揮が要求されることが多いこともあり、既存の材料には無い特性を発揮できるケイ素含有ポリマーについて、種々研究がなされている。

【0004】

近年、ケイ素含有ポリマーのなかでも、ケイ素に有機化合物を組合せてなるもの、例えばケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）結合を有するものが注目を集めている。ここで、所定の触媒の存在下において、ビスヒドロシラン化合物と活性水素化合物とを反応させてケイ素含有重合体を製造することが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１における反応機構は脱水素化であり、ビスヒドロシラン化合物と活性水素化合物との末端の水素原子同士を脱離させることによって、ケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）結合を有するケイ素含有重合体を製造するようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−６４３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のような方法、すなわち、ビスヒドロシラン化合物と活性水素化合物とを脱水素化させる方法では、水素を好適に脱離させる必要があるため、例えば活性水素化合物として、水素の脱離によって生じる遊離基を安定化させやすい多重結合を含むものの使用が実質的に必須となる状況があった。実際、特許文献１の実施例では、芳香環を有する活性水素化合物を用いた例しか検討がなされていなかった。

【0007】

つまり、特許文献１では、独自性の高い機能の発揮が要求される状況に十分に対応できるものではなかった。尚、このような問題は、上記に例示した絶縁体膜としての用途に用いられるケイ素含有ポリマーだけではなく、他の用途に用いられるケイ素含有ポリマーにおいても同様に存在する。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、新規な構造を有し、独自性の高い機能を発揮できるケイ素含有ポリマー及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決する本発明の態様は、下記式（１）で表される繰り返し単位を有することを特徴とするケイ素含有ポリマーにある。

【0010】

【化1】

（式中、ｎは１０より大きい整数であり、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ３は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【0011】

【化2】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【0012】

ここで、前記Ｒ３は、側鎖を有しない直鎖状のものであることが好ましい。

【0014】

また、前記Ｒ１及び前記Ｒ２は、メチル基及びビニル基であることが好ましい。

【0015】

上記の課題を解決する本発明の他の態様は、シラン化合物とジオール化合物とを縮合せしめ、下記式（１）で表される繰り返し単位を有するケイ素含有ポリマーを得ることを特徴とするケイ素含有ポリマーの製造方法にある。

【0016】

【化3】

（式中、ｎは１０より大きい整数であり、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ３は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【0017】

【化4】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【0018】

ここで、前記シラン化合物として下記式（３）で表されるものを用い、前記ジオール化合物として下記式（４）で表されるものを用いることが好ましい。

【0019】

【化5】

（式中、Ｒ４は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ５は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ６及びＲ７は独立に脱離基である。）

【0020】

【化6】

（式中、Ｒ８は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【0021】

【化7】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【発明の効果】

【0022】

本発明のケイ素含有ポリマーによれば、新規な構造を有し、独自性の高い機能を発揮できる。また、本発明のケイ素含有ポリマーの製造方法によれば、新規な構造を有し、独自性の高い機能を発揮できるケイ素含有ポリマーを製造できる。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係るケイ素含有ポリマーは、下記式（１）で表される繰り返し単位を有するものである。

【0024】

【化8】

（式中、ｎは１０より大きい整数であり、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ３は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【0025】

【化9】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【0026】

上記式（１）で表される本実施形態のケイ素含有ポリマーは、ケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）の結合を有し、かつ、分子内に芳香環を含まないものである。ケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）の結合を有するケイ素含有ポリマーとして、シラン化合物とジオール化合物との脱水素化反応によって得られるものが知られているが、このような脱水素化反応による従来例では、芳香環を有するジオール化合物を用いることが実質的に必須となり、その結果、得られるケイ素含有ポリマーに芳香族が含まれるものしか得られなかった。従って、透明性が低下しやすくなり、例えば光学的機能の観点で、繰り返し単位の構成に応じた独自性の高い機能を発揮することが難しかった。このような状況に対し、本発明者は鋭意努力し、所定の原料を用い、かつ所定の反応機構を経るようにすることで、分子内に例えば芳香環を含まない新規なケイ素含有ポリマーの製造が可能になることに着目し、独自性の高い機能を発揮できるケイ素含有ポリマーを実現させたものである。

【0027】

このような本実施形態のケイ素含有ポリマーは、無機成分であるケイ素（Ｓｉ）と、有機成分である炭素（Ｃ）と、が組み合わされた、いわゆる有機・無機ハイブリッドポリマーと言えるものである。かかる有機・無機ハイブリッドポリマーによれば、ケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）結合による剛直な構造によって耐熱性や機械的耐久性を確保でき、それでいて、酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）結合や炭素（Ｃ）−炭素（Ｃ）結合による比較的自由度が高い構造によって柔軟性や成形性をも確保できる。特に、本実施形態の有機・無機ハイブリッドポリマーは、従来には無い新規な構造を有しているため、更なる特性や機能の発現・向上を図ることができるようになっている。

【0028】

上記式（１）において、ｎは１０より大きい整数である。これによれば、ポリマーとしての特性を確保できる。その結果、ケイ素含有ポリマーを、ポリマーとしての種々の用途、例えば電気・電子分野で使用可能な塗布型絶縁膜材料として好適に用いることができるようになる。尚、上記式（１）において、ｎが２〜１０の整数のものは、ケイ素含有オリゴマーとしての用途が見出されれば、かかる用途に用いることができる可能性がある。

【0029】

上記式（１）において、Ｒ１及びＲ２は独立に、水素原子又は炭素数１〜５のアルキル基とすることができる。炭素数１〜５のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が挙げられる。かかる官能基としては、分岐の無い直鎖状のものが好ましく、炭素数１又は２のアルキル基がより好ましく、メチル基が更に好ましい。これによれば、ケイ素含有ポリマーを効率よく製造できる。また、これらの官能基であれば、ケイ素含有ポリマーを例えば塗布型絶縁膜材料として用いる場合に要求される特性、例えば低誘電率性、耐熱性及びエッチング耐性を確保しやすくなる。

【0030】

上記式（１）において、Ｒ１及びＲ２の一方を素原子又は炭素数１〜５のアルキル基とし、他方を炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基とすることができる。炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基としては、ビニル基、プロピル基、１−ブテニル基等が挙げられる。Ｒ１及びＲ２の片方が炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であることにより、ヒドロシリル化やラジカル重合によって、架橋反応を進行させることが可能となる。例えば上記式（１）のＲ１及びＲ２の片方がビニル基である場合には、下記式（５）や下記式（６）に従って架橋反応が進行するようになる。このような架橋反応では、架橋度が高いほど高度の高い化合物が得られ、また、架橋剤の種類、反応温度、反応時間、必要に応じて添加される添加剤等により、得られる膜の特性も変わってくる。上記のように、本実施形態のケイ素含有ポリマーは、従来には無い新規な構造を有しているため、このような架橋反応によって成膜された膜についても、独自性の高い機能を発揮でき、更なる特性や機能の発現・向上を図ることができるようになっている。

【0031】

【化10】

（式中、Ｒ１、Ｒ３及びｎは上記と同様であり、Ｒ９は独立して任意の官能基である。）

【0032】

炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基としては、分岐の無い直鎖状のものが好ましく、炭素数２〜３の末端に二重結合を有するアルケニル基がより好ましく、ビニル基が更に好ましい。これによれば、ケイ素含有ポリマーを効率よく製造できる。また、かかる官能基であれば、ケイ素含有ポリマーを例えば塗布型絶縁膜材料として用いる場合に要求される特性、例えば低誘電率性、耐熱性及びエッチング耐性を十分に確保できる。

【0033】

上記式（１）において、Ｒ３は炭素数３〜２０の官能基である。これによれば、炭素（Ｃ）−炭素（Ｃ）結合により、ケイ素含有ポリマーの柔軟性や成形性等の各種特性を確保できる。また、Ｒ３が炭素数３未満であるケイ素含有ポリマーやＲ３が炭素数２０より大きいケイ素含有ポリマーは製造が困難でもある。このため、Ｒ３は炭素数４〜１８であることが好ましく、Ｒ３は炭素数５〜１５であることがより好ましい。

【0034】

また、上記式（１）において、Ｒ３は鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。

【0035】

【化11】

（式中、ｎ１〜ｎ３は繰り返し数であり、｜ｎ１−ｎ２｜は０又は１である。）

【0036】

このようなＲ３はとしては、例えば下記の表１に例示されるものが挙げられる。これによれば、ケイ素含有ポリマーを効率よく製造できる。

【0037】

【表1】

【0038】

このうち、Ｒ３は、側鎖を有しない直鎖状のものであることが好ましく、上記の表に記載のＮｏ１〜５のものが好ましい。これによれば、ケイ素含有ポリマーが優れた分子直線性を有するようになる。その結果、独自性の高い機能を発揮しやすくなり、また、更なる特性や機能の発現・向上を図りやすくなる。ただし、Ｒ３は上記の例に限定されず、後述するジオール化合物の炭化水素部分に対応するものを用いることができ、また、アルケニル基やアルキニル基を含むものでも使用可能である。

【0039】

上記式（２）におけるｎ１〜ｎ３は、｜ｎ１−ｎ２｜が０又は１である限りにおいて、Ｒ３の上記の炭素数の範囲を満たす範囲で適宜選択できる。｜ｎ１−ｎ２｜が０又は１でないケイ素含有ポリマーは製造が困難である。本実施形態のケイ素含有ポリマーは、重量平均分子量が９００〜８０００、数平均分子量が４００〜３０００とすることができ、この平均重合分子量や平均数分子量をはじめとする物性を考慮して、上記式（１）の繰り返し数ｎや、上記式（２）の繰り返し数ｎ１〜ｎ３を選択すればよい。尚、ケイ素含有ポリマーの平均重合分子量や平均数分子量は、実施例に記載の方法により測定できる。

【0040】

以上説明した本実施形態のケイ素含有ポリマーは、例えば下記の方法で製造できる。すなわち、本実施形態のケイ素含有ポリマーの製造方法は、シラン化合物とジオール化合物とを縮合せしめ、下記式（１）で表される繰り返し単位を有するケイ素含有ポリマーを得るものである。

【0041】

【化12】

（式中、ｎは１０より大きい整数であり、Ｒ１は炭素数１〜５のアルキル基であり、Ｒ２は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ３は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は下記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【0042】

このようなシラン化合物とジオール化合物との縮合反応は、例えばテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等の溶媒中で、必要により加熱や撹拌を施して進行させることができる。溶媒はＴＨＦに限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲において他の溶媒が含まれていてもよい。含まれていてもよい溶媒としては、シラン化合物やジオール化合物を均一に混合させることができる不活性のものであればよく、炭化水素類、ハロゲン系炭化水素類、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、カルボン酸エステル類、含窒素非プロトン性極性溶媒、及び硫黄非プロトン性極性溶媒等を用いることができる。

【0043】

また、シラン化合物とジオール化合物との縮合反応においては、反応を促進する目的で、必要により触媒を用いることができる。触媒としては、トリエチルアミンやベンジルジエチルアミンに代表されるアミン系触媒等を用いることができるが、前記の例に限定されない。

【0044】

本実施形態のケイ素含有ポリマーの製造方法では、シラン化合物として、下記式（３）で表されるものを用いることができる。

【0045】

【化13】

（式中、Ｒ４及びＲ５は独立に、水素原子若しくは炭素数１〜５のアルキル基、又は炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基であり、Ｒ６及びＲ７は独立に脱離基である。）

【0046】

ここでも、Ｒ４及びＲ５の一方を水素原子若しくは炭素数１〜５のアルキル基とし、他方を炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基とすることができる。このようなアルケニル基を有するようにすることで、得られるケイ素含有ポリマーが架橋基を有するようになり、上記式（５）や上記式（６）の架橋反応を進行させることができる。

【0047】

上記式（３）において、Ｒ４及びＲ５が上記の官能基であることであることで、ケイ素含有ポリマーを好適に製造できる。特に、水素原子若しくは炭素数１〜５のアルキル基としては、炭素数１〜２であることが好ましく、炭素数２〜５の少なくとも末端に二重結合を有するアルケニル基としては、炭素数２〜３であることが好ましい。これによれば、ケイ素含有ポリマーをより好適に製造できる。また、このようなシラン化合物は入手が容易なものでもある。

【0048】

上記式（３）において、Ｒ６及びＲ７は独立に脱離基である。これによれば、ケイ素含有ポリマーを好適に製造できる。このため、脱離基としては、クロロ基が好ましい。

【0049】

Ｒ６やＲ７がクロロ基であるシラン化合物を用いる場合、ケイ素含有ポリマーを製造する過程で脱離したクロロ基を含む副生物が、溶媒中に生成されることとなる。このような副生物は、高純度が要求される用途、例えば電気・電子分野で使用可能な塗布型絶縁膜材料としてケイ素含有ポリマーを用いる際、その特性に悪影響を及ぼす可能性がある。よって、Ｒ６やＲ７がクロロ基であるシラン化合物を用いる場合、ジオール化合物との縮合反応後、得られたケイ素含有ポリマーを含む溶媒に対して必要に応じてアルカリ処理を施し、将来的に悪影響を及ぼす可能性のある副生物を除去する工程を実施することが好ましい。アルカリ処理は、上記の縮合反応が終了した段階で実施するようにしてもよく、上記の縮合反応を適宜中断して間欠的に行うようにしてもよい。

【0050】

すなわち、本実施形態で使用可能なシラン化合物としては、ジクロロメチルビニルシラン、ジクロロエチルビニルシラン、ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、ジブチルジクロロシラン、ジ−ｉｓｏ−ブチルジクロロシラン、ジプロピルジクロロシラン、ジ−ｉｓｏ−プロピルジクロロシラン、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジクロロシラン等が挙げられる。

【0051】

本実施形態のケイ素含有ポリマーの製造方法では、ジオール化合物として、下記式（４）で表されるものを用いることができる。

【0052】

【化14】

（式中、Ｒ８は炭素数３〜２０、かつ、鎖状アルキル基、鎖状アルケニル基、又は上記式（２）で表される繰り返し単位を有する環状アルキル基である。）

【0053】

Ｒ８は炭素数３〜２０の官能基である。これによれば、炭素（Ｃ）−炭素（Ｃ）結合により、製造されるケイ素含有ポリマーの柔軟性や成形性等の各種特性を確保できる。Ｒ３が炭素数３未満であるジオール化合物や炭素数２０より大きいジオール化合物では、ケイ素含有ポリマーの製造が困難となる。実際、Ｒ８が炭素数２の鎖状アルキル基であるジオール化合物（エチレングリコール）を用いた場合には、シラン化合物とジオール化合物との重合反応が進行せず、環状に結合したモノマー副生物しか得られない。このため、Ｒ８は炭素数４〜１８であることが好ましく、炭素数５〜１５であることがより好ましい。

【0054】

すなわち、本実施形態で使用可能なジオール化合物としては、１，４−シクロへキサンジオール、１，１’−ビスシクロへキサンジオール、水添ビスフェノールＡ、水添ビスフェノールＦ、２，２’−ビス（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン、１，３−シクロペンタンジオール、１，４−シクロへキサンジメタノール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−へキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール、１，３−アダマンタンメタンジオール、１，３−アダマンタンエタンジオール等が挙げられる。

【0055】

このようなシラン化合物とジオール化合物との配合比は、適宜調節して定めることが可能であるが、一例として、シラン化合物１００質量部に対して、ジオール化合物を９５〜１０２質量部配合することができる。これによれば、ケイ素含有ポリマーをより好適に製造できる。

【0056】

本実施形態のケイ素含有ポリマーは、既存の材料には無い特性を発揮でき、更なる特性や機能の発現・向上を図ることができるため、種々の用途に好適に用いることが可能である。用いることができる用途の一例としては、絶縁材料、耐熱材料、光学材料、各種のコーティング剤、カラム材料等が挙げられるが、前記の例に限定されない。

【0057】

例えば半導体装置や液晶表示装置における配線基板上の絶縁体膜として本実施形態のケイ素含有ポリマーを用いる場合には、所定の方法によって基板上にケイ素含有ポリマーを塗布して、この塗膜をホットプレートやオーブン等により加熱させることで成膜が可能である。基板への塗布方法は限定されず、スピンコート法、スリットコート法、ロールコート法、スクリーン印刷法、アプリケーター法等を適用できる。塗膜の厚さも限定されず、２００ｎｍ程度とすることができる。

【実施例】

【0058】

以下、実施例に基づいて更に詳述するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。

【0059】

＜ケイ素含有ポリマーの製造＞
［実施例１］
下記式（７）の反応により、実施例１のケイ素含有ポリマー［１ａ］を製造した。

【0060】

【化15】

【0061】

具体的には、アルゴン雰囲気下、３００ｍＬ反応フラスコに、ジオール化合物として１，４−シクロヘキサンジオール（東京化成工業（株）製、８．１ｇ）と、溶媒としてテトラヒドロフラン（２００．０ｇ：ＴＨＦ）と、を仕込んだ。これに塩基としてトリエチルアミン（東京化成工業（株）製、１４．６ｇ：ＴＥＡ）を加え、混合物を得た。

【0062】

この混合物を０℃まで冷却させ、シラン化合物としてジクロロメチルビニルシラン(東京化成工業（株）製、１０．０ｇ)を更に滴下した。滴下後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ、１４．５ｇのケイ素含有ポリマー［１ａ］を得た。得られたケイ素含有ポリマーの重量平均分子量は３７００、数平均分子量は１３００であった。

【0063】

更に、得られたケイ素含有ポリマー［１ａ］（１．０ｇ）に対してシクロオクタン（関東化学（株）製、９．０ｇ）を加え、この溶液をスピナーにより、シリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。塗膜をホットプレート上、１５０℃で１分間、２５０℃で５分間ベークすることで、膜厚２００ｎｍの絶縁体膜［１ｂ］を形成できた。

【0064】

［実施例２］
下記式（８）の反応により、実施例２のケイ素含有ポリマー［２ａ］を製造した。

【0065】

【化16】

【0066】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、３００ｍＬ反応フラスコに、１，１’−ビスシクロヘキサンジオール（東京化成工業（株）製、１３．９ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（２００．０ｇ）と、を仕込み、塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、１４．６ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、１０．０g)を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ１９．３ｇのケイ素含有ポリマー［２ａ］を得た。得られたポリマーの重量平均分子量は７４００、数平均分子量は２０００であった。

【0067】

更に、得られたケイ素含有ポリマー［２ａ］（１．０ｇ）に対してトルエン（関東化学（株）製、１２．３ｇ）を加え、この溶液をスピナーにより、シリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。塗膜をホットプレート上、１５０℃で１分間、２５０℃で５分間ベークすることで、膜厚２００ｎｍの絶縁体膜［２ｂ］を形成できた。

【0068】

［実施例３］
下記式（９）の反応により、実施例３のケイ素含有ポリマー［３ａ］を製造した。

【0069】

【化17】

【0070】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、５０ｍＬ反応フラスコに、２，２’−ビス（4−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン（東京化成工業（株）製、１．７ｇ）と、ＴＨＦ（２０．０ｇ）と、を仕込み、塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、１．５ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、１．０ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ１．８ｇのケイ素含有ポリマー［３ａ］を得た。得られたケイ素含有ポリマーの重量平均分子量は１７００、数平均分子量は８００であった。

【0071】

更に、得られたケイ素含有ポリマー［３ａ］（１．０ｇ）に対してプロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセタート（関東化学（株）製、９．０ｇ）を加え、この溶液をスピナーにより、シリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。塗膜をホットプレート上、１５０℃で１分間、２５０℃で５分間ベークすることで、膜厚２００ｎｍの絶縁体膜［３ｂ］を形成できた。

【0072】

［実施例４］
下記式（１０）の反応により、実施例４のケイ素含有ポリマー［４ａ］を製造した。

【0073】

【化18】

【0074】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、５０ｍＬ反応フラスコに、１，３−ジヒドロシクロペンタン（東京化成工業（株）製、０．３５ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（１０．００ｇ）と、を仕込み、塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、０．７３ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、０．５０ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ０．３３ｇのケイ素含有ポリマー［４ａ］を得た。得られたケイ素含有ポリマーの重量平均分子量は１０００、数平均分子量は５００であった。

【0075】

［実施例５］
下記式（１１）の反応により、実施例５のケイ素含有ポリマー［５ａ］を製造した。

【0076】

【化19】

【0077】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、２００ｍＬ反応フラスコに１，７−ヘプタンジオール（東京化成工業（株）製、４．０ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（８５．０ｇ）と、を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、６．２ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、４．２ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ５．８ｇのケイ素含有ポリマー［５ａ］を得た。得られたケイ素含有ポリマーの重量平均分子量は２１００、数平均分子量は４５０であった。

【0078】

更に、得られたケイ素含有ポリマー［５ａ］（２．０ｇ）に対し、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセタート（関東化学（株）製、８．０ｇ）を加え、この溶液をスピナーにより、シリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。塗膜をホットプレート上、１５０℃で１分間、２５０℃で５分間ベークすることで、膜厚２００ｎｍの絶縁体膜［５ｂ］を形成できた。

【0079】

［実施例６］
下記式（１２）の反応により、実施例６のケイ素含有ポリマー［６ａ］を製造した。

【0080】

【化20】

【0081】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、２００ｍＬ反応フラスコに１，１０−デカンジオール（東京化成工業（株）製、６．４ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（１００．０ｇ）と、を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、７．３ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、５．０ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ８．８ｇのケイ素含有ポリマー［６ａ］を得た。得られたケイ素含有ポリマーの重量平均分子量は５４００、数平均分子量は１１００であった。

【0082】

更に、得られたケイ素含有ポリマー［６ａ］（２．０ｇ）に対し、プロピレングリコール−１−モノメチルエーテル−２−アセタート（関東化学（株）製、８．５ｇ）を加え、この溶液をスピナーにより、シリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。塗膜をホットプレート上、１５０℃で１分間、２５０℃で５分間ベークすることで、膜厚２００ｎｍの絶縁体膜［６ｂ］を形成できた。

【0083】

［実施例７］
下記式（１３）の反応により、実施例７のケイ素含有ポリマー［７ａ］を製造した。

【0084】

【化21】

【0085】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、２００ｍＬ反応フラスコに１，１２−ドデカンジオール（東京化成工業（株）製、７．３ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（１００．０ｇ）と、を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、７．３ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、５．０ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ１１．３８ｇのケイ素含有ポリマー［７ａ］を得た。得られたケイ素含有ポリマーの重量平均分子量は４５００、数平均分子量は１０００であった。

【0086】

更に、得られたケイ素含有ポリマー［７ａ］（２．０ｇ）に対し、シクロヘキサノン（関東化学（株）製、８．５ｇ）を加え、この溶液をスピナーにより、シリコン基板上に塗布して塗膜を形成した。塗膜をホットプレート上、１５０℃で１分間、２５０℃で５分間ベークすることで、膜厚２００ｎｍの絶縁体膜［７ｂ］を形成できた。

【0087】

［比較例１］
下記式（１４）の反応を試みたが、オリゴマーやモノマーが生成するのみであり、ケイ素含有ポリマーを製造できなかった。

【0088】

【化22】

【0089】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、５０ｍＬ反応フラスコにエチレングリコール（関東化学（株）製、０．４８ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（７．５０ｇ）と、を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、１．９６ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロジメチルシラン（東京化成工業（株）製、１．００ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ０．５１ｇの生成物を得たが、得られた生成物は、重量平均分子量が１１０、数平均分子量が１１０であった。

【0090】

［比較例２］
下記式（１５）の反応を試みたが、オリゴマーやモノマーが生成するのみであり、ケイ素含有ポリマーを製造できなかった。

【0091】

【化23】

【0092】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、５０ｍＬ反応フラスコに１，２−シクロヘキサンジオール（東京化成工業（株）製、０．８１ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（２０．００ｇ）を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、１．４６ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、１．００ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ１．１０ｇの生成物を得たが、得られた生成物は、重量平均分子量が２６０、数平均分子量が１５０であった。

【0093】

［比較例３］
下記式（１６）の反応を試みたが、オリゴマーやモノマーが生成するのみであり、ケイ素含有ポリマーを製造できなかった。

【0094】

【化24】

【0095】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、５０ｍＬ反応フラスコに１，３−シクロヘキサンジオール（東京化成工業（株）製、０．８１ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（２０．００ｇ）と、を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、１．４６ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、１．００ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ１．０８ｇの生成物を得たが、得られた生成物は、重量平均分子量が４２０、数平均分子量が２０であった。

【0096】

［比較例４］
下記式（１７）の反応を試みたが、オリゴマーやモノマーが生成するのみであり、ケイ素含有ポリマーを製造できなかった。

【0097】

【化25】

【0098】

具体的には、基本的には実施例１と同様のプロセスに従い、アルゴン雰囲気下、５０ｍＬ反応フラスコに１，３−アダマンタンジオール（東京化成工業（株）製、１．１８ｇ）と、溶媒としてＴＨＦ（２０．００ｇ）を仕込み、これに塩基としてＴＥＡ（東京化成工業（株）製、１．４６ｇ）を加え、０℃まで冷却させた。これにジクロロメチルビニルシラン（東京化成工業（株）製、１．００ｇ）を滴下した後、室温まで昇温させ２４時間攪拌した。その後、減圧濾過によりトリエチルアミン塩酸塩を除去し、減圧下で濃縮させ１．０８ｇの生成物を得たが、得られた生成物は、重量平均分子量が１４０、数平均分子量が８０であった。

【0099】

＜評価試験＞
［平均分子量測定］
上記の実施例１〜７及び比較例１〜４に記載の重合平均分子量や数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（以下、ＧＰＣ）により測定した結果である。使用した装置、条件等は以下のとおりである。
・ＧＰＣ装置：ＨＬＣ−８３２０ＧＰＣ （東ソー（株）製）
・ＧＰＣカラム：Ｓｈｏｄｅｘ［登録商標］ ＫＦ−８０１， ＫＦ−８０２， ＫＦ−８０３Ｌ（昭和電工（株）製）
・カラム温度：４０℃
・溶媒： テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
・流量：１．０ｍｌ／ｍｉｎ
・標準試料：ポリスチレン（昭和電工（株）製）

【0100】

［リーク電流密度、絶縁破壊電圧、及び比誘電率］
実施例１〜３に記載のケイ素含有モノマー［１ａ］〜［３ａ］により成膜された絶縁体膜［１ｂ］〜［３ｂ］について、リーク電流密度、絶縁破壊電圧、及び比誘電率を測定した。リーク電流密度、絶縁破壊電圧、及び比誘電率は、水銀プローブ（ＣＶｍａｐ３０９３Ａ（４Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ社製））による評価結果であり、１ＭＶ／ｃｍの電界を加えたときの値を測定した。結果を表２に示す。

【0101】

表２において、実施例４については成膜を省略したため「省略」と示してある。また、比較例１〜４では、ケイ素含有ポリマーを製造できず成膜も不可能であったため「不可」と示してあり、また、成膜が不可であるため、リーク電流密度、絶縁破壊電圧、及び比誘電率を測定することができず「×」と示してある。

【0102】

【表2】

【0103】

以上より、実施例１〜７によれば、ケイ素（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−炭素（Ｃ）の結合を有し、かつ分子内に芳香環を含まないケイ素含有ポリマー［１ａ］〜［７ａ］を得ることができた。そして、実施例１〜３及び５〜７のケイ素含有ポリマー［１ａ］〜［３ａ］及び［５ａ］〜［７ａ］によれば、常法に従って絶縁体膜［１ｂ］〜［３ｂ］及び［５ｂ］〜［７ｂ］を好適に形成できることが確かめられた。尚、実施例４のケイ素含有ポリマー［４ａ］についても、常法に従って絶縁体膜を形成できるものと推察される。

【0104】

また、実施例１〜３による絶縁体膜［１ｂ］〜［３ｂ］のなかでも、実施例２〜３による絶縁体膜［２ｂ］〜［３ｂ］においてリーク電流を効果的に抑制できることが分かった。また、実施例２による絶縁体膜［２ｂ］において、最も高い絶縁破壊電圧が得られることが分かった。更に、実施例３による絶縁体膜［３ｂ］において、最も小さい比誘電率が得られることが分かった。

【0105】

また、実施例１〜７のケイ素含有ポリマー［１ａ］〜［７ａ］は、新規な構成を有するものである。このため、ケイ素含有ポリマー［１ａ］〜［７ａ］によれば、既存の材料には無い特性を発揮でき、種々の用途に応じて独自性の高い機能を発揮できるものと推察される。例えば、耐熱性や絶縁性に優れ、かつ、分子内に芳香環を含まないために透明性に優れた膜を成膜できる可能性がある。