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JP2009270060A - Method for producing material for fixing polymerization initiator on surface, and method for producing grafted polymer pattern - Google Patents

Method for producing material for fixing polymerization initiator on surface, and method for producing grafted polymer pattern Download PDF

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JP2009270060A
JP2009270060A JP2008123687A JP2008123687A JP2009270060A JP 2009270060 A JP2009270060 A JP 2009270060A JP 2008123687 A JP2008123687 A JP 2008123687A JP 2008123687 A JP2008123687 A JP 2008123687A JP 2009270060 A JP2009270060 A JP 2009270060A
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JP
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group
support
polymerization initiator
producing
binding
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Application number
JP2008123687A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Kawamura
浩一 川村
Mitsuhiro Fujita
光宏 藤田
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Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】重合開始剤の自己組織化膜によるナノサイズオーダーのドメイン構造を、リソグラフィーなどの手段を用いず、簡便に作製しうる重合開始剤表面固定化材料の作製方法を提供すること。また、ナノサイズオーダーのドメイン構造を有するグラフトポリマーパターンを簡便に作製しうるグラフトポリマーパターンの作製方法を提供すること。
【解決手段】支持体表面に、該支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤を浸漬法又は蒸着法を用いて接触させた後、前記支持体上に接触した該重合開始剤の自己組織化により、前記支持体上に該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を形成する重合開始剤表面固定化材料の作製方法、該重合開始剤表面固定化材料の作製方法により得られた重合開始剤表面固定化材料のナノドメイン構造上に、グラフトポリマーを生成させる工程を有するグラフトポリマーパターンの作製方法。
【選択図】なし
Disclosed is a method for producing a surface-immobilized material for a polymerization initiator, which can easily produce a domain structure in the nano-size order by a self-assembled film of a polymerization initiator without using means such as lithography. In addition, the present invention provides a method for producing a graft polymer pattern, which can easily produce a graft polymer pattern having a nano-size order domain structure.
A polymerization initiator having a site capable of binding to the support is brought into contact with the surface of the support using a dipping method or a vapor deposition method, and then the self-organization of the polymerization initiator in contact with the support. A method for producing a polymerization initiator surface immobilization material that forms a nanodomain structure by a self-assembled film of a polymerization initiator bonded to the support on the support, and production of the polymerization initiator surface immobilization material A method for producing a graft polymer pattern, comprising a step of generating a graft polymer on a nanodomain structure of a surface-immobilized material for a polymerization initiator obtained by the method.
[Selection figure] None

Description

本発明は、固体表面の機能性付与に関し、特に、固体表面に有機分子による超薄膜をパターン状に形成する方法に関し、より具体的には、重合開始剤表面固定化材料の作製方法、及びグラフトポリマーパターンの作製方法に関する。   The present invention relates to imparting functionality to a solid surface, in particular, to a method of forming an ultra-thin film with organic molecules in a pattern on a solid surface, and more specifically, a method for producing a polymerization initiator surface immobilization material, and a graft The present invention relates to a method for producing a polymer pattern.

固体表面に種々の機能をもった分子層を固定し、表面特性を制御しようとする試みは比較的古くから行われている。
中でも、両親媒性の分子を水面上に展開・圧縮し、単分子層を形成した後、固体支持体上に移し取るラングミュア・ブロジェット(LB)法や、トリメトキシシリル基やトリクロロシリル基を持った長鎖アルキル化合物と表面水酸基を持った固体とを反応させて有機薄膜を作成させてなる自己組織化膜(SAM)が良く知られている。
上記SAMにおいては、LB膜のような分子を圧縮する操作は行わないが、アルキル基同士の相互作用によってLB膜と同様に高度に配向した高密度の膜が得られる(例えば、非特許文献1、2参照。)。
Attempts to immobilize molecular layers having various functions on a solid surface and control surface properties have been made for a long time.
Among them, the amphiphilic molecule is developed and compressed on the water surface, a monomolecular layer is formed, and then transferred to the solid support. A self-assembled film (SAM) in which an organic thin film is formed by reacting a long-chain alkyl compound with a solid having a surface hydroxyl group is well known.
In the SAM, an operation of compressing molecules like the LB film is not performed, but a highly oriented film having a high orientation similar to the LB film can be obtained by the interaction between the alkyl groups (for example, Non-Patent Document 1). 2).

更に、このようにして得られた固体表面の分子層を機能化するために、この分子層をナノサイズでパターン化する方法も良く知られている。
例えば、SAMの微細パターンを作るために、マイクロコンタクトプリンティングやリソグラフィーなどの手段が用いられ、この手段によって多種多様な微細パターンが形成されることが知られている(例えば、非特許文献3、4参照。)。これらの方法は、高価なリソグラフィーを必要とするが、最近の研究により、特に設備的に高価なソグラフイーなどの手段を使用しなくともSAM形成の際の溶媒、温度、時間などの反応条件を適切に選ぶことで、0.1μmから1μm程度の大きさのドメイン構造のパターンが得られることが報告されている(例えば、非特許文献5、6参照。)。この場合は、反応条件のコントロールを選ぶ必要があるが、安価にナノサイズのドメイン構造によるパターンが得られる利点がある。また、これらの方法で得られたSAMパターンは高密度記録材料などへの応用が検討されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
Furthermore, in order to functionalize the molecular layer on the solid surface thus obtained, a method of patterning this molecular layer with a nano size is also well known.
For example, in order to create a SAM fine pattern, it is known that means such as microcontact printing and lithography are used, and various fine patterns are formed by this means (for example, Non-Patent Documents 3 and 4). reference.). These methods require expensive lithography, but recent research has shown that the reaction conditions such as solvent, temperature, time, etc. during SAM formation have been adequately determined without using equipment such as equipment expensive sographies. It has been reported that a domain structure pattern having a size of about 0.1 μm to 1 μm can be obtained by selecting (see, for example, Non-Patent Documents 5 and 6). In this case, it is necessary to select control of reaction conditions, but there is an advantage that a pattern with a nano-sized domain structure can be obtained at low cost. Also, application of SAM patterns obtained by these methods to high-density recording materials has been studied (for example, see Patent Documents 1 and 2).

これまでSAM法を利用して得られるナノサイズのドメインパターンは長鎖アルキルシランカップリング剤のような低分子を使用した場合が報告されているのみであり、ポリマーによるナノドメイン構造の形成についての報告例は少ない。
しかし、応用用途を考えると高分子化合物によるナノドメイン構造は、記録材料の他に、光学フィルム、表面極性変化材料(例えば、非特許文献7参照。)などの多彩な応用用途が期待される。そのため、今後、支持体表面にナノドメイン構造を簡便に作製する方法や、それを応用し、高分子化合物によるナノドメイン構造(パターン)を簡便に作製する方法が要求されるものと考えられる。
A.Ulman, "An Introduction to ultrathin organic films from Langmuir-Blodgett to Self-Assembly", Academic Press. Inc., San Diego (1991) 「自己組織化ナノマテイリアル」フロンティア出版(2007) G.M.Whitesides, Science, 263, 60 (1994) H.-W.Le at al., 19. 1963 (2003) A.Couzis, Langmuir, 17, 2001, 7789 T.Kato, Thin Solid Films vol 379, 230 (2000) I.Luzinov, Polymer Preprints, 46(2) 80 (2005) 特開2003−76036号公報 特開2002−334414号公報
So far, the nano-sized domain pattern obtained by using the SAM method has only been reported to use a small molecule such as a long-chain alkylsilane coupling agent. There are few reports.
However, considering application applications, the nanodomain structure made of a polymer compound is expected to be used in various applications such as optical films and surface polarity changing materials (see, for example, Non-Patent Document 7) in addition to recording materials. Therefore, it is considered that a method for easily producing a nanodomain structure on the surface of the support and a method for easily producing a nanodomain structure (pattern) using a polymer compound by applying it will be required in the future.
A. Ulman, "An Introduction to ultrathin organic films from Langmuir-Blodgett to Self-Assembly", Academic Press. Inc., San Diego (1991) "Self-organized nanomaterials" Frontier Publishing (2007) GMWhitesides, Science, 263, 60 (1994) H.-W.Le at al., 19. 1963 (2003) A. Couzis, Langmuir, 17, 2001, 7789 T.Kato, Thin Solid Films vol 379, 230 (2000) I.Luzinov, Polymer Preprints, 46 (2) 80 (2005) Japanese Patent Laid-Open No. 2003-76036 JP 2002-334414 A

そこで、本発明はこれらの状況を鑑み行われたものであって、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、重合開始剤の自己組織化膜によるナノサイズオーダーのドメイン構造を、リソグラフィーなどの手段を用いず、簡便に作製しうる重合開始剤表面固定化材料の作製方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ナノサイズオーダーのドメイン構造を有するグラフトポリマーパターンを簡便に作製しうるグラフトポリマーパターンの作製方法を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to achieve the following object.
That is, the object of the present invention is to provide a method for preparing a surface-immobilized material for a polymerization initiator that can easily produce a nano-sized domain structure by a self-assembled film of a polymerization initiator, without using lithography or the like. There is to do.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a graft polymer pattern, which can easily produce a graft polymer pattern having a nano-size order domain structure.

本発明者らは、検討の結果、支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤を用いることで、上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明は、具体的には以下に示すものである。
As a result of investigations, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using a polymerization initiator having a site capable of binding to a support, and have completed the present invention.
Specifically, the present invention is specifically shown below.

本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法は、支持体表面に、該支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤を浸漬法又は蒸着法を用いて接触させた後、前記支持体上に接触した該重合開始剤の自己組織化により、前記支持体上に該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を形成することを特徴とする。   In the method for producing the surface-immobilized material for polymerization initiator according to the present invention, after the polymerization initiator having a portion capable of binding to the support is brought into contact with the surface of the support using an immersion method or a vapor deposition method, the support It is characterized in that a nanodomain structure is formed on the support by a self-assembled film of the polymerization initiator bonded to the support by self-assembly of the polymerization initiator in contact with the support.

本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法においては、ナノドメイン構造の直径が1nm〜10μmのサイズであることが好ましい態様である。
また、支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤が、下記一般式(1)で表される構造を有することが好ましい。
In the method for producing the surface-immobilized material for polymerization initiator of the present invention, it is a preferable aspect that the diameter of the nanodomain structure is 1 nm to 10 μm.
Moreover, it is preferable that the polymerization initiator which has a site | part which can be couple | bonded with a support body has a structure represented by following General formula (1).

上記一般式(1)中、Qはシランカップリング基、チオール基、チオイソシアナト基、ニトリル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、モノアルキルシラン基、ホスホン酸基、リン酸エステル基、及び不飽和炭化水素基からなる群より選択される支持体結合性基を表し、Xは炭素数5〜40のアルキレン基を含む連結基を表し、Yはラジカルを発生しうる官能基を表す。   In the above general formula (1), Q is a silane coupling group, thiol group, thioisocyanato group, nitrile group, carboxyl group, hydroxyl group, amino group, monoalkylsilane group, phosphonic acid group, phosphate ester group, and unsaturated carbonization. A support binding group selected from the group consisting of a hydrogen group is represented, X represents a linking group containing an alkylene group having 5 to 40 carbon atoms, and Y represents a functional group capable of generating a radical.

本発明において、支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤が、下記一般式(2)で表される構造を有することがより好ましい。   In this invention, it is more preferable that the polymerization initiator which has a site | part which can be couple | bonded with a support body has a structure represented by following General formula (2).

上記一般式(2)中、Xは炭素数5〜40のアルキレン基を含む連結基を表し、Yはラジカルを発生しうる官能基を表し、Zは加水分解基を表し、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。mは0〜2の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、n+m=3の関係を満たす。   In the general formula (2), X represents a linking group containing an alkylene group having 5 to 40 carbon atoms, Y represents a functional group capable of generating a radical, Z represents a hydrolyzable group, and R represents a hydrogen atom or An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is represented. m represents an integer of 0 to 2, n represents an integer of 1 to 3, and satisfies the relationship of n + m = 3.

前記一般式(1)及び(2)において、Yで表されるラジカルを発生しうる官能基が、炭素ハロゲン結合を有する化合物に由来する官能基、又は、ピリジニウム類化合物に由来する官能基であることが好ましい態様である。   In the general formulas (1) and (2), the functional group capable of generating a radical represented by Y is a functional group derived from a compound having a carbon halogen bond or a functional group derived from a pyridinium compound. Is a preferred embodiment.

また、本発明のグラフトポリマーパターンの作製方法は、本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法により得られた重合開始剤表面固定化材料のナノドメイン構造上に、グラフトポリマーを生成させる工程を有することを特徴とする。   Moreover, the method for producing a graft polymer pattern of the present invention comprises a step of generating a graft polymer on the nanodomain structure of the polymerization initiator surface-immobilized material obtained by the method for producing a polymerization initiator surface-immobilized material of the present invention. It is characterized by having.

本発明によれば、重合開始剤の自己組織化膜によるナノサイズオーダーのドメイン構造を、リソグラフィーなどの手段を用いず、簡便に作製しうる重合開始剤表面固定化材料の作製方法を提供することができる。
また、本発明によれば、ナノサイズオーダーのドメイン構造を有するグラフトポリマーパターンを簡便に作製しうるグラフトポリマーパターンの作製方法を提供することができる。
According to the present invention, there is provided a method for producing a polymerization initiator surface immobilization material capable of easily producing a nanosize order domain structure by a self-assembled film of a polymerization initiator without using means such as lithography. Can do.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a graft polymer pattern, which can easily produce a graft polymer pattern having a nano-size order domain structure.

以下、本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法、及び、グラフトポリマーパターンの作製方法について、詳細に説明する。   Hereinafter, the preparation method of the polymerization initiator surface immobilization material of the present invention and the preparation method of the graft polymer pattern will be described in detail.

<重合開始剤表面固定化材料の作製方法>
本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法は、支持体表面に、該支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤を浸漬法又は蒸着法を用いて接触させた後、前記支持体上に接触した該重合開始剤の自己組織化により、前記支持体上に該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を形成することを特徴とする。
以下、まず、支持体表面に、該支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤を浸漬法又は蒸着法を用いて接触させる方法について説明する(以下、「(a)工程」と称する場合がある)。
<Method for producing polymerization initiator surface immobilization material>
In the method for producing the surface-immobilized material for polymerization initiator according to the present invention, after the polymerization initiator having a portion capable of binding to the support is brought into contact with the surface of the support using an immersion method or a vapor deposition method, the support It is characterized in that a nanodomain structure is formed on the support by a self-assembled film of the polymerization initiator bonded to the support by self-assembly of the polymerization initiator in contact with the support.
Hereinafter, a method of bringing a polymerization initiator having a site capable of binding to the support into contact with the support surface by using an immersion method or a vapor deposition method will be described (hereinafter sometimes referred to as “step (a)”. is there).

〔(a)工程〕
本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法における(a)工程では、支持体表面全体に対して、該支持体との結合部位を有する重合開始剤を、浸漬法又は蒸着法を用いて接触させる。
本工程で用いられる重合開始剤としては、支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤であり、自己組織化膜を形成し得る化合物であれば、如何なるものも用いることができるが、下記一般式(1)で表される化合物が好ましい。以下、「支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤」を、適宜、「支持体結合性開始剤」と称し、説明する。
[(A) Process]
In the step (a) in the method for producing the surface-immobilized material for polymerization initiator of the present invention, a polymerization initiator having a binding site with the support is applied to the entire support surface using an immersion method or a vapor deposition method. Make contact.
As the polymerization initiator used in this step, any compound can be used as long as it is a polymerization initiator having a site capable of binding to a support and can form a self-assembled film. The compound represented by Formula (1) is preferable. Hereinafter, the “polymerization initiator having a site capable of binding to the support” will be referred to as “support support-binding initiator” as appropriate.

一般式(1)中、Qは支持体と結合しうる部位(支持体結合性基)を表し、Xは連結基を表し、Yは重合開始部位(ラジカルを発生しうる官能基)を表す。   In general formula (1), Q represents a site that can be bonded to the support (support-binding group), X represents a linking group, and Y represents a polymerization initiation site (a functional group capable of generating radicals).

一般式(1)中のQで表される支持体結合性基としては、支持体表面に存在する官能基と反応して結合しうる反応性基が好ましく、具体的には、トリクロロシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシランなどのシランカップリング基、チオール基、チオイソシアナト基などの含硫黄官能基、ニトリル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、モノアルキルシラン基、ホスホン酸基、リン酸エステル基、アルケン、アルキンなどの不飽和炭化水素基などが好ましく用いられる。   The support-binding group represented by Q in the general formula (1) is preferably a reactive group capable of reacting with and binding to a functional group present on the surface of the support. Silane coupling groups such as methoxysilane and triethoxysilane, sulfur-containing functional groups such as thiol groups and thioisocyanato groups, nitrile groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, amino groups, monoalkylsilane groups, phosphonic acid groups, phosphate ester groups, Unsaturated hydrocarbon groups such as alkenes and alkynes are preferably used.

このQで表される支持体結合性基は、支持体の材質に応じて、選択することが好ましい。
例えば、支持体が、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄などの金属や、GaAs、InPなどの半導体化合物であれば、Qで表される支持体結合性基としては、チオール基、チオイソシアナト基などの含硫黄官能基、モノアルキルシラン基が好ましい。特に、支持体が、金であれば、Qで表される支持体結合性基としてはチオール基が最も好ましい。
支持体が、白金、パラジウム、金、銀などの金属であれば、Qで表される支持体結合性基としてはニトリル基も好ましい態様の1つである。
The support-binding group represented by Q is preferably selected according to the material of the support.
For example, if the support is a metal such as gold, silver, copper, platinum, palladium, or iron, or a semiconductor compound such as GaAs or InP, the support binding group represented by Q may be a thiol group or thioisocyanato. A sulfur-containing functional group such as a group and a monoalkylsilane group are preferred. In particular, when the support is gold, a thiol group is most preferable as the support-binding group represented by Q.
If the support is a metal such as platinum, palladium, gold or silver, the support binding group represented by Q is also a preferred embodiment.

支持体が、Al、AgO、CuO、Zr/Alなどの金属酸化物、oxide−NHなどの酸化物であれば、Qで表される支持体結合性基としてはカルボキシル基が好ましい。
支持体が、ZrO、TiO、Al、Ta、Zr/Alなどの金属酸化物であれば、Qで表される支持体結合性基としてはホスホン酸基、リン酸エステル基も好ましい態様の1つである。
支持体が、TiO、Al、ガラス、石英、ITO、シリコン基板などであれば、Qで表される支持体結合性基としてはアミノ基が好ましい。
If the support is a metal oxide such as Al 2 O 3 , AgO, CuO, Zr / Al 2 O 3, or an oxide such as oxide-NH 2 , the support binding group represented by Q is carboxyl. Groups are preferred.
If the support is a metal oxide such as ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Zr / Al 2 O 3 , the support-binding group represented by Q is a phosphonic acid group. The phosphate group is also one of the preferred embodiments.
If the support is TiO 2 , Al 2 O 3 , glass, quartz, ITO, silicon substrate, or the like, the support-binding group represented by Q is preferably an amino group.

また、支持体が、ガラス、マイカ、SiO、SnO、GeO、ZrO、TiO、Al、ITO、SUS、PTZなどであれば、Qで表される支持体結合性基としてはシランカップリング基が好ましい。
支持体が、水素終端化シリコン(Si−H)、ハロゲン化シリコン(Si−X、X=Cl,Br,I)などであれば、Qで表される支持体結合性基としては、水酸基や、不飽和炭化水素基が好ましい。
更に、支持体が、水素終端化ダイヤモンド(C−H)であれば、Qで表される支持体結合性基としては不飽和炭化水素基が好ましい。
Further, when the support is glass, mica, SiO 2 , SnO 2 , GeO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , ITO, SUS, PTZ, etc., the support binding group represented by Q Is preferably a silane coupling group.
If the support is hydrogen-terminated silicon (Si—H), silicon halide (Si—X, X═Cl, Br, I) or the like, the support-binding group represented by Q is a hydroxyl group or An unsaturated hydrocarbon group is preferred.
Further, if the support is hydrogen-terminated diamond (C—H), the support-binding group represented by Q is preferably an unsaturated hydrocarbon group.

これらの組み合わせの中でも、支持体としては、入手し易さ、工業材料としての応用のし易さ、ドメイン構造の形成のし易さの点から、金、ガラス、石英、マイカ、ITO、TiO、シリコンが好ましく、また、Qで表される支持体結合性基としては、支持体との反応性、ドメイン構造の形成のし易さから、シランカップリング基、チオール基、カルボキシル基、ホスホン酸基が好ましい。 Among these combinations, as the support, gold, glass, quartz, mica, ITO, TiO 2 are easy to obtain, easy to apply as industrial materials, and easy to form a domain structure. In addition, silicon is preferable, and the support-binding group represented by Q includes a silane coupling group, a thiol group, a carboxyl group, and a phosphonic acid because of its reactivity with the support and the ease of forming a domain structure. Groups are preferred.

一般式(1)におけるXは、Qで表される支持体結合性基と、Yで表されるラジカル発生基と、を連結することが可能で、且つ、自己組織化を促進しうる基であれば、特に制限はされないが、合成のし易さ、及び自己組織化のし易さの点から、有機連結基であることが好ましく、特に、炭素数5〜40のアルキレン基を含むことが好ましく、更に、炭素数8〜25のアルキレン基を含むことが好ましい。   X in the general formula (1) is a group capable of linking the support-binding group represented by Q and the radical generating group represented by Y and promoting self-assembly. As long as it is not particularly limited, it is preferably an organic linking group from the viewpoint of ease of synthesis and self-assembly, and particularly includes an alkylene group having 5 to 40 carbon atoms. Preferably, it further contains an alkylene group having 8 to 25 carbon atoms.

一般式(1)におけるYとしては、ラジカルを発生しうる官能基であれば、特に制限はされないが、光によりラジカルを発生しうる官能基、熱によりラジカルを発生しうる官能基、ATRP重合などに適用されるラジカルを発生しうる官能基が用いられる。
具体的には、水素引き抜き反応によりラジカルを発生するようなカルボニル基、ノリッシュタイプ1反応によりラジカルを発生するようなカルボニル基に隣接したC−C結合を有する官能基、ブロモ、クロロ、ヨードなどのハロゲン基を有する炭素原子を含む官能基、窒素−酸素、窒素−窒素、酸素−酸素、硫黄−硫黄結合、炭素−燐、燐−燐のようなヘテロ原子結合を含む官能基、アゾ基、などを挙げることができる。
Y in the general formula (1) is not particularly limited as long as it is a functional group capable of generating a radical, but a functional group capable of generating a radical by light, a functional group capable of generating a radical by heat, ATRP polymerization, etc. A functional group capable of generating a radical applied to is used.
Specifically, a carbonyl group that generates a radical by a hydrogen abstraction reaction, a functional group having a C—C bond adjacent to a carbonyl group that generates a radical by a Norrish type 1 reaction, bromo, chloro, iodo, etc. A functional group containing a carbon atom having a halogen group, a functional group containing a heteroatom bond such as nitrogen-oxygen, nitrogen-nitrogen, oxygen-oxygen, sulfur-sulfur bond, carbon-phosphorus, phosphorus-phosphorus, azo group, And so on.

中でも、Yとしては、経時安定性、感度の点から、水素引き抜き反応によりラジカルを発生するようなカルボニル基、ノリッシュタイプ1反応によりラジカルを発生するようなカルボニル基に隣接したC−C結合を有する官能基、ブロモ、クロロなどのハロゲン基を有する炭素原子を含む官能基、窒素―酸素のようなヘテロ原子結合を含む官能基などが好ましい。   Among them, Y is a carbonyl group that generates a radical by a hydrogen abstraction reaction or a C—C bond adjacent to a carbonyl group that generates a radical by a Norrish type 1 reaction in terms of stability over time and sensitivity. And a functional group containing a carbon atom having a halogen group such as bromo and chloro, and a functional group containing a heteroatom bond such as nitrogen-oxygen.

Yとして、より具体的には、(a)芳香族ケトン類、(b)オニウム塩化合物、(c)有機過酸化物、(d)チオ化合物、(e)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(f)ケトオキシムエステル化合物、(g)ボレート化合物、(h)アジニウム化合物、(i)活性エステル化合物、(j)炭素ハロゲン結合を有する化合物、(k)ピリジウム類化合物等に由来する官能基が好ましいものとして挙げられ、特開2004−123837号公報の〔0015〕〜〔0146〕に記載の構造を有する官能基を使用することができる。
中でも、Yとしては、炭素ハロゲン結合を有する化合物に由来する官能基、又は、ピリジニウム類化合物に由来する官能基であることが好ましい態様である。
As Y, more specifically, (a) aromatic ketones, (b) onium salt compounds, (c) organic peroxides, (d) thio compounds, (e) hexaarylbiimidazole compounds, (f) Preferred are functional groups derived from ketoxime ester compounds, (g) borate compounds, (h) azinium compounds, (i) active ester compounds, (j) compounds having a carbon halogen bond, (k) pyridinium compounds, etc. And functional groups having structures described in JP-A No. 2004-123837, [0015] to [0146] can be used.
Among these, Y is preferably a functional group derived from a compound having a carbon halogen bond or a functional group derived from a pyridinium compound.

本発明において、支持体結合性開始剤が、下記一般式(2)で表される構造を有することがより好ましい。   In the present invention, it is more preferable that the support-bound initiator has a structure represented by the following general formula (2).

上記一般式(2)中、Xは炭素数5〜40のアルキレン基を含む連結基を表し、Yはラジカルを発生しうる官能基を表し、Zは加水分解基を表し、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。mは0〜2の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、n+m=3の関係を満たす。   In the general formula (2), X represents a linking group containing an alkylene group having 5 to 40 carbon atoms, Y represents a functional group capable of generating a radical, Z represents a hydrolyzable group, and R represents a hydrogen atom or An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is represented. m represents an integer of 0 to 2, n represents an integer of 1 to 3, and satisfies the relationship of n + m = 3.

一般式(2)におけるX及びYは、前記一般式(1)におけるX及びYと同義であり、好ましい例も同様である。   X and Y in the general formula (2) have the same meanings as X and Y in the general formula (1), and preferred examples are also the same.

一般式(2)におけるZは加水分解基を表す。加水分解基としては、具体的には、アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基など)、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アシロキシ基(アセトキシ基、プロパノイルオキシ基など)などが挙げられ、中でも、反応性が良好な点で、メトキシ基、エトキシ基、塩素原子が好ましい。
なお、一般式(2)中、Zが複数ある場合は、同一であっても異なっていてもよい。
Z in the general formula (2) represents a hydrolyzable group. Specific examples of hydrolyzable groups include alkoxy groups (methoxy groups, ethoxy groups, etc.), halogen atoms (fluorine atoms, chlorine atoms, bromine atoms, iodine atoms), acyloxy groups (acetoxy groups, propanoyloxy groups, etc.) Among them, a methoxy group, an ethoxy group, and a chlorine atom are preferable in terms of good reactivity.
In the general formula (2), when there are a plurality of Z, they may be the same or different.

一般式(2)におけるRは、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。中でも、メチル基、エチル基が好ましい。
なお、一般式(2)中、Rが複数ある場合は、同一であっても異なっていてもよい。
R in the general formula (2) represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Of these, a methyl group and an ethyl group are preferable.
In the general formula (2), when there are a plurality of Rs, they may be the same or different.

一般式(2)中、mは0〜2の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、n+m=3の関係を満たす。中でも、mは0〜1が好ましく、nは2〜3が好ましい。   In general formula (2), m represents an integer of 0 to 2, n represents an integer of 1 to 3, and satisfies the relationship of n + m = 3. Among these, m is preferably 0 to 1, and n is preferably 2 to 3.

本発明において、ナノドメイン構造を形成し易くするためには、一般式(1)で表される化合物(支持体結合性開始剤)において、Xとして長鎖のアルキレン基を有する以外に、Yで表されるラジカルを発生しうる官能基としては、該官能基自体の自己凝集性がある程度低いことが必要である。そのためには、X−Yで表される構造中に、エステル基や、アミド基であれば合わせて2個以内の範囲で、また、フェニル基やナフチル基などの芳香環であれば合わせて2個以内の範囲で、更に、ヘテロ芳香環であれば多くても3つの環が縮環したもの、を含むことが好ましい。X−Yで表される構造中に、これ以上のアルキレン基以外の基を導入するとナノドメイン構造の形成性が低下することになる。   In the present invention, in order to facilitate the formation of the nanodomain structure, in the compound represented by the general formula (1) (support-bound initiator), in addition to having a long-chain alkylene group as X, As the functional group capable of generating the represented radical, the self-aggregation property of the functional group itself needs to be somewhat low. For that purpose, in the structure represented by XY, in the case of an ester group or an amide group, a total of two or less, and in the case of an aromatic ring such as a phenyl group or a naphthyl group, 2 in total. In addition, it is preferable to include a heteroaromatic ring having no more than three rings in which no more than three rings are condensed. If a group other than an alkylene group is introduced into the structure represented by X—Y, the formability of the nanodomain structure is lowered.

以下、一般式(1)で表される化合物の具体例〔例示化合物T1〜T8〕を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。   Hereinafter, although the specific example [exemplary compound T1-T8] of a compound represented by General formula (1) is shown, this invention is not restrict | limited to these.

本工程では、前述のような支持体結合性開始剤を、支持体表面に、浸漬法又は蒸着法を用いて接触させる。
本発明においては、特に、浸漬法が、操作が簡便であるため、好ましい態様である。
In this step, the support-binding initiator as described above is brought into contact with the support surface using an immersion method or a vapor deposition method.
In the present invention, the dipping method is a preferred embodiment because it is easy to operate.

ここで、本工程における浸漬法は、溶媒中に支持体結合性開始剤を溶解し、その溶液に支持体を浸漬することで行われる。
ここれ用いられる溶媒としては、支持体結合性開始剤が反応しない限り、如何なる溶媒でも使用可能であるが、支持体への吸着性を促進する観点から、極性の低い溶媒が好ましい。
具体的には、ヘキサン、シクロヘキサン、ビシクロヘキシル、デカン、ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素化合物、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロメタンなどのハロゲン系炭化水素化合物が好ましい。また、これらは単独で使用してもよいし、これらの混合溶媒も有効である。
Here, the dipping method in this step is performed by dissolving the support-bound initiator in a solvent and immersing the support in the solution.
As the solvent used here, any solvent can be used as long as the support-bound initiator does not react, but a solvent having low polarity is preferable from the viewpoint of promoting the adsorptivity to the support.
Specifically, hydrocarbon compounds such as hexane, cyclohexane, bicyclohexyl, decane, dodecane, benzene, toluene, and xylene, and halogen-based hydrocarbon compounds such as chloroform, carbon tetrachloride, and dichloromethane are preferable. Moreover, these may be used independently and these mixed solvents are also effective.

溶液中の支持体結合性開始剤の濃度は、0.01質量%から10質量%の間であることが好ましく、0.1質量%から1質量%の間がより好ましい。この範囲であると、支持体結合性開始剤の支持体への吸着速度を高めることができ、また、良好な自己組織化膜が得られ易い。
また、この溶液中に支持体を浸漬する時間は、使用する支持体結合性開始剤に応じて、適宜、決定すればよく、10秒から60分の間が好ましく、特に20秒から30分までの間がより好ましい。
また、浸漬温度(溶液の温度)は40℃以下が好ましく、下限値としては、マイナス20℃である。
The concentration of the support-bound initiator in the solution is preferably between 0.01% by mass and 10% by mass, more preferably between 0.1% by mass and 1% by mass. Within this range, the adsorption rate of the support-bound initiator to the support can be increased, and a good self-assembled film can be easily obtained.
The time for immersing the support in this solution may be appropriately determined according to the support-binding initiator used, and is preferably between 10 seconds and 60 minutes, particularly from 20 seconds to 30 minutes. Is more preferable.
Moreover, the immersion temperature (solution temperature) is preferably 40 ° C. or lower, and the lower limit is −20 ° C.

一方、本工程における蒸着法は、大気下、加熱又は真空により支持体結合性開始剤を気化させ、これを支持体表面に吸着させる方法である。支持体結合性開始剤を気化させる方法としては、いずれの方法も採用することができるが、支持体の温度をできるだけ低温に保ち、ナノドメイン構造を形成しやすくするためには、低温で吸着させることができる真空法を用いることが好ましい。
真空法では、排気ポンプ系と減圧チャンバーを有する真空装置が用いられる。好ましい真空度は、10pa以下、特に10−2Pa以下が好ましい。また、真空度の下限値としては、10−8paが好ましい。
また、支持体結合性開始剤を加熱するボートの温度は、300℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。
On the other hand, the vapor deposition method in this step is a method in which the support-bound initiator is vaporized by heating or vacuum in the atmosphere and adsorbed on the support surface. As a method for vaporizing the support-bound initiator, any method can be adopted, but in order to keep the temperature of the support as low as possible and to easily form a nanodomain structure, adsorption is performed at a low temperature. It is preferable to use a vacuum method that can be used.
In the vacuum method, a vacuum apparatus having an exhaust pump system and a decompression chamber is used. The preferred degree of vacuum is 10 pa or less, particularly 10 −2 Pa or less. Further, the lower limit of the degree of vacuum is preferably 10 −8 pa.
Further, the boat temperature for heating the support-bound initiator is preferably 300 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or lower.

蒸着法を適用した際の条件としては、上記の如く、真空下で行うのが好ましいが、蒸着する支持体結合性開始剤が熱的に安定な場合には、大気下で行うことができる。この場合は、密封した容器内の別々の場所に、支持体結合性開始剤と支持体とをそれぞれ入れ、50℃〜300℃の範囲、好ましくは100℃〜250℃の範囲に加熱することにより、蒸着が行われる。   As described above, the conditions for applying the vapor deposition method are preferably performed under vacuum. However, when the support binding initiator to be vapor deposited is thermally stable, it can be performed under the atmosphere. In this case, the support binding initiator and the support are put in separate places in a sealed container, respectively, and heated to a range of 50 ° C to 300 ° C, preferably 100 ° C to 250 ° C. Vapor deposition is performed.

なお、本発明においては、浸漬法及び蒸着法により支持体結合性開始剤を支持体表面に接触させる方法について述べているが、これらの方法以外にも、例えば、A. Ulman Chem. Rev., 96,1533, (1996)に記載の自己組織化膜の形成方法を適用することができる。   In the present invention, the method of contacting the support-bound initiator with the support surface by the dipping method and the vapor deposition method is described, but besides these methods, for example, A. Ulman Chem. Rev., The method for forming a self-assembled film described in 96,1533, (1996) can be applied.

次に、本工程で用いられる支持体について説明する。
本発明における支持体は、支持体結合性開始剤が接触される表面を有していれば、その形状、材質は問わないが、支持体結合性開始剤との吸着性や凝集性を考慮して、適宜、選択されればよい。
なお、本発明においては、後述のように、支持体結合性開始剤自身の自己組織化により、支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を形成することができるため、支持体結合性開始剤との吸着性が高い領域が表面に局所的に存在するような特殊な支持体を必要としない。つまり、本発明は、単一の材質からなり、支持体結合性開始剤との吸着性が均一な表面を有する支持体に対して、該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を、容易に形成することができる。
Next, the support used in this step will be described.
The support in the present invention is not limited in its shape and material as long as it has a surface with which the support-bound initiator is brought into contact, but considering the adsorptivity and cohesiveness with the support-bound initiator. And may be selected as appropriate.
In the present invention, as described later, the self-organization of the support-bound initiator itself can form a nanodomain structure by the self-assembled film of the polymerization initiator bound to the support, There is no need for a special support in which a region having high adsorptivity with the support-bound initiator exists locally on the surface. That is, the present invention is based on a self-assembled film of a polymerization initiator bonded to a support made of a single material and having a surface with a uniform adsorption property to the support-bound initiator. Nanodomain structures can be easily formed.

支持体の材質としては、支持体結合性開始剤中のQ(支持体結合性基)との好ましい組み合わせとして前述されたような、金、銀、銅、白金、パラジウム、鉄などの金属や、GaAs、InPなどの半導体化合物、Al、AgO、CuO、ZrO、TiO、Ta、Zr/Alなどの金属酸化物、oxide−NHなどの酸化物、ガラス、マイカ、SiO、SnO、GeO、ITO、SUS、PTZ、水素終端化シリコン(Si−H)、ハロゲン化シリコン(Si−X、X=Cl,Br,I)、水素終端化ダイヤモンド(C−H)、等が挙げられる。
なお、支持体の形状としては、自己組織化膜の形成のし易さの点から、凹凸のない平坦な基板が好ましい。平坦度としてはRaの値で1μ以下が好ましく、より好ましくは100nm以下、更に好ましくは10nm以下である。
As the material of the support, as described above as a preferable combination with Q (support binding group) in the support binding initiator, metals such as gold, silver, copper, platinum, palladium, iron, Semiconductor compounds such as GaAs and InP, metal oxides such as Al 2 O 3 , AgO, CuO, ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 and Zr / Al 2 O 3 , oxides such as oxide-NH 2 , glass , mica, SiO 2, SnO 2, GeO 2, ITO, SUS, PTZ, hydrogen-terminated silicon (Si-H), halogenated silicon (Si-X, X = Cl , Br, I), hydrogen-terminated diamond ( C-H), and the like.
In addition, as a shape of a support body, the flat board | substrate without an unevenness | corrugation is preferable from the point of the ease of forming a self-organization film | membrane. The flatness is preferably 1 μ or less in terms of Ra, more preferably 100 nm or less, and even more preferably 10 nm or less.

以上のようにして、支持体表面全体には支持体結合性開始剤が付与される。
その後、支持体表面に付与された支持体結合性開始剤の自己組織化により、支持体上に該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を形成することができる。
以下、(a)工程後、支持体結合性開始剤の自己組織化を用いて重合開始剤表面固定化材料が作製されるまでの工程を、適宜、(b)工程を称し、説明する。
As described above, the support binding initiator is applied to the entire support surface.
Then, the nanodomain structure by the self-assembled film | membrane of the polymerization initiator couple | bonded with this support body can be formed on a support body by the self-organization of the support body binding initiator provided to the support surface.
Hereinafter, after the step (a), the step until the polymerization initiator surface fixing material is produced by using the self-assembly of the support binding initiator will be referred to as the step (b) as appropriate.

〔(b)工程〕
本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法における(b)では、(a)工程後の支持体上で支持体結合性開始剤が自己組織化することを利用している。
ここで、本発明における「支持体結合性開始剤の自己組織化」とは、支持体上に付与された支持体結合性開始剤が自然に移動、凝集し、ナノドメイン構造を形成することを意味する。
一般的に、液相法により形成される有機シラン化合物の単分子膜は、液相中で成長した有機シラン化合物分子の二次元会合体が固体表面へと吸着することで成長すると理解されている。この会合体が酸化物基板表面に存在する極薄吸着水層上を移動することで更に集積化し、結果として、ナノドメイン構造まで成長することなる。
そこで、本工程においては、支持体表面に付与された支持体結合性開始剤が凝集し易い、つまり、支持体表面を移動し易い環境を形成することが好ましい。
[(B) Process]
In (b) in the method for producing a polymerization initiator surface immobilization material of the present invention, the fact that the support-bound initiator is self-assembled on the support after the step (a) is used.
Here, “self-assembly of a support-bound initiator” in the present invention means that the support-bound initiator provided on the support naturally moves and aggregates to form a nanodomain structure. means.
In general, it is understood that a monolayer of an organosilane compound formed by a liquid phase method grows by adsorbing a two-dimensional association of organosilane compound molecules grown in the liquid phase onto a solid surface. . The aggregates are further integrated by moving on the ultrathin adsorbed water layer existing on the surface of the oxide substrate, and as a result, grow to a nanodomain structure.
Therefore, in this step, it is preferable to form an environment in which the support binding initiator applied to the support surface is likely to aggregate, that is, the support surface is easily moved.

例えば、(a)工程において、浸漬法により支持体表面に支持体結合性開始剤が付与された場合、支持体結合性開始剤の移動性・凝集性を高め、ナノドメイン構造まで成長させるためには、付与された液相の温度を60℃以下とすることが好ましく、40℃以下とすることがより好ましい。特に、付与された液相の温度の下限値としては、30℃から室温程度が好ましい。   For example, in the step (a), when a support binding initiator is applied to the support surface by a dipping method, the mobility / cohesion of the support binding initiator is enhanced and grown to a nanodomain structure. Is preferably 60 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower. In particular, the lower limit of the temperature of the applied liquid phase is preferably about 30 ° C. to room temperature.

また、(a)工程において、蒸着法により支持体表面に支持体結合性開始剤が付与された場合、支持体結合性開始剤の移動性・凝集性を高め、ナノドメイン構造まで成長させるためには、支持体温度を100℃以下とすることが好ましく、60℃以下とすることがより好ましい。また、支持体温度の下限値としては、自己組織化膜の形成性の点から、20℃が好ましい。   In addition, in the step (a), when a support binding initiator is applied to the support surface by vapor deposition, the mobility / cohesion of the support binding initiator is improved, and the nano domain structure is grown. The support temperature is preferably 100 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower. The lower limit of the support temperature is preferably 20 ° C. from the viewpoint of the self-assembled film formability.

以上のような状態で、支持体結合性開始剤が自己組織化することで、支持体表面には支持体結合性開始剤が局所的に凝集した状態のナノドメイン構造が形成される。また、支持体と支持体結合性開始剤との反応が起こり、重合開始剤が支持体に結合した状態を形成することができる。   In the state as described above, the support-bound initiator self-assembles to form a nanodomain structure in which the support-bound initiator is locally aggregated on the surface of the support. In addition, a reaction between the support and the support-binding initiator occurs, and a state where the polymerization initiator is bonded to the support can be formed.

本発明における機構は明らかではないが以下のように推測される。
即ち、(a)工程後、支持体表面に物理吸着した支持体結合性開始剤は、時間と共に移動、凝集し、自己組織化膜を形成する。その後、支持体と支持体結合性開始剤とが反応し、強固な化学結合を形成することで、支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造が形成されるものと推定される。
Although the mechanism in the present invention is not clear, it is assumed as follows.
That is, after the step (a), the support-bound initiator physically adsorbed on the support surface moves and aggregates with time to form a self-assembled film. After that, the support and support-bound initiator react to form a strong chemical bond, and it is assumed that a nanodomain structure is formed by the self-assembled film of the polymerization initiator bound to the support. Is done.

以上のように、前述の(a)及び(b)工程を経ることで、支持体上には、該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造が形成される。
本発明において、「重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造」とは、支持体結合性開始剤が支持体表面に付与された後、それ自身の凝集力により凝集し、1nm〜10μm程度の凝集体を形成し、更に、支持体表面との化学反応により支持体に固定化された凝集体構造を取ったものである。
この構造は時間とともに変化し、長時間の支持体結合性開始剤と支持体とを接触させた場合には、最終的には支持体結合性開始剤は支持体表面全体を覆ってしまい、支持体表面全体に該支持体と結合した重合開始剤による薄膜が形成される。言い換えれば、本発明におけるナノドメイン構造は、支持体表面全体を覆う均一な重合開始剤による薄膜を形成する途中過程で生成するものである。重合開始剤ではない単純な長鎖アルキルシランカップリング剤が形成する典型的な自己組織化膜のドメイン構造の生成過程は、非特許文献6に記載されている。一般に自己組織化膜の形成し易さは長鎖アルキル基の凝集力に依存するため、芳香族環のような大きな置換基があるとアルキル基があってもアルキル基の凝集力を妨げるため自己組織化膜はできにくい。このような点から、本発明においては、支持体結合性開始剤の中でも、前述のような、一般式(1)で表される化合物を用いることが好ましい。即ち、一般式(1)で表される化合物(特に好ましくは、一般式(1)で表される化合物において、X−Yで表される構造中に、エステル基や、アミド基であれば合わせて2個以内の範囲で、また、フェニル基やナフチル基などの芳香環であれば合わせて2個以内の範囲で、更に、ヘテロ芳香環であれば多くても3つの環が縮環したもの、を含む態様)であれば、ラジカルを発生しうる官能基などの重合開始剤として機能する構造単位があっても、自己組織化膜を容易に形成することができ、その結果、ナノドメイン構造が得られる。
As described above, through the above-described steps (a) and (b), a nanodomain structure is formed on the support by a self-assembled film of a polymerization initiator bonded to the support.
In the present invention, the “nanodomain structure by a self-assembled film of a polymerization initiator” means that after the support-bound initiator is applied to the support surface, it aggregates by its own cohesive force and is about 1 nm to 10 μm. In addition, an aggregate structure fixed to the support by a chemical reaction with the support surface is taken.
This structure changes with time, and when the support-bound initiator and the support are brought into contact with each other for a long time, the support-bound initiator eventually covers the entire support surface, and the support is supported. A thin film of a polymerization initiator bonded to the support is formed on the entire body surface. In other words, the nanodomain structure in the present invention is generated in the course of forming a thin film of a uniform polymerization initiator covering the entire support surface. Non-patent document 6 describes a typical process for generating a domain structure of a self-assembled film formed by a simple long-chain alkylsilane coupling agent that is not a polymerization initiator. In general, the ease of forming a self-assembled film depends on the cohesive strength of long-chain alkyl groups. It is difficult to form an organized film. From such points, in the present invention, among the support-bound initiators, it is preferable to use the compound represented by the general formula (1) as described above. That is, a compound represented by the general formula (1) (particularly preferably, in the compound represented by the general formula (1), an ester group or an amide group is combined in the structure represented by XY. In the range of 2 or less, and in the case of aromatic rings such as phenyl and naphthyl groups, in the range of 2 or less, and in the case of heteroaromatic rings, at most 3 rings are condensed. ), A self-assembled film can be easily formed even if there is a structural unit that functions as a polymerization initiator such as a functional group capable of generating radicals. Is obtained.

ここで、本発明におけるナノドメイン構造は、エリプソメトリーを用いて、支持体上に形成された薄膜の膜厚を測定し、また、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて、中心線表面粗さ、及び最大高低差を測定することで、観察することができる。
本発明において、ナノドメイン構造の直径は、1nm〜10μmの範囲であることが好ましく、10nm〜3μmの範囲であることがより好ましい。
ここで、「ナノドメイン構造の直径」とは、ナノドメイン構造(凝集体)が不定形であるため、その不定形の凝集体において、最大の距離となる部分の長さを意味する。
また、ナノドメイン構造は支持体表面に対して、被覆面積率として1%〜90%の範囲で存在することが好ましく、10%〜70%の範囲で存在することが好ましい。
Here, in the nanodomain structure in the present invention, the film thickness of the thin film formed on the support is measured using ellipsometry, and the centerline surface roughness is measured using an AFM (atomic force microscope). And by measuring the maximum height difference.
In the present invention, the diameter of the nanodomain structure is preferably in the range of 1 nm to 10 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 3 μm.
Here, the “diameter of the nanodomain structure” means the length of the portion having the maximum distance in the amorphous aggregate because the nanodomain structure (aggregate) is irregular.
In addition, the nanodomain structure is preferably present in the range of 1% to 90%, more preferably in the range of 10% to 70%, as the covering area ratio with respect to the support surface.

<グラフトポリマーパターンの作製方法>
本発明のグラフトポリマーパターンの作製方法は、本発明の重合開始剤表面固定化材料の作製方法により得られた重合開始剤表面固定化材料のナノドメイン構造上に、グラフトポリマーを生成させる工程(以下、(c)工程と称する。)を有することを特徴とする。
<Method for producing graft polymer pattern>
The method for producing a graft polymer pattern of the present invention comprises a step of generating a graft polymer on the nanodomain structure of the polymerization initiator surface-immobilized material obtained by the method for producing a polymerization initiator surface-immobilized material of the present invention (hereinafter referred to as “graft polymer pattern”). (Referred to as step (c)).

〔(c)工程〕
この(c)工程には、支持体のナノドメイン構造上に、ラジカル重合可能な不飽和化合物(以下、単に重合性化合物と称する場合がある。)を接触させた後、露光する方法が用いられる。
本工程では、モノマー、マクロモノマー、又はラジカル重合性基を有する高分子化合物等の重合性化合物を含有する溶液を、ナノドメイン構造を有する支持体上に塗布する、又は、ナノドメイン構造を有する支持体を前記溶液中に浸漬させた後、露光を行うことで、重合性化合物がナノドメイン構造に結合したり、また、重合性化合物同士が重合して、グラフトポリマーが生成する。
[(C) Step]
In this step (c), a method is used in which an unsaturated compound capable of radical polymerization (hereinafter sometimes simply referred to as a polymerizable compound) is brought into contact with the nanodomain structure of the support and then exposed. .
In this step, a solution containing a polymerizable compound such as a monomer, a macromonomer, or a polymer compound having a radical polymerizable group is applied onto a support having a nanodomain structure, or a support having a nanodomain structure. By immersing the body in the solution and then performing exposure, the polymerizable compound is bonded to the nanodomain structure, or the polymerizable compounds are polymerized to form a graft polymer.

(ラジカル重合可能な不飽和化合物)
ラジカル重合可能な不飽和化合物(重合性化合物)としては、モノマー、マクロモノマー、或いはラジカル重合性基を有する高分子化合物のいずれも用いることができる。
例えば、これらの重合性化合物は公知のものを任意に使用することができ、用途に応じて、種々の相互作用性基を有する重合性化合物を用いることができる。
(Unsaturated compounds capable of radical polymerization)
As the unsaturated compound (polymerizable compound) capable of radical polymerization, any of a monomer, a macromonomer, and a polymer compound having a radical polymerizable group can be used.
For example, as these polymerizable compounds, known compounds can be arbitrarily used, and polymerizable compounds having various interactive groups can be used depending on applications.

本発明において特に有用な重合性化合物としては、ラジカル重合性基の他、機能性材料を吸着しうる官能基を有するものが好ましく、このような官能基としては、例えば、極性基が挙げられる。この極性基の中でも、親水性基が好ましく、より具体的には、アンモニウム、ホスホニウなどの正の荷電を有する官能基、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、ホスホン酸基などの負の荷電を有する官能基、その他にも、例えば、水酸基、アミド基、スルホンアミド基、アルコキシ基、シアノ基などの非イオン性基が挙げられる。
以下、極性基を有する重合性化合物について具体的に説明する。
As the polymerizable compound particularly useful in the present invention, those having a functional group capable of adsorbing a functional material in addition to a radical polymerizable group are preferable, and examples of such a functional group include a polar group. Among these polar groups, hydrophilic groups are preferable, and more specifically, negatively charged functional groups such as ammonium and phosphoniu, positively charged functional groups, sulfonic acid groups, carboxyl groups, phosphoric acid groups, and phosphonic acid groups. In addition to the functional group having, for example, nonionic groups such as a hydroxyl group, an amide group, a sulfonamide group, an alkoxy group, and a cyano group may be mentioned.
Hereinafter, the polymerizable compound having a polar group will be specifically described.

本発明に用いうる極性基を有する重合性化合物としてのモノマーは、具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、イタコン酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、スチレンスルホン酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、2−スルホエチル(メタ)アクリレート若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、アシッドホスホオキシポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、ポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N−モノメチロール(メタ)アクリルアミド、N−ジメチロール(メタ)アクリルアミド、アリルアミン若しくはそのハロゲン化水素酸塩、N−ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン、ビニルチオフェン、スチレン、エチル(メタ)アクリル酸エステル、n−ブチル(メタ)アクリル酸エステルなど炭素数1〜24までのアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができる。   Specific examples of the monomer as a polymerizable compound having a polar group that can be used in the present invention include (meth) acrylic acid or an alkali metal salt and amine salt thereof, itaconic acid or an alkali metal salt and amine salt thereof, styrene, and the like. Sulfonic acid or its alkali metal salt and amine salt, 2-sulfoethyl (meth) acrylate or its alkali metal salt and amine salt, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid or its alkali metal salt and amine salt, acid phosphooxypoly Oxyethylene glycol mono (meth) acrylate or its alkali metal salts and amine salts, polyoxyethylene glycol mono (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide, N-monomethylol (medium) ) Acrylamide, N-dimethylol (meth) acrylamide, allylamine or its hydrohalide, N-vinylpyrrolidone, vinylimidazole, vinylpyridine, vinylthiophene, styrene, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) Examples thereof include (meth) acrylic acid esters having an alkyl group having 1 to 24 carbon atoms such as acrylic acid esters.

本発明に用いうる極性基を有する重合性化合物としてのマクロモノマーは、前記モノマーを用いて公知の方法にて作製することができる。本態様に用いられるマクロモノマーの製造方法は、例えば、平成1年9月20日にアイピーシー出版局発行の「マクロモノマーの化学と工業」(編集者 山下雄也)の第2章「マクロモノマーの合成」に各種の製法が提案されている。
このようなマクロモノマーの有用な重量平均分子量は、500〜50万の範囲であり、特に好ましい範囲は1000〜5万である。
The macromonomer as a polymerizable compound having a polar group that can be used in the present invention can be prepared by a known method using the monomer. The method for producing the macromonomer used in this embodiment is described in, for example, Chapter 2 of “Macromonomer Chemistry and Industry” (Editor, Yuya Yamashita) published on September 20, 1999, published by the IP Publishing Department. Various production methods have been proposed in “Synthesis”.
The useful weight average molecular weight of such a macromonomer is in the range of 500 to 500,000, with a particularly preferred range being 1000 to 50,000.

本発明に用いうる極性基を有する重合性化合物としての高分子化合物とは、極性基と、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリル基などのエチレン付加重合性不飽和基(重合性基)と、を導入したポリマーを指す。このポリマーは、少なくとも末端又は側鎖にエチレン付加重合性不飽和基を有するものであり、側鎖にエチレン付加重合性不飽和基を有するものがより好ましく、末端及び側鎖にエチレン付加重合性不飽和基を有するものが更に好ましい。
このような高分子化合物の有用な重量平均分子量は、500〜50万の範囲で、特に好ましい範囲は1000〜5万である。
The polymer compound as the polymerizable compound having a polar group that can be used in the present invention includes a polar group, an ethylene addition polymerizable unsaturated group (polymerizable group) such as a vinyl group, an allyl group, and a (meth) acryl group. , Refers to the polymer introduced. This polymer has an ethylene addition polymerizable unsaturated group at least at the terminal or side chain, more preferably has an ethylene addition polymerizable unsaturated group at the side chain, and has no ethylene addition polymerizable unsaturated group at the terminal and side chain. Those having a saturated group are more preferred.
The useful weight average molecular weight of such a polymer compound is in the range of 500 to 500,000, and a particularly preferred range is 1000 to 50,000.

極性基と重合性基とを有する高分子化合物の合成方法としては、i)極性基を有するモノマーと重合性基を有するモノマーとを共重合する方法、ii)極性基を有するモノマーと重合性基前駆体を有するモノマーとを共重合させ、次に塩基などの処理により二重結合を導入する方法、iii)極性基を有するポリマーと重合性基を有するモノマーとを反応させ、重合性基を導入する方法が挙げられる。
好ましい合成方法は、合成適性の観点から、ii)極性基を有するモノマーと重合性基前駆体を有するモノマーとを共重合させ、次に塩基などの処理により重合性基を導入する方法、iii)極性基を有するポリマーと重合性基を有するモノマーとを反応させ、重合性基を導入する方法である。
As a synthesis method of a polymer compound having a polar group and a polymerizable group, i) a method of copolymerizing a monomer having a polar group and a monomer having a polymerizable group, ii) a monomer having a polar group and a polymerizable group A method in which a monomer having a precursor is copolymerized and then a double bond is introduced by treatment with a base or the like, iii) a polymer having a polar group and a monomer having a polymerizable group are reacted to introduce a polymerizable group The method of doing is mentioned.
A preferred synthesis method is, from the viewpoint of synthesis suitability, ii) a method in which a monomer having a polar group and a monomer having a polymerizable group precursor are copolymerized, and then a polymerizable group is introduced by treatment with a base or the like, iii) This is a method of introducing a polymerizable group by reacting a polymer having a polar group with a monomer having a polymerizable group.

上記i)及びii)の合成方法に用いられる極性基を有するモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、イタコン酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、より具体的には、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N−モノメチロール(メタ)アクリルアミド、N−ジメチロール(メタ)アクリルアミド、アリルアミン若しくはそのハロゲン化水素酸塩、3−ビニルプロピオン酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、ビニルスルホン酸若しくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩、2−スルホエチル(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、アシッドホスホオキシポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、N−ビニルピロリドン(下記構造)、スチレンスルホン酸ナトリウム、ビニル安息香酸等が挙げられ、一般的には、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基若しくはそれらの塩、水酸基、アミド基、ホスフィン基、イミダゾール基、ピリジン基、若しくはそれらの塩、及びエーテル基などの官能基を有するモノマーが使用できる。   Examples of the monomer having a polar group used in the synthesis methods i) and ii) include (meth) acrylic acid or alkali metal salts and amine salts thereof, itaconic acid or alkali metal salts and amine salts thereof, and more specifically. Include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide, N-monomethylol (meth) acrylamide, N-dimethylol (meth) acrylamide, allylamine or its hydrohalide, 3-vinylpropionic acid or its Alkali metal salts and amine salts, vinyl sulfonic acid or its alkali metal salts and amine salts, 2-sulfoethyl (meth) acrylate, polyoxyethylene glycol mono (meth) acrylate, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, acid phos Examples include oxypolyoxyethylene glycol mono (meth) acrylate, N-vinyl pyrrolidone (the following structure), sodium styrene sulfonate, vinyl benzoic acid and the like. Generally, carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, amino A monomer having a functional group such as a group or a salt thereof, a hydroxyl group, an amide group, a phosphine group, an imidazole group, a pyridine group, or a salt thereof, and an ether group can be used.

上記極性基を有するモノマーと共重合する重合性基を有するモノマーとしては、アリル(メタ)アクリレート、2−アリルオキシエチルメタクリレートが挙げられる。
また、上記ii)の合成方法に用いられる重合性基前駆体を有するモノマーとしては、2−(3−クロロ−1−オキソプロポキシ)エチルメタクリレー卜や、特開2003−335814号公報に記載の化合物(i−1〜i−60)が使用することができ、これらの中でも、特に下記化合物(i−1)が好ましい。
Examples of the monomer having a polymerizable group that is copolymerized with the monomer having a polar group include allyl (meth) acrylate and 2-allyloxyethyl methacrylate.
Moreover, as a monomer which has a polymeric group precursor used for the synthetic | combination method of said ii), 2- (3-chloro- 1-oxopropoxy) ethyl methacrylate [*], and Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-335814 are described. Compounds (i-1 to i-60) can be used, and among these, the following compound (i-1) is particularly preferable.

更に、上記iii)の合成方法に用いられる極性基を有するポリマー中の、カルボキシル基、アミノ基若しくはそれらの塩、水酸基、及びエポキシ基などの官能基との反応を利用して、重合性基を導入するために用いられる重合性基を有するモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、2−イソシアナトエチル(メタ)アクリレートなどがある。   Furthermore, a polymerizable group is obtained by utilizing a reaction with a functional group such as a carboxyl group, an amino group or a salt thereof, a hydroxyl group, and an epoxy group in the polymer having a polar group used in the synthesis method of iii). Examples of the monomer having a polymerizable group used for introduction include (meth) acrylic acid, glycidyl (meth) acrylate, allyl glycidyl ether, and 2-isocyanatoethyl (meth) acrylate.

上記ii)の合成方法における、極性基を有するモノマーと重合性基前駆体を有するモノマーとを共重合させた後の、塩基などの処理により重合性基を導入する方法については、例えば、特開2003−335814号公報に記載の手法を用いることができる。   Regarding the method of introducing a polymerizable group by treatment with a base after copolymerizing a monomer having a polar group and a monomer having a polymerizable group precursor in the synthesis method of ii) above, for example, The method described in 2003-335814 can be used.

以上、重合性化合物として、極性基(親水性基)を有する重合性化合物について主として説明したが、本発明は、特にこれらの化合物に限定されるものではなく、その用途に応じて、生成するグラフトポリマーの種類(官能基の種類)を、適宜、選択すればよい。
例えば、本発明のグラフトポリマーパターンの作製方法において、親/疎水性パターンを形成する場合には、疎水性の支持体を用い、また、親水性基を有する重合性化合物を用いて親水性のグラフトポリマーを生成させればよい。また、親水性の支持体を用い、疎水性基を有する重合性化合物を用いて疎水性のグラフトポリマーを生成させることでも、親/疎水性パターンを得ることもできる。
また、撥油、撥水性のパターンを作製する場合には、フッ素原子を含む重合性化合物を使用すればよい。
As described above, the polymerizable compound having a polar group (hydrophilic group) has been mainly described as the polymerizable compound. However, the present invention is not particularly limited to these compounds, and a graft formed depending on the application. What is necessary is just to select suitably the kind of polymer (kind of a functional group).
For example, in the method for producing a graft polymer pattern of the present invention, when a hydrophilic / hydrophobic pattern is formed, a hydrophobic support is used, and a hydrophilic compound is used using a polymerizable compound having a hydrophilic group. A polymer may be generated. Alternatively, a hydrophilic / hydrophobic pattern can also be obtained by using a hydrophilic support and generating a hydrophobic graft polymer using a polymerizable compound having a hydrophobic group.
Moreover, when producing an oil-repellent and water-repellent pattern, a polymerizable compound containing a fluorine atom may be used.

これらの重合性化合物は、単体でナノドメイン構造を有する支持体へと接触させてもよいし、溶剤に分散或いは溶解させた状態で当該支持体へと接触させてもよい。この接触方法としては、ナノドメイン構造を有する支持体を、特定ポリマーを含有する液状組成物中に浸漬することで行ってもよいが、取り扱い性や製造効率の観点からは、当該支持体表面に、重合性化合物をそのまま接触させるか、重合性化合物を含有する液状組成物を塗布して塗膜を形成する方法、更には、その塗膜を乾燥して、支持体表面に重合性化合物を含有する層(グラフトポリマー前駆体層)を形成することにより行うことが好ましい。   These polymerizable compounds may be brought into contact with a support having a nanodomain structure alone, or may be brought into contact with the support in a state of being dispersed or dissolved in a solvent. As this contact method, a support having a nanodomain structure may be immersed in a liquid composition containing a specific polymer, but from the viewpoint of handleability and production efficiency, A method of forming a coating film by contacting a polymerizable compound as it is or applying a liquid composition containing the polymerizable compound, and further drying the coating film to contain the polymerizable compound on the surface of the support It is preferable to carry out by forming the layer (graft polymer precursor layer) to perform.

重合性化合物を含有する液状組成物を構成する溶剤としては、主成分である重合性化合物を溶解或いは分散することが可能であれば特に制限はない。前述のような極性基(親水性基)を有する重合性化合物を用いる場合には、水、水溶性溶剤などの水性溶剤が好ましく、これらの混合物や、溶剤に更に界面活性剤を添加してもよい。
使用できる溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコールモノメチルエーテルの如きアルコール系溶剤、酢酸の如き酸、アセトン、シクロヘキサノンの如きケトン系溶剤、ホルムアミド、ジメチルアセトアミドの如きアミド系溶剤、などが挙げられる。
The solvent constituting the liquid composition containing the polymerizable compound is not particularly limited as long as the polymerizable compound as the main component can be dissolved or dispersed. When using a polymerizable compound having a polar group (hydrophilic group) as described above, an aqueous solvent such as water or a water-soluble solvent is preferable, and a mixture or a surfactant may be further added to the solvent. Good.
Examples of the solvent that can be used include alcohol solvents such as methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, glycerin and propylene glycol monomethyl ether, acids such as acetic acid, ketone solvents such as acetone and cyclohexanone, amides such as formamide and dimethylacetamide. System solvents, and the like.

また、この液状組成物に対し、必要に応じて添加することのできる界面活性剤は、溶剤に溶解するものであればよく、そのような界面活性剤としては、例えば、n−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの如きアニオン性界面活性剤や、n−ドデシルトリメチルアンモニウムクロライドの如きカチオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル(市販品としては、例えば、エマルゲン190、花王(株)製など)、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(市販品としては、例えば、商品名「ツイーン20」など)、ポリオキシエチレンラウリルエーテルの如き非イオン性界面活性剤等が挙げられる。   Further, the surfactant that can be added to the liquid composition as necessary may be any one that dissolves in a solvent. Examples of such a surfactant include n-dodecylbenzenesulfonic acid. Anionic surfactants such as sodium, cationic surfactants such as n-dodecyltrimethylammonium chloride, polyoxyethylene nonylphenol ether (commercially available products include, for example, Emulgen 190, manufactured by Kao Corporation), polyoxy Examples include ethylene sorbitan monolaurate (commercially available products such as “Tween 20”) and nonionic surfactants such as polyoxyethylene lauryl ether.

支持体表面に重合性化合物を含有する液状組成物を塗布して塗膜を形成する方法を用いた場合には、その塗布量としては、充分な塗布膜を得る観点からは、固形分換算で0.1g/m〜10g/mが好ましく、特に0.5g/m〜5g/mが好ましい。
また、グラフトポリマー前駆体層を形成する場合、その厚みは、0.01μm〜20μmの範囲であることが好ましく、0.05μm〜10μmの範囲であることがより好ましく、0.1μm〜5μmの範囲であることが更に好ましい。
When a method of forming a coating film by applying a liquid composition containing a polymerizable compound to the surface of the support is used, the coating amount is in terms of solid content from the viewpoint of obtaining a sufficient coating film. preferably 0.1g / m 2 ~10g / m 2 , especially 0.5g / m 2 ~5g / m 2 is preferred.
Moreover, when forming a graft polymer precursor layer, the thickness is preferably in the range of 0.01 μm to 20 μm, more preferably in the range of 0.05 μm to 10 μm, and in the range of 0.1 μm to 5 μm. More preferably.

(露光)
本工程における露光は、支持体結合性開始剤からラジカルを生じさせることのできるものであれば特に制限はなく、紫外光、可視光などの光照射、電子線、ガンマ線、X線などの高エネルギー線照射が用いられる。特に、装置のコストの点から、紫外線、若しくは可視光線による露光が好ましい。
この露光により、ナノドメイン構造上には、このナノドメイン構造を構成する重合開始剤と結合したグラフトポリマーが生成する。
(exposure)
The exposure in this step is not particularly limited as long as radicals can be generated from the support-bound initiator, and irradiation with light such as ultraviolet light and visible light, high energy such as electron beam, gamma ray, and X-ray. X-ray irradiation is used. In particular, from the viewpoint of the cost of the apparatus, exposure with ultraviolet rays or visible rays is preferable.
By this exposure, a graft polymer combined with a polymerization initiator constituting the nanodomain structure is formed on the nanodomain structure.

以上のようにしてグラフトポリマーが生成した後、支持体は、溶剤浸漬や溶剤洗浄などの処理が行われ、残存するホモポリマーを除去して、精製される。具体的には、水やアセトンによる洗浄、乾燥などが挙げられる。ホモポリマーの除去性の観点からは、超音波などの手段をとってもよい。
精製後は、その表面に残存するホモポリマーが完全に除去され、支持体上のナノドメイン構造と強固に結合したグラフトポリマーのみが存在することになる。
After the graft polymer is produced as described above, the support is subjected to treatments such as solvent immersion and solvent washing to remove the remaining homopolymer and be purified. Specifically, washing with water or acetone, drying and the like can be mentioned. From the viewpoint of homopolymer removability, means such as ultrasonic waves may be taken.
After purification, the homopolymer remaining on the surface is completely removed, and only the graft polymer firmly bonded to the nanodomain structure on the support exists.

このようにして得られたグラフトポリマーパターンは、表面物性を変化させるための材料、高密度記録材料、異方性光学材料、生体適合性材料、超親水性材料、超撥水性材料などへの基礎材料として有用である。   The graft polymer pattern thus obtained is the basis for materials for changing surface properties, high-density recording materials, anisotropic optical materials, biocompatible materials, superhydrophilic materials, superhydrophobic materials, etc. Useful as a material.

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

〔実施例1〕
(蒸着法を用いた支持体結合性開始剤の付与)
小型真空蒸着装置VPC−1100(ULVAC社製)を使用して、支持体結合性開始剤である前述の例示化合物T6をシリコン基板に蒸着した。
ここで、真空度は1×10−3Paであった。また、重合開始剤を加熱する温度は150℃とし、ボートからシリコン基板までの距離は10cmとした。蒸着時間は3分で行った。
蒸着終了後のシリコン基板を装置内で10分間放冷後、装置から取り出し、アセトンで表面を洗浄し、支持体に化学結合していない余分な支持体結合性開始剤を取り除いた。
[Example 1]
(Applying support binding initiator using vapor deposition method)
Using the small vacuum deposition apparatus VPC-1100 (manufactured by ULVAC), the above-mentioned exemplary compound T6, which is a support binding initiator, was deposited on a silicon substrate.
Here, the degree of vacuum was 1 × 10 −3 Pa. The temperature for heating the polymerization initiator was 150 ° C., and the distance from the boat to the silicon substrate was 10 cm. The deposition time was 3 minutes.
After the deposition, the silicon substrate was allowed to cool in the apparatus for 10 minutes and then removed from the apparatus, and the surface was washed with acetone to remove excess support-binding initiator that was not chemically bonded to the support.

上記のようにして得られた重合開始剤表面固定化材料の表面を、AFM(SII−NT社製SPA400/SPI3800N型、AFM装置)により観察したところ、直径10nmのナノドメイン構造が確認された。また、例示化合物T6の鎖長は25Åであり、また、このナノドメイン構造の高さを、エリプソメトリー(溝尻光学(株)製、DHA−XA/S4)により測定したところ、最大高低差が23Åであったため、例示化合物T6(支持体結合性開始剤)がほぼ垂直に起立した状態の自己組織化膜によるナノドメイン構造であることが判明した。
ここで、AFMの測定は、100μmスキャナー、SI−DF20カンチレバーを使用し、測定条件:DFMモード、測定解像度:256pixel×256line、測定範囲:1μm□、3μm□で行った。
When the surface of the surface-immobilized material for the polymerization initiator obtained as described above was observed with an AFM (SPA400 / SPI3800N type, manufactured by SII-NT, AFM apparatus), a nanodomain structure having a diameter of 10 nm was confirmed. In addition, the chain length of Exemplified Compound T6 is 25 mm, and the height of this nanodomain structure is measured by ellipsometry (manufactured by Mizoji Optical Co., Ltd., DHA-XA / S4). The maximum height difference is 23 mm. Therefore, it was found that the exemplified compound T6 (support-bound initiator) has a nanodomain structure with a self-assembled film in an upright state.
Here, measurement of AFM was performed using a 100 μm scanner and an SI-DF20 cantilever, with measurement conditions: DFM mode, measurement resolution: 256 pixels × 256 line, measurement ranges: 1 μm □, 3 μm □.

〔実施例2、比較例1〜3〕
(浸漬法を用いた支持体結合性開始剤の付与)
UVオゾンで事前に表面洗浄したウェハ(SiO)を、支持体結合性開始剤である例示化合物T1の0.116%トルエン溶液に、浸漬することによって行った。なお、実施例2では浸漬時間3分、実施例3では浸漬時間10分、比較例1では浸漬時間30分、比較例2では浸漬時間60分とした。また、この際の浸漬液の温度は20℃であった。
浸漬後のウェハ浸漬液から取り出し、トルエンで表面を洗浄し、支持体に化学結合していない余分な支持体結合性開始剤を取り除いた。
[Example 2, Comparative Examples 1-3]
(Applying support binding initiator using immersion method)
The wafer (SiO 2 ) whose surface was cleaned in advance with UV ozone was immersed in a 0.116% toluene solution of Exemplified Compound T1 as a support-bound initiator. In Example 2, the immersion time was 3 minutes, in Example 3, the immersion time was 10 minutes, in Comparative Example 1, the immersion time was 30 minutes, and in Comparative Example 2, the immersion time was 60 minutes. The temperature of the immersion liquid at this time was 20 ° C.
It was taken out from the wafer immersion liquid after immersion, the surface was washed with toluene, and the excess support-binding initiator that was not chemically bonded to the support was removed.

上記のようにして得られた重合開始剤表面固定化材料の表面を、実施例1と同様の条件で、AFM(SII−NT社製SPA400/SPI3800N型、AFM装置)により観察した。
実施例2、比較例1〜3で得られた重合開始剤表面固定化材料のAFM画像を図1に示す。図1に示される画像の測定範囲は、3μm□である。
The surface of the polymerization initiator surface immobilization material obtained as described above was observed with an AFM (SPA400 / SPI3800N type, AFM apparatus manufactured by SII-NT) under the same conditions as in Example 1.
An AFM image of the polymerization initiator surface immobilization material obtained in Example 2 and Comparative Examples 1 to 3 is shown in FIG. The measurement range of the image shown in FIG. 1 is 3 μm □.

実施例2で得られた重合開始剤表面固定化材料の画像によれば、全体に濃度の差異が明確なパターンが見られ、ナノドメイン構造が形成されていることが分かる。
比較例1で得られた重合開始剤表面固定化材料の画像によれば、全体に濃度の差異が少なく、ナノドメイン構造が形成されていないことが分かる。
比較例2で得られた重合開始剤表面固定化材料の画像によれば、全体に濃度の差異がなく、ナノドメイン構造が形成されていないことが分かる。
比較例3で得られた重合開始剤表面固定化材料の画像によれば、全体に濃度の差異がなく、ナノドメイン構造が形成されていないことが分かる。
According to the image of the surface-immobilized material for the polymerization initiator obtained in Example 2, it can be seen that a pattern with a clear difference in concentration is seen on the whole, and a nanodomain structure is formed.
According to the image of the surface-immobilized material for the polymerization initiator obtained in Comparative Example 1, it can be seen that there is little difference in concentration as a whole and no nanodomain structure is formed.
According to the image of the surface-immobilized material for the polymerization initiator obtained in Comparative Example 2, it can be seen that there is no difference in concentration throughout, and no nanodomain structure is formed.
According to the image of the surface-immobilized material for the polymerization initiator obtained in Comparative Example 3, it can be seen that there is no difference in concentration throughout, and no nanodomain structure is formed.

また、図1中の実施例2で得られた重合開始剤表面固定化材料のAFM画像を拡大したものが図2(a)に示される画像である。また、図2(b)は、この図2(a)の線分a−aにおける高さプロファイル画像である。
これらの画像により、実施例2で得られた重合開始剤表面固定化材料には、20nm〜60nmで、高さ10Å程度のナノドメイン構造が存在することが確認された。
Moreover, what expanded the AFM image of the polymerization initiator surface fixing material obtained in Example 2 in FIG. 1 is an image shown in FIG. FIG. 2B is a height profile image taken along the line aa in FIG.
From these images, it was confirmed that the surface-immobilized material for polymerization initiator obtained in Example 2 has a nanodomain structure with a height of about 10 mm at 20 to 60 nm.

ここで、実施例2、比較例1〜3で得られた重合開始剤表面固定化材料について、エリプソメトリー(溝尻光学(株)、DHA−XA/S4)による膜厚の測定結果、AFM測定により得られた中心線平均粗さ、及び最大高低差を、下記表1に示す。   Here, with respect to the polymerization initiator surface-immobilized material obtained in Example 2 and Comparative Examples 1 to 3, film thickness measurement results by ellipsometry (Mizojiri Optics, DHA-XA / S4), AFM measurement The obtained centerline average roughness and maximum height difference are shown in Table 1 below.

実施例2における膜厚は上記表1に示す通りであり、例示化合物T1は鎖長が25.4Åであり、最大高低差が23Åであることから、ほぼ垂直に起立した状態の自己組織化膜によるナノドメイン構造であることが判明した。
また、比較例1〜3では、膜厚も大きく、中心線平均粗さが小さく、また、最大高低差も実施例1の半分以下であることから、支持体表面全体に均一な膜が形成されていることが分かる。
The film thickness in Example 2 is as shown in Table 1 above, and the exemplary compound T1 has a chain length of 25.4 mm and a maximum height difference of 23 mm. It was found to be a nanodomain structure.
In Comparative Examples 1 to 3, the film thickness is large, the centerline average roughness is small, and the maximum height difference is less than half that of Example 1, so that a uniform film is formed on the entire support surface. I understand that

〔実施例4〕
(グラフトポリマーパターンの作製)
実施例2で得られた重合開始剤表面固定化材料を、アクリル酸の10質量%の水溶液に浸漬し、その後、UV露光機(ウシオ製、形式UVX02516S1)を用いて10分間露光した。露光の後、水に1時間浸漬し、表面を洗浄した。
この表面をAFM(SII−NT社製SPA400/SPI3800N型、AFM装置)により観察したところ、直径30Å、高さ100nmのアクリル酸によるグラフトポリマーパターンが確認された。
Example 4
(Production of graft polymer pattern)
The polymerization initiator surface-immobilized material obtained in Example 2 was immersed in a 10% by mass aqueous solution of acrylic acid, and then exposed for 10 minutes using a UV exposure machine (USHIO, model UVX02516S1). After exposure, the surface was immersed in water for 1 hour to wash the surface.
When this surface was observed with AFM (SPA400 / SPI3800N type manufactured by SII-NT, AFM apparatus), a graft polymer pattern with acrylic acid having a diameter of 30 mm and a height of 100 nm was confirmed.

〔比較例4〕
実施例2と同様に処理したシリコンウェハの上に、前記例示化合物T1の0.1質量%のトルエン溶液をスピナーを使用して塗布した。回転数は700rpmで、20秒で塗布を行った。得られた塗膜の膜厚を、エリプソメーター(溝尻光学(株) DHA−XA/S4)で測定したところ30nmであった。
また、塗布面を実施例2と同様にAFMで観察したが、ウェハ上に均一な膜が形成しており、ナノドメイン構造は認めなれなかった。
[Comparative Example 4]
On the silicon wafer processed like Example 2, the 0.1 mass% toluene solution of the said exemplary compound T1 was apply | coated using the spinner. The number of revolutions was 700 rpm, and coating was performed in 20 seconds. It was 30 nm when the film thickness of the obtained coating film was measured with the ellipsometer (Grozoji Optical Co., Ltd. DHA-XA / S4).
Further, the coated surface was observed with AFM in the same manner as in Example 2. However, a uniform film was formed on the wafer, and no nanodomain structure was observed.

実施例2、比較例1〜3で得られた重合開始剤表面固定化材料のAFM画像である。画像のサイズは3μm×3μmである。It is an AFM image of the polymerization initiator surface immobilization material obtained in Example 2 and Comparative Examples 1 to 3. The size of the image is 3 μm × 3 μm. 図2(a)は、図1中の実施例2で得られた重合開始剤表面固定化材料のAFM画像を拡大したものであり、図2(b)は、この図2(a)の線分a−aにおける高さプロファイル画像である。FIG. 2A is an enlarged AFM image of the polymerization initiator surface fixing material obtained in Example 2 in FIG. 1, and FIG. 2B is a line of FIG. 2A. It is a height profile image in minute aa.

Claims (6)

支持体表面に、該支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤を浸漬法又は蒸着法を用いて接触させた後、前記支持体上に接触した該重合開始剤の自己組織化により、前記支持体上に該支持体と結合した重合開始剤の自己組織化膜によるナノドメイン構造を形成する重合開始剤表面固定化材料の作製方法。   After contacting a polymerization initiator having a site capable of binding to the support on the surface of the support using an immersion method or a vapor deposition method, self-organization of the polymerization initiator in contact with the support results in the above-described A method for producing a surface-immobilized material for a polymerization initiator, wherein a nanodomain structure is formed on a support by a self-assembled film of a polymerization initiator bonded to the support. 前記ナノドメイン構造の直径が1nm〜10μmのサイズであることを特徴とする請求項1に記載の重合開始剤表面固定化材料の作製方法。   The method for producing a surface-immobilized material for polymerization initiator according to claim 1, wherein the nanodomain structure has a diameter of 1 nm to 10 µm. 前記支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤が、下記一般式(1)で表される構造を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の重合開始剤表面固定化材料の作製方法。
(上記一般式(1)中、Qはシランカップリング基、チオール基、チオイソシアナト基、ニトリル基、カルボキシル基、水酸基、アミノ基、モノアルキルシラン基、ホスホン酸基、リン酸エステル基、及び不飽和炭化水素基からなる群より選択される支持体結合性基を表し、Xは炭素数5〜40のアルキレン基を含む連結基を表し、Yはラジカルを発生しうる官能基を表す。)
The polymerization initiator surface immobilization material according to claim 1 or 2, wherein the polymerization initiator having a site capable of binding to the support has a structure represented by the following general formula (1). Manufacturing method.
(In the above general formula (1), Q is a silane coupling group, a thiol group, a thioisocyanato group, a nitrile group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, a monoalkylsilane group, a phosphonic acid group, a phosphate ester group, and an unsaturated group. A support-binding group selected from the group consisting of hydrocarbon groups is represented, X represents a linking group containing an alkylene group having 5 to 40 carbon atoms, and Y represents a functional group capable of generating a radical.)
前記支持体と結合しうる部位を有する重合開始剤が、下記一般式(2)で表される構造を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の重合開始剤表面固定化材料の作製方法。
(上記一般式(2)中、Xは炭素数5〜40のアルキレン基を含む連結基を表し、Yはラジカルを発生しうる官能基を表し、Zは加水分解基を表し、Rは水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。mは0〜2の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、n+m=3の関係を満たす。)
The polymerization initiator according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymerization initiator having a site capable of binding to the support has a structure represented by the following general formula (2). Preparation method of agent surface immobilization material.
(In the general formula (2), X represents a linking group containing an alkylene group having 5 to 40 carbon atoms, Y represents a functional group capable of generating a radical, Z represents a hydrolyzable group, and R represents a hydrogen atom. Or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, m represents an integer of 0 to 2, n represents an integer of 1 to 3, and satisfies the relationship of n + m = 3.)
前記Yで表されるラジカルを発生しうる官能基が、炭素ハロゲン結合を有する化合物に由来する官能基、又は、ピリジニウム類化合物に由来する官能基であることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の重合開始剤表面固定化材料の作製方法。   The functional group capable of generating a radical represented by Y is a functional group derived from a compound having a carbon halogen bond or a functional group derived from a pyridinium compound. 5. A method for producing a polymerization initiator surface immobilization material according to 4. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の重合開始剤表面固定化材料の作製方法により得られた重合開始剤表面固定化材料のナノドメイン構造上に、グラフトポリマーを生成させる工程を有するグラフトポリマーパターンの作製方法。   The process of producing | generating a graft polymer on the nanodomain structure of the polymerization initiator surface fixing material obtained by the preparation method of the polymerization initiator surface fixing material of any one of Claims 1-5. A method for producing a graft polymer pattern.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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