JP2012144395A - Method of producing porous film - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing a porous film having a shielding layer on its surface by a simple step which does not have the least effect on chemical and physical features of the porous film and eliminates the need for a specific apparatus and a vacuum step.SOLUTION: The method of producing the porous film includes: a step of forming the porous film on a base material; a step of forming on the support, a gel film that contains a condensation polymer of an inorganic oxide precursor; a step of obtaining a laminate by making the porous film formed on the base material adhere tightly to the gel film formed on the support; a step of hardening the gel film by heating the laminate; and a step of removing the support on the gel film thus hardened.

Description

本発明は多孔質膜の製造方法に関し、特に封止層を有する多孔質膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a porous membrane, and more particularly to a method for producing a porous membrane having a sealing layer.

内部に多数の空孔を有する多孔質膜は、比表面積、空孔率、細孔径、細孔表面の機能化など、目的に応じて物理的・化学的特徴を制御・付与することにより、広い分野への応用が進んでいる。具体的には、触媒担体膜、分離膜、調湿膜、電極、低誘電率膜、光学薄膜などの分野へ応用されている。特に細孔径は、担体用途の場合には多孔質内部に導入しうる物質の種類を、光学薄膜用途の場合には適用しうる光の種類を、それぞれ決定づける重要なパラメーターである。1990年代にナノサイズとマイクロサイズの中間であるメソ領域の細孔径を有するメソポーラス材料の開発が進んだことにより、多孔質膜の応用検討はより加速している。   Porous membranes with a large number of pores inside can be made wide by controlling and imparting physical and chemical characteristics according to the purpose such as specific surface area, porosity, pore diameter, functionalization of pore surface, etc. Application to the field is progressing. Specifically, it is applied to fields such as a catalyst carrier membrane, a separation membrane, a humidity control membrane, an electrode, a low dielectric constant membrane, and an optical thin film. In particular, the pore diameter is an important parameter that determines the type of substance that can be introduced into the porous body in the case of a carrier, and the type of light that can be applied in the case of an optical thin film. In the 1990s, the development of mesoporous materials having a pore size in the meso region, which is intermediate between nano-size and micro-size, has advanced, and application studies of porous membranes have been accelerated.

多孔質膜を特に光学薄膜として用いる場合、多孔質膜の構造制御・光学機能付与だけでなく、周囲の環境が変化した場合でも所望の光学特性を安定して発揮できる環境安定性も重要である。しかし多孔質膜は、非多孔質膜と比べて数桁以上大きい比表面積を有するため、水分子を含む環境中浮遊分子の細孔表面への吸脱着により、多孔質膜の光学特性が敏感に変化する。そのため、環境安定性を保証するうえで、細孔表面への環境中浮遊分子の吸脱着抑制は大きな課題である。   When using a porous film as an optical thin film, in addition to controlling the structure of the porous film and imparting optical functions, environmental stability is also important so that the desired optical properties can be stably exhibited even when the surrounding environment changes. . However, porous membranes have a specific surface area that is several orders of magnitude greater than non-porous membranes, so that the optical properties of porous membranes are sensitive due to adsorption and desorption of suspended molecules in the environment, including water molecules, to the pore surface. Change. Therefore, in order to guarantee environmental stability, the suppression of adsorption / desorption of floating molecules in the environment to the pore surface is a major issue.

多孔質膜の環境安定性を向上するための手段として、多孔質膜の表面に非多孔質材料からなる封止層を形成することが効果的であると期待される。ただし、封止層を形成する際、封止層を形成する材料自身及び封止層形成プロセスで用いられる材料などが多孔質膜内部へ侵入するのを極力抑制することが必要である。また、細孔の物理的・化学的特徴に影響を与えることなく、多孔質膜の表面に選択的に封止層を形成することが重要となる。   As a means for improving the environmental stability of the porous membrane, it is expected to be effective to form a sealing layer made of a non-porous material on the surface of the porous membrane. However, when forming the sealing layer, it is necessary to suppress as much as possible the material itself forming the sealing layer and the material used in the sealing layer forming process from entering the porous film. In addition, it is important to selectively form a sealing layer on the surface of the porous film without affecting the physical and chemical characteristics of the pores.

多孔質膜の表面に封止層を形成する技術として、例えば特許文献1及び特許文献2では、多孔質基材の細孔部に一時的に有機物を充填したうえで、多孔質膜表面に封止層を形成する技術が開示されている。また、非特許文献1及び非特許文献2では、プラズマを併用した原子層堆積法により、多孔質膜表面に封止層を形成する技術が報告されている。   As a technique for forming a sealing layer on the surface of the porous film, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the pores of the porous substrate are temporarily filled with an organic substance and then sealed on the surface of the porous film. A technique for forming a stop layer is disclosed. Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 report a technique for forming a sealing layer on the surface of a porous film by an atomic layer deposition method using plasma in combination.

特開2004−352568号公報JP 2004-352568 A 特開2007−45691号公報JP 2007-45691 A

“J.AM.CHEM.SOC.”,Vol.128,p.11018,2006年“J. AM. CHEM. SOC.”, Vol. 128, p. 11018, 2006 “Microelectronic Engineering”,Vol.86,p.2241,2009年“Microelectronic Engineering”, Vol. 86, p. 2241, 2009

上記の文献では、多孔質膜の表面に封止層を形成する技術が開示されている。特許文献1及び特許文献2に記載の技術を用いた場合、多孔質膜内部への封止層材料の侵入を防ぐため、多孔質膜の表面もしくは膜全体にわたって、細孔内に一度有機物を充填する必要がある。そのため、多孔質膜内部の細孔表面に予め化学修飾などを施している場合に、一度異種の有機物を充填して、再度除去する工程を経た後では、当初期待していた機能が失われてしまう恐れがあった。   The above document discloses a technique for forming a sealing layer on the surface of a porous film. When the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are used, in order to prevent the sealing layer material from entering the inside of the porous film, the organic material is once filled in the pores over the entire surface of the porous film or the entire film. There is a need to. Therefore, when the surface of the pores in the porous membrane has been subjected to chemical modification in advance, the function that was initially expected is lost after the step of filling with different organic substances once and removing them again. There was a fear.

また、非特許文献1及び非特許文献2に記載の技術は、封止層の厳密な膜厚制御が可能で非常に緻密な膜が形成できる。しかしながら、専用の真空装置を必要とするうえ工程が複雑であり、かつ成膜速度が遅いため、コスト面からも応用用途は制限される。   Further, the techniques described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 enable strict film thickness control of the sealing layer and can form a very dense film. However, since a dedicated vacuum apparatus is required and the process is complicated and the film forming speed is low, the application uses are limited from the viewpoint of cost.

このように、多孔質膜の環境安定性を向上させるために多孔質膜表面に封止層を形成する上で、多孔質膜自体の化学的・物理的特徴に極力影響を与えず、かつ簡易な工程により封止層を形成することが課題であった。   As described above, in order to improve the environmental stability of the porous membrane, the sealing layer is formed on the surface of the porous membrane, and the chemical and physical characteristics of the porous membrane itself are not affected as much as possible and simple. It was a problem to form a sealing layer by a simple process.

本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、多孔質膜の物理的・化学的性質を変化させることなく、かつ簡易な工程により多孔質膜の表面に封止層を形成することができる多孔質膜の製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such background art, and forms a sealing layer on the surface of the porous membrane by a simple process without changing the physical and chemical properties of the porous membrane. The present invention provides a method for producing a porous membrane.

上記の課題を解決する多孔質膜の製造方法は、基材上に多孔質膜を形成する工程と、支持体上に無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜を形成する工程と、前記基材上に形成された前記多孔質膜と、前記支持体上に形成された前記ゲル膜とを密着させて積層体を得る工程と、前記積層体を加熱することで前記ゲル膜を硬化する工程と、硬化した前記ゲル膜上の前記支持体を除去する工程と、を有することを特徴とする。   A method for producing a porous membrane that solves the above problems includes a step of forming a porous membrane on a substrate, a step of forming a gel membrane containing a polycondensation polymer of an inorganic oxide precursor on a support, The porous film formed on the substrate and the gel film formed on the support are adhered to each other to obtain a laminate, and the gel film is cured by heating the laminate. And a step of removing the support on the cured gel film.

本発明によれば、多孔質膜の物理的・化学的性質を変化させることなく、かつ簡易な工程により多孔質膜の表面に封止層を形成することができる多孔質膜の製造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 porous membrane capable of forming a sealing layer on the surface of the porous membrane by a simple process without changing the physical and chemical properties of the porous membrane. can do.

本発明の多孔質膜の製造方法の一実施態様を示す概略図であるIt is the schematic which shows one embodiment of the manufacturing method of the porous film of this invention. ゲル膜と多孔質膜を密着させる工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the process of closely_contact | adhering a gel film and a porous film. 本発明の多孔質膜の製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method of the porous membrane of this invention.

本発明は、表面に無機酸化物からなる封止層を有する多孔質膜の製造方法に係り、下記の各工程を有することを特徴とする。
(1)基材上に多孔質膜を形成する工程。
(2)支持体上に無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜を形成する工程。
(3)前記基材上に形成された多孔質膜と、前記支持体上に形成されたゲル膜とを密着させて積層体を得る工程。
(4)前記積層体を加熱して、前記ゲル膜を硬化して無機酸化物からなる封止層とする工程。
(5)前記封止層上の支持体を除去する工程。
The present invention relates to a method for producing a porous film having a sealing layer made of an inorganic oxide on the surface, and has the following steps.
(1) A step of forming a porous film on the substrate.
(2) The process of forming the gel film containing the condensation polymer of an inorganic oxide precursor on a support body.
(3) The process of obtaining the laminated body by making the porous film formed on the said base material, and the gel film formed on the said support body closely_contact | adhere.
(4) The process of heating the said laminated body and hardening | curing the said gel film to make it the sealing layer which consists of inorganic oxides.
(5) A step of removing the support on the sealing layer.

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の多孔質膜の製造方法の一実施態様を示す概略図である。図中、1は基材、2は多孔質膜、3は支持体、4は無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜、5は無機酸化物からなる封止層、7は積層体を示す。また、図3において、フローチャートにより一連の工程を示す。   FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the method for producing a porous membrane of the present invention. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a porous film, 3 is a support, 4 is a gel film containing a condensation polymer of an inorganic oxide precursor, 5 is a sealing layer made of an inorganic oxide, and 7 is a laminate. Indicates. Moreover, in FIG. 3, a series of processes are shown by a flowchart.

工程(1)
まず、図1(a)および図3に示すように、基材1上に多孔質膜2を形成する工程(1)について説明する。
Process (1)
First, as shown in FIGS. 1A and 3, the step (1) of forming the porous film 2 on the substrate 1 will be described.

基材1は、光学レンズやディスプレイパネル、電極など、用途とするデバイスに応じた材料及び構造から選択される。多孔質膜の成膜を含む後述の各製造工程に対して、充分な耐熱性・耐薬品性をもった材料であれば、材料に特に制限は無い。多孔質膜を反射防止膜などの光学用途に用いる場合、基材1としては、石英ガラスやホウケイ酸ガラス等から用途と性能・コストに応じて選ぶことができる。基板は単一組成のものに限らず、あらかじめ基材1の表面に別の部材が形成されていても良い。   The base material 1 is selected from materials and structures according to a device to be used, such as an optical lens, a display panel, and an electrode. The material is not particularly limited as long as it is a material having sufficient heat resistance and chemical resistance for each manufacturing process described later including the formation of a porous film. When the porous film is used for optical applications such as an antireflection film, the substrate 1 can be selected from quartz glass, borosilicate glass, and the like according to the application, performance, and cost. The substrate is not limited to a single composition, and another member may be formed on the surface of the substrate 1 in advance.

多孔質膜2を形成する前に、基材1はあらかじめ、超純水などにより十分に表面が洗浄されていることが好ましい。   Before forming the porous membrane 2, it is preferable that the surface of the substrate 1 is sufficiently washed with ultrapure water or the like in advance.

基材1上には、多孔質膜2を形成する。本発明の製造方法は、1nm以上の細孔径を有する多孔質膜に対して、特に有効に適用することができる。多孔質膜2としてはシリカの連続マトリクス中に、細孔径が2乃至50nmの細孔が形成されたメソポーラスシリカ膜が特に好ましく用いられる。メソポーラスシリカ膜は、可視域の波長において細孔径に由来する光の散乱をほぼ皆無に抑えた低屈折率膜として、光学応用が可能である。   A porous film 2 is formed on the substrate 1. The production method of the present invention can be particularly effectively applied to a porous membrane having a pore diameter of 1 nm or more. As the porous film 2, a mesoporous silica film in which pores having a pore diameter of 2 to 50 nm are formed in a continuous matrix of silica is particularly preferably used. The mesoporous silica film can be optically applied as a low-refractive index film that suppresses almost no light scattering derived from the pore diameter at wavelengths in the visible range.

以下、多孔質膜2がメソポーラスシリカ膜である場合について説明する。   Hereinafter, a case where the porous film 2 is a mesoporous silica film will be described.

多孔質膜2の膜厚は用途に依存するが、膜質均一性を保つ上で50nmから1μmの範囲であることが好ましい。   The film thickness of the porous film 2 depends on the application, but is preferably in the range of 50 nm to 1 μm in order to maintain the film quality uniformity.

メソポーラスシリカ膜の製法は特に制限は無く、例えば両親媒性材料を鋳型に用いたゾルゲル法、水熱法、気相法などの既知の手法から、適宜選択して作製することができる。またメソポーラスシリカ膜の構造に関しても特に制限は無く、公知の構造を用いることができる。   The method for producing the mesoporous silica film is not particularly limited, and can be produced by appropriately selecting from known methods such as a sol-gel method, a hydrothermal method, and a gas phase method using an amphiphilic material as a template. The structure of the mesoporous silica film is not particularly limited, and a known structure can be used.

以下一例として、両親媒性材料を鋳型に使用した、ゾルゲル法を用いたメソポーラスシリカ膜の作製方法について説明する。   As an example, a method for producing a mesoporous silica film using a sol-gel method using an amphiphilic material as a template will be described below.

まず、ゾル溶液を作製する。具体的な材料としては、空孔部分を形成するための鋳型となる両親媒性材料、シリカ壁を形成する原料であるシリカ前駆体物質、アルコール、酸又は塩基触媒、及び水から構成される。これらの材料のほかに、膜質調整などの目的で更に別の添加物を加えても良い。   First, a sol solution is prepared. The specific material is composed of an amphiphilic material serving as a template for forming the void portion, a silica precursor material that is a raw material for forming the silica wall, an alcohol, an acid or base catalyst, and water. In addition to these materials, other additives may be added for the purpose of adjusting the film quality.

両親媒性材料としては、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤などの分子集合体を形成する材料が用いられる。両親媒性材料は、後の焼成によって除去することにより空孔を形成するための鋳型となり、必要とするメソポーラスシリカ膜の構造によって種類と量を適宜選択する。   As the amphiphilic material, a material that forms a molecular assembly such as an ionic surfactant or a nonionic surfactant is used. The amphiphilic material becomes a template for forming pores by removing by subsequent baking, and the kind and amount are appropriately selected depending on the structure of the required mesoporous silica film.

シリカ前駆体物質としては、一般的なゾルゲル法によりシリカを形成する際に用いるものが挙げられる。中でも反応性が高く、かつゾル溶液中における分散均一性に優れることから、シリコンアルコキシドが好ましく用いられる。シリコンアルコキシドとして具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシランなどが用いられる。   Examples of the silica precursor material include those used when forming silica by a general sol-gel method. Of these, silicon alkoxide is preferably used because of its high reactivity and excellent dispersion uniformity in the sol solution. Specific examples of the silicon alkoxide include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetrapropoxysilane.

アルコールとしては、上記の両親媒性材料及びシリコンアルコキシドと相溶性を有するものであれば特に制限はなく、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノールなどが用いられる。これらのアルコールを単独で用いても良く、また複数種が混在していても良い。   The alcohol is not particularly limited as long as it is compatible with the above amphiphilic material and silicon alkoxide, and methanol, ethanol, 2-propanol, 1-propanol and the like are used. These alcohols may be used singly or plural kinds may be mixed.

シリコンアルコキシドを加水分解・脱水縮合してシリカを形成するための触媒としては、酸もしくは塩基が用いられる。具体的には、塩酸、酢酸、硝酸、水酸化ナトリウム、アンモニア、及びこれらの水溶液などが用いられる。   An acid or base is used as a catalyst for hydrolyzing and dehydrating and condensing silicon alkoxide to form silica. Specifically, hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, sodium hydroxide, ammonia, and an aqueous solution thereof are used.

シリコンアルコキシドの加水分解に必要な水は、上述の触媒水溶液の形で添加しても良く、もしくは別途水を添加しても良い。また、開放系の容器内でゾル溶液の攪拌を行うことにより、空気中の水分を取り込む形でも良い。   Water necessary for the hydrolysis of the silicon alkoxide may be added in the form of the above-described aqueous catalyst solution, or water may be added separately. Alternatively, the water in the air may be taken in by stirring the sol solution in an open container.

以上により得られたゾル溶液を、基材上へ塗布する。塗布方法に特に制限は無く、例えばスピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法など、一般的な方法が用いられる。   The sol solution obtained as described above is applied onto a substrate. There is no restriction | limiting in particular in a coating method, For example, general methods, such as a spin coat method, a dip coat method, and a spray coat method, are used.

次に、得られた塗布膜を乾燥させる。この結果、不要な溶媒が蒸発するだけでなく、シリカ壁の縮合反応もある程度進行する。乾燥方法に特に制限は無く、ホットプレートや乾燥炉を用いた加熱、恒温槽内での所定時間の静置などが適用できる。使用する材料や求める構造、乾燥プロセスの効率等に応じて、最適な乾燥方法を選択すればよい。   Next, the obtained coating film is dried. As a result, not only the unnecessary solvent evaporates, but also the condensation reaction of the silica wall proceeds to some extent. There is no particular limitation on the drying method, and heating using a hot plate or a drying furnace, standing for a predetermined time in a constant temperature bath, or the like can be applied. The optimum drying method may be selected according to the material to be used, the required structure, the efficiency of the drying process, and the like.

乾燥した塗布膜を、電気炉などを用いて焼成する。焼成における昇温過程において、シリカ壁の縮合反応が進むとともに、ある一定温度以上に到達することにより、塗布膜中の両親媒性材料が焼成除去され、空孔が形成される。その結果、多孔質膜として空孔率の高いメソポーラスシリカ膜が得られる。   The dried coating film is baked using an electric furnace or the like. In the temperature rising process in firing, the condensation reaction of the silica wall proceeds, and when the temperature reaches a certain temperature or higher, the amphiphilic material in the coating film is removed by firing to form pores. As a result, a mesoporous silica film having a high porosity is obtained as the porous film.

メソポーラスシリカ膜には、さらに膜内部の細孔表面に対する化学修飾や、細孔内部への機能性分子及び、または機能性ナノ粒子の導入など、用途に応じてメソポーラスシリカ膜に対する機能付与をあらかじめ施してもよい。   In addition, the mesoporous silica film is given functionalities to the mesoporous silica film in advance depending on the application, such as chemical modification of the pore surface inside the film and introduction of functional molecules and / or functional nanoparticles inside the pores. May be.

工程(2)
次に、図1(b)および図3に示すように、支持体3上に無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜4を形成する工程(2)について説明する。
Process (2)
Next, as shown in FIG. 1B and FIG. 3, the step (2) of forming the gel film 4 containing the condensation polymer of the inorganic oxide precursor on the support 3 will be described.

支持体3は、無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜4を表面に形成することができ、かつ、後述する支持体の除去処理により、支持体自体を容易に除去できるような材料を用いることができる。支持体が有機高分子材料からなるフィルムであることが望ましく、特に可とう性を有するプラスチックフィルムが好ましい。例えば、アクリル系、メタクリル系、スチレン系、ビニルアルコール系、酢酸ビニル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、ポリエーテルイミド系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリスルホン系、ポリチオエーテル系、ポリエーテルサルホン系、天然高分子系、セルロース系、オレフィン系、エチレン系、プロピレン系、ハロゲン化ビニル系、塩化ビニリデン系、塩化ビニル系などのプラスチックフィルムを用いることができる。   The support 3 is a material that can form a gel film 4 containing a condensation polymer of an inorganic oxide precursor on the surface, and can easily remove the support itself by a support removal process described later. Can be used. The support is preferably a film made of an organic polymer material, and a plastic film having flexibility is particularly preferable. For example, acrylic, methacrylic, styrene, vinyl alcohol, vinyl acetate, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polyester, polycarbonate, polysulfone, polythioether, polyethersal Hong-based, natural polymer-based, cellulose-based, olefin-based, ethylene-based, propylene-based, vinyl halide-based, vinylidene chloride-based, vinyl chloride-based plastic films can be used.

支持体3の材料を選択する際、後述するゲル膜の硬化工程において、十分な熱耐性を有することが必要である。例として、シリコンアルコキシドの縮重合体を含むゲル膜4に対して、100℃の温度で20時間かけて硬化を進行させる場合であれば、支持体3としては少なくとも熱耐性が100℃より大きい材料から選択される必要がある。この場合には、具体的にはポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などから適宜選択すればよい。   When selecting the material of the support 3, it is necessary to have sufficient heat resistance in the gel film curing step described later. As an example, if the gel film 4 containing a silicon alkoxide polycondensation polymer is cured at a temperature of 100 ° C. over 20 hours, the support 3 is a material having at least a heat resistance greater than 100 ° C. Need to be selected from. In this case, specifically, polypropylene, polyvinylidene chloride, polycarbonate, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, or the like may be selected as appropriate.

支持体3の厚さは、本発明の各製造工程における操作性、及び後述する支持体3の除去工程において十分に除去しうる厚さを考慮して選択すれば、特に制限は無い。支持体3を焼成除去する場合は、支持体3の厚さは10μm乃至500μmが好ましい。   The thickness of the support 3 is not particularly limited as long as it is selected in consideration of the operability in each manufacturing process of the present invention and the thickness that can be sufficiently removed in the removal process of the support 3 described later. When the support 3 is removed by baking, the thickness of the support 3 is preferably 10 μm to 500 μm.

ゲル膜4の形成を容易にするために、支持体3の表面に対して、あらかじめ物理的及び、または化学的な処理を施しておいてもよい。例えば、支持体3自体の構造や表面形状が大きな影響を受けない程度に、支持体3の表面に対してUVオゾン処理を施すことは、ゲル膜4の成膜において膜質均一性を向上するうえで有効な手法の一つである。   In order to facilitate the formation of the gel film 4, the surface of the support 3 may be subjected to physical and / or chemical treatment in advance. For example, performing UV ozone treatment on the surface of the support 3 to such an extent that the structure and surface shape of the support 3 itself are not significantly affected improves the film quality uniformity in the formation of the gel film 4. This is one of the effective methods.

支持体3の表面は、最終的に得られる封止層5の表面形状を決定づけるため、多孔質膜2の用途に応じた表面形状を有することが望ましい。例えば多孔質膜2を光学膜として用いる場合、散乱を抑制するために、封止層5の表面は平坦であることが望ましく、具体的には表面粗さRaは1μm以下であることが望ましい。   In order to determine the surface shape of the sealing layer 5 finally obtained, the surface of the support 3 desirably has a surface shape corresponding to the use of the porous membrane 2. For example, when the porous film 2 is used as an optical film, the surface of the sealing layer 5 is preferably flat in order to suppress scattering, and specifically, the surface roughness Ra is preferably 1 μm or less.

次に、支持体3上に形成する無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜4について、説明する。   Next, the gel film 4 containing the condensation polymer of the inorganic oxide precursor formed on the support 3 will be described.

本発明におけるゲル膜とは、無機酸化物前駆体を含むゾル液を膜状に展開し、溶媒の一部もしくは全部が蒸発した状態の膜を指す。ゲル膜4中には、封止層5を形成する原料である無機酸化物前駆体が、分子間での縮重合が進んだ状態で含まれている。   The gel film in the present invention refers to a film in which a sol solution containing an inorganic oxide precursor is developed into a film and a part or all of the solvent is evaporated. In the gel film 4, an inorganic oxide precursor which is a raw material for forming the sealing layer 5 is contained in a state in which intermolecular condensation polymerization has progressed.

まず、ゲル膜4のもととなるゾル溶液を作製する。ゾル溶液は、封止層5を形成する原料である無機酸化物前駆体物質を必ず含み、さらに必要に応じて、アルコール、酸又は塩基触媒、水、その他添加剤から構成される。無機酸化物前駆体物質としては、一般的なゾルゲル法で用いられる無機酸化物前駆体物質を用いることができる。例えば、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート、金属硝酸塩、金属オキシ塩化物、金属塩化物、シリコンアルコキシド、塩化ケイ素などが用いられる。   First, a sol solution that is the basis of the gel film 4 is prepared. The sol solution necessarily contains an inorganic oxide precursor material that is a raw material for forming the sealing layer 5, and further comprises alcohol, an acid or base catalyst, water, and other additives as necessary. As the inorganic oxide precursor material, an inorganic oxide precursor material used in a general sol-gel method can be used. For example, metal alkoxide, metal acetylacetonate, metal carboxylate, metal nitrate, metal oxychloride, metal chloride, silicon alkoxide, silicon chloride and the like are used.

アルコールとしては、上記の無機酸化物前駆体物質と相溶性を有するもので、かつ支持体3上で撥液性を示すものでなければ特に制限は無い。例えば、メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノールなどが用いられる。これらのアルコールを単独で用いても良く、また複数種が混在していても良い。   The alcohol is not particularly limited as long as it is compatible with the above-described inorganic oxide precursor substance and does not exhibit liquid repellency on the support 3. For example, methanol, ethanol, 2-propanol, 1-propanol, 1-butanol, 2-butanol and the like are used. These alcohols may be used singly or plural kinds may be mixed.

シリコンアルコキシドを加水分解・脱水縮合してシリカを形成するための触媒としては、酸もしくは塩基が用いられる。具体的には、塩酸、酢酸、硝酸、水酸化ナトリウム、アンモニア、及びこれらの水溶液などが用いられる。   An acid or base is used as a catalyst for hydrolyzing and dehydrating and condensing silicon alkoxide to form silica. Specifically, hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, sodium hydroxide, ammonia, and an aqueous solution thereof are used.

シリコンアルコキシドの加水分解に必要な水は、上述の触媒水溶液の形で添加しても良く、もしくは別途水を添加しても良い。また、開放系の容器内でゾル溶液の攪拌を行うことにより、空気中の水分を取り込む形でも良い。   Water necessary for the hydrolysis of the silicon alkoxide may be added in the form of the above-described aqueous catalyst solution, or water may be added separately. Alternatively, the water in the air may be taken in by stirring the sol solution in an open container.

以上により得られたゾル溶液を用いて、支持体3上にゲル膜4を形成する。ゲル膜の形成方法に特に制限は無く、用途に応じて決まる封止層の膜厚や膜質を達成するのに適した方法で、ゲル膜を形成する。例えばスピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法などが用いられる。支持体3としてプラスチックフィルムを用いた場合、支持体3の剛性が不足することにより、直接支持体3上にゲル膜4を形成するのが困難であれば、支持体3を一度別の剛性の高い基体上に固定した上でゲル膜4を形成してもよい。   The gel film 4 is formed on the support 3 using the sol solution obtained as described above. There is no restriction | limiting in particular in the formation method of a gel film, A gel film is formed by the method suitable for achieving the film thickness and film quality of the sealing layer determined according to a use. For example, a spin coat method, a dip coat method, a spray coat method, or the like is used. When a plastic film is used as the support 3, if it is difficult to form the gel film 4 directly on the support 3 due to a lack of rigidity of the support 3, the support 3 is once changed to another rigidity. The gel film 4 may be formed after being fixed on a high substrate.

ゲル膜4において、ゾル溶液中に含まれていた各種溶媒はできる限り蒸発していることが望ましい。ゲル膜からこれらの溶媒を除去する目的で、次の工程に移る前にゲル膜を加熱乾燥してもよい。ただし、乾燥時間が長すぎる、もしくは乾燥温度が高すぎる場合には、無機酸化物前駆体の縮重合も進みすぎてしまい、後の工程において多孔質膜とゲル膜の間の密着性が悪くなる恐れがある。この点に関してはゲル膜4を構成する材料や多孔質膜を構成する材料にも依存するが、例えばゲル膜4の赤外吸収スペクトルにおける溶媒由来の吸収ピーク、及び、水酸基由来の吸収ピークを目安に、適切な乾燥条件・乾燥時間を決定すればよい。   In the gel film 4, it is desirable that various solvents contained in the sol solution are evaporated as much as possible. In order to remove these solvents from the gel film, the gel film may be dried by heating before moving to the next step. However, if the drying time is too long or the drying temperature is too high, the condensation polymerization of the inorganic oxide precursor will proceed too much, and the adhesion between the porous film and the gel film will deteriorate in the subsequent steps. There is a fear. Although this point depends on the material constituting the gel film 4 and the material constituting the porous film, for example, the absorption peak derived from the solvent and the absorption peak derived from the hydroxyl group in the infrared absorption spectrum of the gel film 4 are used as a guide. In addition, appropriate drying conditions and drying time may be determined.

工程(3)
次に、図1(c)および図3に示すように、基材1上に形成された多孔質膜2の表面と、支持体3上に形成された無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜4の表面とを密着させて積層体7を得る工程について説明する。
Process (3)
Next, as shown in FIG. 1 (c) and FIG. 3, the surface of the porous film 2 formed on the substrate 1 and the condensation polymer of the inorganic oxide precursor formed on the support 3 are used. The process of obtaining the laminated body 7 by sticking the surface of the gel film 4 to be included will be described.

多孔質膜2の表面は、あらかじめUVオゾン洗浄などの表面処理を施されていることが望ましい。これにより、多孔質膜2の表面に露出する水酸基量が増え、後述の加熱工程において、ゲル膜4中に含まれる無機酸化物前駆体との間で共有結合がより多く形成される。その結果、多孔質層2とゲル膜4の間の密着性が高くなる。   The surface of the porous film 2 is preferably subjected to surface treatment such as UV ozone cleaning in advance. Thereby, the amount of hydroxyl groups exposed on the surface of the porous film 2 increases, and more covalent bonds are formed with the inorganic oxide precursor contained in the gel film 4 in the heating step described later. As a result, the adhesion between the porous layer 2 and the gel film 4 is increased.

ゲル膜4は、先述のように溶媒ができる限り蒸発していることが望ましい。その結果、ゲル膜4を多孔質膜2と密着させた際に、多孔質膜2中への溶媒の侵入が抑制される。これにより、多孔質膜自体の化学的・物理的特徴に極力影響を与えずに多孔質膜2の表面に封止層を形成することができる。また、ゲル膜4の表面に関しても、前述と同様の理由により、あらかじめUVオゾン洗浄などの表面処理が施されていてもよい。   It is desirable that the gel film 4 is evaporated as much as possible as described above. As a result, the penetration of the solvent into the porous film 2 is suppressed when the gel film 4 is brought into close contact with the porous film 2. Thereby, the sealing layer can be formed on the surface of the porous membrane 2 without affecting the chemical and physical characteristics of the porous membrane itself as much as possible. Also, the surface of the gel film 4 may be subjected to surface treatment such as UV ozone cleaning in advance for the same reason as described above.

表面が十分洗浄された多孔質膜2の表面に、支持体3上に形成されたゲル膜4の表面を密着させ積層体7を得る。積層体7は、基材1/多孔質膜2/ゲル膜4/支持体3が積層した構造体から構成される。この工程を行う環境は、密着界面部への異物の混入を抑制するため、空気清浄度の高いクリーンルームなどで行うことが好ましい。また多孔質膜2及びゲル膜4の表面に対して、除電エアーガンなどにより除電処理を施しておくことも、密着界面部への異物の混入を抑制する上で有効な手段である。   The surface of the gel film 4 formed on the support 3 is brought into close contact with the surface of the porous film 2 whose surface has been sufficiently washed to obtain a laminate 7. The laminate 7 is composed of a structure in which a substrate 1 / porous membrane 2 / gel membrane 4 / support 3 are laminated. The environment in which this step is performed is preferably performed in a clean room or the like having a high air cleanliness in order to suppress foreign matter from entering the close contact interface. It is also an effective means for suppressing the entry of foreign matter into the adhesion interface portion by performing a charge removal process on the surfaces of the porous film 2 and the gel film 4 with a charge removal air gun or the like.

多孔質膜2の表面に、支持体3上に形成されたゲル膜4を密着させる際は、異物以外に、空泡の混入にも十分注意する必要がある。支持体3が可とう性を有するプラスチック基板であれば、図2に示すように、多孔質膜2に対してゲル膜4の端部6から徐々に密着させることにより、密着界面への空泡の混入を抑制することができる。   When the gel film 4 formed on the support 3 is brought into close contact with the surface of the porous film 2, it is necessary to pay sufficient attention to contamination of air bubbles in addition to foreign substances. If the support 3 is a plastic substrate having flexibility, as shown in FIG. 2, air bubbles to the adhesion interface can be obtained by gradually bringing the porous film 2 into close contact with the end 6 of the gel film 4. Can be prevented.

工程(4)
次に図1(d)および図3において、積層体7を支持体の焼成除去温度よりも低い温度で加熱して、ゲル膜4を硬化して無機酸化物からなる封止層5へと転化する工程について説明する。
Step (4)
Next, in FIGS. 1D and 3, the laminate 7 is heated at a temperature lower than the firing removal temperature of the support to cure the gel film 4 and convert it into a sealing layer 5 made of an inorganic oxide. The process to perform is demonstrated.

この工程において、支持体3の形状が保たれた状態で、ゲル膜4中において無機酸化物前駆体物質の縮重合反応が進行してゲル膜4が硬化し、無機酸化物からなる封止層5が形成される。そのため先述したように、支持体3を焼成除去する場合、支持体3としては焼成除去温度がゲル膜4の硬化に必要な温度よりも高いような材料を選択する必要がある。   In this step, in the state in which the shape of the support 3 is maintained, the condensation polymerization reaction of the inorganic oxide precursor material proceeds in the gel film 4 to harden the gel film 4, and the sealing layer made of the inorganic oxide 5 is formed. Therefore, as described above, when the support 3 is removed by baking, it is necessary to select a material having a baking removal temperature higher than the temperature necessary for curing the gel film 4 as the support 3.

支持体3の焼成除去温度がゲル膜4の硬化に必要な温度よりも低い場合、加熱に伴い、ゲル膜4が十分硬化しない状態で、支持体3の焼成除去が進行する。その結果、まだ縮重合反応の十分進行していないゲル膜4が多孔質膜2の表面から内部へと浸透する恐れがある。また支持体3が無い状態では、ゲル膜4において縮重合が進行する際に、面内方向での収縮が大きくなり、結果として封止層5においてクラックが発生する恐れがある。   When the firing removal temperature of the support 3 is lower than the temperature necessary for curing the gel film 4, the firing removal of the support 3 proceeds in a state where the gel film 4 is not sufficiently cured with heating. As a result, the gel film 4 in which the condensation polymerization reaction has not sufficiently progressed may permeate from the surface of the porous film 2 to the inside. Further, in the absence of the support 3, when the condensation polymerization proceeds in the gel film 4, shrinkage in the in-plane direction increases, and as a result, cracks may occur in the sealing layer 5.

ゲル膜4の硬化に必要な温度と支持体3の組み合わせは、ゲル膜4中に含まれる無機酸化物前駆体物質の種類、硬化にかける時間、雰囲気などを考慮して、適切な条件を選択する。   The combination of the temperature necessary for the curing of the gel film 4 and the support 3 is selected in consideration of the type of inorganic oxide precursor material contained in the gel film 4, the time for curing, the atmosphere, etc. To do.

なお、支持体3が焼成除去されない限りの温度であれば、できる限り高温で硬化を進行させることが、生産における時間短縮の観点からも有効である。   In addition, if it is temperature as long as the support body 3 is not baked and removed, it is effective also from a viewpoint of time reduction in production to advance hardening as high temperature as possible.

ゲル膜4を硬化して得られる無機酸化物からなる封止層5は、その目的に応じて材料を選択する。例えば光学的に透明な封止膜を形成する場合は、シリカ、チタニア、アルミナ、及びこれらの複合物などが用いられる。また、多孔質膜2を含めて電気的な素子として機能させるために、封止層5に透明電極としての機能を付与する場合は、チタニア、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、及びこれらの複合物などが用いられる。無機酸化物からなる封止層が、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、の少なくとも一種を含むことが好ましい。   The sealing layer 5 made of an inorganic oxide obtained by curing the gel film 4 is selected depending on the purpose. For example, when forming an optically transparent sealing film, silica, titania, alumina, a composite thereof, or the like is used. Moreover, in order to function as an electrical element including the porous film 2, when providing the function as a transparent electrode to the sealing layer 5, titania, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, and these composites Things are used. The sealing layer made of an inorganic oxide preferably contains at least one of silica, titania, alumina, zinc oxide, indium oxide, and tin oxide.

工程(5)
次に、図1(e)および図3において、封止層上(硬化したゲル膜上)の支持体3を除去する工程について説明する。
Process (5)
Next, a process of removing the support 3 on the sealing layer (on the cured gel film) will be described with reference to FIGS.

前記支持体を除去する工程は、支持体を支持体の焼成除去温度よりも高い温度で加熱して除去するか、又は支持体を有機溶剤による溶解によって除去する。封止層5が、ゲル膜の状態と比較して硬化の進んだ状態であれば、支持体3の除去方法に特に制限は無い。封止層5の硬化をより進めるという観点からも、酸素雰囲気下において焼成することにより、支持体3を焼成除去する手法が望ましい。   In the step of removing the support, the support is removed by heating at a temperature higher than the firing removal temperature of the support, or the support is removed by dissolution with an organic solvent. As long as the sealing layer 5 is in a state of being hardened as compared with the state of the gel film, the method for removing the support 3 is not particularly limited. From the viewpoint of further promoting the curing of the sealing layer 5, a method of firing and removing the support 3 by firing in an oxygen atmosphere is desirable.

ただし、あまりに高温で支持体3の焼成除去処理を施すと、多孔質膜2において多孔質構造の崩壊やクラックの発生を招く恐れがある。そのため支持体3の焼成除去処理は、多孔質膜2を構成する材料にも依存するが、一般に1000℃以下の温度が望ましい。   However, if the support 3 is removed by firing at an excessively high temperature, the porous film 2 may be destroyed in the porous structure or cracks may be generated. For this reason, the firing removal treatment of the support 3 depends on the material constituting the porous membrane 2, but generally a temperature of 1000 ° C. or lower is desirable.

支持体3を焼成除去処理する場合、加熱方法に特に制限は無い。例えば電気炉中に静置して等方的に加熱してもよく、またホットプレート上などに静置して基材1側から熱をかけても良い。また、UVオゾン処理など、他の酸化手法を併用しても良い。   When the support 3 is subjected to the firing removal treatment, the heating method is not particularly limited. For example, it may be left in an electric furnace and heated isotropically, or it may be left on a hot plate and heated from the substrate 1 side. Further, other oxidation methods such as UV ozone treatment may be used in combination.

前述の加熱によりゲル膜4を硬化させて無機酸化物からなる封止層5へと転化する工程と、焼成により支持体3を除去する工程は、必ずしも各々独立して行う必要はない。ゲル膜4の硬化が進んだ後で支持体3が除去されるような順序になっていれば、一度の焼成工程により実施することもできる。例として、ゲル膜4がシリコンアルコキシドの縮重合体を含む材料からなり、支持体3が350℃で焼成除去可能なポリイミドからなるフィルムからなる場合について説明する。シリコンアルコキシドの縮重合反応においては、水素結合を形成して脱水縮合が進んでいなかった隣接シラノール基間でも170℃以上の温度で加熱することにより脱水縮合が進行し、より硬化することが知られている。そこで室温から400℃まで0.5℃/分の昇温速度で上昇させるような酸素雰囲気下での加熱工程とすることにより、170℃を超えた段階でゲル膜4が硬化して無機酸化物からなる封止層5へと転化する。さらに加熱して350℃を超えると徐々に支持体3が焼成除去される。   The step of curing the gel film 4 by heating to convert it into the sealing layer 5 made of an inorganic oxide and the step of removing the support 3 by firing need not necessarily be performed independently. If the order is such that the support 3 is removed after the hardening of the gel film 4 has progressed, it can be carried out by a single baking step. As an example, a case where the gel film 4 is made of a material containing a polycondensation polymer of silicon alkoxide and the support 3 is made of a film made of polyimide that can be removed by baking at 350 ° C. will be described. In the polycondensation reaction of silicon alkoxide, it is known that dehydration condensation proceeds and is further cured by heating at a temperature of 170 ° C. or higher even between adjacent silanol groups that have not progressed in dehydration condensation due to formation of hydrogen bonds. It has been. Therefore, by performing a heating process in an oxygen atmosphere in which the temperature is increased from room temperature to 400 ° C. at a heating rate of 0.5 ° C./min, the gel film 4 is cured at a stage exceeding 170 ° C. It converts into the sealing layer 5 which consists of. When further heated to exceed 350 ° C., the support 3 is gradually removed by firing.

また支持体3の焼成除去速度が、ゲル膜4が硬化して封止層5へと転化する速度よりも十分に遅いような条件が満たされるような材料の組み合わせ、もしくは加熱方法を用いることが出来る。この加熱方法であれば、上記と同様に一度の加熱工程により、ゲル膜の硬化と支持体の焼成除去の両方を達成することができる。   Moreover, it is preferable to use a combination of materials or a heating method that satisfies conditions such that the firing removal rate of the support 3 is sufficiently slower than the rate at which the gel film 4 is cured and converted into the sealing layer 5. I can do it. If it is this heating method, both hardening of a gel film and baking removal of a support body can be achieved by a single heating step as described above.

多孔質膜2を構成する材料や、多孔質膜2中に別途導入された機能性材料の熱耐性が低いなど、支持体3の焼成除去処理を避ける必要がある場合は、有機溶剤を用いて支持体3を溶解除去してもよい。このとき用いられる有機溶剤は、支持体3を溶解できるものであれば特に制限は無い。先述の工程により、封止層5において十分に縮重合反応が進んでいることで、支持体3の溶解除去工程において有機溶剤が多孔質膜2中へ浸透することが抑制される。そのため本発明の手法においては、有機溶剤を用いて支持体3を除去する場合でも、多孔質膜2の物理的・化学的特徴の変化は極力抑制される。   When it is necessary to avoid the baking removal treatment of the support 3 such as the material constituting the porous membrane 2 or the heat resistance of the functional material separately introduced into the porous membrane 2 is low, an organic solvent is used. The support 3 may be dissolved and removed. The organic solvent used at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the support 3. By the above-mentioned process, the polycondensation reaction is sufficiently advanced in the sealing layer 5, so that the organic solvent is prevented from penetrating into the porous film 2 in the dissolution and removal process of the support 3. Therefore, in the method of the present invention, even when the support 3 is removed using an organic solvent, changes in the physical and chemical characteristics of the porous membrane 2 are suppressed as much as possible.

(実施例1)
テトラアルコキシシラン5.2g、ブロックコポリマー(Pluronic P123、BASF社製)0.7g、エタノール10g、0.01M塩酸水溶液2.7gを混合・攪拌し、ゾル溶液を得た。超純水洗浄を施した石英基板上にゾル溶液をディップコート法により塗布し、塗布膜を得た。その後、基板を電気炉にて400℃で4時間焼成することにより、メソポーラスシリカ薄膜を得た。
Example 1
A sol solution was obtained by mixing and stirring 5.2 g of tetraalkoxysilane, 0.7 g of a block copolymer (Pluronic P123, manufactured by BASF), 10 g of ethanol, and 2.7 g of a 0.01 M hydrochloric acid aqueous solution. A sol solution was applied by a dip coating method onto a quartz substrate that had been cleaned with ultrapure water to obtain a coating film. Then, the mesoporous silica thin film was obtained by baking a board | substrate at 400 degreeC for 4 hours with an electric furnace.

また、テトラアルコキシシラン5.2g、エタノール10g、0.01M塩酸水溶液2.7gを混合・攪拌し、封止層用ゾル溶液を得た。超純水洗浄を施したポリイミドフィルム(支持体、焼成除去温度:350℃、厚さ40μm)上に封止層用ゾル液をスピンコート法により塗布し、ゲル膜を得た。なお、スピンコート時のみ、ポリイミドフィルムはガラス板上に一時的に固定した。   Further, 5.2 g of tetraalkoxysilane, 10 g of ethanol, and 2.7 g of 0.01 M hydrochloric acid aqueous solution were mixed and stirred to obtain a sol solution for a sealing layer. A sol solution for sealing layer was applied by spin coating on a polyimide film (support, fired removal temperature: 350 ° C., thickness 40 μm) subjected to ultrapure water washing to obtain a gel film. Note that the polyimide film was temporarily fixed on the glass plate only during spin coating.

上記メソポーラスシリカ薄膜の表面をUVオゾン洗浄機により5分間洗浄処理を施した。その後、ポリイミドフィルム上に形成したゲル膜と、空泡が入り込まないように端部から慎重に密着し、石英基板/メソポーラスシリカ薄膜/ゲル膜/支持体を含む積層体を得た。   The surface of the mesoporous silica thin film was washed with a UV ozone cleaner for 5 minutes. Thereafter, the gel film formed on the polyimide film was carefully brought into close contact with the end portion so that air bubbles would not enter, and a laminate including quartz substrate / mesoporous silica thin film / gel film / support was obtained.

次に上記積層体を大気雰囲気下の電気炉中に設置し、1℃/分の昇温速度で200℃まで昇温した。200℃到達後、1時間保持し、ゲル膜を硬化して封止層を得た。その後1℃/分の昇温速度で400℃まで温度を昇温した。400℃到達後、24時間保持し、支持体を焼成除去した。以上により、表面にシリカからなる封止層を有する、メソポーラスシリカ薄膜が得られた。この表面に封止層を有するメソポーラスシリカ薄膜は、反射防止膜としての機能を有し、かつ相対湿度90%の環境下に100時間暴露した後においても、反射防止特性はほとんど変化しなかった。   Next, the laminate was placed in an electric furnace in an air atmosphere and heated to 200 ° C. at a rate of 1 ° C./min. After reaching 200 ° C., it was held for 1 hour, and the gel film was cured to obtain a sealing layer. Thereafter, the temperature was raised to 400 ° C. at a rate of 1 ° C./min. After reaching 400 ° C., the substrate was held for 24 hours, and the support was removed by baking. As described above, a mesoporous silica thin film having a sealing layer made of silica on the surface was obtained. This mesoporous silica thin film having a sealing layer on its surface has a function as an antireflection film, and its antireflection characteristics hardly changed even after exposure to an environment of 90% relative humidity for 100 hours.

(実施例2)
実施例1と同様の手法により、石英基板/メソポーラスシリカ薄膜/ゲル膜/支持体を含む積層体を得た。
(Example 2)
A laminate including quartz substrate / mesoporous silica thin film / gel film / support was obtained in the same manner as in Example 1.

次に上記積層体を大気雰囲気下の電気炉中に設置し、0.5℃/分の昇温速度で400℃まで昇温した。400℃到達後、24時間保持した。以上により、表面にシリカからなる封止層を有する、メソポーラスシリカ薄膜が得られた。本実施例においては、一度の昇温プロセス中において、ゲル膜の硬化と支持体の焼成除去が行われた結果、実施例1記載のものと同様の、表面に封止層を有するメソポーラスシリカ薄膜が得られた。   Next, the laminate was placed in an electric furnace in an air atmosphere, and the temperature was raised to 400 ° C. at a temperature raising rate of 0.5 ° C./min. After reaching 400 ° C., it was kept for 24 hours. As described above, a mesoporous silica thin film having a sealing layer made of silica on the surface was obtained. In this example, the gel film was cured and the support was baked and removed during one temperature raising process. As a result, a mesoporous silica thin film having a sealing layer on the surface similar to that described in Example 1 was obtained. was gotten.

(実施例3)
支持体としてアクリル樹脂フィルム(厚さ100μm)を用いた以外は、実施例1と同様の手法により、石英基板/メソポーラスシリカ薄膜/ゲル膜/支持体を含む積層体を得た。
(Example 3)
A laminate including quartz substrate / mesoporous silica thin film / gel film / support was obtained in the same manner as in Example 1 except that an acrylic resin film (thickness: 100 μm) was used as the support.

次に上記積層体を窒素雰囲気下の電気炉中に設置し、1℃/分の昇温速度で100℃まで昇温した。100℃到達後、20時間保持し、ゲル膜を硬化して封止層を得た。その後、上記積層体を一度大気中に取り出し、表面のアクリル樹脂フィルムをアセトンに浸漬することにより、支持体を溶解除去した。   Next, the laminate was placed in an electric furnace under a nitrogen atmosphere, and the temperature was raised to 100 ° C. at a rate of 1 ° C./min. After reaching 100 ° C., the gel film was cured for 20 hours to obtain a sealing layer. Then, the said laminated body was once taken out in air | atmosphere, and the support body was melt | dissolved and removed by immersing the surface acrylic resin film in acetone.

本実施例においては、支持体を溶解除去することにより、100℃以下の温度環境下において、実施例1記載のものと同様の、表面に封止層を有するメソポーラスシリカ薄膜が得られた。   In this example, a mesoporous silica thin film having a sealing layer on the surface similar to that described in Example 1 was obtained in a temperature environment of 100 ° C. or less by dissolving and removing the support.

(実施例4)
実施例1と同様の手法により、石英基板上にメソポーラスシリカ薄膜を得た。
また、チタンテトライソプロポキシド2.6g、1−ブタノール20g、11M塩酸水溶液1.4gを混合・攪拌し、封止層用ゾル溶液を得た。超純水洗浄を施したポリイミドフィルム(支持体、焼成除去温度:350℃、厚さ40μm)上に封止層用ゾル液をスピンコート法により塗布し、ゲル膜を得た。
Example 4
A mesoporous silica thin film was obtained on a quartz substrate by the same method as in Example 1.
Further, 2.6 g of titanium tetraisopropoxide, 20 g of 1-butanol, and 1.4 g of an 11M hydrochloric acid aqueous solution were mixed and stirred to obtain a sol solution for a sealing layer. A sol solution for sealing layer was applied by spin coating on a polyimide film (support, fired removal temperature: 350 ° C., thickness 40 μm) subjected to ultrapure water washing to obtain a gel film.

上記メソポーラスシリカ薄膜の表面をUVオゾン洗浄機により5分間洗浄処理を施した。その後、支持体上に形成したゲル膜と、空泡が入り込まないように端部から慎重に密着し、石英基板、メソポーラスシリカ薄膜、ゲル膜、支持体を含む積層体を得た。   The surface of the mesoporous silica thin film was subjected to a cleaning treatment for 5 minutes with a UV ozone cleaner. Thereafter, the gel film formed on the support was closely adhered from the end so that air bubbles would not enter, and a laminate including a quartz substrate, a mesoporous silica thin film, a gel film, and a support was obtained.

次に上記積層体を大気雰囲気下の電気炉中に設置し、1℃/分の昇温速度で200℃まで昇温した。200℃到達後、1時間保持し、ゲル膜を硬化して封止層を得た。その後1℃/分の昇温速度で400℃まで温度を昇温した。400℃到達後、24時間保持し、支持体を焼成除去した。以上により、表面にチタニアからなる封止層を有する、メソポーラスシリカ薄膜が得られた。   Next, the laminate was placed in an electric furnace in an air atmosphere and heated to 200 ° C. at a rate of 1 ° C./min. After reaching 200 ° C., it was held for 1 hour, and the gel film was cured to obtain a sealing layer. Thereafter, the temperature was raised to 400 ° C. at a rate of 1 ° C./min. After reaching 400 ° C., the substrate was held for 24 hours, and the support was removed by baking. Thus, a mesoporous silica thin film having a sealing layer made of titania on the surface was obtained.

(比較例1)
テトラアルコキシシラン5.2g、ブロックコポリマー(Pluronic P123、BASF社製)0.7g、エタノール10g、0.01M塩酸水溶液2.7gを混合・攪拌し、ゾル溶液を得た。超純水洗浄を施した石英基板上にゾル溶液をディップコート法により塗布し、塗布膜を得た。その後、基板を電気炉にて400℃で4時間焼成することにより、メソポーラスシリカ薄膜を得た。
(Comparative Example 1)
A sol solution was obtained by mixing and stirring 5.2 g of tetraalkoxysilane, 0.7 g of a block copolymer (Pluronic P123, manufactured by BASF), 10 g of ethanol, and 2.7 g of a 0.01 M hydrochloric acid aqueous solution. A sol solution was applied by a dip coating method onto a quartz substrate that had been cleaned with ultrapure water to obtain a coating film. Then, the mesoporous silica thin film was obtained by baking a board | substrate at 400 degreeC for 4 hours with an electric furnace.

この表面に封止層を有しないメソポーラスシリカ薄膜は、反射防止膜としての機能を有し、波長550nmにおける初期反射率は0.5%であった。しかし相対湿度90%の環境下に100時間暴露した後において、反射率は1.0%まで上昇していた。これは多孔質膜内部に水分子が吸着したことによる、メソポーラスシリカ膜の屈折率上昇が原因である。   The mesoporous silica thin film having no sealing layer on the surface had a function as an antireflection film, and the initial reflectance at a wavelength of 550 nm was 0.5%. However, the reflectivity increased to 1.0% after 100 hours exposure in an environment with a relative humidity of 90%. This is due to an increase in the refractive index of the mesoporous silica film due to the adsorption of water molecules inside the porous film.

本発明の多孔質膜の製造方法は、多孔質膜の物理的・化学的性質を変化させることなく、多孔質膜の表面に無機酸化物からなる封止層を形成することができるので、触媒担体膜、分離膜、調湿膜、電極、低誘電率膜、光学薄膜等の分野に利用することができる。   The method for producing a porous membrane of the present invention can form a sealing layer made of an inorganic oxide on the surface of the porous membrane without changing the physical and chemical properties of the porous membrane. It can be used in fields such as carrier membranes, separation membranes, humidity control membranes, electrodes, low dielectric constant membranes, and optical thin films.

1 基材
2 多孔質膜
3 支持体
4 ゲル膜
5 封止層
6 端部
7 積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base material 2 Porous membrane 3 Support body 4 Gel film 5 Sealing layer 6 End part 7 Laminated body

Claims (8)

基材上に多孔質膜を形成する工程と、
支持体上に無機酸化物前駆体の縮重合体を含むゲル膜を形成する工程と、
前記基材上に形成された前記多孔質膜と、前記支持体上に形成された前記ゲル膜とを密着させて積層体を得る工程と、
前記積層体を加熱することで前記ゲル膜を硬化する工程と、
硬化した前記ゲル膜上の前記支持体を除去する工程と、を有することを特徴とする多孔質膜の製造方法。
Forming a porous film on a substrate;
Forming a gel film containing a condensation polymer of an inorganic oxide precursor on a support;
A step of closely contacting the porous film formed on the substrate and the gel film formed on the support to obtain a laminate;
Curing the gel film by heating the laminate;
Removing the support on the cured gel film, and a method for producing a porous film.
前記ゲル膜を硬化する工程は、前記支持体の焼成除去温度よりも低い温度で加熱することで前記ゲル膜を硬化することを特徴とする請求項1に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous film according to claim 1, wherein the step of curing the gel film cures the gel film by heating at a temperature lower than a firing removal temperature of the support. 前記支持体を除去する工程は、前記支持体の焼成除去温度よりも高い温度で加熱することで前記支持体を除去することを特徴とする請求項1または2に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous membrane according to claim 1 or 2, wherein the step of removing the support removes the support by heating at a temperature higher than a firing removal temperature of the support. . 前記支持体を除去する工程は、前記支持体を有機溶剤による溶解によって除去することを特徴とする請求項1または2に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous membrane according to claim 1 or 2, wherein in the step of removing the support, the support is removed by dissolution with an organic solvent. 前記ゲル膜は、ゾルゲル法により前記無機酸化物前駆体の縮重合を進行させたものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous film according to any one of claims 1 to 4, wherein the gel film is obtained by advancing condensation polymerization of the inorganic oxide precursor by a sol-gel method. 前記多孔質膜が、メソポーラスシリカ膜であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous film according to any one of claims 1 to 5, wherein the porous film is a mesoporous silica film. 前記無機酸化物が、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous film according to any one of claims 1 to 6, wherein the inorganic oxide includes at least one of silica, titania, alumina, zinc oxide, indium oxide, and tin oxide. 前記支持体が有機高分子材料を含むフィルムであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の多孔質膜の製造方法。   The method for producing a porous film according to claim 1, wherein the support is a film containing an organic polymer material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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