DE602004000826T2

DE602004000826T2 - Wässrige Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines Magnesiumoxidfilms

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Publication number: DE602004000826T2
Application number: DE602004000826T
Authority: DE
Inventors: Koji Kada; Kouhei Sawada
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: CN100349818C; CA2458770C; US6911072B2; JP4470383B2; KR20040082322A; JP2004277648A; CN1530408A; KR101149769B1; EP1464630A1; CA2458770A1; US20040247505A1; DE602004000826D1; EP1464630B1

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine wässerige Beschichtungsflüssigkeit, welche zur Herstellung eines Magnesiumoxidfilms, der als dielektrischer Schutzfilm in einer Plasmaanzeigetafel (plasma display panel = PDP) oder dergleichen verwendet wird, durch das Beschichtungspyrolyseverfahren geeignet ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Magnesiumoxidfilme werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter als Schutzfilme für PDPs, isolierende Filme, Katalysatorfilme oder Oberflächenschutzfilme. Herkömmlich wurden Filme von Metalloxid wie Filme von Magnesiumoxid durch ein physikalisches Filmbildungsverfahren wie Sputtern und Vakuumverdampfung hergestellt. Wenn diese Verfahren verwendet werden, kann man einen gleichmäßigen, dichten und hochkristallinen Film erhalten. Andererseits ist eine große, komplizierte und kostspielige Apparatur erforderlich, da diese Filme unter einem Vakuum hergestellt werden. Da diese Filme außerdem durch Chargenproduktion hergestellt werden, ist die Produktionseffizienz gering und die Produktionskosten sind hoch.
Im Gegensatz zu physikalischen Verfahren kann das Beschichtungspyrolyseverfahren eingesetzt werden, durch das ein Metalloxidfilm durch ein einfaches Verfahren ohne einen teuren und komplexen Apparat hergestellt werden kann. Dieses Beschichtungspyrolyseverfahren umfasst ein Verfahren, bei dem eine Beschichtungsflüssigkeit, die eine erwünschte Metallverbindung enthält, gleichmäßig auf ein Substrat aufgebracht wird, ein Verfahren, bei dem ein Lösungsmittel im resultierenden Film durch Vorbacken vollständig entfernt wird, und ein Verfahren zur Durchführung des Backens bei einer hohen Temperatur. Um einen gleichmäßigen und transparenten Metalloxidfilm als Endprodukt zu erhalten, ist es notwendig, gute Beschichtungseigenschaften zu erzielen und die Gleichmäßigkeit und Transparenz des gebildeten Films in jedem Verfahren zu erhalten.
Die japanischen Offenlegungsschriften 9-95627 und 9-129141 offenbaren ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumoxidfilms unter Verwendung einer Beschichtungsflüssigkeit, in der ein Magnesiumcarboxylat in einem Lösungsmittel gelöst ist. Alle bei diesen Verfahren verwendeten Lösungsmittel sind organische Lösungsmittel wie Xylol oder Butylcarbitol. Wenn unter Verwendung eines solchen organischen Lösungsmittels ein Film mit einer Beschichtungsflüssigkeit gebildet wird, kann man auf einem Substrat leicht gleichmäßig beschichten, aber beim Vorbacken nach dem Beschichten des Substrats wird das organische Lösungsmittel in die Luft freigesetzt. Das kann die Umwelt schädigen.
Bildet man andererseits einen Film durch Beschichten unter Verwendung einer Lösung, in der eine Metallverbindung wie ein wasserlösliches Magnesiumcarboxylat in einem Lösungsmittel auf Wassergrundlage enthalten ist, wird kein organisches Lösungsmittel freigesetzt, so dass die nachteilige Auswirkung auf die Umwelt verringert werden kann. Allerdings wird dann, wenn ein Substrat mit einer ein Lösungsmittel auf Wasserbasis enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit beschichtet wird, die Beschichtungsflüssigkeit auf dem Substrat durch die Oberflächenspannung des Wassers abgestoßen, so dass man keinen gleichmäßigen Film erhalten kann. Das wasserlösliche Magnesiumcarboxylat wird im allgemeinen von einer kurzkettigen Carbonsäure abgeleitet, und daher ist die Kristallinität des Magnesiumcarboxylats selbst hoch. Aus diesem Grund kristallisiert das Magnesiumcarboxylat und fällt aus, wenn das Substrat mit einer solchen Beschichtungsflüssigkeit beschichtet und vorgebacken wird. Daher ist es schwierig, einen transparenten und gleichmäßigen Film auf dem Substrat zu erhalten.
Als Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einer wässerigen Beschichtungsflüssigkeit offenbart die japanische Offenlegungsschrift 2001-10816 eine Beschichtungsflüssigkeit, welche eine einen Metallkomplex enthaltende wässerige Lösung umfasst. Darin ist ein Metall wie Kupfer, Titan, Nickel oder Magnesium koordinativ an einen Liganden wie EDTA oder ein Salz davon angelagert. Ferner enthält sie ein wasserlösliches Polymer wie Polyethylenglycol, Polyvinylalkohol und Kollagen als filmbildende Substanz. Obwohl das Substrat mit einer das vorstehende Polymer enthaltenden Beschichtungsflüssigkeit gleichmäßig beschichtet werden kann, kommt es beim Vorbacken dennoch zu einer Trübung. Daher ist es schwierig, einen Film mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und Transparenz herzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die wässerige Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms umfasst: (a) ein Magnesiumcarboxylat, das von einer Carbonsäure mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen abgeleitet ist, (b) ein Tensid, (c) eine mehrwertige Alkoholverbindung und (d) ein im Wesentlichen aus Wasser hergestelltes Lösungsmittel, wobei das Magnesiumcarboxylat in einem Anteil von 5 Gew.-% oder mehr und 50 Gew.-% oder weniger enthalten ist, das Tensid in einem Anteil von 0,01 Gew.-% oder mehr und 2,5 Gew.-% oder weniger enthalten ist, und die mehrwertige Alkoholverbindung in einem Verhältnis von 0,05 Gew.-% oder mehr und 40 Gew.-% oder weniger enthalten ist, jeweils bezogen auf das Gewicht der gesamten Beschichtungsflüssigkeit. Der Gehalt des Magnesiumcarboxylats ist der gleiche wie der der mehrwertigen Alkoholverbindung oder höher, und das Gesamtgewicht des Magnesiumcarboxylats und der mehrwertigen Alkoholverbindung beträgt 80 Gew.-% oder weniger des Gewichts der gesamten Beschichtungsflüssigkeit. Das Magnesiumcarboxylat, das Tensid und die mehrwertige Alkoholverbindung werden im Lösungsmittel gelöst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die mehrwertige Alkoholverbindung ein Molekulargewicht von 1000 oder weniger.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Tensid frei von einem Metallelement und einem Halogenelement.
Somit bietet die hier beschriebene Erfindung die Vorteile, dass eine wässerige Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines Magnesiumoxidfilms zur Verfügung gestellt wird, der ein kurzkettiges Magnesiumcarboxylat in einer hohen Konzentration enthält, der gleichmäßig auf ein Substrat aufgebracht werden kann, der seine Gleichmäßigkeit und Transparenz behält, ohne dass das Magnesiumcarboxylat nach dem Vorbacken ausgefällt wird, und der einen transparenten und gleichmäßigen Magnesiumoxidfilm mit ausreichender Dicke für die praktische Anwendung bilden kann. Außerdem wird eine Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines Magnesiumoxidfilms zur Verfügung gestellt, der die vorstehend beschriebenen Eigenschaften aufweist und gut zur Herstellung eines dielektrischen Schutzfilms in einer Plasmaanzeigetafel (PDP), eines isolierenden Films, eines Katalysatorfilms, eines Oberflächenschutzfilms und dergleichen verwendet werden kann.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die wässerige Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms umfasst mindestens ein Magnesiumsalz einer Carbonsäure mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen (nachstehend als "Magnesiumcarboxylat (a)" oder "Komponente (a)" bezeichnet), ein Tensid (nachstehend als "Tensid (b)" oder "Komponente (b)" bezeichnet), eine mehrwertige Alkoholverbindung (nachstehend als "mehrwertige Alkoholverbindung (c)" oder "Komponente (c)" bezeichnet) und ein im Wesentlichen aus Wasser hergestelltes Lösungsmittel (nachstehend als "Lösungsmittel (d)" oder "Komponente (d)" bezeichnet).
(1) Magnesiumcarboxylat (a)
Die Carbonsäure, die das in der erfindungsgemäßen wässerigen Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines Magnesiumfilms enthaltene Magnesiumcarboxylat (a) bildet, hat 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Als Magnesiumcarboxylat (a) wählt man bevorzugt eine Verbindung, die in Wasser gelöst werden kann und nach dem Lösen stabil bleibt. Die Carbonsäure weist vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome auf. Wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome mehr als 6 beträgt, ist die Löslichkeit des Magnesiumcarboxylats in Wasser sehr gering. Daher ist die Konzentration des in der Beschichtungsflüssigkeit enthaltenen Metalls (d.h. des Magnesiums) so niedrig, dass die Dicke des durch Verwendung der Beschichtungsflüssigkeit gebildeten Films extrem gering ist und der Film daher nicht für praktische Anwendungen eingesetzt werden kann.
Die das in der Erfindung verwendete Magnesiumcarboxylat (a) bildende Carbonsäure enthält mindestens eine Carboxylgruppe in ihrem Molekül. Diese Carbonsäure kann einen polaren Substituenten aufweisen, der die Löslichkeit in einem Lösungsmittel verbessert, wie z.B. eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe oder eine Nitrogruppe. Beispiele der Carbonsäure umfassen Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Isobuttersäure, Valeriansäure, Isovaleriansäure, Capronsäure, 2-Ethylbuttersäure, Glycolsäure, Milchsäure, Asparaginsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Pyruvinsäure, Maleinsäure und Itaconsäure. Das Magnesiumcarboxylat (a) kann eine Verbindung mit Einheiten sein, die von einer Art Carbonsäure in einem Molekül abgeleitet sind, oder eine Verbindung mit Einheiten, die von unterschiedlichen Arten von Carbonsäuren abgeleitet sind. Außerdem kann ein Gemisch von mindestens zwei Arten von Magnesiumcarboxylaten (a) verwendet werden.
Wie nachstehend beschrieben, ist es zur Herstellung eines transparenten Films von ausreichender Dicke bevorzugt, eine Verbindung mit einer Löslichkeit von 5 Gew.-% oder mehr in Wasser als Magnesiumcarboxylat (a) zu wählen. Das Magnesiumcarboxylat (a) hat eine bevorzugte Löslichkeit in Wasser von bis zu 50 Gew.-% (einschließlich). In dieser Patentschrift bedeutet "Löslichkeit in Wasser" die Löslichkeit in Wasser bei einer Temperatur von 20°C. Wenn eine transparente und gleichmäßige Beschichtungsflüssigkeit unter Verwendung eines Magnesiumcarboxylats mit einer Löslichkeit von weniger als 5 Gew.-% in Wasser hergestellt wird, wird der Metallgehalt in der Beschichtungsflüssigkeit zu niedrig. Wenn diese Beschichtungsflüssigkeit zum Beschichten und zur Filmbildung verwendet wird, erhält man daher nur einen Film von geringer Dicke. Wenn ein solches Magnesiumcarboxylat in einer die Löslichkeit überschreitenden Konzentration zugegeben wird, ist die erhaltene Beschichtungsflüssigkeit lichtundurchlässig. Wenn diese Beschichtungsflüssigkeit zum Beschichten und zur Filmbildung verwendet wird, kann man keinen transparenten und gleichmäßigen Film erhalten.
(2) Tensid (b)
In der wässerigen Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms ist das Tensid (b) zu dem Zweck enthalten, die Oberflächenspannung einer wässerigen Beschichtungsflüssigkeit zu verringern, so dass die wässerige Beschichtungsflüssigkeit gleichmäßig aufgebracht werden kann, ohne vom Substrat abgestoßen zu werden.
Bevorzugt ist dieses Tensid frei von Metallelementen und Halogenelementen. Wenn ein eine Metallkomponente enthaltendes Tensid verwendet wird, enthält ein Magnesiumoxidfilm, der durch Beschichten eines Substrats mit der Beschichtungsflüssigkeit und dessen Trocknen und Backen hergestellt wird, eine aus dem Tensid stammende Metallkomponente. Der eine solche Metallkomponente enthaltende Metalloxidfilm hat möglicherweise die Magnesiumoxid eigenen elektrischen Eigenschaften nicht. Außerdem wird dann, wenn ein ein Halogenelement enthaltendes Tensid verwendet wird, beim Backverfahren ein Halogengas erzeugt, das den Backofen verunreinigen kann. Wenn das Tensid nicht abgebaut wird und das Halogenelement in einem Magnesiumoxidfilm vorhanden ist, können außerdem der Film gefärbt oder seine elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt sein.
Wie nachstehend beschrieben, ist es zur Herstellung eines transparenten Films von ausreichender Dicke bevorzugt, eine Verbindung mit einer Löslichkeit von mindestens 0,01 Gew.-% in Wasser als Tensid (b) zu wählen. Wenn eine transparente und gleichmäßige Beschichtungsflüssigkeit mit einem Tensid mit einer Löslichkeit von weniger als 0,01 Gew.-% in niedriger Konzentration hergestellt wird, kann die Menge des in der Beschichtungsflüssigkeit gelösten Tensids die Benetzbarkeit des Substrats nicht verbessern. Wenn daher die Beschichtungsflüssigkeit auf ein Substrat aufgebracht wird, wird die Beschichtungsflüssigkeit abgestoßen, so dass das Substrat nicht gleichmäßig beschichtet werden kann. Wenn ein solches Tensid mit einer Löslichkeit von weniger als 0,01 Gew.-% in Wasser dem Wasser in einem Verhältnis von 0,01 Gew.-% oder mehr zugesetzt wird, liegt ein Teil vor, in dem das Tensid nicht gelöst ist, so dass die resultierende Beschichtungsflüssigkeit lichtundurchlässig wird. Wenn diese Beschichtungsflüssigkeit zur Filmbildung verwendet wird, kann man daher keinen transparenten und gleichmäßigen Film erhalten.
Als das in einer wässerigen Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms enthaltene Tensid (b) kann jedes nichtionogene Tensid, anionische Tensid, kationische Tensid oder ampholytische Tensid gewählt werden.
Von diesen verwendet man bevorzugt ein nichtionogenes Tensid. Dies liegt daran, dass nichtionogene Tenside kaum von Magnesiumionen und Carbonsäureionen beeinträchtigt werden, die Bestandteile des Magnesiumcarboxylats (a) sind, ausgezeichnete Oberflächenaktivierungsleistungen zeigen und zur Zeitstabilität der Beschichtungsflüssigkeit beitragen können. Wenn man ein ionisches Tensid verwendet, kann es zu einer Salzaustauschreaktion mit der Komponente (d.h. Magnesiumion oder Carbonsäureion) des Magnesiumcarboxylats kommen, so dass die Beschichtungsflüssigkeit in der Qualität nachlässt oder die Oberflächenaktivierungsleistung der Beschichtungsflüssigkeit zurückgeht.
Beispiele für das nichtionogene Tensid, das in der Erfindung verwendet werden kann, umfassen Polyoxyalkylenalkylether, Polyoxyalkylenalkylphenylether, Poly oxyalkylenfettsäureester, Polyoxyalkylensorbitanmonofettsäureester und Polyoxyalkylenalkylamin.
Beispiele für das anionische Tensid umfassen Polyoxyalkylenalkylethersulfat, Acylmethyltaurinsalz, Alkylbenzolsulfonat und Alkylsulfosuccinat:
Beispiele für das kationische Tensid umfassen Alkylaminacetat, Alkyltrimethylammoniumacetat und Alkyldimethylbenzylammoniumacetat.
Beispiele für das ampholytische Tensid umfassen Dimethylalkylbetain, Amidobetaintenside und Imidazolintenside.
Diese Tenside können allein oder in Kombinationen von zwei oder mehreren verwendet werden.
(3) Mehrwertige Alkoholverbindung (c)
In der wässerigen Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms ist die mehrwertige Alkoholverbindung (c) enthalten, um zu verhindern, dass der Beschichtungsfilm auf dem Substrat lichtundurchlässig wird, wenn das Lösungsmittel beim Vorbackprozess nach dem Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat verdampft wird.
Ohne sich durch die folgende Theorie zu binden, kann man die Behauptung aufstellen, dass eine Ursache für die Lichtundurchlässigkeit des Beschichtungsfilms auf dem Substrat die Kristallisierung aufgrund der Verbindung der Moleküle des Magnesiumcarboxylats (a) ist. Wenn eine geeignete Menge der mehrwertigen Alkoholverbindung (c) in der Beschichtungsflüssigkeit vorhanden ist, geht man davon aus, dass eine Hydroxylgruppe eines mehrwertigen Alkoholmoleküls teilweise koordinativ an eine Metalleinheit des Magnesiumcarboxylats angelagert ist und zwischen die Magnesiumcarboxylatmoleküle eintritt. Das hemmt die Verbindung und Kristallisierung der Magnesiumcarboxylatmoleküle beim Vorbacken nach der Ausbildung eines Films. Folglich kann ein transparenter Film hergestellt werden.
Die in der Erfindung verwendete mehrwertige Alkoholverbindung (c) hat vorzugsweise ein Molekulargewicht von 1000 oder weniger, stärker bevorzugt 800 oder weniger und besonders bevorzugt 400 oder weniger. Man nimmt an, dass dann, wenn eine mehrwertige Alkoholverbindung mit einem Molekulargewicht von mehr als 1000 in der Beschichtungsflüssigkeit enthalten ist, die Dichte der Hydroxylgruppen im Molekül gering ist, so dass die mehrwertige Alkoholverbindung nicht effizient koordinativ an das Magnesiumcarboxylat angelagert werden kann. Deshalb ist es schwierig, die Kristallisierung ausreichend zu hemmen, so dass das Substrat beim Vorbacken aufgrund der Aggregation des Magnesiumcarboxylats leicht lichtundurchlässig wird. Außerdem kann sich eine mehrwertige Alkoholverbindung mit einem hohen Molekulargewicht von mehr als 1000 nicht leicht zersetzen, so dass beim Backprozess Kohlenstoffreste im Oxidmagnesiumfilm verbleiben und für eine vollständige Zersetzung eine hohe Temperatur erforderlich ist.
Bevorzugt liegt die Endtemperatur für die Gewichtsverringerung bei der thermischen Gravimetrie (TG) der mehrwertigen Alkoholverbindung im Bereich von 200 bis 500°C. Hier bezeichnet die Endtemperatur für die Gewichtsverringerung eine Temperatur zu dem Zeitpunkt, da in der TG-Kurve keine Gewichtsverringerung mehr zu beobachten ist. Wenn eine mehrwertige Alkoholverbindung mit einer Endtemperatur für die Gewichtsverringerung von weniger als 200°C verwendet wird, kann die mehrwertige Alkoholverbindung verdampft werden, ehe sich das Magnesiumcarboxylat (a) im Vorback- und Backprozess zersetzt, und das Magnesiumcarboxylat kann auf dem Substrat kristallisiert werden. Wenn eine mehrwertige Alkoholverbindung mit einer Endtemperatur für die Gewichtsverringerung von mehr als 500°C verwendet wird, würde sich die mehrwertige Alkoholverbindung außerdem im Backprozess nicht vollständig zersetzen, so dass im Film Zersetzungsreste enthalten wären.
Als in der erfindungsgemäßen Beschichtungsflüssigkeit enthaltene mehrwertige Alkoholverbindung (c) kann jede beliebige Verbindung verwendet werden, die mindestens zwei Hydroxylgruppen im Molekül aufweist und sich daher in Wasser leicht löst. Beispielsweise kann man mehrwertige Alkohole mit niedrigem Molekulargewicht verwenden, wie z.B. Diethylenglycol, Neopentylglycol, Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Diglycerin, Sorbit, Mannit, Sorbitan und Triglycerin. Von diesen Verbindungen werden folgende stärker bevorzugt: mehrwertige Alkoholverbindungen, die bei Raumtemperatur flüssig sind, wie Diethylenglycol, Glycerin, Diglycerin, Sorbit, Sorbitan und Triglycerin. Diese Verbindungen können allein verwendet werden, aber wenn ein Gemisch aus mindestens zwei Verbindungen mit unterschiedlichen Endtemperaturen für die Gewichtsverringerung verwendet wird, kann die Volumenkontraktion im Backprozess gemäßigter sein, so dass eine Rissbildung verhindert werden kann.
(4) Lösungsmittel (d)
Das in der erfindungsgemäßen Beschichtungsflüssigkeit enthaltene Lösungsmittel (d) ist im Wesentlichen aus Wasser hergestellt. Hier bedeutet "ein im Wesentlichen aus Wasser hergestelltes Lösungsmittel" Wasser oder ein Lösungsmittel auf Wasserbasis mit Eigenschaften, die denen von Wasser insgesamt gleich oder ähnlich sind. Der Wassergehalt im Lösungsmittel (d) beträgt vorzugsweise 70 Gew.-% oder mehr. Als Lösungsmittel (d) können Wasser und ein wässeriges Lösungsmittel verwendet werden, das ein wasserlösliches Alkohollösungsmittel in einem Mengenbereich enthält, in dem die Wirkung der Erfindung nicht gehemmt wird. Als Lösungsmittel (d) wird Wasser am meisten bevorzugt. Alternativ ist ein wässeriges Lösungsmittel, das ein wasserlösliches Alkohollösungsmittel in einem Verhältnis von 30 Gew.-% oder weniger enthält, akzeptabel. Der Gehalt des Alkohollösungsmittels beträgt vorzugsweise 20 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger. Wenn ein anderes Lösungsmittel als Wasser in einem Verhältnis von mehr als 30 Gew.-% enthalten ist, kann die Wirkung der Verbesserung der Benetzbarkeit des Tensids nicht ausreichend erzielt werden. Daher wird die Beschichtungsflüssigkeit beim Beschichtungsverfahren vom Sub strat abgestoßen oder die Beschichtungsflüssigkeit kann nicht gleichmäßig auf dem Substrat aufgebracht werden. Beispiele für den wasserlöslichen Alkohol umfassen Methanol, Ethanol, 1-Propanol und 2-Propanol.
(5) Wässerige Beschichtungsflüssigkeit
Die erfindungsgemäße wässerige Beschichtungsflüssigkeit enthält das Magnesiumcarboxylat (a), das Tensid (b), die mehrwertige Alkoholverbindung (c) und das Lösungsmittel (d) wie vorstehend beschrieben. Diese Komponenten liegen im gelösten Zustand in der Beschichtungsflüssigkeit vor.
Das Magnesiumcarboxylat (a) ist in der Beschichtungsflüssigkeit im Bereich von 5 bis 50 Gew.-% enthalten. Wenn der Gehalt der Komponente (a) weniger als 5 Gew.-% beträgt, ist der Metallgehalt (Magnesiumgehalt) in der Beschichtungsflüssigkeit niedrig. Wenn diese Beschichtungsflüssigkeit zum Beschichten und zur Filmbildung verwendet wird, ist der gebildete Film dünn. Die Dicke eines solchen Films reicht für praktische Anwendungen nicht aus. Wenn der Gehalt der Komponente (a) mehr als 50 Gew.-% beträgt, wird das Magnesiumcarboxylat nicht vollständig in der Beschichtungsflüssigkeit gelöst, und die Beschichtungsflüssigkeit wird lichtundurchlässig. Wenn diese Beschichtungsflüssigkeit zum Beschichten und zur Filmbildung verwendet wird, kann man keinen transparenten Film erhalten.
Das Tensid (b) ist in einem Mengenbereich von 0,01 bis 2,5 Gew.-% in der Beschichtungsflüssigkeit enthalten. Wenn der Gehalt der Komponente (b) weniger als 0,01 Gew.-% beträgt, kann die Oberflächenspannung der Beschichtungsflüssigkeit nicht ausreichend verringert werden, so dass die Beschichtungsflüssigkeit vom Substrat abgestoßen wird und man keinen gleichmäßigen Beschichtungsfilm erhalten kann. Wenn der Gehalt der Komponente (b) mehr als 2,5 Gew.-% ausmacht, kann die Beschichtungsleistung auf dem Substrat verbessert werden, aber überschüssiges Tensid sammelt sich auf dem Substrat und wird beim Vorbacken nach dem Beschichten lichtundurchlässig. Wenn in diesem Zustand gebacken wird, bleibt die Lichtundurchlässigkeit erhalten, so dass man keinen transparenten gleichmäßigen Film erhalten kann.
Die mehrwertige Alkoholverbindung (c) ist in einem Mengenbereich von 0,05 bis 40 Gew.-% in der Beschichtungsflüssigkeit enthalten. Wenn der Gehalt der Komponente (c) weniger als 0,05 Gew.-% beträgt, wird der Beschichtungsfilm auf dem Substrat leicht lichtundurchlässig, wenn das Lösungsmittel beim Vorbackprozess nach dem Beschichten verdampft wird. Außerdem kommt es leicht zur Lichtundurchlässigkeit, wenn der Gehalt der Komponente (c) mehr als 40 Gew.-% beträgt. Das kann darauf zurückzuführen sein, dass es beim Vorbackprozess zu einer Verbindung der Komponente (c) kommt. Wenn der Gehalt daher außerhalb des vorstehenden Bereichs liegt, kann man in beiden Fällen durch Backen keinen transparenten und gleichmäßigen Film erhalten.
Die Komponente (a) ist in einer Menge enthalten, die der der Komponente (c) gleich oder größer ist. Wenn der Gehalt der Komponente (a) geringer ist als der Gehalt der Komponente (c), wird das Substrat lichtundurchlässig. Wenn in einem solchen Zustand gebacken wird, kann man keinen transparenten und gleichmäßigen Film erhalten. Außerdem muss das Gesamtgewicht der Komponenten (a) und (c) 80 Gew.-% oder weniger des Gewichts der gesamten Beschichtungsflüssigkeit betragen. Wenn der Gehalt mehr als 80 Gew.-% beträgt, wird der Lösungsmittelgehalt in der Beschichtungsflüssigkeit entsprechend geringer. Das macht es schwierig, das Magnesiumcarboxylat vollständig zu lösen. Wenn eine solche Beschichtungsflüssigkeit zur Beschichtung und Filmbildung verwendet wird, kann man keinen transparenten und gleichmäßigen Film erhalten.
Durch gleichmäßiges Mischen der Komponenten (a), (b), (c) und (d) sowie bei Bedarf weiterer Komponenten kann man eine wässerige Beschichtungsflüssigkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms erhalten. Diese Beschichtungsflüssigkeit wird auf ein Substrat aufgebracht auf dem ein Magnesiumoxidfilm ausgebildet werden soll. Als Substrat kann man eines wählen, das in der Technik üblicherweise verwendet wird, z.B. ein Glassubstrat, ein Substrat aus einem Harz wie Polycarbonat, einem Epoxidharz oder dergleichen, einen Film aus einem beliebigen dieser Harze oder dergleichen. Wie nachstehend beschrieben, wird ein Glassubstrat bevorzugt, wenn ein Metalloxidfilm durch Backen bei hoher Temperatur, z.B. bei 200°C oder mehr, hergestellt wird. Wenn ein Metalloxidfilm durch Bestrahlung mit UV-Licht erzeugt wird, sind Harzsubstrate oder Harzfilme vorzuziehen.
Was das Verfahren zum Aufbringen der Beschichtungsflüssigkeit auf ein Substrat angeht, bestehen keinerlei Einschränkungen. Beispielsweise kann das Aufbringen mittels Pinselauftrag, Eintauchen, Schleuderbeschichtung, Sprühen, Siebdrucken, Walzenbeschichtung oder Musterbildung durch ein Tintenstrahlverfahren erfolgen. Ein durch ein beliebiges dieser Beschichtungsverfahren erhaltener Film wird getrocknet; dann kann man durch ein in der Technik übliches Verfahren einen Magnesiumoxidfilm erhalten. Beispielsweise kann man ein Verfahren, bei dem bei einer Temperatur von 200°C oder mehr gebacken wird oder ein Verfahren, bei dem ein Beschichtungsfilm auf einem Substrat mit UV-Licht bestrahlt wird, um ihn in einen Metalloxidfilm umzuwandeln, verwenden. Außerdem können diese Verfahren auch kombiniert werden.
Wenn man einen Backprozess durchführt, um die organischen Komponenten vollständig zu zersetzen, sollte dies bevorzugt bei einer Temperatur von 200°C oder mehr, stärker bevorzugt 350°C oder mehr und noch stärker bevorzugt bei 450°C oder mehr erfolgen.
Wenn die erfindungsgemäße Beschichtungsflüssigkeit verwendet wird, kann man ein Substrat einfach und gleichmäßig beschichten und ein transparenter und gleichmäßiger Magnesiumoxidfilm ausgebildet werden.
Die Erfindung stellt eine Beschichtungsflüssigkeit zur Verfügung, die gleichmäßig auf einem Substrat aufgebracht werden kann und einen transparenten und gleichmäßigen Magnesiumoxidfilm mit einer für praktische Anwendungen ausreichenden Dicke bilden kann. Da die Beschichtungsflüssigkeit auf einem Wasser als Hauptkomponente enthaltenden Lösungsmittel basiert, verschmutzt sie die Umwelt nicht und ist ungefährlich für den menschlichen Körper. Die wässerige Beschichtungsflüssigkeit zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Magnesiumoxidfilms kann in vielen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen, z.B. bei der Herstellung dielektrischer Schutzfilme in Plasmaanzeigetafeln (PDPs), isolierenden Filmen, Katalysatorfilmen oder Oberflächenschutzfilmen.
Beispiele
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Magnesiumoxidfilms unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässerigen Beschichtungsflüssigkeit anhand von Beispielen detailliert beschrieben. In diesen Beispielen bedeuten "Teile" Gewichtsteile.
Verfahren zur Bewertung einer Beschichtungsflüssigkeit, eines Beschichtungsfilms und eines gebackenen Films:
(I) Bewertung des Aussehens der Beschichtungsflüssigkeit
Das Aussehen der Beschichtungsflüssigkeit wird üblicherweise durch Augenschein bewertet. In den folgenden Tabellen sind die Bewertungsergebnisse nach folgenden Kriterien aufgeführt:

o: transparent
x: Lichtundurchlässigkeit oder Vorhandensein von Feststoffen beobachtet

(II) Bewertung der Beschichtungsleistung
Die Beschichtungsflüssigkeit wird durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht und der Zustand nach dem Beschichten durch Augenschein beurteilt. In den folgenden Tabellen sind die Ergebnisse der Bewertung nach folgenden Kriterien aufgeführt:

o: gleichmäßiger Auftrag
x: vom Substrat abgestoßen und nicht gleichmäßig aufgebracht

(III) Bewertung des Zustands des Films nach dem Vorbacken
Der Zustand des Films nach dem Vorbacken wird durch Augenschein bewertet. In den folgenden Tabellen sind die Ergebnisse der Bewertung nach folgenden Kriterien aufgeführt:

o: gleichmäßig und transparent
x: lichtundurchlässig oder rissig

(IV) Bewertung des Zustands des Films nach dem Backen
Der Zustand des Magnesiumoxidfilms nach dem Backen wird durch Augenschein bewertet. In den folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Bewertung nach folgenden Kriterien aufgeführt.

o: gleichmäßig und transparent, keine Risse
x: lichtundurchlässig oder rissig

(V) Dicke des durch das Backen erhaltenen Magnesiumoxidfilms
Die Dicke wird mit einem Oberflächenprofilmessschreiber DEKTAC 3ST, hergestellt von ULVAC, Inc. gemessen.
Beispiel 1
Die in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten (ein Magnesiumcarboxylat, ein Tensid, eine mehrwertige Alkoholverbindung und Wasser) wurden bei Raumtemperatur in den in Tabelle 1 aufgeführten Mengen vermischt, um eine Beschichtungsflüssigkeit herzustellen. Diese Beschichtungsflüssigkeit wurde mit einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung auf ein Glassubstrat aufgebracht. Das Substrat wurde 15 Minuten auf einer heißen Platte, die zuvor auf 80°C erhitzt worden war, vorgebacken. Dann wurde das Glassubstrat in einen Backofen gelegt und mit einer Temperaturerhöhung von 5°C/min. in einer Luftatmosphäre auf 450°C erhitzt. Auf diese Weise erhielt man ein Substrat mit einem Magnesiumoxidfilm an der Oberfläche.
Während des Verfahrens wurden das Aussehen der Beschichtungsflüssigkeit, die Beschichtungsleistung (das Aussehen des Beschichtungsfilms), der Zustand des Films nach dem Vorbacken und der Zustand des Films nach dem Backen bei 450°C gemäß den vorstehend beschriebenen Bewertungsverfahren geprüft, und die Dicke des Magnesiumoxidfilms nach dem Backen durch die vorstehend genannte Methode gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
Beispiele 2 bis 20
Unter Verwendung der in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten wurden Beschichtungsflüssigkeiten auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Mit diesen Beschichtungsflüssigkeiten stellte man Substrate mit Magnesiumoxidfilmen her und bewertete sie. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
Vergleichsbeispiele 1 bis 15
Unter Verwendung der in Tabelle 3 aufgeführten Komponenten wurden Beschichtungsflüssigkeiten auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Mit diesen Beschichtungsflüssigkeiten stellte man Substrate mit Magnesiumoxidfilmen her und bewertete sie. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse.
Tabelle 2
Tabelle 4
Folgendes geht aus den Tabellen 1 und 2 hervor. Jede der Beschichtungsflüssigkeiten in den Beispielen 1 bis 20 enthält das von einer Carbonsäure mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen abgeleitete Magnesiumcarboxylat (a), das Tensid (b) und die mehrwertige Alkoholverbindung (c). Die Mengen dieser Komponenten sind wie folgt: der Gehalt der Komponente (a) beträgt 5 Gew.-% oder mehr und 50 Gew.-% oder weniger, der Gehalt der Komponente (b) beträgt 0,01 Gew.-% oder mehr und 2,5 Gew.-% oder weniger; der Gehalt der Komponente (c) beträgt 0,05 Gew.-% oder mehr und 40 Gew.-% oder weniger; und der Gehalt der Komponente (a) ist größer als der der Komponente (c). Außerdem beträgt die Summe der Mengen der Komponenten (a) und (c) 80 Gew.-% oder weniger des Gewichts der gesamten Beschichtungsflüssigkeit.
Diese Beschichtungsflüssigkeiten sind transparent und gleichmäßig, und wenn Substrate damit beschichtet werden, sind die Beschichtungsfilme gleichmäßig und transparent beim Prozess des Vorbackens und nach dem Backen bei 450°C. Auf diese Weise können Magnesiumoxidfilme ohne Risse hergestellt werden.
Andererseits geht aus den Tabellen 3 und 4 folgendes hervor. Jede der Beschichtungsflüssigkeiten der Vergleichsbeispiele 1 und 2 enthält die Komponente (c) in einer Menge, die größer ist als die Menge der Komponente (a), und jede der Beschichtungsflüssigkeiten der Vergleichsbeispiele 7 und 8 enthält die Komponente (b) in einem Verhältnis von mehr als 2,5 Gew.-%. Wenn diese Beschichtungsflüssigkeiten verwendet werden, werden die gebildeten Magnesiumoxidfilme lichtundurchlässig.
Jeder der Beschichtungsflüssigkeiten der Vergleichsbeispiele 3 und 4 enthält die Komponente (a) in einem Verhältnis von mehr als 50 Gew.-%. In Vergleichsbeispiel 11 liegt die Gesamtmenge der Komponenten (a) und (c) über 80 Gew.-%. In Vergleichsbeispiel 15 ist die Komponente (a) kein Magnesiumsalz einer Carbonsäure mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. In diesen Beschichtungsflüssigkeiten ist das Magnesiumcarboxylat nicht vollständig im Lösungsmittel gelöst und liegt in Form eines Feststoffs vor, so dass die Beschichtungsflüssigkeit lichtundurchlässig ist. Tabelle 4 zeigt, dass bei Verwendung einer solchen Beschichtungsflüssigkeit zum Beschichten und zur Filmbildung kein gleichmäßiger und transparenter Film erhalten werden kann.
Jede der Beschichtungsflüssigkeiten der Vergleichsbeispiele 5 und 6 enthält die Komponente (b) in einem Verhältnis von weniger als 0,01 Gew.-%. In Vergleichsbeispiel 12 macht die Komponente (b) weniger als 0,01 Gew.-% aus, und das Molekulargewicht der Komponente (c) übersteigt 1000. Diese Beschichtungsflüssigkeiten wurden vom Substrat abgestoßen und konnten nicht gleichmäßig aufgebracht werden.
Jede der Beschichtungsflüssigkeiten der Vergleichsbeispiele 9 und 10 enthält die Komponente (c) in einem Verhältnis von weniger als 0,05 Gew.-%. In Vergleichsbeispiel 13 ist die Menge der Komponente (c) geringer als 0,05 Gew.-%, und das Molekulargewicht der Komponente (c) übersteigt 1000. In Vergleichsbeispiel 14 ist die Komponente (c) kein mehrwertiger Alkohol. In diesen Beschichtungsflüssigkeiten wird das Magnesiumcarboxylat auf dem Substrat kristallisiert, was zur Lichtundurchlässigkeit führt.
Somit kann in beiden Vergleichsbeispielen durch Backen kein transparenter und gleichmäßiger Magnesiumoxidfilm hergestellt werden.
Die Erfindung kann auch in anderen Ausführungsformen dargestellt werden, ohne dass man dadurch von ihren wesentlichen Eigenschaften abweichen würde. Die in dieser Anmeldung offenbarten Ausführungsformen sollten in jeder Hinsicht als beispielhaft und nicht einschränkend betrachtet werden. Der Rahmen der Erfindung wird durch die Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung festgelegt, und alle Änderungen, die unter die Ansprüche fallen, sind hiermit eingeschlossen.

Claims

Wässrige Beschichtungsflüssigkeit zur Bildung eines Magnesiumoxidfilms, umfassend: (a) 5–50 Gew.-% Magnesiumcarboxylat, abgeleitet von einer Carbonsäure mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen; (b) 0,01–2,5 Gew.-% oberflächenaktives Mittel, (c) 0,05–40 Gew.-% einer mehrwertigen alkoholischen Verbindung; und (d) ein Wasser umfassendes Lösungsmittel; worin das Gewicht der wässrigen Beschichtung 100 Gew.-% ist, worin ein Gehalt an Magnesiumcarboxylat größer oder gleich demjenigen der mehrwertigen alkoholischen Verbindung ist und worin ein Gesamtgewicht des Magnesiumcarboxylats und der mehrwertigen alkoholischen Verbindung 80 Gew.-% oder weniger des Gewichtes der gesamten Beschichtungsflüssigkeit beträgt, und worin das Magnesiumcarboxylat, das oberflächenaktive Mittel und die mehrwertige alkoholische Verbindung im Lösungsmittel gelöst sind.
Wässrige Beschichtungsflüssigkeit zur Bildung eines Magnesiumoxidfilms nach Anspruch 1, worin die mehrwertige alkoholische Verbindung ein Molekulargewicht von 1000 oder darunter aufweist.
Wässrige Beschichtungslösung zum Bilden eines Magnesiumoxidfilms nach Anspruch 1, worin das oberflächenaktive Mittel frei von einem metallischen Element und einem Halogenelement ist.