JP2003192329A - Production method for silica-based thin film and organic- inorganic composite functionally gradient material - Google Patents

Production method for silica-based thin film and organic- inorganic composite functionally gradient material

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JP2003192329A
JP2003192329A JP2001385418A JP2001385418A JP2003192329A JP 2003192329 A JP2003192329 A JP 2003192329A JP 2001385418 A JP2001385418 A JP 2001385418A JP 2001385418 A JP2001385418 A JP 2001385418A JP 2003192329 A JP2003192329 A JP 2003192329A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a dense silica-based thin film by the low temperature thermal treatment of a sol obtained by hydrolyzing and condensing a tetraalkoxysilane, and also provide an organic-inorganic composite functionally gradient material comprising a metal oxide thin film with a dense surface obtained by using the above sol. <P>SOLUTION: This method for producing the dense silica-based thin film comprises forming, on a substrate, the film of a sol obtained by hydrolyzing and condensing a tetraalkoxysilane while controlling the condensation degree by an IR measurement, or controlling the hydrolysis degree and the condensation degree by a<SP>29</SP>Si-NM R measurement. The organic-inorganic composite functionally gradient material is produced by hydrolyzing an organic macromolecular compound having a hydrolysable metal-containing group in the presence of the above controlled silica-based sol and forming the objective material using the obtained coating liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリカ系薄膜の製
造方法および有機−無機複合傾斜材料に関する。さらに
詳しくは、本発明は、ゾル−ゲル法により、緻密なシリ
カ系薄膜を効率よく製造する方法、および実質上表面が
緻密な金属酸化物系薄膜からなり、かつ金属成分の含有
率が材料の表面から厚み方向に連続的に変化する成分傾
斜構造を有する有機−無機複合傾斜材料に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a silica-based thin film and an organic-inorganic composite gradient material. More specifically, the present invention relates to a method for efficiently producing a dense silica-based thin film by a sol-gel method, and a metal oxide-based thin film having a substantially substantially dense surface, and having a metal component content of a material. The present invention relates to an organic-inorganic composite gradient material having a component gradient structure that continuously changes from the surface to the thickness direction.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリカ系被膜は、耐熱性、耐摩耗
性、耐食性などに優れていることから、例えば半導体素
子における半導体基板と金属配線層との間または金属配
線層間の絶縁膜、半導体基板上に設けられた金属配線層
などにより生じた凹凸を平坦化するための被膜、液晶表
示セルにおけるガラス基板とITO(インジウムチンオ
キシド)膜との間、透明電極と配向膜との間などに設け
られる絶縁膜などとして広く用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, silica-based coatings are excellent in heat resistance, abrasion resistance, corrosion resistance, etc., and therefore, for example, an insulating film between a semiconductor substrate and a metal wiring layer in a semiconductor element or between metal wiring layers, a semiconductor A film for flattening irregularities caused by a metal wiring layer provided on a substrate, a film between a glass substrate and an ITO (indium tin oxide) film in a liquid crystal display cell, a film between a transparent electrode and an alignment film, etc. Widely used as an insulating film to be provided.

【0003】このようなシリカ系被膜を形成させる方法
としては、各種の方法が知られているが、一般に純度の
よいシリカ膜を作製できるゾル−ゲル法が多用されてい
る。このゾル−ゲル法は、アルコールを主体とする有機
溶媒中にアルコキシシランを溶解し、加水分解、縮合さ
せて塗布液を調製したのち、これを塗布し、熱処理して
シリカ膜を形成する方法である。このようなゾル−ゲル
法においては、ち密なガラス質のシリカ膜を得るために
は、少なくとも600℃以上の熱処理が必要となる。
Various methods are known as methods for forming such a silica-based coating film, but in general, the sol-gel method which can produce a silica film of high purity is widely used. This sol-gel method is a method in which an alkoxysilane is dissolved in an organic solvent mainly containing alcohol, and a coating solution is prepared by hydrolysis and condensation, which is then coated and heat-treated to form a silica film. is there. In such a sol-gel method, heat treatment of at least 600 ° C. or higher is required to obtain a dense glassy silica film.

【0004】一方、表面硬度が良好で、優れた耐擦傷性
や耐摩耗性を有するハードコートフィルムは、例えば、
車両、建物などの窓ガラスや窓用プラスチックボードな
どの表面貼付用として、あるいはCRTディスプレイや
フラットパネルディスプレイなどの保護用などとして広
く用いられている。
On the other hand, a hard coat film having good surface hardness and excellent scratch resistance and abrasion resistance is, for example,
It is widely used as a surface sticker for window glass and window plastic boards for vehicles and buildings, and for protecting CRT displays and flat panel displays.

【0005】また、プラスチックレンズは、ガラスレン
ズに比べて、軽量でかつ安全性、加工性、ファッション
性などに優れていることから、近年急速に普及してきて
いる。しかしながら、このプラスチックレンズは、ガラ
スレンズに比べて傷が付きやすいという欠点を有してお
り、したがって、その表面をハードコート層で被覆する
ことが行われている。
In addition, since plastic lenses are lighter in weight and superior in safety, workability, fashionability, etc., as compared with glass lenses, they have been rapidly spread in recent years. However, this plastic lens has a drawback in that it is more likely to be scratched than a glass lens, and therefore its surface is covered with a hard coat layer.

【0006】このようなハードコートフィルムやプラス
チックレンズに設けられるハードコート層の材料として
は、一般に、ゾル−ゲル法によるシリカ系コーティング
剤が用いられる。しかしながら、この場合、有機基材に
適用されるため、コーティング膜の高温熱処理が不可能
であって、通常200℃以下の温度で熱処理が行われ
る。その結果、ち密で強固なシリカ膜が形成されにくい
上、原料であるアルコキシシランのアルコキシル基が膜
中に残存していることが多く、経時的にその脱離反応が
進行して、クラック発生の原因となることが多い。
As a material for the hard coat layer provided on such a hard coat film or a plastic lens, a silica coating agent by a sol-gel method is generally used. However, in this case, since the coating film is applied to the organic substrate, the high temperature heat treatment of the coating film is impossible, and the heat treatment is usually performed at a temperature of 200 ° C. or lower. As a result, it is difficult to form a dense and strong silica film, and the alkoxyl groups of the raw material alkoxysilane are often left in the film, and the elimination reaction progresses over time, causing cracking. Often causes.

【0007】低温焼成により、シリカ膜を形成させる技
術としては、例えば低級アルキルシリケートをメタノー
ルやエタノール中で加水分解して調製したアルコール性
シリカゾルをコーティングして、室温〜100℃の低温
で加熱処理することにより、強固な膜を形成し得ること
が開示されている(特開平6−52796号公報)。し
かしながら、この公報に記載されている実施例において
は、アルキルシリケートの濃度が低く、かつ反応時間も
5時間と短いため、ゾルの成長が不十分であって、成膜
後の膜収縮も大きいことが考えられ、成膜時に斑が発生
するおそれがある。
As a technique for forming a silica film by low temperature firing, for example, an alcoholic silica sol prepared by hydrolyzing a lower alkyl silicate in methanol or ethanol is coated and heat treated at a low temperature of room temperature to 100 ° C. By doing so, it is disclosed that a strong film can be formed (JP-A-6-52796). However, in the examples described in this publication, the concentration of the alkyl silicate is low and the reaction time is as short as 5 hours, so that the growth of the sol is insufficient and the film shrinkage after film formation is large. Therefore, there is a possibility that unevenness may occur during film formation.

【0008】このような事情のもとで、本発明者らは、
ゾル−ゲル法により調製され、かつ200℃以下の低温
熱処理で、クラックの発生がほとんどない上、乾燥・熱
処理時の膜厚収縮率が小さい緻密なシリカ系薄膜を製造
する方法について研究を重ね、先に、テトラアルコキシ
シランの加水分解、縮合物であって、重量平均分子量が
85,000〜500,000のシリカゾルを成膜する
ことにより、前記の好ましい性質を有するシリカ系薄膜
が得られることを見出した(特願2000−27851
9号)。
Under these circumstances, the present inventors have
Repeated research on a method for producing a dense silica-based thin film prepared by the sol-gel method and having a low temperature heat treatment of 200 ° C. or less, which hardly causes cracks and has a small film thickness shrinkage ratio during drying and heat treatment, First, by forming a film of a silica sol having a weight average molecular weight of 85,000 to 500,000, which is a hydrolysis or condensation product of tetraalkoxysilane, it is possible to obtain a silica-based thin film having the above-mentioned preferable properties. Found (Japanese Patent Application No. 2000-27851)
No. 9).

【0009】この場合、シリカゾルの重量平均分子量は
85,000以上であることが必要で、85,000未
満のゾルでは、低温熱処理で膜厚収縮率が小さい緻密な
シリカ系薄膜が得られにくく、重量平均分子量が85,
000未満のシリカゾルを用い、低温熱処理により、前
記性質を有するシリカ系薄膜を成膜することができれ
ば、操作性などの点でさらに有利となる。
In this case, the weight average molecular weight of the silica sol needs to be 85,000 or more. With a sol of less than 85,000, it is difficult to obtain a dense silica-based thin film having a small film thickness shrinkage rate by low temperature heat treatment, Weight average molecular weight of 85,
If a silica-based thin film having the above-mentioned properties can be formed by low-temperature heat treatment using a silica sol of less than 000, it will be more advantageous in terms of operability and the like.

【0010】他方、本発明者らは、先に、新規な機能性
材料として種々の用途、例えば塗膜や、有機材料と無機
または金属材料との接着剤、有機基材と光触媒塗膜との
間に設けられ、有機基材の劣化を防止する中間膜や、有
機材料と無機系または金属系材料層との密着性を向上さ
せる中間膜などの用途に有用な、厚み方向に組成が連続
的に変化する有機−無機複合傾斜材料を見出した(特願
平11−264592号)。
On the other hand, the present inventors have previously proposed various applications as novel functional materials such as coating films, adhesives between organic materials and inorganic or metallic materials, organic substrates and photocatalytic coating films. A continuous composition that is useful in applications such as an intermediate film that is provided between layers to prevent deterioration of the organic base material and an intermediate film that improves the adhesion between the organic material and the inorganic or metal-based material layer. We have found an organic-inorganic composite gradient material that changes to (Japanese Patent Application No. 11-264592).

【0011】この有機−無機複合傾斜材料は、有機高分
子化合物と金属系化合物との化学結合物を含有する有機
−無機複合材料であって、材料表面は実質上金属系化合
物薄膜からなり、かつ該金属系化合物の含有率が材料の
厚み方向に連続的に変化する成分傾斜構造を有し、上記
各種用途に有用な新規な材料である。このような有機−
無機複合傾斜材料からなる薄膜を基材上に設ける場合、
低温加熱処理が要求され、しかも該薄膜表面の金属系化
合物膜は、できるだけ緻密なものが好ましい。
This organic-inorganic composite gradient material is an organic-inorganic composite material containing a chemical combination of an organic polymer compound and a metal-based compound, and the material surface is substantially composed of a metal-based compound thin film, and It is a novel material which has a component gradient structure in which the content of the metal-based compound continuously changes in the thickness direction of the material, and is useful for the above various uses. Such an organic-
When a thin film made of an inorganic composite gradient material is provided on a substrate,
A low temperature heat treatment is required, and the metal compound film on the surface of the thin film is preferably as dense as possible.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況下で、ゾル−ゲル法により、緻密なシリカ系薄膜
を、低温熱処理により効率よく製造する方法、および実
質上表面が緻密な金属酸化物系薄膜からなり、かつ金属
成分の含有率が材料の表面から厚み方向に連続的に変化
する成分傾斜構造を有する有機−無機複合傾斜材料を提
供することを目的とするものである。
Under the circumstances, the present invention provides a method for efficiently producing a dense silica thin film by a low temperature heat treatment by a sol-gel method, and a metal having a substantially dense surface. An object of the present invention is to provide an organic-inorganic composite gradient material which is composed of an oxide thin film and has a gradient component structure in which the content of metal components continuously changes from the surface of the material in the thickness direction.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、テトラアルコ
キシシランの加水分解、縮合により得られたシリカ系ゾ
ルの加水分解度や縮合度を、特定の分析方法を用いて制
御することにより、重量平均分子量が85,000未満
のゾルでも、低温加熱処理で、膜厚収縮率が小さく、か
つクラックの発生が抑制された緻密なシリカ系薄膜を与
えることができることを見出した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that the degree of hydrolysis and condensation of silica sol obtained by hydrolysis and condensation of tetraalkoxysilane. By controlling the degree by using a specific analysis method, even in the case of a sol having a weight average molecular weight of less than 85,000, a dense silica having a small film thickness shrinkage rate and suppressed crack generation by low temperature heat treatment. It was found that a system thin film can be provided.

【0014】また、分子中に加水分解により金属酸化物
と結合し得る金属含有基を有する有機高分子化合物を、
前記シリカ系ゾルの存在下に加水分解処理して得られた
塗工液を用いることにより、所望の有機−無機複合傾斜
材料が得られることを見出した。
In addition, an organic polymer compound having a metal-containing group capable of binding to a metal oxide by hydrolysis in the molecule,
It has been found that a desired organic-inorganic composite gradient material can be obtained by using a coating liquid obtained by hydrolyzing in the presence of the silica sol.

【0015】本発明は、かかる知見に基づいて完成した
ものである。すなわち、本発明は、 (1)一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシランを加水分解、縮合させて得
られたゾルを、基材上に成膜してシリカ系薄膜を製造す
る方法において、前記ゾルを、その赤外線吸収スペクト
ル測定における波数966cm-1(SiOH)と波数1
082cm -1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/S
iO2)が0.3以上にあるように制御することによ
り、赤外線吸収スペクトル測定における波数1130c
-1(SiOx)と波数1068cm-1(SiO2)の
吸収強度比(SiOx/SiO2)および波数946c
-1(SiOH)と波数1068cm-1(SiO2)の
吸収強度比(SiOH/SiO2)が、それぞれ0.3
5以下および0.14以下であり、かつX線全反射測定
による密度が1.88以上であるシリカ系薄膜を成膜す
ることを特徴とするシリカ系薄膜の製造方法、
The present invention has been completed based on these findings.
It is a thing. That is, the present invention is (1) General formula (I) Si (OR)Four                … (I) (In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
The ORs may be the same or different. )
Obtained by hydrolyzing and condensing tetraalkoxysilane
The silica-based thin film is manufactured by forming a film of the sol on the substrate.
In the method of
Wave number 966 cm-1(SiOH) and wave number 1
082 cm -1(SiO2) Absorption intensity ratio (SiOH / S
iO2) Is controlled to be 0.3 or more.
, The wave number in infrared absorption spectrum measurement 1130c
m-1(SiOx) and wave number 1068 cm-1(SiO2)of
Absorption intensity ratio (SiOx / SiO2) And wave number 946c
m-1(SiOH) and wave number 1068 cm-1(SiO2)of
Absorption intensity ratio (SiOH / SiO2) Is 0.3
5 or less and 0.14 or less, and X-ray total reflection measurement
To form a silica-based thin film with a density of 1.88 or more
A method for producing a silica-based thin film,

【0016】(2)前記一般式(I)で表されるテトラ
アルコキシシランを加水分解、縮合させて得られたゾル
を、基材上に成膜してシリカ系薄膜を製造する方法にお
いて、前記ゾルを、テトラアルコキシシランの加水分解
度が反応開始後10分で95%以上であり、かつ29Si
−核磁気共鳴分光測定におけるQ1/(Q1+Q2+Q3
比(ここで、Q1はSiOSi結合を1つ有するSi原
子のピーク面積、Q2はSiOSi結合を2つ有するS
i原子のピーク面積、Q3はSiOSi結合を3つ有す
るSi原子のピーク面積である。)が0.1以下である
ように制御することにより、X線全反射測定による密度
が1.88以上であるシリカ系薄膜を成膜することを特
徴とするシリカ系薄膜の製造方法、
(2) A method for producing a silica thin film by forming a sol obtained by hydrolyzing and condensing a tetraalkoxysilane represented by the general formula (I) on a substrate to produce a silica-based thin film. The sol had a degree of hydrolysis of tetraalkoxysilane of 95% or more within 10 minutes after the start of the reaction, and was 29 Si.
-Q 1 / (Q 1 + Q 2 + Q 3 ) in nuclear magnetic resonance spectroscopy
Ratio (where Q 1 is the peak area of Si atom having one SiOSi bond, Q 2 is S having two SiOSi bonds)
The peak area of i atom, Q 3 is the peak area of Si atom having three SiOSi bonds. ) Is controlled to be 0.1 or less, thereby forming a silica-based thin film having a density of 1.88 or more by X-ray total reflection measurement.

【0017】(3)前記一般式(I)で表されるテトラ
アルコキシシランを加水分解、縮合させて得られたゾル
を、基材上に成膜してシリカ系薄膜を製造する方法にお
いて、前記ゾルを、その赤外線吸収スペクトル測定にお
ける波数966cm-1(SiOH)と波数1082cm
-1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/SiO2)が
0.3以上であって、テトラアルコキシシランの加水分
解度が反応開始後10分で95%以上であり、かつ29
i−核磁気共鳴分光測定におけるQ1/(Q1+Q2
3)比(ここで、Q1はSiOSi結合を1つ有するS
i原子のピーク面積、Q2はSiOSi結合を2つ有す
るSi原子のピーク面積、Q3はSiOSi結合を3つ
有するSi原子のピーク面積である。)が0.1以下で
あるように制御することにより、赤外線吸収スペクトル
測定における波数1130cm-1(SiOx)と波数1
068cm-1(SiO2)の吸収強度比(SiOx/S
iO2)および波数946cm-1(SiOH)と波数1
068cm-1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/S
iO2)が、それぞれ0.35以下および0.14以下
であり、かつX線全反射測定による密度が1.88以上
であるシリカ系薄膜を成膜することを特徴とするシリカ
系薄膜の製造方法、
(3) A method for producing a silica thin film by forming a sol obtained by hydrolyzing and condensing the tetraalkoxysilane represented by the general formula (I) on a substrate to produce a silica-based thin film. The sol has a wave number of 966 cm -1 (SiOH) and a wave number of 1082 cm in its infrared absorption spectrum measurement.
-1 (SiO 2 ) absorption intensity ratio (SiOH / SiO 2 ) is 0.3 or more, the degree of hydrolysis of tetraalkoxysilane is 95% or more 10 minutes after the start of the reaction, and 29 S
Q 1 / (Q 1 + Q 2 + in i-Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
Q 3 ) ratio (where Q 1 is S having one SiOSi bond)
The peak area of the i atom, Q 2 is the peak area of the Si atom having two SiOSi bonds, and Q 3 is the peak area of the Si atom having three SiOSi bonds. ) Is controlled to be 0.1 or less, the wave number is 1130 cm -1 (SiOx) and the wave number is 1 in the infrared absorption spectrum measurement.
Absorption intensity ratio of 068 cm -1 (SiO 2 ) (SiOx / S
iO 2 ) and wave number 946 cm -1 (SiOH) and wave number 1
Absorption intensity ratio of 068 cm -1 (SiO 2 ) (SiOH / S
iO 2) is, is 0.35 or less and 0.14 or less, and the manufacture of silica-based film density by X-ray total reflection is characterized by forming a silica-based thin film is 1.88 or more Method,

【0018】(4)有機高分子化合物と金属酸化物系化
合物とが化学的に結合した複合体を含み、かつ金属成分
の含有率が材料の表面から深さ方向に連続的に変化する
成分傾斜構造を有する有機−無機複合傾斜材料であっ
て、上記複合体が、(A)分子中に加水分解により金属
酸化物と結合しうる金属含有基を有する有機高分子化合
物を、(B)シリカ系ゾルの存在下に加水分解処理して
得られた塗工液を用いて形成されてなるものであり、か
つ前記(B)成分のシリカ系ゾルとして、前記一般式
(I)で表されるテトラアルコキシシランを加水分解、
縮合させて得られたゾルであって、
(4) A component gradient containing a complex in which an organic polymer compound and a metal oxide compound are chemically bound, and the content of the metal component continuously changes from the surface of the material to the depth direction. An organic-inorganic composite gradient material having a structure, wherein the composite comprises (B) a silica-based organic polymer compound having (A) a metal-containing group capable of binding to a metal oxide by hydrolysis in a molecule. It is formed by using a coating solution obtained by hydrolyzing in the presence of a sol, and as the silica-based sol of the component (B), a tetra-siloxane represented by the general formula (I). Hydrolyzes alkoxysilane,
A sol obtained by condensation,

【0019】(イ)ゾルの赤外線吸収スペクトル測定に
おける波数966cm-1(SiOH)と波数1082c
-1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/SiO2)が
0.3以上、並びに成膜したシリカ系薄膜が、赤外線吸
収スペクトル測定における波数1130cm-1(SiO
x)と波数1068cm-1(SiO2)の吸収強度比
(SiOx/SiO2)および波数946cm-1(Si
OH)と波数1068cm-1(SiO2)の吸収強度比
(SiOH/SiO2)が、それぞれ0.35以下およ
び0.14以下であり、かつX線全反射測定による密度
が1.88以上であるもの、または
(A) Wave number 966 cm -1 (SiOH) and wave number 1082c in the infrared absorption spectrum measurement of sol
The absorption intensity ratio (SiOH / SiO 2 ) of m −1 (SiO 2 ) is 0.3 or more, and the formed silica-based thin film has a wave number of 1130 cm −1 (SiO 2 in the infrared absorption spectrum measurement.
x) a wavenumber 1068cm -1 absorption intensity ratio of (SiO 2) (SiOx / SiO 2) and a wavenumber of 946cm -1 (Si
OH) and the wave number 1068 cm −1 (SiO 2 ) absorption intensity ratio (SiOH / SiO 2 ) is 0.35 or less and 0.14 or less, respectively, and the density by X-ray total reflection measurement is 1.88 or more. Something, or

【0020】(ロ)ゾルのテトラアルコキシシランの加
水分解度が反応開始後10分で95%以上であり、かつ
29Si−核磁気共鳴分光測定におけるQ1/(Q1+Q2
+Q3)比(ここで、Q1はSiOSi結合を1つ有する
Si原子のピーク面積、Q2はSiOSi結合を2つ有
するSi原子のピーク面積、Q3はSiOSi結合を3
つ有するSi原子のピーク面積である。)が0.1以
下、並びに成膜したシリカ系薄膜が、X線全反射測定に
よる密度が1.88以上であるもの、あるいは前記
(イ)と(ロ)の両条件を満たすものを用いたことを特
徴とする有機−無機複合傾斜材料、
(B) The degree of hydrolysis of the tetraalkoxysilane in the sol is 95% or more 10 minutes after the start of the reaction, and
29 Q 1 / (Q 1 + Q 2 in Si-Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
+ Q 3 ) ratio (where Q 1 is the peak area of Si atoms having one SiOSi bond, Q 2 is the peak area of Si atoms having two SiOSi bonds, and Q 3 is 3 SiOSi bonds).
It is the peak area of the Si atom which it has. ) Is 0.1 or less, and the deposited silica-based thin film has a density of 1.88 or more as measured by X-ray total reflection, or one satisfying both conditions (a) and (b) above. An organic-inorganic composite gradient material,

【0021】(5)(A)成分である分子中に加水分解
により金属酸化物と結合し得る金属含有基を有する有機
高分子化合物が、(a)分子中に加水分解により一般式
(I)で表されるテトラアルコキシシランの加水分解、
縮合化合物と結合し得る金属含有基を有するエチレン性
不飽和単量体と、(b)金属を含まないエチレン性不飽
和単量体との共重合体である上記(4)項に記載の有機
−無機複合傾斜材料、
(5) An organic polymer compound having a metal-containing group capable of binding to a metal oxide by hydrolysis in the molecule which is the component (A) is represented by the general formula (I) by hydrolysis in the molecule (a). Hydrolysis of tetraalkoxysilane represented by
The organic compound according to item (4), which is a copolymer of an ethylenically unsaturated monomer having a metal-containing group capable of binding to a condensation compound and (b) an ethylenically unsaturated monomer not containing a metal. -Inorganic composite gradient material,

【0022】(6)有機基材上に形成された膜状物から
なり、かつ実質上、該膜状物の有機基材に当接している
面が有機高分子化合物成分であって、もう一方の開放系
面がシリカを含む金属酸化物系化合物成分である上記
(4)または(5)項に記載の有機−無機複合傾斜材
料、および
(6) The surface of the film-like material formed on the organic base material, which is substantially in contact with the organic base material is the organic polymer compound component. The organic-inorganic composite gradient material according to the above (4) or (5), wherein the open system surface is a metal oxide compound component containing silica.

【0023】(7)有機基材と光触媒活性材料層との間
に介在させる中間膜として用いられる上記(4)、
(5)または(6)項に記載の有機−無機複合傾斜材
料、を提供するものである。
(7) The above (4) used as an intermediate film interposed between the organic base material and the photocatalytically active material layer,
An organic-inorganic composite gradient material according to item (5) or (6) is provided.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明のシリカ系薄膜の製造方法
においては、原料のテトラアルコキシシランを加水分
解、縮合させて得られたシリカ系ゾルを基材上に成膜す
ることにより、シリカ系薄膜を製造する。前記原料のテ
トラアルコキシシランとしては、一般式(I) Si(OR)4 …(I) で表される化合物が用いられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for producing a silica-based thin film of the present invention, a silica-based sol obtained by hydrolyzing and condensing a raw material tetraalkoxysilane is used to form a film on a substrate to obtain a silica-based sol. Produce a thin film. As the tetraalkoxysilane as the raw material, a compound represented by the general formula (I) Si (OR) 4 ... (I) is used.

【0025】上記一般式(I)において、Rは炭素数1
〜3のアルキル基、具体的にはメチル基、エチル基、n
−プロピル基およびイソプロピル基である。4つのOR
はたがいに同一でも異なっていてもよい。Rが炭素数4
以上である場合、加水分解性が悪くて、後述の所望の性
状を有するシリカ系ゾルが得られにくい。
In the above general formula (I), R has 1 carbon atom.
~ 3 alkyl groups, specifically methyl group, ethyl group, n
A propyl group and an isopropyl group. Four ORs
They may be the same or different. R has 4 carbon atoms
In the case of the above, the hydrolyzability is poor and it is difficult to obtain a silica-based sol having the desired properties described below.

【0026】この一般式(I)で表されるテトラアルコ
キシシランの例としては、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、テトライ
ソプロポキシシラン、エトキシトリメトキシシラン、プ
ロポキシトリメトキシシラン、イソプロポキシトリメト
キシシラン、メトキシトリエトキシシラン、プロポキシ
トリエトキシシラン、イソプロポキシトリエトキシシラ
ン、メトキシトリプロポキシシラン、エトキシトリプロ
ポキシシラン、ジエトキシジメトキシシラン、ジメトキ
シジプロポキシシランなどが挙げられる。また、これら
のオリゴマー、例えば市販品である「メチルシリケート
51」、「エチルシリケート40」(いずれもコルコー
ト社製商品名)、「MS−51」、「MS−56」(い
ずれも三菱化学社製商品名)なども用いることができ
る。これらは、1種のみを単独で用いてもよく、2種以
上を組み合わせて用いてもよいが、本発明においては、
これらの中でテトラメトキシシランおよびテトラエトキ
シシランが、加水分解性および入手の容易さなどの点で
好ましい。
Examples of the tetraalkoxysilane represented by the general formula (I) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, ethoxytrimethoxysilane, propoxytrimethoxysilane and isopropoxy. Examples thereof include trimethoxysilane, methoxytriethoxysilane, propoxytriethoxysilane, isopropoxytriethoxysilane, methoxytripropoxysilane, ethoxytripropoxysilane, diethoxydimethoxysilane and dimethoxydipropoxysilane. In addition, these oligomers, for example, commercially available "methyl silicate 51", "ethyl silicate 40" (all are trade names manufactured by Colcoat Co., Ltd.), "MS-51", "MS-56" (all manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. Product name) etc. can also be used. These may be used alone or in combination of two or more, but in the present invention,
Of these, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane are preferable in terms of hydrolyzability and availability.

【0027】また、加水分解、縮合反応は、アルコー
ル、ケトン、エーテルなどの適当な極性溶剤中におい
て、塩酸、硫酸、硝酸などの酸、あるいは固体酸として
のカチオン交換樹脂を用い、通常0〜60℃、好ましく
20〜40℃の温度において実施され、シリカ系ゾルが
形成される。なお、固体酸を用いた場合には、加水分
解、縮合反応終了後、それを除去したのち、SiO2
算濃度が、好ましくは0.5〜15重量%、より好まし
くは1〜10重量%の範囲になるように、アルコール、
ケトン、エーテルなどの適当な極性溶剤で希釈すること
により、シリカ系ゾルを含む塗工液を調製する。
In the hydrolysis and condensation reaction, an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid or a cation exchange resin as a solid acid is usually used in a suitable polar solvent such as alcohol, ketone or ether, and usually 0 to 60. C., preferably at 20-40.degree. C., to form a silica-based sol. When a solid acid is used, after the hydrolysis and condensation reactions are completed, the solid acid is removed, and then the SiO 2 concentration is preferably 0.5 to 15% by weight, more preferably 1 to 10% by weight. Alcohol, to be in range
A coating liquid containing a silica-based sol is prepared by diluting it with an appropriate polar solvent such as ketone or ether.

【0028】本発明においては、このようにして得られ
たシリカ系ゾルの性状を規定することによって、低温加
熱処理で緻密性に優れる特定の性状のシリカ系薄膜を形
成させる。この場合、該シリカ系ゾルの性状を規定する
のに、下記の3つの態様がある。
In the present invention, by defining the properties of the silica-based sol thus obtained, a silica-based thin film having a specific property of excellent compactness is formed by a low temperature heat treatment. In this case, there are the following three modes for defining the properties of the silica-based sol.

【0029】第1の態様においては、該ゾルの赤外線吸
収スペクトル(以下IRと略記する。)測定における波
数966cm-1(SiOH)と波数1082cm-1(S
iO 2)の吸収強度比(SiOH/SiO2)が0.3以
上にあるように制御することにより、IR測定における
波数1130cm-1(SiOx)と波数1068cm -1
(SiO2)の吸収強度比(SiOx/SiO2)および
波数946cm-1(SiOH)と波数1068cm
-1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/SiO2)が、
それぞれ0.35以下および0.14以下であり、かつ
X線全反射測定による密度が1.88以上である、膜厚
収縮率が小さく、かつクラックの発生が抑制された緻密
性の高いシリカ系薄膜を、200℃以下の低温加熱処理
により形成することができる。
In the first embodiment, infrared absorption of the sol is carried out.
Wave in absorption spectrum (abbreviated as IR hereinafter) measurement
Number 966 cm-1(SiOH) and wave number 1082 cm-1(S
iO 2) Absorption intensity ratio (SiOH / SiO2) Is less than 0.3
By controlling as above, in the IR measurement
Wave number 1130 cm-1(SiOx) and wave number 1068 cm -1
(SiO2) Absorption intensity ratio (SiOx / SiO2)and
Wave number 946 cm-1(SiOH) and wave number 1068 cm
-1(SiO2) Absorption intensity ratio (SiOH / SiO2)But,
0.35 or less and 0.14 or less, respectively, and
Film thickness with a density of 1.88 or more measured by X-ray total reflection measurement
Dense with low shrinkage and suppressed cracking
Heat treatment of highly functional silica thin film at low temperature below 200 ℃
Can be formed by.

【0030】ここで、ゾルのIR測定において、吸収強
度比SiOH/SiO2が0.3以上であることは、ゾ
ル中での縮合反応が進行しすぎていないことを意味す
る。ゾル状態で縮合反応が進行しすぎると、成膜時およ
び成膜後にゾルが分子運動しにくい状態となり、ゾル内
部およびゾル相互間での縮合反応が進行しにくくなる。
したがって、SiOH/SiO2が0.3以上であるゾ
ルを用いて成膜することにより、成膜時若しくはその後
に縮合反応が進行しやすく、その結果、IR測定におけ
る吸収強度比SiOx/SiO2が0.35以下および
SiOH/SiO2が0.14以下のシリカ系薄膜が得
られる。
Here, in the IR measurement of the sol, the absorption intensity ratio SiOH / SiO 2 of 0.3 or more means that the condensation reaction in the sol has not proceeded too much. If the condensation reaction proceeds too much in the sol state, the sol becomes less likely to undergo molecular movement during and after film formation, and the condensation reaction inside the sol and between the sol becomes difficult to proceed.
Therefore, by forming a film by using a sol having SiOH / SiO 2 of 0.3 or more, the condensation reaction is likely to proceed during or after the film formation, and as a result, the absorption intensity ratio SiOx / SiO 2 in IR measurement becomes A silica-based thin film having a ratio of 0.35 or less and SiOH / SiO 2 of 0.14 or less can be obtained.

【0031】第2の態様においては、シリカ系ゾルのテ
トラアルコキシシランの加水分解度が反応開始後10分
で95%以上であり、かつ29Si−核磁気共鳴分光(以
下、 29Si−NMRと略記する。)測定におけるQ1
(Q1+Q2+Q3)比(ここで、Q1はSiOSi結合を
1つ有するSi原子のピーク面積、Q2はSiOSi結
合を2つ有するSi原子のピーク面積、Q3はSiOS
i結合を3つ有するSi原子のピーク面積である。)が
0.1以下であるように制御することにより、X線全反
射測定による密度が1.88以上である、膜厚収縮率が
小さく、かつクラックの発生が抑制された緻密性の高い
シリカ系薄膜を、200℃以下の低温加熱処理により形
成することができる。
In the second embodiment, the silica-based sol
The degree of hydrolysis of traalkoxysilane is 10 minutes after the start of the reaction.
95% or more, and29Si-nuclear magnetic resonance spectroscopy (hereinafter
under, 29It is abbreviated as Si-NMR. ) Q in measurement1/
(Q1+ Q2+ Q3) Ratio (where Q1Is a SiOSi bond
Peak area of one Si atom, Q2Is SiOSi
Peak area of Si atom having two atoms, Q3Is SiOS
It is the peak area of Si atoms having three i-bonds. )But
By controlling it to be 0.1 or less, the total X-ray
If the density is 1.88 or more, the film thickness shrinkage is
Small and highly dense with suppressed cracking
Form a silica thin film by low-temperature heat treatment at 200 ℃ or lower
Can be made.

【0032】ここで、ゾルの29Si−NMR測定におけ
るQ1/(Q1+Q2+Q3)比が0.1以下であること
は、末端に位置するSi原子が少ないことを意味し、こ
れが反応の初期段階で消失することから、加水分解、縮
合の初期段階で3若しくは4量体の環状クラスター構造
が形成されることが予想される。したがって、テトラア
ルコキシシランの初期加水分解度が極めて重要であり、
加水分解度が反応開始後10分で95%に達しない場合
は、テトラアルコキシシランの残存が立体障害となり、
環構造のクラスターが形成されにくく、末端(Q1)と
してそのまま縮合物の内部に取り込まれることが考えら
れ、その結果、有機基が残存しやすく、緻密な膜が得ら
れにくい。なお、テトラアルコキシシランの加水分解度
は、ガスクロマトグラフィー分析もしくはH−NMR
により、測定することができる。
Here, the fact that the Q 1 / (Q 1 + Q 2 + Q 3 ) ratio in the 29 Si-NMR measurement of the sol is 0.1 or less means that the number of Si atoms located at the ends is small, which means that Since it disappears at the initial stage of the reaction, it is expected that a tri- or tetrameric cyclic cluster structure is formed at the initial stage of hydrolysis and condensation. Therefore, the degree of initial hydrolysis of tetraalkoxysilane is extremely important,
When the degree of hydrolysis does not reach 95% within 10 minutes after the start of the reaction, the remaining tetraalkoxysilane causes steric hindrance,
A cluster having a ring structure is less likely to be formed and may be incorporated into the condensate as it is as a terminal (Q1). As a result, an organic group is likely to remain and a dense film is difficult to obtain. The degree of hydrolysis of tetraalkoxysilane can be determined by gas chromatography analysis or 1 H-NMR.
Can be measured by

【0033】前記第1の態様および第2の態様のよう
に、縮合度や加水分解度を制御することにより、成膜
後、例えば80℃、1時間という低温の熱処理でも、X
線全反射測定による密度が1.88以上である緻密なシ
リカ系薄膜を得ることができる。
By controlling the degree of condensation and the degree of hydrolysis as in the case of the first and second aspects, even if the heat treatment is performed at a low temperature of, for example, 80 ° C. for 1 hour after film formation, X
It is possible to obtain a dense silica-based thin film having a density of 1.88 or more as measured by line total reflection measurement.

【0034】第3の態様は、前記第1の態様と第2の態
様とを組み合わせた態様である。すなわち、ゾルのIR
測定における波数966cm-1(SiOH)と波数10
82cm-1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/Si
2)が0.3以上であって、テトラアルコキシシラン
の加水分解度が反応開始後10分で95%以上であり、
かつ29Si−NMR測定におけるQ1/(Q1+Q2
3)比(ここで、Q1は、Q2およびQ3は、前記と同じ
である。)が0.1以下であるように制御することによ
り、IR測定における波数1130cm-1(SiOx)
と波数1068cm -1(SiO2)の吸収強度比(Si
Ox/SiO2)および波数946cm-1(SiOH)
と波数1068cm-1(SiO2)の吸収強度比(Si
OH/SiO2)が、それぞれ0.35以下および0.
14以下であり、かつX線全反射測定による密度が1.
88以上である、膜厚収縮率が小さく、かつクラックの
発生が抑制された緻密性の高いシリカ系薄膜を、200
℃以下の低温加熱処理により形成することができる。
A third mode is the first mode and the second mode.
It is an embodiment in which That is, the IR of the sol
Wave number 966cm in measurement-1(SiOH) and wave number 10
82 cm-1(SiO2) Absorption intensity ratio (SiOH / Si
O2) Is 0.3 or more, and tetraalkoxysilane
The degree of hydrolysis of is 95% or more 10 minutes after the start of the reaction,
And29Q in Si-NMR measurement1/ (Q1+ Q2+
Q3) Ratio (where Q1Is Q2And Q3Is the same as above
Is. ) Is controlled to be 0.1 or less.
, The wave number in IR measurement is 1130 cm-1(SiOx)
And wave number 1068cm -1(SiO2) Absorption intensity ratio (Si
Ox / SiO2) And wave number 946 cm-1(SiOH)
And wave number 1068cm-1(SiO2) Absorption intensity ratio (Si
OH / SiO2) Are less than 0.35 and 0.
It is 14 or less, and the density by X-ray total reflection measurement is 1.
88 or more, the film thickness shrinkage rate is small, and cracks
A highly dense silica-based thin film whose generation is suppressed
It can be formed by low-temperature heat treatment at a temperature of not higher than 0 ° C.

【0035】本発明の方法においては、前記第1、第2
および第3の態様のように、テトラアルコキシシランの
加水分解、縮合によって得られたシリカ系ゾルの縮合度
や加水分解度を制御することにより、重量平均分子量が
85,000未満のゾルでも、200℃以下の低温熱処
理により、膜厚収縮率が小さく、かつクラックの発生が
抑制された緻密性の高いシリカ系薄膜を得ることができ
る。
In the method of the present invention, the first and second
And, as in the third aspect, by controlling the degree of condensation and the degree of hydrolysis of the silica-based sol obtained by the hydrolysis and condensation of the tetraalkoxysilane, even if the sol has a weight average molecular weight of less than 85,000, By the low-temperature heat treatment at a temperature of not higher than 0 ° C., it is possible to obtain a highly dense silica-based thin film having a small film thickness shrinkage and suppressing generation of cracks.

【0036】本発明のシリカ系薄膜の製造方法において
は、基材表面に、前記のシリカ系ゾルを含む塗工液を塗
布したのち、乾燥・熱処理することにより、シリカ系薄
膜を形成させる。この際、基材としては、無機基材およ
び有機基材のいずれも用いることができるが、本発明に
おいては、200℃以下の温度で、乾燥・熱処理するこ
とから、耐熱性の低い有機基材に対して特に有用であ
る。200℃以下の温度で、乾燥・熱処理しても、クラ
ックなどの発生のない緻密なシリカ系薄膜が得られる。
In the method for producing a silica-based thin film of the present invention, a silica-based thin film is formed by applying a coating solution containing the above-mentioned silica-based sol to the surface of a substrate and then drying and heat-treating the coating liquid. At this time, as the base material, either an inorganic base material or an organic base material can be used, but in the present invention, since the organic base material is dried and heat-treated at a temperature of 200 ° C. or lower, the organic base material has low heat resistance. Is particularly useful against. Even if it is dried and heat-treated at a temperature of 200 ° C. or lower, a dense silica-based thin film without cracks can be obtained.

【0037】この際、塗布方法としては、例えばディッ
プコート法、スピンコート法、スプレーコート法、バー
コート法、ナイフコート法、ロールコート法、ブレード
コート法、ダイコート法、グラビアコート法などの公知
の手段を用いることができる。また、形成されるシリカ
系薄膜の厚さは、通常1μm以下、好ましくは0.01
〜0.7μm、より好ましくは0.03〜0.5μmの
範囲である。
At this time, known coating methods include, for example, dip coating method, spin coating method, spray coating method, bar coating method, knife coating method, roll coating method, blade coating method, die coating method, gravure coating method, and the like. Means can be used. The thickness of the formed silica-based thin film is usually 1 μm or less, preferably 0.01 μm or less.
To 0.7 μm, more preferably 0.03 to 0.5 μm.

【0038】有機基材を用いる場合、シリカ系薄膜との
密着性を向上させるために、所望により、酸化法や凹凸
化法などにより表面処理を施すことができる。上記酸化
法としては、例えばコロナ放電処理、クロム酸処理(湿
式)、火炎処理、熱風処理、オゾン・紫外線照射処理な
どが挙げられ、また、凹凸化法としては、例えばサンド
ブラスト法、溶剤処理法などが挙げられる。これらの表
面処理法は基材の種類に応じて適宜選ばれる。
When an organic base material is used, in order to improve the adhesion to the silica-based thin film, a surface treatment can be carried out, if desired, by an oxidation method or a textured method. Examples of the oxidization method include corona discharge treatment, chromic acid treatment (wet), flame treatment, hot air treatment, ozone / ultraviolet irradiation treatment, and the like, and as the roughening method, for example, sandblast method, solvent treatment method, etc. Is mentioned. These surface treatment methods are appropriately selected depending on the type of substrate.

【0039】なお、本発明における有機基材は、有機系
材料以外の材料、例えば金属系材料、ガラスやセラミッ
クス系材料、その他各種無機系または金属系材料からな
る基材の表面に、有機系塗膜を有するものも包含する。
The organic base material in the present invention is an organic coating on the surface of a material other than organic materials such as metal materials, glass or ceramic materials, and other inorganic or metal materials. Those having a membrane are also included.

【0040】次に、本発明の有機−無機複合傾斜材料に
ついて説明する。本発明の有機−無機複合傾斜材料は、
有機高分子化合物と金属酸化物系化合物とが化学的に結
合した複合体を含み、かつ金属成分の含有率が材料の表
面から深さ方向に連続的に変化する成分傾斜構造を有す
る有機−無機複合傾斜材料であって、上記複合体が、
(A)分子中に加水分解により金属酸化物と結合しうる
金属含有基(以下、加水分解性金属含有基と称すことが
ある。)を有する有機高分子化合物を、(B)シリカ系
ゾルの存在下に加水分解処理して得られた塗工液を用い
て形成されてなるものであり、かつ前記(B)成分のシ
リカ系ゾルとして、前述の第1の態様、第2の態様また
は第3の態様の条件を満たすゾル(ゾル自体の性状およ
び該ゾルを成膜してなるシリカ系薄膜の性状が規定され
たもの)を使用したものである。
Next, the organic-inorganic composite gradient material of the present invention will be described. The organic-inorganic composite gradient material of the present invention,
An organic-inorganic material that includes a complex in which an organic polymer compound and a metal oxide compound are chemically bound, and has a component gradient structure in which the content of the metal component continuously changes from the surface of the material to the depth direction. A composite gradient material, wherein the composite is
(A) an organic polymer compound having a metal-containing group capable of binding to a metal oxide by hydrolysis (hereinafter sometimes referred to as a hydrolyzable metal-containing group) in the molecule, It is formed by using a coating liquid obtained by hydrolyzing in the presence, and as the silica-based sol of the component (B), the above-mentioned first aspect, second aspect or The sol satisfying the conditions of the third aspect (the properties of the sol itself and the properties of the silica-based thin film formed by depositing the sol are defined) are used.

【0041】前記(A)成分の加水分解性金属含有基を
有する有機高分子化合物は、例えば(a)分子中に加水
分解により、前記一般式(I)で表されるテトラアルコ
キシシランの加水分解、縮合化合物と結合し得る金属含
有基(加水分解性金属含有基)を有するエチレン性不飽
和単量体と、(b)金属を含まないエチレン性不飽和単
量体を共重合させることにより、得ることができる。
The organic polymer compound having a hydrolyzable metal-containing group as the component (A) is, for example, hydrolyzed in the molecule (a) to hydrolyze the tetraalkoxysilane represented by the general formula (I). By copolymerizing an ethylenically unsaturated monomer having a metal-containing group (hydrolyzable metal-containing group) capable of binding with a condensation compound and (b) a metal-free ethylenically unsaturated monomer, Obtainable.

【0042】上記(A)(a)成分である加水分解性金
属含有基を有するエチレン性不飽和単量体としては、一
般式(II)
The ethylenically unsaturated monomer having a hydrolyzable metal-containing group, which is the component (A) or (a), has the general formula (II)

【0043】[0043]

【化1】 [Chemical 1]

【0044】(式中、R1は水素原子またはメチル基、
Aはアルキレン基、好ましくは炭素数1〜4のアルキレ
ン基、R2は加水分解性基または非加水分解性基である
が、その中の少なくとも1つは加水分解により、(B)
成分と化学結合しうる加水分解性基であることが必要で
あり、また、R2が複数の場合には、各R2はたがいに同
一であってもよいし、異なっていてもよく、Mはケイ
素、チタン、ジルコニウム、インジウム、スズ、アルミ
ニウムなどの金属原子、kは金属原子Mの価数であ
る。)で表される基を挙げることができる。
(In the formula, R 1 is a hydrogen atom or a methyl group,
A is an alkylene group, preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, R 2 is a hydrolyzable group or a non-hydrolyzable group, at least one of which is (B)
It is necessary that it is a hydrolyzable group capable of chemically bonding to the component, and when R 2 is plural, each R 2 may be the same or different, and M Is a metal atom such as silicon, titanium, zirconium, indium, tin, and aluminum, and k is the valence of the metal atom M. And a group represented by).

【0045】上記一般式(II)において、R2のうちの
加水分解により(B)成分と化学結合しうる加水分解性
基としては、例えばアルコキシル基、イソシアネート
基、塩素原子などのハロゲン原子、オキシハロゲン基、
アセチルアセトネート基、水酸基などが挙げられ、一
方、(B)成分と化学結合しない非加水分解性基として
は、例えば低級アルキル基などが好ましく挙げられる。
In the above general formula (II), the hydrolyzable group of R 2 which can be chemically bonded to the component (B) by hydrolysis is, for example, an alkoxyl group, an isocyanate group, a halogen atom such as a chlorine atom or an oxy group. Halogen group,
Examples thereof include an acetylacetonate group and a hydroxyl group. On the other hand, examples of the non-hydrolyzable group that does not chemically bond with the component (B) include a lower alkyl group.

【0046】一般式(II)における−MR2 k-1で表され
る金属含有基としては、例えば、トリメトキシシリル
基、トリエトキシシリル基、トリ−n−プロポキシシリ
ル基、トリイソプロポキシシリル基、トリ−n−ブトキ
シシリル基、トリイソブトキシシリル基、トリ−sec−
ブトキシシリル基、トリ−tert−ブトキシシリル基、ト
リクロロシリル基、ジメチルメトキシシリル基、メチル
ジメトキシシリル基、ジメチルクロロシリル基、メチル
ジクロロシリル基、トリイソシアナトシリル基、メチル
ジイソシアナトシリル基など、トリメトキシチタニウム
基、トリエトキシチタニウム基、トリ−n−プロポキシ
チタニウム基、トリイソプロポキシチタニウム基、トリ
−n−ブトキシチタニウム基、トリイソブトキシチタニ
ウム基、トリ−sec−ブトキシチタニウム基、トリ−ter
t−ブトキシチタニウム基、トリクロロチタニウム基、
さらには、トリメトキシジルコニウム基、トリエトキシ
ジルコニウム基、トリ−n−プロポキシジルコニウム
基、トリイソプロポキシジルコニウム基、トリ−n−ブ
トキシジルコニウム基、トリイソブトキシジルコニウム
基、トリ−sec−ブトキシジルコニウム基、トリ−tert
−ブトキシジルコニウム基、トリクロロジルコニウム
基、またさらには、ジメトキシアルミニウム基、ジエト
キシアルミニウム基、ジ−n−プロポキシアルミニウム
基、ジイソプロポキシアルミニウム基、ジ−n−ブトキ
シアルミニウム基、ジイソブトキシアルミニウム基、ジ
−sec−ブトキシアルミニウム基、ジ−tert−ブトキシ
アルミニウム基、トリクロロアルミニウム基などが挙げ
られる。これらの中で、(B)成分がシリカ系ゾルであ
ることから、ケイ素含有基が好ましい。この(a)成分
のエチレン性不飽和単量体は1種用いてもよいし、2種
以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the metal-containing group represented by -MR 2 k-1 in the general formula (II) include trimethoxysilyl group, triethoxysilyl group, tri-n-propoxysilyl group and triisopropoxysilyl group. , Tri-n-butoxysilyl group, triisobutoxysilyl group, tri-sec-
Butoxysilyl group, tri-tert-butoxysilyl group, trichlorosilyl group, dimethylmethoxysilyl group, methyldimethoxysilyl group, dimethylchlorosilyl group, methyldichlorosilyl group, triisocyanatosilyl group, methyldiisocyanatosilyl group, etc., Trimethoxytitanium group, triethoxytitanium group, tri-n-propoxytitanium group, triisopropoxytitanium group, tri-n-butoxytitanium group, triisobutoxytitanium group, tri-sec-butoxytitanium group, tri-ter
t-butoxytitanium group, trichlorotitanium group,
Furthermore, trimethoxy zirconium group, triethoxy zirconium group, tri-n-propoxy zirconium group, triisopropoxy zirconium group, tri-n-butoxy zirconium group, triisobutoxy zirconium group, tri-sec-butoxy zirconium group, tri −tert
-Butoxyzirconium group, trichlorozirconium group, and further, dimethoxyaluminum group, diethoxyaluminum group, di-n-propoxyaluminum group, diisopropoxyaluminum group, di-n-butoxyaluminum group, diisobutoxyaluminum group, diisobutoxyaluminum group, -Sec-butoxyaluminum group, di-tert-butoxyaluminum group, trichloroaluminum group and the like can be mentioned. Among these, the silicon-containing group is preferable because the component (B) is a silica sol. The ethylenically unsaturated monomer as the component (a) may be used alone or in combination of two or more kinds.

【0047】一方、上記(b)成分である金属を含まな
いエチレン性不飽和単量体としては、例えば一般式(II
I)
On the other hand, examples of the metal-free ethylenically unsaturated monomer which is the component (b) include compounds represented by the general formula (II
I)

【0048】[0048]

【化2】 [Chemical 2]

【0049】(式中、R3は水素原子またはメチル基、
Xは一価の有機基である。)で表されるエチレン性不飽
和単量体、好ましくは一般式(III−a)
(In the formula, R 3 is a hydrogen atom or a methyl group,
X is a monovalent organic group. ) An ethylenically unsaturated monomer represented by formula (III-a), preferably

【0050】[0050]

【化3】 [Chemical 3]

【0051】(式中、R3は前記と同じであり、R4は炭
化水素基を示す。)で表されるエチレン性不飽和単量
体、あるいは上記一般式(III−a)で表されるエチレ
ン性不飽和単量体と、必要に応じて添加される密着性向
上剤としての一般式(III−b)
(In the formula, R 3 is the same as the above, and R 4 represents a hydrocarbon group.) An ethylenically unsaturated monomer represented by the above or the above general formula (III-a). General formula (III-b) as an adhesion improver that is added as necessary with an ethylenically unsaturated monomer

【0052】[0052]

【化4】 [Chemical 4]

【0053】(式中、R5は水素原子またはメチル基、
6はエポキシ基、ハロゲン原子若しくはエーテル結合
を有する炭化水素基を示す。)で表されるエチレン性不
飽和単量体との混合物を挙げることができる。
(In the formula, R 5 is a hydrogen atom or a methyl group,
R 6 represents an epoxy group, a halogen atom or a hydrocarbon group having an ether bond. ) And a mixture with an ethylenically unsaturated monomer.

【0054】上記一般式(III−a)で表されるエチレ
ン性不飽和単量体において、R4で示される炭化水素基
としては、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状のア
ルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数
6〜10のアリール基、炭素数7〜10のアラルキル基
を好ましく挙げることができる。炭素数1〜10のアル
キル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピ
ル基、イソプロピル基、および各種のブチル基、ペンチ
ル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基などが挙げら
れる。炭素数3〜10のシクロアルキル基の例として
は、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシク
ロヘキシル基、シクロオクチル基などが、炭素数6〜1
0のアリール基の例としては、フェニル基、トリル基、
キシリル基、ナフチル基、メチルナフチル基などが、炭
素数7〜10のアラルキル基の例としては、ベンジル
基、メチルベンジル基、フェネチチル基、ナフチルメチ
ル基などが挙げられる。
In the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III-a), the hydrocarbon group represented by R 4 is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. Preferred examples include a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms. Examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms include methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, and various butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group and the like. Examples of the cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms include cyclopentyl group, cyclohexyl group, methylcyclohexyl group, cyclooctyl group and the like, and 6 to 1 carbon atoms.
Examples of the aryl group of 0 include a phenyl group, a tolyl group,
Examples of the aralkyl group having 7 to 10 carbon atoms such as a xylyl group, a naphthyl group and a methylnaphthyl group include a benzyl group, a methylbenzyl group, a phenethyl group and a naphthylmethyl group.

【0055】この一般式(III−a)で表されるエチレ
ン性不飽和単量体の例としては、メチル(メタ)アクリ
レート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メ
タ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキ
シル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メ
タ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレー
ト、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)
アクリレートなどが挙げられる。これらは単独で用いて
もよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III-a) include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate and butyl (meth) acrylate. , Hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth)
Examples thereof include acrylate. These may be used alone or in combination of two or more.

【0056】前記一般式(III−b)で表されるエチレ
ン性不飽和単量体において、R6で示されるエポキシ
基、ハロゲン原子若しくはエーテル結合を有する炭化水
素基としては、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐状
のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭
素数6〜10のアリール基、炭素数7〜10のアラルキ
ル基を好ましく挙げることができる。上記置換基のハロ
ゲン原子としては、塩素原子および臭素原子がよい。上
記炭化水素基の具体例としては、前述の一般式(III−
a)におけるR4の説明において例示した基と同じもの
を挙げることができる。
In the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III-b), the epoxy group represented by R 6 , the halogen atom or the hydrocarbon group having an ether bond has 1 to 10 carbon atoms. Preferred examples thereof include a linear or branched alkyl group, a C3-10 cycloalkyl group, a C6-10 aryl group, and a C7-10 aralkyl group. The halogen atom for the above substituent is preferably a chlorine atom or a bromine atom. Specific examples of the hydrocarbon group include the above-mentioned general formula (III-
The same groups as those exemplified in the description of R 4 in a) can be mentioned.

【0057】前記一般式(III−b)で表されるエチレ
ン性不飽和単量体の例としては、グリシジル(メタ)ア
クリレート、3−グリシドキシプロピル(メタ)アクリ
レート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチ
ル(メタ)アクリレート、2−クロロエチル(メタ)ア
クリレート、2−ブロモエチル(メタ)アクリレートな
どを好ましく挙げることができる。
Examples of the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III-b) include glycidyl (meth) acrylate, 3-glycidoxypropyl (meth) acrylate and 2- (3,4). -Epoxycyclohexyl) ethyl (meth) acrylate, 2-chloroethyl (meth) acrylate, 2-bromoethyl (meth) acrylate and the like can be preferably mentioned.

【0058】また、前記一般式(III)で表されるエチ
レン性不飽和単量体としては、これら以外にもスチレ
ン、α−メチルスチレン、α−アセトキシスチレン、m
−、o−またはp−ブロモスチレン、m−、o−または
p−クロロスチレン、m−、o−またはp−ビニルフェ
ノール、1−または2−ビニルナフタレンなど、さらに
はエチレン性不飽和基を有する重合性高分子用安定剤、
例えばエチレン性不飽和基を有する、酸化防止剤、紫外
線吸収剤および光安定剤なども用いることができる。こ
れらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて
用いてもよい。
As the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III), styrene, α-methylstyrene, α-acetoxystyrene, m
-, O- or p-bromostyrene, m-, o- or p-chlorostyrene, m-, o- or p-vinylphenol, 1- or 2-vinylnaphthalene and the like, and further having an ethylenically unsaturated group Stabilizer for polymerizable polymer,
For example, an antioxidant, an ultraviolet absorber and a light stabilizer having an ethylenically unsaturated group can also be used. These may be used alone or in combination of two or more.

【0059】また、一般式(III−a)で表されるエチ
レン性不飽和単量体と一般式(III−b)で表されるエ
チレン性不飽和単量体とを併用する場合は、前者のエチ
レン性不飽和単量体に対し、後者のエチレン性不飽和単
量体を1〜100モル%の割合で用いるのが好ましい。
When the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III-a) and the ethylenically unsaturated monomer represented by the general formula (III-b) are used in combination, the former It is preferable to use the latter ethylenically unsaturated monomer in an amount of 1 to 100 mol% relative to the ethylenically unsaturated monomer.

【0060】前記(a)成分の加水分解性金属含有基を
有するエチレン性不飽和単量体と(b)成分の金属を含
まないエチレン性不飽和単量体とを、ラジカル重合開始
剤の存在下、ラジカル共重合させることにより、(A)
成分である加水分解性金属含有基を有する有機高分子化
合物が得られる。
In the presence of a radical polymerization initiator, the ethylenically unsaturated monomer having a hydrolyzable metal-containing group as the component (a) and the ethylenically unsaturated monomer containing no metal as the component (b) are present. Below, by radical copolymerization, (A)
An organic polymer compound having a hydrolyzable metal-containing group as a component is obtained.

【0061】本発明においては、このようにして得られ
た(A)成分である加水分解性金属含有基を有する有機
高分子化合物をアルコール、ケトン、エーテルなどの適
当な極性溶剤中に溶解させた溶液と、(B)成分である
前述のシリカ系ゾルの溶液とを混合し、塗布するのに適
した粘度を有する塗工液を調製する。この際、必要なら
ば、該塗工液に水および/または酸性触媒を添加するこ
とができる。
In the present invention, the thus obtained component (A), an organic polymer compound having a hydrolyzable metal-containing group, is dissolved in a suitable polar solvent such as alcohol, ketone or ether. The solution and the solution of the above-mentioned silica-based sol which is the component (B) are mixed to prepare a coating liquid having a viscosity suitable for coating. At this time, if necessary, water and / or an acidic catalyst can be added to the coating solution.

【0062】次に、このようにして得られた塗工液を用
い、有機基材上に、乾燥塗膜の厚さが、通常5μm以
下、特に中間膜用途として、好ましくは0.01〜1.
0μm、より好ましくは0.02〜0.7μmの範囲に
なるように、ディップコート法、スピンコート法、スプ
レーコート法、バーコート法、ナイフコート法、ロール
コート法、ブレードコート法、ダイコート法、グラビア
コート法などの公知の手段により塗膜を形成し、公知の
乾燥処理、例えば40〜150℃程度の温度で加熱乾燥
処理することにより、本発明の有機−無機複合傾斜材料
が得られる。
Next, using the coating liquid thus obtained, the thickness of the dry coating film on the organic substrate is usually 5 μm or less, and particularly 0.01 to 1 for use as an interlayer film. .
0 μm, more preferably in the range of 0.02 to 0.7 μm, dip coating method, spin coating method, spray coating method, bar coating method, knife coating method, roll coating method, blade coating method, die coating method, The organic-inorganic composite gradient material of the present invention is obtained by forming a coating film by a known means such as a gravure coating method and performing a known drying treatment, for example, a heat drying treatment at a temperature of about 40 to 150 ° C.

【0063】上記有機基材としては、例えばポリメチル
メタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリスチレンやA
BS樹脂などのスチレン系樹脂、ポリエチレンやポリプ
ロピレンなどのオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフ
タレートやポリエチレンナフタレートなどのポリエステ
ル系樹脂、6−ナイロンや6,6−ナイロンなどのポリ
アミド系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネー
ト系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリフ
ェニレンエーテル系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロー
スアセテートなどのセルロース系樹脂などからなる基材
を挙げることができる。
Examples of the organic base material include acrylic resins such as polymethylmethacrylate, polystyrene and A.
Styrene resin such as BS resin, olefin resin such as polyethylene and polypropylene, polyester resin such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyamide resin such as 6-nylon and 6,6-nylon, polyvinyl chloride resin, Examples of the base material include a polycarbonate resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyphenylene ether resin, a polyimide resin, and a cellulose resin such as cellulose acetate.

【0064】これらの有機基材は、本発明の傾斜材料と
の密着性をさらに向上させるために、所望により、酸化
法や凹凸化法などにより表面処理を施すことができる。
上記酸化法としては、例えばコロナ放電処理、クロム酸
処理(湿式)、火炎処理、熱風処理、オゾン・紫外線照
射処理などが挙げられ、また、凹凸化法としては、例え
ばサンドブラスト法、溶剤処理法などが挙げられる。こ
れらの表面処理法は基材の種類に応じて適宜選ばれる。
These organic base materials can be subjected to a surface treatment, if desired, by an oxidation method or a textured method in order to further improve the adhesion to the gradient material of the present invention.
Examples of the oxidization method include corona discharge treatment, chromic acid treatment (wet), flame treatment, hot air treatment, ozone / ultraviolet irradiation treatment, and the like, and as the roughening method, for example, sandblast method, solvent treatment method, etc. Is mentioned. These surface treatment methods are appropriately selected depending on the type of substrate.

【0065】なお、本発明における有機基材は、有機系
材料以外の材料、例えば金属系材料、ガラスやセラミッ
クス系材料、その他各種無機系または金属系材料からな
る基材の表面に、有機系塗膜を有するものも包含する。
The organic base material in the present invention is an organic coating material on the surface of a material other than the organic material, for example, a metal material, glass or ceramic material, or other inorganic or metal material. Those having a membrane are also included.

【0066】このようにして得られた本発明の有機−無
機複合傾斜材料においては、表面層は緻密性が高く、か
つほとんど材料中の金属成分の含有率がほぼ100%で
あるが、基材方向に逐次減少していき、基材近傍ではほ
ぼ0%になる。
In the thus obtained organic-inorganic composite gradient material of the present invention, the surface layer has a high density and the content of the metal component in the material is almost 100%. It gradually decreases in the direction, and becomes almost 0% in the vicinity of the base material.

【0067】すなわち、本発明の有機−無機複合傾斜材
料は、一般に、基材上に形成された膜状物からなり、か
つ実質上、該膜状物の基材に当接している面が有機高分
子系化合物成分であって、もう一方の開放系面がシリカ
を含む金属酸化物系化合物成分である。
That is, the organic-inorganic composite gradient material of the present invention is generally composed of a film-like material formed on a substrate, and substantially the surface of the film-like material contacting the substrate is organic. The polymer compound component is the metal oxide compound component having silica on the other open side.

【0068】本発明の有機−無機複合傾斜材料は、機能
性材料として、種々の用途に用いることができるが、中
でも有機基材と、少なくとも無機系または金属系材料を
含むコート層との間に介在させる中間膜として好適に用
いられる。
The organic-inorganic composite gradient material of the present invention can be used for various purposes as a functional material. Among them, between the organic base material and the coating layer containing at least an inorganic or metallic material. It is preferably used as an intermediate film to be interposed.

【0069】有機基材上に無機系または金属系材料を含
むコート層を形成する場合、一般に有機基材と該コート
層との密着性が不十分であって、耐久性に劣り、経時に
より剥離したり、あるいは熱や湿気などにより剥離しや
すくなるという問題が生じる。
When a coating layer containing an inorganic or metallic material is formed on an organic substrate, the adhesion between the organic substrate and the coating layer is generally insufficient, resulting in poor durability and peeling over time. There is a problem in that it easily peels off due to heat or moisture.

【0070】本発明の傾斜材料を中間膜として、上記有
機基材と無機系または金属系材料を含むコート層との間
に介在させることにより、該中間膜は前記したように傾
斜性を有することから、有機基材との密着性に優れると
共に、その上に設けられる無機系または金属系材料を含
むコート層との密着性にも優れ、その結果、有機基材上
に無機系または金属系材料を含むコート層を極めて密着
性よく、形成させることができる。
By interposing the gradient material of the present invention as an intermediate film between the organic base material and the coating layer containing an inorganic or metallic material, the intermediate film has a gradient as described above. Therefore, the adhesiveness with the organic base material is excellent, and the adhesiveness with the coating layer containing the inorganic or metal-based material provided thereon is also excellent, and as a result, the inorganic or metal-based material is provided on the organic base material. It is possible to form a coat layer containing P with excellent adhesion.

【0071】前記無機系または金属系材料を含むコート
層としては特に制限はなく、様々なコート層を形成する
ことができるが、例えば(1)光触媒活性材料層、
(2)無機系または金属系導電性材料層、(3)無機系
または金属系材料を含むハードコート層、(4)無機系
または金属系光記録材料層または無機系または金属系誘
電体層などを好ましく挙げることができる。これらの中
で、特に光触媒活性材料層と有機基材との間に介在させ
る中間膜として、本発明の傾斜材料を用いることが好ま
しい。
The coat layer containing the inorganic or metallic material is not particularly limited, and various coat layers can be formed. For example, (1) a photocatalytically active material layer,
(2) Inorganic or metallic conductive material layer, (3) Hard coat layer containing inorganic or metallic material, (4) Inorganic or metallic optical recording material layer or inorganic or metallic dielectric layer, etc. Can be preferably mentioned. Among these, it is particularly preferable to use the gradient material of the present invention as an intermediate film interposed between the photocatalytically active material layer and the organic base material.

【0072】有機基材表面に、二酸化チタンなどの光触
媒活性材料のコート層を設けた場合、その光触媒作用に
より、有機基材が短時間で劣化するという問題が生じ
る。したがって、光触媒作用により、劣化しにくい無機
バインダーを介して有機基材上に二酸化チタンなどの光
触媒活性材料のコート層を設けることが試みられてい
る。しかしながら、無機バインダーは、有機基材との接
着力が不十分であり、耐久性に劣るという問題がある。
When a coating layer of a photocatalytically active material such as titanium dioxide is provided on the surface of the organic base material, the photocatalytic action causes a problem that the organic base material deteriorates in a short time. Therefore, it has been attempted to provide a coating layer of a photocatalytically active material such as titanium dioxide on an organic substrate through an inorganic binder that is less likely to deteriorate due to a photocatalytic action. However, the inorganic binder has a problem that the adhesive strength to the organic base material is insufficient and the durability is poor.

【0073】本発明の傾斜材料を中間膜として、有機基
材と光触媒活性材料のコート層との間に介在させた場
合、有機基材との密着性に優れ、しかも表面はほぼ金属
酸化物系化合物であるため、光触媒活性材料のコート層
との密着性が良い上、中間膜が光触媒作用により劣化し
にくく、有機基材を十分に保護することができる。
When the graded material of the present invention is used as an intermediate film and interposed between the organic base material and the coating layer of the photocatalytically active material, the adhesion to the organic base material is excellent, and the surface is almost metal oxide-based. Since it is a compound, it has good adhesion to the coating layer of the photocatalytically active material, and the intermediate film is unlikely to deteriorate due to the photocatalytic action, so that the organic base material can be sufficiently protected.

【0074】また、表面に有機系塗膜を有する金属系基
材と光触媒活性材料層との間に、本発明の傾斜材料を中
間膜として介在させることができる。この中間膜は、上
記有機基材の場合と同様に、有機系塗膜との密着性に優
れ、しかも光触媒活性材料のコート層との密着性が良い
上、光触媒作用により劣化しにくく、有機系塗膜を十分
に保護することができる。このような用途としては、有
機基材のフィルムの表面に該材料と光触媒活性材料層を
設けて、種々の材料に貼り付けて使用する場合や、表面
に有機系塗膜を有する自動車用鋼板上に光触媒活性材料
層を設ける場合に有用である。
Further, the gradient material of the present invention can be interposed as an intermediate film between the metal-based base material having the organic coating film on the surface and the photocatalytically active material layer. Similar to the case of the above-mentioned organic base material, this intermediate film has excellent adhesiveness to the organic coating film, good adhesion to the coating layer of the photocatalytically active material, and is not easily deteriorated by the photocatalytic action. The coating film can be sufficiently protected. As such an application, when the material and a photocatalytically active material layer are provided on the surface of an organic substrate film and used by adhering to various materials, or on a steel sheet for automobiles having an organic coating film on the surface. This is useful when a photocatalytically active material layer is provided on the.

【0075】表面に有機系塗膜を有する金属系基材とし
ては、例えば冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム
/亜鉛合金めっき鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム
板、アルミニウム合金板などの金属系基材に有機系塗膜
を形成したものを挙げることができる。
Examples of the metal-based substrate having an organic coating film on its surface include cold-rolled steel plates, zinc-plated steel plates, aluminum / zinc alloy-plated steel plates, stainless steel plates, aluminum plates and aluminum alloy plates. The thing which formed the organic type coating film can be mentioned.

【0076】本発明の傾斜材料を、このような中間膜と
して用いる場合、その上に設けられる光触媒活性材料の
コート層が光触媒能の高い二酸化チタンである場合に、
特に有効である。
When the gradient material of the present invention is used as such an intermediate film, when the coating layer of the photocatalytically active material provided thereon is titanium dioxide having high photocatalytic activity,
Especially effective.

【0077】[0077]

【実施例】次に、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定
されるものではない。 実施例1 2−メトキシエタノールにテトラメトキシシラン(反応
液全体に対しSiO2換算の濃度で5wt%)及び、1
モル/リットル濃度の硝酸水溶液をテトラメトキシシラ
ンの8倍モルの水となるように添加して、30℃で48
時間加水分解−縮合反応を行った。得られたシリカゾル
溶液をSiO2換算で3wt%になるように2−メトキ
シエタノールで希釈してシリコンウエハ上に1500r
pm/20秒で成膜を行った。これを80℃で1時間熱
処理してシリカ薄膜を得た。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 2-methoxyethanol in tetramethoxysilane (5 wt% in terms of SiO 2 with respect to the entire reaction solution) and 1
An aqueous solution of nitric acid having a concentration of mol / liter was added so that the amount of water would be 8 times the molar amount of tetramethoxysilane, and the mixture was heated at 30 ° C.
A time hydrolysis-condensation reaction was performed. The obtained silica sol solution was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 3 wt% in terms of SiO 2 , and 1500r was deposited on a silicon wafer.
The film was formed at pm / 20 seconds. This was heat-treated at 80 ° C. for 1 hour to obtain a silica thin film.

【0078】〈溶液のIR測定〉48時間加水分解−縮
合反応を行った後に、反応溶液のIRの測定を行った。
装置としてNicollet社製Magna760を使
用し、反応溶液をATRクリスタル上に滴下し、1回反
射ATR法(クリスタルGa)で、測定を行った。得ら
れたIRチャートから、差スペクトルにより溶媒を差し
引いて、SiOH(966cm-1)及びSiO2(10
82cm-1)の吸収強度の比を求めたところ、SiOH
/SiO2=0.35であった。
<IR Measurement of Solution> After the hydrolysis-condensation reaction for 48 hours, the IR of the reaction solution was measured.
Using a Magna 760 manufactured by Nicollet as an apparatus, the reaction solution was dropped on an ATR crystal, and measurement was carried out by a single reflection ATR method (crystal Ga). From the obtained IR chart, the solvent was subtracted from the difference spectrum to obtain SiOH (966 cm −1 ) and SiO 2 (10
The absorption intensity ratio of 82 cm -1 ) was calculated to be SiOH.
/ SiO 2 = 0.35.

【0079】〈薄膜のIR測定〉シリコンウエハに成膜
したシリカ薄膜を透過IR法により測定を行った。装置
としてNicollet社製Magna760を使用し
た。得られたチャートから、シリコンウエハの吸収を差
スペクトルにより差し引いて、SiOx(1130cm
-1)、SiO2(1068cm-1)及びSiOH(94
6cm-1)の吸収強度の比を求めた。その結果、SiO
x/SiO2=0.33およびSiOH/SiO2=0.
13であった。
<IR Measurement of Thin Film> A silica thin film formed on a silicon wafer was measured by a transmission IR method. As a device, Magna 760 manufactured by Nicollet was used. From the obtained chart, the absorption of the silicon wafer was subtracted by the difference spectrum to obtain SiOx (1130 cm
−1 ), SiO 2 (1068 cm −1 ), and SiOH (94
The ratio of the absorption intensity at 6 cm -1 ) was determined. As a result, SiO
x / SiO 2 = 0.33 and SiOH / SiO 2 = 0.
It was 13.

【0080】〈薄膜の密度測定〉 測定装置:理学電機製ATX−G 測定条件:電圧・電流:50kV・300mA、 入射光学系:Ge(220)チャンネルモノクロメー
タ、 測定範囲:2Theta=0.1から1.2deg、 スキャンスピード:0.1deg/min、 サンプリング幅:0.002deg により得られたシリカ薄膜のX線全反射測定による膜密
度を算出した。その結果密度は1.90であった。図1
に、シリカゾルのIRスペクトルを示す。
<Measurement of Density of Thin Film> Measuring device: ATX-G manufactured by Rigaku Denki Measuring conditions: voltage / current: 50 kV / 300 mA, incident optical system: Ge (220) channel monochromator, measuring range: 2 Theta = 0.1 to 1.2 deg, scan speed: 0.1 deg / min, sampling width: 0.002 deg The film density of the silica thin film obtained by X-ray total reflection measurement was calculated. As a result, the density was 1.90. Figure 1
The IR spectrum of silica sol is shown in FIG.

【0081】実施例2 イソプロピルアルコールにテトラメトキシシラン(反応
液全体に対しSiO2換算の濃度で16wt%)及び、
1モル/リットル濃度の硝酸水溶液をテトラメトキシシ
ランの6倍モルの水となるように添加して、30℃で2
時間加水分解−縮合反応を行った。得られたシリカゾル
溶液をSiO2換算で3wt%になるように2−メトキ
シエタノールで希釈してシリコンウエハ上に1500r
pm/20秒で成膜を行った。これを80℃で1時間熱
処理してシリカ薄膜を得た。
Example 2 Tetramethoxysilane (16 wt% in terms of SiO 2 with respect to the entire reaction solution) was added to isopropyl alcohol, and
An aqueous solution of nitric acid having a concentration of 1 mol / liter was added so that the amount of water was 6 times that of tetramethoxysilane, and the mixture was heated at 30 ° C. for 2 hours.
A time hydrolysis-condensation reaction was performed. The obtained silica sol solution was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 3 wt% in terms of SiO 2 , and 1500r was deposited on a silicon wafer.
The film was formed at pm / 20 seconds. This was heat-treated at 80 ° C. for 1 hour to obtain a silica thin film.

【0082】〈加水分解度の測定〉反応開始10分後に
ガスクロマトグラフによりテトラメトキシシランから加
水分解して脱離したメタノールの定量を行った。その結
果、97%のメトキシ基が脱離してメタノールが生成し
ていることが判明した。
<Measurement of Degree of Hydrolysis> Ten minutes after the start of the reaction, the amount of methanol hydrolyzed and desorbed from tetramethoxysilane was quantified by gas chromatography. As a result, it was found that 97% of the methoxy groups were eliminated and methanol was produced.

【0083】〈29Si−NMRの測定〉得られたシリカ
ゾルを日本電子製「GSX270」により29Si−NM
R測定を行った。得られたチャートにおけるQ1(−8
5〜−80ppmのピーク)、Q2(−95〜−88p
pmのピーク)およびQ3(−105〜−97ppmに
あるピーク)から得られるベースラインを差し引いた、
1/(Q1+Q2+Q3)の面積比を算出したところ、
0.06であった。
<Measurement of 29 Si-NMR> The obtained silica sol was subjected to 29 Si-NM by "GSX270" manufactured by JEOL Ltd.
R measurement was performed. Q 1 (-8 in the obtained chart
5 to −80 ppm peak), Q 2 (−95 to −88 p)
pm peak) and Q 3 (minus the baseline obtained from the peak) in the -105~-97ppm,
When the area ratio of Q 1 / (Q 1 + Q 2 + Q 3 ) was calculated,
It was 0.06.

【0084】〈薄膜の密度測定〉実施例1と同様にし
て、シリカ薄膜のX線全反射測定による膜密度を算出し
た。その結果、密度は1.89であった。図2に、シリ
カゾルの29Si−NMRスペクトルを示す。
<Measurement of Density of Thin Film> In the same manner as in Example 1, the film density of the silica thin film was calculated by X-ray total reflection measurement. As a result, the density was 1.89. FIG. 2 shows the 29 Si-NMR spectrum of silica sol.

【0085】実施例3 2−メトキシエタノールにテトラメトキシシラン(反応
液全体に対しSiO2換算の濃度で16wt%)及び、
1モル/リットル濃度の硝酸水溶液をテトラメトキシシ
ランの6倍モルの水となるように添加して、30℃で2
時間加水分解−縮合反応を行った。得られたシリカゾル
溶液をSiO2換算で3wt%になるように2−メトキ
シエタノールで希釈してシリコンウエハ上に1500r
pm/20秒で成膜を行った。これを80℃で1時間熱
処理してシリカ薄膜を得た。
Example 3 2-methoxyethanol, tetramethoxysilane (16 wt% in terms of SiO 2 with respect to the entire reaction solution), and
An aqueous solution of nitric acid having a concentration of 1 mol / liter was added so that the amount of water was 6 times that of tetramethoxysilane, and the mixture was heated at 30 ° C. for 2 hours.
A time hydrolysis-condensation reaction was performed. The obtained silica sol solution was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 3 wt% in terms of SiO 2 , and 1500r was deposited on a silicon wafer.
The film was formed at pm / 20 seconds. This was heat-treated at 80 ° C. for 1 hour to obtain a silica thin film.

【0086】〈加水分解度の測定〉反応開始10分後に
ガスクロマトグラフによりテトラメトキシシランから加
水分解して脱離したメタノールの定量を行った。その結
果、97%のメトキシ基が脱離してメタノールが生成し
ていることが判明した。
<Measurement of Hydrolysis Degree> Ten minutes after the start of the reaction, the amount of methanol hydrolyzed and desorbed from tetramethoxysilane was quantified by gas chromatography. As a result, it was found that 97% of the methoxy groups were eliminated and methanol was produced.

【0087】〈溶液のIR測定〉2時間加水分解−縮合
反応を行った後に、反応溶液のIRの測定を行った。装
置としてNicollet社製Magna760を使用
し、反応溶液をATRクリスタル上に滴下し、1回反射
ATR法(クリスタルGa)で、測定を行った。得られ
たIRチャートから、差スペクトルにより溶媒を差し引
いて、SiOH(966cm-1)及びSiO2(108
2cm-1)の吸収強度の比を求めたところ、SiOH/
SiO2=0.5であった。
<IR Measurement of Solution> After performing the hydrolysis-condensation reaction for 2 hours, the IR of the reaction solution was measured. Using a Magna 760 manufactured by Nicollet as an apparatus, the reaction solution was dropped on an ATR crystal, and measurement was carried out by a single reflection ATR method (crystal Ga). From the obtained IR chart, the solvent was subtracted from the difference spectrum to obtain SiOH (966 cm −1 ) and SiO 2 (108
The ratio of absorption intensity at 2 cm -1 ) was calculated to be SiOH /
SiO 2 = 0.5.

【0088】〈薄膜のIR測定〉シリコンウエハに成膜
したシリカ薄膜を透過IR法により測定を行った。装置
としてNicollet社製Magna760を使用し
た。得られたチャートから、シリコンウエハの吸収を差
スペクトルにより差し引いて、SiOx(1130cm
-1)、SiO2(1068cm-1)及びSiOH(94
6cm-1)の吸収強度の比を求めた。その結果、SiO
x/SiO2=0.30およびSiOH/SiO2=0.
12であった。
<IR Measurement of Thin Film> The silica thin film formed on the silicon wafer was measured by the transmission IR method. As a device, Magna 760 manufactured by Nicollet was used. From the obtained chart, the absorption of the silicon wafer was subtracted by the difference spectrum to obtain SiOx (1130 cm
−1 ), SiO 2 (1068 cm −1 ), and SiOH (94
The ratio of the absorption intensity at 6 cm -1 ) was determined. As a result, SiO
x / SiO 2 = 0.30 and SiOH / SiO 2 = 0.
It was 12.

【0089】〈29Si−NMRの測定〉得られたシリカ
ゾルを日本電子製「GSX270」により29Si−NM
R測定を行った。得られたチャートにおけるQ1(−8
5〜−80ppmのピーク)、Q2(−95〜−88p
pmのピーク)およびQ3(−105〜−97ppmに
あるピーク)から得られるベースラインを差し引いた、
1/(Q1+Q2+Q3)の面積比を算出したところ、
0.07であった。
<Measurement of 29 Si-NMR> The obtained silica sol was subjected to 29 Si-NM by "GSX270" manufactured by JEOL Ltd.
R measurement was performed. Q 1 (-8 in the obtained chart
5 to −80 ppm peak), Q 2 (−95 to −88 p)
pm peak) and Q 3 (minus the baseline obtained from the peak) in the -105~-97ppm,
When the area ratio of Q 1 / (Q 1 + Q 2 + Q 3 ) was calculated,
It was 0.07.

【0090】〈薄膜の密度測定〉実施例1と同様にし
て、シリカ薄膜のX線全反射測定による膜密度を算出し
た。その結果、密度は1.92であった。図3に、シリ
カゾルのIRスペクトルを、図4にシリカゾルの29Si
−NMRスペクトルを示す。
<Measurement of Density of Thin Film> In the same manner as in Example 1, the film density of the silica thin film was calculated by X-ray total reflection measurement. As a result, the density was 1.92. Fig. 3 shows the IR spectrum of silica sol, and Fig. 4 shows the 29 Si of silica sol.
-Shows an NMR spectrum.

【0091】比較例1 イソプロピルアルコールにテトラメトキシシラン(反応
液全体に対しSiO2換算の濃度で5wt%)及び、
0.1モル/リットル濃度の硝酸水溶液をテトラメトキ
シシランの4倍モルの水となるように添加して、30℃
で2時間加水分解−縮合反応を行った。得られたシリカ
ゾル溶液をSiO2換算で3wt%になるように2−メ
トキシエタノールで希釈してシリコンウエハ上に150
0rpm/20秒で成膜を行った。これを80℃で1時
間熱処理してシリカ薄膜を得た。
Comparative Example 1 Tetramethoxysilane (5 wt% in terms of SiO 2 with respect to the entire reaction solution) was added to isopropyl alcohol, and
An aqueous solution of nitric acid having a concentration of 0.1 mol / liter was added so that the amount of water was 4 times that of tetramethoxysilane, and the temperature was 30 °
The hydrolysis-condensation reaction was performed for 2 hours. The obtained silica sol solution was diluted with 2-methoxyethanol so as to be 3 wt% in terms of SiO 2 and then diluted on a silicon wafer to give 150
The film was formed at 0 rpm / 20 seconds. This was heat-treated at 80 ° C. for 1 hour to obtain a silica thin film.

【0092】〈加水分解度の測定〉反応開始10分後に
ガスクロマトグラフによりテトラメトキシシランから加
水分解して脱離したメタノールの定量を行った。その結
果、90%のメトキシ基が脱離してメタノールが生成し
ていることが判明した。
<Measurement of Degree of Hydrolysis> Ten minutes after the start of the reaction, the amount of methanol hydrolyzed and desorbed from tetramethoxysilane was quantified by gas chromatography. As a result, it was found that 90% of the methoxy groups were eliminated and methanol was produced.

【0093】〈溶液のIR測定〉2時間加水分解−縮合
反応を行った後に、反応溶液のIRの測定を行った。装
置としてNicollet社製Magna760を使用
し、反応溶液をATRクリスタル上に滴下し、1回反射
ATR法(クリスタルGa)で、測定を行った。得られ
たIRチャートから、差スペクトルにより溶媒を差し引
いて、SiOH(966cm-1)及びSiO2(108
2cm-1)の吸収強度の比を求めたところ、SiOH/
SiO2=0.25であった。
<IR Measurement of Solution> After performing the hydrolysis-condensation reaction for 2 hours, the IR of the reaction solution was measured. Using a Magna 760 manufactured by Nicollet as an apparatus, the reaction solution was dropped on an ATR crystal, and measurement was carried out by a single reflection ATR method (crystal Ga). From the obtained IR chart, the solvent was subtracted from the difference spectrum to obtain SiOH (966 cm −1 ) and SiO 2 (108
The ratio of absorption intensity at 2 cm -1 ) was calculated to be SiOH /
SiO 2 = 0.25.

【0094】〈薄膜のIR測定〉シリコンウエハに成膜
したシリカ薄膜を透過IR法により測定を行った。装置
としてNicollet社製Magna760を使用し
た。得られたチャートから、シリコンウエハの吸収を差
スペクトルにより差し引いて、SiOx(1130cm
-1)、SiO2(1068cm-1)及びSiOH(94
6cm-1)の吸収強度の比を求めた。その結果、SiO
x/SiO2=0.40およびSiOH/SiO2=0.
25であった。
<IR Measurement of Thin Film> A silica thin film formed on a silicon wafer was measured by a transmission IR method. As a device, Magna 760 manufactured by Nicollet was used. From the obtained chart, the absorption of the silicon wafer was subtracted by the difference spectrum to obtain SiOx (1130 cm
−1 ), SiO 2 (1068 cm −1 ), and SiOH (94
The ratio of the absorption intensity at 6 cm -1 ) was determined. As a result, SiO
x / SiO 2 = 0.40 and SiOH / SiO 2 = 0.
It was 25.

【0095】〈29Si−NMRの測定〉得られたシリカ
ゾルを日本電子製「GSX270」により29Si−NM
R測定を行った。得られたチャートから、Q1/(Q1
2+Q3)の面積比を算出したところ、0.6であっ
た。
<Measurement of 29 Si-NMR> The obtained silica sol was subjected to 29 Si-NM by "GSX270" manufactured by JEOL Ltd.
R measurement was performed. From the chart obtained, Q 1 / (Q 1 +
The area ratio of (Q 2 + Q 3 ) was calculated to be 0.6.

【0096】〈薄膜の密度測定〉実施例1と同様にし
て、シリカ薄膜のX線全反射測定による膜密度を算出し
た。その結果、密度は1.78であった。図5に、シリ
カゾルのIRスペクトルを、図6にシリカゾルの29Si
−NMRスペクトルを示す。
<Measurement of Density of Thin Film> In the same manner as in Example 1, the film density of the silica thin film was calculated by X-ray total reflection measurement. As a result, the density was 1.78. Fig. 5 shows the IR spectrum of silica sol, and Fig. 6 shows the 29 Si of silica sol.
-Shows an NMR spectrum.

【0097】実施例4 メチルメタクリレート10.9gおよびγ−メタクリロ
キシプロピルトリメトキシシラン1.36gの混合溶液
に、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル0.1gを
溶解させた後、攪拌しながら75℃で3時間反応させ
て、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GP
C)法によるポリスチレン換算の重量平均分子量が約7
万の共重合体を得た。この共重合体1.0gをメチルイ
ソブチルケトン100mlに溶解させ、10g/L濃度
の有機成分溶液を得た。
Example 4 0.12 g of 2,2′-azobisisobutyronitrile was dissolved in a mixed solution of 10.9 g of methyl methacrylate and 1.36 g of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, and the mixture was stirred. While reacting at 75 ° C for 3 hours, gel permeation chromatography (GP
The polystyrene-equivalent weight average molecular weight by method C) is about 7
10,000 copolymers were obtained. 1.0 g of this copolymer was dissolved in 100 ml of methyl isobutyl ketone to obtain an organic component solution having a concentration of 10 g / L.

【0098】この有機成分溶液5mlをメチルイソブチ
ルケトン20mlに加えた後、エチルセロソルブ15m
l、次いで実施例3で得られたシリカゾル5mlを加え
て成分傾斜膜塗工液を作製した。この塗工液をワイヤー
線径0.075mmのマイヤーバーにて50μm厚みの
ポリエチレンテレフタレートフィルム(帝人デュポンフ
ィルム(株)製、「テトロンHB−3」)上にバーコー
トし、溶剤を揮発させて成分傾斜膜を形成させた。この
膜のX線光電子分光測定を行ったところ、傾斜性を有す
る膜であることが確認された。
After adding 5 ml of this organic component solution to 20 ml of methyl isobutyl ketone, 15 m of ethyl cellosolve was added.
1 and then 5 ml of the silica sol obtained in Example 3 were added to prepare a component gradient film coating liquid. This coating solution was bar-coated on a polyethylene terephthalate film (“Tetron HB-3” manufactured by Teijin DuPont Films Ltd.) having a thickness of 50 μm with a Meyer bar having a wire wire diameter of 0.075 mm, and the solvent was volatilized to make the components A graded film was formed. When this film was subjected to X-ray photoelectron spectroscopy measurement, it was confirmed to be a film having a gradient.

【0099】これを、80℃にて20時間オーブンで加
熱し、その後、該膜上に石原産業(株)製、光触媒液
「ST−K211」を厚み50nmで塗布した。この光
触媒膜付フィルムをカーボンアーク式サンシャインウエ
ザーメーターによる促進耐候試験を行った結果、900
時間経過後のヘイズ値は3.78%で透明性を維持して
いた。
This was heated in an oven at 80 ° C. for 20 hours, and then a photocatalyst solution “ST-K211” manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. was applied on the film to a thickness of 50 nm. As a result of conducting an accelerated weathering test on this film with a photocatalyst film using a carbon arc type sunshine weather meter, 900
The haze value after the lapse of time was 3.78%, and the transparency was maintained.

【0100】比較例2 実施例4において、実施例3で得られたシリカゾルの代
わりに、比較例1で得られたシリカゾルを用いた以外
は、実施例4と同様にして、光触媒膜付き成分傾斜膜フ
ィルムを得た。この光触媒膜付フィルムをカーボンアー
ク式サンシャインウエザーメーターによる促進耐候試験
を行った結果、900時間経過後のヘイズ値は20%で
白化していた。光学顕微鏡で膜表面を観察したところ、
シリカ部分が収縮してクラックの発生が確認された。
Comparative Example 2 In the same manner as in Example 4 except that the silica sol obtained in Comparative Example 1 was used in place of the silica sol obtained in Example 3, a gradient of components with a photocatalyst film was prepared. A membrane film was obtained. The film with a photocatalyst film was subjected to an accelerated weathering test using a carbon arc type sunshine weather meter, and as a result, the haze value after 900 hours was 20% and whitening occurred. When observing the film surface with an optical microscope,
It was confirmed that the silica portion contracted and a crack was generated.

【0101】[0101]

【発明の効果】本発明によれば、ゾル−ゲル法によるシ
リカ系薄膜の製造方法において、テトラアルコキシシラ
ンの加水分解、縮合により得られたゾルの縮合度や加水
分解度を制御することにより、低温熱処理で、膜厚収縮
率が小さく、かつクラックの発生が抑制された緻密なシ
リカ系薄膜を得ることができる。また、表面層が緻密な
シリカを含む金属酸化物薄膜からなり、かつ金属成分の
含有率が材料の表面から厚み方向に連続的に変化(減
少)する成分傾斜構造を有する有機−無機複合傾斜材料
を提供することができる。
According to the present invention, in the method for producing a silica-based thin film by the sol-gel method, the degree of condensation and the degree of hydrolysis of the sol obtained by the hydrolysis and condensation of tetraalkoxysilane are controlled. By the low temperature heat treatment, it is possible to obtain a dense silica-based thin film having a small film thickness shrinkage and suppressing generation of cracks. An organic-inorganic composite gradient material whose surface layer is composed of a dense metal oxide thin film containing silica and has a component gradient structure in which the content of metal components continuously changes (decreases) in the thickness direction from the surface of the material. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1で得られたシリカ膜を成膜し、80℃
で1時間加熱した時のIRスペクトル変化の図である。
1] The silica film obtained in Example 1 was formed into a film at 80 ° C.
It is a figure of IR spectrum change at the time of heating for 1 hour.

【図2】実施例2で得られたシリカゾルの29Si−NM
Rスペクトル図である。
FIG. 2 29 Si—NM of silica sol obtained in Example 2
It is an R spectrum figure.

【図3】実施例3で得られたシリカ膜を成膜し、80℃
で1時間加熱した時のIRスペクトル変化の図である。
FIG. 3 is a graph showing the silica film obtained in Example 3 formed at 80 ° C.
It is a figure of IR spectrum change at the time of heating for 1 hour.

【図4】実施例3で得られたシリカゾルの29Si−NM
Rスペクトル図である。
FIG. 4 29 Si—NM of silica sol obtained in Example 3
It is an R spectrum figure.

【図5】比較例1で得られたシリカ膜を成膜し、80℃
で1時間加熱した時のIRスペクトル変化の図である。
FIG. 5: Formed the silica film obtained in Comparative Example 1 at 80 ° C.
It is a figure of IR spectrum change at the time of heating for 1 hour.

【図6】比較例1で得られたシリカゾルの29Si−NM
Rスペクトル図である。
FIG. 6 29 Si-NM of silica sol obtained in Comparative Example 1
It is an R spectrum figure.

フロントページの続き Fターム(参考) 4G072 AA28 BB09 CC02 GG02 GG03 HH18 HH30 NN21 PP01 RR05 TT30 UU01 4J031 AA20 AA59 AB01 AC15 AD01 AF02 4J038 CG141 CG142 CH141 CH142 CH171 CH172 CH231 CH232 DL021 DL022 DM021 DM022 HA216 HA446 MA12 NA11Continued front page    F term (reference) 4G072 AA28 BB09 CC02 GG02 GG03                       HH18 HH30 NN21 PP01 RR05                       TT30 UU01                 4J031 AA20 AA59 AB01 AC15 AD01                       AF02                 4J038 CG141 CG142 CH141 CH142                       CH171 CH172 CH231 CH232                       DL021 DL022 DM021 DM022                       HA216 HA446 MA12 NA11

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシランを加水分解、縮合させて得
られたゾルを、基材上に成膜してシリカ系薄膜を製造す
る方法において、前記ゾルを、その赤外線吸収スペクト
ル測定における波数966cm-1(SiOH)と波数1
082cm -1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/S
iO2)が0.3以上にあるように制御することによ
り、赤外線吸収スペクトル測定における波数1130c
-1(SiOx)と波数1068cm-1(SiO2)の
吸収強度比(SiOx/SiO2)および波数946c
-1(SiOH)と波数1068cm-1(SiO2)の
吸収強度比(SiOH/SiO2)が、それぞれ0.3
5以下および0.14以下であり、かつX線全反射測定
による密度が1.88以上であるシリカ系薄膜を成膜す
ることを特徴とするシリカ系薄膜の製造方法。
1. The general formula (I) Si (OR)Four                … (I) (In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
The ORs may be the same or different. )
Obtained by hydrolyzing and condensing tetraalkoxysilane
The silica-based thin film is manufactured by forming a film of the sol on the substrate.
In the method of
Wave number 966 cm-1(SiOH) and wave number 1
082 cm -1(SiO2) Absorption intensity ratio (SiOH / S
iO2) Is controlled to be 0.3 or more.
, The wave number in infrared absorption spectrum measurement 1130c
m-1(SiOx) and wave number 1068 cm-1(SiO2)of
Absorption intensity ratio (SiOx / SiO2) And wave number 946c
m-1(SiOH) and wave number 1068 cm-1(SiO2)of
Absorption intensity ratio (SiOH / SiO2) Is 0.3
5 or less and 0.14 or less, and X-ray total reflection measurement
To form a silica-based thin film with a density of 1.88 or more
A method for producing a silica-based thin film, comprising:
【請求項2】 一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシランを加水分解、縮合させて得
られたゾルを、基材上に成膜してシリカ系薄膜を製造す
る方法において、前記ゾルを、テトラアルコキシシラン
の加水分解度が反応開始後10分で95%以上であり、
かつ29Si−核磁気共鳴分光測定におけるQ1/(Q1
2+Q3)比(ここで、Q1はSiOSi結合を1つ有
するSi原子のピーク面積、Q2はSiOSi結合を2
つ有するSi原子のピーク面積、Q3はSiOSi結合
を3つ有するSi原子のピーク面積である。)が0.1
以下であるように制御することにより、X線全反射測定
による密度が1.88以上であるシリカ系薄膜を成膜す
ることを特徴とするシリカ系薄膜の製造方法。
2. General formula (I) Si (OR) 4 (I) (In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and four ORs may be the same or different from each other. In a method for producing a silica-based thin film by forming a sol obtained by hydrolyzing and condensing a tetraalkoxysilane represented by), the sol having a degree of hydrolysis of tetraalkoxysilane 95% or more 10 minutes after the start of the reaction,
And Q 1 / (Q 1 + in 29 Si-nuclear magnetic resonance spectroscopy measurement
Q 2 + Q 3 ) ratio (where Q 1 is the peak area of a Si atom having one SiOSi bond, and Q 2 is 2 SiOSi bonds).
Q 3 is the peak area of Si atom having three SiSi bonds and Q 3 is the peak area of Si atom having three SiOSi bonds. ) Is 0.1
A method for producing a silica-based thin film, which comprises forming a silica-based thin film having a density of 1.88 or more by X-ray total reflection measurement by controlling as follows.
【請求項3】 一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシランを加水分解、縮合させて得
られたゾルを、基材上に成膜してシリカ系薄膜を製造す
る方法において、前記ゾルを、その赤外線吸収スペクト
ル測定における波数966cm-1(SiOH)と波数1
082cm -1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/S
iO2)が0.3以上であって、テトラアルコキシシラ
ンの加水分解度が反応開始後10分で95%以上であ
り、かつ 29Si−核磁気共鳴分光測定におけるQ1
(Q1+Q2+Q3)比(ここで、Q1はSiOSi結合を
1つ有するSi原子のピーク面積、Q2はSiOSi結
合を2つ有するSi原子のピーク面積、Q3はSiOS
i結合を3つ有するSi原子のピーク面積である。)が
0.1以下であるように制御することにより、赤外線吸
収スペクトル測定における波数1130cm-1(SiO
x)と波数1068cm-1(SiO2)の吸収強度比
(SiOx/SiO2)および波数946cm-1(Si
OH)と波数1068cm-1(SiO2)の吸収強度比
(SiOH/SiO2)が、それぞれ0.35以下およ
び0.14以下であり、かつX線全反射測定による密度
が1.88以上であるシリカ系薄膜を成膜することを特
徴とするシリカ系薄膜の製造方法。
3. The general formula (I) Si (OR)Four                … (I) (In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
The ORs may be the same or different. )
Obtained by hydrolyzing and condensing tetraalkoxysilane
The silica-based thin film is manufactured by forming a film of the sol on the substrate.
In the method of
Wave number 966 cm-1(SiOH) and wave number 1
082 cm -1(SiO2) Absorption intensity ratio (SiOH / S
iO2) Is 0.3 or more, and tetraalkoxy sila
The degree of hydrolysis of benzene is 95% or more 10 minutes after the start of the reaction.
And 29Q in Si-Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy1/
(Q1+ Q2+ Q3) Ratio (where Q1Is a SiOSi bond
Peak area of one Si atom, Q2Is SiOSi
Peak area of Si atom having two atoms, Q3Is SiOS
It is the peak area of Si atoms having three i-bonds. )But
Infrared absorption is controlled by controlling the value to be 0.1 or less.
Wave number 1130 cm in the spectrum measurement-1(SiO
x) and wave number 1068 cm-1(SiO2) Absorption intensity ratio
(SiOx / SiO2) And wave number 946 cm-1(Si
OH) and wave number 1068 cm-1(SiO2) Absorption intensity ratio
(SiOH / SiO2) Is less than 0.35 and
And 0.14 or less and the density by X-ray total reflection measurement
Special feature is to form a silica-based thin film with a value of 1.88 or more.
A method for producing a silica-based thin film.
【請求項4】 有機高分子化合物と金属酸化物系化合物
とが化学的に結合した複合体を含み、かつ金属成分の含
有率が材料の表面から深さ方向に連続的に変化する成分
傾斜構造を有する有機−無機複合傾斜材料であって、上
記複合体が、(A)分子中に加水分解により金属酸化物
と結合しうる金属含有基を有する有機高分子化合物を、
(B)シリカ系ゾルの存在下に加水分解処理して得られ
た塗工液を用いて形成されてなるものであり、かつ前記
(B)成分のシリカ系ゾルとして、一般式(I) Si(OR)4 …(I) (式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示し、4つの
ORはたがいに同一でも異なっていてもよい。)で表さ
れるテトラアルコキシシランを加水分解、縮合させて得
られたゾルであって、(イ)ゾルの赤外線吸収スペクト
ル測定における波数966cm-1(SiOH)と波数1
082cm-1(SiO2)の吸収強度比(SiOH/S
iO2)が0.3以上、並びに成膜したシリカ系薄膜
が、赤外線吸収スペクトル測定における波数1130c
-1(SiOx)と波数1068cm-1(SiO2)の
吸収強度比(SiOx/SiO2)および波数946c
-1(SiOH)と波数1068cm-1(SiO2)の
吸収強度比(SiOH/SiO2)が、それぞれ0.3
5以下および0.14以下であり、かつX線全反射測定
による密度が1.88以上であるもの、または(ロ)ゾ
ルのテトラアルコキシシランの加水分解度が反応開始後
10分で95%以上であり、かつ29Si−核磁気共鳴分
光測定におけるQ1/(Q1+Q2+Q3)比(ここで、Q
1はSiOSi結合を1つ有するSi原子のピーク面
積、Q2はSiOSi結合を2つ有するSi原子のピー
ク面積、Q3はSiOSi結合を3つ有するSi原子の
ピーク面積である。)が0.1以下、並びに成膜したシ
リカ系薄膜が、X線全反射測定による密度が1.88以
上であるもの、あるいは前記(イ)と(ロ)の両条件を
満たすものを用いたことを特徴とする有機−無機複合傾
斜材料。
4. A gradient component structure containing a complex in which an organic polymer compound and a metal oxide compound are chemically bonded, and in which the content of the metal component continuously changes in the depth direction from the surface of the material. An organic-inorganic composite gradient material having: wherein the composite has an organic polymer compound (A) having a metal-containing group capable of binding to a metal oxide by hydrolysis in a molecule,
(B) a silica-based sol formed by using a coating liquid obtained by hydrolyzing in the presence of a silica-based sol, and having the general formula (I) Si (OR) 4 (I) (wherein, R represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and the four ORs may be the same or different from each other.) Are hydrolyzed. , A sol obtained by condensation, and having a wave number of 966 cm −1 (SiOH) and a wave number of 1 in the infrared absorption spectrum measurement of (a) sol.
Absorption intensity ratio (SiOH / S of 082 cm -1 (SiO 2 ).
iO 2 ) is 0.3 or more, and the formed silica-based thin film has a wave number of 1130c in infrared absorption spectrum measurement.
m -1 (SiOx) and wavenumber 1068cm -1 absorption intensity ratio of (SiO 2) (SiOx / SiO 2) and a wavenumber 946c
m -1 (SiOH) and absorption intensity ratio of wavenumber 1068cm -1 (SiO 2) (SiOH / SiO 2) , respectively 0.3
5 or less and 0.14 or less and a density of 1.88 or more by X-ray total reflection measurement, or (b) the degree of hydrolysis of tetraalkoxysilane in the sol is 95% or more within 10 minutes after the start of the reaction. And the Q 1 / (Q 1 + Q 2 + Q 3 ) ratio in the 29 Si-nuclear magnetic resonance spectroscopy measurement (where Q is
1 is the peak area of a Si atom having one SiOSi bond, Q 2 is the peak area of a Si atom having two SiOSi bonds, and Q 3 is the peak area of a Si atom having three SiOSi bonds. ) Is 0.1 or less, and the deposited silica-based thin film has a density of 1.88 or more as measured by X-ray total reflection, or one satisfying both conditions (a) and (b) above. An organic-inorganic composite gradient material characterized by the above.
【請求項5】 (A)成分である分子中に加水分解によ
り金属酸化物と結合し得る金属含有基を有する有機高分
子化合物が、(a)分子中に加水分解により一般式
(I)で表されるテトラアルコキシシランの加水分解、
縮合化合物と結合し得る金属含有基を有するエチレン性
不飽和単量体と、(b)金属を含まないエチレン性不飽
和単量体との共重合体である請求項4に記載の有機−無
機複合傾斜材料。
5. An organic polymer compound having a metal-containing group capable of binding to a metal oxide by hydrolysis in the molecule which is the component (A) is represented by the general formula (I) by hydrolysis in the molecule (a). Hydrolysis of the tetraalkoxysilane represented,
The organic-inorganic according to claim 4, which is a copolymer of an ethylenically unsaturated monomer having a metal-containing group capable of binding to a condensation compound and (b) an ethylenically unsaturated monomer not containing a metal. Composite graded material.
【請求項6】 有機基材上に形成された膜状物からな
り、かつ実質上、該膜状物の有機基材に当接している面
が有機高分子化合物成分であって、もう一方の開放系面
がシリカを含む金属酸化物系化合物成分である請求項4
または5に記載の有機−無機複合傾斜材料。
6. A film-shaped material formed on an organic base material, and substantially the surface of the film-shaped material in contact with the organic base material is an organic polymer compound component. The open system surface is a metal oxide compound component containing silica.
Alternatively, the organic-inorganic composite gradient material according to item 5.
【請求項7】 有機基材と光触媒活性材料層との間に介
在させる中間膜として用いられる請求項4、5または6
に記載の有機−無機複合傾斜材料。
7. The intermediate film used as an intermediate film interposed between an organic base material and a photocatalytically active material layer.
The organic-inorganic composite gradient material according to item 1.
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