JP2005035876A - Organic-inorganic hybrid glassy material and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that an organic-inorganic hybrid glassy material fulfilling heat resistance, airtightness, and a low melting point is few and its production needs much time even if it exists. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the organic-inorganic hybrid glassy material comprises a heating reaction process between a mixing process and a melting process of starting materials and a maturing process after the melting process. At least one kind of a sol-gel material containing a phenyl group is used and the heating reaction process is implemented at 40-100°C. The melting process is implemented at 40-500°C and the maturing process at 30-400°C for ≥5 minutes. When a melt formed after the melting process is separated into 2 layers, the supernatant liquid is discarded and the lower melt is extracted and matured. The organic-inorganic hybrid glassy material manufactured by the method is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ゾルゲル法に用いられる原料を出発原料とする有機無機ハイブリッドガラス状物質とその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic-inorganic hybrid glassy material starting from a raw material used in the sol-gel method and a method for producing the same.

600℃以下で軟化する材料としては、高分子材料や低融点ガラスなどが有名であり、古くから封着・封止材料、パッシベーションガラス、釉薬など、多くのところで用いられてきた。高分子材料と低融点ガラスでは、その諸物性が異なるので、その使用できる環境に応じて使い分けられてきた。一般的には、耐熱性や気密性能が優先される場合にはガラスが、耐熱性や気密性能以外の特性が優先される分野では高分子材料に代表される有機材料が使われてきた。しかし、昨今の技術進歩に伴い、これまで要求されなかった特性も着目され、その特性をもった材料の開発が期待されている。   As materials that soften at 600 ° C. or lower, polymer materials and low-melting glass are well known, and have been used in many places such as sealing and sealing materials, passivation glasses, glazes, and the like. Polymer materials and low-melting glass have different physical properties, so they have been used properly according to the environment in which they can be used. In general, glass is used when heat resistance and hermetic performance are prioritized, and organic materials represented by polymer materials are used in fields where properties other than heat resistance and hermetic performance are prioritized. However, along with recent technological progress, attention has been paid to properties that have not been required so far, and development of materials having such properties is expected.

このため、耐熱性や気密性能を増能させた高分子材料や、軟化領域を低温化させたガラスいわゆる低融点ガラスの開発が積極的になされている。特に、耐熱性や気密性能が要求される電子材料市場において、PbO-SiO2-B2O3系あるいはPbO-P2O5-SnF2系ガラスなどに代表される低融点ガラスは、電子部品の封着、被覆などの分野で不可欠の材料となっている。また、低融点ガラスは高温溶融ガラスに比べ、その成形加工に要するエネルギーひいてはコストを抑えられるため、省エネルギーに対する昨今の社会的要請とも合致している。さらに、光機能性能の有機物を破壊しない温度で溶融することが可能ならば、光機能性有機物含有(非線形)光学材料のホストとして光スイッチなどの光情報通信デバイスなどへの応用が期待される。このように、一般的な溶融ガラスの特徴である耐熱性や気密性能を有し、かつ高分子材料のように種々の特性を得やすい材料は多くの分野で要望され、特に低融点ガラスにその期待が集まっている。さらに、有機無機ハイブリッドガラスも低融点ガラスの一つとして着目されている。 For this reason, the development of polymer materials with enhanced heat resistance and airtight performance and so-called low-melting glass, which is a glass with a softened region lowered in temperature, has been actively carried out. Especially in the electronic materials market where heat resistance and airtightness are required, low melting point glass such as PbO-SiO 2 -B 2 O 3 or PbO-P 2 O 5 -SnF 2 It is an indispensable material in fields such as sealing and coating. In addition, the low melting point glass can reduce the energy required for the molding process and the cost compared to the high temperature molten glass, and therefore, it meets the recent social demand for energy saving. Furthermore, if it can be melted at a temperature that does not destroy the organic substance having optical functional performance, it can be expected to be applied to an optical information communication device such as an optical switch as a host of the optical functional organic substance-containing (nonlinear) optical material. As described above, materials having heat resistance and airtightness, which are the characteristics of general molten glass, and easily obtaining various properties such as polymer materials are demanded in many fields. Expectations are gathered. Furthermore, organic-inorganic hybrid glass is also attracting attention as one of low-melting glass.

低融点ガラスでは、例えば、Sn−Pb−P−F−O系ガラス(例えば、非特許文献1参照)に代表されるTickガラスが有名であり、100℃前後にガラス転移点を持ち、しかも優れた耐水性を示すので、一部の市場では使われてきている。しかしながら、この低融点ガラスはその主要構成成分に鉛を含むので、昨今の環境保護の流れから代替材料に置き換える必要性がでてきている。さらには、Tickガラスに代表される低融点ガラスに対する要求特性も大きく変化していると同時に、その要望も多様化している。   As the low melting point glass, for example, Tick glass represented by Sn-Pb-PFO glass (for example, see Non-Patent Document 1) is famous, and has a glass transition point around 100 ° C., and is excellent. It has been used in some markets due to its water resistance. However, since this low melting point glass contains lead as a main component, it is necessary to replace it with an alternative material from the recent trend of environmental protection. Furthermore, the required characteristics of low melting point glass represented by Tick glass are changing greatly, and the demands are diversified.

一般的なガラスの製造方法としては、溶融法と低温合成法が知られている。溶融法はガラス原料を直接加熱することにより溶融してガラス化させる方法で、多くのガラスがこの方法で製造されており、低融点ガラスもこの方法で製造されている。しかし、低融点ガラスの場合、融点を下げるために、鉛やアルカリ、ビスマスなどの含有を必要とする等、構成できるガラス組成には多くの制限がある。   As a general glass production method, a melting method and a low-temperature synthesis method are known. The melting method is a method in which a glass raw material is directly heated to be melted and vitrified. Many glasses are produced by this method, and low-melting glass is also produced by this method. However, in the case of a low-melting glass, there are many restrictions on the glass composition that can be constructed, such as the need to contain lead, alkali, bismuth, etc. in order to lower the melting point.

一方、非晶質バルクの低温合成法としては、ゾルゲル法、液相反応法及び無水酸塩基反応法が考えられている。ゾルゲル法は金属アルコキシドなどを加水分解−重縮合し、500℃を超える温度(例えば、非特許文献2参照)、通常は700〜1600℃で熱処理することにより、バルク体を得ることができる。しかし、ゾルゲル法で作製したバルク体を実用材料としてみた場合、原料溶液の調製時に導入するアルコールなど有機物の分解・燃焼、又は有機物の分解ガス若しくは水の加熱過程における蒸発放出などのために多孔質となることが多く、耐熱性や気密性能には問題があった。このように、ゾルゲル法によるバルク製造ではまだ多くの問題が残っており、特に低融点ガラスをゾルゲル法で生産することはなされていない。   On the other hand, as a low-temperature synthesis method of amorphous bulk, a sol-gel method, a liquid phase reaction method, and an acid anhydride base reaction method are considered. In the sol-gel method, a bulk body can be obtained by hydrolysis-polycondensation of metal alkoxide and the like, and heat treatment at a temperature exceeding 500 ° C. (for example, see Non-Patent Document 2), usually 700 to 1600 ° C. However, when the bulk material produced by the sol-gel method is viewed as a practical material, it is porous due to the decomposition and combustion of organic substances such as alcohol introduced during the preparation of the raw material solution, or evaporative emission during the heating process of the decomposition gas or water of organic substances. In many cases, there were problems in heat resistance and airtightness. As described above, many problems still remain in bulk production by the sol-gel method, and in particular, low-melting glass has not been produced by the sol-gel method.

さらに、液相反応法は収率が低いために生産性が低いという問題の他、反応系にフッ酸などを用いることや薄膜合成が限度とされていることなどから、現実的にバルク体を合成する手法としては不可能に近い状態にある。   In addition, the liquid phase reaction method has a low yield, resulting in low productivity, the use of hydrofluoric acid in the reaction system and the limited synthesis of thin films. It is almost impossible to synthesize.

無水酸塩基反応法は、近年開発された手法であり、低融点ガラスの一つである有機無機ハイブリッドガラスの製作も可能(例えば、非特許文献3参照)であるが、まだ開発途上であり、すべての低融点ガラスが製作できているわけではない。   The anhydride-base reaction method is a technique developed in recent years, and it is possible to produce an organic-inorganic hybrid glass that is one of low-melting glasses (for example, see Non-Patent Document 3), but it is still under development. Not all low-melting glasses can be made.

したがって、多くの低融点ガラスの製造は、低温合成法ではなく、溶融法により行われてきた。このため、ガラス原料を溶融する都合上からそのガラス組成は制限され、生産できる低融点ガラスとなると、その種類は極めて限定されていた。   Therefore, many low-melting-point glasses have been manufactured not by a low-temperature synthesis method but by a melting method. For this reason, the glass composition is limited for the convenience of melting the glass raw material, and the kind of the low melting glass that can be produced is extremely limited.

なお、現時点では耐熱性や気密性能から、低融点ガラスが材料として有力であり、低融点ガラスに代表される形で要求物性が出されることが多い。しかし、その材料は低融点ガラスにこだわるものではなく、要求物性が合致すれば、ガラス以外の低融点あるいは低軟化点物質で大きな問題はない。   At present, low-melting glass is a promising material due to heat resistance and airtightness, and required physical properties are often obtained in a form typified by low-melting glass. However, the material is not particular about the low melting point glass, and if the required physical properties match, there is no major problem with a low melting point or low softening point substance other than glass.

公知技術をみれば、ゾルゲル法による石英ガラス繊維の製造方法(例えば、特許文献1参照)が、ゾルゲル法による酸化チタン繊維の製造方法(例えば、特許文献2参照)が、さらにはゾルゲル法による半導体ドープマトリックスの製造方法(例えば、特許文献3参照)が開示されている。また、溶融法によるP25−TeO2−ZnF2系低融点ガラスが開示されている(例えば、特許文献4参照)。 Looking at the known technology, a method for producing quartz glass fibers by the sol-gel method (for example, see Patent Document 1), a method for producing titanium oxide fibers by the sol-gel method (for example, see Patent Document 2), and further a semiconductor by the sol-gel method. A method for manufacturing a dope matrix (see, for example, Patent Document 3) is disclosed. Further, P 2 O 5 —TeO 2 —ZnF 2 -based low-melting glass by a melting method is disclosed (for example, see Patent Document 4).

特開昭62-297236号公報JP-A-62-297236 特開昭62-223323号公報JP-A-62-223323 特開平1-183438号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-183438 特開平7-126035号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-126035 P.A.Tick, Physics and Chemistry of Glasses, Vol. 25 No. 6, pp. 149-154(1984).P.A.Tick, Physics and Chemistry of Glasses, Vol. 25 No. 6, pp. 149-154 (1984). 神谷寛一、作花済夫、田代憲子,窯業協会誌,618−618,84(1976).Kamiya, K., Sakuhana, K., Tashiro, K., Ceramic Society, 618-618, 84 (1976). 高橋雅英、新居田治樹、横尾俊信,New Glass, 8-14,17(2002).Masahide Takahashi, Haruki Niida, Toshinobu Yokoo, New Glass, 8-14, 17 (2002).

多くの低軟化点材料、特に低融点ガラスの製造は、溶融法により行われてきた。このため、そのガラス組成には多くの制限があり、ガラス原料を溶融する都合上、生産できる低融点ガラスは極めて限られていた。   Many low softening point materials, particularly low melting glass, have been manufactured by melting methods. For this reason, the glass composition has many restrictions, and the low melting glass which can be produced was very limited on account of melting a glass raw material.

一方、低温合成法のゾルゲル法で製造した場合、緻密化のために500℃以上の処理温度が必要となるが、その温度で処理すると低融点ガラスとはならないので、結果として耐熱性や気密性能の良好な低融点ガラスを得ることはできなかった。特に、電子材料分野では、厳しい耐熱性や気密性能と低融点化に対応する低融点ガラスはなかった。さらに、耐熱性や気密性能を満足するガラス以外の低融点材料もこれまで見出されていない。   On the other hand, when manufactured by the low temperature synthesis sol-gel method, a processing temperature of 500 ° C. or higher is required for densification, but if it is processed at that temperature, it does not become a low melting point glass, resulting in heat resistance and airtight performance. No good low melting point glass could be obtained. In particular, in the field of electronic materials, there has been no low-melting glass corresponding to severe heat resistance, airtight performance and low melting point. Furthermore, no low-melting-point material other than glass that satisfies heat resistance and hermetic performance has been found so far.

特開昭62-297236号公報、特開昭62-223323号公報及び特開平1-183438号公報で開示された方法は、高温溶融でのみ対応可能であった材料生産を低温でも可能としたという功績はあるが、低融点ガラスを製造することはできない。また、ゾルゲル処理後には、500℃以上での処理も必要である。一方、特開平7-126035号公報の方法では、転移点が3百数十℃のガラスを作製できることが開示されている。しかし、それ以下の転移点をもつガラスを鉛やビスマスなどを始めとする低融点化材料なしで製作した例はこれまでなかった。   The methods disclosed in JP-A-62-297236, JP-A-62-223323, and JP-A-1-183438 made it possible to produce materials at low temperatures that could only be handled by high-temperature melting. Although there is an achievement, low melting glass cannot be manufactured. Further, after sol-gel treatment, treatment at 500 ° C. or higher is also necessary. On the other hand, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-126035 discloses that a glass having a transition point of 3 and several tens of degrees Celsius can be produced. However, there has been no example of manufacturing a glass having a transition point lower than that without a low melting point material such as lead or bismuth.

すなわち、これまでの低融点ガラスの製造方法では、厳しい耐熱性や気密性能と低融点特性を同時に満たすガラスを作ることはできなかった。また、ガラス以外の材料でもこのような特性を満たすものはなかった。   In other words, conventional low-melting glass manufacturing methods have not been able to produce a glass that satisfies severe heat resistance, airtightness and low-melting characteristics at the same time. In addition, no material other than glass satisfies such characteristics.

さらに、本発明者らは、上記の問題を解決する有機無機ハイブリッドガラス状物質を開発し、特許出願した(特願2003-69327号)。しかし、ゾルゲル法で使われる材料を出発原料として有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造することは同様であるが、出発原料の混合工程後にゲル体を経る工程が必須であり、そのゲル化工程では1〜3日程度を必要とするという問題があった。従来のゾルゲル法では、原料の混合後、1〜3日かけてゲル化した生成物をそのまま焼結工程としていたため、低融点材料を得ることはできなかった。また、その製造工程の変更により、低融点材料を得ることができるようになったが、この場合でもゲル化工程が必要という問題点を有していた。   Furthermore, the present inventors have developed an organic-inorganic hybrid glassy material that solves the above-mentioned problems and filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2003-69327). However, it is the same to produce an organic-inorganic hybrid glassy material using a material used in the sol-gel method as a starting material, but a process of passing through a gel body after the mixing process of the starting material is indispensable. There was a problem of requiring about 3 days. In the conventional sol-gel method, after mixing the raw materials, the product gelled over 1 to 3 days is used as it is as the sintering step, so a low melting point material cannot be obtained. Moreover, although the low melting point material can be obtained by the change of the manufacturing process, the gelation process is still necessary in this case.

本発明は、ゾルゲル法で使われる原料を出発原料として有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造する場合において、出発原料の混合工程と溶融工程との間に加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に熟成工程を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   In the case of producing an organic-inorganic hybrid glassy material using a raw material used in the sol-gel method as a starting material, the present invention has a heating reaction step between the starting material mixing step and the melting step, and further ripening after the melting step. It is the manufacturing method of the organic inorganic hybrid glassy substance which has a process.

また、フェニル基を含んでいるゾルゲル原料を少なくとも1種類用いる上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   Moreover, it is a manufacturing method of said organic inorganic hybrid glassy substance using at least 1 sort (s) of the sol-gel raw material containing a phenyl group.

また、加熱反応工程は40℃以上100℃以下の温度で行う上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   The heating reaction step is a method for producing the organic-inorganic hybrid glassy material performed at a temperature of 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.

また、溶融工程は40℃以上500℃以下の温度で処理する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   Further, the melting step is a method for producing the organic-inorganic hybrid glassy material that is processed at a temperature of 40 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.

また、熟成工程は30℃以上400℃以下の温度でかつ5分以上の時間で処理する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   The aging step is a method for producing the organic-inorganic hybrid glassy material, wherein the treatment is performed at a temperature of 30 ° C. to 400 ° C. and for a time of 5 minutes or more.

また、溶融工程後の融液が2層に分離する場合、その上澄液を廃棄し、下側の融液を抽出して熟成する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   In addition, when the melt after the melting step is separated into two layers, the supernatant is discarded, and the lower melt is extracted and aged to produce the organic-inorganic hybrid glassy material.

さらに、上記に記載の方法で製造された有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, it is an organic-inorganic hybrid glassy material produced by the method described above.

さらにまた、ガラス状物質の一部又はすべてに不規則網目構造を有する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, the organic-inorganic hybrid glassy material described above having an irregular network structure in part or all of the glassy material.

さらにまた、軟化温度が60〜500℃の範囲にある上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, the organic-inorganic hybrid glassy material having a softening temperature in the range of 60 to 500 ° C.

さらにまた、フェニル基を含んでいる上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, it is said organic-inorganic hybrid glassy substance containing a phenyl group.

本発明によれば、これまで製作することが極めて難しいとされてきた耐熱性や気密性能と低融点特性を同時に満たす有機無機ハイブリッドガラス状物質を、従来よりも極めて短期間で製作することができる。   According to the present invention, an organic-inorganic hybrid glassy material that simultaneously satisfies heat resistance, hermetic performance, and low melting point characteristics, which has been considered extremely difficult to manufacture, can be manufactured in an extremely short period of time. .

本発明は、ゾルゲル法で使われる原料を出発原料として有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造する場合において、出発原料の混合工程と溶融工程との間に加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に熟成工程を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   In the case of producing an organic-inorganic hybrid glassy material using a raw material used in the sol-gel method as a starting material, the present invention has a heating reaction step between the starting material mixing step and the melting step, and further ripening after the melting step. It is the manufacturing method of the organic inorganic hybrid glassy substance which has a process.

本発明の有機無機ハイブリッドガラス状物質を製作する手法は、従来のゾルゲル法と称されている方法と、さらには本出願人が提案している溶融及び熟成を含む新しい手法とも基本的に異なる。従来のゾルゲル法では、数種類のゾルゲル原料を混合した後、室温で数時間撹拌、その後室温で2日〜1週間静置し、湿潤ゲルを得る。その後、室温〜約100℃で数時間〜3日間乾燥させて乾燥ゲルとし、必要であれば粉砕・洗浄・濾過した後、低くとも400℃以上で通常は800℃以上で焼結させてバルク体や繊維状とする。膜の場合には、湿潤ゲルの状態で薄膜状とし、乾燥・焼結させて薄膜を得る。   The method for producing the organic-inorganic hybrid glassy material of the present invention is basically different from a conventional method called a sol-gel method and a new method including melting and aging proposed by the present applicant. In the conventional sol-gel method, several types of sol-gel raw materials are mixed, stirred for several hours at room temperature, and then allowed to stand at room temperature for 2 days to 1 week to obtain a wet gel. After that, it is dried at room temperature to about 100 ° C. for several hours to 3 days to obtain a dry gel, and if necessary, pulverized, washed and filtered, and then sintered at least at 400 ° C. and usually at 800 ° C. or higher to obtain a bulk body. Or fibrous. In the case of a film, it is formed into a thin film in a wet gel state, dried and sintered to obtain a thin film.

また、本発明者らが提案している新しい方法では、数種類のゾルゲル原料を混合した後、室温で1〜3日間撹拌してゲル化させ、このゲルを乾燥した後、溶融工程及び熟成工程を経て、所定のガラス状物質を得る。この場合、焼結という工程を必要としないので、低くとも400℃以上通常は800℃以上という高温処理を必要としない。この方法は、乾燥ゲルの溶融性と熟成によるガラス変化(ガラス安定化)というこれまで全く見られなかった新しい特性に着目することにより、従来のゾルゲル法では得られなかった新しい材料を得ることができる。すなわち、従来のゾルゲル法では焼結されたガラス又は薄膜状のガラスを得ることはできるが、厚膜さらにはバルク状のガラスを得ることは難しい。   Further, in the new method proposed by the present inventors, after mixing several kinds of sol-gel raw materials, the mixture is stirred for 1 to 3 days at room temperature to be gelled, and after the gel is dried, the melting step and the aging step are performed. Then, a predetermined glassy substance is obtained. In this case, since a step of sintering is not required, a high temperature treatment of 400 ° C. or higher, usually 800 ° C. or higher, is not required at least. This method can obtain a new material that could not be obtained by the conventional sol-gel method by paying attention to the new property that has never been seen so far, such as melting property of dry gel and glass change due to aging (glass stabilization). it can. That is, the conventional sol-gel method can obtain a sintered glass or a thin glass, but it is difficult to obtain a thick film or a bulk glass.

これに対し、本発明ではゾルゲル原料の混合を行った後に加熱反応工程を入れることにより、そのままゲル化工程を必要とせずに直接溶融できる原材料を得ることができる。すなわち、混合工程から直接ゾル化させ、そのゾルを濃縮させることにより直接溶融することになる。このゲル化させない点及びその融液を直接溶融することが、従来のゾルゲル法や乾燥ゲルの溶融と熟成を伴う新しい手法とも大きく異なる。また、この熱処理に要する時間は、30分〜5時間程度であるので、ゲル化に1〜3日を要していた従来のゾルゲル法や前述の新しい手法とはその処理時間が大きく異なるという製造的な特徴、さらにはほぼ同様のゾルゲル原料を用いてもより低軟化温度の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得られるという大きな生成物の違いによる特徴を有す。なお、本発明の手法ではこの加熱反応工程後、すぐに溶融工程に入っても良いし、一度冷却してから溶融工程に入っても良い。   On the other hand, in the present invention, a raw material that can be directly melted without requiring a gelation step can be obtained by adding a heating reaction step after mixing the sol-gel raw materials. That is, it is directly melted from the mixing step, and the sol is directly melted by concentrating the sol. This point of not gelling and directly melting the melt is greatly different from conventional sol-gel methods and new methods involving melting and aging of dried gels. Moreover, since the time required for this heat treatment is about 30 minutes to 5 hours, the manufacturing time is greatly different from the conventional sol-gel method and the above-mentioned new method, which required 1 to 3 days for gelation. Furthermore, there is a characteristic due to a large difference in product that an organic-inorganic hybrid glassy material having a lower softening temperature can be obtained even by using almost the same sol-gel raw material. In the method of the present invention, the melting step may be started immediately after the heating reaction step, or the melting step may be started after cooling once.

さらには、前記の溶融工程の後に、熟成工程を有することも本発明の特徴である。しかし、本発明でいう熟成は、従来のゾルゲル法で言われている熟成とは全く別のものである。すなわち、熟成は2日〜1週間かけて湿潤ゲルを得るための静置を指すのではなく、溶融後の有機無機ハイブリッドガラスを構造変化せしめてガラス状物質を安定化させる作業を指す。従来から行われてきたゾルゲル法では、前記の溶融工程がなく、乾燥ゲルをそのまま焼結するため、その後の熟成工程もない。この熟成工程は極めて重要であり、溶融性を有するガラス状物質でもその後の熟成工程を経なければ、所望の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることはできない。単に溶融しただけでは系内に反応活性な水酸基(−OH)が残留しており、これを冷やし固めたとしても、その残留した水酸基(−OH)が加水分解−脱水縮合を起こして、結果的にクラックが生じたり、破壊したりして、良好な有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができない。このため、この反応活性な水酸基(−OH)を熟成によりガラス状物質内で安定化させることが極めて重要な工程となる。この点が本発明と従来のゾルゲル法で大きく異なる点である。   Furthermore, it is also a feature of the present invention to have an aging step after the melting step. However, the aging referred to in the present invention is completely different from the aging referred to in the conventional sol-gel method. In other words, aging does not refer to standing for obtaining a wet gel over 2 days to 1 week, but refers to an operation of stabilizing the glassy substance by changing the structure of the organic-inorganic hybrid glass after melting. In the conventional sol-gel method, there is no melting step, and since the dried gel is sintered as it is, there is no subsequent aging step. This aging step is extremely important, and even a glassy material having meltability cannot obtain a desired organic-inorganic hybrid glassy material unless the subsequent aging step is performed. Reactively active hydroxyl group (-OH) remains in the system simply by melting, and even if it is cooled and hardened, the residual hydroxyl group (-OH) causes hydrolysis-dehydration condensation, resulting in Thus, cracks are generated or broken, and a good organic-inorganic hybrid glassy substance cannot be obtained. For this reason, it is an extremely important step to stabilize this reactive hydroxyl group (—OH) within the glassy material by aging. This is a significant difference between the present invention and the conventional sol-gel method.

出発原料は金属アルコキシド、金属アセチルアセトナート、金属カルボン酸、金属水酸化物、又は金属ハロゲン化物であり、先ずゾルゲル法によりゾルを製作することが好ましい。この出発原料は、上記以外でも、ゾルゲル法で使われているものであれば問題はなく、上記の出発原料に限定されない。但し、このゾルの作製は重要な最初の工程である。   The starting material is a metal alkoxide, a metal acetylacetonate, a metal carboxylic acid, a metal hydroxide, or a metal halide, and it is preferable to first prepare a sol by a sol-gel method. Other than the above, this starting material is not limited to the above starting materials as long as it is used in the sol-gel method. However, the preparation of this sol is an important first step.

なお、出発原料には有機官能基を持つ金属ユニットを有することが好ましい。金属ユニットを有しない場合、焼結はするが、溶融はしない。この金属ユニットは有機官能基Rを持つことが特徴であり、(RnSiO(4-n)/2)(n=1〜3)で表されるケイ素ユニットが例示される。ここで、nは自然数であり、1、2、3の中から選択される。さらに、詳細には、フェニル基の金属ユニット(PhnSiO(4-n)/2)を有することがより好ましい。また、メチル基の金属ユニット(MenSiO(4-n)/2)、エチル基の金属ユニット(EtnSiO(4-n)/2)、ブチル基の金属ユニット(BtnSiO(4-n)/2)(n=1〜3)等との組み合わせも有効である。 The starting material preferably has a metal unit having an organic functional group. Without a metal unit, it will sinter but not melt. This metal unit is characterized by having an organic functional group R, and a silicon unit represented by (R n SiO (4-n) / 2 ) (n = 1 to 3) is exemplified. Here, n is a natural number and is selected from 1, 2, and 3. More specifically, it is more preferable to have a phenyl group metal unit (Ph n SiO (4-n) / 2 ). Further, a methyl group metal unit (Me n SiO (4-n) / 2 ), an ethyl group metal unit (Et n SiO (4-n) / 2 ), a butyl group metal unit (Bt n SiO (4 -n) A combination with n) / 2 ) (n = 1 to 3) or the like is also effective.

この有機官能基Rは、アリール基やアルキル基が代表的である。アリール基としては、フェニル基、ピリジル基、トリル基、キシリル基などがあり、特に好ましいのはフェニル基である。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基(n−、i−)、ブチル基(n−、i−、t−)、ペンチル基、ヘキシル基(炭素数:1〜20)などが挙げられ、特に好ましいのはメチル基とエチル基である。当然ながら、有機官能基は上述のアルキル基やアリール基に限定されるものではない。アルキル基としては、直鎖型でも分岐型でもさらには環状型でも良い。以上の点から、フェニル基を含んでいるゾルゲル原料を少なくとも1種類用いることが好ましい。   The organic functional group R is typically an aryl group or an alkyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a pyridyl group, a tolyl group, and a xylyl group, and a phenyl group is particularly preferable. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group (n-, i-), a butyl group (n-, i-, t-), a pentyl group, a hexyl group (carbon number: 1 to 20). Particularly preferred are methyl and ethyl groups. Of course, the organic functional group is not limited to the above-described alkyl group or aryl group. The alkyl group may be linear, branched or cyclic. From the above points, it is preferable to use at least one sol-gel raw material containing a phenyl group.

溶融工程に入る前、すなわち、出発原料の混合工程と加熱による溶融工程との間に、加熱反応工程を有することが好ましい。この加熱反応工程は40℃以上100℃以下の温度で行われる。この温度域以外では、その構造中に上述した有機官能基Rを持つ金属ユニットを適切に含有させることができないため、ガラス溶融のできる有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることは極めて難しい。   It is preferable to have a heating reaction step before entering the melting step, that is, between the starting material mixing step and the melting step by heating. This heating reaction step is performed at a temperature of 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. Outside this temperature range, the above-described metal unit having the organic functional group R cannot be appropriately contained in the structure, and thus it is extremely difficult to obtain an organic-inorganic hybrid glassy material capable of melting glass.

なお、加熱反応工程の上限温度は沸点が100℃を越すアルコール、例えば118℃の1−ブタノールを用いる場合では100℃以下であるが、沸点が100℃以下のアルコールでは沸点も考慮する方が望ましい。例えば、エタノールを用いる場合は、その沸点の80℃以下とした方が良い結果となる傾向にある。これは、沸点を越えると、アルコールが急激に蒸発するので、アルコール量や状態変化から均一反応が達成されにくくなるためであると考えられる。   The upper limit temperature of the heating reaction step is 100 ° C. or lower when an alcohol having a boiling point exceeding 100 ° C., for example, 1-butanol having a boiling point of 118 ° C. is used. . For example, when ethanol is used, the boiling point tends to be better at 80 ° C. or lower. This is presumably because when the boiling point is exceeded, the alcohol rapidly evaporates, so that it is difficult to achieve a uniform reaction from the amount of alcohol and changes in state.

加熱による溶融工程は40℃以上500℃以下の温度で処理することが好ましい。40℃よりも低い温度では、実質上溶融できない。また、500℃を超えると、網目を形成する金属元素と結合する有機基が燃焼するために所望の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得られないばかりか、破砕したり、気泡を生じて不透明になったりする。望ましくは、100℃以上300℃以下である。   The melting step by heating is preferably performed at a temperature of 40 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. At temperatures lower than 40 ° C., it cannot be melted substantially. Further, when the temperature exceeds 500 ° C., the organic group bonded to the metal element forming the network burns, so that a desired organic-inorganic hybrid glassy material cannot be obtained, and it becomes opaque due to crushing or generation of bubbles. Or Desirably, it is 100 degreeC or more and 300 degrees C or less.

加熱反応工程、溶融工程及び熟成工程を経ることにより、安定化した有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができる。従来から行われてきたゾルゲル法では、前記の溶融工程がないため、当然ながらその後の熟成工程もない。また、加熱反応工程と溶融工程により、ゲル体を経ない場合においても、有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることはできる。しかし、その後の熟成工程を経ることにより、より安定した有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができるので、熟成工程を入れることが好ましい。   A stabilized organic-inorganic hybrid glassy material can be obtained through the heating reaction step, the melting step, and the aging step. In the conventional sol-gel method, since there is no melting step, there is naturally no subsequent aging step. Further, the organic-inorganic hybrid glassy substance can be obtained by the heating reaction step and the melting step even when the gel body is not passed. However, since a more stable organic-inorganic hybrid glassy material can be obtained through a subsequent aging step, it is preferable to include an aging step.

加熱による溶融工程は40℃以上500℃以下の温度で処理することが好ましい。40℃よりも低い温度では、実質上溶融できない。また、500℃を超えると、網目を形成する金属元素と結合する有機基が燃焼するために所望の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得られないばかりか、破砕したり、気泡を生じて不透明になったりする。望ましくは、100℃以上300℃以下である。   The melting step by heating is preferably performed at a temperature of 40 ° C. or higher and 500 ° C. or lower. At temperatures lower than 40 ° C., it cannot be melted substantially. Further, when the temperature exceeds 500 ° C., the organic group bonded to the metal element forming the network burns, so that a desired organic-inorganic hybrid glassy material cannot be obtained, and it becomes opaque due to crushing or generation of bubbles. Or Desirably, it is 100 degreeC or more and 300 degrees C or less.

熟成工程が30℃以上400℃以下の温度で処理することが好ましい。30℃よりも低い温度では、実質上熟成できない。400℃を超えると、熱分解することがあり、安定したガラス状物質を得ることは難しくなる。望ましくは、100℃以上300℃以下である。さらに、この熟成温度は、溶融下限温度よりも低い温度ではその効果が極めて小さくなる。一般的には、溶融下限温度〜(溶融下限温度+150℃)程度が望ましい。さらに、熟成に要する時間は5分以上必要である。熟成時間は、その処理量、処理温度及び反応活性な水酸基(−OH)の許容残留量により異なるが、一般的には5分未満では満足できるレベルに到達することは極めて難しい。また、長時間では生産性が下がってくるので、望ましくは10分以上1週間以内である。   The aging step is preferably performed at a temperature of 30 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. At a temperature lower than 30 ° C., it cannot be aged substantially. When it exceeds 400 ° C., it may be thermally decomposed, and it becomes difficult to obtain a stable glassy substance. Desirably, it is 100 degreeC or more and 300 degrees C or less. Further, the effect of the aging temperature becomes extremely small at a temperature lower than the lower limit melting temperature. Generally, the lower limit of melting temperature to the lower limit of melting temperature (+ 150 ° C.) is desirable. Furthermore, the time required for aging is 5 minutes or more. The aging time varies depending on the processing amount, processing temperature, and allowable residual amount of reactive hydroxyl group (—OH), but generally it is extremely difficult to reach a satisfactory level in less than 5 minutes. Moreover, since productivity falls in a long time, it is 10 minutes or more and less than 1 week desirably.

なお、加熱による溶融工程若しくは熟成工程において、不活性雰囲気下で行ったり、減圧下で行なったりすることにより時間を短縮できる傾向にあり、有効である。また、マイクロ波や超音波加熱は時間短縮に対しても有効であるが、強度や硬度等の機械的特性や誘電率を始めとする電気的特性の改善に対しても有効であることが多い。   In addition, in the melting step or the aging step by heating, it is effective because the time can be shortened by carrying out under an inert atmosphere or under reduced pressure. Microwave and ultrasonic heating are effective for shortening the time, but are often effective for improving mechanical properties such as strength and hardness and electrical properties such as dielectric constant. .

また、溶融工程後の融液が2層に分離する場合、その上澄液を廃棄し、下側の融液を抽出して熟成することが好ましい。本発明の方法は溶融させることに大きな特徴を有するが、溶融工程後の融液が2層に分離した状態となることが多く発生する。このような場合、2層の上方にあるいわゆる上澄液は廃棄し、下側の融液を抽出して熟成させた方が物性的にも安定した有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができる。この方法をとることにより、一般的には軟化温度も低い有機無機ハイブリッドガラス状物質が得られる。2層に分離した場合でもそのまま熟成することは可能であるが、その場合には光透過率などの光学的特性もやや低い傾向をもつことになる。   Further, when the melt after the melting step is separated into two layers, the supernatant is preferably discarded and the lower melt is extracted and aged. Although the method of the present invention has a great feature in melting, the melt after the melting step often occurs in a state of being separated into two layers. In such a case, the so-called supernatant liquid above the two layers is discarded, and the lower melt can be extracted and aged to obtain an organic-inorganic hybrid glassy material that is stable in physical properties. . By adopting this method, an organic-inorganic hybrid glassy substance having a low softening temperature is generally obtained. Even when separated into two layers, it can be aged as it is, but in that case, the optical characteristics such as light transmittance tend to be somewhat low.

また、上記の方法で製造された有機無機ハイブリッドガラス状物質は当然ながら全て対象となるが、その一部又はすべてに不規則網目構造をもつ有機無機ハイブリッドガラス状物質が好ましい。   Of course, all the organic-inorganic hybrid glassy materials produced by the above method are targeted, but organic-inorganic hybrid glassy materials having an irregular network structure in part or all thereof are preferred.

軟化温度は500℃以下であることが好ましい。軟化温度が500℃を超えると、溶融時に網目を形成する金属元素と結合する有機基が燃焼するために所望の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得られないばかりか、破砕したり、気泡を生じて不透明になったりする。より好ましくは50℃以上350℃以下、さらに好ましくは60℃以上300℃以下である。なお、熟成前の軟化温度が60〜150℃、熟成後の軟化温度が100〜300℃であれば、非常に好ましい。   The softening temperature is preferably 500 ° C. or lower. When the softening temperature exceeds 500 ° C., the organic group bonded to the metal element that forms the network at the time of melting burns, so that the desired organic-inorganic hybrid glassy material cannot be obtained, and it is crushed or bubbles are generated. It becomes opaque. More preferably, it is 50 degreeC or more and 350 degrees C or less, More preferably, they are 60 degreeC or more and 300 degrees C or less. In addition, it is very preferable if the softening temperature before aging is 60 to 150 ° C and the softening temperature after aging is 100 to 300 ° C.

さらに、フェニル基を含んでいることが好ましい。フェニル基を含んだ有機無機ハイブリッドガラス状物質は、上記の温度範囲に入る場合が多く、かつ非常に安定化しているからである。   Further, it preferably contains a phenyl group. This is because an organic-inorganic hybrid glassy material containing a phenyl group often falls within the above temperature range and is very stable.

以下、実施例に基づき、述べる。
(実施例1)
出発原料には金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシラン(PhSi(OEt)3)とエタノールを用いた。混合工程として室温で10mlのフェニルトリエトキシシランに45mlの水、30mlのエタノール、触媒である塩酸を加え、加熱反応工程として80℃で3時間撹拌後、150℃に上げ1時間溶融した。溶融後に上澄み層と融液の2層に分離していたので、その上澄液を廃棄し、下側の融液を抽出してさらに200℃で5時間熟成した後、室温まで冷却し、透明状物質を得た。このように、従来のゾルゲル法で作製した場合と比較して約1/10の約10時間で有機無機ハイブリッド状物質を得ることができた。
Hereinafter, description will be made based on examples.
(Example 1)
The starting materials used were metal alkoxides phenyltriethoxysilane (PhSi (OEt) 3 ) and ethanol. As a mixing step, 45 ml of water, 30 ml of ethanol and hydrochloric acid as a catalyst were added to 10 ml of phenyltriethoxysilane at room temperature, and after stirring at 80 ° C. for 3 hours as a heating reaction step, the mixture was heated to 150 ° C. and melted for 1 hour. After melting, the supernatant and melt were separated into two layers. The supernatant was discarded, the lower melt was extracted and aged at 200 ° C. for 5 hours, cooled to room temperature, and transparent. A material was obtained. Thus, the organic-inorganic hybrid substance could be obtained in about 10 hours, which is about 1/10 of the case where the conventional sol-gel method was used.

この透明状物質の軟化温度は89℃であり、フェニル基の分解温度の約400℃よりも低い温度であった。また、Nicolet社の赤外吸収スペクトロメーターAVATOR360型及びJEOL社の磁気共鳴測定装置CMX-400型により不規則網目構造を確認できたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   The softening temperature of this transparent material was 89 ° C., which was lower than the decomposition temperature of the phenyl group of about 400 ° C. Considering that the irregular network structure was confirmed by Nicolet's infrared absorption spectrometer AVATOR360 and JEOL's magnetic resonance analyzer CMX-400, the transparent material obtained this time has an organic-inorganic hybrid glass structure. It is an organic-inorganic hybrid glassy material.

この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。また、100℃の雰囲気下に300時間置いたこの有機無機ハイブリッドガラス状物質の転移点を測定したが、その変化は認められず、耐熱性にも問題がないことが確認された。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Further, the transition point of this organic-inorganic hybrid glassy substance placed in an atmosphere of 100 ° C. for 300 hours was measured, but no change was observed, and it was confirmed that there was no problem in heat resistance. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

なお、図1に示すように、有機無機ハイブリッドガラス状物質の軟化温度は、10℃/minで昇温したTMA測定から判断した。図1は本実施例の結果である。すなわち、上記条件で収縮量変化から軟化挙動を求め、その開始温度を軟化温度とした。   In addition, as shown in FIG. 1, the softening temperature of the organic-inorganic hybrid glassy substance was judged from the TMA measurement heated at 10 ° C./min. FIG. 1 shows the results of this example. That is, the softening behavior was obtained from the shrinkage change under the above conditions, and the starting temperature was defined as the softening temperature.

(実施例2)
出発原料には金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシラン(PhSi(OEt)3)とメチルトリエトキシシランの混合系を用い。その比は9:1とした。容器中で10mlのフェニルトリエトキシシラン、1mlのメチルトリエトキシシラン、40mlの水、30mlのエタノールに触媒である酢酸を加え、加熱反応工程として80℃で3時間撹拌後、150℃に上げ1時間溶融した。実施例1とは異なり溶融後に相分離はせず無色透明な融液であった。さらに200℃で5時間熟成した後、室温まで冷却し、透明状物質を得た。
(Example 2)
The starting material is a mixed system of phenyltriethoxysilane (PhSi (OEt) 3 ) and methyltriethoxysilane, which are metal alkoxides. The ratio was 9: 1. Acetic acid as a catalyst was added to 10 ml of phenyltriethoxysilane, 1 ml of methyltriethoxysilane, 40 ml of water, and 30 ml of ethanol in a container, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 3 hours and then heated to 150 ° C. for 1 hour. Melted. Unlike Example 1, it was a colorless and transparent melt without phase separation after melting. Further, after aging at 200 ° C. for 5 hours, the mixture was cooled to room temperature to obtain a transparent substance.

この透明状物質の軟化温度は86℃であり、Nicolet社の赤外吸収スペクトロメーターAVATOR360型及びJEOL社の磁気共鳴測定装置CMX-400型により不規則網目構造を確認できたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。 図2に示すように、日立U−3500形自記分光光度計により有機無機ハイブリッドガラス状物質の300〜2500nmの波長域における透過率曲線を測定した。実施例2と書かれた実線のデータがこれにあたる。この結果からも明らかなように、可視領域でみられた着色、特に従来みられた青色領域での吸収はないことが分かる。なお、波長300〜800nmにおける平均透過率は89.7%であった。   This transparent material has a softening temperature of 86 ° C. Considering that the irregular network structure was confirmed by Nicolet's infrared absorption spectrometer AVATOR360 and JEOL's magnetic resonance analyzer CMX-400. The obtained transparent material is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, that is, an organic-inorganic hybrid glassy material. As shown in FIG. 2, the transmittance curve in the wavelength range of 300 to 2500 nm of the organic-inorganic hybrid glassy substance was measured with a Hitachi U-3500 self-recording spectrophotometer. The solid line data written as Example 2 corresponds to this. As is clear from this result, it can be seen that there is no coloration observed in the visible region, particularly absorption in the blue region observed conventionally. The average transmittance at a wavelength of 300 to 800 nm was 89.7%.

この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。また、100℃の雰囲気下に300時間置いたこの有機無機ハイブリッドガラス状物質の転移点を測定したが、その変化は認められず、耐熱性にも問題がないことが確認された。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Further, the transition point of this organic-inorganic hybrid glassy substance placed in an atmosphere of 100 ° C. for 300 hours was measured, but no change was observed, and it was confirmed that there was no problem in heat resistance. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

(実施例3)
出発原料には金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシランとジエトキシジフェニルシランの混合系を用い、その比は7:3とした。容器中で9mlのフェニルトリエトキシシラン、4mlのジエトキシジフェニルシラン、40mlの水、30mlのエタノールに触媒である酢酸を加え、加熱反応工程として80℃で3時間撹拌後、150℃に上げ1時間溶融した。実施例1とは異なり溶融後に相分離はせず無色透明な融液であった。さらに200℃で5時間熟成した後、室温まで冷却し、透明状物質を得た。
(Example 3)
As a starting material, a mixed system of metal alkoxides phenyltriethoxysilane and diethoxydiphenylsilane was used, and the ratio was 7: 3. Acetic acid as a catalyst was added to 9 ml of phenyltriethoxysilane, 4 ml of diethoxydiphenylsilane, 40 ml of water and 30 ml of ethanol in a container, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 3 hours and then heated to 150 ° C. for 1 hour. Melted. Unlike Example 1, it was a colorless and transparent melt without phase separation after melting. Further, after aging at 200 ° C. for 5 hours, the mixture was cooled to room temperature to obtain a transparent substance.

この透明状物質の軟化温度は83℃であり、Nicolet社の赤外吸収スペクトロメーターAVATOR360型及び図3に示すようにJEOL社の磁気共鳴測定装置CMX-400型により不規則網目構造を確認できたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。また、100℃の雰囲気下に300時間置いたこの有機無機ハイブリッドガラス状物質の転移点を測定したが、その変化は認められず、耐熱性にも問題がないことが確認された。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   The softening temperature of this transparent material was 83 ° C., and an irregular network structure could be confirmed by Nicolet infrared absorption spectrometer AVATOR360 type and JEOL magnetic resonance measuring device CMX-400 type as shown in FIG. Considering this, the transparent material obtained this time is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, that is, an organic-inorganic hybrid glassy material. In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Further, the transition point of this organic-inorganic hybrid glassy substance placed in an atmosphere of 100 ° C. for 300 hours was measured, but no change was observed, and it was confirmed that there was no problem in heat resistance. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

(実施例4)
出発原料には金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシランとジエトキシジメチルシランの混合系を用い、その比は8:2とした。容器中で10mlのフェニルトリエトキシシラン、2mlのジエトキシジメチルシラン、40mlの水、30mlのエタノールに触媒である酢酸を加え、加熱反応工程として80℃で3時間撹拌後、150℃に上げ1時間溶融した。実施例1とは異なり溶融後に相分離はせず無色透明な融液であった。さらに200℃で5時間熟成した後、室温まで冷却し、透明状物質を得た。
(Example 4)
As a starting material, a mixed system of metal alkoxides phenyltriethoxysilane and diethoxydimethylsilane was used, and the ratio was 8: 2. Acetic acid as a catalyst was added to 10 ml of phenyltriethoxysilane, 2 ml of diethoxydimethylsilane, 40 ml of water, and 30 ml of ethanol in a container, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 3 hours as a heating reaction step, then raised to 150 ° C. for 1 hour. Melted. Unlike Example 1, it was a colorless and transparent melt without phase separation after melting. Further, after aging at 200 ° C. for 5 hours, the mixture was cooled to room temperature to obtain a transparent substance.

この透明状物質の軟化温度は85℃であり、Nicolet社の赤外吸収スペクトロメーターAVATOR360型及びJEOL社の磁気共鳴測定装置CMX-400型により不規則網目構造を確認できたことも考慮すると、不規則網目構造を有していたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。また、100℃の雰囲気下に300時間置いたこの有機無機ハイブリッドガラス状物質の転移点を測定したが、その変化は認められず、耐熱性にも問題がないことが確認された。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   The softening temperature of this transparent material is 85 ° C. Considering that the irregular network structure was confirmed by Nicolet's infrared absorption spectrometer AVATOR360 and JEOL's magnetic resonance analyzer CMX-400. Considering that it has a regular network structure, the transparent material obtained this time is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, that is, an organic-inorganic hybrid glassy material. In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Further, the transition point of this organic-inorganic hybrid glassy substance placed in an atmosphere of 100 ° C. for 300 hours was measured, but no change was observed, and it was confirmed that there was no problem in heat resistance. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

(実施例5)
出発原料には金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシランとジエトキシジエチルシランの混合系を用い、その比は9:1とした。容器中で10mlのフェニルトリエトキシシラン、1mlのジエトキシジエチルシラン、40mlの水、30mlのエタノールに触媒である酢酸を加え、加熱反応工程として80℃で3時間撹拌後、150℃に上げ1時間溶融した。実施例1とは異なり溶融後に相分離はせず無色透明な融液であった。さらに200℃で5時間熟成した後、室温まで冷却し、透明状物質を得た。
(Example 5)
As a starting material, a mixed system of metal alkoxides phenyltriethoxysilane and diethoxydiethylsilane was used, and the ratio was 9: 1. Acetic acid as a catalyst was added to 10 ml of phenyltriethoxysilane, 1 ml of diethoxydiethylsilane, 40 ml of water and 30 ml of ethanol in a container, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 3 hours as a heating reaction step, then raised to 150 ° C. for 1 hour. Melted. Unlike Example 1, it was a colorless and transparent melt without phase separation after melting. Further, after aging at 200 ° C. for 5 hours, the mixture was cooled to room temperature to obtain a transparent substance.

この透明状物質の軟化温度は82℃であり、不規則網目構造を有していたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。また、100℃の雰囲気下に300時間置いたこの有機無機ハイブリッドガラス状物質の転移点を測定したが、その変化は認められず、耐熱性にも問題がないことが確認された。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   Considering that the softening temperature of this transparent material is 82 ° C. and has an irregular network structure, the transparent material obtained this time is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, ie, an organic-inorganic hybrid glassy material. It is. In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Further, the transition point of this organic-inorganic hybrid glassy substance placed in an atmosphere of 100 ° C. for 300 hours was measured, but no change was observed, and it was confirmed that there was no problem in heat resistance. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

(比較例1)
実施例1とほぼ同様の原料により、従来のゾルゲル法でゲル体を得た。すなわち、約20℃で5時間撹拌後、約20℃で3日間静置し、湿潤ゲルを得た。その後、約100℃で約10時間乾燥させて乾燥ゲルとし、粉砕・洗浄・濾過後、750℃以上で焼結させてバルク体や繊維状とした。この全工程を終えるのに合計約100時間(約4日)かかった。
(Comparative Example 1)
A gel body was obtained by a conventional sol-gel method using substantially the same raw material as in Example 1. That is, after stirring at about 20 ° C. for 5 hours, the mixture was allowed to stand at about 20 ° C. for 3 days to obtain a wet gel. Then, it was dried at about 100 ° C. for about 10 hours to form a dry gel, and after pulverization, washing, and filtration, it was sintered at 750 ° C. or more to obtain a bulk body or a fiber. It took a total of about 100 hours (about 4 days) to complete this entire process.

また、湿潤ゲル体を約100℃で乾燥させた後、すぐに約600℃で焼結した。この結果、得られた物質は黒化し、800℃でも軟化せず、低融点物質とは言えなかった。   Further, after the wet gel body was dried at about 100 ° C., it was immediately sintered at about 600 ° C. As a result, the obtained substance was blackened and did not soften even at 800 ° C. and could not be said to be a low melting point substance.

(比較例2)
実施例1とほぼ同様の原料により、従来のゾルゲル法でゲル体を得た。そのゲル体を135℃で1時間熔融した後、20℃での熟成を試みた。20℃で1週間処理したが、この物質は、例えば軟化温度が時間や処理温度とともに変化する不安定な生成物であった。すなわち、安定したガラス状物質ではなかった。
(Comparative Example 2)
A gel body was obtained by a conventional sol-gel method using substantially the same raw material as in Example 1. The gel body was melted at 135 ° C. for 1 hour, and then aging at 20 ° C. was attempted. Treated at 20 ° C. for 1 week, this material was an unstable product whose softening temperature varies with time and processing temperature, for example. That is, it was not a stable glassy substance.

(比較例3)
実施例2とほぼ同様の原料により、従来のゾルゲル法でゲル体を得た。そのゲル体を450℃で5時間熔融し、500℃での熟成を試みた。この結果、得られた物質は褐色であり、800℃でも軟化せず、低融点物質とは言えなかった。
(Comparative Example 3)
A gel body was obtained by a conventional sol-gel method using substantially the same raw material as in Example 2. The gel body was melted at 450 ° C. for 5 hours, and aging at 500 ° C. was attempted. As a result, the obtained substance was brown and did not soften even at 800 ° C. and could not be said to be a low melting point substance.

(比較例4)
実施例1とほぼ同様の原料を用い、ほぼ同様の方法で有機無機ハイブリッドガラス状物質を得た。しかし、溶融工程後に2層分離した融液をそのまま熟成させた。図3に示すように、その得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の300〜2500nmの波長域における透過率曲線を実施例2と同様の測定を行った。比較例4と書かれた実線のデータがこれにあたる。この結果からも明らかなように、実施例2の場合よりも光透過率が下がっていた。なお、波長300〜800nmにおける平均透過率は46.6%であった。
(Comparative Example 4)
An organic-inorganic hybrid glassy material was obtained in substantially the same manner using the same raw material as in Example 1. However, the melt separated into two layers after the melting step was aged as it was. As shown in FIG. 3, the transmittance | permeability curve in the wavelength range of 300-2500 nm of the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was measured similarly to Example 2. The solid line data written as Comparative Example 4 corresponds to this. As is clear from this result, the light transmittance was lower than that in Example 2. The average transmittance at a wavelength of 300 to 800 nm was 46.6%.

PDPを始めとするディスプレイ部品の封着・被覆用材料、光スイッチや光結合器を始めとする光情報通信デバイス材料、LEDチップを始めとする光学機器材料、光機能性(非線形)光学材料、接着材料等、低融点ガラスが使われている分野、エポキシ等の有機材料が使われている分野に利用可能である。   Materials for sealing and covering display components such as PDP, optical information communication device materials such as optical switches and optical couplers, optical equipment materials such as LED chips, optical functional (non-linear) optical materials, It can be used in fields where low-melting glass is used, such as adhesive materials, and fields where organic materials such as epoxy are used.

本発明の実施例1で示した軟化温度測定データ(TMA測定結果)Softening temperature measurement data (TMA measurement result) shown in Example 1 of the present invention 本発明の実施例2及び比較例4で示した紫外−可視透過スペクトルデータUltraviolet-visible transmission spectrum data shown in Example 2 and Comparative Example 4 of the present invention 本発明の実施例3で示したNMR測定データNMR measurement data shown in Example 3 of the present invention

Claims (10)

ゾルゲル法で使われる原料を出発原料として有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造する場合において、出発原料の混合工程と溶融工程との間に加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に熟成工程を有することを特徴とする有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 In the case of producing an organic-inorganic hybrid glassy material using a raw material used in the sol-gel method as a starting material, it has a heating reaction step between the starting material mixing step and the melting step, and further has an aging step after the melting step. A method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material. フェニル基を含んでいるゾルゲル原料を少なくとも1種類用いることを特徴とする請求項1に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 The method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 1, wherein at least one kind of sol-gel raw material containing a phenyl group is used. 加熱反応工程は40℃以上100℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 The method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 1 or 2, wherein the heating reaction step is performed at a temperature of 40 ° C to 100 ° C. 溶融工程では40℃以上500℃以下の温度で処理することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 The method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material according to any one of claims 1 to 3, wherein the melting step is performed at a temperature of 40 ° C or higher and 500 ° C or lower. 熟成工程では30℃以上400℃以下の温度でかつ5分以上の時間で処理することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 The method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material according to any one of claims 1 to 4, wherein in the aging step, the treatment is performed at a temperature of 30 ° C or more and 400 ° C or less and for a time of 5 minutes or more. 溶融工程後の融液が2層に分離する場合、その上澄液を廃棄し、下側の融液を抽出して熟成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 6. The organic material according to claim 1, wherein when the melt after the melting step is separated into two layers, the supernatant is discarded and the lower melt is extracted and aged. A method for producing an inorganic hybrid glassy material. 請求項1乃至6のいずれかに記載の方法で製造されたことを特徴とする有機無機ハイブリッドガラス状物質。 An organic-inorganic hybrid glassy material produced by the method according to claim 1. ガラス状物質の一部又はすべてに不規則網目構造を有することを特徴とする請求項7に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 7, wherein a part or all of the glassy material has an irregular network structure. 軟化温度が60〜500℃の範囲にあることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 7 or 8, wherein the softening temperature is in the range of 60 to 500 ° C. フェニル基を含んでいることを特徴とする請求項7乃至9のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to any one of claims 7 to 9, comprising a phenyl group.
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