JP2006111850A - Solution for forming silica-based film - Google Patents

Solution for forming silica-based film Download PDF

Info

Publication number
JP2006111850A
JP2006111850A JP2005103424A JP2005103424A JP2006111850A JP 2006111850 A JP2006111850 A JP 2006111850A JP 2005103424 A JP2005103424 A JP 2005103424A JP 2005103424 A JP2005103424 A JP 2005103424A JP 2006111850 A JP2006111850 A JP 2006111850A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silica
solution
concentration
film
based film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005103424A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutaka Kamiya
和孝 神谷
Teruyuki Sasaki
輝幸 佐々木
Kazuyuki Iguchi
一行 井口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority to JP2005103424A priority Critical patent/JP2006111850A/en
Publication of JP2006111850A publication Critical patent/JP2006111850A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solution for forming a silica-based film, capable of forming the silica-based film having hardness similar to that of molten glass by a sol-gel method. <P>SOLUTION: This solution for forming the silica-based film is provided by setting the concentration of an acid and water content in a prescribed concentration range so as to be able to form a dense film without having a crack even if it is a thick film. In the forming solution, a sufficient amount of water for silicon alkoxide is added in advance, i. e., the number of moles of water required for the hydrolysis of the number of moles of the silicon atoms of the silicon alkoxide, i.e., ≥4 folds water is added. Also, the concentration of a strong acid is set as 0.001-0.2 mol/kg range or in some cases as 0.0001-0.2 mol/kg range expressed by the mass molar concentration of proton on assuming that the proton completely dissociates from the strong acid. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ゾルゲル法によるシリカ系膜の形成溶液に関する。   The present invention relates to a solution for forming a silica-based film by a sol-gel method.

一般的なガラスは、1500℃を超える高温において原料を熔融し、これを冷却する熔融法により、製造されている。これに対して、ゾルゲル法は、低温でガラスやセラミックスを作製する比較的新しい方法である。   General glass is produced by a melting method in which a raw material is melted at a high temperature exceeding 1500 ° C. and cooled. On the other hand, the sol-gel method is a relatively new method for producing glass and ceramics at a low temperature.

ゾルゲル法とは、金属の有機または無機化合物の溶液を出発原料とし、溶液中の化合物の加水分解・重縮合反応によって、溶液を金属の酸化物あるいは水酸化物の微粒子が溶解したゾルとし、さらに反応を進ませてゲル化させて固化し、このゲルを加熱して酸化物固体を得る方法である。   In the sol-gel method, a solution of a metal organic or inorganic compound is used as a starting material, and the solution is made into a sol in which fine particles of metal oxide or hydroxide are dissolved by hydrolysis / polycondensation reaction of the compound in the solution. In this method, the reaction is allowed to progress to gelation and solidification, and the gel is heated to obtain an oxide solid.

ゾルゲル法は、溶液からガラスを作製するために、種々の基板上に薄膜を作製することが可能であり、また、熔融法によるガラスの製造温度に比べ、低温でのガラスの製造が可能となる特徴を有する。   In the sol-gel method, it is possible to produce a thin film on various substrates in order to produce glass from a solution, and it is possible to produce glass at a lower temperature than the glass production temperature by the melting method. Has characteristics.

このゾルゲル法によりシリカ系コーティング膜を形成する方法が、数多く提案されている。ゾルゲル法では、熔融法に比べ低温ではあるが、通常500℃以上の熱処理を行っている場合が多い(例えば、特開昭55−034258号公報)。   Many methods for forming a silica-based coating film by this sol-gel method have been proposed. In the sol-gel method, the heat treatment is usually performed at a temperature of 500 ° C. or higher although it is at a lower temperature than the melting method (for example, JP-A-55-034258).

さらに、450℃程度の加熱にてシリカ系コーティング膜を硬化させる技術も、提案されている(例えば、特開昭63−241076号公報、特開平08−027422号公報)。加えて、常温から200℃程度の低温域で、シリカ系コーティング膜を硬化させる技術も、提案されている(例えば、特開昭63−268772号公報、特開2002−088304号公報)。   Further, techniques for curing the silica-based coating film by heating at about 450 ° C. have been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 63-241076 and 08-027422). In addition, techniques for curing the silica-based coating film in a low temperature range from room temperature to about 200 ° C. have been proposed (for example, JP-A-63-268772 and JP-A-2002-088304).

さらに、特開平05−085714号公報や特開平06−052796号公報では、「低い温度(室温〜100℃)で焼成できるノングレア被膜を形成することができるシリカコート膜の処理液や形成法」が提案されている。   Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 05-085714 and 06-052796, “a treatment liquid and a forming method of a silica coat film capable of forming a non-glare film that can be fired at a low temperature (room temperature to 100 ° C.)” are described. Proposed.

ここで、特開平05−085714号公報では、加水分解率なる値が定義されており、これを、300%から1500%とすることで、接着性に優れた硬質な膜が得られる、としている。ここで定義されている加水分解率とは、水の添加割合を示した値であり、テトラメトキシシラン、あるいは、テトラエトキシシランのモル数の2倍のモル数の水を添加した場合を、100%として換算した値である。加水分解率が300%から1500%であるということは、すなわち、テトラメトキシシラン、あるいは、テトラエトキシシランのモル数の6倍から30倍の量の水を添加するということを示している。   Here, in Japanese Patent Laid-Open No. 05-085714, a value as a hydrolysis rate is defined, and by setting this to 300% to 1500%, a hard film having excellent adhesiveness can be obtained. . The hydrolysis rate defined here is a value indicating the addition ratio of water, and when tetramethoxysilane or water having a mole number twice the number of moles of tetraethoxysilane is added, It is a value converted as a percentage. A hydrolysis rate of 300% to 1500% indicates that tetramethoxysilane or water of 6 to 30 times the number of moles of tetraethoxysilane is added.

また、特開2002−088304号公報では、テトラアルコキシシランのオリゴマーの平均分子量が、85000から500000であるコーティング液を使用すると、クラックのない強固なシリカ膜が得られる、としている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-088304 states that when a coating liquid having an average molecular weight of tetraalkoxysilane oligomer of 85000 to 500000 is used, a strong silica film without cracks can be obtained.

さらに、特開昭63−168470号公報では、150℃の加熱にて6H〜8Hの鉛筆硬度の膜の得られるコーティング組成物が開示されている。この組成物は、コロイド状シリカを含んでいる。   Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-168470 discloses a coating composition in which a film having a pencil hardness of 6H to 8H can be obtained by heating at 150 ° C. The composition includes colloidal silica.

ところで、このようなゾルゲル法によるコーティング膜は、目的の基材表面に化学的保護機能や光学特性を与えることができるので、有用である。また、このコーティング膜を、撥水膜などの機能性膜を形成する下地膜として用いることができる。さらに、このコーティング膜をマトリクスとし、膜中に機能性微粒子を分散させることも行われている。加えて、コーティング膜には、機械的な耐久性も求められている。   By the way, such a coating film by the sol-gel method is useful because it can impart a chemical protection function and optical characteristics to the target substrate surface. In addition, this coating film can be used as a base film for forming a functional film such as a water repellent film. Further, this coating film is used as a matrix, and functional fine particles are dispersed in the film. In addition, the coating film is also required to have mechanical durability.

そこで、本発明者は、特開平11−269657号公報にて、「シリカ系膜被覆物品を製造する方法」を提案した。その内容は、「焼成や前処理を必要とせずに、優れたシリカ系膜被覆物品の製造する」ことを目的とするものであって、「酸およびシリコンアルコキシドをアルコールに溶解してなり、シリコンアルコキシドおよびその加水分解物(部分加水分解物を含む)の少なくともいずれか1つがシリカ換算で 0.010〜3重量%、酸 0.0010〜1.0規定、および水 0〜10重量%を含有するコーティング液を基材に塗布してシリカ系膜を被覆した物品を製造する方法」である。
この方法により得られたシリカ系膜は、乾布摩耗試験に耐えるものであった。
Therefore, the present inventor has proposed a “method for producing a silica-based film-coated article” in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-269657. The content is intended to “manufacture excellent silica-based film-coated articles without the need for firing or pretreatment”, and includes “acid and silicon alkoxide dissolved in alcohol, At least one of the alkoxide and its hydrolyzate (including the partial hydrolyzate) contains 0.010 to 3% by weight in terms of silica, 0.0010 to 1.0N acid, and 0 to 10% by weight water. Is a method for producing an article coated with a silica-based film by applying a coating liquid to a substrate.
The silica-based film obtained by this method was able to withstand the dry cloth abrasion test.

特開昭55−034258号公報(US 4277525)JP 55-034258 (US Pat. No. 4,277,525) 特開昭63−241076号公報(US 4865649)Japanese Patent Laid-Open No. 63-241076 (US Pat. No. 4,865,649) 特開平08−027422号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-027422 特開昭63−268772号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-268772 特開2002−088304号公報JP 2002-088304 A 特開平05−085714号公報JP 05-085714 A 特開平06−052796号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-052796 特開昭63−168470号公報JP 63-168470 A 特開平11−269657号公報(WO 99/28534,EP 0967297,US6465108)JP-A-11-269657 (WO 99/28534, EP 0967297, US6465108)

ゾルゲル法によって緻密なシリカ系膜を得ようとすると、450℃以上の熱処理を必要としている。このため、用いる基材の材質が制限されることがあった。さらに、450℃の熱処理でも、膜中に機能性微粒子を分散させるような場合、機能性微粒子の種類によっては、微粒子が分解したり、その機能を損なうこともある。例えば、有機系の微粒子や、ITO微粒子のような場合である。   In order to obtain a dense silica-based film by the sol-gel method, heat treatment at 450 ° C. or higher is required. For this reason, the material of the base material used may be restricted. Furthermore, when functional fine particles are dispersed in a film even at a heat treatment at 450 ° C., the fine particles may be decomposed or the function thereof may be impaired depending on the type of functional fine particles. For example, it is the case of organic fine particles or ITO fine particles.

なお、特開昭63−241076号公報では、実施例において450℃の熱処理を行っているが、膜硬度に関する記述はない。また、特開平8−27422号公報では、実施例において450℃の熱処理を行っており、その膜厚は300nmであり、膜硬度は鉛筆硬度にて9Hである。   In JP-A-63-241076, although heat treatment at 450 ° C. is performed in the examples, there is no description regarding film hardness. In JP-A-8-27422, heat treatment at 450 ° C. is performed in the examples, the film thickness is 300 nm, and the film hardness is 9H in pencil hardness.

さらに、特開昭63−268772号公報では、常温にて硬化し、膜厚は不明であるが、その膜硬度は鉛筆硬度で3H〜7H程度であった。また、特開2002−88304号公報は、実施例において80℃の熱処理を行っている。膜の評価は収縮率が示されているだけであり、具体的な硬度は示されていない。なお、実施例における膜厚は約100nmであった。   Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-268772, the film was cured at room temperature and the film thickness was unknown, but the film hardness was about 3H to 7H in pencil hardness. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-88304 performs heat treatment at 80 ° C. in the examples. The evaluation of the film shows only the shrinkage rate and does not show the specific hardness. In addition, the film thickness in the Example was about 100 nm.

加えて、特開平05−085714号公報や特開平06−052796号公報では、「低い温度(室温〜100℃)で焼成した被膜(膜厚不明)において、鉛筆硬度で9Hが得られる、としている。   In addition, according to Japanese Patent Laid-Open Nos. 05-085714 and 06-052796, “9H is obtained in pencil hardness in a film (thickness unknown) fired at a low temperature (room temperature to 100 ° C.). .

また、本発明者による特開平11−269657号公報に開示した技術では、得られるシリカ系膜は、乾布摩耗試験に耐えるものであったが、さらなる膜硬度の向上も要求されていた。なお、実施例における膜厚は、最大で250nmであった。   Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-269657 by the present inventor, the obtained silica-based film can withstand the dry cloth abrasion test, but further improvement in film hardness has been required. In addition, the film thickness in an Example was 250 nm at maximum.

ここで、ゾルゲル法によるコーティング膜において、1回の操作で得られる膜厚は、一般に100〜200nm程度である。   Here, in the coating film by the sol-gel method, the film thickness obtained by one operation is generally about 100 to 200 nm.

ゾルゲル法によるシリカ系膜において、その膜厚を厚くしようと思えば、複数回の塗布が必要である。さらに、膜厚を厚くすることによって、クラックが発生しやすくなるので、その防止策も必要である。そのため、例えば膜厚が250nmを超えるようなシリカ系膜を、1回の操作で得られる製造方法も求められていた。   In a silica-based film by the sol-gel method, if it is desired to increase the film thickness, multiple coatings are necessary. Furthermore, since the crack is easily generated by increasing the film thickness, a countermeasure for the crack is also necessary. Therefore, for example, a production method for obtaining a silica-based film having a film thickness exceeding 250 nm by a single operation has also been demanded.

そこで、本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、ゾルゲル法によって、比較的低温の熱処理により、熔融ガラス並みの硬度を有するシリカ系膜を形成可能なシリカ系膜の形成溶液を提供する。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and is a silica-based film capable of forming a silica-based film having a hardness comparable to that of molten glass by a sol-gel method by a relatively low temperature heat treatment. A film forming solution is provided.

まず、ゾルゲルプロセスについて説明する。一例として、ゾルゲル法によるシリカ系膜の形成について説明する。   First, the sol-gel process will be described. As an example, formation of a silica-based film by a sol-gel method will be described.

例えば、シリコンアルコキシドを出発原料とするゾルゲル法において、シリコンアルコキシドは、溶液中において、水と触媒による加水分解反応および脱水縮合反応により、シロキサン結合を介したオリゴマーとなり、ゾル状態となる。   For example, in a sol-gel method using silicon alkoxide as a starting material, silicon alkoxide is converted into an oligomer via a siloxane bond in a solution by a hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction with water and a catalyst to be in a sol state.

この溶液を基材に塗布すると、水や溶媒が揮発することにより、オリゴマーは濃縮され、分子量が大きくなり、やがて溶液は流動性を失い、半固形状のゲルとなる。ゲル化直後は、シロキサンポリマーのネットワークの隙間に、溶媒や水が満たされた状態にある。このゲルが乾燥して水や溶媒が揮発すると、シロキサンポリマーが収縮し、固化が起こる。   When this solution is applied to the substrate, the water and the solvent are volatilized, whereby the oligomer is concentrated and the molecular weight is increased, and eventually the solution loses fluidity and becomes a semi-solid gel. Immediately after gelation, the gap between the siloxane polymer networks is filled with a solvent or water. When this gel dries and water and solvent volatilize, the siloxane polymer shrinks and solidifies.

固化したゲルにおいて、溶媒や水が満たされていた隙間は、400℃程度までの熱処理を行っても、完全に埋まることはなく、細孔として残る。このために、ゾルゲル法において、400℃程度の熱処理では硬質な膜は得られない。硬質な膜を得ようとすると、さらに高温、例えば500℃以上での熱処理を必要としていた。   In the solidified gel, the gap filled with the solvent and water is not completely filled and remains as pores even when heat treatment up to about 400 ° C. is performed. For this reason, in the sol-gel method, a hard film cannot be obtained by heat treatment at about 400 ° C. In order to obtain a hard film, a heat treatment at a higher temperature, for example, 500 ° C. or more, was required.

上述したゾルゲル法によるシリカ系膜の熱処理における、反応と温度の関係についてさらに詳しく述べる。
まず、約100〜150℃の温度域において、溶液に含まれていた水や溶媒などが蒸発する。
つづいて、約250〜400℃の温度域において、原料に有機材料が含まれていると、それが分解し蒸発する。
さらに、約500℃以上の温度域になると、ゲル骨格の収縮が起こり、緻密な膜となっていく。
The relationship between the reaction and temperature in the heat treatment of the silica-based film by the sol-gel method described above will be described in more detail.
First, in a temperature range of about 100 to 150 ° C., water, a solvent and the like contained in the solution are evaporated.
Subsequently, if the raw material contains an organic material in a temperature range of about 250 to 400 ° C., it decomposes and evaporates.
Further, when the temperature is about 500 ° C. or higher, the gel skeleton contracts and a dense film is formed.

上述したように、通常のゾルゲル反応では、ゲル化後の状態で、形成されたネットワークの隙間に、溶媒や水が満たされている。この隙間の大きさは、溶液中でのシリコンアルコキシドの重合の形態に依存することが知られている。   As described above, in a normal sol-gel reaction, a gap between the formed networks is filled with a solvent and water in a state after gelation. It is known that the size of the gap depends on the form of polymerization of silicon alkoxide in the solution.

また、重合の形態は、溶液のpHによって大きく変化する。
すなわち、酸性の溶液中では、シリコンアルコキシドのオリゴマーは直鎖状に成長しやすい。このような溶液を基材に塗布すると、直鎖状のオリゴマーが折り重なって網目状組織を形成し、得られる膜は比較的隙間の小さい緻密な膜となる。
しかし、直鎖状のポリマーが折り重なって、固化されていることから、ミクロな構造は強固ではなく、隙間から溶媒や水が揮発する際に、クラックが入りやすい。
Moreover, the form of polymerization varies greatly depending on the pH of the solution.
That is, in an acidic solution, the oligomer of silicon alkoxide is likely to grow in a straight chain. When such a solution is applied to a substrate, the linear oligomers are folded to form a network structure, and the resulting film becomes a dense film with relatively small gaps.
However, since the linear polymer is folded and solidified, the micro structure is not strong, and cracks are easily generated when the solvent or water volatilizes from the gap.

一方、アルカリ性の溶液中では、球状のオリゴマーが成長しやすい。このような液を基板に塗布すると、球状のオリゴマーが互いにつながった構造を形成し、比較的大きな隙間を有する膜となる。この隙間は、球状のオリゴマーが結合し成長して形成されるため、隙間から溶媒や水が揮発する際に、クラックは入りにくい。   On the other hand, spherical oligomers are likely to grow in an alkaline solution. When such a liquid is applied to the substrate, a structure in which spherical oligomers are connected to each other is formed, and a film having a relatively large gap is formed. Since this gap is formed by bonding and growing a spherical oligomer, when the solvent or water volatilizes from the gap, it is difficult for cracks to enter.

本発明者らは溶液のpHに着目し、比較的緻密な膜ができる酸性領域で、酸の濃度と水分量を詳細に検討したところ、ある濃度域では、特に厚膜でも緻密でクラックのない膜を形成することができ、さらに、そのような膜を例えば150〜300℃程度で熱処理すると、熔融ガラス並みの硬度を有する膜にできることを発見した。   The present inventors paid attention to the pH of the solution and examined the acid concentration and the amount of water in an acidic region where a relatively dense film can be formed. In a certain concentration region, even a thick film is dense and free of cracks. It has been found that a film can be formed, and further, when such a film is heat-treated at, for example, about 150 to 300 ° C., a film having a hardness comparable to that of molten glass can be obtained.

さて、シラノールの等電点は2であることが知られている。これは、溶液のpHが2であると、溶液中においてシラノールが最も安定に存在できる、ということを示している。つまり、加水分解されたシリコンアルコキシドが溶液中に多量に存在する場合においても、溶液のpHが2程度であれば、脱水縮合反応によりオリゴマーが形成される確率が非常に低くなる。この結果、加水分解されたシリコンアルコキシドが、モノマーあるいは低重合の状態で、溶液中に存在できることとなる。   Now, it is known that the isoelectric point of silanol is 2. This indicates that when the pH of the solution is 2, silanol can exist most stably in the solution. That is, even when a large amount of hydrolyzed silicon alkoxide is present in the solution, if the pH of the solution is about 2, the probability that an oligomer is formed by the dehydration condensation reaction is very low. As a result, the hydrolyzed silicon alkoxide can exist in the solution in a monomer or low polymerization state.

ゾルゲル溶液に、例えば強酸を添加し、強酸のプロトンが完全に解離したとしたときのプロトンの質量モル濃度(以下、単にプロトン濃度と称する)で、0.001〜0.1mol/kgとなるようにすると、溶液のpHは3〜1程度となる。したがって、この溶液中においては、比較的低重合度のオリゴマーを安定に存在させることができる。   For example, when a strong acid is added to the sol-gel solution and the proton of the strong acid is completely dissociated, the proton molar concentration (hereinafter simply referred to as proton concentration) is 0.001 to 0.1 mol / kg. Then, the pH of the solution is about 3 to 1. Therefore, an oligomer having a relatively low degree of polymerization can be stably present in this solution.

例えば、特開2002−088304号公報では、テトラアルコキシシランのオリゴマーの平均分子量が、85000から500000であることが推奨されていたが、本発明では、それよりも、ずっと小さい、500から10000程度の分子量のオリゴマーとなっている。強固なクラックのない厚膜を得るには、溶液中に比較的低重合度のオリゴマーとして存在させることが重要であることを、本発明者らは見いだしたのである。   For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-088304, it was recommended that the average molecular weight of the tetraalkoxysilane oligomer be 85,000 to 500,000, but in the present invention, it is much smaller, about 500 to 10,000. It is a molecular weight oligomer. The present inventors have found that it is important that a thick film without a strong crack is present in the solution as an oligomer having a relatively low polymerization degree.

本発明の形成溶液に用いる酸としては、強酸であることを必須とする。強酸としては、以下のものを挙げることができる。塩酸,硝酸,トリクロロ酢酸,トリフルオロ酢酸,硫酸,リン酸,メタンスルホン酸,パラトルエンスルホン酸,シュウ酸などである。強酸のうち、揮発性の酸は、加熱時に揮発して硬化後の膜中に残存することがないので、好ましく用いることができる。硬化後の膜中に酸が残ると、無機成分の結合の妨げとなって、膜硬度を低下させてしまうことがある。   The acid used in the forming solution of the present invention must be a strong acid. Examples of the strong acid include the following. Examples include hydrochloric acid, nitric acid, trichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, methanesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, and oxalic acid. Of the strong acids, volatile acids can be preferably used because they do not volatilize when heated and remain in the cured film. If an acid remains in the cured film, it may hinder the bonding of inorganic components and reduce the film hardness.

なお、プロトンの質量モル濃度の計算に当たっては、使用する酸の水中での酸解離指数が、4以上のプロトンを考慮する必要はない。例えば、弱酸である酢酸の水中での酸解離指数は4.8であるから、形成溶液に酢酸を含ませた場合にも、酢酸のプロトンは前記プロトン濃度には含めない。本件明細書において、強酸とは、具体的には、水中での酸解離指数が4未満のプロトンを有する酸をいう。   In calculating the molar concentration of protons, it is not necessary to consider protons having an acid dissociation index in water of 4 or more. For example, since the acid dissociation index of acetic acid, which is a weak acid, in water is 4.8, even when acetic acid is included in the forming solution, the proton of acetic acid is not included in the proton concentration. In the present specification, the strong acid specifically refers to an acid having a proton having an acid dissociation index of less than 4 in water.

なお、本発明の形成溶液において、プロトン濃度を上述したように、強酸のプロトンが完全に解離したとしたときの濃度として規定した理由は、本発明のように有機溶媒と水の混合溶液中では、酸の解離度を正確に求めることが困難だからである。   In the formation solution of the present invention, the reason why the proton concentration is defined as the concentration when the proton of the strong acid is completely dissociated as described above is that in the mixed solution of the organic solvent and water as in the present invention. This is because it is difficult to accurately determine the degree of acid dissociation.

溶液のpHを3〜1とし、これを基材表面に塗布し乾燥すると、低重合度のシリコンアルコキシド由来のオリゴマーが密に充填され、クラックのない状態の膜が形成される。この結果、形成される細孔が小さく、かなり緻密な膜が得られる。   When the pH of the solution is 3 to 1, this is applied to the substrate surface and dried, the oligomer derived from silicon alkoxide having a low polymerization degree is densely filled, and a film without cracks is formed. As a result, the pores formed are small and a fairly dense film can be obtained.

このような、低重合度のシリコンアルコキシド由来のオリゴマーが密に充填された状態とすることは、本発明の重要なポイントの1つである。しかし、これのみでは、200〜300℃で加熱しても十分に硬度の高い膜を得ることはできない。   It is one of the important points of the present invention that such oligomers derived from silicon alkoxide having a low polymerization degree are closely packed. However, with this alone, a sufficiently high hardness film cannot be obtained even when heated at 200 to 300 ° C.

溶液のpHを3〜1程度とすることで、比較的低重合度のオリゴマーを安定に存在させることは、既に述べた通りである。しかし、そのようなpH領域では、シリコンアルコキシドを化学量論的に全て加水分解させるために必要な水を添加しても、未反応のアルコキシドが残存した状態で安定化されてしまう。加水分解が不十分なまま、加熱を行っても重合反応によりシロキサン結合を十分に形成することができず、硬い膜とすることができないのである。   As described above, the oligomer having a relatively low degree of polymerization is stably present by setting the pH of the solution to about 3 to 1. However, in such a pH range, even if water necessary for hydrolyzing all of the silicon alkoxide stoichiometrically is added, it is stabilized in a state where unreacted alkoxide remains. Even if heating is performed with insufficient hydrolysis, a siloxane bond cannot be sufficiently formed by the polymerization reaction, and a hard film cannot be obtained.

そこで本発明では、少なくとも化学量論的に加水分解に必要なモル数の水を添加しておく。つまり、シリコンアルコキシドのシリコン原子のモル数に対して、加水分解に必要なモル数、すなわち4倍以上の水を添加する。こうして、加水分解反応を促進し、結果的にそれに伴う重合による硬化を十分に行うのである。   Therefore, in the present invention, at least the stoichiometric amount of water necessary for hydrolysis is added in advance. That is, the number of moles required for hydrolysis, that is, four times or more of water is added to the number of moles of silicon atoms in the silicon alkoxide. In this way, the hydrolysis reaction is promoted, and as a result, the curing caused by the polymerization is sufficiently performed.

さらに本発明では、加水分解に必要な4倍のモル数を超えて、水を添加しておくことが好ましい。この理由は、以下のようである。例えば、粘度の低い溶液中では化学量論的に必要十分な量の水がありさえすれば、十分に拡散して加水分解反応が進む。ところが、乾燥あるいは加熱時には液の流動性が低下して、拡散が十分に行われないので、加水分解反応が十分に進行できないことがある。その結果、400℃程度までの温度で熱処理するだけでは、硬度の高い膜を得られない虞がある。   Furthermore, in this invention, it is preferable to add water exceeding the 4 times mole number required for a hydrolysis. The reason for this is as follows. For example, in a low-viscosity solution, as long as there is a stoichiometrically sufficient amount of water, the hydrolysis reaction proceeds with sufficient diffusion. However, the fluidity of the liquid decreases during drying or heating, and the diffusion does not occur sufficiently, so that the hydrolysis reaction may not proceed sufficiently. As a result, there is a possibility that a film having high hardness cannot be obtained only by heat treatment at a temperature up to about 400 ° C.

つまり乾燥時には、溶媒の揮発と並行して水も蒸発する。予め溶液に水を添加していても、その量が少ないと、シリコンアルコキシドが濃縮される段階で、不完全に加水分解されたシリコンアルコキシドが、十分に加水分解されることなく、充填されてしまう。そこで、溶液に予め十分な水を添加しておくのである。具体的には、5〜20倍モルの水を添加しておくことが好ましい。   That is, at the time of drying, water evaporates in parallel with the volatilization of the solvent. Even if water is added to the solution in advance, if the amount is small, incompletely hydrolyzed silicon alkoxide is filled without being fully hydrolyzed at the stage where silicon alkoxide is concentrated. . Therefore, sufficient water is added to the solution in advance. Specifically, it is preferable to add 5 to 20 moles of water.

例えば、シリコンアルコキシドの一例であるテトラアルコキシシランの場合は、テトラアルコキシシラン1モルに対して、4モルの水があれば、化学量論的には、全てのアルコキシル基が加水分解されることになる。そこで、本発明では、シリコンアルコキシドのシリコン原子のモル数に対して、4倍以上のモル数の水を、好ましくは4倍を超えたモル数の水を添加するのである。このことによって、シリコンアルコキシドの加水分解反応を十分に進め、400℃程度までの温度で熱処理するだけでも、硬度の高い膜を得ることが可能となる。   For example, in the case of tetraalkoxysilane which is an example of silicon alkoxide, if 4 moles of water are present per mole of tetraalkoxysilane, all the alkoxyl groups are hydrolyzed stoichiometrically. Become. Therefore, in the present invention, the number of moles of water more than 4 times the number of moles of silicon atoms in the silicon alkoxide, preferably the number of moles of water exceeding 4 times is added. As a result, it is possible to obtain a film having a high hardness only by sufficiently proceeding with the hydrolysis reaction of silicon alkoxide and performing a heat treatment at a temperature up to about 400 ° C.

また、テトラアルコキシシランの重合物(例えば、コルコート社製エチルシリケート40等)の場合には、重合物のSiのモル数をnとすると、化学量論的に加水分解に必要な水のモル数は、(2n+2)モルとなる。したがって、重合度の高いアルコキシシラン原料を使うほど、Siの1モルに対して、化学量論的に加水分解に必要な水のモル数は少なくなることになる。   Further, in the case of a tetraalkoxysilane polymer (for example, ethyl silicate 40 manufactured by Colcoat Co., Ltd.), assuming that the number of moles of Si in the polymer is n, the number of moles of water stoichiometrically required for hydrolysis. Is (2n + 2) moles. Therefore, as the alkoxysilane raw material having a higher degree of polymerization is used, the number of moles of water stoichiometrically required for hydrolysis is reduced with respect to 1 mole of Si.

本発明の形成溶液では、界面活性機能を持った成分が含まれていてもよい。例えば、本発明の形成溶液に含まれる親水性有機ポリマーが、界面活性機能を持っていてもよいし、別途、界面活性剤を含ませてもよい。例えば、親水性有機ポリマーが、ポリエーテル基を有していてもよいし、また末端が親水性のポリエーテルであってもよい。   In the forming solution of the present invention, a component having a surface active function may be contained. For example, the hydrophilic organic polymer contained in the forming solution of the present invention may have a surface active function or may contain a surfactant separately. For example, the hydrophilic organic polymer may have a polyether group or may be a polyether having a hydrophilic end.

界面活性剤としては、特に限定されないが、以下のものを例示できる。
ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性イオン界面活性剤のいずれも用いることができる。
このうちノニオン性界面活性剤としては、具体的には、例えば、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノミリスチレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ソルビタンセスキオレエート、ソルビタンジステアレート等のソルビタン脂肪酸エステル;グリセロールモノステアレート、グリセロールモノオレエート、ジグリセロールモノオレエート、自己乳化型グリセロールモノステアレート等のグリセリン脂肪酸エステル;アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
Although it does not specifically limit as surfactant, The following can be illustrated.
Any of nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants, and zwitterionic surfactants can be used.
Among these, specific examples of nonionic surfactants include sorbitan monolaurate, sorbitan monomyristate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan tristearate, sorbitan monooleate, sorbitan trioleate. Sorbitan fatty acid esters such as ate, sorbitan sesquioleate, sorbitan distearate; glycerol fatty acid esters such as glycerol monostearate, glycerol monooleate, diglycerol monooleate, self-emulsifying glycerol monostearate; alkyl alkanolamides, etc. Is mentioned. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

アニオン性界面活性剤としては、具体的には、例えば、オレイン酸ナトリウム、ヒマシ油カリなどの脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウムなどのアルキル硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルカリスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルリン酸エステル塩、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of the anionic surfactant include fatty acid salts such as sodium oleate and castor oil potassium, alkyl sulfate salts such as sodium lauryl sulfate and ammonium lauryl sulfate, and alkylbenzene sulfonic acids such as sodium dodecylbenzene sulfonate. Examples thereof include salts, alkyl naphthalene sulfonates, alkali sulfonates, dialkyl sulfosuccinates, alkyl phosphate ester salts, and naphthalene sulfonate formalin condensates. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

カチオン性界面活性剤としては、具体的には、例えば、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテートなどのアルキルアミン塩、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライドなどの第四級アンモニウム塩などがある。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of the cationic surfactant include alkylamine salts such as laurylamine acetate and stearylamine acetate, and quaternary ammonium salts such as lauryltrimethylammonium chloride. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

両性イオン界面活性剤としては、具体的には、例えば、ラウリルジメチルアミンオキサイドなどがある。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of the zwitterionic surfactant include lauryl dimethylamine oxide. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

厚い膜を得る場合には、硬化時の収縮に伴い膜応力が発生し、それを緩和させるためにクラックが発生しやすい。形成溶液に、少なくとも親水性有機ポリマーが含まれていることで、膜収縮に伴う構造変化に対して追随でき、クラックを発生させることなく、緻密な膜が得られる。   When a thick film is obtained, a film stress is generated along with the shrinkage at the time of curing, and cracks are likely to occur in order to relieve the stress. By containing at least the hydrophilic organic polymer in the forming solution, it is possible to follow the structural change accompanying the film shrinkage, and a dense film can be obtained without generating cracks.

また、本発明の形成溶液を用いたシリカ系膜の製造方法においては、膜を硬化させるための熱処理を400℃以下の温度で行うとよい。こうすると、膜が緻密化した後に、含まれていた有機物が燃焼し、その部分か空隙となって、膜硬度が低下することがない。つまり、有機物を含んだ状態で、緻密で硬い構造が維持されるのである。   Moreover, in the manufacturing method of the silica type film | membrane using the formation solution of this invention, it is good to perform the heat processing for hardening a film | membrane at the temperature of 400 degrees C or less. In this case, after the film is densified, the organic matter contained therein is burned and the portion becomes a void, so that the film hardness does not decrease. In other words, a dense and hard structure is maintained in a state containing organic matter.

この熱処理温度は、要求される膜の硬度に応じて、適宜選択されるとよい。例えば、常温の乾燥では鉛筆硬度B程度の膜硬度が得られる。また、90℃の熱処理ではH程度、120℃では9H以上の膜硬度が得られる。さらに、150℃以上の熱処理を施すと、膜硬度は、鉛筆硬度試験の範疇を超えるので、JIS R 3212に準拠した摩耗試験で測定するとよい。すなわち、市販のテーバー摩耗試験機を用いて評価する。150℃程度以上の熱処理を施すと、テーバー摩耗試験機で例えば500gの荷重で1000回摩耗試験を行った後のヘイズ率が4%以下となり、これは熔融ガラス板の表面硬度並みの膜硬度が得られたことになる。   The heat treatment temperature may be appropriately selected according to the required film hardness. For example, a film hardness of about pencil hardness B can be obtained by drying at room temperature. Further, a film hardness of about H is obtained by heat treatment at 90 ° C. and a film hardness of 9H or more at 120 ° C. Furthermore, if a heat treatment at 150 ° C. or higher is performed, the film hardness exceeds the category of the pencil hardness test, so it is preferable to measure by a wear test in accordance with JIS R 3212. That is, it evaluates using a commercially available Taber abrasion tester. When heat treatment of about 150 ° C. or higher is performed, the haze ratio after performing a 1000-time wear test with a Taber abrasion tester with a load of 500 g becomes 4% or less, which is equivalent to the surface hardness of the molten glass plate. It is obtained.

また、このシリカ系膜被覆溶液は、少量のリン酸を含んでいてもよい。このリンは、特に硬化の際の硬化触媒として働く。またリンは、400℃以下の温度では揮発することなく、膜中に残る。また、リンには数々の多形があるので、残留応力を大きくすることなく、さらに、膜硬度を低下させることもないので、好ましい。   The silica-based film coating solution may contain a small amount of phosphoric acid. This phosphorus acts as a curing catalyst particularly during curing. Phosphorus remains in the film without volatilization at a temperature of 400 ° C. or lower. Also, since there are many polymorphs of phosphorus, it is preferable because it does not increase the residual stress and does not lower the film hardness.

上述したリン酸とポリエーテル基を併せ持つ化合物、例えばポリエーテルリン酸エステルを用いると、上述したそれぞれの効果、硬化触媒と膜応力緩和を1つの化合物が果たすこととなり、特に好ましい。   The use of a compound having both the above-described phosphoric acid and a polyether group, for example, a polyether phosphate ester, is particularly preferred because the above-described effects, curing catalyst and film stress relaxation can be achieved by one compound.

本発明の形成溶液は、さらに機能性を有する微粒子、分子またはイオンのうち、少なくともいずれか一つを含んでいてもよい。   The forming solution of the present invention may further contain at least one of functional fine particles, molecules or ions.

この機能性の微粒子が、導電性酸化物微粒子または/および有機物微粒子であることが好ましい。また機能性の分子が、有機色素であることが好ましい。   The functional fine particles are preferably conductive oxide fine particles and / or organic fine particles. The functional molecule is preferably an organic dye.

以上より、本発明は以下のように把握することができる。
すなわち、請求項1に記載の発明として、
シリカ系膜を形成するためのシリカ系膜の形成溶液であって、
シリコンアルコキシド、強酸、水およびアルコールを含み、
前記強酸の少なくとも一部として、または前記強酸とは別の成分として、前記有機物の少なくとも一部となる親水性有機ポリマーをさらに含み、
前記シリコンアルコキシドの濃度が、当該シリコンアルコキシドに含まれるシリコン原子をSiO2に換算したときのSiO2濃度により表示して3質量%を超え、
a)前記形成溶液がリン供給源を含む場合には、前記強酸の濃度が、前記強酸からプロトンが完全に解離したと仮定したときのプロトンの質量モル濃度により表示して、0.0001〜0.2mol/kgの範囲にあり、
b)前記形成溶液がリン供給源を含まない場合には、前記強酸の濃度が、前記強酸からプロトンが完全に解離したと仮定したときのプロトンの質量モル濃度により表示して、0.001〜0.2mol/kgの範囲にあり、かつ前記シリコンアルコキシドの濃度が前記SiO2濃度により表示して13質量%未満であり、
前記水のモル数が、前記シリコンアルコキシドに含まれるシリコン原子の総モル数の4倍以上であることを特徴とするシリカ系膜の形成溶液である。
From the above, the present invention can be grasped as follows.
That is, as an invention according to claim 1,
A silica-based film forming solution for forming a silica-based film,
Including silicon alkoxide, strong acid, water and alcohol,
As a component different from the strong acid as at least a part of the strong acid, further comprising a hydrophilic organic polymer that becomes at least a part of the organic matter,
The concentration of the silicon alkoxide exceeds 3 mass% as indicated by SiO 2 concentration when converted to silicon atoms contained in the silicon alkoxide to SiO 2,
a) When the forming solution contains a phosphorus source, the concentration of the strong acid is expressed by the molar concentration of protons assuming that the proton is completely dissociated from the strong acid, and is 0.0001-0 In the range of 2 mol / kg,
b) When the forming solution does not contain a phosphorus source, the concentration of the strong acid is expressed by the molar concentration of protons assuming that the protons are completely dissociated from the strong acid, and 0.001 to In the range of 0.2 mol / kg, and the concentration of the silicon alkoxide, expressed by the SiO 2 concentration, is less than 13% by mass,
The silica-based film forming solution is characterized in that the number of moles of water is at least four times the total number of moles of silicon atoms contained in the silicon alkoxide.

請求項2に記載の発明として、
前記親水性有機ポリマーの濃度が、
c)前記シリコンアルコキシドの濃度が前記SiO2濃度により表示して9質量%以下の場合には、前記SiO2に対して30質量%以下であり、
d)前記シリコンアルコキシドの濃度が前記SiO2濃度により表示して9質量%を超える場合には、前記SiO2濃度をAとして、(5A−15)質量%以下である、
請求項1に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 2,
The concentration of the hydrophilic organic polymer is
c) When the concentration of the silicon alkoxide is 9% by mass or less expressed by the SiO 2 concentration, it is 30% by mass or less with respect to the SiO 2 ;
If d) the concentration of the silicon alkoxide is more than 9% by mass displayed by the SiO 2 concentration, the SiO 2 concentration as A, is (5A-15)% by mass or less,
A silica-based film forming solution according to claim 1.

請求項3に記載の発明として、
前記形成溶液は、前記シリコンアルコキシドとして含まれるシリコン原子の総モル数の5〜20倍モル数の水を含有する請求項1または2に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 3,
3. The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution contains 5 to 20 times as many moles of water as the total number of moles of silicon atoms contained as the silicon alkoxide.

請求項4に記載の発明として、
前記テトラアルコキシシランおよびその重合体の総量が、シリカ換算で3〜30質量%である請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 4,
4. The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the total amount of the tetraalkoxysilane and the polymer thereof is 3 to 30% by mass in terms of silica. 5.

請求項5に記載の発明として、
前記形成溶液には、界面活性機能を持った成分が含まれている請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 5,
The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution contains a component having a surface active function.

請求項6に記載の発明として、
前記界面活性機能を持った成分は、界面活性剤である、または、界面活性機能を持った前記親水性有機ポリマーである請求項5に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 6,
6. The silica-based film forming solution according to claim 5, wherein the component having a surface active function is a surfactant or the hydrophilic organic polymer having a surface active function.

請求項7に記載の発明として、
前記面活性機能を持った親水性有機ポリマーは、ポリエーテル基を有するまたは末端が親水性のポリエーテルである請求項6に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 7,
7. The silica-based film forming solution according to claim 6, wherein the hydrophilic organic polymer having a surface active function is a polyether having a polyether group or having a hydrophilic end.

請求項8に記載の発明として、
前記形成溶液は、さらにリン酸を含む請求項1〜7のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 8,
The said formation solution is a formation solution of a silica type film given in any 1 paragraph of Claims 1-7 which further contain phosphoric acid.

請求項9に記載の発明として、
前記形成溶液は、さらにポリエーテルリン酸エステルを含む請求項1〜8のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 9,
The said formation solution is a formation solution of the silica type film according to any one of claims 1 to 8, further comprising a polyether phosphate ester.

請求項10に記載の発明として、
前記形成溶液は、さらに機能性を有する微粒子、分子またはイオンのうち、少なくともいずれか一つを含む請求項1〜9のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As an invention according to claim 10,
The said formation solution is a formation solution of the silica-type film | membrane of any one of Claims 1-9 containing further at least any one among the fine particle, molecule | numerator, or ion which has functionality.

請求項11に記載の発明として、
前記機能性の微粒子が、導電性酸化物微粒子または/および有機物微粒子である請求項10に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 11,
The silica-based film forming solution according to claim 10, wherein the functional fine particles are conductive oxide fine particles and / or organic fine particles.

請求項12に記載の発明として、
前記機能性の分子が、有機色素である請求項10に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 12,
The solution for forming a silica-based film according to claim 10, wherein the functional molecule is an organic dye.

なお、本明細書において、シリカ系膜とは、膜構成成分のうち、シリコン酸化物の質量分率が最も多い膜と定義する。つまり、膜構成成分を原子としてではなく、分子として分類し、そのうちシリコン酸化物の質量分率が最も多い膜をシリカ系膜と定義する。例えば、膜中にシリコン酸化物以外の酸化物が含まれており、シリコン酸化物との複合酸化物の非晶質体となっている場合には、カチオンごとの酸化物に分類した上で、膜構成成分のうち、シリコン酸化物の質量分率が最も多い場合には、その膜をシリカ系膜と呼ぶことにする。   In this specification, the silica-based film is defined as a film having the largest mass fraction of silicon oxide among the film constituent components. That is, the film constituent components are classified not as atoms but as molecules, and a film having the largest mass fraction of silicon oxide is defined as a silica-based film. For example, when an oxide other than silicon oxide is included in the film and it is an amorphous body of a composite oxide with silicon oxide, after classifying it into an oxide for each cation, When the mass fraction of silicon oxide is the largest among the film constituent components, the film is referred to as a silica-based film.

また、本発明のシリカ系膜の形成溶液におけるシリコンアルコキシドに含まれる重合体は、その一部あるいは全てのアルコキシル基が加水分解されたものも含む。   Moreover, the polymer contained in the silicon alkoxide in the silica-based film forming solution of the present invention includes those in which some or all of the alkoxyl groups are hydrolyzed.

本発明の形成溶液によるシリカ系膜は、比較的低温の熱処理で熔融ガラスに匹敵する膜硬度を有している。このシリカ系膜を、自動車用あるいは建築用の窓ガラスに適用しても、十分実用に耐える。   The silica-based film by the forming solution of the present invention has a film hardness comparable to that of molten glass by heat treatment at a relatively low temperature. Even if this silica-based film is applied to window glass for automobiles or buildings, it is sufficiently practical.

本発明の形成溶液では、溶液中におけるシリコンアルコキシドの加水分解や重合状態を、強酸を添加しpHを調整することによって制御している。また、乾燥途中において、溶液のpHが変化するように揮発性の強酸を使用し、さらに水分量を調整している。このようにすることによって、比較的低温の熱処理で硬度の高い膜が得られる。さらに、1回の操作によって、膜厚が250nmを超えて数μmであるシリカ系膜の製造に適用することができる。   In the forming solution of the present invention, the hydrolysis and polymerization state of the silicon alkoxide in the solution is controlled by adding a strong acid and adjusting the pH. Further, during drying, a volatile strong acid is used so that the pH of the solution changes, and the water content is further adjusted. By doing so, a film having high hardness can be obtained by heat treatment at a relatively low temperature. Furthermore, it can be applied to the production of a silica-based film having a film thickness of more than 250 nm and several μm by one operation.

さらに、得られるシリカ系膜をマトリクスとして、その中に機能性物質を導入することができる。このとき、約400℃以上の熱処理工程を経ると、その機能が損なわれてしまう機能性物質もその機能を損なわず、シリカ系膜中に導入することができる。   Furthermore, a functional substance can be introduced into the resulting silica-based film as a matrix. At this time, a functional substance whose function is impaired after a heat treatment step of about 400 ° C. or higher can be introduced into the silica-based film without impairing the function.

さらに、機能性物質として用いうる有機物の多くは、200から300℃の温度で分解が始まるものが多い。また、ITO微粒子では、例えば250℃以上の加熱で、熱遮蔽能が低下することが知られている。このような物質において、分解温度などその特性を損なう温度より低い温度、例えば200℃でも、十分にシリカ系膜を硬化させることが、本発明によれば可能である。この結果、本発明の形成溶液を用いると、幅広い実用に耐えうる硬度を有するシリカ系膜中に、熱的に不安定な機能性物質を、その機能を損なうことなく、導入できる。   Furthermore, many organic substances that can be used as functional substances often start to decompose at a temperature of 200 to 300 ° C. Further, it is known that the heat shielding ability of the ITO fine particles is lowered by heating at, for example, 250 ° C. or more. In such a substance, it is possible according to the present invention to sufficiently cure the silica-based film even at a temperature lower than the temperature that impairs its characteristics such as the decomposition temperature, for example, 200 ° C. As a result, when the forming solution of the present invention is used, a thermally unstable functional substance can be introduced into a silica-based film having a hardness that can withstand a wide range of practical use without impairing its function.

(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例を説明する。
この第1実施例は、本発明の形成溶液において、親水性有機ポリマーとしてポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤を含み、無機物であるシリカ原料としてテトラエトキシシラン含む例である。なお、ポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤は、リンの原料でもあり、文字通り界面活性剤でもある。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below.
In the first embodiment, the forming solution of the present invention contains a polyether phosphate surfactant as a hydrophilic organic polymer, and tetraethoxysilane as an inorganic silica raw material. The polyether phosphate ester surfactant is a raw material of phosphorus and literally a surfactant.

エチルアルコール(片山化学社製) 23.7gに、テトラエトキシシラン(信越化学社製) 45.14g、純水 27.16g、濃塩酸(35質量%、関東化学社製) 0.1g、ポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤(日本ルーブリゾール社製:ソルスパース41000) 3.9gを添加、撹拌し、形成溶液を得た。この溶液中のテトラエトキシシラン(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。
なお、水の含有量には、エチルアルコール中に含まれる水分を、0.35質量%として加え、計算している。
23.7 g of ethyl alcohol (made by Katayama Chemical Co., Ltd.), 45.14 g of tetraethoxysilane (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 27.16 g of pure water, 0.1 g of concentrated hydrochloric acid (35% by mass, made by Kanto Chemical Co., Inc.), polyether 3.9 g of a phosphate ester surfactant (manufactured by Nippon Lubrizol Corporation: Solsperse 41000) was added and stirred to obtain a forming solution. The tetraethoxysilane (in terms of silica), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1.
The water content is calculated by adding water contained in ethyl alcohol as 0.35% by mass.

(表1)
────────────────────────────────────────
シリコン プロトン 水 有機P**
アルコキシド 濃度 (対Si量; (対SiO2量; リン
(質量%)* (mol/kg) モル比) 質量%)
────────────────────────────────────────
第1実施例 13.0 0.01 8 30 あり
第2実施例 13.0 0.01 7 30 あり
第3実施例 13.0 0.01 7 29 あり
第4実施例 6.0 0.029 9 2.5 あり
第5実施例 6.0 0.003 7 25 あり
第1比較例 13.0 0.01 7 30 なし
第2比較例 13.0 0.01 7 0 あり
────────────────────────────────────────
*:質量%は、SiO2換算である。
**:有機Pは、有機ポリマーのことである。
(Table 1)
────────────────────────────────────────
Silicon Proton Water Organic P **
Alkoxide concentration (to Si content; (vs. SiO 2 weight; phosphorus
(Mass%) * (mol / kg) molar ratio) mass%)
────────────────────────────────────────
1st Example 13.0 0.01 8 30 Yes 2nd Example 13.0 0.01 7 30 Yes 3rd Example 13.0 0.01 7 29 Yes 4th Example 6.0 0.029 9 2.5 Yes 5th Example 6.0 0.003 7 25 Yes 1st Comparative Example 13.0 0.01 7 30 No 2nd Comparative Example 13.0 0.01 7 0 Yes ─────── ─────────────────────────────────
*: Mass% is in terms of SiO 2 .
**: Organic P is an organic polymer.

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(100×100mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、室温で約30分程度乾燥した後、予め200℃に昇温したオーブンに投入し40分加熱し、その後冷却した。得られた膜は、2900nm厚のクラックのない透明度の高い膜であった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (100 × 100 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, after drying at room temperature for about 30 minutes, it was put into an oven preheated to 200 ° C., heated for 40 minutes, and then cooled. The obtained film was a 2900 nm thick crack-free and highly transparent film.

さらに、膜硬度の評価は、JIS R 3212に準拠した摩耗試験によって行った。すなわち、市販のテーバー摩耗試験機を用い、500gの荷重で1000回摩耗を行い、摩耗試験前後のヘイズ率の測定を行った。膜厚,クラックの有無,テーバー試験前後のヘイズ率,およびテーバー試験後の膜剥離の有無を表2に示す。なお、ブランクとして、熔融ガラス板におけるテーバー試験前後のヘイズ率も表2に示す。   Furthermore, the film hardness was evaluated by an abrasion test in accordance with JIS R 3212. That is, using a commercially available Taber abrasion tester, abrasion was performed 1000 times with a load of 500 g, and the haze ratio before and after the abrasion test was measured. Table 2 shows the film thickness, the presence or absence of cracks, the haze ratio before and after the Taber test, and the presence or absence of film peeling after the Taber test. Table 2 also shows the haze ratio before and after the Taber test on the molten glass plate as a blank.

(表2)
────────────────────────────────────────
膜厚 クラック 初期の テーバー試験後 テーバー試験後
(nm) の有無 ヘイズ率(%) のヘイズ率(%) 膜剥がれの有無
────────────────────────────────────────
第1実施例 2900 なし 0.2 2.1 なし
第2実施例 2900 なし 0.1 2.4 なし
第3実施例 3300 なし 0.1 2.6 なし
第4実施例 1000 なし 0.0 2.8 なし
第5実施例 1000 なし 0.2 2.4 なし
第1比較例 2800 なし 0.2 2.3 あり
第2比較例 −−− あり −−− −−− −−
ガラス板 −−− −− 0.0 1.5 −−
────────────────────────────────────────
(Table 2)
────────────────────────────────────────
Film thickness Crack After initial Taber test After Taber test
Existence of (nm) Haze ratio (%) Haze ratio (%) Existence of film peeling ────────────────────────────── ──────────
1st Example 2900 None 0.2 2.1 None 2nd Example 2900 None 0.1 2.4 None 3rd Example 3300 None 0.1 2.6 None 4th Example 1000 None 0.0 2. 8 None 5th Example 1000 None 0.2 2.4 None 1st Comparative Example 2800 None 0.2 2.3 Yes 2nd Comparative Example --- Yes --- ---- ---
Glass plate --- --- 0.0 1.5 ---
────────────────────────────────────────

表2に示すように、テーバー試験後のヘイズ率は2.5%と低く、熔融ガラス板に匹敵する硬度を有していた。この結果、本発明による形成溶液を用いて作製したシリカ系膜付きガラス板は、自動車用あるいは建築用の窓ガラスとしても、十分に実用性を有している。なお、自動車用の窓ガラスでは、テーバー試験後のヘイズ率として、4%以下が求められている。   As shown in Table 2, the haze ratio after the Taber test was as low as 2.5% and had a hardness comparable to a molten glass plate. As a result, the glass plate with a silica-based film produced using the forming solution according to the present invention is sufficiently practical as a window glass for automobiles or buildings. In addition, in the window glass for motor vehicles, 4% or less is calculated | required as a haze rate after a Taber test.

(第2実施例)
この第2実施例は、シリカ原料として、第1実施例におけるテトラエトキシシランとともにエチルシリケートを加えたものである。
(Second embodiment)
In the second embodiment, ethyl silicate is added together with the tetraethoxysilane in the first embodiment as a silica raw material.

エチルアルコール(片山化学社製) 30.02gに、テトラエトキシシラン(信越化学社製) 22.57g、エチルシリケート40(コルコート社製) 16.25g、純水 27.16g、濃塩酸(35質量%、関東化学社製) 0.1g、ポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤(日本ルーブリゾール社製:ソルスパース41000) 3.9gを添加、撹拌し、形成溶液を得た。この溶液中のシリコンアルコキド(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。なお、水の含有量も第1実施例と同様に計算している。   30.02 g of ethyl alcohol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.), 22.57 g of tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 16.25 g of ethyl silicate 40 (manufactured by Colcoat Co., Ltd.), 27.16 g of pure water, concentrated hydrochloric acid (35% by mass) , Manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.1 g, polyether phosphate ester surfactant (manufactured by Nippon Lubrizol Corporation: Solsperse 41000) was added and stirred to obtain a forming solution. The silicon alkoxide (silica conversion), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated in the same manner as in the first embodiment.

なお、ここで用いたエチルシリケート40は、平均してn=5の下記分子式で代表され、シリカ分(SiO2)として40質量%相当分を含有する無色透明の液体である。さらには、鎖状構造の縮合体の他に、分岐状または環状構造の縮合体も含んでいる。このエチルシリケート40は、シリカの供給効率,粘度,比重,保存安定性に優れており、使用時の取り扱いのし易いなどの特徴を有している。 In addition, the ethyl silicate 40 used here is a colorless and transparent liquid which is represented by the following molecular formula of n = 5 on average and contains 40 mass% equivalent as a silica content (SiO 2 ). Furthermore, in addition to the condensate having a chain structure, a condensate having a branched or cyclic structure is also included. This ethylsilicate 40 is excellent in silica supply efficiency, viscosity, specific gravity, storage stability, and is easy to handle during use.

(化1)
CH3CH2O-(Si(OCH2CH3)2)n-OCH2CH3
(Chemical formula 1)
CH 3 CH 2 O— (Si (OCH 2 CH 3 ) 2 ) n —OCH 2 CH 3

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(100×100mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、常温で約30分程度乾燥した後、予め200℃に昇温したオーブンに投入し40分加熱し、その後冷却した。得られた膜は、2900nmのクラックのない透明度の高い膜であった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (100 × 100 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, after drying for about 30 minutes at room temperature, it was put into an oven preheated to 200 ° C., heated for 40 minutes, and then cooled. The obtained film was a highly transparent film without cracks of 2900 nm.

さらに、膜硬度の評価は、第1実施例と同様に行った。表2に示すように、テーバー試験後のヘイズ率は2.4%と低く、熔融ガラス板に匹敵する硬度を有していた。   Furthermore, the film hardness was evaluated in the same manner as in the first example. As shown in Table 2, the haze ratio after the Taber test was as low as 2.4% and had a hardness comparable to that of the molten glass plate.

(第3実施例)
この第3実施例は、親水性有機ポリマーとして、第2実施例におけるポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤の代わりに、ポリエチレングリコールを用い、さらにリンの原料としてリン酸を加えたものである。
(Third embodiment)
In the third embodiment, polyethylene glycol is used as the hydrophilic organic polymer in place of the polyether phosphate ester surfactant in the second embodiment, and phosphoric acid is further added as a raw material of phosphorus.

エチルアルコール(片山化学社製) 23.69gに、テトラエトキシシラン(信越化学社製) 45.14g、純水 27.16g、濃塩酸(35質量%、関東化学社製) 0.1g、リン酸(85質量%、関東化学社製) 0.11g、ポリエチレングリコール4000(関東化学社製) 3.81gを添加、撹拌し、形成溶液を得た。この溶液中のテトラエトキシシラン(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。なお、水の含有量も第1実施例と同様に計算している。   23.69 g of ethyl alcohol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.), 45.14 g of tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 27.16 g of pure water, 0.1 g of concentrated hydrochloric acid (35 mass%, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), phosphoric acid (85 mass%, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 0.11 g, polyethylene glycol 4000 (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 3.81 g was added and stirred to obtain a forming solution. The tetraethoxysilane (in terms of silica), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated in the same manner as in the first embodiment.

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(100×100mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、常温で約30分程度乾燥した後、予め200℃に昇温したオーブンに投入し40分加熱し、その後冷却した。得られた膜は、3300nmのクラックのない透明度の高い膜であった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (100 × 100 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, after drying for about 30 minutes at room temperature, it was put into an oven preheated to 200 ° C., heated for 40 minutes, and then cooled. The obtained film was a highly transparent film free from cracks of 3300 nm.

さらに、膜硬度の評価は、第1実施例と同様に行った。表2に示すように、テーバー試験後のヘイズ率は2.6%と低く、熔融ガラス板に匹敵する硬度を有していた。   Furthermore, the film hardness was evaluated in the same manner as in the first example. As shown in Table 2, the haze ratio after the Taber test was as low as 2.6% and had a hardness comparable to that of the molten glass plate.

(第4実施例)
この第4実施例は、有機無機複合膜中に、ITO微粒子を分散させた例である。
ITO微粒子分散液(三菱マテリアル社製:ITOを40質量%含むエチルアルコール溶液) 7.5gに、ポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤(楠本化成社製:ディスパロンDA−375) 0.15g、テトラエトキシシラン(信越化学社製) 20.8g、エチルアルコール(片山化学社製) 55.45g、純水 15.8g、濃塩酸(35質量%、関東化学社製) 0.3gを順に添加して、形成溶液とした。この溶液中のテトラエトキシシラン(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。なお、水の含有量も第1実施例と同様に計算している。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment is an example in which ITO fine particles are dispersed in an organic-inorganic composite film.
ITO fine particle dispersion (Mitsubishi Materials Co., Ltd .: Ethyl alcohol solution containing 40% by mass of ITO) 7.5g, polyether phosphate ester surfactant (Tsubakimoto Kasei Co., Ltd .: Disparon DA-375) 0.15g, Tetra 20.8 g of ethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 55.45 g of ethyl alcohol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.), 15.8 g of pure water, and 0.3 g of concentrated hydrochloric acid (35% by mass, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were added in this order. A forming solution. The tetraethoxysilane (in terms of silica), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated in the same manner as in the first embodiment.

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(100×100mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、常温で約30分程度乾燥した後、予め90℃に昇温したオーブンに投入し30分加熱し、さらに、予め200℃に昇温したオーブンに投入し1時間加熱し、その後冷却した。得られた膜は、1000nmのクラックのない透明度の高い膜であった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (100 × 100 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, it was dried at room temperature for about 30 minutes, and then placed in an oven preliminarily heated to 90 ° C. and heated for 30 minutes. Further, it was placed in an oven preliminarily heated to 200 ° C. and heated for 1 hour, and then cooled. The obtained film was a highly transparent film without cracks of 1000 nm.

さらに、膜硬度の評価は、第1実施例と同様に行った。表2に示すように、テーバー試験後のヘイズ率は2.8%と低く、熔融ガラス板に匹敵する硬度を有していた。   Furthermore, the film hardness was evaluated in the same manner as in the first example. As shown in Table 2, the haze ratio after the Taber test was as low as 2.8% and had a hardness comparable to a molten glass plate.

(第5実施例)
この第5実施例も、有機無機複合膜中に、ITO微粒子を分散させた例である。
ITO微粒子分散液(三菱マテリアル社製:ITOを40質量%含むエチルアルコール溶液) 2.25gに、ポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤(アビシア社製:ソルスパース41000) 0.16g、ポリエチレングリコール400(片山化学社製) 0.36gテトラエトキシシラン(信越化学社製) 6.25g、エチルアルコール(片山化学社製) 17.59g、純水 3.7g、濃硝酸(60質量%、関東化学社製) 0.01gを順に添加して、形成溶液とした。この溶液中のテトラエトキシシラン(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。なお、水の含有量も第1実施例と同様に計算している。
(5th Example)
The fifth embodiment is also an example in which ITO fine particles are dispersed in the organic-inorganic composite film.
ITO fine particle dispersion (Mitsubishi Materials Co., Ltd .: ethyl alcohol solution containing 40% by mass of ITO) 2.25 g, polyether phosphate ester surfactant (Avisia Co .: Solsperse 41000) 0.16 g, polyethylene glycol 400 ( 0.36 g tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 6.25 g, ethyl alcohol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.) 17.59 g, pure water 3.7 g, concentrated nitric acid (60 mass%, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) ) 0.01 g was added in order to form a forming solution. The tetraethoxysilane (in terms of silica), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated in the same manner as in the first embodiment.

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(305×305mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、常温で約30分程度乾燥した後、予め200℃に昇温したオーブンに投入し14分加熱し、その後冷却した。得られた膜は、1000nmのクラックのない透明度の高い膜であった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (305 × 305 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, after drying for about 30 minutes at room temperature, it was put into an oven preheated to 200 ° C. and heated for 14 minutes, and then cooled. The obtained film was a highly transparent film without cracks of 1000 nm.

さらに、膜硬度の評価は、第1実施例と同様に行った。表2に示すように、テーバー試験後のヘイズ率は2.4%と低く、熔融ガラス板に匹敵する硬度を有していた。   Furthermore, the film hardness was evaluated in the same manner as in the first example. As shown in Table 2, the haze ratio after the Taber test was as low as 2.4% and had a hardness comparable to that of the molten glass plate.

第4および第5実施例で得られた膜は、ITO微粒子を含有していることから、太陽光に含まれる赤外線をカットし、通常のガラスを通して太陽光が肌に当たった場合に感じる暑さを低減する機能を有している。   Since the films obtained in the fourth and fifth examples contain ITO fine particles, the infrared rays contained in sunlight are cut, and the heat felt when sunlight hits the skin through normal glass. It has the function to reduce.

ITO微粒子は、200℃を超える温度に曝されると、酸化されることにより、赤外線をカットする機能が失われてしまうことが知られている。本発明の形成溶液を用いると、200℃という低い焼成温度で、実用的に十分な硬度を有するシリカ膜を得ることができるので、ITO微粒子の機能を損なうことがない。この結果、十分な実用性を持ち、しかもITO微粒子を用いた赤外線カット機能を有する膜とすることが可能となった。   It is known that when ITO fine particles are exposed to temperatures exceeding 200 ° C., the function of cutting infrared rays is lost due to oxidation. When the forming solution of the present invention is used, a silica film having practically sufficient hardness can be obtained at a firing temperature as low as 200 ° C., so that the function of the ITO fine particles is not impaired. As a result, a film having sufficient practicality and having an infrared cut function using ITO fine particles can be obtained.

(第1比較例)
この第1比較例は、親水性有機ポリマーとして、第1実施例におけるポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤の代わりに、ポリエチレングリコールを用いたものである。リンの原料は加えていない。
(First comparative example)
In this first comparative example, polyethylene glycol is used as the hydrophilic organic polymer instead of the polyether phosphate ester surfactant in the first embodiment. No phosphorus material is added.

エチルアルコール(片山化学社製) 23.7gに、テトラエトキシシラン(信越化学社製) 45.14g、純水 27.16g、濃塩酸(35質量%、関東化学社製) 0.1g、ポリエチレングリコール400(関東化学社製) 3.9gを添加、撹拌し、形成溶液を得た。この溶液中のテトラエトキシシラン(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。なお、水の含有量も第1実施例と同様に計算している。   Ethyl alcohol (made by Katayama Chemical Co., Ltd.) 23.7 g, tetraethoxysilane (made by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) 45.14 g, pure water 27.16 g, concentrated hydrochloric acid (35 mass%, produced by Kanto Chemical Co., Ltd.) 0.1 g, polyethylene glycol 400 (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 3.9 g was added and stirred to obtain a forming solution. The tetraethoxysilane (in terms of silica), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated in the same manner as in the first embodiment.

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(100×100mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、常温で約30分程度乾燥した後、予め200℃に昇温したオーブンに投入し40分加熱し、その後冷却した。得られた膜は、2800nmのクラックのない透明度の高い膜であった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (100 × 100 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, after drying for about 30 minutes at room temperature, it was put into an oven preheated to 200 ° C., heated for 40 minutes, and then cooled. The obtained film was a highly transparent film without cracks of 2800 nm.

さらに、膜硬度の評価は、第1実施例と同様に行った。その結果、表2に示すように、テーバー試験後、膜が一部剥離し、膜硬度が低いことが示された。   Furthermore, the film hardness was evaluated in the same manner as in the first example. As a result, as shown in Table 2, it was shown that after the Taber test, the film was partially peeled and the film hardness was low.

(第2比較例)
この第1比較例は、第1実施例におけるポリエーテルリン酸エステル系界面活性剤に代えて、リン酸のみを用いたもので、親水性有機ポリマーの原料は加えていない。
(Second comparative example)
This first comparative example uses only phosphoric acid instead of the polyether phosphate ester-based surfactant in the first example, and does not add a raw material for the hydrophilic organic polymer.

エチルアルコール(片山化学社製) 27.49gに、テトラエトキシシラン(信越化学社製) 45.14g、純水 27.16g、濃塩酸(35質量%、関東化学社製) 0.1g、リン酸(85質量%、関東化学社製) 0.11gを添加、撹拌し、形成溶液を得た。この溶液中のテトラエトキシシラン(シリカ換算)、プロトン濃度および水の含有量は、表1に示す通りである。なお、水の含有量も第1実施例と同様に計算している。   27.49 g of ethyl alcohol (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd.), 45.14 g of tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 27.16 g of pure water, 0.1 g of concentrated hydrochloric acid (35% by mass, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.), phosphoric acid (85% by mass, manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) 0.11 g was added and stirred to obtain a forming solution. The tetraethoxysilane (in terms of silica), proton concentration and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated in the same manner as in the first embodiment.

次いで、洗浄したソーダ石灰珪酸塩ガラス基板(100×100mm)上に、湿度30%、室温下でこの形成溶液をフローコート法にて塗布した。そのまま、常温で約30分程度乾燥した後、予め200℃に昇温したオーブンに投入し40分加熱し、その後冷却した。その結果、剥離を伴ったクラックが発生し、膜として成立しなかった。   Subsequently, this forming solution was applied by a flow coating method on a cleaned soda-lime silicate glass substrate (100 × 100 mm) at a humidity of 30% and room temperature. As it was, after drying for about 30 minutes at room temperature, it was put into an oven preheated to 200 ° C., heated for 40 minutes, and then cooled. As a result, a crack accompanied with peeling occurred and was not formed as a film.

なお、上述した第1実施例から第5実施例の形成溶液において、テトラエトキシシランあるいは第2実施例で挙げたエチルシリケートの代わりに、テトラメトキシシラン,重合度の異なるエチルシリケート(例えば、コルコート社製のエチルシリケート48),メチルシリケートを用いてもよい。   In the formation solutions of the first to fifth embodiments described above, instead of tetraethoxysilane or ethyl silicate mentioned in the second embodiment, tetramethoxysilane, ethyl silicate having a different degree of polymerization (for example, Colcoat Co., Ltd.) Ethyl silicate 48) and methyl silicate may be used.

また、有機修飾された金属アルコキシドを、その金属アルコキシドの金属原子のモル数が、有機修飾されていないシリコンアルコキシドのシリコン原子のモル数の10%以下の量となるように、添加することも可能である。   It is also possible to add organically modified metal alkoxides such that the number of moles of metal atoms in the metal alkoxide is 10% or less of the number of moles of silicon atoms in the unmodified organic alkoxide. It is.

強酸として、塩酸の代わりに、硝酸,トリクロロ酢酸,トリフルオロ酢酸を用いてもよい。   As a strong acid, nitric acid, trichloroacetic acid, or trifluoroacetic acid may be used instead of hydrochloric acid.

溶媒であるエチルアルコールの代わりに、メチルアルコール,1-プロピルアルコール,イソプロピルアルコール,t-ブチルアルコールまたはその混合物を用いてもよい。   Instead of ethyl alcohol as a solvent, methyl alcohol, 1-propyl alcohol, isopropyl alcohol, t-butyl alcohol or a mixture thereof may be used.

また必要に応じて、界面活性剤や他の有機溶媒を添加することも可能である。   Moreover, it is also possible to add surfactant and another organic solvent as needed.

さらに、機能性材料として、有機分子,有機高分子,無機イオンや無機微粒子を、総シリコンアルコキシドのシリカ換算質量濃度を超えない範囲で、添加することが可能である。   Furthermore, as a functional material, organic molecules, organic polymers, inorganic ions and inorganic fine particles can be added within a range not exceeding the silica equivalent mass concentration of the total silicon alkoxide.

本発明においては、Si以外の金属酸化物をシリコン酸化物の質量分率を超えない範囲で添加し、複合酸化物としてもよい。その際に、シリコンアルコキシドの反応性に、影響を与えない方法で添加することが望ましい。   In the present invention, a metal oxide other than Si may be added within a range not exceeding the mass fraction of silicon oxide to form a composite oxide. At that time, it is desirable to add by a method which does not affect the reactivity of the silicon alkoxide.

水あるいはアルコールに溶解する金属化合物、特に、単純に電離して溶解するものを必要量添加する方法が好ましく用いられる。例えば、リチウム,ナトリウム,カリウム,セシウム,マグネシウム,カルシウム,コバルト,鉄,ニッケル,銅,アルミニウム,ガリウム,インジウム,スカンジウム,イットリウム,ランタン,セリウム,亜鉛等の金属の、塩化物,酸化物,硝酸塩等を必要量添加することが可能である。   A method of adding a necessary amount of a metal compound that dissolves in water or alcohol, particularly one that is simply ionized and dissolved is preferably used. For example, chloride, oxide, nitrate, etc. of metals such as lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, cobalt, iron, nickel, copper, aluminum, gallium, indium, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, zinc It is possible to add a necessary amount.

ボロンに関しては、ホウ酸,あるいはホウ素のアルコキシドをアセチルアセトン等のβ−ジケトンでキレート化して添加することが可能である。   Regarding boron, it is possible to add boric acid or boron alkoxide after chelating with β-diketone such as acetylacetone.

チタン,ジルコニウムに関しては、オキシ塩化物,オキシ硝酸化物,あるいはアルコキシドをβ−ジケトンでキレート化して添加することが可能である。
また、アルミニウムに関しても、アルコキシドをβ−ジケトンでキレート化して添加することが可能である。
Regarding titanium and zirconium, oxychloride, oxynitrate, or alkoxide can be chelated with β-diketone and added.
Also, aluminum can be added after alkoxide is chelated with β-diketone.

本発明のシリカ系膜の形成溶液に、親水性有機ポリマーを含んでいるので、厚膜としても、クラックのない膜とすることができる。なお、その理由は定かではないが、界面活性成分がシラノール基の間に入り込むことで、硬化収縮時の構造変化に柔軟に追随できるようになり、膜中の応力を緩和するためと考えられる。   Since the hydrophilic organic polymer is included in the silica-based film formation solution of the present invention, a thick film can be formed without cracks. Although the reason for this is not clear, it is considered that the surface active component enters between the silanol groups so that it can flexibly follow the structural change at the time of curing shrinkage and relieve the stress in the film.

また、シリカ系膜中に、ITOやコロイダルシリカ等の微粒子を分散させる場合には、この界面活性剤は分散剤として機能する。特に、ポリエーテル基を有するリン酸系界面活性剤は、微粒子の分散性に優れている。加えて、膜全体の応力を低減しクラックを抑制する効果があるため、好ましく用いられる。   Further, when fine particles such as ITO and colloidal silica are dispersed in the silica-based film, this surfactant functions as a dispersant. In particular, a phosphoric acid surfactant having a polyether group is excellent in fine particle dispersibility. In addition, it is preferably used because it has the effect of reducing the stress of the entire film and suppressing cracks.

これらの界面活性剤の添加量は、総シリコンアルコキシドのシリカ換算質量濃度を超えない範囲であることが好ましい。これらの界面活性剤は加熱硬化後も膜中に残存する。この添加量が多くなると残存量も増加することとなり、過剰に添加すると加熱硬化後の膜強度が低下してしまうので、好ましくない。   The addition amount of these surfactants is preferably in a range not exceeding the silica equivalent mass concentration of the total silicon alkoxide. These surfactants remain in the film even after heat curing. If this addition amount increases, the residual amount also increases, and if it is added excessively, the film strength after heat-curing decreases, which is not preferable.

本発明によるシリカ系膜の形成溶液は、下地膜,保護膜,低反射膜,紫外線遮蔽膜,赤外線遮蔽膜,着色膜などの製造に有用である。   The silica-based film forming solution according to the present invention is useful for the production of a base film, a protective film, a low reflection film, an ultraviolet shielding film, an infrared shielding film, a colored film, and the like.

Claims (12)

シリカ系膜を形成するためのシリカ系膜の形成溶液であって、
シリコンアルコキシド、強酸、水およびアルコールを含み、
前記強酸の少なくとも一部として、または前記強酸とは別の成分として、前記有機物の少なくとも一部となる親水性有機ポリマーをさらに含み、
前記シリコンアルコキシドの濃度が、当該シリコンアルコキシドに含まれるシリコン原子をSiO2に換算したときのSiO2濃度により表示して3質量%を超え、
a)前記形成溶液がリン供給源を含む場合には、前記強酸の濃度が、前記強酸からプロトンが完全に解離したと仮定したときのプロトンの質量モル濃度により表示して、0.0001〜0.2mol/kgの範囲にあり、
b)前記形成溶液がリン供給源を含まない場合には、前記強酸の濃度が、前記強酸からプロトンが完全に解離したと仮定したときのプロトンの質量モル濃度により表示して、0.001〜0.2mol/kgの範囲にあり、かつ前記シリコンアルコキシドの濃度が前記SiO2濃度により表示して13質量%未満であり、
前記水のモル数が、前記シリコンアルコキシドに含まれるシリコン原子の総モル数の4倍以上であることを特徴とするシリカ系膜の形成溶液。
A silica-based film forming solution for forming a silica-based film,
Including silicon alkoxide, strong acid, water and alcohol,
As a component different from the strong acid as at least a part of the strong acid, further comprising a hydrophilic organic polymer that becomes at least a part of the organic matter,
The concentration of the silicon alkoxide exceeds 3 mass% as indicated by SiO 2 concentration when converted to silicon atoms contained in the silicon alkoxide to SiO 2,
a) When the forming solution contains a phosphorus source, the concentration of the strong acid is expressed by the molar concentration of protons assuming that the proton is completely dissociated from the strong acid, and is 0.0001-0 In the range of 2 mol / kg,
b) When the forming solution does not contain a phosphorus source, the concentration of the strong acid is expressed by the molar concentration of protons assuming that the protons are completely dissociated from the strong acid, and 0.001 to In the range of 0.2 mol / kg, and the concentration of the silicon alkoxide, expressed by the SiO 2 concentration, is less than 13% by mass,
A silica-based film forming solution, wherein the number of moles of water is at least four times the total number of moles of silicon atoms contained in the silicon alkoxide.
前記親水性有機ポリマーの濃度が、
c)前記シリコンアルコキシドの濃度が前記SiO2濃度により表示して9質量%以下の場合には、前記SiO2に対して30質量%以下であり、
d)前記シリコンアルコキシドの濃度が前記SiO2濃度により表示して9質量%を超える場合には、前記SiO2濃度をAとして、(5A−15)質量%以下である、
請求項1に記載のシリカ系膜の形成溶液。
The concentration of the hydrophilic organic polymer is
c) When the concentration of the silicon alkoxide is 9% by mass or less expressed by the SiO 2 concentration, it is 30% by mass or less with respect to the SiO 2 ;
If d) the concentration of the silicon alkoxide is more than 9% by mass displayed by the SiO 2 concentration, the SiO 2 concentration as A, is (5A-15)% by mass or less,
The solution for forming a silica-based film according to claim 1.
前記形成溶液は、前記シリコンアルコキシドとして含まれるシリコン原子の総モル数の5〜20倍モル数の水を含有する請求項1または2に記載のシリカ系膜の形成溶液。   3. The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution contains 5 to 20 times as many moles of water as the total number of moles of silicon atoms contained as the silicon alkoxide. 前記テトラアルコキシシランおよびその重合体の総量が、シリカ換算で3〜30質量%である請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The total amount of the said tetraalkoxysilane and its polymer is 3-30 mass% in conversion of a silica, The formation solution of the silica type film | membrane of any one of Claims 1-3. 前記形成溶液には、界面活性機能を持った成分が含まれている請求項1〜4のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The silica-based film-forming solution according to claim 1, wherein the forming solution contains a component having a surface active function. 前記界面活性機能を持った成分は、界面活性剤である、または、界面活性機能を持った前記親水性有機ポリマーである請求項5に記載のシリカ系膜の形成溶液。   6. The solution for forming a silica-based film according to claim 5, wherein the component having a surface active function is a surfactant or the hydrophilic organic polymer having a surface active function. 前記面活性機能を持った親水性有機ポリマーは、ポリエーテル基を有するまたは末端が親水性のポリエーテルである請求項6に記載のシリカ系膜の形成溶液。 The solution for forming a silica-based film according to claim 6, wherein the hydrophilic organic polymer having a surface active function is a polyether having a polyether group or having a hydrophilic end. 前記形成溶液は、さらにリン酸を含む請求項1〜7のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution further contains phosphoric acid. 前記形成溶液は、さらにポリエーテルリン酸エステルを含む請求項1〜8のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution further contains a polyether phosphate ester. 前記形成溶液は、さらに機能性を有する微粒子、分子またはイオンのうち、少なくともいずれか一つを含む請求項1〜9のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution further includes at least one of functional fine particles, molecules, or ions. 前記機能性の微粒子が、導電性酸化物微粒子または/および有機物微粒子である請求項10に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The solution for forming a silica-based film according to claim 10, wherein the functional fine particles are conductive oxide fine particles and / or organic fine particles. 前記機能性の分子が、有機色素である請求項10に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The solution for forming a silica-based film according to claim 10, wherein the functional molecule is an organic dye.
JP2005103424A 2004-03-31 2005-03-31 Solution for forming silica-based film Withdrawn JP2006111850A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005103424A JP2006111850A (en) 2004-03-31 2005-03-31 Solution for forming silica-based film

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004104503 2004-03-31
JP2004271624 2004-09-17
JP2005103424A JP2006111850A (en) 2004-03-31 2005-03-31 Solution for forming silica-based film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006111850A true JP2006111850A (en) 2006-04-27

Family

ID=36380633

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005103424A Withdrawn JP2006111850A (en) 2004-03-31 2005-03-31 Solution for forming silica-based film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006111850A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008175902A (en) * 2007-01-16 2008-07-31 Dainippon Printing Co Ltd Optical laminate
JP2013540868A (en) * 2010-10-15 2013-11-07 ダウ コーニング コーポレーション Silicon-containing material with controllable microstructure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008175902A (en) * 2007-01-16 2008-07-31 Dainippon Printing Co Ltd Optical laminate
JP2013540868A (en) * 2010-10-15 2013-11-07 ダウ コーニング コーポレーション Silicon-containing material with controllable microstructure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4451440B2 (en) Article formed with organic-inorganic composite film and method for producing the same
JP4989219B2 (en) Infrared cut glass and manufacturing method thereof
Sakka Preparation and properties of sol-gel coating films: Code: E1
JP4803857B2 (en) Boron- and / or aluminum-containing mixtures, hybrid materials and coatings
KR20000070956A (en) Method for providing a metal surface with a vitreous layer
JPH09175810A (en) Curing of hydrogensilsesquioxane resin by electron beam
WO2001009266A1 (en) Article coated with water-repellent film, liquid composition for coating with water-repellent film, and process for producing article coated with water-repellent film
JPWO2007040257A1 (en) Article formed with organic-inorganic composite film and method for producing the same
CN104356937A (en) Production method of ceramic coating for interior of subway car compartment
JP2006111850A (en) Solution for forming silica-based film
JP2006111851A (en) Solution for forming silica-based film
JP2007125537A (en) Method for manufacturing article having organic-inorganic composite film
US20070289493A1 (en) Transparent article with infrared shielding film
JP2002161262A (en) Surface-treating agent, method for producing thin film, substrate having thin film and solar battery panel
JP2005081292A (en) Production method of substrate bearing coating having fine recessed part and liquid composition to be used therefor
WO2002074447A2 (en) Coated article, coating liquid composition, and method for producing coated article
JP2002348542A (en) Coated article, coating liquid composition, and method for producing the coated article
JP2007099571A (en) Transparent article formed with infrared ray cutting film and its producing method
WO2018198936A1 (en) Low-reflection-film-coated transparent substrate, photoelectric conversion device, coating liquid for forming low-reflection film for low-reflection-film-coated transparent substrate, and production method for low-reflection-film-coated transparent substrate
JP2012180544A (en) Glass coating agent
JPS62106968A (en) Composition for coating
JPH03290483A (en) Composition for coating
JPWO2007040256A1 (en) Resin article and manufacturing method thereof
US8039111B2 (en) Article with organic-inorganic composite film
CN105358639B (en) process for producing an aqueous composition comprising condensates based on silicon compounds for use in the production of antireflective coatings

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20071218

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

RD05 Notification of revocation of power of attorney

Effective date: 20080411

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090731