JP2006111851A - Solution for forming silica-based film - Google Patents

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和孝 神谷
Teruyuki Sasaki
輝幸 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solution for forming 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 containing a silicon alkoxide, a strong acid, water and an alcohol is characterized in that the concentration of the silicon alkoxide is >3 and <9 mass% expressed by the SiO<SB>2</SB>concentration on converting the silicon atoms contained in the silicon alkoxide to those of the SiO<SB>2</SB>, the number of moles of the water is ≥4 and ≤10 folds of the total number of moles of the silicon atoms contained in the silicon alkoxide, and the concentration of the strong acid is 0.001-0.2 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、テロラメトキシシラン、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、テロラメトキシシラン、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. When teramethoxysilane or water having a mole number twice that of tetraethoxysilane is added, 100 is added. It is a value converted as a percentage. A hydrolysis rate of 300% to 1500% indicates that water is added in an amount of 6 to 30 times the number of moles of teramethoxysilane or tetraethoxysilane.

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、熔融ガラス並みの硬度を有するシリカ系膜を形成することができる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 a silica-based film forming solution capable of forming a silica-based film having hardness similar to that of molten glass by a sol-gel method is provided. provide.

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.

本発明のコーティング液は、水とアルコールの混合溶媒を有し、必要に応じて他の溶媒を添加することが可能であるが、そのような混合溶媒の場合にも、強酸を用い、かつ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を0.001〜0.2mol/kgとなるようにすることで、pH2前後の液とすることができる。   The coating liquid of the present invention has a mixed solvent of water and alcohol, and other solvents can be added as necessary. In the case of such a mixed solvent, a strong acid is used and a strong acid is used. By setting the mass molar concentration of protons to be 0.001 to 0.2 mol / kg when it is assumed that protons are completely dissociated, the liquid can have a pH of around 2.

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 of 4 or more in the acid used. 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、5〜10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 10 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.

本発明において、化学量論的に加水分解に必要な水のモル数以上の過剰の水を添加する理由は、乾燥あるいは加熱時の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ことにある。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。その結果、400℃程度までの温度で熱処理するだけでは、硬度の高い膜を得ることができないのである。   In the present invention, the reason for adding an excess amount of water of stoichiometrically more than the number of moles of water required for hydrolysis is to accelerate the hydrolysis reaction during drying or heating, and consequently to cure due to polymerization. There is enough to do. 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 is not sufficiently performed, so that the hydrolysis reaction cannot proceed sufficiently. As a result, a film having high hardness cannot be obtained only by heat treatment at a temperature up to about 400 ° C.

そこで、予め重合したシリコンアルコキシド原料を使用する場合でも、Siの1モルに対して、過剰の水、すなわち4倍を超えるモル数の水を添加するのである。好ましくは、5〜10倍のモル数の水を添加する。   Therefore, even when using a silicon alkoxide raw material polymerized in advance, an excess amount of water, that is, a mole number exceeding 4 times, is added to 1 mol of Si. Preferably, 5 to 10 times the number of moles of water is added.

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、このシリカ系膜の形成溶液は、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。   Further, this silica-based film forming 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.

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、
シリコンアルコキシド、強酸、水およびアルコールを含み、
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9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10倍以下であり、
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,
Including silicon alkoxide, strong acid, water and alcohol,
The concentration of the silicon alkoxide is a displayed by SiO 2 concentration of less than 9% by weight greater than 3 mass% when converted to silicon atoms contained in the silicon alkoxide to SiO 2,
The number of moles of water is 4 to 10 times the total number of moles of silicon atoms contained in the silicon alkoxide,
Silica system characterized in that the concentration of the strong acid is in the range of 0.001 to 0.2 mol / kg, expressed by the molar concentration of protons on the assumption that protons are completely dissociated from the strong acid A film forming solution.

請求項2に記載の発明として、
前記シリコンアルコキシドとして、テトラアルコキシシランおよびその重合体の少なくとも一方を含む請求項1に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 2,
The solution for forming a silica-based film according to claim 1, wherein the silicon alkoxide contains at least one of tetraalkoxysilane and a polymer thereof.

請求項3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 2, wherein the total amount of the tetraalkoxysilane and the polymer thereof is 3 to 30% by mass in terms of silica.

請求項4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1〜3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,
The said formation solution is a formation solution of the silica type film according to any one of claims 1 to 3 which further contains phosphoric acid.

請求項5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1〜4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,
5. 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.

請求項6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 functional fine particles are conductive oxide fine particles and / or organic fine particles.

請求項7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5に記載のシリカ系膜の形成溶液である。
As invention of Claim 7,
The solution for forming a silica-based film according to claim 5, wherein the functional molecule is an organic dye.

本明細書において、シリカ系膜とは、シリカが含有率の最も高い成分である膜をいう。
本発明によれば、ゾルゲル法により形成した、厚みが300nmを超える厚膜であるにもかかわらず、機械的強度に優れたシリカ系膜を形成できる。
In this specification, the silica-based film refers to a film in which silica is a component having the highest content rate.
According to the present invention, it is possible to form a silica-based film excellent in mechanical strength despite being a thick film having a thickness exceeding 300 nm formed by a sol-gel method.

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.

以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)
エチルアルコール(片山化学製) 89.8gに、テトラエトキシシラン(信越化学製) 10.6g、純水 7.0g、濃塩酸(35質量%、関東化学製) 0.05gを添加、撹拌し、形成溶液を得た。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
To 109.8 g of ethyl alcohol (manufactured by Katayama Chemical), 10.6 g of tetraethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Chemical), 7.0 g of pure water, and 0.05 g of concentrated hydrochloric acid (35% by mass, manufactured by Kanto Chemical) were added and stirred. A forming solution was obtained.

この溶液中のシリコンアルコキシド(テトラエトキシシラン)の含有量(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(0.35質量%)を加えて計算している。プロトン濃度は、塩酸に含まれるプロトンがすべて解離したとして算出した。水の含有量およびプロトン濃度の計算方法は、以下のすべての実施例、比較例において同一である。   The silicon alkoxide (tetraethoxysilane) content (silica conversion), proton concentration, and water content in this solution are as shown in Table 1. The water content is calculated by adding water (0.35% by mass) contained in ethyl alcohol. The proton concentration was calculated on the assumption that all protons contained in hydrochloric acid were dissociated. The calculation method of water content and proton concentration is the same in all of the following Examples and Comparative Examples.

(表1)
────────────────────────────────────────
シリコン プロトン 水 クラック テーバー
アルコキシド 濃度 (対Si量; 膜厚 の有無 試験後の
(質量%)* (mol/kg) モル比) (nm) 膜剥がれ
────────────────────────────────────────
実施例1 3.1 0.004 8 400 なし なし
比較例1 5.0 0.0001 7 −−− −− −−
実施例2 5.0 0.001 7 480 なし なし
実施例3 5.0 0.01 7 510 なし なし
実施例4 5.0 0.02 7 480 なし なし
実施例5 5.0 0.03 7 450 なし なし
実施例6 5.0 0.05 7 480 なし なし
実施例7 5.0 0.1 7 460 あり なし
比較例2 5.0 0.3 7 −−− あり あり
比較例3 5.0 0.01 2 −−− あり あり
実施例8 5.0 0.01 4 430 なし なし
実施例9 5.0 0.01 10 490 あり なし
比較例4 5.0 0.01 15 460 あり あり
実施例10 6.0 0.01 7 520 あり なし
実施例11 7.0 0.01 7 630 あり なし
実施例12 8.0 0.01 7 740 あり なし
比較例5 9.0 0.01 7 −−− あり あり
────────────────────────────────────────
(Table 1)
────────────────────────────────────────
Silicon proton water crack taber
Alkoxide concentration (vs. Si content; film thickness)
(Mass%) * (mol / kg) molar ratio) (nm) Film peeling ----------------------- ────────
Example 1 3.1 0.004 8 400 None None Comparative Example 1 5.0 0.0001 7 --------
Example 2 5.0 0.001 7 480 None None Example 3 5.0 0.01 7 510 None None Example 4 5.0 0.02 7 480 None None Example 5 5.0 0.03 7 450 None None Example 6 5.0 0.05 7 480 None None Example 7 5.0 0.1 7 460 Yes No Comparative Example 2 5.0 0.3 7 --- Yes Yes Comparative Example 3 5.00 .01 2 --- Yes Yes Example 8 5.0 0.01 4 430 No Yes Example 9 5.0 0.01 10 490 Yes No Comparative Example 4 5.0 0.01 15 460 Yes Yes Example 10 6.0 0.01 7 520 Yes No Example 11 7.0 0.01 7 630 Yes No Example 12 8.0 0.01 7 740 Yes No Comparative Example 5 9.0 0.01 7-Yes Yes Yes────────────── ──────────────────────────

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、400nm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 film having a high transparency and no cracks having a thickness of 400 nm.

膜の硬さの評価は、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(TABER INDUSTRIES社製 5150 ABRASER)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、およびテーバー試験後の膜剥離の有無を表1に示す。   The hardness of the film was evaluated by an abrasion test in accordance with JIS R 3212. That is, using a commercially available Taber abrasion tester (5150 ABRASER manufactured by TABER INDUSTRIES), abrasion was performed 1000 times with a load of 500 g, and the haze ratio before and after the abrasion test was measured. Table 1 shows the film thickness, the presence or absence of cracks, and the presence or absence of film peeling after the Taber test.

テーバー摩耗試験前のヘイズ率は0.1%、同試験後のヘイズ率は3.3%であった。
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を測定したところ、試験前が0.0%。試験後が1.5%であった。なお、ヘイズ率は、スガ試験機社製HGM−2DPを用いて測定した。
The haze ratio before the Taber abrasion test was 0.1%, and the haze ratio after the test was 3.3%.
In addition, when the haze rate before and behind the Taber test in a molten glass plate was measured as a blank, it was 0.0% before the test. It was 1.5% after the test. In addition, the haze rate was measured using HGM-2DP by Suga Test Instruments Co., Ltd.

実施例1で作製したシリカ膜付きガラス板は、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。自動車用の窓ガラスでは、テーバー試験後のヘイズ率は4%以下が求められている。   The glass plate with a silica film produced in Example 1 is sufficiently practical as a window glass for automobiles or buildings. In the window glass for automobiles, the haze ratio after the Taber test is required to be 4% or less.

(実施例2〜7)(比較例1〜2)
原料の配合比を変更した以外は、実施例1と同様にして、膜を形成した。原料の配合比を、膜厚、テーバー摩耗試験の結果と併せて表1に示す。
(Examples 2-7) (Comparative Examples 1-2)
A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the raw materials was changed. The blending ratio of the raw materials is shown in Table 1 together with the film thickness and the results of the Taber abrasion test.

実施例2〜7および比較例1〜2では、プロトン濃度のみを変更した。プロトン濃度を低くした比較例1では、形成溶液がガラス板に弾かれて塗布できなかった。これは、シリコンアルコキシドの加水分解が極度に不十分であったためであると考えられる。プロトン濃度を高くした実施例7では、膜の一部にクラックが発生したが、クラックが発生しなかった領域について実施したテーバー摩耗試験の結果、膜は剥がれなかった。さらにプロトン濃度を高くした比較例2では、実施例7よりも広い領域で膜にクラックが発生したため、膜厚を測定できず、クラックが発生しなかった領域について実施したテーバー摩耗試験の結果、膜が剥がれた。   In Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, only the proton concentration was changed. In Comparative Example 1 in which the proton concentration was lowered, the forming solution was bounced off the glass plate and could not be applied. This is presumably because the hydrolysis of the silicon alkoxide was extremely insufficient. In Example 7 in which the proton concentration was increased, cracks occurred in a part of the film, but as a result of the Taber abrasion test performed on the area where no cracks occurred, the film did not peel off. In Comparative Example 2 in which the proton concentration was further increased, cracks were generated in the film in a wider region than in Example 7. As a result of the Taber abrasion test conducted on the region where no film thickness could be measured and cracks did not occur, Peeled off.

(実施例8〜9)(比較例3〜4)
原料の配合比を変更した以外は、実施例1と同様にして、膜を形成した。原料の配合比を、膜厚、テーバー摩耗試験の結果と併せて表1に示す。
(Examples 8 to 9) (Comparative Examples 3 to 4)
A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the raw materials was changed. The blending ratio of the raw materials is shown in Table 1 together with the film thickness and the results of the Taber abrasion test.

実施例8〜9および比較例3〜4では、水の添加量のみを変更した。比較例3では、剥離を伴う微細なクラックが発生し、テーバー磨耗試験により膜が剥離した。実施例9および比較例4では、膜の一部にクラックが発生したが、クラックが発生しなかった領域について実施したテーバー摩耗試験の結果、実施例9では膜が剥がれず、比較例4では膜が剥がれた。   In Examples 8 to 9 and Comparative Examples 3 to 4, only the amount of water added was changed. In Comparative Example 3, fine cracks accompanied with peeling occurred, and the film peeled by the Taber abrasion test. In Example 9 and Comparative Example 4, cracks occurred in a part of the film, but as a result of the Taber abrasion test performed on the area where no cracks occurred, the film was not peeled off in Example 9, and the film was not removed in Comparative Example 4. Peeled off.

(実施例10〜12)(比較例5)
原料の配合比を変更した以外は、実施例1と同様にして、膜を形成した。原料の配合比を、膜厚、テーバー摩耗試験の結果と併せて表1に示す。
(Examples 10 to 12) (Comparative Example 5)
A film was formed in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the raw materials was changed. The blending ratio of the raw materials is shown in Table 1 together with the film thickness and the results of the Taber abrasion test.

実施例10〜12および比較例5では、シリコンアルコキシドの添加量のみを変更した。すべての場合において膜の一部にクラックが発生したが、クラックが発生しなかった領域について実施したテーバー摩耗試験の結果、実施例10〜12では膜が剥がれず、比較例5では膜が剥がれた。なお、比較例5では、膜厚を測定できない程度にクラックが多数発生した。   In Examples 10 to 12 and Comparative Example 5, only the amount of silicon alkoxide added was changed. In all cases, cracks occurred in a part of the film, but as a result of the Taber abrasion test conducted on the area where no crack occurred, the film was not peeled off in Examples 10 to 12, and the film was peeled off in Comparative Example 5. . In Comparative Example 5, many cracks occurred to such an extent that the film thickness could not be measured.

以上に記載した実施例、比較例は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明がこれらの例に制限されるわけではない。   The examples and comparative examples described above are merely examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited to these examples.

例えば、シリコンアルコキシドとしては、テトラメトキシシラン、メチルシリケートなどを用いてもよい。   For example, as the silicon alkoxide, tetramethoxysilane, methyl silicate, or the like may be used.

また、シリコンアルコキシドとして、有機修飾されたアルコキシドを用いてもよい。ただし、この場合は、有機修飾されているシリコンアルコキシドが、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することが好ましい。   Further, as the silicon alkoxide, an organically modified alkoxide may be used. However, in this case, it is preferable that the organically modified silicon alkoxide is in an amount of 10% or less of the number of moles of silicon atoms of the silicon alkoxide not organically modified.

酸としては、硫酸、p−スルホン酸、メタンスルホン酸などを用いてもよい。
アルコールとしては、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-ブチルアルコールなどを用いてもよい。
As the acid, sulfuric acid, p-sulfonic acid, methanesulfonic acid and the like may be used.
As the alcohol, methyl alcohol, 1-propyl alcohol, isopropyl alcohol, t-butyl alcohol, or the like may be used.

さらに、本発明によるシリカ系膜には、シリカ以外の金属酸化物を添加してもよい。
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,亜鉛などの金属の塩化物,酸化物,硝酸塩などをコーティング液に添加してもよい。
Furthermore, a metal oxide other than silica may be added to the silica-based film according to the present invention.
For example, lithium, sodium, potassium, cesium, magnesium, calcium, cobalt, iron, nickel, copper, aluminum, gallium, indium, scandium, yttrium, lanthanum, cerium, zinc, and other metal chlorides, oxides, nitrates, etc. You may add to a coating liquid.

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などの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。   With respect to boron, boric acid or boron alkoxide can be chelated with a β-diketone such as acetylacetone and added.

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。   Regarding titanium and zirconium, oxychloride, oxynitrate, or alkoxide can be chelated with β-diketone and added.

アルミニウムに関しては、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。   As for aluminum, it is possible to add alkoxide by chelating with β-diketone.

本発明によるシリカ系膜が形成された物品は、下地膜,保護膜,低反射膜,紫外線遮蔽膜,赤外線遮蔽膜,着色膜などとして有用である。   The article formed with the silica-based film according to the present invention is useful as 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 (7)

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9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10倍以下であり、
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の範囲にあることを特徴とするシリカ系膜の形成溶液。
Including silicon alkoxide, strong acid, water and alcohol,
The concentration of the silicon alkoxide is a displayed by SiO 2 concentration of less than 9% by weight greater than 3 mass% when converted to silicon atoms contained in the silicon alkoxide to SiO 2,
The number of moles of water is 4 to 10 times the total number of moles of silicon atoms contained in the silicon alkoxide,
Silica system characterized in that the concentration of the strong acid is in the range of 0.001 to 0.2 mol / kg, expressed by the molar concentration of protons on the assumption that protons are completely dissociated from the strong acid Film forming solution.
前記シリコンアルコキシドとして、テトラアルコキシシランおよびその重合体の少なくとも一方を含む請求項1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 1, wherein the silicon alkoxide includes at least one of tetraalkoxysilane and a polymer thereof. 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2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 2, wherein the total amount of the tetraalkoxysilane and the polymer thereof is 3 to 30% by mass in terms of silica. 前記形成溶液は、さらにリン酸を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The 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1〜4のいずれか1項に記載のシリカ系膜の形成溶液。   5. The silica-based film forming solution according to claim 1, wherein the forming solution further contains 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5に記載のシリカ系膜の形成溶液。   The silica-based film forming solution according to claim 5, 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5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 5, wherein the functional molecule is an organic dye.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008139920A1 (en) 2007-05-08 2008-11-20 Central Glass Company, Limited Coating fluid applicable by hand for sol-gel film formation
JP2009088503A (en) * 2007-09-14 2009-04-23 Mitsubishi Chemicals Corp Laminated cover substrate for solar cell, solar cell and method for manufacturing the laminated cover substrate for solar cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008139920A1 (en) 2007-05-08 2008-11-20 Central Glass Company, Limited Coating fluid applicable by hand for sol-gel film formation
US8299169B2 (en) 2007-05-08 2012-10-30 Central Glass Company, Limited Coating fluid applicable by hand for sol-gel film formation
JP2009088503A (en) * 2007-09-14 2009-04-23 Mitsubishi Chemicals Corp Laminated cover substrate for solar cell, solar cell and method for manufacturing the laminated cover substrate for solar cell
JP2013070093A (en) * 2007-09-14 2013-04-18 Mitsubishi Chemicals Corp Laminate cover substrate for solar cell, solar cell, and method for manufacturing laminate cover substrate for solar cell

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