JP2014091672A - Hafnia and/or zirconia sol, method for manufacturing the same, and cured film - Google Patents

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Riichi Nishide
利一 西出
Naofumi Nagai
直文 永井
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Kawaken Fine Chemicals Co Ltd
Nihon University
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Nihon University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a HfOsol and/or ZrOsol capable of forming, despite being amorphous, a HfOand/or ZrOfilm having a high hardness at a low energy; a method for manufacturing the same; and a hard film which is a HfOand/or ZrOfilm having a high hardness despite being amorphous.SOLUTION: The provided HfOsol and/or ZrOsol comprises an organic acid, amorphous HfOand/or ZrOand is obtained by converting, in the absence of a particle growth regulator, a Hf compound and/or Zr compound into hafnium hydroxide and/or zirconium hydroxide by using aqueous NHand by hydrothermally treating the obtained aqueous liquid including hafnium hydroxide and/or zirconium hydroxide in a yet-to-be-aged state in the presence of an excess of an organic acid with respect to 1 mole of HfOand/or ZrO; a method for manufacturing the same and a cured film of the same are also provided.

Description

この発明は、ハフニア及び/又はジルコニアゾル、その製造方法及び硬化膜に関し、更に詳しくはアモルファスでありながら高硬度の硬化膜を低エネルギーで形成することのできるハフニア及び/又はジルコニアゾル、その製造方法、及び高硬度の硬化膜に関する。   The present invention relates to a hafnia and / or zirconia sol, a method for producing the same, and a cured film, and more particularly, a hafnia and / or zirconia sol that can form a hardened cured film with low energy while being amorphous. And a high hardness cured film.

従来、特許文献1により「ジルコニア微粒子が分散したゾルの製造方法」が提案されている。   Conventionally, Patent Literature 1 proposes a “method for producing a sol in which zirconia fine particles are dispersed”.

この特許文献1に記載されたゾルの製造方法は、
次の工程(a)〜(e)からなることを特徴とする、平均粒子径が5〜100nmの範囲にあるジルコニア微粒子が分散したゾルの製造方法である。
The method for producing a sol described in Patent Document 1 is as follows.
A method for producing a sol in which zirconia fine particles having an average particle diameter in the range of 5 to 100 nm are dispersed, comprising the following steps (a) to (e).

(a)粒子成長調整剤の存在下、ジルコニウム化合物水溶液にアルカリ水溶液を加えてジルコニウム水酸化物ゲルの分散液を調製する工程、
(b)前記ジルコニウム水酸化物ゲルを洗浄する工程、
(c)前記洗浄したジルコニウム水酸化物ゲルの分散液を熟成する工程、
(d)前記熟成したジルコニウム水酸化物ゲルを洗浄する工程、および、
(e)粒子成長調整剤の存在下、前記洗浄したジルコニウム水酸化物ゲルの分散液を水熱処理する工程
前記請求項1における(a)工程における「粒子成長調整剤」としてカルボン酸、カルボン酸塩、ヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸塩の用いられることが、開示されている(段落番号0011)。
(a) a step of preparing a zirconium hydroxide gel dispersion by adding an alkaline aqueous solution to a zirconium compound aqueous solution in the presence of a particle growth regulator;
(b) a step of washing the zirconium hydroxide gel,
(c) aging the washed zirconium hydroxide gel dispersion;
(d) washing the aged zirconium hydroxide gel, and
(e) Hydrothermal treatment of the washed dispersion of zirconium hydroxide gel in the presence of a particle growth regulator. Carboxylic acid or carboxylate as the “particle growth regulator” in step (a) of claim 1 It is disclosed that hydroxycarboxylic acid and hydroxycarboxylate are used (paragraph 0011).

請求項1における(c)工程における熟成は、100〜250℃に加熱して行われる(段落番号0016、0017参照)。   The aging in the step (c) in claim 1 is performed by heating to 100 to 250 ° C. (see paragraphs 0016 and 0017).

請求項1における(e)工程における粒子成長調整剤は前記(a)工程における粒子成長調整剤と同じであり、ジルコニウム水酸化物をジルコニアに換算した場合に、ジルコニア1モルに対して粒子成長調整剤が0.05〜0.8モルの範囲内で使用されることが好ましいとされ、粒子成長調整剤の添加量が0.8モルを越えると粒子成長あるいは結晶化が大きく抑制されるために所望の粒子径に成長させるのに長時間を要したり、結晶化が不十分なためか所望の粒子径のジルコニアゾルを得ることが困難になることがある、とされている(段落番号0019参照)。   The particle growth regulator in the step (e) in claim 1 is the same as the grain growth regulator in the step (a). When the zirconium hydroxide is converted into zirconia, the grain growth regulator is used with respect to 1 mol of zirconia. It is said that the agent is preferably used in the range of 0.05 to 0.8 mol, and if the amount of the particle growth regulator added exceeds 0.8 mol, particle growth or crystallization is greatly suppressed. It may be difficult to obtain a zirconia sol having a desired particle size because it may take a long time to grow to a desired particle size or because of insufficient crystallization (paragraph 0019). reference).

特許文献1に開示されるジルコニアゾルは、結晶となっているジルコニアを含む(段落番号0028参照)。   The zirconia sol disclosed in Patent Document 1 includes zirconia in the form of crystals (see paragraph 0028).

この特許文献1には、この特許文献1に開示されるジルコニアゾルから形成されるジルコニアゲルの硬化膜の硬度についての記載がない。
ハフニアゾル又はジルコニアゾルに関する背景技術を示す文献として以下の文献が知られている。
特許文献2には、a)水酸化ジルコニウムゾルを用意する工程、b)無機酸を添加する工程、c)このゾルを水熱処理する工程、d)ジルコニア粒子のコロイド溶液を回収する工程、により非凝集ジルコニア粒子のコロイド溶液を調製する方法が開示されている。この特許文献2に記載の調製方法は、水熱処理工程で無機酸を必須とし(特許文献2の段落番号0024参照)、最終的に生成するゾルは正方晶系及び単斜晶系ジルコニアである(特許文献2の段落番号0027参照)。
特許文献3には、金属塩及び希土類元素を有する塩と第四級アンモニウム塩との中和反応を用いてアニオン性塩基性無機錯体を含む水溶液を製造する第1工程と、前記水溶液を水熱処理することで前記希土類元素がドープされた金属酸化物を生成する第2工程とを有する塩基性金属酸化物分散透明ゾル水溶液の製造方法が、開示されている。特許文献3に記載の製造方法で得られるゾルには希土類元素が必ず包含されている。
特許文献4には、下記の工程(a)〜(d)からなり、平均粒径が5〜30nmの範囲にあるジルコニア微粒子が分散したジルコニアゾルの製造方法が、開示されている。
(a)ジルコニウム化合物水溶液にアルカリ成分を加えてジルコニウム水酸化物ゲルの分散液を調製する工程、
(b)前記ジルコニウム水酸化物ゲルを洗浄する工程、
(c)前記洗浄したジルコニウム水酸化物ゲル分散液にアルカリ金属水酸化物水溶液および過酸化水素水溶液を添加してジルコニウム水酸化物ゲルを溶解する工程、
(d)ついで、40〜300°Cで水熱処理する工程。
特許文献4に開示されるジルコニアゾルの製造方法では、ジルコニウム水酸化物ゲル分散液に、アルカリ金属水酸化物水溶液および過酸化水素水溶液を添加して得られるゾルを水熱処理する。
特許文献5には、第4級アンモニウムの炭酸塩を含む水性媒体中でジルコニウム塩(B2)を60〜110°Cで加熱する工程(i)及び工程(i)に続いて110〜250°Cで水熱処理を行う工程(ii)を含む方法で得られたアルカリ性ジルコニアゾル(A)と、塩基性炭酸ジルコニウム塩(B1)とを混合する工程(I)を含むアルカリ性ジルコニアゾルの製造方法が、開示されている。
特許文献6には、下記の(A)工程及び(B)工程からなるジルコニアゾルの製造方法が、開示されている。
(A):ジカルボン酸化合物とジルコニウム化合物とを、水性媒体中でジルコニウム化合物のジルコニウム原子1モルに対してジカルボン酸化合物が1モルを超え10モル以下の割合で混合する工程、
(B):(A)工程で得られた混合物に含まれるジカルボン酸化合物1モルに対して水溶性有機塩基を0.7〜2.5モルの割合で該混合物に添加し、次いで水熱処理する工程。
また、特許文献7には、プラスチック表面上に形成されてなる硬質膜であって、ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル並びに(メタ)アクリル酸類、(メタ)アクリレート類、及びビニルエーテル類よりなる群から選択される少なくとも一種を含有するゾル組成物を硬化させて成る硬化体層を有することを特徴とする硬質膜及びその製造方法が開示されている。
This Patent Document 1 does not describe the hardness of a cured film of zirconia gel formed from the zirconia sol disclosed in Patent Document 1.
The following documents are known as documents showing background technology related to hafnia sol or zirconia sol.
Patent Document 2 includes a) a step of preparing a zirconium hydroxide sol, b) a step of adding an inorganic acid, c) a step of hydrothermally treating the sol, and d) a step of recovering a colloidal solution of zirconia particles. A method for preparing a colloidal solution of agglomerated zirconia particles is disclosed. In the preparation method described in Patent Document 2, an inorganic acid is essential in the hydrothermal treatment step (see Paragraph No. 0024 of Patent Document 2), and finally formed sols are tetragonal and monoclinic zirconia ( (See paragraph number 0027 of Patent Document 2).
Patent Document 3 discloses a first step of producing an aqueous solution containing an anionic basic inorganic complex using a neutralization reaction between a metal salt and a salt containing a rare earth element and a quaternary ammonium salt, and hydrothermal treatment of the aqueous solution. Thus, there is disclosed a method for producing a basic metal oxide-dispersed transparent sol aqueous solution having a second step of producing a metal oxide doped with the rare earth element. The sol obtained by the production method described in Patent Document 3 always contains rare earth elements.
Patent Document 4 discloses a method for producing a zirconia sol comprising the following steps (a) to (d), in which zirconia fine particles having an average particle diameter in the range of 5 to 30 nm are dispersed.
(a) a step of adding an alkali component to an aqueous zirconium compound solution to prepare a dispersion of zirconium hydroxide gel,
(b) a step of washing the zirconium hydroxide gel,
(c) adding an alkali metal hydroxide aqueous solution and an aqueous hydrogen peroxide solution to the washed zirconium hydroxide gel dispersion to dissolve the zirconium hydroxide gel;
(d) Next, a hydrothermal treatment at 40 to 300 ° C.
In the method for producing a zirconia sol disclosed in Patent Document 4, a sol obtained by adding an alkali metal hydroxide aqueous solution and a hydrogen peroxide aqueous solution to a zirconium hydroxide gel dispersion is hydrothermally treated.
Patent Document 5 discloses that a zirconium salt (B2) is heated at 60 to 110 ° C. in an aqueous medium containing a quaternary ammonium carbonate at 110 to 250 ° C. following steps (i) and (i). A method for producing an alkaline zirconia sol comprising the step (I) of mixing the alkaline zirconia sol (A) obtained by the method comprising the step (ii) of hydrothermal treatment with the basic zirconium carbonate salt (B1), It is disclosed.
Patent Document 6 discloses a method for producing a zirconia sol comprising the following steps (A) and (B).
(A): a step of mixing the dicarboxylic acid compound and the zirconium compound in a ratio of more than 1 mole and 10 moles or less of the dicarboxylic acid compound with respect to 1 mole of the zirconium atom of the zirconium compound in an aqueous medium.
(B): A step of adding a water-soluble organic base to the mixture at a ratio of 0.7 to 2.5 mol with respect to 1 mol of the dicarboxylic acid compound contained in the mixture obtained in the step (A), followed by hydrothermal treatment.
Patent Document 7 discloses a hard film formed on a plastic surface, which is selected from the group consisting of hafnia sol and / or zirconia sol, (meth) acrylic acids, (meth) acrylates, and vinyl ethers. A hard film characterized by having a cured body layer obtained by curing a sol composition containing at least one of the above and a method for producing the same are disclosed.

本発明は、ハフニア又はジルコニアが結晶性でなくても高硬度のハフニアゲル又はジルコニアゲルが高硬度になり得るとの発見に基づいて完成された。   The present invention has been completed based on the discovery that a high-hardness hafnia gel or zirconia gel can have high hardness even if the hafnia or zirconia is not crystalline.

特開2006−143535号公報JP 2006-143535 A 特表2010−523451号公報Special table 2010-523451 gazette 特開2010−247014号公報JP 2010-247014 A 特開2009−167085号公報JP 2009-167085 A PCT国際公開WO2007/000926号公報PCT International Publication No. WO2007 / 000926 特開2008−290896号公報JP 2008-290896 A 特開2005−336466号公報JP 2005-336466 A

この発明の課題は、アモルファスでありながら高硬度のハフニア及び/又はジルコニア膜を低エネルギーで形成することのできるハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを提供することである。この発明の他の課題は、アモルファスでありながら高硬度のハフニア及び/又はジルコニア膜を低エネルギーで形成することのできるハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを製造することのできる製造方法を提供することである。この発明の更に他の課題は、低エネルギーで形成されることのできる、アモルファスでありながら高硬度のハフニア及び/又はジルコニア膜である硬質膜を提供することである。   An object of the present invention is to provide a hafnia sol and / or zirconia sol that can form a hafnia and / or zirconia film having high hardness while being amorphous, with low energy. Another object of the present invention is to provide a production method capable of producing a hafnia sol and / or zirconia sol capable of forming a hafnia and / or zirconia film having a high hardness with low energy while being amorphous. . Still another object of the present invention is to provide a hard film that is an amorphous but high hardness hafnia and / or zirconia film that can be formed with low energy.

前記課題を解決するための手段は、
(1) 粒子成長調整剤の不存在下にハフニウム化合物及び/又はジルコニウム化合物をアンモニア水で水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムにし、得られた水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液を熟成することなく、前記水性液を、ハフニア及び/又はジルコニア1モルに対して過剰量の有機酸の存在下に水熱処理することにより得られ、有機酸を含み、かつアモルファスのハフニア及び/又はアモルファスのジルコニアを含むことを特徴とするハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルであり、
(2) 前記ハフニウム化合物がハフニウムアルコキシド又はハフニウム塩であり、前記ジルコニア化合物がジルコニウムアルコキシド又はジルコニウム塩である前記(1)に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルであり、
(3) 前記有機酸が蟻酸又は酢酸であり、水熱処理はその加熱温度が80〜140℃である前記(1)又は(2)に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルであり、
(4) 前記ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、そのゲルのFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm-1及び878±15cm-1に吸収を有する前記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルであり、
(5) 粒子成長調整剤の不存在下にハフニウム化合物及び/又はジルコニウム化合物をアンモニア水で水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムにし、得られた水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液を熟成することなく、前記水性液を、ハフニア及び/又はジルコニア1モルに対して過剰量の有機酸の存在下に水熱処理することを特徴とするハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法であり、
(6) 前記ハフニウム化合物がハフニウムアルコキシド又はハフニウム塩であり、前記ジルコニウム化合物がジルコニウムアルコキシド又はジルコニウム塩である前記(5)に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法であり、
(7) 前記有機酸が蟻酸又は酢酸であり、水熱処理はその加熱温度が80〜140℃である前記(5)又は(6)に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法であり、
(8) 前記ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、そのゲルのFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm-1及び878±15cm-1に吸収を有する前記(5)〜(7)のいずれか一項に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法であり、
(9) 前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを基板上に塗布することにより形成された塗膜を、紫外線照射及び/又は加熱により硬化することを特徴とする硬化膜であり、
(10) 前記ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、そのゲルのFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm-1及び878±15cm-1に吸収を有する前記(9)に記載の硬化膜である。
Means for solving the problems are as follows:
(1) An aqueous liquid containing hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide obtained by converting a hafnium compound and / or a zirconium compound into hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide with ammonia water in the absence of a particle growth regulator. Without aging, the aqueous liquid is obtained by hydrothermal treatment in the presence of an excess of an organic acid with respect to 1 mol of hafnia and / or zirconia, containing the organic acid, and amorphous hafnia and / or A hafnia sol and / or zirconia sol characterized by containing amorphous zirconia,
(2) The hafnia sol and / or zirconia sol according to (1), wherein the hafnium compound is a hafnium alkoxide or a hafnium salt, and the zirconia compound is a zirconium alkoxide or a zirconium salt,
(3) The organic acid is formic acid or acetic acid, and the hydrothermal treatment is the hafnia sol and / or zirconia sol according to (1) or (2), wherein the heating temperature is 80 to 140 ° C.
(4) the Hafuniazoru and / or zirconia sol, described in any one of (1) to (3) having absorption in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 at FT-IR spectrum of the gel Hafnia sol and / or zirconia sol,
(5) An aqueous liquid containing hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide obtained by converting a hafnium compound and / or zirconium compound into hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide with ammonia water in the absence of a particle growth regulator. Without the aging of the aqueous liquid, hydrothermal treatment of the aqueous liquid in the presence of an excess of an organic acid with respect to 1 mol of hafnia and / or zirconia, is a method for producing hafnia sol and / or zirconia sol,
(6) The hafnia sol and / or zirconia sol production method according to (5), wherein the hafnium compound is a hafnium alkoxide or a hafnium salt, and the zirconium compound is a zirconium alkoxide or a zirconium salt.
(7) The organic acid is formic acid or acetic acid, and the hydrothermal treatment is a method for producing a hafnia sol and / or zirconia sol according to (5) or (6), wherein the heating temperature is 80 to 140 ° C.
(8) the Hafuniazoru and / or zirconia sol, described in any one of (5) to (7) having an absorption in the 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 at FT-IR spectrum of the gel A method for producing a hafnia sol and / or zirconia sol,
(9) Curing the coating film formed by applying the hafnia sol and / or zirconia sol according to any one of (1) to (4) on a substrate by ultraviolet irradiation and / or heating. A cured film characterized by
(10) the Hafuniazoru and / or zirconia sol is a cured film according to (9) having absorption in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 at FT-IR spectrum of the gel.

本発明のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、アモルファスのハフニア及び/又はジルコニアを含むとともに有機酸を含有する。本発明に係るアモルファスのハフニア及び/又はジルコニアは有機酸の存在下に水熱合成することにより製造されるので、ハフニア及び/又はジルコニアのイオン同士がより秩序立って配列され、結晶構造ではないが結晶構造に近いアモルファス状態になっている。また、硬質膜としたときに、ハフニアと他のハフニアとの間及び/又はジルコニアと他のジルコニアとの間に有機酸が存在する。有機酸の存在によりハフニア粒子とハフニア粒子との結合、ジルコニア粒子とジルコニア粒子との結合、あるいはハフニア粒子とジルコニア粒子との結合が強固になり、またはハフニア粒子及び/又はジルコニア粒子と基板との結合が強固になる。ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル中に存在する有機酸は、基板状にハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを塗布する際の塗布性を向上させる。したがって、ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを基板上に塗布する作業が容易であり、しかも基板上にハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの塗工膜を均一に形成することができる。この発明に係るハフニアゾル及び/、又はジルコニアゾルは、低エネルギーで硬質膜を形成することができる。ここで、低エネルギーとは、例えばエネルギー源が紫外線及び/又は熱であるときには、従来よりも短時間の紫外線照射又は短時間の加熱を意味する。かくして、本発明に係る硬質膜は、基板に対して容易に剥離せず、鉛筆硬度が6H以上である硬度を有するに至る。   The hafnia sol and / or zirconia sol of the present invention contains amorphous hafnia and / or zirconia and contains an organic acid. Since the amorphous hafnia and / or zirconia according to the present invention is produced by hydrothermal synthesis in the presence of an organic acid, the ions of hafnia and / or zirconia are more orderly arranged and not a crystal structure. It is in an amorphous state close to the crystal structure. Further, when a hard film is formed, an organic acid exists between hafnia and other hafnia and / or between zirconia and other zirconia. The presence of an organic acid strengthens the bond between hafnia particles and hafnia particles, the bond between zirconia particles and zirconia particles, or the bond between hafnia particles and zirconia particles, or the bond between hafnia particles and / or zirconia particles and the substrate. Becomes solid. The organic acid present in the hafnia sol and / or zirconia sol improves applicability when the hafnia sol and / or zirconia sol is applied to the substrate. Therefore, the operation of applying the hafnia sol and / or zirconia sol onto the substrate is easy, and the hafnia sol and / or zirconia sol coating film can be uniformly formed on the substrate. The hafnia sol and / or zirconia sol according to the present invention can form a hard film with low energy. Here, low energy means, for example, when the energy source is ultraviolet rays and / or heat, irradiation with ultraviolet rays or heating in a short time is shorter than before. Thus, the hard film according to the present invention does not easily peel off from the substrate, and has a pencil hardness of 6H or more.

なお、鉛筆硬度で硬度を測定する場合、その硬度は、膜の表面硬度と膜と基板との密着性との両方による寄与として評価される。つまり、膜の表面が固くても膜と基板との密着性が低い膜は、鉛筆の芯で引っかかれると容易に剥離してしまい、硬度の低い膜であると評価される。したがって、鉛筆硬度の大きい膜は、その膜の表面硬度が大きいと共に膜と基板との密着性も大きい。   In addition, when measuring hardness with pencil hardness, the hardness is evaluated as a contribution by both the surface hardness of a film | membrane and the adhesiveness of a film | membrane and a board | substrate. That is, even if the surface of the film is hard, a film having low adhesion between the film and the substrate is easily peeled off when pulled by a pencil core, and is evaluated as a film having low hardness. Therefore, a film having a high pencil hardness has a high surface hardness and a high adhesion between the film and the substrate.

本発明のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法はアモルファスのハフニア及び/又はジルコニアを製造する方法であり、アモルファスのハフニア及び/又はジルコニアからなる膜は鉛筆硬度が低いのであるが、6H以上の鉛筆硬度を有する膜を形成することのできるハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを得ることができる。   The method for producing hafnia sol and / or zirconia sol of the present invention is a method for producing amorphous hafnia and / or zirconia, and a film made of amorphous hafnia and / or zirconia has a low pencil hardness, but a pencil of 6H or more. A hafnia sol and / or zirconia sol capable of forming a film having hardness can be obtained.

本発明の硬質膜は、アモルファスのハフニア及び/又はジルコニアでありながら、有機酸を含有することによりハフニア及び/又はジルコニアのイオンが秩序立って配列されることにより結晶構造に近いアモルファス構造となっているので、表面硬度が大きく、しかも基板との密着性が高くて、それが故に全体として6H以上の鉛筆硬度を有する。   Although the hard film of the present invention is amorphous hafnia and / or zirconia, it contains an organic acid to form an amorphous structure close to a crystal structure by orderly arranging hafnia and / or zirconia ions. Therefore, the surface hardness is large, and the adhesion to the substrate is high, and therefore, the pencil hardness as a whole is 6H or more.

図1は、実施例1で得られたジルコニアゾルから溶媒を除去して得られるジルコニアゲルのFT−IRスペクトル及び比較例1で得られたジルコニアゾルから溶媒を除去して得られるジルコニアゲルの薄膜のFT-IRスペクトルを合わせて示すIRチャート図である。FIG. 1 shows the FT-IR spectrum of the zirconia gel obtained by removing the solvent from the zirconia sol obtained in Example 1 and the zirconia gel thin film obtained by removing the solvent from the zirconia sol obtained in Comparative Example 1. It is IR chart figure which shows together the FT-IR spectrum of.

先ずこの発明に係るハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法について説明する。   First, a method for producing a hafnia sol and / or zirconia sol according to the present invention will be described.

この発明に係る製造方法は、粒子成長調整剤の不存在下にハフニウム化合物及び/又はジルコニウム化合物をアンモニア水で水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムにし、得られた水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液を熟成することなく、前記水性液を、ハフニア及び/又はジルコニア1モルに対して過剰量の有機酸の存在下に水熱処理することを特徴とする。   In the production method according to the present invention, the hafnium compound and / or zirconium compound is converted into hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide with ammonia water in the absence of a particle growth regulator, and the resulting hafnium hydroxide and / or hydroxide is obtained. The aqueous liquid is hydrothermally treated in the presence of an excess of an organic acid with respect to 1 mol of hafnia and / or zirconia without aging the aqueous liquid containing zirconium.

前記粒子成長調整剤は、前記特許文献1の段落番号0011欄に記載された化合物であり、具体的には、カルボン酸、カルボン酸塩、ヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸塩である。この発明に係る製造方法では、前記粒子成長調整剤を使用することがない。前記特許文献1には、「ジルコニウム化合物のモル数(Zm)と粒子成長調整剤のモル数(Cm)とのモル比(Cm/Zm)・・・・が0.01未満である場合には不均一なジルコニウム水酸化物ヒドロゲルが生成し、このため、後述する(e)工程で水熱処理して得られるジルコニアゾルの粒子径が不均一であったり、平均粒子径100nm以下とならないことがある」ことが示されている。本発明の製造方法では、ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの結晶を成長させるのではなく、したがって結晶の粒子径に着目するのではないから、前記粒子成長調整剤を特に添加する必要がない。   The said particle growth regulator is a compound described in the paragraph number 0011 column of the said patent document 1, Specifically, they are carboxylic acid, carboxylate, hydroxycarboxylic acid, and hydroxycarboxylate. In the production method according to the present invention, the particle growth regulator is not used. Patent Document 1 states that “when the molar ratio (Cm / Zm) of the number of moles of zirconium compound (Zm) to the number of moles of grain growth regulator (Cm) is less than 0.01”. As a result, a heterogeneous zirconium hydroxide hydrogel is formed. For this reason, the particle size of the zirconia sol obtained by hydrothermal treatment in the step (e) described later may not be uniform, or the average particle size may not be 100 nm or less. Is shown. In the production method of the present invention, the hafnia sol and / or zirconia sol crystals are not grown, and therefore the particle diameter of the crystals is not focused. Therefore, it is not necessary to add the particle growth regulator.

前記ハフニウム化合物としてはハフニウムアルコキシド、ハフニウム塩等を挙げることができる。好適なハフニウム化合物はハフニウム塩である。前記ハフニウム塩としては、例えば塩化酸化ハフニウム、四塩化ハフニウム、四フッ化ハフニウム、四臭化ハフニウム、及び四ヨウ化ハフニウム等を挙げることができる。中でも、四塩化ハフニウム及び塩化酸化ハフニウムが好ましい。   Examples of the hafnium compound include hafnium alkoxide and hafnium salt. A preferred hafnium compound is a hafnium salt. Examples of the hafnium salt include hafnium chloride oxide, hafnium tetrachloride, hafnium tetrafluoride, hafnium tetrabromide, and hafnium tetraiodide. Of these, hafnium tetrachloride and hafnium chloride are preferable.

前記ジルコニウム化合物としてはジルコニウムアルコキシド、ジルコニウム塩等を挙げることができる。好適なジルコニウム化合物はジルコニウム塩である。前記ジルコニウム塩が、ジルコニアゾルを製造する原料としてジルコニアアルコキシドと同様に好適であることは、例えば特許文献7により周知である。
前記ジルコニウム塩の一例であるジルコニウムのハロゲン化物としては、塩化ジルコニウム、四フッ化ジルコニウム、四臭化ジルコニウム、四ヨウ化ジルコニウム、及び二塩化酸化ジルコニウム・八水和物等を挙げることができる。中でも、二塩化酸化ジルコニウム・八水和物が特に好ましい。
Examples of the zirconium compound include zirconium alkoxide and zirconium salt. The preferred zirconium compound is a zirconium salt. For example, Patent Document 7 discloses that the zirconium salt is suitable as a raw material for producing a zirconia sol in the same manner as zirconia alkoxide.
Examples of the zirconium halide, which is an example of the zirconium salt, include zirconium chloride, zirconium tetrafluoride, zirconium tetrabromide, zirconium tetraiodide, and zirconium dichloride oxide octahydrate. Among these, zirconium dichloride oxide octahydrate is particularly preferable.

この発明の製造方法においては、粒子成長調整剤の不存在下にハフニウム化合物及び/又はジルコニウム化合物をアンモニア水で水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムにし、得られた水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液を熟成することなく、水熱処理をする。
アンモニア水は、そのアンモニアの好適な濃度が、通常は1〜29質量%である。
In the production method of the present invention, the hafnium compound and / or zirconium compound is converted into hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide with ammonia water in the absence of the particle growth regulator, and the resulting hafnium hydroxide and / or hydroxide is obtained. Hydrothermal treatment is performed without aging the aqueous liquid containing zirconium.
The suitable concentration of ammonia water is usually 1 to 29% by mass.

特許文献1においては、工程(c)として「ジルコニア水酸化物を熟成する」ことが開示されている。特許文献1における熟成は、その段落番号0016及び0017欄に記載されているように、粗大粒子を形成させないようにし、粒子径分布を均一にすることを目的とすることが示唆されている。特許文献1における熟成は、その段落番号0019欄に記載されているように粒子成長を抑制することにより均一な結晶化を達成する。一方、本発明の製造方法は、結晶化したハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを製造するのではない。したがって、本発明の製造方法では、ハフニア水酸化物及び/又はジルコニア水酸化物を熟成する必要がなく、むしろ熟成を行うと結晶性のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを形成してしまうので好ましくない。よって、本発明の製造方法では、熟成工程を経ることなく、水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液が次の水熱処理工程に供される。   Patent Document 1 discloses “ripening zirconia hydroxide” as the step (c). As described in paragraphs 0016 and 0017, the aging in Patent Document 1 is suggested to prevent the formation of coarse particles and make the particle size distribution uniform. The ripening in Patent Document 1 achieves uniform crystallization by suppressing grain growth as described in paragraph 0019 of the paragraph. On the other hand, the production method of the present invention does not produce crystallized hafnia sol and / or zirconia sol. Therefore, in the production method of the present invention, it is not necessary to ripen hafnia hydroxide and / or zirconia hydroxide. Rather, it is not preferable because ripening forms crystalline hafnia sol and / or zirconia sol. Therefore, in the production method of the present invention, an aqueous liquid containing hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide is supplied to the next hydrothermal treatment step without going through an aging step.

この発明の製造方法における水熱合成は、前記水性液を有機酸の存在下に80〜140℃に加熱することにより行われる。加熱時間は通常の場合、2〜15時間である。水熱合成は加圧容器又は封管を用いて行われる。   Hydrothermal synthesis in the production method of the present invention is performed by heating the aqueous liquid to 80 to 140 ° C. in the presence of an organic acid. The heating time is usually 2 to 15 hours. Hydrothermal synthesis is performed using a pressurized container or a sealed tube.

前記有機酸としてはアルキルカルボン酸を挙げることができ、好ましくは蟻酸及び酢酸を挙げることができる。有機酸の添加量は、水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムに対して過剰量である。ここで過剰量は、水性液中に水酸化ハフニウムだけが存在するときには水酸化ハフニウム1モルに対して有機酸が1モル以上であり、好ましくは1〜50モルであり、水性液中に水酸化ジルコニウムだけが存在するときには水酸化ジルコニウム1モルに対して有機酸が1モル以上であり、好ましくは1〜50モルであり、水性液中に水酸化ハフニウムと水酸化ジルコニウムとが存在するときには、水酸化ハフニウム及び水酸化ジルコニウムの合計1モルに対して有機酸が1モル以上であり、好ましくは1〜50モルであることを意味する。有機酸が過剰量で水性液中に存在すると水熱合成によりハフニア及び/又はジルコニアに有機酸が配位することにより、有機酸の不存在下にゾルゲル法で製造したアモルファスのハフニア及び/又はアモルファスのジルコニアに比べてハフニア及び/又はジルコニアが秩序立った構造のアモルファス状態となる。   Examples of the organic acid include alkyl carboxylic acids, preferably formic acid and acetic acid. The addition amount of the organic acid is excessive with respect to hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide. Here, when only hafnium hydroxide is present in the aqueous liquid, the excess amount is 1 mole or more, preferably 1 to 50 moles of organic acid with respect to 1 mole of hafnium hydroxide. When only zirconium is present, the amount of the organic acid is 1 mole or more, preferably 1 to 50 moles per mole of zirconium hydroxide, and when hafnium hydroxide and zirconium hydroxide are present in the aqueous liquid, It means that the organic acid is 1 mol or more, preferably 1 to 50 mol, per 1 mol of the total of hafnium oxide and zirconium hydroxide. Amorphous hafnia and / or amorphous produced by sol-gel method in the absence of organic acid by coordinating organic acid to hafnia and / or zirconia by hydrothermal synthesis when organic acid is present in excess in aqueous liquid Compared to zirconia, hafnia and / or zirconia is in an amorphous state having an ordered structure.

この発明の製造方法における水熱合成では、アモルファスのハフニア及び/又はアモルファスのジルコニアを生成し、しかもそのアモルファスとなっているハフニアとハフニアとの間に有機酸が配位し、及び/又はアモルファスとなっているジルコニアとジルコニアとの間に有機酸が配位する。アモルファスのハフニアとハフニアとの間に有機酸が配位することによりアモルファスのハフニアとハフニアとの結合が強化されるとともに、基材に対する密着性が強化される。アモルファスのジルコニアとジルコニアとの間に有機酸が配位することによる効果も同様である。この発明の製造方法で製造されるハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの中にハフニア同士或いはジルコニア同士を結合する有機酸が存在することにより、このハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを基材に均一に塗布することができ、しかも塗布により得られる硬化膜の表面が傷つきにくくなると共に、硬化膜自体が基板と強く密着するので、前記硬化膜の鉛筆硬度が6H以上になる。   In the hydrothermal synthesis in the production method of the present invention, amorphous hafnia and / or amorphous zirconia is generated, and an organic acid is coordinated between the amorphous hafnia and hafnia, and / or amorphous. An organic acid is coordinated between zirconia and zirconia. By coordinating the organic acid between amorphous hafnia and hafnia, the bond between amorphous hafnia and hafnia is strengthened, and the adhesion to the substrate is enhanced. The same effect is obtained when the organic acid is coordinated between amorphous zirconia and zirconia. In the hafnia sol and / or zirconia sol produced by the production method of the present invention, the hafnia sol and / or zirconia sol is uniformly applied to the substrate by the presence of an organic acid that binds hafnia to each other or zirconia. In addition, the surface of the cured film obtained by coating is less likely to be damaged, and the cured film itself is strongly adhered to the substrate, so that the pencil hardness of the cured film is 6H or more.

ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル中に有機酸が含まれていることは、このハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルから溶媒を除去して得られるハフニアゲル及び/又はジルコニアゲルをFT−IRスペクトル測定することにより得られるスペクトル中に1013±15cm-1及び878±15cm-1に特有の吸収が観測されることからも明らかである。なお、本発明において「1013±15cm-1及び878±15cm-1に吸収が観測」されるとは、現象論的には「1013cm-1を含むその近辺に吸収が観測され、また878cm-1を含むその近辺に吸収が観測されること」を意味し、「1013±15cm-1及び878±15cm-1」から少しでも外れることのないことを意味しない。 The presence of an organic acid in the hafnia sol and / or zirconia sol can be obtained by measuring an FT-IR spectrum of the hafnia gel and / or zirconia gel obtained by removing the solvent from the hafnia sol and / or zirconia sol. it is clear from the fact that the absorption characteristic is observed in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 in the spectrum. The "absorbed in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 is observed" is in the present invention, the phenomenological observed absorption in the vicinity thereof including "1013 cm -1, also 878Cm -1 It means that absorption is observed in the vicinity thereof including “,” and does not mean that it does not deviate even slightly from “1013 ± 15 cm −1 and 878 ± 15 cm −1 ”.

この発明に係る硬質膜は、そのハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを硬化させることにより得られるこの発明に係る硬質膜は、そのハフニアゾル及びジルコニアゾルから溶媒を除去して得られるゲルのFT−IRスペクトル測定をして得られるFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm-1及び878±15cm-1にピークを有することも一つの特徴である。 The hard film according to the present invention is obtained by curing the hafnia sol and / or zirconia sol. The hard film according to the present invention is obtained by measuring the FT-IR spectrum of the gel obtained by removing the solvent from the hafnia sol and zirconia sol. It is also one of the characteristics that the FT-IR spectrum obtained by the above has peaks at 1013 ± 15 cm −1 and 878 ± 15 cm −1 .

この発明に係る製造方法により製造された、この発明に係るハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、少ないエネルギーで、つまり短い加熱時間又は紫外線照射時間例えば短くても1分でハフニア及び/又はジルコニアの硬質膜とすることができる。   The hafnia sol and / or zirconia sol according to the present invention produced by the production method according to the present invention is a hard film of hafnia and / or zirconia with less energy, that is, with a short heating time or ultraviolet irradiation time, for example, at least 1 minute. It can be.

(実施例1)
塩化酸化ジルコニウム八水和物(ZrOCl2・8H2O)5.48g(0.017 mol)をH2O 32.0gに溶解した。この溶液に29%アンモニア水3.5 mLをゆっくり添加し、白色沈殿物(水酸化ジルコニウム)を得た。この白色沈殿物を吸引ろ過し、pH7以下になるまでH2Oで洗浄した。洗浄済みの白色沈殿物にH2O 20.0gを加えた後、98%ギ酸(HCOOH)24.0g(30倍 mol)を撹拌しながら添加した。続いて、ジルコニアゾルの全量を80.0 g となるようにH2Oを加え、これをテフロン(登録商標)内筒に入れ、さらにオートクレーブに入れて密封した。これを120 ℃で4時間加熱して水熱合成し、冷却して水熱ジルコニアゾルを得た。
Example 1
Zirconium chloride oxide octahydrate (ZrOCl 2 · 8H 2 O) 5.48g of (0.017 mol) was dissolved in H 2 O 32.0 g. To this solution, 3.5 mL of 29% aqueous ammonia was slowly added to obtain a white precipitate (zirconium hydroxide). The white precipitate was suction filtered and washed with H 2 O until pH 7 or lower. After adding 20.0 g of H 2 O to the washed white precipitate, 24.0 g (30 times mol) of 98% formic acid (HCOOH) was added with stirring. Subsequently, H 2 O was added so that the total amount of zirconia sol became 80.0 g, and this was put into a Teflon (registered trademark) inner cylinder, and further put in an autoclave and sealed. This was heated at 120 ° C. for 4 hours to be hydrothermally synthesized and cooled to obtain a hydrothermal zirconia sol.

このジルコニアゾルを、スピンナー(K-3959D-1、共和理研)を用いて塗布条件500rpm/5sec→2000rpm/30secで、高湿度下(湿度99 %)で洗浄済みの無アルカリガラス上に塗布し、ジルコニアゲル膜を作製した。   This zirconia sol is applied on a non-alkali glass that has been washed under high humidity (99% humidity) under a coating condition of 500 rpm / 5 sec → 2000 rpm / 30 sec using a spinner (K-3959D-1, Kyowa Riken) A zirconia gel film was prepared.

ジルコニアゲル膜を、高圧水銀灯(H1000L、東芝ライテック)を用いて1、5および10分紫外線照射して、ジルコニア薄膜Aを得た。
一方、前記水熱ジルコニアゾルの一部につき溶媒を除去することによりジルコニアゲルを得、そのジルコニアゲルについてFT−IRスペクトル測定を行い、得られたFT−IRスペクトルを図1に示した。
The zirconia gel film was irradiated with ultraviolet rays for 1, 5 and 10 minutes using a high-pressure mercury lamp (H1000L, Toshiba Lighting & Technology) to obtain a zirconia thin film A.
On the other hand, zirconia gel was obtained by removing the solvent from a part of the hydrothermal zirconia sol, and FT-IR spectrum measurement was performed on the zirconia gel, and the obtained FT-IR spectrum is shown in FIG.

(実施例2)
実施例1における水熱時間を6時間に変えた他は、実施例1と同様に行い、ジルコニア薄膜Bを得た。
(Example 2)
A zirconia thin film B was obtained in the same manner as in Example 1 except that the hydrothermal time in Example 1 was changed to 6 hours.

(実施例3)
実施例1におけるギ酸量を14.36 gに変え、水熱時間を6時間に変えた他は、実施例1と同様に行い、ジルコニア薄膜Cを得た。
(Example 3)
A zirconia thin film C was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of formic acid in Example 1 was changed to 14.36 g and the hydrothermal time was changed to 6 hours.

(実施例4)
実施例1におけるギ酸量を4.79 gに変え、水熱時間を6時間に変えた他は、実施例1と同様に行い、ジルコニア薄膜Dを得た。
(Example 4)
A zirconia thin film D was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of formic acid in Example 1 was changed to 4.79 g and the hydrothermal time was changed to 6 hours.

(実施例5)
実施例1におけるギ酸量を14.36 gに変え、水熱時間を15時間に変えた他は、実施例1と同様に行い、ジルコニア薄膜Eを得た。
(Example 5)
A zirconia thin film E was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of formic acid in Example 1 was changed to 14.36 g and the hydrothermal time was changed to 15 hours.

(実施例6)
実施例1における塩化酸化ジルコニウム八水和物に変えて塩化ハフニウム 5.44 gを用いた他は、実施例1と同様に行い、ハフニア薄膜Fを得た。
(Example 6)
A hafnia thin film F was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5.44 g of hafnium chloride was used instead of zirconium chloride octahydrate in Example 1.

(実施例7)
実施例6における水熱時間を6時間に変えた他は、実施例6と同様に行い、ハフニア薄膜Gを得た。
(Example 7)
A hafnia thin film G was obtained in the same manner as in Example 6 except that the hydrothermal time in Example 6 was changed to 6 hours.

(実施例8)
実施例6におけるギ酸量を14.36 gに変え、水熱時間を6時間に変えた他は、実施例6と同様に行い、ハフニア薄膜Hを得た。
(Example 8)
A hafnia thin film H was obtained in the same manner as in Example 6 except that the amount of formic acid in Example 6 was changed to 14.36 g and the hydrothermal time was changed to 6 hours.

(実施例9)
実施例6におけるギ酸量を4.79 gに変え、水熱時間を6時間に変えた他は、実施例6と同様に行い、ハフニア薄膜Iを得た。
Example 9
A hafnia thin film I was obtained in the same manner as in Example 6 except that the amount of formic acid in Example 6 was changed to 4.79 g and the hydrothermal time was changed to 6 hours.

(実施例10)
実施例6におけるギ酸量を14.36 gに変え、水熱時間を15時間に変えた他は、実施例6と同様に行い、ハフニア薄膜Jを得た。
(Example 10)
A hafnia thin film J was obtained in the same manner as in Example 6 except that the amount of formic acid in Example 6 was changed to 14.36 g and the hydrothermal time was changed to 15 hours.

(比較例1)
塩化酸化ジルコニウム八水和物(ZrOCl2・8H2O)5.48 g(0.017 mol)をH2O 32.0 gに溶解した。この溶液に29%アンモニア水3.5 mLをゆっくり添加し、白色沈殿物(水酸化ジルコニウム)を得た。この白色沈殿物を吸引ろ過し、pH7以下になるまでH2Oで洗浄した。洗浄済みの白色沈殿物にH2O 20.0 gを加えた後、98%ギ酸(HCOOH) 24.0 gを撹拌しながら添加した。続いて、ジルコニアゾルの全量を80.0gとなるようにH2Oを加え、80±3℃で3時間加熱撹拌した後、冷却してジルコニアゾルを得た。このジルコニアゾルは、ゾル−ゲル法により製造されたゾルである。
(Comparative Example 1)
5.48 g (0.017 mol) of zirconium chloride octahydrate (ZrOCl 2 .8H 2 O) was dissolved in 32.0 g of H 2 O. To this solution, 3.5 mL of 29% aqueous ammonia was slowly added to obtain a white precipitate (zirconium hydroxide). The white precipitate was suction filtered and washed with H 2 O until pH 7 or lower. After adding 20.0 g of H 2 O to the washed white precipitate, 24.0 g of 98% formic acid (HCOOH) was added with stirring. Subsequently, H 2 O was added so that the total amount of the zirconia sol became 80.0 g, and the mixture was heated and stirred at 80 ± 3 ° C. for 3 hours, and then cooled to obtain a zirconia sol. This zirconia sol is a sol produced by a sol-gel method.

得られたジルコニアゾルを実施例1と同様にガラス基板上に塗布し、紫外線を照射して、ジルコニア薄膜(比較A)を得た。
一方、前記ゾルゲル法により得られたジルコニアゾルの一部につき溶媒を除去することによりジルコニアゲルを得、そのジルコニアゲルについてFT−IRスペクトル測定を行い、得られたFT−IRスペクトルを図1に示した。
The obtained zirconia sol was applied onto a glass substrate in the same manner as in Example 1 and irradiated with ultraviolet rays to obtain a zirconia thin film (Comparative A).
On the other hand, a zirconia gel was obtained by removing the solvent from a part of the zirconia sol obtained by the sol-gel method, FT-IR spectrum measurement was performed on the zirconia gel, and the obtained FT-IR spectrum is shown in FIG. It was.

(比較例2)
塩化ハフニウム(HfCl4)5.44 g(0.017 mol)をH2O 30.0 gに溶解した。この溶液に29%アンモニア水9 mLをゆっくり添加し、白色沈殿物(水酸化ハフニウム)を得た。この白色沈殿物を吸引ろ過し、pH7以下になるまでH2Oで洗浄した。洗浄済みの白色沈殿物にH2O 30.0 gを加えた後、98%ギ酸(HCOOH) 24.0 gを撹拌しながら添加した。続いて、ハフニアゾルの全量を80.0gとなるようにH2Oを加え、80±3℃で3時間加熱撹拌した後、冷却してハフニアゾルを得た。
(Comparative Example 2)
Hafnium chloride (HfCl 4 ) 5.44 g (0.017 mol) was dissolved in 30.0 g of H 2 O. To this solution, 9 mL of 29% aqueous ammonia was slowly added to obtain a white precipitate (hafnium hydroxide). The white precipitate was suction filtered and washed with H 2 O until pH 7 or lower. After adding 30.0 g of H 2 O to the washed white precipitate, 24.0 g of 98% formic acid (HCOOH) was added with stirring. Subsequently, H 2 O was added so that the total amount of the hafnia sol became 80.0 g, and the mixture was heated and stirred at 80 ± 3 ° C. for 3 hours and then cooled to obtain a hafnia sol.

得られたハフニアゾルを実施例1と同様にガラス基板上に塗布し、紫外線を照射して、ハフニア薄膜(比較B)を得た。   The obtained hafnia sol was applied onto a glass substrate in the same manner as in Example 1 and irradiated with ultraviolet rays to obtain a hafnia thin film (Comparative B).

(比較例3)
塩化酸化ジルコニウム八水和物(ZrOC12・8H2O) 5.48g(0.017mol)をH2O 32.0gに溶解した。この溶液に29%アンモニア水 35mLをゆっくり添加し、白色沈殿物(水酸化ジルコニウム)を得た。この白色沈殿物を吸引ろ過し、pH7以下になるまでH2Oで洗浄した。洗浄済みの白色沈殿物にH2O 20.0gを加えた後、35%HCl 2.5gを撹拌しながら添加した。続いて、ジルコニアゾルの全量を80.OgとなるようにH2Oを加え、これをテフロン内筒に入れ、さらにオートクレープに入れて密封した。これを120℃で4時間加熱して水熱合成し、冷却して水熱ジルコニアゾルを得た。
このジルコニアゾルを、スピンナー(K-3959D-1、共和理研)を用いて塗布条件500rpm/15sec → 2000rpm/30secで、高湿度下(湿度99%)で洗浄済みの無アルカリガラス上に塗布した。塗布を均一にすることができず、塗布ムラの激しいジルコニアゲル膜となった。
このジルコニアゲル膜を、高圧水銀灯(HlOOOL、東芝ライテック)を用いて1、5および10分の紫外線照射をして、ジルコニア薄膜(比較C)を得た。
(比較例4)
比較例3において、洗浄済みの白色沈殿物にH2O 20.0gを加えた後、H2Oのみを加えて全量を80.0gとして、水熱合成して、白色粉体を含む反応液を得た。
この反応液を、スピンナー(K-3959D-1、共和理研)を用いて塗布条件500rpm/15sec → 2000rpm/30secで、高湿度下(湿度99%)で洗浄済みの無アルカリガラス上に塗布したが、反応液はガラス基板から弾かれてしまって塗布することができなかった。
(比較例5)
比較例3の塩化酸化ジルコニウム八水和物に変えて、塩化ハフニウム 5.44gを用いた他は、比較例3と同様に行い、塗布ムラの激しいハフニア薄膜(比較D)を得た。
(比較例6)
比較例4において、塩化酸化ジルコニウム八水和物に変えて、塩化ハフニウム 5.44gを用いた他は、比較例4と同様に行った。水熱合成後白色粉体を含む反応液が得られ、これをスピンナー法で無アルカリガラス基板上に塗布すると、反応液はガラス基板から弾かれてしまい塗布不可であった。
<鉛筆硬度の測定>
作製した薄膜試料の鉛筆硬度を、鉛筆引掻塗膜硬さ試験機P−TYPE(東洋精機製作所)を用いて、鉛筆硬度試験JIS K 5600−5−4に基づき測定した。測定の方法は、鉛筆硬度試験の6B〜9Hの硬さの鉛筆を複合膜に対して45度の角度、及び荷量750gで押しつけて、7mm以上の線を3本で走査し、肉眼で膜表面を検査し、少なくとも3mm以上の傷跡が2本生じるまで、硬度を上げて試験を繰り返した。傷跡が生じなかった最も硬い鉛筆硬度をその複合膜の鉛筆硬度とした。
(Comparative Example 3)
Zirconium chloride oxide octahydrate (ZrOC1 2 · 8H 2 O) 5.48 g (0.017 mol) was dissolved in 32.0 g of H 2 O. To this solution, 35 mL of 29% aqueous ammonia was slowly added to obtain a white precipitate (zirconium hydroxide). The white precipitate was suction filtered and washed with H 2 O until pH 7 or lower. After adding 20.0 g of H 2 O to the washed white precipitate, 2.5 g of 35% HCl was added with stirring. Subsequently, H 2 O was added so that the total amount of zirconia sol became 80.Og, and this was put in a Teflon inner cylinder, and further put in an autoclave and sealed. This was heated at 120 ° C. for 4 hours to be hydrothermally synthesized and cooled to obtain a hydrothermal zirconia sol.
This zirconia sol was applied onto an alkali-free glass that had been washed under high humidity (99% humidity) under a coating condition of 500 rpm / 15 sec → 2000 rpm / 30 sec using a spinner (K-3959D-1, Kyowa Riken). The coating could not be made uniform, resulting in a zirconia gel film with severe coating unevenness.
This zirconia gel film was irradiated with ultraviolet rays for 1, 5 and 10 minutes using a high pressure mercury lamp (HlOOOL, Toshiba Lighting & Technology) to obtain a zirconia thin film (Comparative C).
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 3, after adding 20.0 g of H 2 O to the washed white precipitate, hydrothermal synthesis was performed by adding only H 2 O to a total amount of 80.0 g to obtain a reaction liquid containing white powder. It was.
This reaction solution was applied onto alkali-free glass that had been washed under high humidity (99% humidity) under a coating condition of 500 rpm / 15 sec → 2000 rpm / 30 sec using a spinner (K-3959D-1, Kyowa Riken). The reaction solution was bounced from the glass substrate and could not be applied.
(Comparative Example 5)
A hafnia thin film (Comparative D) with severe coating unevenness was obtained in the same manner as Comparative Example 3 except that 5.44 g of hafnium chloride was used instead of the zirconium chloride octahydrate of Comparative Example 3.
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 4, the same procedure as in Comparative Example 4 was conducted except that 5.44 g of hafnium chloride was used instead of zirconium chloride octahydrate. After hydrothermal synthesis, a reaction liquid containing white powder was obtained, and when this was applied onto an alkali-free glass substrate by the spinner method, the reaction liquid was repelled from the glass substrate and could not be applied.
<Measurement of pencil hardness>
The pencil hardness of the prepared thin film sample was measured based on the pencil hardness test JIS K 5600-5-4 using a pencil scratch coating film hardness tester P-TYPE (Toyo Seiki Seisakusho). The method of measurement is to press the pencil hardness test pencil of 6B-9H against the composite film at an angle of 45 degrees and the load of 750g, scan the line of 7mm or more with three lines, and film with the naked eye The surface was inspected, and the test was repeated with increasing hardness until at least two scars of 3 mm or more were generated. The hardest pencil hardness at which no scar was generated was defined as the pencil hardness of the composite film.

<ゾルの外観検査>
作製したジルコニアゾル及びハフニアゾルの外観を目視で検査した。
<Appearance inspection of sol>
The appearance of the produced zirconia sol and hafnia sol was visually inspected.

ゾルの外観及び試料の鉛筆硬度を、表1にまとめた。   The appearance of the sol and the pencil hardness of the sample are summarized in Table 1.

Figure 2014091672
註:*は「塗布ムラが激しいので測定できなかった。」ことを意味する。
Figure 2014091672
註: * means “Measurement was not possible because of uneven application”.

この発明に係る硬質膜は、例えば時計のプラスチック製カバー、携帯電話の表示画面、合成樹脂製品、双眼鏡及び望遠鏡等の光学機器におけるレンズやプリズム等の表面を保護する保護膜として利用することができる。   The hard film according to the present invention can be used as a protective film for protecting the surfaces of lenses, prisms and the like in optical devices such as plastic covers for watches, display screens for mobile phones, synthetic resin products, binoculars and telescopes, for example. .

Claims (10)

粒子成長調整剤の不存在下にハフニウム化合物及び/又はジルコニウム化合物をアンモニア水で水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムにし、得られた水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液を熟成することなく、前記水性液を、ハフニア及び/又はジルコニア1モルに対して過剰量の有機酸の存在下に水熱処理することにより得られ、有機酸を含み、かつアモルファスのハフニア及び/又はアモルファスのジルコニアを含むことを特徴とするハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル。   The hafnium compound and / or zirconium compound is converted into hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide with aqueous ammonia in the absence of a particle growth regulator, and the resulting aqueous liquid containing hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide is aged. The aqueous liquid is obtained by hydrothermal treatment in the presence of an excess amount of organic acid relative to 1 mol of hafnia and / or zirconia, and contains an organic acid and contains amorphous hafnia and / or amorphous zirconia. A hafnia sol and / or a zirconia sol characterized by comprising: 前記ハフニウム化合物がハフニウムアルコキシド又はハフニウム塩であり、前記ジルコニウム化合物がジルコニウムアルコキシド又はジルコニウム塩である前記請求項1に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル。   The hafnia sol and / or zirconia sol according to claim 1, wherein the hafnium compound is a hafnium alkoxide or a hafnium salt, and the zirconium compound is a zirconium alkoxide or a zirconium salt. 前記有機酸が蟻酸又は酢酸であり、水熱処理はその加熱温度が80〜140℃である前記請求項1又は2に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル。   The hafnia sol and / or zirconia sol according to claim 1 or 2, wherein the organic acid is formic acid or acetic acid, and the hydrothermal treatment has a heating temperature of 80 to 140 ° C. 前記ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、そのゲルのFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm−1及び878±15cm−1に吸収を有する前記請求項1〜3のいずれか一項に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾル。 The Hafuniazoru and / or zirconia sol, Hafuniazoru and / or according to any one of the claims 1 to 3 having absorption in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 at FT-IR spectrum of the gel Zirconia sol. 粒子成長調整剤の不存在下にハフニウム化合物及び/又はジルコニウム化合物をアンモニア水で水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムにし、得られた水酸化ハフニウム及び/又は水酸化ジルコニウムを含む水性液を熟成することなく、前記水性液を、ハフニア及び/又はジルコニア1モルに対して過剰量の有機酸の存在下に水熱処理することを特徴とするハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法。   The hafnium compound and / or zirconium compound is converted into hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide with aqueous ammonia in the absence of a particle growth regulator, and the resulting aqueous liquid containing hafnium hydroxide and / or zirconium hydroxide is aged. And a method for producing a hafnia sol and / or zirconia sol, wherein the aqueous liquid is hydrothermally treated in the presence of an excess of an organic acid with respect to 1 mol of hafnia and / or zirconia. 前記ハフニウム化合物がハフニウムアルコキシド又はハフニウム塩であり、前記ジルコニウム化合物がジルコニウムアルコキシド又はジルコニウム塩である前記請求項5に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法。   The method for producing a hafnia sol and / or zirconia sol according to claim 5, wherein the hafnium compound is a hafnium alkoxide or a hafnium salt, and the zirconium compound is a zirconium alkoxide or a zirconium salt. 前記有機酸が蟻酸又は酢酸であり、水熱処理はその加熱温度が80〜140℃である前記請求項5に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法。   The method for producing a hafnia sol and / or zirconia sol according to claim 5, wherein the organic acid is formic acid or acetic acid, and the hydrothermal treatment is performed at a heating temperature of 80 to 140 ° C. 前記ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、そのゲルのFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm−1及び878±15cm−1に吸収を有する前記請求項5〜7のいずれか一項に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルの製造方法。 The Hafuniazoru and / or zirconia sol, Hafuniazoru and / or according to any one of the claims 5-7 having absorption in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 at FT-IR spectrum of the gel A method for producing a zirconia sol. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルを基板上に塗布することにより形成された塗膜を、紫外線照射及び/又は加熱により硬化することを特徴とする硬化膜。   A cured film obtained by curing a coating film formed by applying the hafnia sol and / or zirconia sol according to any one of claims 1 to 4 on a substrate by ultraviolet irradiation and / or heating. . 前記ハフニアゾル及び/又はジルコニアゾルは、そのゲルのFT−IRスペクトルにおいて1013±15cm−1及び878±15cm−1に吸収を有する前記請求項9に記載の硬化膜。 The Hafuniazoru and / or zirconia sol, cured film according to claim 9 having absorption in 1013 ± 15cm -1 and 878 ± 15cm -1 at FT-IR spectrum of the gel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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