JP3300141B2 - 焼成塗膜形成剤とその製造法 - Google Patents

焼成塗膜形成剤とその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な焼成塗膜形成剤と
その製造法に関する。特にガラスや金属などの無機材料
の基体に塗布して焼成して形成され、耐熱保護膜、電子
部品、光学材料などに有効に利用される焼成塗膜形成剤
とその製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、金属酸化粉末や酸化して酸化物を
与える有機金属化合物などベヒクルに分散させて基体に
塗布し400〜800℃に加熱して無機質膜を形成する
方法は広く利用されている。この形成剤のベヒクルとし
ては金属脂肪酸化合物や金属アルコキシドなどが使用さ
れている。金属アルコキシドはチタンアルコキシドやオ
リゴマー或いはキレートなどが主として利用されてい
る。調製された塗布剤は浸漬法やスクリーン法などで処
理して使用されている(神谷、横尾、表面24、13
1)(K Kamiya Y Yamamoto J Non-Crys Solis 63 22
3(1984))。
【0003】電子部品の加工には特にスクリーン印刷法
が多く利用されるので調製された塗布剤はスクリーン印
刷に適した特性が要求されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来、この焼成膜形成
のベヒクルとして使用されている金属アルコキシドやキ
レート或いは脂肪酸化合物から調製した塗布剤は作業中
の湿気の影響を受けて粘度や流動性が変化し易くスクリ
ーン印刷や他の方法で塗装し難かった。さらに焼成して
形成された膜の基体への密着性や膜の硬度、膜強度、耐
熱性などの機械特性、電気抵抗、誘電特性などの電気特
性、耐酸性、耐塩基性などの耐薬品性も十分でなく改善
が求められていた。
【0005】本発明は上記従来の技術の課題を解決する
ために研究されたものであり、粘度が安定して作業中の
湿気の影響を受けることなく塗装し易く、スクリーン印
刷もし易く、優れた特性を有する膜を塗布後の焼成によ
り形成し得る焼成塗膜形成剤とその製造法を提供するこ
とを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】かくて本発明は、金属に
結合したPを含むAl−O−Ti結合化合物がグリコー
ル及びジケトン又はケトエステルのリガンドを持った複
合キレートであるアルミノオキシチタングリコキシドホ
スフェートキレートからなる焼成塗膜形成剤を提供する
ものである。
【0007】本発明は、また、アルミニウムアルコキシ
ドとチタンアルコキシドを縮合してAl−O−Ti結合
の化合物を形成し、次いでグリコールとジケトン又はケ
トエステルを反応させてキレート化し、更に酸性リン酸
エステル又は酸性リン酸を反応させて前記化合物の金属
にリンPを結合せしめることを特徴とする、アルミノオ
キシチタングルコキシドホスフェートキレートからなる
焼成塗膜形成剤の製造法を提供するものである。
【0008】本発明について以下詳しく説明する。
【0009】当業者の周知の事実として、金属有機化合
物を焼成して酸化物にするとき単一の組成物よりも複合
酸化物にした方が焼結性がよい事が知られている。
【0010】そこで、本発明の目的の塗布膜形成剤のベ
ヒクル組成物として従来使用されているチタン化合物単
体とか、単なる混合物よりも良い焼結性が期待できる複
合化合物にして改善する事を計った。
【0011】そこで本発明のベヒクルのベース材料とし
ては造膜性の良い酸化物を与える事が知られているチタ
ンのアルコキシドを用いこのチタン化合物と複合する他
の金属成分の選択をした。選択はチタンアルコキシドに
組合わせる試料の金属有機化合物を反応させて得たTi
−O−M結合の化合物をトルエン溶液とする。この溶液
をガラスに塗布し溶剤を除去した後550℃で焼成して
形成される酸化被膜の状態をしらべて金属の選択をし
た。
【0012】Ti−O−M複合酸化物の形成は a TiOR+MOH TiOM+ROH b TiOR+MOR TiOM+2ROH c TiOR+M−OOCR TiOM+ROOCR (Rは炭化水素基、Mは金属を示す) など幾つかの反応で合成する事が出来る。
【0013】いずれの反応方法によるかは金属の種類に
よって選んで利用出来る。
【0014】本発明者等は種々の金属について検討した
結果アルミニウムとチタンの複合酸化物の被膜形成性が
良いことを見出した。かくて上記反応式bに従ってチタ
ンアルコキシドとアルミニウムアルコキシドを反応させ
て得られたAl−O−Ti結合を有する複合酸化物が好
ましいことが見出された。このアルミノオキシチタン複
合酸化物を塗布膜形成組成物にするために、塗布剤の調
製時の無機粉末の混合分散のし易さ、分散物の安定性や
塗布性、さらに焼成時の有機物揮発成分の除去性を考慮
してリガンドの選択をし組成構造を設計した。
【0015】チタンベースとしてはチタンテトラiso
‐プロポキシド、チタンテトラn‐ブトキシド(テトラ
ブチルチタネート)など低炭素数(C=4以下)のチタ
ンアルコキシドをそのまま或いはオリゴマーにして使用
出来る。
【0016】このチタンアルコキシドはオリゴマーの方
が造膜性に優れているが重合度が高すぎると流動性が低
下しスクリーン印刷性や作業性が損なわれるので、通常
の用途には10量体以下が望ましい。このチタンアルコ
キシドと複合化して使用できるアルミニウムはアルミニ
ウムトリイソプロポキシド等の低炭素数(C=4以下)
のアルミニウムアルコキシドが用いられる。この場合ア
ルミニウムの比率が多すぎると形成された塗装剤の造膜
性が低下するのでAl/Tiの比率は1に等しいか1よ
り小さく、特に1/2〜1/12程度にするのが望まし
い。
【0017】チタンやアルミニウムに結合させるリガン
ドの大きさは、形成されるチタン化合物が安定で流動性
があり塗布剤にしたときスクリーン印刷し易い物である
様に選ばれることが望まれ、また形成される酸化膜の焼
結性にも影響するのでリガンド又は有機基はC≦18が
通常使用される。好ましいリガンド又は有機基はグリコ
ールとジケトン、ケトエステルであり炭素数6〜16の
範囲のものが好ましい。例えばヘキサングリコール(ヘ
キサンジオール)、オクチレングリコール、アセチルア
セトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチルがその一
例である。グリコールの他ジケトン、ケトエステルの一
部をアルコール、カルボン酸におきかえると流動性の調
製ができるので有効である。
【0018】この様にして合成される複合酸化物組成物
の焼結性を改良するためにP化合物をドーパントとして
加える。単にP化合物を混合したのでは、加熱時の分解
性の相違から含有量が変化してしまう恐れがある時は、
加えるPはM−O−P(MはAl又はTi)などで結合
している事が望ましい。
【0019】ここに用いるP化合物としては一般式 O=P(OR)(OH)3-n で表わされる酸性リン酸エステルか、又は O=P(R)(OH)3-n で表わされる酸性リン酸を用いるのが好ましい。尚、上
記式中Rは炭素数1〜8、好ましくは1〜6の炭化水素
基、たとえばブチル基、プロピル基、フェニル基等であ
り、nは1又は2である。
【0020】上記のようにドーパントとして分子中にP
−OH基を有する有機化合物としては例えばブチルジホ
スホン酸、ジブチルホスホン酸、フェニルジホスホン酸
などのホスホン酸類、ジブチルアシドホスフェート、ブ
チルジアシドホスフェート、ジメチルアシドホスフェー
ト等のアシドホスフェート類を挙げることができる。
【0021】ホスホン酸類は夫々の化合物で用いること
もできるが混合物の形で、たとえば(モノ)ブチルジホ
スホン酸とジブチル(モノ)ホスホン酸のモル比1:1
混合物としてつくられ、用いられる場合もある。又アシ
ッドホスフェート類の場合は通常モノとジ化合物の1:
1混合物の形、たとえばジブチル(モノ)アシッドホス
フェートと(モノ)ブチルジアシッドホスフェートの
1:1のモル比の混合物の形でつくられ、提供されるの
でそのまま単離することなく用いられる。従って生成す
る化合物も対応する混合物の形で得られる。ここに用い
られるリンPとチタンTiの比率P/Tiは1に等しい
か、又は1より小さく1/2〜1/8の程度にするのが
望ましい。1/4が最も好ましい。
【0022】かくて、本発明に係る焼成塗膜形成剤はア
ルミニウムアルコキシドとチタンアルコキシドを縮合し
てAl−O−Ti結合を有する化合物をつくり、次いで
グリコールとジケトン又はケトエステルを反応させ、更
にリン化合物を作用させて前記の金属Al又はTiにリ
ンを結合せしめてアルミノオキシチタングリコキシドホ
スフェートキレート化合物としてつくられるが、通常こ
のような順序でつくられる外、若干の順序を変えてつく
ることもできる。例えばさきにアルミニウムアルコキシ
ドとケトエステルを反応させて得られた化合物を出発化
合物として用いたり、アルミニウムアルコキシドにグリ
コールとケトエステルを反応させ、次いでチタンアルコ
キシド、更にリン化合物を加えたり、或はグリコールを
2回に分けて用いたり、することは任意である。要する
に上記の如き化合物を用いて目的とするアルミノオキシ
チタングリコキシドホスフェートキレート化合物を得る
ことができる方法ならば適宜変更して行なうことができ
る。
【0023】このようにして得られた焼成塗膜形成剤は
良好な性質を有するが、更にドープ剤としてイットリウ
ムを用いて変成すると焼成膜の硬度を改善することが出
来る。ドープする時ドーパントのイットリウムはPの場
合の如く骨格に結合させてもよいが焼成時に揮散する事
が無いので、骨格となるAl/Tiと結合させる必要は
無く混合して変成出来る。
【0024】イットリウム変成すると焼成膜の硬度を改
善出来る。
【0025】変成量は希望する硬度に応じて決定するこ
とが出来る。イットリウムが多すぎると得られるアルミ
ノオキシチタン複合酸化物の流動性が低下し塗料化する
時に支障が出るのでイットリウムはAlと同モル又はそ
れ以下が望ましい。
【0026】これらの方法で合成された組成物は無機粉
末や顔料などを加えて塗布剤を調製出来る。無機粉末と
してZrOを本組成物に分散混合して調合した塗布液
を市販ホウロー材にディップコーティングし90℃で1
5分乾燥した後550℃で10分加熱処理して形成した
被膜は膜厚0.8μであり耐酸性、耐塩基がすぐれてい
る。
【0027】また、本発明の組成物は特にスクリーン印
刷法の加工に適したスクリーンインキを調製する事がで
きる。本発明の焼成塗膜形成剤を用いると蛍光顔料や導
電材料を分散させやくす、調製した塗布剤を使用してス
クリーン印刷すると、印刷作業時にはスクリーンメッシ
ュを通過し易く流動性が有りかつ滲み難い。印刷直後に
はメッシュ跡を埋めその後は垂れる事なくパターン形状
を保持するという液特性を示す。本発明の塗膜形成剤は
空気中で400〜550℃で酸化分解され強靭な酸化膜
をのこすので顔料、導電材料が強固に固着し脱落の無い
良好な焼成膜を与える。
【0028】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れにより限定されるべきではない。 実施例1 アセト酢酸エチルイソプロポキシアルミニウムアセテー
ト123.5部、テトラブチルチタネート2量体256
部を加えて攪拌しながら100℃で30分反応させる。
これに2‐エチル‐1,3‐ヘキサンジオール367.
5部を加えて125℃でさらに30分反応した後60℃
以下に冷却してこれにブチルアシッドホスフェート74
部を加えて更に125℃で30分反応して終了した。
【0029】これを50mmHg90℃で減圧蒸留して
生成したn‐ブタノールと酢酸ブチルを留去して淡黄色
粘性の液体585部を得た。
【0030】図1に示す赤外線分析と金属酸化物分析か
ら下記式の組成物である事を認めた。
【0031】 EtOAcAc=エチル・アセトアセテート OG=2‐エチル‐1,3‐ヘキサンジオール jp=ブチルアシッドホスフェートモノ・ジ1:1(モ
ル比)混合物 試験結果 粘度 14P 30℃ 屈折率30℃ 1.4837 30℃ 強熱残分 24.4% (900℃2時間) 実施例2 アルミニウムトリイソプロポキシド102部にアセト酢
酸エチル65部と2‐エチル‐ヘキサン‐1,3‐ジオ
ール74部を加えて85℃に30分加熱還流する。反応
後これにテトラブチルチタネート2量体256部と2‐
エチルヘキサン‐1,3‐ジオール360部を加えて8
5℃で15分攪拌しさらにジブチルアシドホスフェート
とブチルジアシドホスフェート当量混合物74部を加え
て攪拌しながら115℃で30分加熱して反応を終わら
せる。
【0032】装置を減圧蒸留装置に切り替えて反応で生
成したイソプロパノールとn‐ブタノールを50mmH
g90℃で処理し生成アルコールを除去して[1]式で
示される淡黄色粘ちょう液体586部を得た。
【0033】図2に示す赤外線分析結果は実施例1の化
合物である事を認めた。
【0034】試験結果 粘度 15P 30℃ 屈折率30℃ 1.4838 30℃ 強熱残分 24.3% 実施例3 アルミニウムアセチルアセトネート、ジイソプロポキシ
ド124部にトリデカノール100部を加え80℃で1
5分攪拌下に加熱して反応させる。これにブチルチタネ
ート7量体805部と2‐エチルヘキサン‐1,3‐ジ
オール1024部を加えて90℃で15分間加熱攪拌し
て反応しこれにジブチルアシドホスフェートとブチルア
シドジホスフェート当量混合物74部に水9gエタノー
ル20部を加えて均一に混合しさらに攪拌しながら15
分反応した。
【0035】この反応物にイットリウムオクタネート
(Y=8%溶液)60部を加えて同温度でさらに20分
攪拌反応させて減圧処理して反応で生成したアルコール
と溶剤として加えたアルコールを除去して目的のイット
リウム変成アルミノオキシチタン複合酸化物キレート組
成物1323部を得た。イットリウム変成をすると焼成
膜は未変成品の焼成膜に比べて硬度が高くなる特性があ
るので高硬度膜を得たい時に利用される。 実施例4 実施例2で合成したアルミノオキシチタン複合酸化物組
成部80部に200メッシュのZrOを加えてボール
ミルで2時間攪拌してコーティング液を得た。この液を
通常のスクリーン印刷機に掛けて硝子板に印刷したとき
メッシュの通過が滑らかでメッシュ痕の残存はなくまた
印刷パターンの形状保持性も良好で有った。
【0036】これを100℃で40分乾燥後640℃で
30分加熱処理し冷却したところ白色の均一な焼成膜を
得た。膜厚は40μであった。
【0037】密着性クロスカット 100/100 硬度 6H で密着性も良好であり膜の耐アルカリ性も良好であっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1で得られた化合物の赤外線ス
ペクトル。
【図2】本発明の実施例2で得られる化合物の赤外線ス
ペクトル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡 辺 明 久 千葉県市川市南八幡五丁目13番2号 松 本製薬工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−40171(JP,A) 特開 平5−179027(JP,A) 特公 昭51−46081(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09D 185/00 - 185/02 C09D 1/00 C08G 79/00 - 79/14

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属に結合したPを含むAl−O−Ti結
    合化合物がグリコール及びジケトン又はケトエステルの
    リガンドを持った複合キレートであるアルミノオキシチ
    タングリコキシドホスフェートキレートからなる焼成塗
    膜形成剤。
  2. 【請求項2】AlとTiの比率Al/Tiは1に等しい
    か1より小さく、PとTiの比率P/Tiは1に等しい
    か1より小さい請求項1記載の焼成塗膜形成剤。
  3. 【請求項3】金属に結合したPが酸性リン酸エステルO
    =P(OR)(OH)3-n 又はO=P(R)(O
    H)3-n の酸性リン酸(ただし両式中、Rは炭素数1〜
    8の炭化水素基、n=1又は2)から得られる請求項1
    記載の焼成塗膜形成剤。
  4. 【請求項4】アルミニウムアルコキシドとチタンアルコ
    キシドを縮合してAl−O−Ti結合の化合物を形成
    し、次いでグリコールとジケトン又はケトエステルを反
    応させてキレート化し、更に酸性リン酸エステル又は酸
    性リン酸を反応させて前記化合物の金属にリンPを結合
    せしめることを特徴とする、アルミノオキシチタングル
    コキシドホスフェートキレートからなる焼成塗膜形成剤
    の製造法。
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