JP3461016B2 - ゾルゲル膜およびその形成法 - Google Patents

ゾルゲル膜およびその形成法

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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、多孔質形状、例えばマ
イクロピット形状を有し、しかもその形状および大きさ
等を適宜種々にコントロールすることができ、機械的強
度および耐薬品性の高いゾルゲル膜とその形成法に関
し、特にガラス基板上に被膜積層する多層膜において下
地膜や下層膜として用い格段にその性能を発揮すること
となる等、光学特性を損なうことなく強固な密着力で耐
摩耗性あるいは耐久性が優れるものとなり、建築もしく
は自動車等の窓材、各種膜付きガラス物品において有用
なゾルゲル膜およびその形成法を提供するものである。
【0002】
【従来技術】一般に金属酸化物被膜の表面上に多孔質形
状を形成する方法としては、例えば金属酸化物被膜をフ
ッ酸やフッ硝酸等でエッチングする方法が知られてい
る。
【0003】ところが、前記多孔質形状を形成すること
ができるものの、金属酸化物被膜をフッ酸やフッ硝酸等
でエッチングする方法ではエッチング溶液であるフッ酸
やフッ硝酸等はその取扱いが厄介で作業性に極めて劣る
とともに、エッチング工程が付加することでの生産性の
低下等をも招くこととなる。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は上記従来の
問題点を解決するものであり、その目的は、前記した従
来のエッチングを不要とし、該エッチング工程を省略し
得たなかで、特異なマイクロピット状等の多孔質形状を
形成し、密着性、耐候性に優れしかも硬いゾルゲル膜を
提供することにある。
【0005】
【問題点を解決するための手段】従来のかかる問題点に
鑑みてなされたものであって、本発明は、特異なマイク
ロピット状等の多孔質形状を有する表面表層形状を制御
したもので、かつガラス基板に対して高密着性で耐久性
や耐摩耗性とを併せ持ち、単体ではもちろん下地膜ある
いは下層膜等に有用な酸化物薄膜を、厄介な工程がなく
高安全で作業効率よく安価に提供するものである。
【0006】すなわち、本発明は、ガラス基板の表面上
に、金属アルコキシド系化合物を加水分解ならびに脱水
縮合させたゾル溶液と、フッ素樹脂粒子あるいはフッ素
樹脂粒子の懸濁液を溶剤とともに混合した溶液をコーテ
イング液とし、該コーテイング液を塗布し、加熱焼結
し、薄膜表層が微細な多孔質形状で成ることを特徴とす
るゾルゲル膜。
【0007】ならびに、前記した薄膜の多孔質形状表層
における形状ならびにその径の制御を、前記ゾル溶液の
分子量、前記フッ素樹脂粒子の平均粒子径、前記コーテ
イング液における固形分率、ならびに前記コーテイング
液を調製する際の溶剤の種類の選択により行うことを特
徴とする上述したゾルゲル膜。
【0008】さらに、前記コーテイング液において、該
コーテイング液中の固形分のうち、ゾル溶液の固形分に
対してフッ素樹脂が5〜450wt%であることを特徴
とする上述したゾルゲル膜。
【0009】また、ガラス基板の表面上に、金属アルコ
キシド系化合物を加水分解ならびに脱水縮合させたゾル
溶液と、フッ素樹脂粒子あるいはフッ素樹脂粒子の懸濁
液を溶剤とともに混合した溶液をコーテイング液とし、
該コーテイング液を塗布し、フッ素樹脂の分解温度以上
の温度で加熱焼結することを特徴とするゾルゲル膜の形
成法。
【0010】ここで、ガラス基板としては、車両用、船
舶用、航空機用あるいは建築用等に用いられる市販のソ
ーダライムガラスを採用することができる。また、強化
ガラス、合わせガラス、ミラー用ガラスであってもよ
い。
【0011】また、前記表面表層にマイクロピット状等
の多孔質形状を有する酸化物薄膜は、少なくともシリカ
ゾル溶液とフッ素樹脂粒子あるいはフッ素樹脂粒子の懸
濁液を混合してなる溶液をガラスに塗布して加熱、焼結
することにより形成する。
【0012】またさらに、シリカゾル溶液としては、シ
リコンのアルコキシドまたはモノメチルアルコキシドを
出発原料とし、加水分解、縮重合した溶液が用いられ、
該溶液には他種金属、例えばAl、Zr、Tiなどのアルコキ
シド、モノメチルアルコキシドまたはアセチルアセトネ
ート塩およびそれらの縮重合物が含有していてもよい。
【0013】なかでも、アルコキシドまたはモノメチル
アルコキシドとして好ましいものをあげれば、(モノメ
チル)メトキシド、(モノメチル)エトキシド、(モノ
メチル)イソプロポキシド、(モノメチル)nーブトキ
シドなどであり、またアセチルアセトネート塩として好
ましいものをあげれば、アセチルジルコニウム、アセチ
ルアセトネートチタンなどである。
【0014】さらにまた、フッ素樹脂としては、主に炭
素とフッ素からなる重合体であり、ポリテトラフルオロ
エチレン、ポリクロロフルオロエチレン、ポリビニリデ
ンフルオライド、ポリビニルフルオライド、テトラフル
オロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体、
テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体、テトラ
フルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテ
ルの共重合体、クロロトリフルオロエチレンとエチレン
の共重合体などがあげられ、該フッ素樹脂は粉末として
シリカゾル溶液中に混合してもよく、また分散した懸濁
液として混合してもよい。
【0015】なかでも、ポリテトラフルオロエチレンの
粉末としては例えば商品名ポリフロン(Mー12、1
4、15)、ルブロン(Lー2、5)〔ダイキン工業
(株)〕、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合
体としては例えば商品名ネオフロン(ETFE)〔ダイ
キン工業(株)〕、ポリテトラフルオロエチレン粉末の
懸濁液としては例えば商品名ポリフロン(Dー1、Dー
2、Dー2C)、ルブロン(LDW)〔ダイキン工業
(株)〕、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプ
ロピレンの共重合体の懸濁液としては例えば商品名ネオ
フロン(NDー1、2、4)〔ダイキン工業(株)〕、
テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニル
エーテルの共重合体粉末の懸濁液としては例えば商品名
ネオフロン(ADー1、ADー2)〔ダイキン工業
(株)〕などがあげられる。
【0016】また、フッ素樹脂粉末の平均粒子径として
は、約0.6μm以下、好ましくは0.1〜0.6μm
程度である。さらに、シリカに対するフッ素樹脂の混合
割合としては、5重量%未満であると目的とする膜表面
表層の多孔質形状が得られず、また450重量%を超え
ると膜強度が充分でないうえ、被膜の透明度が損なわれ
るため、5〜450重量%の範囲にすることが好まし
い。
【0017】また、コーテイング液を調製する際に、ゾ
ル溶液、フッ素樹脂とともに混合する溶媒としては、メ
チルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアル
コール等の低級アルコールのほか、エチレングリコール
モノエチルエーテルといったセロソルブ類が採用できる
ものである。
【0018】さらに、本発明における酸化物被膜の膜厚
としては、0.01μm程度以下であれば目的とする膜
表面表層の多孔質形状が得られず、また1μm程度を超
えると膜にクラックが生じるため、好ましくは0.02
〜1μm程度、より好ましくは0.03〜0.9μm程
度とするものである。
【0019】また、ガラス基板への膜付け法としては、
ディッピング法、スプレー法、フローコート法、スピン
コート法ならびに各種印刷法等、既知の塗布手段が適宜
採用し得るものである。
【0020】さらにまた、塗布膜の加熱、焼結温度とし
ては、フッ素樹脂の分解温度以下であると、膜表面表層
に出現する多孔質形状が充分に明確で深みのあるものと
ならないため、コーテイング液中に混合したフッ素樹脂
の分解温度以上であることが好ましい。また、膜表面表
層に形成される多孔質形状は、膜強度を向上させるため
の焼成(例えば約600℃程度以上)によっても消失す
ることなく、膜強度が優れた多孔質金属酸化物被膜が得
られる。
【0021】ここで、各種フッ素樹脂の分解温度を表1
に例示する。
【0022】
【表1】
【0023】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし本発明は係る実施例に限定されるものではな
い。
【0024】実施例1 大きさ約100mm×100mm、厚さ約2mmのクリア・フ
ロートガラス基板を中性洗剤、水すすぎ、アルコールで
順次洗浄し、乾燥した後、アセトンで払拭し被膜用ガラ
ス基板とした。
【0025】先ず、テトラエトキシシラン〔Si(OC
2 54 :TEOS〕を16g、エタノール(EtO
H)を68.5g、水(予めHClでpH4に調整)を
5.5gそれぞれ秤り取り、約80℃で約4時間加熱還
流を行いシリカゾル溶液を得ておく。
【0026】第1液として液中のフッ素樹脂が、該シリ
カゾル溶液(平均分子量約3000)の固形分に対して
約80重量%となるように、シリカゾル溶液中にフッ素
樹脂粒子の懸濁液〔商品名ネオフロンNDー1(ダイキ
ン工業(株))〕を添加混合した溶液を調製する。次に
第1液を、全体の固形分が約3重量%となるように溶媒
としてエチレングリコールモノエチルエーテルで希釈
し、第2液とする。
【0027】次いで該第2液をコーテイング液としてガ
ラス基板の表面に塗布した後、約620℃で約10分間
加熱処理を行い、膜厚約0.1μmのSiO2 薄膜を形
成した。
【0028】得られた該薄膜を走査形電子顕微鏡により
約2万倍の倍率で表面形状を観察したところ、図1に示
すようにマイクロピット状を有する多孔質形状の表層と
なっており、その孔径は約70nm程度であった。また
各種膜評価でも密着性、耐摩耗性、耐久性等を充分有し
優れるものとなっていた。
【0029】実施例2 ガラス基板および第1液の調製までは実施例1と同様に
し、次に第1液を、全体の固形分が約2重量%となるよ
うにエチレングリコールモノエチルエーテルで希釈し、
第2液とした。その他は実施例1と同様にした。
【0030】得られたSiO2 薄膜の表面形状を実施例
1と同様に観察したところ、図2に示すように、実施例
1と同様なマイクロピット状を有する多孔質形状の表層
となっており、その孔径は約100nm程度であった。
また各種膜評価でも密着性、耐摩耗性、耐久性等を充分
有し優れるものとなっていた。
【0031】実施例3 第1液を希釈する際の溶媒をメチルアルコールとした他
は実施例1と同様にした。
【0032】得られたSiO2 薄膜の表面形状を実施例
1と同様に観察したところ、図3に示すように、マイク
ロピット状を有する多孔質形状の表層となっているもの
の、単位面積あたりの孔の数が実施例1と比較して少な
いものであった。また各種膜評価でも密着性、耐摩耗
性、耐久性等を充分有し優れるものとなっていた。
【0033】実施例4 使用するシリカゾル液の平均分子量を約30000とし
た他は、実施例1と同様にした。
【0034】得られたSiO2 薄膜の表面形状を実施例
1と同様に観察したところ、図4に示すように、マイク
ロピット状を有する多孔質形状の表層となっているもの
の、実施例1と比較して表層の孔の分散状態が比較的不
均一であった。また各種膜評価でも密着性、耐摩耗性、
耐久性等を充分有し優れるものとなっていた。
【0035】比較例1 実施例1と同様のガラス基板に、実施例1で用いた固形
分が約5重量%のシリカゾル溶液(平均分子量約300
0)をコーテイング液とし、塗布後、約620℃で約1
0分間加熱処理を行った。
【0036】得られたSiO2 薄膜の表面形状を実施例
1と同様に観察したところ、図5に示すように、平坦な
表面であり、めざす所期の多孔質形状と言えるものでは
到底なかった。
【0037】比較例2 比較例1と同様にして得られた薄膜上を、約0.2重量
%のフッ酸水溶液で約5分間のエッチング処理を施し
た。
【0038】得られたフッ酸エッチング処理後の薄膜表
面層を実施例1と同様に観察したところ、図6に示すよ
うに、めざすマイクロピット状とは多少異なる凹凸状の
表面表層となっていた。
【0039】
【発明の効果】以上前述したように、本発明によれば、
手軽に容易な形成手段でもって薄膜を安価に効率よく得
られ、該薄膜において特異な形状を有する強固な多孔質
状表層が得られ、しかもその孔径を制御することができ
るようになり、単層膜としてはもちろん、ことに多層膜
の下地膜や下層膜において格段にその性能を発揮して、
光学特性を損なうことなく、密着性、耐久性等に優れる
ものとなる等、建築用もしくは自動車用窓材をはじめ、
各種ガラス物品等、種々の被覆膜に広く採用できる利用
価値の高い、有用な多孔質形状表面表層を有するゾルゲ
ル膜、ならびにその形成法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における、本発明の多孔質形状表面表
層を有するゾルゲル膜の表層面状態を、走査型電子顕微
鏡により約2万倍の倍率で観察した写真で示す説明図で
ある。
【図2】実施例2における、本発明の多孔質形状表面表
層を有するゾルゲル膜の表層面状態を、走査型電子顕微
鏡により約2万倍の倍率で観察した写真で示す説明図で
ある。
【図3】実施例3における、本発明の多孔質形状表面表
層を有するゾルゲル膜の表層面状態を、走査型電子顕微
鏡により約2万倍の倍率で観察した写真で示す説明図で
ある。
【図4】実施例4における、本発明の多孔質形状表面表
層を有するゾルゲル膜の表層面状態を、走査型電子顕微
鏡により約2万倍の倍率で観察した写真で示す説明図で
ある。
【図5】比較例1における、平坦な表面を有するゾルゲ
ル膜の表面状態を、走査型電子顕微鏡により約2万倍の
倍率で観察した写真で示す説明図である。
【図6】比較例2における、比較例1で得た平坦な表面
のゾルゲル膜をフッ酸エッチング処理した表面状態を、
走査型電子顕微鏡により約2万倍の倍率で観察した写真
であり、凹凸状表面層を示す説明図である。
フロントページの続き (72)発明者 西田 佳弘 三重県松阪市大口町1510 セントラル硝 子株式会社 硝子研究所内 (72)発明者 中村 一郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 上村 隆三 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 菅原 聡子 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−147976(JP,A) 特開 平7−24958(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 15/00 - 23/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス基板の表面上に、金属アルコキシド
    系化合物を加水分解ならびに脱水縮合させたゾル溶液
    と、400℃〜500℃の分解温度を有するフッ素樹脂
    粒子あるいはフッ素樹脂粒子の懸濁液を溶剤とともに混
    合した溶液をコーテイング液とし、該コーテイング液を
    塗布し、フッ素樹脂の分解温度以上で加熱焼結し、薄膜
    表層が微細な多孔質形状で成ることを特徴とするゾルゲ
    ル膜。
  2. 【請求項2】前記した薄膜の多孔質形状表層における形
    状ならびにその径の制御を、前記ゾル溶液の分子量、前
    記フッ素樹脂粒子の平均粒子径、前記コーテイング液に
    おける固形分率、ならびに前記コーテイング液を調製す
    る際の溶剤の種類の選択により行うことを特徴とする請
    求項1記載のゾルゲル膜。
  3. 【請求項3】前記コーテイング液において、該コーテイ
    ング液中の固形分のうち、ゾル溶液の固形分に対してフ
    ッ素樹脂が5〜450wt%であることを特徴とする請
    求項1又は2記載のゾルゲル膜。
  4. 【請求項4】ガラス基板の表面上に、金属アルコキシド
    系化合物を加水分解ならびに脱水縮合させたゾル溶液
    と、400℃〜500℃の分解温度を有するフッ素樹脂
    粒子あるいはフッ素樹脂粒子の懸濁液を溶剤とともに混
    合した溶液をコーテイング液とし、該コーテイング液を
    塗布し、フッ素樹脂粒子の分解温度以上の温度で加熱焼
    結することを特徴とするゾルゲル膜の形成法。
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