JP4868432B2 - Method for producing mesoporous silica structure, mesoporous silica structure, and liquid crystal element having the same - Google Patents

Method for producing mesoporous silica structure, mesoporous silica structure, and liquid crystal element having the same Download PDF

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Description

本発明は、メソポーラスシリカ構造体の製造方法に関し、さらに詳しくは、空隙率及び機械強度の高いメソポーラスシリカ構造体を低コストで製造することができるメソポーラスシリカ構造体の製造方法、並びに、その製造方法によって得られたメソポーラスシリカ構造体及びそれを有する液晶素子に関する。   The present invention relates to a method for producing a mesoporous silica structure, and more specifically, a method for producing a mesoporous silica structure capable of producing a mesoporous silica structure having a high porosity and high mechanical strength at low cost, and a method for producing the same. And a liquid crystal device having the mesoporous silica structure obtained by the above method.

従来、多孔質構造体は、空隙率及び比表面積が大きいので、吸着、分離等の様々な分野で利用されている。シリカ骨格を持つ多孔質構造体としては、0.1〜2nmの細孔径を有する均一なマイクロポーラス材料として有用なゼオライトが斯界でよく知られているが、近年、界面活性剤の集合体を鋳型にして製造される2〜50nmの細孔径を有するメソポーラスシリカ構造体が報告されている。メソポーラスシリカ構造体の製造において、テトラアルコキシシランを酸性下で加水分解し、次いで得られた加水分解物に界面活性剤を混合した溶液を基材に塗布し、乾燥することによりシリカ−界面活性剤ナノ複合体を形成することが提案されている(特許文献1を参照。)。   Conventionally, porous structures have been used in various fields such as adsorption and separation because of their large porosity and specific surface area. As a porous structure having a silica skeleton, zeolite useful as a uniform microporous material having a pore diameter of 0.1 to 2 nm is well known in the art. A mesoporous silica structure having a pore diameter of 2 to 50 nm produced in the above manner has been reported. In the production of a mesoporous silica structure, a tetra-alkoxysilane is hydrolyzed under an acidic condition, and then a solution obtained by mixing a surfactant with the obtained hydrolyzate is applied to a substrate and dried to obtain a silica-surfactant. It has been proposed to form a nanocomposite (see Patent Document 1).

従来の界面活性剤の集合体を鋳型にして製造されるメソポーラスシリカ構造体の製造においては、400度程度以上の高温で焼成して界面活性剤を取り除くことにより細孔を形成するが、400度以上もの高温で焼成すると、メソポーラスシリカ構造体が収縮又は破壊してしまうので、空隙率を高くすることができないという問題があった。また、400度以上もの高温で焼成すると、エネルギーの消費量が増加するので、生産コストが上がるという問題もあった。   In the production of a mesoporous silica structure manufactured using a conventional surfactant aggregate as a mold, pores are formed by baking at a high temperature of about 400 ° C. or more to remove the surfactant. When fired at such a high temperature, the mesoporous silica structure shrinks or breaks, and there is a problem that the porosity cannot be increased. In addition, when firing at a high temperature of 400 ° C. or higher, energy consumption increases, which causes a problem of increased production costs.

かかる問題を解決するために、界面活性剤を酢酸、塩酸、エタノール等の抽出剤を用いて抽出する技術が提案されている(特許文献2を参照。)。この技術によれば、界面活性剤の抽出操作を室温で行うことができるので、メソポーラスシリカ構造体を低コストで製造できるという利点があるが、現実には、抽出剤を全ての細孔の隅々まで行き渡らせることができないので、界面活性剤を完全に抽出除去することができず、そのために、細孔内に界面活性剤が残ってしまい、空隙率を高くすることができないという問題があった。この問題は、メソポーラスシリカ薄膜の場合には特に顕著となる。
特開平9−194298号公報 特開2002−53773号公報
In order to solve such a problem, a technique for extracting a surfactant using an extractant such as acetic acid, hydrochloric acid, and ethanol has been proposed (see Patent Document 2). According to this technology, since the surfactant can be extracted at room temperature, there is an advantage that a mesoporous silica structure can be produced at a low cost. Since the surface active agent cannot be completely removed, the surfactant cannot be completely extracted and removed. As a result, the surface active agent remains in the pores and the porosity cannot be increased. It was. This problem is particularly remarkable in the case of a mesoporous silica thin film.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-194298 JP 2002-53773 A

本発明は、かかる問題を解決することを目的としている。   The present invention aims to solve this problem.

即ち、本発明は、従来のように溶媒を除去した複合体を高温で焼成して界面活性剤を除去しなくても、空隙率が高く、しかも、機械強度に優れたメソポーラスシリカ構造体を低コストで製造することができるメソポーラスシリカ構造体の製造方法、並びに、その製造方法によって得られたメソポーラスシリカ構造体及びそれを有する液晶素子を提供することを目的とする。   That is, according to the present invention, a mesoporous silica structure having a high porosity and excellent mechanical strength can be obtained without firing the composite from which the solvent has been removed at a high temperature to remove the surfactant. It is an object of the present invention to provide a method for producing a mesoporous silica structure that can be produced at a low cost, a mesoporous silica structure obtained by the production method, and a liquid crystal element having the mesoporous silica structure.

本発明者らは、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に35℃〜70℃の温度で60分〜300分間にわたって加水分解反応をさせて得たシリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液で形成した複合体(シリカ−界面活性剤ナノ複合体)にプラズマ処理を施して界面活性剤を分解除去すると、従来のように溶媒を除去した複合体を高温で焼成して界面活性剤を除去しなくても、空隙率が高く、しかも、機械強度に優れたメソポーラスシリカ構造体を低コストで製造できることを見出して本発明を完成するに至った。 The present inventors have obtained a silica sol solution obtained by subjecting tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate to a hydrolysis reaction at a temperature of 35 ° C. to 70 ° C. for 60 minutes to 300 minutes in the presence of an acidic catalyst. When the surfactant is decomposed and removed by applying plasma treatment to the composite (silica-surfactant nanocomposite) formed from the solution obtained by adding the surfactant to the composite, the solvent is removed as before. The present invention was completed by finding that a mesoporous silica structure having a high porosity and excellent mechanical strength can be produced at a low cost without firing the surfactant at a high temperature and removing the surfactant.

請求項1に記載された発明は、上記目的を達成するために、(イ)シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液で複合体を形成する工程と、(ロ)前記複合体から溶媒を除去する工程と、(ハ)前記溶媒を除去した複合体にプラズマ処理を施して前記界面活性剤を分解除去する工程と、を順次有するメソポーラスシリカ構造体の製造方法において、前記シリカゾル溶液が、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に35℃〜70℃の温度で60分〜300分間にわたって加水分解反応をさせて得たシリカゾル溶液であることを特徴とするメソポーラスシリカ構造体の製造方法である。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 includes: (b) a step of forming a complex with a solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution; and (b) from the complex In the method for producing a mesoporous silica structure , which sequentially comprises: a step of removing a solvent; and (c) a step of subjecting the composite from which the solvent has been removed to plasma treatment to decompose and remove the surfactant. A silica sol solution obtained by subjecting tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate in a solvent to a hydrolysis reaction at a temperature of 35 ° C. to 70 ° C. for 60 minutes to 300 minutes in the presence of an acidic catalyst. And a method for producing a mesoporous silica structure.

請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記溶媒のpHが、2以下であることを特徴とするものである。   The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the pH of the solvent is 2 or less.

請求項に記載された発明は、請求項1又は2に記載された発明において、前記シリカゾル溶液中に疎水化処理剤を添加して、メソポーラスシリカ構造体のシリカ細孔表面を疎水化することを特徴とするものである。 The invention described in claim 3 is the invention described in claim 1 or 2 , wherein a hydrophobizing agent is added to the silica sol solution to hydrophobize the silica pore surface of the mesoporous silica structure. It is characterized by.

請求項に記載された発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載された発明において、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」を基板上に成膜することにより複合体を形成することを特徴とするものである。 Invention described in claim 4 is the invention described in claim 1, is deposited said "silica sol solution a surfactant obtained by adding to the solution" to the substrate Thus, a composite is formed.

請求項に記載された発明は、請求項に記載された発明において、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」をスピンコーティング法、ディップコーティング法、又は、スプレーコーティング法により基板上に成膜することを特徴とするものである。 The invention described in claim 5 is the invention described in claim 4 , wherein the “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” is applied to a spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method. Thus, a film is formed on the substrate.

請求項に記載された発明は、請求項4又は5に記載された発明において、前記メソポーラスシリカ構造体が、メソポーラスシリカ膜であることを特徴とするものである。 The invention described in claim 6 is the invention described in claim 4 or 5 , wherein the mesoporous silica structure is a mesoporous silica film.

請求項に記載された発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載された発明において、前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤であることを特徴とするものである。 Invention described in claim 7 is the invention described in any one of claims 1 to 6, wherein the surfactant is characterized in that a nonionic surfactant.

請求項に記載された発明は、請求項に記載された発明において、前記非イオン界面活性剤が、ブロックコポリマーで構成されていることを特徴とするものである。 The invention described in claim 8 is the invention described in claim 7 , wherein the nonionic surfactant is composed of a block copolymer.

請求項に記載された発明は、請求項に記載された発明において、前記ブロックコポリマーが、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとのブロックコポリマーであることを特徴とするものである。 The invention described in claim 9 is the invention described in claim 8 , wherein the block copolymer is a block copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide.

請求項10に記載された発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載された発明において、前記プラズマ処理が、酸素雰囲気下において施されることを特徴とするものである。 The invention described in claim 10, in has been the invention according to any one of claims 1 to 9, wherein the plasma treatment is characterized in that the applied in an oxygen atmosphere.

請求項11に記載された発明は、請求項1〜10のいずれか1項に記載された発明において、前記プラズマ処理が、10Torr以下の低圧条件下において施されることを特徴とするものである。 The invention described in claim 11, in has been the invention according to any one of claims 1 to 10, wherein the plasma treatment is characterized in that the applied in the following low pressure conditions 10Torr .

請求項12に記載された発明は、請求項1〜11のいずれか1項に記載された発明において、前記プラズマ処理を施して界面活性剤を分解除去したメソポーラスシリカ構造体の細孔表面に疎水化処理を施すことを特徴とするものである。 The invention described in claim 12, in the invention described in any one of claims 1 to 11 hydrophobic on the pore surfaces of the plasma treatment is subjected to surfactant decomposition removal mesoporous silica structure It is characterized in that the processing is performed.

請求項1,2に記載された発明によれば、(イ)シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液で複合体を形成する工程と、(ロ)前記複合体から溶媒を除去する工程と、(ハ)前記溶媒を除去した複合体にプラズマ処理を施して前記界面活性剤を分解除去する工程と、を順次有するメソポーラスシリカ構造体の製造方法において、前記シリカゾル溶液が、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に35℃〜70℃の温度で60分〜300分間にわたって加水分解反応をさせて得たシリカゾル溶液であるので、従来のように溶媒を除去した複合体を高温で焼成して界面活性剤を除去しなくても、空隙率が高く、しかも、機械強度に優れたメソポーラスシリカ構造体を低コストで製造することができる。 According to the first and second aspects of the invention, (a) a step of forming a complex with a solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution, and (b) removing the solvent from the complex. And (c) a step of subjecting the composite from which the solvent has been removed to plasma treatment to decompose and remove the surfactant, and a method for producing a mesoporous silica structure, wherein the silica sol solution is contained in the solvent. Since it is a silica sol solution obtained by hydrolyzing tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate at a temperature of 35 ° C. to 70 ° C. for 60 minutes to 300 minutes in the presence of an acidic catalyst, The mesoporous silica structure with high porosity and excellent mechanical strength can be manufactured at low cost without removing the surfactant by baking the composite from which the catalyst has been removed. Rukoto can.

請求項に記載された発明によれば、前記シリカゾル溶液中に疎水化処理剤を添加して、メソポーラスシリカ構造体のシリカ細孔表面を疎水化するので、構造体が収縮しにくく、しかも、経時安定性にも優れたメソポーラスシリカ構造体を製造することができる。 According to the invention described in claim 3 , since the hydrophobizing agent is added to the silica sol solution to hydrophobize the silica pore surface of the mesoporous silica structure, the structure is difficult to shrink, A mesoporous silica structure having excellent temporal stability can be produced.

請求項4,5,6に記載された発明によれば、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」を基板上に成膜することにより複合体を形成し、また、その際、スピンコーティング法、ディップコーティング法、又は、スプレーコーティング法により基板上に成膜するので、膜厚の制御がしやすく、比較的大きな面積の塗布がしやすく、しかも、製造プロセスにおける生産性が良い。 According to the invention described in claims 4 , 5 , 6 , the “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” is formed on a substrate to form a composite, and the At this time, the film is formed on the substrate by a spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method, so that the film thickness can be easily controlled, a relatively large area can be easily applied, and productivity in the manufacturing process is improved good.

請求項7〜9に記載された発明によれば、前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤であるので、メソポーラスシリカ構造体の細孔の体積が大きくなり、そのために、空隙率を大きくすることができる。 According to the invention described in claims 7 to 9 , since the surfactant is a nonionic surfactant, the volume of pores of the mesoporous silica structure is increased, and therefore the porosity is increased. be able to.

請求項10に記載された発明によれば、前記プラズマ処理が酸素雰囲気下において施されるので、より効果的に界面活性剤を除去することができる。 According to the invention described in claim 10 , since the plasma treatment is performed in an oxygen atmosphere, the surfactant can be removed more effectively.

請求項11に記載された発明によれば、前記プラズマ処理が10Torr以下の低圧条件下において施されるので、より短い時間で界面活性剤を除去することができ、そのために、生産性を向上させることができ、しかも、メソポーラスシリカ構造体の収縮又は破壊を起こす可能性を低くすることができる。 According to the invention described in claim 11 , since the plasma treatment is performed under a low-pressure condition of 10 Torr or less, the surfactant can be removed in a shorter time, and therefore the productivity is improved. In addition, the possibility of causing shrinkage or destruction of the mesoporous silica structure can be reduced.

請求項12に記載された発明によれば、前記プラズマ処理を施して界面活性剤を分解除去したメソポーラスシリカ構造体の細孔表面に疎水化処理を施すので、構造体が収縮しにくく、しかも、経時安定性にも優れたメソポーラスシリカ構造体を製造することができる。 According to the invention described in claim 12 , since the hydrophobization treatment is performed on the pore surface of the mesoporous silica structure obtained by decomposing and removing the surfactant by performing the plasma treatment, the structure is difficult to shrink, A mesoporous silica structure having excellent temporal stability can be produced.

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、アルコキシシランを加水分解させる溶媒のpHとメソポーラスシリカ構造体の屈折率との関係を示すグラフである。図2は、プラズマ処理時間と膜厚比(処理後/処理前)との関係を示すグラフである。図3は、メソポーラスシリカ構造体を有する液晶素子である。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the pH of a solvent that hydrolyzes alkoxysilane and the refractive index of a mesoporous silica structure. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the plasma treatment time and the film thickness ratio (after treatment / before treatment). FIG. 3 shows a liquid crystal element having a mesoporous silica structure.

本発明のメソポーラスシリカ構造体の製造方法は、(イ)シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液で複合体を形成する工程と、(ロ)前記複合体から溶媒を除去する工程と、(ハ)前記溶媒を除去した複合体にプラズマ処理を施して前記界面活性剤を分解除去する工程と、を順次有している。そして、前記シリカゾル溶液は、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に35℃〜70℃の温度で60分〜300分間にわたって加水分解反応をさせて得たシリカゾル溶液である。 The method for producing a mesoporous silica structure of the present invention includes (a) a step of forming a complex with a solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution, and (b) a step of removing the solvent from the complex. (C) sequentially performing a plasma treatment on the composite from which the solvent has been removed to decompose and remove the surfactant. The silica sol solution is a silica sol obtained by subjecting tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate to a hydrolysis reaction at a temperature of 35 ° C. to 70 ° C. for 60 minutes to 300 minutes in the presence of an acidic catalyst. It is a solution.

このように、(イ)シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液で複合体を形成する工程と、(ロ)前記複合体から溶媒を除去する工程と、(ハ)前記溶媒を除去した複合体にプラズマ処理を施して前記界面活性剤を分解除去する工程と、を順次有するメソポーラスシリカ構造体の製造方法において、前記シリカゾル溶液が、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に35℃〜70℃の温度で60分〜300分間にわたって加水分解反応をさせて得たシリカゾル溶液とすると、従来のように溶媒を除去した複合体を高温で焼成して界面活性剤を除去する必要がなくなり、そのために、メソポーラス構造が収縮・破壊する可能性が減少し、よって、空隙率が高く、しかも、機械強度に優れたメソポーラスシリカ構造体を低コストで製造することができる。 Thus, (b) a step of forming a complex with a solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution, (b) a step of removing the solvent from the complex, and (c) removal of the solvent And a step of decomposing and removing the surfactant by subjecting the composite to plasma treatment , wherein the silica sol solution is tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate in a solvent. Is a silica sol solution obtained by hydrolysis reaction at a temperature of 35 ° C. to 70 ° C. for 60 minutes to 300 minutes in the presence of an acidic catalyst, the composite from which the solvent has been removed is calcined at a high temperature as in the prior art. There is no need to remove the surfactant, which reduces the possibility of the mesoporous structure shrinking and breaking, thus increasing the porosity and mechanical strength. Excellent mesoporous silica structure can be manufactured at a low cost.

前記オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)、及び、オルトケイ酸テトラメチル(TMOS)は、安価であり、しかも、100℃未満程度の低温で反応が進むので、メソポーラスシリカ構造体の効率の良い製造が可能となる。   Since tetraethyl orthosilicate (TEOS) and tetramethyl orthosilicate (TMOS) are inexpensive and the reaction proceeds at a low temperature of less than about 100 ° C., it is possible to efficiently produce a mesoporous silica structure. .

図1は、アルコキシシランを加水分解させる溶媒のpHとメソポーラスシリカ構造体の屈折率との関係を示すグラフである。図1より、屈折率の値が小さいほど、空隙率が高く良好なメソポーラス構造ができていることがわかる。それ故、本発明においては、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に加水分解反応をさせてシリカゾル溶液を得る際には、溶媒のpHは、好ましくは、2以下である。オルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に加水分解反応をさせてシリカ骨格を形成する場合には、pHが低い酸性領域で加水分解反応が促進される。 FIG. 1 is a graph showing the relationship between the pH of a solvent that hydrolyzes alkoxysilane and the refractive index of a mesoporous silica structure. FIG. 1 shows that the smaller the refractive index value, the higher the porosity and the better the mesoporous structure. Therefore, in the present invention, when the silica sol solution is obtained by hydrolyzing tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate in the presence of an acidic catalyst in the solvent, the pH of the solvent is preferably 2 or less. When tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate is subjected to a hydrolysis reaction in the presence of an acidic catalyst to form a silica skeleton, the hydrolysis reaction is promoted in an acidic region having a low pH.

この反応においては、オルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルが有するアルコキシル基(−O−R)が酸性条件下で加水分解をして水酸基(−OH)となり、続いて、それらが縮合して高分子量化する。したがって、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に加水分解反応をさせてシリカゾル溶液を得る際には、溶媒のpHを低くする必要があるが、本発明においては、pHは、好ましくは、2以下であり、さらに好ましくは、1以下である。 In this reaction, tetraethyl orthosilicate or the alkoxyl group (—O—R) of tetramethyl orthosilicate is hydrolyzed under acidic conditions to form a hydroxyl group (—OH), and then they are condensed. High molecular weight. Therefore, when a silica sol solution is obtained by hydrolyzing tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate in the presence of an acidic catalyst in a solvent, it is necessary to lower the pH of the solvent. The pH is preferably 2 or less, more preferably 1 or less.

同一組成のアルコキシシランを加水分解反応させる際に反応温度[℃]と反応時間[h]とを変化させて形成した複合体にプラズマ処理を施して得たメソポーラスシリカ構造体の空隙率を次の表1に示す。   The porosity of the mesoporous silica structure obtained by subjecting the composite formed by changing the reaction temperature [° C.] and the reaction time [h] when hydrolyzing the alkoxysilane having the same composition to the plasma treatment is as follows: Table 1 shows.

Figure 0004868432
Figure 0004868432

表1より、多孔質材料としての機能が期待できる空隙率を少なくとも30%程度以上と考えると、この結果より、アルコキシシランの加水分解反応を進行させてシラン縮合体を良好に形成するためには、反応温度は、最低35℃は必要であるといえる。また、反応温度が70℃を超えると、エタノールの沸点(78℃)に近い高温となるので、反応中にエタノールが蒸発して組成が変化する恐れがあり好ましくない。また、反応時間は、少なくとも1時間は必要であるが、5時間を越えると反応が進行し過ぎて良好な構造体が得られない。表1において、「−」は、ポーラス構造体が得られなかったものを示す。   From Table 1, considering that the porosity that can be expected to function as a porous material is at least about 30% or more, from this result, the hydrolysis reaction of alkoxysilane proceeds to form a silane condensate well. It can be said that a minimum reaction temperature of 35 ° C. is necessary. On the other hand, when the reaction temperature exceeds 70 ° C., it becomes a high temperature close to the boiling point of ethanol (78 ° C.), which is not preferable because ethanol may evaporate during the reaction and the composition may change. The reaction time is required to be at least 1 hour, but if it exceeds 5 hours, the reaction proceeds so much that a good structure cannot be obtained. In Table 1, “-” indicates that a porous structure was not obtained.

したがって、本発明においては、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に加水分解反応をさせてシリカゾル溶液を得る際には、反応温度は、好ましくは、35〜70℃である。また、反応時間は、好ましくは、60〜300分である。オルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に加水分解反応をさせてシリカ骨格を形成する反応は、温度が高い方が反応速度が向上し、時間が長いほどに反応が進む。本発明においては、アルコキシル基(−O−R)が加水分解して縮合し、シリカ骨格(−Si−O−)を形成して高分子化するが、そこに界面活性剤が存在すると、分子間に界面活性剤が入りこんで集合し、シリカ骨格中に界面活性剤が取りこまれた複合体が形成されるので、界面活性剤の添加時におけるシリカ骨格の量、即ち、縮合体の分子量が適当な範囲内であることが必要であり、それが少なすぎても多すぎても、界面活性剤との複合体が良好に形成されない。特に、メソポーラスシリカ膜を基板上に形成する場合には、シリカ源の縮合体の粘度によっても膜厚などが影響を受けるため、反応条件のより精密な制御が必要である。本発明者らは、アルコキシシランの反応条件を様々に変化させながら検討を重ねた結果、反応温度がおおむね35〜70℃、反応時間が60〜300分の間である場合に、界面活性剤とシリカとの複合体が良好に形成されることを見出した。 Therefore, in the present invention, when a silica sol solution is obtained by hydrolyzing tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate in the presence of an acidic catalyst in a solvent, the reaction temperature is preferably 35 to 35. 70 ° C. The reaction time is preferably 60 to 300 minutes. In the reaction in which tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate is hydrolyzed in the presence of an acidic catalyst to form a silica skeleton, the higher the temperature, the faster the reaction rate and the longer the reaction proceeds. . In the present invention, an alkoxyl group (—O—R) is hydrolyzed and condensed to form a silica skeleton (—Si—O—) to be polymerized. Since a surfactant enters and gathers between them to form a composite in which the surfactant is incorporated in the silica skeleton, the amount of the silica skeleton when the surfactant is added, that is, the molecular weight of the condensate is It is necessary to be within an appropriate range, and if it is too little or too much, a complex with a surfactant is not well formed. In particular, when a mesoporous silica film is formed on a substrate, the film thickness and the like are also affected by the viscosity of the condensate of the silica source, so that more precise control of the reaction conditions is necessary. As a result of repeated investigations while variously changing the reaction conditions for alkoxysilane, the present inventors have found that when the reaction temperature is generally 35 to 70 ° C. and the reaction time is 60 to 300 minutes, It has been found that a composite with silica is well formed.

本発明においては、前記「シリカゾル溶液」の中に疎水化処理剤を添加して、メソポーラスシリカ構造体のシリカ細孔表面を疎水化することにより、構造体が収縮しにくく、しかも、経時安定性にも優れたメソポーラスシリカ構造体を製造することができる。本発明者らは、本発明を創作する過程において、ゾル溶液の作製条件などによっては、プラズマ処理により界面活性剤を除去する過程もしくは除去した後に構造体が収縮することがあり、それが空隙率を下げる一因となっていることがわかった。そこで、本発明者らは、検討の結果、メソポーラスシリカ構造体の細孔表面を疎水化することによってこの問題を解決できることを見出した。   In the present invention, by adding a hydrophobizing agent to the “silica sol solution” to hydrophobize the surface of the silica pores of the mesoporous silica structure, the structure is less likely to shrink and is stable over time. In addition, an excellent mesoporous silica structure can be produced. In the process of creating the present invention, depending on the preparation conditions of the sol solution, etc., the structure may shrink in the process of removing the surfactant by plasma treatment or after the removal. It turns out that it is one cause to lower. As a result of the study, the present inventors have found that this problem can be solved by hydrophobizing the pore surface of the mesoporous silica structure.

疎水化の方法は、好ましくは、ゾル溶液に疎水化部を持つケイ素化合物を添加する方法であるが、活性剤の除去後に構造体の細孔表面を疎水化処理する方法によってもかまわない。前者はアルキル基を持つアルコキシシランあるいはアルキル基を持つクロロシランを添加する方法により達成できる。後者は、構造体を形成した後に、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(HMDS)やアルキル基を持つクロロシランやその溶液に浸したり、その蒸気に曝したりして乾燥することにより達成できる。いずれの方法を用いても、プラズマ処理の過程及び界面活性剤除去後のメソポーラスシリカ構造体の収縮を防ぐ効果があるが、ゾル溶液中に疎水化処理剤を添加するほうが製造プロセスとしてはより生産性の高い製造方法である。   The method of hydrophobizing is preferably a method of adding a silicon compound having a hydrophobizing part to the sol solution, but may be a method of hydrophobizing the pore surface of the structure after removing the active agent. The former can be achieved by adding an alkoxysilane having an alkyl group or a chlorosilane having an alkyl group. In the latter case, after the structure is formed, it is dried by immersing in 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane (HMDS), chlorosilane having an alkyl group or a solution thereof, or by exposing to the vapor. This can be achieved. Either method is effective in preventing the shrinkage of the mesoporous silica structure after the plasma treatment process and removal of the surfactant, but the production process is more effective when a hydrophobizing agent is added to the sol solution. It is a highly manufacturing method.

前記複合体は、好ましくは、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」を基板上に成膜することにより形成されるが、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」を噴霧乾燥して直径1μm以下の微粒子状にすることにより形成されてもよいし、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」をさらに攪拌を続けて得られる沈殿物をろ過、回収して粒子状にすることにより形成されてもよいし、また、前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」を遠心紡糸して短繊維状にすることにより形成されてもよい。したがって、本発明において製造されたメソポーラスシリカ構造体は、前記複合体の形状によって、メソポーラスシリカ膜、メソポーラスシリカ微粒子、メソポーラスシリカ粒子、又は、メソポーラスシリカ繊維となるが、本発明の目的に反しない限り、これらの形状以外の形状であってもかまわない。   Preferably, the complex is formed by forming a film on the substrate of the “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution”, and adding the surfactant to the silica sol solution. The “solution obtained” may be formed by spray drying to form fine particles having a diameter of 1 μm or less, or the “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” can be obtained by further stirring. The precipitate may be formed by filtering and collecting to form particles, or the above-mentioned “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” is spun into a short fiber. May be formed. Therefore, the mesoporous silica structure produced in the present invention becomes a mesoporous silica film, mesoporous silica fine particles, mesoporous silica particles, or mesoporous silica fibers depending on the shape of the composite, as long as it is not contrary to the object of the present invention. The shape may be other than these shapes.

前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」は、好ましくは、スピンコーティング法、ディップコーティング法、又は、スプレーコーティング法により基板上に成膜される。前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」をスピンコーティング法、ディップコーティング法、又は、スプレーコーティング法により基板上に成膜すると、膜厚の制御がしやすく、比較的大きな面積の塗布がしやすく、しかも、製造プロセスにおける生産性が良い。本発明においては、塗布する溶液の粘度等の物理的性質、必要とされる膜厚等に応じて、最適な塗布方法を用いる。   The “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” is preferably formed on a substrate by a spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method. When the “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” is formed on a substrate by a spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method, it is easy to control the film thickness and has a relatively large area. Is easy to apply, and the productivity in the manufacturing process is good. In the present invention, an optimum coating method is used according to physical properties such as the viscosity of the solution to be coated, the required film thickness, and the like.

本発明において用いられる界面活性剤は、好ましくは、非イオン界面活性剤である。非イオン界面活性剤は、好ましくは、疎水性成分として炭化水素基を有し、親水性成分としてポリエチレンオキシド鎖を有するポリエチレンオキシド系非イオン界面活性剤であるが、特に好ましくは、複数のポリアルキレンオキシド鎖を有するブロックコポリマー、例えば、エチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)のブロックコポリマーで構成される非イオン界面活性剤である。エチレンオキシド(EO)とプロピレンオキシド(PO)のブロックコポリマーで構成される非イオン界面活性剤を用いると、メソポーラスシリカ構造体の細孔の体積が大きくなり、そのために、空隙率を大きくすることができる。   The surfactant used in the present invention is preferably a nonionic surfactant. The nonionic surfactant is preferably a polyethylene oxide nonionic surfactant having a hydrocarbon group as a hydrophobic component and a polyethylene oxide chain as a hydrophilic component, and particularly preferably a plurality of polyalkylenes. A nonionic surfactant composed of a block copolymer having an oxide chain, for example, a block copolymer of ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO). When a nonionic surfactant composed of a block copolymer of ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) is used, the pore volume of the mesoporous silica structure is increased, and therefore the porosity can be increased. .

前記エチレンオキシドとプロピレンオキシドのブロックコポリマーとしては、次の一般式
(EO)x(PO)y(EO)x
(式中、x,yは、それぞれ、EO、POの繰り返し個数を表しており、好ましくは、5≦x≦110、及び、20≦y≦90であるが、さらに好ましくは、10≦x≦30、及び、30≦y≦70である。)
で表されるトリブロックコポリマーがあげられる。
The block copolymer of ethylene oxide and propylene oxide includes the following general formula (EO) x (PO) y (EO) x
(Wherein x and y represent the number of repetitions of EO and PO, respectively, preferably 5 ≦ x ≦ 110 and 20 ≦ y ≦ 90, more preferably 10 ≦ x ≦ 30 and 30 ≦ y ≦ 70.)
The triblock copolymer represented by these is mention | raise | lifted.

本発明におけるプラズマ処理は、好ましくは、酸素雰囲気下において施される。このように、プラズマ処理を酸素雰囲気下において施すと、界面活性剤を酸素で酸化して分解することができるので、より効果的に界面活性剤を除去することができる。ここでいう「酸素雰囲気」とは、酸素を含む雰囲気を意味するものとし、酸素以外の気体が含まれていてもよい。   The plasma treatment in the present invention is preferably performed in an oxygen atmosphere. As described above, when the plasma treatment is performed in an oxygen atmosphere, the surfactant can be oxidized and decomposed with oxygen, so that the surfactant can be more effectively removed. Here, the “oxygen atmosphere” means an atmosphere containing oxygen, and may contain a gas other than oxygen.

本発明におけるプラズマ処理は、好ましくは、10Torr以下の低圧条件下において施される。このように、プラズマ処理を10Torr以下の低圧条件下において施すと、より短い時間で界面活性剤を除去することができるので、生産性を向上させることができ、しかも、メソポーラスシリカ構造体の収縮又は破壊を起こす可能性を低くすることができる。界面活性剤を十分に除去するために必要なプラズマ処理時間は、処理中の圧力条件によって異なる。処理時間を次の表2に示す。   The plasma treatment in the present invention is preferably performed under a low pressure condition of 10 Torr or less. As described above, when the plasma treatment is performed under a low pressure condition of 10 Torr or less, the surfactant can be removed in a shorter time, so that the productivity can be improved and the shrinkage of the mesoporous silica structure or The possibility of causing destruction can be reduced. The plasma processing time required to sufficiently remove the surfactant varies depending on the pressure conditions during processing. The processing time is shown in Table 2 below.

Figure 0004868432
Figure 0004868432

一方、プラズマ処理時間が長くなると、圧力条件にかかわらずメソポーラスシリカ構造体の収縮あるいは破壊を起こす可能性が高くなる。図2は、プラズマ処理時間と膜厚比(処理後/処理前)との関係を示すグラフである。図2より、プラズマ処理時間がおおむね2分を超えると膜厚が著しく減少しているので、メソポーラスシリカ構造体が収縮又は破壊しているといえる。したがって、2分程度以下のプラズマ処理を行えば、メソポーラス構造を損なわずに活性剤を除去できる可能性が高いので、本発明においては、前述のとおり、圧力条件は、10Torr以下であればよいが、より好ましくは、2Torr以下である。   On the other hand, when the plasma treatment time is long, the possibility of causing contraction or destruction of the mesoporous silica structure increases regardless of the pressure condition. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the plasma treatment time and the film thickness ratio (after treatment / before treatment). From FIG. 2, it can be said that the mesoporous silica structure is contracted or broken because the film thickness is remarkably reduced when the plasma treatment time exceeds approximately 2 minutes. Therefore, if the plasma treatment is performed for about 2 minutes or less, there is a high possibility that the activator can be removed without impairing the mesoporous structure. Therefore, in the present invention, as described above, the pressure condition may be 10 Torr or less. More preferably, it is 2 Torr or less.

本発明のメソポーラスシリカ構造体の製造方法により製造されたメソポーラスシリカ構造体は、従来のように溶媒を除去した複合体を高温で焼成して界面活性剤を除去する必要がないので、空隙率が高く、しかも、機械強度に優れている。   Since the mesoporous silica structure produced by the method for producing a mesoporous silica structure of the present invention does not need to remove the surfactant by baking the composite from which the solvent has been removed at a high temperature as in the prior art, the porosity is low. High and excellent in mechanical strength.

図3に示されているように、本発明の液晶素子10は、一対の基板1,7の間に、光吸収層2と、前記メソポーラスシリカ構造体からなる層3と、電極層4と、光の透過率を制御する液晶層5と、電極層6とを順次有している。ところで、前記メソポーラスシリカ構造体は、中空細孔を有しているので、母体材料よりも屈折率が低下したものとなる。したがって、このようなメソポーラスシリカ構造体を有している本発明の液晶素子10は、液晶層5とメソポーラスシリカ構造体からなる層3との界面で光が効率よく反射されて液晶層5からの散乱光を効率良く取り出すことが可能になり、そのために、高精細化に適したものとなる。   As shown in FIG. 3, the liquid crystal element 10 of the present invention includes a light absorption layer 2, a layer 3 made of the mesoporous silica structure, an electrode layer 4, between a pair of substrates 1 and 7. A liquid crystal layer 5 for controlling light transmittance and an electrode layer 6 are sequentially provided. By the way, since the mesoporous silica structure has hollow pores, the refractive index is lower than that of the base material. Therefore, in the liquid crystal element 10 of the present invention having such a mesoporous silica structure, light is efficiently reflected at the interface between the liquid crystal layer 5 and the layer 3 made of the mesoporous silica structure. Scattered light can be extracted efficiently, and is therefore suitable for high definition.

以下、実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
オルトケイ酸テトラエチル(以下、「TEOS」という。):水:エタノール:塩酸がモル比で1:5:5:0.02〜0.1となる混合溶液を50℃に加熱しながら3時間攪拌した。この混合溶液に界面活性剤としてポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシドブロック共重合体(EO−b−PO−b−EO)のエタノール溶液を加えて攪拌した後に1時間放置してシリカゾル溶液を得た。最終的なシリカゾル溶液の組成は、TEOS:水:エタノール:塩酸:(EO−b−PO−b−EO)はモル比で1:5:36:0.02〜0.1:0.01であった。このシリカゾル溶液を石英基板にスピンコーティング法により成膜した後、110℃のホットプレート上で乾燥させて、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体を形成した。このようにして形成された複合体に、常圧の酸素雰囲気下において8分間プラズマ処理を施して、膜状のメソポーラスシリカ構造体を得た。このようにして得た膜状のメソポーラスシリカ構造体の厚みは、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体の厚み280nmに対して、266nmであった。また、この膜状のメソポーラスシリカ構造体の屈折率を測定し、その値から空隙率を算出したところ、空隙率は約47%であった。
Example 1
Tetraethyl orthosilicate (hereinafter referred to as “TEOS”): water: ethanol: hydrochloric acid in a molar ratio of 1: 5: 5: 0.02-0.1 was stirred for 3 hours while heating to 50 ° C. . To this mixed solution, an ethanol solution of polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide block copolymer (EO-b-PO-b-EO) was added as a surfactant and stirred, and then allowed to stand for 1 hour to obtain a silica sol solution. . The final composition of the silica sol solution was TEOS: water: ethanol: hydrochloric acid: (EO-b-PO-b-EO) at a molar ratio of 1: 5: 36: 0.02-0.1: 0.01. there were. This silica sol solution was formed on a quartz substrate by a spin coating method and then dried on a hot plate at 110 ° C. to form a composite made of a silica film in which a surfactant was dispersed. The composite formed in this manner was subjected to plasma treatment for 8 minutes under an atmospheric pressure of oxygen to obtain a film-like mesoporous silica structure. The film-like mesoporous silica structure thus obtained had a thickness of 266 nm with respect to a thickness of 280 nm of the composite made of the silica film in which the surfactant was dispersed. Further, when the refractive index of this membranous mesoporous silica structure was measured and the porosity was calculated from the measured value, the porosity was about 47%.

(実施例2)
実施例1と同様に形成した界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体に、2Torrの酸素雰囲気下(酸素100%)で2分間プラズマ処理を施して、膜状のメソポーラスシリカ構造体を得た。このようにして得た膜状のメソポーラスシリカ構造体の厚みは、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体の厚み280nmに対して、275nmであり、実施例1で得たものよりも厚みの減少が少なかった。また、この膜状のメソポーラスシリカ構造体の屈折率を測定し、その値から空隙率を算出したところ、空隙率は約49%であった。
(Example 2)
A composite made of a silica film in which a surfactant dispersed in the same manner as in Example 1 was subjected to plasma treatment for 2 minutes in an oxygen atmosphere of 2 Torr (oxygen 100%) to obtain a film-like mesoporous silica structure. Obtained. The thickness of the mesoporous silica structure thus obtained is 275 nm with respect to the thickness of 280 nm of the composite made of the silica film in which the surfactant is dispersed, which is larger than that obtained in Example 1. There was little decrease in thickness. Further, when the refractive index of this membranous mesoporous silica structure was measured and the porosity was calculated from the measured value, the porosity was about 49%.

(実施例3)
TEOS:水:エタノール:塩酸がモル比で1:5:5:0.02〜0.1となる混合溶液を70℃に加熱しながら3時間攪拌した以外は、実施例1と同様にして、膜状のメソポーラスシリカ構造体を得た。このようにして得た膜状のメソポーラスシリカ構造体の厚みは、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体の厚み280nmに対して、260nmであり、実施例1で作製したものよりも、厚みの減少が大きかった。また、この膜状のメソポーラスシリカ構造体の屈折率を測定し、その値から空隙率を算出したところ、空隙率は約45%であった。
(Example 3)
Except that the mixed solution of TEOS: water: ethanol: hydrochloric acid in a molar ratio of 1: 5: 5: 0.02-0.1 was stirred for 3 hours while heating at 70 ° C., the same as in Example 1, A film-like mesoporous silica structure was obtained. The thickness of the mesoporous silica structure thus obtained was 260 nm with respect to the thickness of 280 nm of the composite composed of the silica film in which the surfactant was dispersed, which was larger than that produced in Example 1. The decrease in thickness was great. Further, when the refractive index of this membranous mesoporous silica structure was measured and the porosity was calculated from the measured value, the porosity was about 45%.

(実施例4)
実施例1と同様に作成したシリカゾル溶液に疎水化処理剤としてトリメチルクロロシランをTEOSに対しモル比で0.03添加してこれを10分間攪拌した。この疎水化処理剤を添加したシリカゾル溶液を石英基板にスピンコーティング法により成膜した後、110℃のホットプレート上で乾燥させて、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体を形成した。このようにして形成された複合体に2Torrの酸素雰囲気下において2分間プラズマ処理を施して、膜状のメソポーラスシリカ構造体を得た。このようにして得た膜状のメソポーラスシリカ構造体の厚みは、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体の厚み280nmに対して、280nmであり、界面活性剤の除去による膜の収縮は全く起こっていなかった。また、この膜状のメソポーラスシリカ構造体の屈折率を測定し、その値から空隙率を算出したところ、空隙率は約54%であった。さらに、この膜状のメソポーラスシリカ構造体を気温25℃、湿度50%の室内に一週間放置した後に、同様に評価を行ったが、膜厚と空隙率に変化は見られなかった。
Example 4
Trimethylchlorosilane as a hydrophobizing agent was added in a molar ratio of 0.03 to TEOS in a silica sol solution prepared in the same manner as in Example 1 and stirred for 10 minutes. The silica sol solution to which the hydrophobizing agent was added was formed on a quartz substrate by spin coating, and then dried on a hot plate at 110 ° C. to form a composite made of a silica film in which a surfactant was dispersed. . The composite thus formed was subjected to plasma treatment for 2 minutes in an oxygen atmosphere of 2 Torr to obtain a film-like mesoporous silica structure. The thickness of the mesoporous silica structure thus obtained is 280 nm with respect to the thickness of 280 nm of the composite composed of the silica film in which the surfactant is dispersed, and the shrinkage of the film due to the removal of the surfactant. Was not happening at all. Further, the refractive index of this membranous mesoporous silica structure was measured, and the porosity was calculated from the measured value. As a result, the porosity was about 54%. Further, this film-like mesoporous silica structure was allowed to stand in a room with an air temperature of 25 ° C. and a humidity of 50% for one week and then evaluated in the same manner. However, no change was observed in the film thickness and the porosity.

(実施例5)
実施例2と同様に形成した膜状のメソポーラスシリカ構造体の上にインジウムスズ酸化物(ITO)をスパッタリングで成膜して石英基板、メソポーラスシリカ層、及び、透明電極を順次有する積層体を形成した。但し、前記石英基板には、予め、石英基板の上面にブラックマトリクス(CFPR BK−730S T−4、東京応化社製)をスピンコートし、これにUV照射をした後、焼成して硬化したものを用いた。そして、図3に示されているように、この積層体の透明電極上に高分子分散液晶で構成される約30μm厚の液晶層、ITOで構成される透明電極、及び、石英基板を順次積層して液晶素子を得た。次に、このようにして得た液晶素子の反射率を評価するために、視認面の法線方向に受光部を置き、その法線から30°傾斜させた方向から白色光源を当てたときの受光部への反射光を測定した。これと同条件で標準白色板を測定した反射強度を100%として試料への反射強度の比を反射率とした。その結果、液晶素子の反射率は、約33%であった。
(Example 5)
Indium tin oxide (ITO) is formed by sputtering on the membranous mesoporous silica structure formed in the same manner as in Example 2 to form a laminate having a quartz substrate, a mesoporous silica layer, and a transparent electrode in this order. did. However, the quartz substrate was previously spin-coated with a black matrix (CFPR BK-730S T-4, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) on the upper surface of the quartz substrate, and this was irradiated with UV, then baked and cured. Was used. Then, as shown in FIG. 3, an approximately 30 μm-thick liquid crystal layer composed of polymer dispersed liquid crystal, a transparent electrode composed of ITO, and a quartz substrate are sequentially laminated on the transparent electrode of this laminate. Thus, a liquid crystal element was obtained. Next, in order to evaluate the reflectance of the liquid crystal element thus obtained, when the light receiving part is placed in the normal direction of the viewing surface and a white light source is applied from a direction inclined by 30 ° from the normal line The reflected light to the light receiving part was measured. The reflection intensity measured on a standard white plate under the same conditions as 100% was taken as the reflectance ratio. As a result, the reflectance of the liquid crystal element was about 33%.

(比較例1)
複合体に400℃のオーブンで加熱処理を施して界面活性剤を分解除去した以外は、実施例1と同様にして、膜状のメソポーラスシリカ構造体を得た。このようにして得た膜状のメソポーラスシリカ構造体の厚みは、界面活性剤を分散させたシリカ膜よりなる複合体の厚み280nmに対して、254nmであり、高温処理により膜厚が著しく減少していた。また、この膜状のメソポーラスシリカ構造体の屈折率を測定し、その値から空隙率を算出したところ、空隙率は約45%であった。
(Comparative Example 1)
A film-like mesoporous silica structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composite was subjected to heat treatment in an oven at 400 ° C. to decompose and remove the surfactant. The thickness of the mesoporous silica structure thus obtained is 254 nm with respect to the thickness of 280 nm of the composite composed of the silica film in which the surfactant is dispersed, and the film thickness is remarkably reduced by the high temperature treatment. It was. Further, when the refractive index of this membranous mesoporous silica structure was measured and the porosity was calculated from the measured value, the porosity was about 45%.

(比較例2)
比較例1で得た膜状のメソポーラスシリカ構造体を用いて、実施例5と同様にして、液晶素子を得た。このようにして得た液晶素子の反射率を実施例5と同様にして測定したところ、その反射率は、約25%であった。
(Comparative Example 2)
A liquid crystal element was obtained in the same manner as in Example 5 using the membranous mesoporous silica structure obtained in Comparative Example 1. The reflectance of the liquid crystal element thus obtained was measured in the same manner as in Example 5. As a result, the reflectance was about 25%.

アルコキシシランを加水分解させる溶媒のpHとメソポーラスシリカ構造体の屈折率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between pH of the solvent which hydrolyzes alkoxysilane, and the refractive index of a mesoporous silica structure. プラズマ処理時間と膜厚比(処理後/処理前)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between plasma processing time and film thickness ratio (after processing / before processing). メソポーラスシリカ構造体を有する液晶素子である。It is a liquid crystal element having a mesoporous silica structure.

1,7 基板
2 光吸収層
3 メソポーラスシリカ構造体からなる層
4,6 電極層
5 液晶層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,7 Substrate 2 Light absorption layer 3 Layer made of mesoporous silica structure 4,6 Electrode layer 5 Liquid crystal layer

Claims (12)

(イ)シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液で複合体を形成する工程と、(ロ)前記複合体から溶媒を除去する工程と、(ハ)前記溶媒を除去した複合体にプラズマ処理を施して前記界面活性剤を分解除去する工程と、を順次有するメソポーラスシリカ構造体の製造方法において、前記シリカゾル溶液が、溶媒中においてオルトケイ酸テトラエチル、又は、オルトケイ酸テトラメチルを酸性触媒の存在下に35℃〜70℃の温度で60分〜300分間にわたって加水分解反応をさせて得たシリカゾル溶液であることを特徴とするメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 (B) a step of forming a complex with a solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution, (b) a step of removing the solvent from the complex, and (c) a complex from which the solvent has been removed. And a step of decomposing and removing the surfactant by performing plasma treatment , wherein the silica sol solution is obtained by using tetraethyl orthosilicate or tetramethyl orthosilicate as an acidic catalyst in a solvent. A method for producing a mesoporous silica structure, which is a silica sol solution obtained by a hydrolysis reaction at a temperature of 35 ° C to 70 ° C for 60 minutes to 300 minutes. 前記溶媒のpHが、2以下であることを特徴とする請求項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The method for producing a mesoporous silica structure according to claim 1 , wherein the solvent has a pH of 2 or less. 前記シリカゾル溶液中に疎水化処理剤を添加して、メソポーラスシリカ構造体のシリカ細孔表面を疎水化することを特徴とする請求項1又は2に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The method for producing a mesoporous silica structure according to claim 1 or 2 , wherein a hydrophobizing agent is added to the silica sol solution to hydrophobize the silica pore surface of the mesoporous silica structure. 前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」を基板上に成膜することにより複合体を形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 Mesoporous silica according to any one of claims 1 to 3, characterized in that to form a complex by forming said "silica sol solution a surfactant obtained by adding to the solution" to the substrate Manufacturing method of structure. 前記「シリカゾル溶液に界面活性剤を添加して得た溶液」をスピンコーティング法、ディップコーティング法、又は、スプレーコーティング法により基板上に成膜することを特徴とする請求項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 5. The mesoporous silica according to claim 4 , wherein the “solution obtained by adding a surfactant to a silica sol solution” is formed on a substrate by a spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method. Manufacturing method of structure. 前記メソポーラスシリカ構造体が、メソポーラスシリカ膜であることを特徴とする請求項4又は5に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The method for producing a mesoporous silica structure according to claim 4 or 5 , wherein the mesoporous silica structure is a mesoporous silica film. 前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The surfactant, manufacturing method of mesoporous silica structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the nonionic surfactant. 前記非イオン界面活性剤が、ブロックコポリマーで構成されていることを特徴とする請求項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The method for producing a mesoporous silica structure according to claim 7 , wherein the nonionic surfactant is composed of a block copolymer. 前記ブロックコポリマーが、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとのブロックコポリマーであることを特徴とする請求項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The method for producing a mesoporous silica structure according to claim 8 , wherein the block copolymer is a block copolymer of polyethylene oxide and polypropylene oxide. 前記プラズマ処理が、酸素雰囲気下において施されることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The plasma processing method of producing a mesoporous silica structure according to any one of claims 1 to 9, characterized in that applied in an oxygen atmosphere. 前記プラズマ処理が、10Torr以下の低圧条件下において施されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 The plasma processing method of producing a mesoporous silica structure according to any one of claims 1 to 10, characterized in that applied in the following low pressure conditions 10 Torr. 前記プラズマ処理を施して界面活性剤を分解除去したメソポーラスシリカ構造体の細孔表面に疎水化処理を施すことを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のメソポーラスシリカ構造体の製造方法。 Mesoporous silica structure according to any one of claims 1 to 11, wherein applying a hydrophobic treatment to the pore surfaces of the plasma treatment performed mesoporous silica structure the surfactant was decomposed and removed by Production method.
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