JP6699027B2 - Heat resistant gas barrier coating - Google Patents

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本発明は、耐熱ガスバリア性被覆物に関するものであり、さらに詳しくは、異方性を持ち(a)最も大きな面積を持つ面の対角長さと厚さの比が20以上1000以下、(b)最も大きな面積を持つ面の対角長さが100nm以上5000nm以下、(c)厚さが1nm以上20nm以下、(d)アルミナ粒子の表面がシリカで被覆されていることの全てを満たす板状のアルミナ粒子で被覆されているガスバリア性被覆物であり、高温安定性に優れなおかつ従来を超えるガスバリア性を持つ耐熱ガスバリア性被覆物を提供すること及び、耐熱ガスバリア性の付与方法に関する。 The present invention relates to a heat-resistant gas barrier coating, and more specifically, it has anisotropy (a) a ratio of diagonal length to thickness of a surface having the largest area of 20 or more and 1000 or less, (b). A plate-like member satisfying all the requirements that the diagonal length of the surface having the largest area is 100 nm or more and 5000 nm or less, (c) the thickness is 1 nm or more and 20 nm or less, and (d) the surface of the alumina particles is coated with silica. The present invention relates to a gas barrier coating coated with alumina particles, which is excellent in high-temperature stability and has a gas barrier that exceeds conventional ones, and a method for imparting the heat resistant gas barrier.

ステンレス鋼に代表される金属部材は成形加工性や高い耐熱性を有していることから、触媒の支持体など高温下での使用される部材として広く採用されている。しかし、高温下では酸化、腐食が進行しやすく、耐環境性の向上を目的とする研究開発が行われている。
例えば金属アルコキシドを加水分解し重縮合反応を経て金属酸化物ゾル溶液を作製し、ステンレス基板にコーティングして保護被膜を形成することにより耐酸化性や耐腐食性を改善する試みが報告されている。このゾルゲル法はセラミックスコーティングとしてPVD、CVDや溶射法などと比べると、大面積で複雑形状の基板に均一に塗布できることや、組成の制御が分子レベルでできることの他、初期に投資する設備投資が低く安価で製膜することができる。
また、電子材料分野では、空気にさらされることで機能低下や腐食が進行することを予防する為、空気を透過しないガスバリア性を持つ部材で表面を覆い耐久性を向上させる取り組みが多数行われている。
Since metal members typified by stainless steel have moldability and high heat resistance, they are widely adopted as members used at high temperatures such as catalyst supports. However, at high temperatures, oxidation and corrosion are likely to proceed, and research and development aimed at improving environmental resistance is being carried out.
For example, an attempt has been made to improve oxidation resistance and corrosion resistance by hydrolyzing a metal alkoxide and preparing a metal oxide sol solution through a polycondensation reaction and coating it on a stainless steel substrate to form a protective film. .. Compared to PVD, CVD, thermal spraying, etc. as a ceramic coating, this sol-gel method can be applied uniformly to a substrate with a large area and a complicated shape, the composition can be controlled at the molecular level, and the initial capital investment is required. It is low and inexpensive and can be formed into a film.
In addition, in the field of electronic materials, many efforts have been made to improve durability by covering the surface with a member having a gas barrier property that does not permeate air in order to prevent deterioration of function and corrosion from progressing due to exposure to air. There is.

例えば非特許文献1では、アルミニウムアルコキシドを硝酸酸性条件下で加水分解・重縮合させて得られたアルミナゲルをステンレス(SUS304)板に塗布し焼成して高温下での耐酸化成を向上することが記載されている。
しかし、塗布液として得られたアルミナゲルは、水酸化アルミニウムの1種(Akdalaite)で多数の水酸基を保有しており、このアルミナゲルをステンレス基板上にコーティングし形成されたアルミナ膜は、加熱処理時に水酸基同士の脱水反応により膜の収縮が非常に大きく、基板との熱膨張の差により亀裂や剥離が発生するなどの問題があり、工業的に使用するには、解決すべき多くの課題がある。
For example, in Non-Patent Document 1, alumina gel obtained by hydrolyzing and polycondensing aluminum alkoxide under acidic conditions of nitric acid is applied to a stainless (SUS304) plate and baked to improve oxidation resistance at high temperature. Have been described.
However, the alumina gel obtained as a coating solution contains a large number of hydroxyl groups, which is one kind of aluminum hydroxide (Akdalaite), and the alumina film formed by coating this alumina gel on a stainless steel substrate is heat treated. Sometimes the shrinkage of the film is very large due to the dehydration reaction of the hydroxyl groups, and there are problems such as cracks and peeling due to the difference in thermal expansion from the substrate, and there are many problems to be solved for industrial use. is there.

特許文献1では、10〜100nmのα−Al2O3微粒子とγ−Al2O3あるいはベーマイトの混合体から平均細孔径が2〜50nmで気孔率30〜40%のα−Al2O3膜を作成する方法が提案されている。しかし、前記手法では多孔質膜が形成され、微細な細孔を持つことから酸素のバリア性を持たず、基材の耐熱性を特段に向上させる被膜として用いるには難がある。 Patent Document 1 proposes a method of forming an α-Al2O3 film having an average pore diameter of 2 to 50 nm and a porosity of 30 to 40% from a mixture of α-Al2O3 fine particles of 10 to 100 nm and γ-Al2O3 or boehmite. There is. However, the above-mentioned method forms a porous film and has fine pores, so that it does not have an oxygen barrier property and is difficult to be used as a coating film that particularly improves the heat resistance of the substrate.

特許文献2では、特定のステンレスを熱処理して金属酸化物を表面に析出させ、その上に不定形のアルミナを固定した触媒が提案されているが、実施するには基材のステンレスに特定の量のモリブデンを添加して合金を作成する及び、アルミナ被覆前に熱処理を行い多孔質金属酸化物被膜を析出させる必要があり、特定の量のモリブデンを添加し熱処理を行わなければ効果が無いことから、広く一般に適用するには多くの課題がある。 Patent Document 2 proposes a catalyst in which a specific stainless steel is heat-treated to deposit a metal oxide on the surface, and amorphous alumina is fixed on the surface. It is necessary to add an amount of molybdenum to make an alloy, and to heat-treat before alumina coating to deposit a porous metal oxide film. There is no effect unless a specific amount of molybdenum is added and heat treatment is performed. Therefore, there are many problems in widespread application.

以上のように、工業的に利用可能な密着性、強度及び、ガスバリア性を金属酸化物の被覆により実現するには、公知の手法では解決すべき多数の課題が有り、高い耐酸化特性、耐酸化腐食特性を付与することができる部材が要請されている。 As described above, in order to realize industrially applicable adhesion, strength, and gas barrier property by coating with a metal oxide, there are many problems to be solved by known methods, and high oxidation resistance and acid resistance are required. There is a demand for members capable of imparting chemical corrosion properties.

このような状況の中で本発明者らは、上記技術に鑑みて、上述の高耐環境性を付与する表面処理を開発することを目標として鋭意検討を重ねた結果、特定の形状を持ちシリカで表面を被覆した板状のアルミナ粒子を使用した高緻密・高バリア性の膜を基材表面に焼結することにより、高い耐熱ガスバリア性および、透明性を有した部材となることを見い出し、本発明を完成するに至った。 In such a situation, the inventors of the present invention, in view of the above technique, have conducted intensive studies with the goal of developing a surface treatment that imparts the above-mentioned high environmental resistance, and as a result, have a specific shape of silica. By sintering a high-density, high-barrier film using plate-shaped alumina particles whose surface is coated with, on the surface of the base material, it was found that the member has high heat-resistant gas barrier properties and transparency, The present invention has been completed.

特開2005−305342JP, 2005-305342, A 特開平11−156194JP-A-11-156194

日本金属学会誌第55巻第12号(1991)1345−1352Journal of the Japan Institute of Metals, Vol. 55, No. 12 (1991) 1345-1352

従来に無い耐熱ガスバリア性被覆物を提供する。 Provided is a heat resistant gas barrier coating that has never been seen before.

前記課題を解決するための手段は、
(1)耐熱ガスバリア性被覆物において、異方性を持ち次の(a)〜(d)全てを満たす板状の形状を持つアルミナ粒子で表面が被覆されていることを特徴とする被覆物。
(a)最も大きな面積を持つ面の対角長さと厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子がシリカで表面を被覆されている
(2)(1)記載の耐熱ガスバリア性被覆物が、金属、炭化ケイ素、窒化チタン、炭素のいずれか一つ以上の表面を、被覆したものであることを特徴とする被覆物。
(3)(1)記載の被覆が、アルミナ粒子をシリカで被覆した分散液を準備する工程、分散液を表面に塗布する工程と、100℃以上1400℃以下で焼結させる工程の全てを含むことを特徴とする耐熱ガスバリア性被覆物の製造方法。
(4)(1)記載のアルミナが、ベーマイト、ギブサイト、バイヤライト、γ、θ、δ型のアルミナの少なくとも1種以上から成ることを特徴とする耐熱ガスバリア性被覆物。
(5)異方性を持ち、次の(a)〜(d)全てを満たす板状の形状を持つアルミナ粒子で表面を被覆することを特徴とする、耐熱ガスバリア性の付与方法である。
(a)最も大きな面積を持つ面の対角長さと厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子の表面がシリカで被覆されている
Means for solving the above problems,
(1) A heat-resistant gas barrier coating, wherein the surface is coated with alumina particles having anisotropy and having a plate-like shape that satisfies all of the following (a) to (d).
(A) The ratio of the diagonal length to the thickness of the surface having the largest area is 20 or more and 1000 or less (b) The diagonal length of the surface having the largest area is 100 nm or more and 5000 nm or less (c) The thickness is 1 nm or more 20 nm or less (d) The surface of the heat resistant gas barrier coating according to (2) or (1) in which the alumina particles are coated with silica on one or more surfaces of metal, silicon carbide, titanium nitride and carbon, A coated article, which is a coated article.
(3) The coating described in (1) includes all of a step of preparing a dispersion liquid in which alumina particles are coated with silica, a step of applying the dispersion liquid to the surface, and a step of sintering at 100° C. or higher and 1400° C. or lower. A method for producing a heat resistant gas barrier coating, comprising:
(4) A heat resistant gas barrier coating which is characterized in that the alumina described in (1) comprises at least one of boehmite, gibbsite, bayerite, γ, θ and δ type alumina.
(5) A method for imparting a heat resistant gas barrier property, which comprises coating the surface with alumina particles having anisotropy and having a plate-like shape satisfying all of the following (a) to (d).
(A) The ratio of the diagonal length to the thickness of the surface having the largest area is 20 or more and 1000 or less (b) The diagonal length of the surface having the largest area is 100 nm or more and 5000 nm or less (c) The thickness is 1 nm or more 20 nm or less (d) The surface of alumina particles is coated with silica

耐熱ガスバリア性被覆物において、異方性を持ち次の(a)〜(d)全てを満たす板状の形状を持つ金属酸化物粒子で表面を被覆することで、基材への密着性が高く、ガスバリア性が高いことにより、従来に無い高い耐熱性被覆物を提供することが出来る。
(a)最も大きな面積を持つ面の対角長さと厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子がシリカで表面を被覆されている
金属、炭化ケイ素、窒化チタン、炭素のいずれか一つ以上の表面を、前記アルミナ粒子で被覆することにより、従来に無い透明なガスバリア性被膜を持つ耐熱性被覆物を簡便に提供することが出来る。前記の被覆が、アルミナ粒子をシリカで被覆した分散液を準備する工程、分散液を表面に塗布する工程と、100℃以上1400℃以下で焼結させる工程の全てを含むことにより、簡便に耐熱ガスバリア性被覆物を製造することが出来る。前記アルミナが、ベーマイト、ギブサイト、バイヤライト、γ、θ、δ型のアルミナの少なくとも1種以上から成ることにより、格段の耐熱性を付与することができる。異方性を持ち、次の(a)〜(d)全てを満たす形状を持つアルミナ粒子で表面を被覆することによる、従来に無い高いガスバリア性を付与する方法を提供することが出来る。
(a)最も大きな面積を持つ面の対角長さと厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子がシリカで表面を被覆されている
本発明は、特定の形状を持つシリカで表面を被覆したアルミナ粒子で緻密でガスバリア性の高い被膜で基材を被覆することにより、これまで使用できなかった温度域での使用が可能になるばかりではなく、使用耐久性時間が大幅に向上することにより広く産業の発展に寄与することが出来る。具体的には、金属の表面に被覆を行うことにより基材の酸化による熱劣化を抑制し、変色等の表面の変化を防止することができ、炭化物表面に被覆を行うことにより酸化による重量減少を抑制することができ、これらの基材の高温環境下での耐久性を大幅に向上させることができる。
In the heat resistant gas barrier coating, by coating the surface with metal oxide particles having anisotropy and having a plate-like shape satisfying all of the following (a) to (d), the adhesion to the substrate is high. In addition, due to its high gas barrier property, it is possible to provide a highly heat-resistant coating material that has never been seen before.
(A) The ratio of the diagonal length to the thickness of the surface having the largest area is 20 or more and 1000 or less (b) The diagonal length of the surface having the largest area is 100 nm or more and 5000 nm or less (c) The thickness is 1 nm or more 20 nm or less (d) Alumina particles whose surface is covered with silica. A transparent gas barrier which has never been obtained by coating one or more surfaces of metal, silicon carbide, titanium nitride and carbon with the alumina particles. It is possible to simply provide a heat resistant coating having a conductive coating. Since the coating includes all of the steps of preparing a dispersion in which alumina particles are coated with silica, coating the dispersion on the surface, and sintering at 100°C or more and 1400°C or less, heat resistance is simplified. Gas barrier coatings can be produced. When the alumina is composed of at least one of boehmite, gibbsite, bayerite, γ, θ, and δ-type alumina, it is possible to impart marked heat resistance. It is possible to provide a method of imparting an unprecedentedly high gas barrier property by coating the surface with alumina particles having anisotropy and having a shape satisfying all of the following (a) to (d).
(A) The ratio of the diagonal length to the thickness of the surface having the largest area is 20 or more and 1000 or less (b) The diagonal length of the surface having the largest area is 100 nm or more and 5000 nm or less (c) The thickness is 1 nm or more The present invention in which the alumina particles having a diameter of 20 nm or less (d) are coated with silica is covered by coating the substrate with a dense and highly gas-barrier coating of alumina particles having a specific shape. Not only can it be used in a temperature range that could not be used until now, but it can also contribute to widespread industrial development by greatly improving the service life time. Specifically, by coating the surface of metal, it is possible to suppress thermal deterioration due to oxidation of the base material and prevent surface changes such as discoloration.By coating the surface of carbide, weight loss due to oxidation can be reduced. Can be suppressed, and the durability of these base materials in a high temperature environment can be significantly improved.

図1は、実施例1の耐熱性被覆物粒子を3万倍に拡大したSEM写真であり、写真の1目盛は100nmを示す。FIG. 1 is a SEM photograph in which the heat-resistant coating particles of Example 1 are magnified 30,000 times, and one scale of the photograph shows 100 nm.

本発明を構成する板状のアルミナ粒子は、1次粒子として結晶の大部分(おおよそ8割以上)が6角形の板状の異方性を持ち、分散液にあっては、アルミナ粒子が分散している状態を維持できる範囲において1次粒子の一部が凝集して2次粒子を形成することができ、最も大きな面積を持つ面の平均対角長さ(長辺とも称する)と平均厚さ(短辺とも称する)の比は(アスペクト比とも称する)、20~1000であり、好ましい平均アスペクト比は、30〜900である。アルミナ粒子の平均アスペクト比が20未満の場合は、粒子の自己組織化による配向性が低く、ガスバリア性を発現する緻密な膜が得られず、粒子の平均アスペクト比が1000を超えると透明性を持たず膜中に亀裂が発生しやすく緻密な膜が得られないため好ましくない。また、異方性を持たない形状のアルミナ粒子は、配向性を持たないことから膜中に亀裂が発生しやすく強度の高い緻密な膜が得られず、ガスバリア性の高い被膜が得られないため好ましくない。本発明でいう異方性を持つとは、粒子の最も大きな面積を持つ面の平均対角長さと厚さが異なっているものを意味し、辺を持たない球状や、全ての辺の長さが等しい正三角錐や正方形等の形状は含まれない。また、本発明でいう配向性を持つとは、異方性を持つ粒子の大部分が基材上に等しい特定の面を一定方向に向けて配置している状態を意味し、粒子の向きが基材上に無規則に配置されている状態は含まれない。異方性や配向性を持つことは、公知の走査型電子顕微鏡(SEMとも称する)を用いて3万倍程度に耐熱ガスバリア性被覆物の表面または、被覆に用いる分散液を拡大して観察することで確認することができる。 In the plate-like alumina particles constituting the present invention, most of the crystals as primary particles (about 80% or more) have hexagonal plate-like anisotropy, and in the dispersion liquid, the alumina particles are dispersed. The average diagonal length (also referred to as long side) and average thickness of the surface having the largest area can be formed by aggregating a part of the primary particles to form secondary particles within the range where the state of maintaining The ratio (also referred to as the short side) (also referred to as the aspect ratio) is 20 to 1000, and the preferable average aspect ratio is 30 to 900. When the average aspect ratio of the alumina particles is less than 20, the orientation due to self-organization of the particles is low, a dense film exhibiting gas barrier properties cannot be obtained, and when the average aspect ratio of the particles exceeds 1000, transparency is improved. It is not preferable because it does not have such a structure and cracks easily occur in the film, and a dense film cannot be obtained. In addition, since alumina particles having a non-anisotropic shape do not have orientation, cracks easily occur in the film and a dense and high-strength film cannot be obtained, and a film with high gas barrier properties cannot be obtained. Not preferable. Having anisotropy as used in the present invention means that the average diagonal length and thickness of the surface of the particle having the largest area are different, such as a spherical shape having no sides or the length of all sides. Shapes such as equilateral triangular pyramids and squares are not included. Further, having orientation in the present invention means a state in which most of particles having anisotropy are arranged on a base material with the same specific surface oriented in a certain direction, and the orientation of particles is It does not include the state of being randomly arranged on the substrate. Having anisotropy and orientation can be observed by enlarging the surface of the heat resistant gas barrier coating or the dispersion used for coating with a known scanning electron microscope (also referred to as SEM) about 30,000 times. This can be confirmed.

本発明を構成する板状のアルミナ粒子の厚さは、1次粒子として1〜20nmであり、好ましくは3〜10nmである。1nm未満ではアルミナ粒子が媒体に分散したゾル状態での分散性が低く均一な被膜を形成することが困難になることから好ましくなく、20nmを超えると基材との接着性が低下し実用に耐えうる緻密性が得られない場合があり好ましくない。本発明を構成するアルミナ粒子の最も大きな面積を持つ面の平均対角長さは、1次粒子として100〜5000nmであり、好ましくは200〜3000nmである。100nm未満では十分な耐熱性を示さない場合があり好ましくなく、5000nmを超えると被膜の柔軟性が低下して基板の熱膨張により剥離が発生する場合があり好ましくない。粒子が上記形状と大きさを持つことは、公知の走査型電子顕微鏡(SEMとも称する)を用いて3万倍程度に拡大して観察することでも確認することができる。 The thickness of the plate-like alumina particles constituting the present invention is, as primary particles, 1 to 20 nm, preferably 3 to 10 nm. When it is less than 1 nm, it is not preferable because it is difficult to form a uniform coating because the dispersibility in the sol state in which alumina particles are dispersed in the medium is low, and when it exceeds 20 nm, the adhesiveness to the substrate is deteriorated and it is practically useable. In some cases, it may not be possible to obtain precise compactness, which is not preferable. The average diagonal length of the surface of the alumina particles constituting the present invention having the largest area is 100 to 5000 nm as primary particles, and preferably 200 to 3000 nm. If it is less than 100 nm, it may not show sufficient heat resistance in some cases, and if it exceeds 5000 nm, the flexibility of the coating film may decrease and peeling may occur due to thermal expansion of the substrate, which is not preferable. It can be confirmed that the particles have the above-described shape and size by observing the particles with a known scanning electron microscope (also referred to as SEM) magnified about 30,000 times.

上記に挙げた特定の形状を持つアルミナ粒子で被覆を行うことにより、緻密でガスバリア性が高く耐熱性の高い透明な被膜を形成することができる。 By coating with the alumina particles having the above-mentioned specific shape, a dense, transparent film having a high gas barrier property and a high heat resistance can be formed.

本発明を構成する耐熱ガスバリア性被覆は、特定の形状を持つアルミナ粒子をシリカで被覆した分散液を準備する工程、分散液を表面に塗布する工程と、100℃以上1400℃以下で焼結させる工程の全てを含むことにより、簡便に耐熱ガスバリア性被覆物を製造することができ、120℃以上、600℃以下が好ましく、120℃以上、400℃以下が特に好ましい。アルミナ粒子をシリカで被覆した分散液を用いることで均一な被膜を形成することができ、公知の方法で塗布した後に、100℃以上1400℃以下で焼結することにより耐熱性が高く、密着性が良い被膜を形成することができる。特定の形状を持つアルミナ分散液を塗布後にシリカ被覆を行うと、表面のみが被覆された状態となり密着性が向上せず、焼結温度が100℃以下では十分な強度を得られず、1400℃以上ではアルミナ結晶のαアルミナへの転移が進行して緻密な被覆が得られないため好ましくない。 The heat-resistant gas barrier coating constituting the present invention comprises a step of preparing a dispersion liquid in which alumina particles having a specific shape are coated with silica, a step of applying the dispersion liquid to the surface, and sintering at 100° C. or higher and 1400° C. or lower. By including all of the steps, the heat resistant gas barrier coating can be easily produced, preferably 120°C or higher and 600°C or lower, and particularly preferably 120°C or higher and 400°C or lower. A uniform coating can be formed by using a dispersion in which alumina particles are coated with silica. The coating is applied by a known method and then sintered at 100° C. or more and 1400° C. or less to have high heat resistance and adhesion. A good coating can be formed. If silica coating is performed after applying an alumina dispersion having a specific shape, only the surface is coated and the adhesion does not improve, and sufficient strength cannot be obtained at a sintering temperature of 100°C or lower, and 1400°C. The above is not preferable because the transition of alumina crystals to α-alumina proceeds and a dense coating cannot be obtained.

本発明を構成するアルミナ粒子の結晶系は、ギブサイト、ベーマイト、γ、δ、θから選ばれる少なくとも1種であり、好ましくは、ギブサイト、ベーマイトから選ばれる少なくとも1種である。アルミナ水和物を加熱処理することによって結晶系がベーマイト、γ、δ、θなどに遷移する。 The crystal system of the alumina particles constituting the present invention is at least one selected from gibbsite, boehmite, γ, δ and θ, and preferably at least one selected from gibbsite and boehmite. The heat treatment of the alumina hydrate causes the crystal system to transition to boehmite, γ, δ, θ or the like.

本発明を構成する基材は金属、炭化ケイ素、窒化チタン、炭素のいずれか一つ以上から選択され、金属としてはステンレス鋼、アルミニウム、銅の表面を被覆して高いガスバリア性により耐熱性を付与することができ、加工性や強度を向上させる等の目的で基材に添加剤や他種の金属を含むことができる。本発明を構成する基材は、広く一般に行われている基材表面の汚れや異物を除去する洗浄や脱脂等の通常の処理を行うのみで適用することが可能であり、特段の熱処理等を行うことなく用いることができる。本発明に用いる基材の表面は、平坦で凹凸が少ないものが好ましい。表面が平坦で凹凸が少ないことにより、基材表面に密着性が高く緻密で均一な被膜を形成することが可能になり、よりガスバリア性を向上させることができる。一方で、基材が活性炭の様な多孔質体である場合には、表面の微細細孔内にアルミナが滞留して均一な膜厚とならないまたは、焼成時に内部の空孔の気体の膨張により被膜の緻密性が失われガスバリア性が発揮されない場合がある。 The base material constituting the present invention is selected from one or more of metal, silicon carbide, titanium nitride, and carbon, and the surface of stainless steel, aluminum, or copper is coated as the metal to impart heat resistance due to high gas barrier properties. The base material may contain additives and other kinds of metals for the purpose of improving workability and strength. The base material constituting the present invention can be applied only by performing usual treatments such as cleaning and degreasing to remove dirt and foreign substances on the surface of the base material that are generally performed, and a special heat treatment or the like can be performed. Can be used without doing. The surface of the base material used in the present invention is preferably flat and has few irregularities. Since the surface is flat and there are few irregularities, it becomes possible to form a dense and uniform coating film on the surface of the base material, and the gas barrier property can be further improved. On the other hand, when the base material is a porous body such as activated carbon, alumina does not stay in the fine pores on the surface to form a uniform film thickness, or the gas in the internal pores expands during firing. The denseness of the coating may be lost and the gas barrier property may not be exhibited.

次に本発明の耐熱性被覆物の製造方法について説明する。本発明の耐熱ガスバリア性被覆物の製造方法には公知の方法が適用可能であり、特に規定されるものではないが典型例として以下の方法が挙げられる。 Next, the method for producing the heat resistant coating of the present invention will be described. A known method can be applied to the method for producing the heat resistant gas barrier coating of the present invention, and the following method can be mentioned as a typical example although it is not particularly limited.

厚さが1〜20nm、最も大きな面積を持つ面の平均対角長さが100〜5000nmであり、かつアスペクト比が20〜1000であるシリカで表面が被覆された板状のアルミナ水和物粒子が分散している水性アルミナゾルを基材に塗布し過剰な分散液を除去し、必要に応じて乾燥し、焼結処理を行う方法を説明する。
前記の水性アルミナゾルは、加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、有機酸や無機酸を添加した酸性条件下で解膠することにより製造することができる。加水分解性アルミニウム化合物の種類および、加水分解や解膠の条件を、公知の手法により(例えば窯業協會誌 Vol.76 No.875 P207)適宜選択することにより、特定の形状を持つバイヤライト、ギブサイト、ベーマイト、又は擬ベーマイトであるアルミナ水和物粒子からなる水性アルミナゾルを製造することができる。アルミナ水和物粒子の結晶系としては、ギブサイト又は、ベーマイト又は擬ベーマイトが耐熱性の高い被膜を形成できることから好ましいものとして挙げられる。
Plate-like alumina hydrate particles having a thickness of 1 to 20 nm, an average diagonal length of a surface having the largest area of 100 to 5000 nm, and an aspect ratio of 20 to 1000, the surface of which is coated with silica. A method of applying an aqueous alumina sol in which is dispersed to a base material, removing an excessive dispersion liquid, drying it if necessary, and performing a sintering treatment will be described.
The above-mentioned aqueous alumina sol can be produced by hydrolyzing a hydrolyzable aluminum compound and deflocculating under acidic conditions in which an organic acid or an inorganic acid is added. By properly selecting the type of hydrolyzable aluminum compound and the conditions of hydrolysis and peptization by a known method (for example, Ceramic Industry Kyokai Vol.76 No.875 P207), bayerite or gibbsite having a specific shape is selected. Aqueous alumina sol composed of alumina hydrate particles which are boehmite, boehmite, or pseudo-boehmite can be produced. As the crystal system of the alumina hydrate particles, gibbsite, boehmite, or pseudo-boehmite is preferable because it can form a film with high heat resistance.

加水分解性アルミニウム化合物には、各種の無機アルミニウム化合物、及び有機性の基を有するアルミニウム化合物が包含される。無機アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムなどの無機酸の塩が例示される。 The hydrolyzable aluminum compound includes various inorganic aluminum compounds and organic group-containing aluminum compounds. Examples of the inorganic aluminum compound include salts of inorganic acids such as aluminum chloride, aluminum sulfate and aluminum nitrate.

有機性の基を有するアルミニウム化合物としては、炭酸アルミニウムアンモニウム塩、酢酸アルミニウムなどのカルボン酸塩、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムn−ブトキシド、アルミニウムsec−ブトキシドなどのアルミニウムアルコキシド、環状アルミニウムオリゴマー、ジイソプロポキシ(エチルアセトアセタト)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセタト)アルミニウムなどのアルミニウムキレート、アルキルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物などが例示される。
これらの化合物のうち、適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であることなどから、アルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数2〜5のアルコキシル基を有するものが特に好ましい。加水分解に要する水の量は特に限定されないが、少なくともアルミニウム原子1molに対して3molを必要とし、これを一度に加えても段階的に加えても差し支えは無い。加える水の量が3molを下回ると加水分解反応が完結せず、一定の形状を持つアルミナ粒子を得ることが困難であることから好ましくない。水性ベーマイトゾル中のベーマイト又は擬ベーマイト粒子が、0.1〜30重量部になるように調整することが好ましく、更に好ましくは、0.5〜20重量部になるように調整する。
水性アルミナゾル中のアルミナ粒子の濃度が0.1重量部以下の場合は、適切な膜厚を作成するのに塗布‐乾燥の操作を繰り返す必要があり、操作が煩雑となるため好ましくなく、30重量部以上の場合は、分散液の粘度が高くなり、均一な厚さの被膜が得られ難いのみならず、1度に厚膜を形成することにより熱収縮による応力が増大し亀裂の発生や被膜が剥離するために好ましくない。
Examples of the aluminum compound having an organic group include ammonium ammonium carbonate, carboxylates such as aluminum acetate, aluminum ethoxide, aluminum isopropoxide, aluminum n-butoxide, aluminum alkoxides such as aluminum sec-butoxide, and cyclic aluminum oligomers. Examples thereof include aluminum chelates such as diisopropoxy(ethylacetoacetato)aluminum and tris(ethylacetoacetato)aluminum, and organic aluminum compounds such as alkylaluminum.
Among these compounds, aluminum alkoxides are preferable, and those having an alkoxyl group having 2 to 5 carbon atoms are particularly preferable because they have appropriate hydrolyzability and can easily remove by-products. The amount of water required for the hydrolysis is not particularly limited, but at least 3 mol is required for 1 mol of aluminum atom, and it may be added at once or stepwise. If the amount of water added is less than 3 mol, the hydrolysis reaction is not completed and it is difficult to obtain alumina particles having a certain shape, which is not preferable. The amount of boehmite or pseudo-boehmite particles in the aqueous boehmite sol is preferably adjusted to 0.1 to 30 parts by weight, and more preferably adjusted to 0.5 to 20 parts by weight.
When the concentration of the alumina particles in the aqueous alumina sol is 0.1 part by weight or less, the coating-drying operation needs to be repeated to create an appropriate film thickness, which is not preferable because the operation becomes complicated. In the case of more than 1 part, the viscosity of the dispersion liquid becomes high, and it is difficult to obtain a film having a uniform thickness, and the stress due to heat shrinkage increases by forming a thick film at one time, which may cause cracking or film formation. Is peeled off, which is not preferable.

本発明のガスバリア性被覆物の製造において、使用する板状アルミナ分散液のpHは、1〜7であることが好適であり、2から6が特に好ましい。pH調整試薬として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、アンモニア、アルキルアミン、アルカノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、尿素、芳香族アミンなどの有機アミン類などを用いることができる。無機水酸化物、炭酸塩などは、焼成後も元素が残存してしまうことから、無機塩類由来の元素の残留が望ましくない用途に用いるには、有機アミン類を用いることが好ましい。更に、被覆する基材及び、または被覆操作がpHの影響を受けない場合には、この種の調整剤の添加は特に必要とせず、pH調整用添加物は、特にとらわれるものではなく、特に限定されるものではない。 In the production of the gas barrier coating of the present invention, the pH of the plate-like alumina dispersion used is preferably 1 to 7, and particularly preferably 2 to 6. Organic amines such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, ammonia, alkylamines, alkanolamines, tetramethylammonium hydroxide, urea and aromatic amines can be used as the pH adjusting reagent. Inorganic hydroxides, carbonates and the like have elements that remain after firing. Therefore, organic amines are preferably used for applications in which residual elements derived from inorganic salts are not desirable. Furthermore, when the substrate to be coated and/or the coating operation is not affected by pH, the addition of this type of regulator is not particularly required, and the pH adjusting additive is not particularly limited and is not particularly limited. It is not something that will be done.

本発明に係るアルミナ粒子は、製造時に使用した水に分散した状態のまま用いることもできるが、特定の形状を持つアルミナ粒子の分散媒が水であることにより基材への塗布が困難な場合には、炭素数1〜3の1価アルコール、DMF等の水溶性有機溶媒を加えて塗布性を改善する他に、エチルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、ブチルピロホスフェート、ブトキシエチルアシッドホスフェート、2−エチルヘキシルアシッドホスフェート、オレイルアシッドホスフェート、テトラコシルアシッドホスフェート、フェニルアシッドホスフェート、ジフェニルアシッドホスフェート、ベンジルアシッドホスフェート、n -オクチルアシッドホスフェート、(2−ヒドロキシエチル)メタクリレートアシッドホスフェート、ジブチルホスフェート、ビス(2−エチルへキシル)ホスフェート、ラウリルアシッドホスフェート、ステアリルアシッドホスフェート、エチレングリコールモノエチルエーテルアシッドホスフェート、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアシッドホスフェート、トリエチレングリコールモノブチルエーテルアシッドホスフェートなどのリン化合物、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸などのアルキルスルホン酸類、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、スチレンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸などの芳香族スルホン酸類、及びこれらの低級アルコールとのエステル類、アルカリ金属塩、アンモニウム塩などのスルホン酸類、多価アルコール類、カルボン酸化合物、界面活性剤等を用いる公知の手法により、トルエン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エステル等の非水溶性有機溶媒に分散するよう公知の手法によりアルミナの表面改質を行い、オルガノゾルとして用いることも出来る。 Alumina particles according to the present invention can be used in a state of being dispersed in water used at the time of production, but when the dispersion medium of the alumina particles having a specific shape is water, it is difficult to apply to the substrate. In addition to a monohydric alcohol having 1 to 3 carbon atoms and a water-soluble organic solvent such as DMF to improve the coating property, ethyl acid phosphate, butyl acid phosphate, butyl pyrophosphate, butoxyethyl acid phosphate, 2- Ethylhexyl acid phosphate, oleyl acid phosphate, tetracosyl acid phosphate, phenyl acid phosphate, diphenyl acid phosphate, benzyl acid phosphate, n-octyl acid phosphate, (2-hydroxyethyl)methacrylate acid phosphate, dibutyl phosphate, bis(2-ethyl) Hexyl) phosphate, lauryl acid phosphate, stearyl acid phosphate, phosphorus compounds such as ethylene glycol monoethyl ether acid phosphate, triethylene glycol monoethyl ether acid phosphate, triethylene glycol monobutyl ether acid phosphate, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, etc. Aromatic sulfonic acids such as alkyl sulfonic acids, benzene sulfonic acid, p-toluene sulfonic acid, styrene sulfonic acid, and alkyl benzene sulfonic acid, and esters with these lower alcohols, sulfonic acids such as alkali metal salts and ammonium salts, By a known method using polyhydric alcohols, carboxylic acid compounds, surfactants, etc., the surface of alumina by a known method to disperse in a water-insoluble organic solvent such as toluene, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and acetic acid ester. It can also be modified and used as an organosol.

本発明に係るアルミナ粒子は、上記に挙げた特定の形状のアルミナ粒子の表面を、公知の2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤を用いて公知の手法でアルミナ粒子表面の水酸基をシリル化することによって、表面をシリカで被覆されている。アルミナ粒子の表面をシリカで被覆することにより、基材への密着性が向上し、緻密で耐熱性の高いガスバリア性被膜を基材表面に形成することが出来る。アルミナ粒子に対するシリカの被覆は、アルミナ粒子表面の1部の水酸基をシリル化するものでも、全てをシリル化するものでも特に限定されるものでは無いが、アルミナの表面の水酸基に対して、0.01〜5当量を用いることが好ましく、0.05〜2当量が特に好ましい。0.01当量未満では、十分な密着性が発揮されない場合があり、5当量を超える量では、未反応のシランカップリング剤残渣が多量に混在して緻密性が低下する場合があり好ましくない。シリカでアルミナの表面が被覆されていない場合には、基材への密着性が低下することから本願にて提供を行うガスバリア性を十分に示すことができず、耐熱性が十分に向上しない場合がある。 In the alumina particles according to the present invention, the surfaces of the alumina particles having the above-mentioned specific shapes are formed by using known 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3 -Glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3- By silylating hydroxyl groups on the surface of alumina particles by a known method using a silane coupling agent such as methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, The surface is coated with silica. By coating the surface of the alumina particles with silica, the adhesion to the base material is improved, and a gas barrier coating having a high density and a high heat resistance can be formed on the base material surface. The coating of silica on the alumina particles is not particularly limited to one that silylates a part of the hydroxyl groups on the surface of the alumina particles or one that silylates all of the hydroxyl groups. It is preferable to use 01 to 5 equivalents, particularly preferably 0.05 to 2 equivalents. When the amount is less than 0.01 equivalent, sufficient adhesion may not be exhibited, and when the amount exceeds 5 equivalents, unreacted silane coupling agent residue may be mixed in a large amount and the denseness may decrease, which is not preferable. When the surface of alumina is not covered with silica, the gas barrier property provided by the present application cannot be sufficiently shown because the adhesion to the base material is reduced, and the heat resistance is not sufficiently improved. There is.

上記に上げた、表面に被膜を形成するために用いるアルミナ分散液の粘度が高い場合には、液中に気泡を含むことがあり、均一性の高い緻密な被覆とするために脱気処理を行うことが好ましい。脱気処理方法としては、減圧処理、遠心処理などを利用することにより気泡を取り除くことができる。脱気処理した金属酸化物分散液を、基材に塗布し、分散媒を除去し、乾燥する。 When the viscosity of the alumina dispersion used to form a film on the surface is high, the liquid may contain bubbles, and degassing treatment is required to obtain a highly uniform and dense coating. It is preferable to carry out. Bubbles can be removed by using a depressurizing process, a centrifugal process, or the like as a degassing process method. The degassed metal oxide dispersion is applied to a substrate, the dispersion medium is removed, and the substrate is dried.

アルミナ分散液は、所望する膜の形状、大きさにより、各種の一般的な基材への塗布方法を採用することができる。基材への塗布方法としては、例えば、水に分散させたアルミナ分散液をスプレーで支持体に均一に塗布させる方法、ロールコート等で表面に塗布する方法または、均一に分散させたアルミナ分散液に基材を一定時間浸漬後、一定速度で引き上げ、余分なアルミナ分散液を除去し、乾燥させるディップ法などが挙げられる。
基材に分散液を塗布した後に、必要に応じて分散媒を除去場合には、公知の蒸発法が好ましい。
The alumina dispersion can be applied to various general base materials depending on the desired shape and size of the film. As a method for coating the substrate, for example, a method in which an alumina dispersion liquid dispersed in water is evenly applied to a support by spraying, a method in which the surface is applied by roll coating or the like, or a uniformly dispersed alumina dispersion liquid is used. Examples of the method include a dipping method in which the base material is immersed in the substrate for a certain period of time, then pulled up at a constant rate to remove excess alumina dispersion and dried.
A known evaporation method is preferable when the dispersion medium is removed as needed after the dispersion liquid is applied to the substrate.

本発明による被覆は、基材の一部を覆うこともでき、基材の全面を覆うこともできるが、高い耐熱性とガスバリア性を求められる用途に供する場合においては、熱や気体に曝される面の全面を覆うことにより被覆されていない部位からの基材の酸化による腐食を防止するおよび、ガスの透過を防止することができ、耐久性を高めることができる。 The coating according to the present invention can cover a part of the base material or the entire surface of the base material, but when it is used for applications requiring high heat resistance and gas barrier properties, it is exposed to heat or gas. By covering the entire surface of the base material, corrosion of the base material from the uncoated portion due to oxidation can be prevented, gas permeation can be prevented, and durability can be improved.

基材に分散液を塗布した後に、100℃〜1400℃の範囲の温度で、1分〜24時間焼結することにより、本発明の耐熱ガスバリア性被覆物が得られ、焼結温度は120℃以上、600℃以下が好ましく、特に120℃以上、400℃以下が特に好ましい。1400焼結温度が100℃以下では、分散媒の除去が十分に行われないことにより実用性に堪えうる強度を持つ被膜とならず耐久性に劣る場合があり、1400℃以上では、アルミナ結晶のαアルミナ化が進行して緻密なガスバリア性の高い被膜が形成されない場合があり好ましくない。 After applying the dispersion liquid to the substrate, by sintering at a temperature in the range of 100°C to 1400°C for 1 minute to 24 hours, the heat resistant gas barrier coating of the present invention is obtained, and the sintering temperature is 120°C. As described above, 600° C. or lower is preferable, and 120° C. or higher and 400° C. or lower is particularly preferable. When the sintering temperature is 1400° C. or lower, the dispersion medium is not sufficiently removed, so that the coating may not have a strength that can withstand practical use and may be inferior in durability. There is a case where α-alumina conversion progresses and a dense coating film having a high gas barrier property is not formed, which is not preferable.

本発明の耐熱性被覆物の膜の厚さは、分散媒中アルミナ粒子の濃度により容易に調節が可能である。アルミナ粒子の濃度が低い場合には、薄膜が形成され、高い場合には厚膜が形成され、濃度を調整することで所望の膜厚とすることができる。一回の塗布で得られる膜の厚さは特に限定されるものではないが、一般に0.01〜100μmの範囲の被膜が作製可能であり、必要に応じて被覆操作を繰り返し所望の厚さの被膜とすることもできる。被膜の厚さに制限は無いが、一般に0.05〜50μmが十分なガスバリア性を持つ透明被膜を形成することができ好ましい。基材に形成された被膜の厚さは、基材に対する被覆物の増加した厚みを公知の高精度マイクロメータ(例えば株式会社ミツトヨ製 高精度デジマチックマイクロメータ MDH−25M)等を用いて測定する他に、公知の走査型電子顕微鏡(SEMとも称する)を用いて断面を1万倍程度に拡大して観察することでも確認することができる。 The film thickness of the heat resistant coating of the present invention can be easily adjusted by the concentration of alumina particles in the dispersion medium. When the concentration of alumina particles is low, a thin film is formed, and when the concentration is high, a thick film is formed, and the desired film thickness can be obtained by adjusting the concentration. The thickness of the film obtained by one-time coating is not particularly limited, but generally a film having a thickness of 0.01 to 100 μm can be produced, and the coating operation is repeated as necessary to obtain a desired thickness. It can also be a coating. The thickness of the coating is not limited, but generally 0.05 to 50 μm is preferable because a transparent coating having a sufficient gas barrier property can be formed. The thickness of the coating film formed on the base material is measured by using a known high-precision micrometer (for example, high-precision digimatic micrometer MDH-25M manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.) for increasing the thickness of the coating on the base material. Alternatively, it can also be confirmed by observing the cross section at a magnification of about 10,000 times using a known scanning electron microscope (also referred to as SEM).

耐熱性およびバリア性の高い被膜が形成されていることは、公知の手法で洗浄後、アセトンや界面活性剤等を用いて脱脂したステンレスに被膜を120℃で焼結して形成した耐熱性被覆物を、空気中で800℃、10時間加熱処理しても剥離を起こさず、ステンレスの金属光沢を維持していることで確認できる。特定の形状の金属酸化物を用いない被膜では、バリア性が低い場合には、酸素が被膜を透過してステンレス表面の酸化が進行して金属光沢を失い、密着性が低い場合には被膜の剥離により基材の酸化が起り同様にステンレスの金属光沢が失われるのに対して、特定の形状のシリカで表面を覆われたアルミナを用いたものは、緻密で密着性の高い被膜であることから剥離は起こらず、ガスバリア性が高く酸素を透過しないことによりステンレスの表面が酸化せず金属光沢が維持される。加熱試験後に被膜に剥離が生じていないことは、目視による表面観察を行うことでも確認することができる。また、基材が炭化物である場合には、燃焼による重量減少の量が被覆を行わない物を同様に試験した場合に比べて低下していることで確認することができる。 The fact that a film with high heat resistance and barrier properties is formed means that a heat resistant coating formed by sintering the film at 120° C. on stainless steel degreased with acetone or a surfactant after washing by a known method. It can be confirmed that the product does not peel even if it is heated in air at 800° C. for 10 hours and maintains the metallic luster of stainless steel. In the case of a film that does not use a metal oxide of a specific shape, when the barrier property is low, oxygen permeates the film and oxidation of the stainless steel surface progresses to lose the metallic luster. While the base material oxidizes due to peeling and the metallic luster of stainless steel is lost as well, the one using alumina whose surface is covered with silica of a specific shape is a dense and highly adherent coating. No peeling occurs, and the gas barrier property is high and oxygen is not transmitted, so that the surface of stainless steel is not oxidized and the metallic luster is maintained. It can be confirmed by visually observing the surface that the film is not peeled off after the heating test. Further, when the base material is a carbide, it can be confirmed that the amount of weight loss due to combustion is lower than that in the case where the non-coated material is similarly tested.

次に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によってなんら限定されるものではない。 Next, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

(実施例1)
アセトンで脱脂処理したステンレス鋼(SUS304)基板50mm×50mmを、平均アスペクト比=40の板状ギブサイト粒子(平均厚さ:5nm、最も面積の大きな平面の平均対角長さ:200nm)10重量部を含む分散液15gおよび3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越ポリマー社製 KBM403):0.75gの混合溶液に5分間浸漬した。その後、基板をゆっくり引き上げ30℃で2時間乾燥後、さらに150℃で2時間焼結処理し、厚さ0.8μmの無色透明な被膜をステンレス鋼に被覆した耐熱ガスバリア性被覆物を作製した。この耐熱ガスバリア性被覆物を800℃で10時間耐熱性試験を行った結果、原料のステンレス鋼と同様に金属光沢を保持していた。また、耐熱試験後にガスバリア性被覆物から被膜の剥離は確認できなかった。
(Example 1)
10 parts by weight of plate-like gibbsite particles (average thickness: 5 nm, average diagonal length of the largest flat surface: 200 nm) of a stainless steel (SUS304) substrate 50 mm×50 mm degreased with acetone, having an average aspect ratio of 40 It was immersed for 5 minutes in a mixed solution of 15 g of a dispersion liquid containing 3 g of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (KBM403 manufactured by Shin-Etsu Polymer Co., Ltd.): 0.75 g. Then, the substrate was slowly pulled up, dried at 30° C. for 2 hours, and further sintered at 150° C. for 2 hours to prepare a heat resistant gas barrier coating in which a colorless and transparent coating having a thickness of 0.8 μm was coated on stainless steel. This heat resistant gas barrier coating was subjected to a heat resistance test at 800° C. for 10 hours, and as a result, it retained a metallic luster like that of the raw material stainless steel. Further, peeling of the coating from the gas barrier coating was not confirmed after the heat resistance test.

(実施例2)
平均アスペクト比=50の板状ベーマイト粒子(平均厚さ:3nm、最も面積の大きな平面の平均対角長さ:150nm)10重量部を含む分散液に変更した以外は、実施例1と同様に操作を行い、透明な被膜を持つ耐熱ガスバリア性被覆物を作成した。実施例1と同様に耐熱性試験を行ったところ、原料のステンレス鋼と同様の金属光沢を保持していた。また、耐熱試験後に耐熱ガスバリア性被覆物から被膜の剥離は確認できなかった。
(Example 2)
As in Example 1 except that the dispersion liquid was changed to 10 parts by weight of plate-like boehmite particles having an average aspect ratio of 50 (average thickness: 3 nm, average diagonal length of the plane having the largest area: 150 nm). The operation was performed to prepare a heat resistant gas barrier coating having a transparent coating. When a heat resistance test was conducted in the same manner as in Example 1, the same metallic luster as that of the raw material stainless steel was retained. Further, peeling of the coating from the heat resistant gas barrier coating could not be confirmed after the heat resistance test.

(実施例3)
アセトンで脱脂処理したグラファイト基板100mm×50mmに変更した以外は、実施例1と同様に操作を行いグラファイト基板にアルミナ分散液を塗布した。その後、30℃で2時間乾燥後、さらに200℃で2時間焼結処理し、グラファイトのガスバリア性被覆物を作製した。
このガスバリア性被覆物を室温から昇温速度10℃/分で800℃(保持時間0分)まで昇温させた時の重量減少を測定した結果、加熱前に比べて重量が20%減少していた。
(Example 3)
Alumina dispersion liquid was applied to the graphite substrate in the same manner as in Example 1 except that the graphite substrate degreased with acetone was changed to 100 mm×50 mm. Then, after drying at 30° C. for 2 hours, sintering treatment was further performed at 200° C. for 2 hours to prepare a graphite gas barrier coating.
The weight loss of this gas barrier coating when heated from room temperature to 800°C (holding time 0 minutes) at a heating rate of 10°C/minute was measured, and as a result, the weight was reduced by 20% compared to before heating. It was

(比較例1)
平均アスペクト比=1のベーマイト粒子(平均短径:20nm、平均長径:20nm)に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、透明アルミナ被膜をステンレス鋼に作製した。この基板を800℃で10時間耐熱性試験を行った結果、基板からのアルミナ膜の剥離は無かったが、基板のステンレス鋼が金属光沢を失い褐色に変色しており、基材のガスバリア性が向上しなかった。
(Comparative Example 1)
A transparent alumina coating was produced on stainless steel in the same manner as in Example 1 except that boehmite particles having an average aspect ratio of 1 (average minor axis: 20 nm, average major axis: 20 nm) were used. As a result of conducting a heat resistance test on this substrate at 800° C. for 10 hours, the alumina film was not peeled from the substrate, but the stainless steel of the substrate lost its metallic luster and changed its color to brown, and the gas barrier property of the substrate was Did not improve.

(比較例2)
無定形粒子のアモルファスアルミナ粒子に変更した以外は、実施例1と同様に操作し、無色透明アルミナ被膜をステンレス鋼に作製した。この基板を800℃で10時間耐熱性試験を行った結果、アルミナ被膜の一部が基板から剥離して基板のステンレス鋼が金属光沢を失い褐色に変色しており、基材のガスバリア性が向上しなかった。
(Comparative example 2)
A colorless and transparent alumina coating was produced on stainless steel in the same manner as in Example 1 except that the amorphous alumina particles were changed to amorphous particles. As a result of conducting a heat resistance test on this substrate at 800° C. for 10 hours, a part of the alumina coating was peeled off from the substrate and the stainless steel of the substrate lost its metallic luster and turned brown, which improved the gas barrier property of the substrate. I didn't.

(比較例3)
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加しなかった以外は、実施例1と同様に操作し、無色透明アルミナ被膜をステンレス鋼に作製した。この基板を800℃で10時間耐熱性試験を行った結果、アルミナ被膜の一部が基板から剥離して基板のステンレス鋼が金属光沢を失い褐色に変色しており、基材のガスバリア性が向上しなかった。
(Comparative example 3)
A colorless transparent alumina coating was produced on stainless steel by the same procedure as in Example 1 except that 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was not added. As a result of conducting a heat resistance test on this substrate at 800° C. for 10 hours, a part of the alumina coating was peeled off from the substrate and the stainless steel of the substrate lost its metallic luster and turned brown, which improved the gas barrier property of the substrate. I didn't.

(比較例4)
平均アスペクト比=1のベーマイト粒子(平均短径:20nm、平均長径:20nm)に変更した以外は、実施例4と同様に操作し、グラファイトのアルミナ被覆物を作製した。この被覆物を室温から昇温速度10℃/分で800℃(保持時間0分)まで昇温させた時の重量減少を測定した結果、40%の重量減少であった。
(Comparative example 4)
An alumina coating of graphite was prepared in the same manner as in Example 4, except that boehmite particles having an average aspect ratio of 1 (average minor axis: 20 nm, average major axis: 20 nm) were used. As a result of measuring the weight loss when the temperature of this coated article was raised from room temperature to 800° C. (holding time 0 minute) at a rate of temperature increase of 10° C./minute, the weight loss was 40%.

(比較例5)
3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加しなかった以外は、実施例4と同様に操作し、グラファイトのアルミナ被覆物を作製した。この耐熱性被覆物を室温から昇温速度10℃/分で800℃(保持時間0分)まで昇温させた時の重量減少を測定した結果、60%の重量減少であった。
(Comparative example 5)
An alumina coating of graphite was prepared in the same manner as in Example 4, except that 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane was not added. When the heat-resistant coating was heated from room temperature to 800° C. (holding time 0 minutes) at a heating rate of 10° C./minute, the weight loss was measured and the result was 60%.

実施例1、2と比較例1〜3の比較より、シリカ被覆を行った特定の形状を持つアルミナ粒子で金属表面を被覆する場合には、被膜のガスバリア性により金属表面の酸化が効果的に抑制され耐熱性が向上し、金属光沢を維持することができるのに対して、特定の形状を持たないアルミナで金属の表面を被覆した場合には、金属の酸化が進行して金属表面の光沢が失われ、シリカ被覆を行わない金属酸化物粒子を用いたものでは、密着性が低いことにより被膜の剥離が発生したことから、シリカ被覆を行った特定の形状を持つアルミナ粒子で金属表面を被覆することにより、特段のガスバリア効果が発揮され基材の耐熱性が向上した。
実施例3と比較例4、5の比較より、グラファイト基板をシリカ被覆を行った特定の形状を持つアルミナで被覆した場合には、炭素の被膜のガスバリア性により酸化による重量減少が20%であったことに対して、特定の形状を持たないアルミナやシリカ被覆を行わないアルミナで被覆した場合には、炭素の酸化が進行して40〜60%の重量減少が発生したことから、シリカ被覆を行った特定の形状を持アルミナで炭素表面を被覆することにより、特段のガスバリア効果が発揮され基材の耐熱性が向上した。
From the comparison between Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, when the metal surface is coated with silica-coated alumina particles having a specific shape, oxidation of the metal surface is effective due to the gas barrier property of the coating. While it is suppressed and the heat resistance is improved and the metallic luster can be maintained, when the surface of the metal is coated with alumina that does not have a specific shape, the oxidation of the metal progresses and the luster of the metallic surface In the case of using metal oxide particles without silica coating, peeling of the coating occurred due to low adhesion, so the surface of the metal was coated with alumina particles with a specific shape coated with silica. By coating, a special gas barrier effect was exhibited and the heat resistance of the substrate was improved.
From the comparison between Example 3 and Comparative Examples 4 and 5, when the graphite substrate was coated with alumina having a specific shape coated with silica, the weight loss due to oxidation was 20% due to the gas barrier property of the carbon coating. On the other hand, in the case of coating with alumina having no specific shape or alumina without silica coating, the oxidation of carbon progressed and the weight loss of 40 to 60% occurred, so that silica coating was performed. By coating the carbon surface with alumina having a specific shape, a special gas barrier effect was exhibited and the heat resistance of the substrate was improved.

Claims (4)

耐熱ガスバリア性被覆物であって
金属、炭化ケイ素、窒化チタン、炭素のいずれか一つ以上の表面が、異方性を持ち、かつ1次粒子が、次の(a)〜(d)全てを満たす板状の形状を持つアルミナ粒子で被覆されていることを特徴とする耐熱ガスバリア性被覆物。
(a)最も大きな面積を持つ面の平均対角長さと平均厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の平均対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)平均厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子の表面がシリル化処理されている
A heat gas barrier coating,
Alumina having a plate-like shape in which the surface of at least one of metal, silicon carbide, titanium nitride, and carbon has anisotropy , and the primary particles satisfy all of the following (a) to (d): heat gas barrier coating, characterized in that it overturned the particle.
(A) the most ratio of the mean diagonal length and the average thickness of the surface having a large area is 20 to 1,000 (b) the most average diagonal length of the surface having a large area is 100nm or more 5000nm or less (c) Average thickness Is 1 nm or more and 20 nm or less (d) The surface of the alumina particles is silylated .
前記アルミナ粒子が、ベーマイト、ギブサイト、バイヤライト、γ、θ、δ型のアルミナの少なくとも1種以上から成ることを特徴とする請求項1記載の耐熱ガスバリア性被覆物。 The heat resistant gas barrier coating according to claim 1 , wherein the alumina particles are made of at least one of boehmite, gibbsite, bayerite, and γ, θ, and δ type alumina. アルミナ粒子の表面シリル化処理した分散液を準備する工程、分散液を表面に塗布する工程、及び100℃以上1400℃以下で焼結させる工程の全てを含み、
前記アルミナ粒子が、異方性を持ち、かつ、一次粒子が次の(a)〜(d)全てを満たす板状の形状を持つことを特徴とする耐熱ガスバリア性被覆物の製造方法。
(a)最も大きな面積を持つ面の平均対角長さと平均厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の平均対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)平均厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子の表面がシリル化処理されている
Preparing a dispersion liquid silylating the surface of the alumina particles, the more engineering coating the dispersion surface, and viewing including all step of sintering at 100 ° C. or higher 1400 ° C. or less,
The method for producing a heat resistant gas barrier coating, wherein the alumina particles have anisotropy and the primary particles have a plate-like shape satisfying all of the following (a) to (d) .
(A) The ratio of the average diagonal length and the average thickness of the surface having the largest area is 20 or more and 1000 or less.
(B) The average diagonal length of the surface having the largest area is 100 nm or more and 5000 nm or less.
(C) Average thickness is 1 nm or more and 20 nm or less
(D) The surface of the alumina particles has been silylated.
異方性を持ち、かつ1次粒子が、次の(a)〜(d)全てを満たす板状の形状を持つアルミナ粒子で表面を被覆することを特徴とする、耐熱ガスバリア性の付与方法。
(a)最も大きな面積を持つ面の平均対角長さと平均厚さの比が20以上1000以下
(b)最も大きな面積を持つ面の平均対角長さが100nm以上5000nm以下
(c)平均厚さが1nm以上20nm以下
(d)アルミナ粒子の表面がシリル化処理されている
A method for imparting a heat resistant gas barrier property, characterized in that the surface of the primary particles has anisotropy and is coated with alumina particles having a plate-like shape satisfying all of the following (a) to (d).
(A) the most ratio of the mean diagonal length and the average thickness of the surface having a large area is 20 to 1,000 (b) the most average diagonal length of the surface having a large area is 100nm or more 5000nm or less (c) Average thickness Is 1 nm or more and 20 nm or less (d) The surface of the alumina particles is silylated .
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