JP7186184B2 - 薄膜付き基材の製造方法及び薄膜付き基材 - Google Patents
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Description
前記製造方法が、
前記薄膜を形成するための塗工液を基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記塗工液の液膜を乾燥させて乾燥膜とし、乾燥膜付き基材を得る乾燥工程と、
前記乾燥膜付き基材における前記乾燥膜から、アルカリ成分を低減させる又は除去する、脱アルカリ処理工程と、
をこの順で含み、
前記塗工液は、固形分の主成分として水溶性リチウムケイ酸塩を含み、かつ、溶媒の主成分として水を含む、
薄膜付き基材の製造方法を提供する。
前記薄膜を形成するための塗工液を基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記塗工液の液膜を乾燥させて乾燥膜とし、乾燥膜付き基材を得る乾燥工程と、
前記乾燥膜付き基材における前記乾燥膜から、アルカリ成分を低減させる又は除去する、脱アルカリ処理工程と、
をこの順で含む。さらに、本実施形態の製造方法において用いられる塗工液は、固形分の主成分として水溶性リチウムケイ酸塩を含み、かつ、溶媒の主成分として水を含む。
SiO2を主成分として含む薄膜を形成するための塗工液を準備する。
次に、基材に塗布された塗工膜の液膜を乾燥させて、乾燥膜付き基材を得る。液膜の乾燥方法は、特には限定されない。以下に、好ましい乾燥方法の第1の例及び第2の例について説明する。
次に、乾燥膜付き基材の乾燥膜から、アルカリ成分を低減させる又は除去する、脱アルカリ処理を行う。
乾燥工程で前述の低温乾燥を実施した場合には、脱アルカリ処理工程の後に、薄膜を加熱する後熱処理工程をさらに実施してもよい。この後熱処理工程においては、例えば、薄膜付き基材の薄膜の表面が到達する最高温度が300℃以上であり、400℃以上が好ましく、550℃以上がより好ましい。なお、この後熱処理工程では、薄膜の表面が到達する最高温度の上限は特には限定されないが、例えば基材が変形する温度未満とする。第2の例では、液膜の乾燥のための加熱を、基材を加熱して成形する工程の加熱と兼用することも可能である。
<塗工液の調製>
水溶性リチウムケイ酸水溶液(「リチウムシリケート35」、日産化学工業株式会社、SiO2/Li2Oモル比:3.5、SiO2含有率:20質量%、溶媒:水のみ)を、さらに固形分が1.7質量%となるように水で希釈した。
ガラス板を基材として用いた。このガラス板は、低放射膜付きガラス板であった。この低放射膜は、ガラス板の主表面側から、厚さ25nmの酸化スズ層(第1下地層)、厚さ25nmのSiO2層(第2下地層)、厚さ340nmのフッ素含有酸化スズ層(透明導電性酸化物層)が、オンラインCVD法によってこの順に積層されることによって形成されたものである。このガラス板の低放射膜の上に、実施例1の塗工液をスピンコート法によって塗布した。具体的には、ガラス板をスピンコート装置上で水平に保持し、ガラス板の中央部に塗工液を滴下し、ガラス板を回転数1500rpmで回転させ、30秒間その回転数を保持した後、ガラス板の回転を停止させた。これにより、ガラス板の低放射膜の上に薄膜形成用の塗工液の液膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例2の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、350℃に設定した電気炉に55秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は142℃であり、60℃以上である時間は48秒、80℃以上である時間は40秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例3の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、350℃に設定した電気炉に100秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は180℃であり、60℃以上である時間は93秒、80℃以上である時間は85秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例4の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、350℃に設定した電気炉に130秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は200℃であり、60℃以上である時間は123秒、80℃以上である時間は115秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例5の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、350℃に設定した電気炉に250秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は250℃であり、60℃以上である時間は243秒、80℃以上である時間は235秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例6の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、350℃に設定した電気炉に550秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は280℃であり、60℃以上である時間は543秒、80℃以上である時間は535秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
塗工液の固形分濃度と、塗工液の塗布方法と、薄膜形成時の乾燥工程とが異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例7の塗工液の固形分濃度は、0.1質量%であった。塗工液は、スプレーコート法によって、ガラス板の低放射膜上に塗布された。具体的には、市販のスプレーガンを用い、水平に保持されたガラス板の主表面の上方から塗工液を噴霧して行った。乾燥工程は、次のとおりである。液膜を、熱風発生機を用いて熱風で乾燥させた。熱風の設定温度を200℃とし、熱風吐出ノズルとガラス板との間の距離を50mmとして、液膜に熱風を219秒間あてた。ガラス板の液膜における最高到達温度は177℃であり、60℃以上である時間は177秒、80℃以上である時間は170秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程と、脱アルカリ処理工程とが異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例8の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、350℃に設定した電気炉に55秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は142℃であり、60℃以上である時間は48秒、80℃以上である時間は40秒であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。実施例8の脱アルカリ処理は、温度25℃の市水を用いて行われ、具体的には水道の蛇口からの流水を5秒間乾燥膜にあてることによって行われた。その後、薄膜を自然乾燥させた。
薄膜形成時の乾燥工程と、脱アルカリ処理工程とが異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例9の乾燥工程は、実施例7の乾燥工程と同じであった。実施例9の脱アルカリ処理工程では、60rpmで回転する直径100mmのブラシに対して乾燥膜が接するように、乾燥膜付き基材を1m/minで搬送した。ブラシには、25℃の市水が供給された。この間、乾燥膜は市水に約6秒間接触していた。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例10の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に30秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は320℃であった。液膜が形成されたガラス板を電気炉に入れた直後に液膜の温度は80℃以上となった。すなわち、液膜が80℃以上である時間は、電気炉内に保持されていた30秒以上であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例11の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に65秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は420℃であった。液膜が形成されたガラス板を電気炉に入れた直後に液膜の温度は80℃以上となった。すなわち、液膜が80℃以上である時間は、電気炉内に保持されていた65秒以上であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例12の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に100秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は480℃であった。液膜が形成されたガラス板を電気炉に入れた直後に液膜の温度は80℃以上となった。すなわち、液膜が80℃以上である時間は、電気炉内に保持されていた100秒以上であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例13の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に150秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は570℃であった。液膜が形成されたガラス板を電気炉に入れた直後に液膜の温度は80℃以上となった。すなわち、液膜が80℃以上である時間は、電気炉内に保持されていた150秒以上であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例14の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に215秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は620℃であった。液膜が形成されたガラス板を電気炉に入れた直後に液膜の温度は80℃以上となった。すなわち、液膜が80℃以上である時間は、電気炉内に保持されていた215秒以上であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
薄膜形成時の乾燥工程が異なる点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。実施例15の乾燥工程は、次のとおりである。液膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に275秒間保持したのち、電気炉から取り出して乾燥させた。このとき、ガラス板の液膜における最高到達温度は670℃であった。液膜が形成されたガラス板を電気炉に入れた直後に液膜の温度は80℃以上となった。すなわち、液膜が80℃以上である時間は、電気炉内に保持されていた275秒以上であった。乾燥後のガラス板を室温まで放冷し、ガラス板に乾燥膜が形成された。
実施例2と同様の方法で薄膜付き基材を作製した後、すなわち実施例2の脱アルカリ処理工程の後に後熱処理工程を実施して、実施例16の薄膜付き基材を作製した。得られた薄膜付き基材の各特性は、実施例1と同様の方法で評価された。実施例16で実施された後熱処理工程では、薄膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に225秒間保持したのち、電気炉から取り出した。このとき、ガラス板の薄膜における最高到達温度は650℃であった。
実施例2と同様の方法で薄膜付き基材を作製した後、すなわち実施例2の脱アルカリ処理工程の後に後熱処理工程を実施して、実施例17の薄膜付き基材を作製した。得られた薄膜付き基材の各特性は、実施例1と同様の方法で評価された。実施例17で実施された後熱処理工程では、薄膜が形成されたガラス板を、760℃に設定した電気炉に250秒間保持したのち、電気炉から取り出した。このとき、ガラス板の薄膜における最高到達温度は670℃であった。
薄膜形成時の乾燥工程が異なり、かつ脱アルカリ処理工程が実施されなかった点以外は、実施例1と同様の方法で薄膜付き基材を作製し、各特性を評価した。比較例1の乾燥工程では、液膜を室温での自然乾燥により乾燥させた。
実施例1で用いた低放射膜付きのガラス板に薄膜を形成せず、当然に乾燥工程及び脱アルカリ処理工程も実施しなかった。すなわち、実施例1で用いた低放射膜付きのガラス板を比較例2とした。
(薄膜におけるSiO2含有率及びLi2O含有率の測定)
基材の薄膜が形成されている面だけを60℃に保った濃度1NのNaOH水溶液に接触させ、薄膜を溶解した。その溶解液に含まれるSi及びLiを、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法を用いて定量分析することで、薄膜におけるSiO2含有率及びLi2O含有率を求めた。なお、低放射膜の最表面のフッ素含有酸化スズ層はNaOHに溶解しないので、薄膜だけをNaOHに溶解させることができる。
薄膜付き基材を、温度80℃、相対湿度95%の高温高湿条件下で24時間保持した後、白濁の有無を目視にて観察した。さらに、白濁が確認された薄膜付き基材については、白濁の水洗での除去性の試験も行った。白濁の水洗は、実施例1の乾燥膜の洗浄と同様に、温度25℃の市水で、スポンジを用いて5往復手洗いすることによって行った。
原子間力顕微鏡(SII-NT社製、SPA-400)にて、10μm×10μmの範囲をスキャンし、表面粗さRaを算出した。
ヘイズメーター(日本電色工業社製、NDH-2000)にてヘイズ率を測定した。
水で湿らせた綿布で薄膜の表面を拭き取り後、呼気を吐きかけても指紋の跡が観察されないかどうかで指紋汚れ除去性を以下のとおり評価した。
◎:水で湿らせた綿布で10回拭き取り後、呼気を吐きかけても指紋の跡が観察されない。
○:水で湿らせた綿布で30回拭き取り後、呼気を吐きかけても指紋の跡が観察されない。
△:水で湿らせた綿布で30回拭き取り後、呼気を吐きかけると指紋の跡がわずかに観察される。
×:水で湿らせた綿布で30回拭き取り後、呼気を吐きかけると指紋の跡が容易に観察される。
薄膜付き基材の薄膜の表面に対し、荷重5gを印加したダイヤモンド圧子によるひっかき試験(JIS R3255-1997に準拠)を行った。耐スクラッチ性は、比較例2の薄膜が形成されていない基材との比較により、以下のとおり評価した。
◎:優位にキズが低減された。
○:キズが低減された。
×:キズに大きな差はなかった。
薄膜付き基材に対し、以下の方法で耐アルカリ性試験を行った。この耐アルカリ性試験後の薄膜付き基材について、指紋除去性及び光学特性(ヘイズ率)を評価した。指紋除去性については、前述の「指紋汚れ除去性の評価」と同様の基準にて評価した。
・耐アルカリ性試験1
耐アルカリ性試験1は、JIS R3221の熱線反射ガラスに定める耐アルカリ性試験に準拠し、23℃の濃度1NのNaOHに薄膜付き基材を浸漬して行った。ただし、この耐アルカリ性試験1での浸漬時間は6時間とし、浸漬後の薄膜付き基材のヘイズ率と、薄膜が形成されていない状態の基材(薄膜無し基材)のヘイズ率とを比較し、以下のように評価した。
○:浸漬後の薄膜付き基材のヘイズ率が、薄膜無し基材のヘイズ率より0.1%以上低い
×:浸漬後の薄膜付き基材のヘイズ率が、薄膜無し基材のヘイズ率より0.1%未満低い
・耐アルカリ性試験2
耐アルカリ性試験2は、一部の例についてのみ実施した。耐アルカリ性試験2は、浸漬時間を24時間とした点以外は、耐アルカリ性試験1と同じであった。
Claims (14)
- 薄膜付き基材の製造方法であって、前記薄膜はSiO2を主成分として含み、
前記製造方法は、
前記薄膜を形成するための塗工液を基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記塗工液の液膜を、前記液膜の表面が到達する最高温度が60℃以上300℃未満となる温度で乾燥させて乾燥膜とし、乾燥膜付き基材を得る乾燥工程と、
前記乾燥膜付き基材における前記乾燥膜から、アルカリ成分を低減させる又は除去する、脱アルカリ処理工程と、
前記脱アルカリ処理工程後に得られた薄膜付き基材を、前記薄膜の表面が達する最高温度が300℃以上となるように加熱する熱処理工程と、
をこの順で含み、
前記塗工液は、固形分の主成分として水溶性リチウムケイ酸塩を含み、かつ、溶媒の主成分として水を含む、
薄膜付き基材の製造方法。 - 前記乾燥工程において、前記液膜の表面温度が60℃以上である時間が2秒以上である、
請求項1に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記薄膜におけるLi2Oの含有率が3質量%未満であり、
前記薄膜の物理膜厚が5nm以上500nm以下である、
請求項1又は2に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記薄膜におけるLi2Oの含有率が1質量%未満である、
請求項3に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記薄膜が、実質的にLi2Oを含まない、
請求項4に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 薄膜付き基材の製造方法であって、前記薄膜はSiO 2 を主成分として含み、
前記製造方法は、
前記薄膜を形成するための塗工液を基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記塗工液の液膜を、前記液膜の表面が到達する最高温度が300℃以上となる温度で乾燥させて乾燥膜とし、乾燥膜付き基材を得る乾燥工程と、
前記乾燥膜付き基材における前記乾燥膜から、アルカリ成分を低減させる又は除去する、脱アルカリ処理工程と、
をこの順で含み、
前記塗工液は、固形分の主成分として水溶性リチウムケイ酸塩を含み、かつ、溶媒の主成分として水を含む、
薄膜付き基材の製造方法。 - 前記薄膜におけるLi2Oの含有率が3質量%以上12質量%以下であり、
前記薄膜の物理膜厚が5nm以上500nm以下である、
請求項6に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記薄膜が、リチウム以外のアルカリ金属成分を実質的に含まない、
請求項1~7のいずれか1項に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記塗工液に含まれる前記水溶性リチウムケイ酸塩において、Li2Oに対するSiO2のモル比(SiO2/Li2O)が、1以上20以下であり、
前記塗工液において、前記水溶性リチウムケイ酸塩の濃度が、0.01質量%以上25質量%以下である、
請求項1~8のいずれか1項に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記塗工液は、リチウム以外のアルカリ金属成分を実質的に含有しない、及び、リチウムケイ酸塩以外のアルカリ金属ケイ酸塩を実質的に含有しない、
請求項9に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記脱アルカリ処理工程は、前記乾燥膜を、水を主成分として含む洗浄液と接触させる水洗工程を含む、
請求項1~10のいずれか1項に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記洗浄液は、実質的に水からなり、5℃以上95℃以下の温度を有する、
請求項11に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 前記乾燥膜が前記洗浄液と接する時間が、2秒以上である、
請求項11又は12に記載の薄膜付き基材の製造方法。 - 薄膜付き基材の製造方法であって、前記薄膜はSiO 2 を主成分として含み、
前記製造方法は、
前記薄膜を形成するための塗工液を基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記塗工液の液膜を、前記液膜の表面が到達する最高温度が60℃以上300℃未満となる温度で乾燥させて乾燥膜とし、乾燥膜付き基材を得る乾燥工程と、
前記乾燥膜付き基材における前記乾燥膜から、アルカリ成分を低減させる又は除去する、脱アルカリ処理工程と、
をこの順で含み、
前記塗工液の固形分は水溶性リチウムケイ酸塩からなり、かつ、溶媒の主成分として水を含み、
前記乾燥工程と前記脱アルカリ処理工程とが連続して実施され、
前記脱アルカリ処理工程は、前記乾燥膜を、水からなる洗浄液と接触させる水洗工程のみによって実施され、
前記塗布工程において、前記塗工液を前記基材に塗布する方法は、スピンコーティング、ロールコーティング、バーコーティング、ディップコーティング、又はスロットダイコーティングである、
薄膜付き基材の製造方法。
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