JPH02239112A

JPH02239112A - 金属基材上へのシリカ被膜の形成法

Info

Publication number: JPH02239112A
Application number: JP5733389A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Murotani; 正彰室谷; Kazuhiko Yaguchi; 和彦矢口; Kozo Yamamoto; 山本　耕造
Original assignee: FUJI DEBUISON KAGAKU KK; Fuji-Davison Chemical Ltd
Current assignee: FUJI DEBUISON KAGAKU KK; Fuji-Davison Chemical Ltd
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1990-09-21
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2818785B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は金属基材上へのシリカ被膜の形成法に関するも
のであり、詳しくは、ステンレス板などの金属基材の表
面に均一なシリカ被膜をローテイングするための方法に
関するものである。

［従来技術とその欠点］各種の金属基材の耐アルカリ性の向上、耐熱性や耐蝕性
の改善、更に、電気的特性の制御などを目的として、金
属基材の表面にシリカ被膜を作る研究が行なわれている
。く例えば、日本セラミックス協会学術論文誌９７、［
１］９１〜９４、１９８９）これらの方法はアルコキシ
シランを原料とし、所謂、ゾル・ゲル法によって金属基
材ヘガラス薄膜をコーティングする技術に関するもので
あり、工業的に見て実用性の高い方法である。

ところが、シリカ被膜の形成に際しては、ビンホールが
なく全面に回り均一な厚さを有し、しかも金属基材への
密着強度の高いものが要求されるが、このような要求を
満足し得るシリカ膜を形成させることは非常に難しい。

そこで、上記文献によれば、モノメチルートリエ１〜キ
シシランなどの特殊なタイプの原料を用い、且つ、加水
分解触媒としてリン酸を用いる方法が開示されているが
、それでも、膜強度（耐剥離性）に優れたシリカ被膜を
得ることは難しかった。

［発明の課題と解決手段］本発明者は上記実情に鑑み、テトラ低級アルコキシシラ
ンを加水分解することにより得たシリカゾルを利用して
、これを金属基材の表面に良好に密着させ、ピンホール
のない均一なシリカ薄膜を形成させる方法について鋭意
検討を重ねたところ、シリカゾルを生成させる際の混合
物中の水の使用量及びこの際の系内のｐＨｆｆｉ簿膜の
形成に重要な影響を与え、しかも、シリカゾル中への浸
漬処理後の金属基材の混合物からの引き上げ速度も重要
であることを見い出した。そして、この知見に基づき引
き続き検討した結果、これらの条件を特定範囲に調節す
ることにより、本発明の目的が達成されることを確認し
本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の要旨は、テトラ低級アルコキシシラ
ンを前記アルコキシシランに対して５〜４０容量％の低
級脂肪族アルコール及び１〜３０容量％の水との混合物
とし、しかも、系内のｌ）Ｈを塩酸により１〜３に調整
するとともに温度を２０〜７０℃に調節することにより
シリカゾルを生成させ、次いで、この混合物中に、予め
洗浄された金属基材を浸漬した後、デイツビング法によ
り混合物中より金属基材を液面に対して垂直に０．０５
〜１０ｍ／ｓｅｃの速度で引き上げ金属基材の表面にシ
リカの被膜を形成させ、これを乾燥することを特徴とす
る金属基材上へのシリカ被膜の形成法に存する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で対象となるテトラ低級アルコキシシランは下記
一般式（式中、Ｒ１へ−Ｒ４は同一又は異なる低級アルキル基
を表わす）で示される化合物であるが、通常，Ｒ１〜Ｒ
４が同一のアルキル基であるテトラメトキシシラン、テ
トラエトキシシラン、テＩ〜ラブ口ボキシシランなどが
挙げられ、なかでも、デトラエトキシシランが好ましい
。

本発明では前記アルコキシシランを特定量の低級脂肪族
アルコール及び水と混合するが、低級脂肪族アルコール
としては、通常、メタノール、エタノール、ｎ−プロパ
ノール、ｉｓｏ−プロバノール、ｎ−プタノール及びこ
れらの混合物が挙げられる。しかし、通常、前記アルコ
キシシランのアルコキシ基と同一の炭素数を有するアル
コールを用いるのが好ましい。例えば、テトラエトキシ
シランを用いる場合には、エタノールが好ましい。

このアルコールの使用量は前記アルコキシシランに対し
て５〜４０容量％、好ましくは１０〜３０容量％である
。一方、水の使用量は前記アルコキシシランに対して１
〜３０容量％、好ましくは５〜２０容量％である。また
、前記アルコールに対する水の使用割合は、通常、３０
〜７０容量％、好ましくは４０〜６０容置％である。本
発明においては、このアルコール及び水の使用割合は重
要であり、いずれの場合も前記範囲より多くても、逆に
少なくても良好なシリカ被膜を得ることができない。

低級脂肪族アルコール及び水と混合ざれたテ［〜ラ低級
アルコキシシランは加水分解ざれシリカゾルを生ずるが
、本発明では、この際のｐＨを塩酸により１〜３に調整
することが肝要である。もし、塩酸以外の酸く例えば、
硫酸、リン酸など〉でｐＨ調整を行なった場合、又は、
ｐＨ範囲が前記範囲外の場合には金属基材との密着性に
優れたシリカを得ることができない。なお、塩酸に同伴
されて添加された水分量も含めて上記の水の使用範囲に
入ることが要求される。また、ゾル化の温度は２０〜７
０℃、好ましくは３０〜５０゜Ｃであり、この温度があ
まり低いと加水分解が良好に進行せず、一方、あまり高
いと反応速度が速くシリカゾルが不安定になるので好ま
しくない。このゾル化が終了するまでの時間は条件によ
り異なるが、通常、０．５〜３時間程度である。本発明
では上記混合物中のシリカゾルの濃度を通常、１０〜２
０重量％の範囲にするのが望ましい。

本発明においては、上述のようにして調製ざれたシリカ
ゾルを含む混合液中に、金属基材を浸漬しデイッピング
法によりその表面にシリカ被膜を形成ざせるが、そのタ
イミングは、通常、ゾル生成後、１０〜２０日復位が特
に好ましい。本発明で対象となる金属基材としては、通
常、ステンレス、鉄板（冷間圧延鋼板）、アルミニウム
、銅などの金属製のものが挙げられ、なかでもステンレ
スが最も好適である。金属基材の形状は特に限定ざれな
いが、通常、板状物が好ましい。

金属基材は予め、その表面を洗浄し脱脂しておく必要が
ある。この洗浄方法としては、通常、■ベンゼンなどの
有機溶媒による洗浄、■苛性アルカリ水溶液による洗浄
、■硫酸などによる酸洗浄及びこれらの組合せ、並びに
水洗浄が挙げられる。

これら洗浄後の金属基材は最終工程で十分に水洗浄し、
次いで、乾燥する必要がある。

金属基材をシリカゾルを含有する混合液中に浸漬する場
合、通常、金属基材はほぼ垂直に浸漬し、また、ほぼ垂
直に引き上げるのが好ましい。浸漬処理時の温度は、通
常、５〜４０℃であり、この浸漬時間は、通常、０４２
５〜２時間、好ましくは０．５〜１時間である。浸漬時
間があまり短い場合、金属基材の表面に均一なシリカ被
膜を形成させることができず、また、あまり長い場合、
金属基材表面の変質や、場合によっては、シリカゲルの
状態が変わるので好ましくない。この処理により、金属
基材の表面にシリカゾルが密着し、そして、全面に均一
なシリカ被膜が形成されるのである。

浸漬処理を終えた金属基材は該混合液中より引き上げる
が、この際の引き上げ速度は重要であり、本発明では液
面に対して垂直に０．０５〜１０馴／ｓｅｃ，好ましく
は０．１〜５ｍ／ｓｅｃの速度に調節ずる必要がある。

要するに、金属基材の表面に均一に密着したシリカ成分
をそのままの状態を保ちながら引ぎ上げる必要があり、
そのためには制御された引き上げ速度が要求されるので
ある。

引き上げられた金属基材は、次いで、例えば１１０〜３
００℃の温度で乾燥することにより、シリカ成分を金属
基材の表面上に完全に定着させる。

この乾燥時間は、通常、１０〜６０分程度である。

このようにして表面にシリカ被膜が形成ざれた金属基材
を得ることができるが、このシリカ被膜の厚さは通常、
０．８〜２ミクロンの範囲で調節可能である。

［発明の効果コ本発明の方法では、金属基材の表面上に、ピンホールの
ない均一厚さを有するシリカ被膜を簡単に形成させるこ
とができる。また、このシリカ被膜の金属基材への密着
強度は優れたものである。

更に、本発明では水の使用量が少ないためか，，シラノ
ールＩｓ　（ＯＨ基》の少ないシリカ膜となる。

従って、本発明で得られるシリカ被膜を有する金属基材
は耐薬品性及び耐剥離性などに優れ、各種分野に利用価
値の高いものである。

［実施例］次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記述
に限定されるものではない。

実施例１塩酸により混合物のＤＨを２に調整した下記組成の混合
物を作りテトラエトキシシラン　５容量部エタノール　　　　　　１ｌｌ水　　　　　　　　　　　　０．５　　〃この混合物を
均一混合した後、５０〜６０℃の温度で放置することに
よりシリカゾルを生成させ（シリカゾル濃度１５％）、
そして、１５日後、次いで、予め洗浄処理したｓｕｓ３
０４ステンレス板（　３　０ｍＸ　２　０＃ｌｌＸ○。

５　ｍｔｎ　）を垂直に全部、浸漬し、２５℃の温度で
３０分間、保持した後、０．　５ａｙ／ｓｅｃの速度で
ステンレス板を引き上げ、これを１７０℃の温度で３０
分間、乾燥することにより、シリカ被膜が形成されたス
テンレス板を得た。

このシリカ被膜を有するステンレス板を走査電子顕微鏡
、電子線マイクロアナライザー及びＦ’Ｔ−ＪＲスペク
トルなどにより分析した結果、ビンホールの全くない、
均一なシリカ被膜がステンレス板の全面にコーティング
されていることが確認され、また、シリカ被膜の厚さを
測定したところ０．５ミクロンであった。

なお、ステンレス板の洗浄は下記の順序で行なった。

■ベンゼン含浸布でのふきとり ■ベンゼンによる洗浄 ■２％苛性ソーダ水溶液による洗浄 ■蒸溜水による洗浄 ■１０％硫酸による洗浄 ■蒸溜水による洗浄 ■乾燥（１１０℃Ｘ３０ｍｉｎ）実施例２塩酸により混合物のｐＨを２に調整した下記組成の混合
物を作りテトラエトキシシラン　　５容量部エタノール　　　　　　　１　〃水　　　　　　　　　　　　　　０．５〃この混合物を
均一混合した後、５０〜６０’Ｃの温度で放置すること
によりシリカゾルを生成させ（シリカゾル濃度１５％）
、そして、１５日後、次いで、予め洗浄処理した鉄板（
冷間圧延鋼板）（　１　５　０ｓｎＸ　７　０ｍＸ　１
　ｍ＞を垂直に全部、浸漬し、２５゜Ｃの温度で３０分
間、保持した後、０．５Ｉｒｕｒ＆／ｓｅｃの速度で鉄
板を引き上げ、これを１７０℃の温度で３０分間、乾燥
することにより、シワ力被膜が形成された鉄板を得た。

このシリカ被膜を有する鉄板を走査電子顕微鏡，電子線
マイクロアナライザー及びＦＴ−ＩＲスペクトルなどに
より分析した結果、ビンホールの全くない、均一なシリ
カ被膜が鉄板の全面にコーティングされていることが確
認され、また、シリカ被膜の厚さを測定したところ０．
５ミクロンであった。

なお、鉄板の洗浄は下記の順序で行なった。

■ベンゼン含浸布でのふきとり ■ベンゼンによる洗浄 ■２％苛性ソーダ水溶液による洗浄 ■蒸溜水による洗浄 ■２％硫酸による洗浄 ■蒸溜水による洗浄

Claims

【特許請求の範囲】

１　テトラ低級アルコキシシランを、前記アルコキシシ
ランに対して５〜４０容量％の低級脂肪族アルコール及
び１〜３０容量％の水との混合物とし、しかも、系内の
ｐＨを塩酸により１〜３に調整するとともに温度を２０
〜７０℃に調節することによりシリカゾルを生成させ、
次いで、この混合物中に、予め洗浄された金属基材を浸
漬した後、ディッピング法により混合物中より金属基材
を液面に対して垂直に０．０５〜１０ｍｍ／ｓｅｃの速
度で引き上げ金属基材の表面にシリカの被膜を形成させ
、これを乾燥することを特徴とする金属基材上へのシリ
カ被膜の形成法。