JPH07286135A - シリカ系被膜形成用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定性、膜特性に優れたシリカ系被膜形成用
組成物を得る。 【構成】 Ａ．モノマー含有率が１重量％であるテトラ
メトキシシランの部分加水分解物 Ｂ．脂肪族一価のアルコール Ｃ．水 Ｄ．ｐＫａが２．０を越えてかつ５．５以下の有機カル
ボン酸を必須成分とするシリカ系被膜形成用組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリカ系被膜形成用組成
物に関するものであり、組成物として保存安定性が良好
で、これを用いることにより厚膜であり透明でクラック
がなく表面硬度が高いシリカ被膜が得られる。

【０００２】

【従来の技術】各種シリケートを原料にゾルゲル法を用
いて樹脂、金属やセラミックをはじめ各種基材表面にシ
リカ被膜を形成することが各分野で行なわれている。こ
れらは、基盤の傷発生の防止、電気の絶縁、水分や各種
薬品による侵食防止などを主な目的とする。シラン化合
物を含む溶液の基盤上への塗布・造膜は、含浸法、ディ
ッピング法、スピンコーティング法、スプレー法などで
行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シラン
系の塗布液は保存性と両立のため分子量の制御が難し
い。そのため低分子量で安定性を優先し膜厚は重ね塗り
することにより回避してきた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らはこれ
らの従来の問題点に対し鋭意検討した結果、シリカ系被
膜形成用塗布液として下記の成分を必須成分とてなる組
成物が、保存安定性に優れ、これを用いることにより厚
膜であり透明でクラックがなく表面硬度の高いシリカ被
膜が得られることを見だし、本願発明に到達した。

【０００５】（Ａ）モノマー含有率が１重量％以下であ
るテトラメトキシシランの部分加水分解物 （Ｂ）脂肪族一価のアルコール （Ｃ）水 （Ｄ）ｐＫａが２．０を超えてかつ５．５以下の有機カ
ルボン酸 以下に本発明の詳細を説明する。

【０００６】本発明で用いられるＡ成分は、加水分解反
応自体は公知の方法によることができ、例えば、上記テ
トラメトキシシランに所定量の水を加えて酸触媒存在下
で、副生するメタノールを留去しながら通常、室温から
１００℃で反応させる。この反応によりメトキシシラン
は加水分解し、さらにこれにつづく縮合反応によりヒド
ロキシル基を分子中に２以上有する液状の分解物（平均
重合度２〜８、好ましくは３〜６）として得られる。加
水分解の程度は、使用する水の量により適宜調節するこ
とができるが、本発明においては通常４０〜９０％程
度、さらに好ましくは６０〜８０％程度から選ばれる。
こうして得られたテトラメトキシシランのオリゴマーに
はモノマーが通常２〜１０％程度含有されている。さら
に、オリゴマーを煮沸し、モノマーを気化させ不活性ガ
スとともにモノマーを除去することにより、モノマー含
量が１％以下、好ましくは０．３％以下にする。もし、
モノマーが多量に含有されていると塗布液としての保存
安定性に欠け、保存中に増粘し、塗布工程で厚みが均一
な膜の塗布が困難となるほか、さらに増粘すると塗膜の
形成自体が困難となる。

【０００７】本発明のＢ成分の脂肪族一価のアルコール
は特に限定されるものではなく、Ａ成分のメトキシシラ
ンのオリゴマーを均一に溶解させうるものであればよ
い。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロピ
ルアルコール、ブタノール、あるいは２−メトキシエタ
ノール、２−エトキシエタノール、２−（２−エトキシ
エトキシ）エタノール、２−（２−メトキシエトキシ）
エタノール、２−ブトキシエタノール、２−（２−ブト
キシエトキシ）エタノール等が挙げられる。これらのア
ルコールはＡ成分であるメトキシシランの加水分解物の
溶解性に優れている。Ｂ成分として例示した上記の溶媒
の中から１種類または２種類以上を混合して用いる以外
に、これらの溶媒に一般的な他の溶媒を混合して用いて
もよい。他の溶媒として具体的には、エチルエーテル、
ブチルエーテル等のエーテル類、エチレングリコール、
プロピレングリコール等の多価アルコール類、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の
ケトン類、酢酸エチル、アセト酢酸エチル等のエステル
類が挙げられる。ただし、脂肪族一価のアルコールに対
するこれらの溶媒の使用量は、得られる膜の均一性の面
からアルコール１００重量部に対し５０重量部以下とす
ることが好ましい。Ｂ成分のＡ成分に対する好適な量
は、Ａ成分１００重量部に対し溶媒５０〜１０００重量
部が好ましい。溶媒量が５０重量部以下の場合、液の基
材への展開性が悪く、厚みが均一な塗布が困難なものと
なる。一方、溶媒量が１０００重量部より多いと、極端
に厚みが小さい膜しか得られず、さらにリコートするな
どの必要性が生じる。

【０００８】本発明のＣ成分の水はＡ成分のメトキシシ
ランに残存するメトキシ基の加水分解反応を進行させる
ために必要である。水の必要量は原料として用いるＡ成
分そのものの残りのメトキシ基の加水分解率に応じて異
なるものであるが、加水分解率１００％当量に対し、
０．５倍量以上が好ましい。もし、水の量が少ない場合
には、塗布後に高温焼成して得られる膜の極端に厚みが
小さくなるばかりでなく、膜表面の平坦性が著しく損な
われるなどの問題が生じる。

【０００９】本発明のＤ成分のｐＫａが２．０を超えて
かつ５．５以下の有機カルボン酸は、Ａ成分のメトキシ
シランに残存するメトキシ基の加水分解反応の進行とそ
れに続く縮合・硬化反応に必要な触媒である。ｐＫａが
２．０を超えてかつ５．５以下の有機カルボン酸でアル
コール／水系溶媒に溶解するものであれば特に限定され
るものではないが、具体的には、フマル酸、酢酸、ピバ
リン酸等が挙げられる。一般にシリケートオリゴマーの
加水分解および縮合反応の触媒には、有機カルボン酸の
以外の酸または塩基触媒の使用が可能であるが、特にｐ
Ｋａが２．０を超えてかつ５．５以下の有機カルボン酸
は他の触媒に比べて被膜の厚みの点で優れている。好ま
しい添加量はＡ成分のメトキシシラン１００重量部に対
して０．３重量部以上である。Ｄ成分の量がこれ未満の
組成で被膜を形成すると、得られる膜の厚みは極端に小
さいものとなる。

【００１０】本発明は上記Ａ〜Ｄの４成分を主成分とす
るが、その配合方法は室温でアルコールを含む溶媒にテ
トラメトキシシランの部分加水分解物を溶解した後、次
いで水、有機カルボン酸を添加するのが一般的である。
こうして得られた本発明の組成物を各種塗布法にてセラ
ミック、金属等の基材に造膜し、次いで、溶媒を揮発後
に４００℃以上で加熱硬化することで、硬化に優れたシ
リカ被膜を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する、 （合成例）攪拌機と還流用コンデンサーおよび温度計を
つけた５００ｍｌの３つ底フラスコに、テトラメトキシ
シラン２３４ｇとメタノール７４ｇを加えて混合した後
に、０．０５％塩酸２２．２ｇを加え、液温６５℃で２
時間加水分解反応を行なった。

【００１２】ついでコンデンサーを抽出管に取り替え、
液温が１５０℃になるまで昇温し、メタノールで抽出さ
せさらに１５０℃、３時間加熱し縮合を行なった。この
様にして加水分解物を得た。重合度は３〜６で一分子中
のヒドロキシル基は１０以上であった。このテトラメト
キシシランオリゴマー中のモノマー量は５％であった。
引き続き、１００〜１５０℃に加熱したジャケットにテ
トラメトキシシランオリゴマーで煮沸させて気化したモ
ノマーを不活性ガスとともに系外に排出し、モノマー量
が０．２％であるテトラメトキシシラン部分加水分解物
Ａを得た。

【００１３】実施例１ エタノール６２．１ｇに上記合成例により得られたテト
ラメトキシシランの部分加水分解物Ａ３１．０ｇを混合
し、室温下で攪拌し均一に溶解させた。これに水６．６
ｇとフマル酸（ｐＫａ＝３．０２）０．３１ｇをこの順
序で加え、フマル酸が溶解するまでさらに攪拌してシリ
カ系被膜形成用塗布液の組成物を得た。この溶液は２３
℃で３０日放置してもゲル化することはなかった。この
組成物にガラスを漬けた後、２３℃、相対湿度５５％で
ガラスを３００ｍｍ／ｍｉｎで引き上げ１２０℃の熱風
オーブンにて２分間溶媒を揮発させた後、さらに熱風オ
ーブンにて４５０℃、３０分加熱硬化した。膜は透明で
クラックは見あたらなかった。得られた膜の特性につい
て表１に示す。

【００１４】実施例２ 実施例１で使用したフマル酸の代わりにギ酸（ｐＫａ＝
３．７５）を用いた以外は実施例１と同じ様に液を作製
した。膜は透明でクラックは見あたらなかった。得られ
た膜の特性について表１に示す。

【００１５】実施例３ 実施例１で使用したフマル酸の代わりにコハク酸（ｐＫ
ａ＝４．００）を用いた以外は実施例１と同じ様に液を
作製した。膜は透明でクラックは見あたらなかった。得
られた膜の特性について表１に示す。

【００１６】実施例４ 実施例１で使用したフマル酸の代わりに酢酸（ｐＫａ＝
４．７５）を用いた以外は実施例１と同じ様に液を作製
した。膜は透明でクラックは見あたらなかった。得られ
た膜の特性について表１に示す。

【００１７】比較例１ 合成例に示したテトラメトキシシランの部分加水分解物
に関し、加水分解および縮合反応後にモノマーを系外に
排出しない、モノマーを５％含むオリゴマーをテトラメ
トキシシランの部分加水分解物の代わりに用いた以外は
実施例１と同じ条件で配合した。調液後２５日で増粘度
が認められ、実施例と同じ条件で造膜できなかった。

【００１８】比較例２ テトラメトキシシランの部分加水分解物の代わりに、テ
トラエトキシシランの部分加水分解物を用いたこと以外
は実施例１と同じ条件で調液し、組成物を得た。膜は透
明でクラックは見あたらなかった。得られた膜の特性に
ついて表１に示す。

【００１９】比較例３ ２−エトキシエタノール６６．７ｇにテトラメトキシシ
ラン部分加水分解物Ａ３３．３ｇを溶解し、水を加えず
に酢酸０．３４ｇを加えた以外は実施例と同じ条件で調
液し、組成物を得た。実施例１と同様に被膜を形成し
た。膜の厚みは低くかつむらが大きかった。得られた膜
の特性について表１に示す。

【００２０】比較例４ フマル酸の代わりにヒドラジン（ｐＫａ＝７．９７）を
同量用いた以外は実施例１と同条件で調液したところ、
４成分混合物１時間で液が増粘、白濁してしまい、透明
で均一な厚みの膜は得られなかった。

【００２１】

【表１】 （１）鉛筆硬度はＪＩＳ Ｋ５６５１に準拠した。表か
らも明らかなように本発明の組成物を用いることによ
り、厚膜であり透明でクラックがなく表面硬度の高いシ
リカ被膜が得られる。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、組成物として保存安定性
が良好で、これを用いることにより厚みの厚膜であり透
明でクラックがなく表面硬度の高いシリカ被膜が得られ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）モノマー含有率が１重量％以下で
   あるテトラメトキシシランの部分加水分解物 （Ｂ）脂肪族一価のアルコール （Ｃ）水 及び （Ｄ）ｐＫａが２．０を超えてかつ５．５以下の有機カ
   ルボン酸 を必須成分とするシリカ系被膜形成用組成物。