JPH09208898A - 低屈折率及び撥水性を有する被膜 - Google Patents

低屈折率及び撥水性を有する被膜

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JPH09208898A
JPH09208898A JP8309020A JP30902096A JPH09208898A JP H09208898 A JPH09208898 A JP H09208898A JP 8309020 A JP8309020 A JP 8309020A JP 30902096 A JP30902096 A JP 30902096A JP H09208898 A JPH09208898 A JP H09208898A
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達哉 野上
Takakazu Nakada
孝和 中田
Rie Sakai
里枝 酒井
Takeshi Hosoya
猛 細谷
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00Coatings on glass
    • C03C2217/70Properties of coatings
    • C03C2217/73Anti-reflective coatings with specific characteristics
    • C03C2217/732Anti-reflective coatings with specific characteristics made of a single layer

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材表面に密着し、且つ、1.28〜1.3
8の屈折率と90〜115度の水接触角を有する被膜
を、簡便に且つ効率よく形成させること。 【解決手段】 Si(OR)4 で示される珪素化合物
と、CF3 (CF2nCH2CH2Si(OR13で示さ
れる珪素化合物と、R2CH2OHで示されるアルコール
と、蓚酸とを特定比率に含有する反応混合物を水の不存
在下に50〜180℃で加熱することによりポリシロキ
サンの溶液を生成させ、当該溶液を含有する塗布液を基
材表面に塗布し、そしてその塗膜を80〜450℃で熱
硬化させることにより当該基材表面に密着して形成さ
れ、且つ、1.28〜1.38の屈折率と90〜115
度の水接触角を有する被膜。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、アルコキシ基含
有珪素化合物のポリマー溶液から基材上に形成される被
膜の改良に関する。特に本発明は、特定組成を有するア
ルコキシ基含有珪素化合物を水の不存在下に共縮合させ
てなるポリシロキサンの溶液からなる塗膜を、基材表面
上で熱硬化させることにより当該基材表面に密着して形
成され、且つ、低屈折率及び大きい水接触角を有する被
膜に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来より、基材の屈折率よりも低い屈
折率を示す被膜を当該基材の表面に形成させると、当該
被膜の表面から反射する光の反射率が低下することが知
られている。そしてこのような低下した光反射率を示す
被膜は、光反射防止膜として利用され、種々の基材表面
に適用されている。特開平5−105424号公報に
は、Mg源としてのマグネシウム塩、アルコキシマグネ
シウム化合物などと、F源としてのフッ化物塩とを反応
させることにより生成させたMgF2 微粒子のアルコー
ル分散液、又はこれに膜強度向上のためにテトラアルコ
キシシランなどを加えた液を塗布液とし、これをブラウ
ン管等ガラス基材上に塗布し、そして100〜500℃
で熱処理することにより、当該基材上に低屈折率を示す
反射防止膜を形成させる方法が開示されている。
【0003】特開平6−157076号公報には、テト
ラアルコキシシラン、メチルトリアルコキシシラン、エ
チルトリアルコキシシランなどの加水分解縮重合物であ
って、平均分子量の異なる2種以上とアルコール等溶剤
とを混合することによりコーティング液となし、当該コ
ーティング液から被膜を形成するに当たって上記混合の
際の混合割合、相対湿度のコントロールなどの手段を加
えて被膜をつくり、そしてこれを加熱することにより、
1.21〜1.40の屈折率を示し、且つ、50〜20
0nmの径を有するマイクロピット又は凹凸を有する厚
さ60〜160nmの薄膜を、ガラス基板上に形成させ
た低反射ガラスが開示されている。
【0004】特公平3−23493号公報には、ガラス
と、その表面に形成させた高屈折率を有する下層膜と、
更にその表面に形成させた低屈折率を有する上層膜とか
らなる低反射率ガラスが開示されている。この公報に
は、その上層膜の形成方法の詳細として、CF3(C
2224Si(OCH33 等ポリフルオロカーボ
ン鎖を有する含フッ素シリコーン化合物と、これに対し
5〜90重量%のSi(OCH34等シランカップリン
グ剤とを、アルコール溶媒中、酢酸等触媒の存在下に室
温で加水分解させた後、濾過することにより共縮合体の
液を調製し、次いでこの液を上記下層膜上に塗布し、1
20〜250℃で加熱することからなる方法が記載され
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特公平3−234
93号公報に記載の、基材上に多層に被膜を形成させる
方法では、塗布工程と焼成工程を繰り返す必要があり効
率的でないのみならず、焼成工程の繰り返しによって、
被膜にクラックが生じたり、生成被膜も不均一になりや
すく、更に基材の変形も起こりやすい。更にこの加水分
解の方法で得られる塗布液から形成される上層膜に低い
屈折率を付与するには、シランカップリング剤1モルに
対して1.1モル以上もの多量の含フッ素シリコーン化
合物の使用を必要とし、このような場合でも1.33よ
り低い屈折率を有する被膜は得られない。そしてこの加
水分解の方法で得られる塗布液を直接に基材の上に塗布
し、そしてその塗膜を加熱する方法によって得られた被
膜は、十分な硬度を有しない。
【0006】上記特開平5−105422号公報に記載
の方法では、MgF2 微粒子間の結合力が弱いため、形
成された被膜は機械的強度に乏しく、そして基材との密
着力も十分でないのみならず、MgF2 からなるこの被
膜は本質的に1.38より小さい屈折率を示さず、基材
の種類によっては十分な光反射防止性を発現しない。上
記特開平6−157076号公報に記載の方法では、異
なる分子量を有する縮合物の製造、その配合などにかな
りの煩雑さを伴い、更に被膜形成時に相対湿度、被膜表
面凹凸のコントロールなどを要し、この方法は実用性に
乏しい。
【0007】上記特開平5−105422号公報に記載
の被膜、上記特開平6−157076号公報に記載の被
膜のいずれも、その表面は実用中に汚れやすく、これを
防止するために、その表面に更に撥水性の高い処理剤、
例えば、含フッ素化合物からなる防汚処理剤を塗布する
ことが行われている。本発明は、簡便に且つ効率よく、
基材上に改良された被膜を形成させる方法を提供しよう
とするものであり、特に、基材上に、1.28〜1.3
8の屈折率と90〜115度の水接触角を示し、且つ、
当該基材の表面に密着して形成された被膜を提供しよう
とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】 本発明の被膜は、下記
一般式(1) Si(OR)4 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1) (但し、Rは1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を
表す。)で示される珪素化合物(A)と、下記一般式
(2) CF3 (CF2n CH2 CH2 Si(OR13 ・・・ (2) (但し、R1 は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル
基を表し、そしてnは、0から12の整数を表す。)で
示される珪素化合物(B)と、下記一般式(3) R2 CH2 OH ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3) (但し、R2 は、水素原子又は1〜12個の炭素原子を
有する非置換の若しくは置換基を有するアルキル基を表
す。)で示されるアルコール(C)と、蓚酸(D)と
を、珪素化合物(A)1モルに対して珪素化合物(B)
0.05〜0.43モルの比率に、珪素化合物(A)と
珪素化合物(B)に含まれる全アルコキシ基1モルに対
してアルコール(C)0.5〜100モルの比率に、そ
して珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含まれる全
アルコキシ基1モルに対して蓚酸(D)0.2〜2モル
の比率に含有する反応混合物を形成させ、そしてこの反
応混合物を、その中の珪素原子から換算された0.5〜
10重量%のSiO2 濃度に維持すると共に水の不存在
を維持しながら、当該反応混合物中珪素化合物(A)及
び珪素化合物(B)の全残存量が5モル%以下となるま
で、50〜180℃で加熱することにより、これにより
生じたポリシロキサンの溶液を生成させ、次いで当該ポ
リシロキサンの溶液を含有する塗布液を基材表面に塗布
し、そしてこの塗布により得られた塗膜を80〜450
℃で熱硬化させることにより上記基材表面に密着して形
成され、そしてこの被膜は1.28〜1.38の屈折率
及び90〜115度の水接触角を示す。
【0009】上記ポリシロキサンの溶液は透明であっ
て、ゲル状のポリシロキサンは含有していない。多量の
アルコール(C)と比較的多量の蓚酸(D)とは共存す
るが、水が存在しない反応混合物中で珪素化合物(A)
と珪素化合物(B)とは加熱されるから、このポリシロ
キサンは、珪素化合物(A)と珪素化合物(B)の加水
分解物の縮合によって生成したものではない。アルコー
ル溶媒中加水分解の方法でアルコキシシランからポリシ
ロキサンを生成させるときは、加水分解の進行につれて
液に濁りが生じたり、不均一なポリシロキサンが生成し
やすいが、本発明による上記反応混合物ではそのような
ことは起こらない。
【0010】本発明による上記ポリシロキサンは、その
化学構造は複雑であって特定しがたいが、おそらく珪素
化合物(A)及び珪素化合物(B)と蓚酸(D)との反
応により生成した中間体にアルコール(C)が作用して
重合が進行するために、分岐構造は有していても、溶液
を形成する程度の重合度を有し、そして比較的に揃った
構造を有する珪素化合物(A)と珪素化合物(B)の共
縮合体ポリシロキサンが生成するものと考えられる。
【0011】基材上に塗布された上記ポリシロキサンの
溶液を含有する塗膜の加熱により、当該塗膜から揮発成
分の除去と当該塗膜中でポリシロキサンの硬化反応が進
行することによって、当該基材表面に密着し、そして低
屈折率と撥水性を有する不溶性の被膜が生成する。珪素
化合物(A)の量に対する珪素化合物(B)の量のモル
比が大きい程、この被膜の屈折率は低くなり、そして水
との接触角は大きくなる。けれども、本発明の被膜は、
前記特公平3−23493号公報に記載の上層膜とは相
違して、珪素化合物(B)の含有率の低い塗布液から形
成されるにも係わらず、上記上層膜の示す屈折率より低
い屈折率を有する。
【0012】
【発明の実施の形態】 前記一般式(1)に含まれるア
ルキル基Rの例としては、メチル、エチル、プロピル、
ブチル、ペンチルなどが挙げられ、好ましい珪素化合物
(A)の例としては、テトラメトキシシラン、テトラエ
トキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキ
シシランなどが挙げられる。これらの中でもテトラメト
キシシラン、テトラエトキシシランなどが特に好まし
い。
【0013】前記一般式(2)に含まれるアルキル基R
1 の例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、
ペンチルなどが挙げられ、好ましい珪素化合物(B)の
例としては、トリフルオロプロピルトリメトキシシラ
ン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、トリデ
カフルオロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフル
オロオクチルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ
デシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシル
トリエトキシシランなどが挙げられ、これらは単独で又
は二種以上組み合わせて用いることができる。
【0014】前記一般式(3)に含まれる非置換のアル
キル基R2 の例としては、メチル、エチル、プロピル、
ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチルなど
が挙げられ、そして置換基を有するアルキル基R2 の例
としては、ヒドロキシメチル、メトキシメチル、エトキ
シメチル、ヒドロキシエチル、メトキシエチル、エトキ
シエチルなどが挙げられる。好ましいアルコール(C)
の例としては、メタノール、エタノール、プロパノー
ル、n-ブタノール、エチレングリコールモノメチルエー
テル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチ
レングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコ
ールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメ
チルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテ
ルなどが挙げられ、これらは単独で又は二種以上組み合
わせて用いることができる。これらの中でも特にエタノ
ールが好ましい。
【0015】珪素化合物(A)1モルに対して珪素化合
物(B)を0.43モル以上使用した反応混合物から
は、均一性を有するポリシロキサンの溶液が得られな
い。そして珪素化合物(A)1モルに対して珪素化合物
(B)を0.05モル以下使用した反応混合物からは、
1.38以下の屈折率を有する被膜が形成されず、そし
てその被膜は、水の接触角90度以上を示す撥水性を示
さない。珪素化合物(A)1モルに対して珪素化合物
(B)を0.05〜0.25モル使用するのが特に好ま
しい。
【0016】珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含
まれる全アルコキシ基の1モル当たり、0.5モルより
少ない量のアルコールを使用すると、ポリシロキサンを
生成させるのに長時間を要し、そして得られたポリシロ
キサン含有液からは、硬度の高い被膜が生成しない。反
対に、珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含まれる
全アルコキシ基の1モル当たり、100モルより多い量
のアルコールを使用すると、得られたポリシロキサン含
有液のSiO2 濃度が不足し、塗布前に濃縮を必要とし
効率的でない。珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に
含まれる全アルコキシ基の1モルに対してアルコールを
1〜50モル使用するのが特に好ましい。
【0017】珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含
まれる全アルコキシ基の1モル当たり、0.2モルより
少ない量の蓚酸(D)を使用すると、得られたポリシロ
キサン含有液からは、硬度の高い被膜が生成しない。反
対に、珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含まれる
全アルコキシ基の1モル当たり、2モルより多い量の蓚
酸(D)を使用すると、得られたポリシロキサン含有液
中は、相対的に多量の蓚酸(D)を含有し、かかる液か
らは目的とする性能の被膜が得られない。珪素化合物
(A)と珪素化合物(B)に含まれる全アルコキシ基の
1モルに対して、蓚酸(D)を0.25〜1モル使用す
るのが特に好ましい。
【0018】反応混合物の形成には、上記珪素化合物
(A)、珪素化合物(B)、アルコール(C)及び蓚酸
(D)の他に、所望に応じて、例えば、珪素化合物
(A)1モルに対して0.02〜0.2モル程度の変成
剤(E)としてのアルキルアルコキシシランを併用して
も良い。好ましい変成剤(E)の例としては、メチルト
リメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチル
トリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロ
ピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラ
ン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシ
ラン、ペンチルトリメトキシシラン、ペンチルトリエト
キシシラン、ヘプチルトリメトキシシラン、ヘプチルト
リエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、オク
チルトリエトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラ
ン、ドデシルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメ
トキシシラン、ヘキサデシルトリエトキシシラン、オク
タデシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリエトキ
シシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリ
エトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルト
リエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシド
キシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロ
ピルトリエトキシシランなどのトリアルコキシシラン、
及びジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシ
ランなどのジアルコキシシランが挙げられる。これらは
単独で又は二種以上組み合わせて用いることができる。
【0019】これらの変成剤(E)は、基材上の塗膜を
硬化させるための温度を低下させることができ、そして
被膜の基材に対する密着性を向上させる。上記珪素化合
物(A)、珪素化合物(B)、アルコール(C)及び蓚
酸(D)を含有する反応混合物は、これらを混合するこ
とにより、或いはこれらに更に上記変成剤(E)を加え
ることにより形成させることができる。この反応混合物
には水は加えられない。そしてこの反応混合物は、好ま
しくは溶液状の反応混合物として加熱するのが好まし
く、例えば、あらかじめアルコール(C)に蓚酸(D)
を加えて蓚酸のアルコール溶液を形成させた後、当該溶
液と珪素化合物(A)、珪素化合物(B)、上記変成剤
(E)などを混合することにより得られる溶液状の反応
混合物として加熱するのが好ましい。通常、珪素化合物
(A)、珪素化合物(B)、アルコール(C)及び蓚酸
(D)の上記比率の反応混合物は、これに含まれる珪素
原子をSiO2 に換算すると0.5〜10重量%のSi
2 濃度を有する。上記変成剤(E)を含有する反応混
合物の場合にも、これに含まれる珪素原子をSiO2
換算して0.5〜10重量%のSiO2 濃度を有するよ
うに上記変成剤(E)は含有される。そしてこれら反応
混合物の加熱の間、これら反応混合物は上記SiO2
度と水の不存在が維持される。この加熱は、通常の反応
器中液温50〜180℃で行うことができ、好ましく
は、反応器から液の蒸発、揮散などが起こらないよう
に、例えば、密閉式容器中で又は還流下に行われる。
【0020】ポリシロキサンを生成させるための加熱を
50℃より低い温度で行うと、濁りを有したり、不溶解
物を含有する液が生成しやすいので、この加熱は50℃
より高い温度で行われ、高温ほど短時間に終了させるこ
とができる。けれども、180℃より高い温度での加熱
は、付加的利益をもたらさず非効率的である。加熱時間
には特に制限はなく、例えば50℃では8時間程度、7
8℃の還流下では3時間程度で十分であり、通常、珪素
化合物(A)及び珪素化合物(B)の全仕込量に対して
これら珪素化合物の残存量が5モル%以下となった時点
で加熱は停止される。用いられた珪素化合物(A)及び
珪素化合物(B)の全量に対してこれら珪素化合物が5
モル%よりも多く残存するポリシロキサン含有液は、こ
れを基材表面に塗布し、次いでその塗膜を80から45
0℃で熱硬化させたとき、得られた被膜にピンホールが
生じたり、或いは十分な硬度を有する被膜が得られな
い。
【0021】上記加熱により得られたポリシロキサンの
溶液は、そのまま次の塗布工程に塗布液として使用する
ことができるが、所望に応じ、濃縮又は希釈することに
より得られる液を塗布液として、他の溶媒に置換するこ
とにより得られる液を塗布液として、或いは所望の添加
物(F)と混合することにより得られる塗布液として使
用することができる。この添加物(F)の例として、コ
ロイド状無機微粒子のゾルの形態であるシリカゾル、ア
ルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル、フッ化マ
グネシウムゾル、セリアゾルが挙げられ、これらは単独
で又は二種以上組み合わせて用いることができる。そし
て、これらのゾルとしてはオルガノゾルが好ましく、特
にアルコール(C)を分散媒とするオルガノゾルが特に
好ましい。またゾルの添加量は、塗布液の熱硬化固形分
全重量に対してコロイド状無機微粒子重量が70重量%
以下であれば、所望の量を任意に選ぶことができる。そ
の他添加物(F)としては、金属塩、金属化合物なども
挙げられる。これらは被膜の撥水性を調節するのに好都
合である。
【0022】塗布工程に使用されるこの塗布液として
は、その中に上記ポリシロキサンの透明溶液に由来する
珪素原子をSiO2 に換算して0.5〜10重量%含有
する液が好ましく、このSiO2 濃度が0.5重量%よ
り小さいと、一回の塗布で形成される被膜の厚さが薄く
なりやすく、そしてこの濃度が10重量%より高いと、
この塗布液の貯蔵安定性が不足しやすい。この塗布液の
SiO2 濃度としては2〜8重量%が特に好ましい。
【0023】基材としては、この上に密着性被膜の生成
を許容するものであれば特に制限はないが、特に光反射
防止被膜を形成させるには、通常のガラス、プラスチッ
クなど被膜の屈折率より高い屈折率を有する基材が望ま
しい。上記ポリシロキサンの溶液又はこれを含有する塗
布液は、通常の方法、例えば、ディップ法、スピンコー
ト法、刷毛塗り法、ロールコート法、フレキソ印刷法な
どで基材上に塗布することができる。
【0024】基材上に形成された塗膜は、そのまま熱硬
化させても良いが、これに先立ち室温〜80℃、好まし
くは50〜80℃で乾燥させた後、80〜450℃、好
ましくは、100〜450℃で加熱される。この加熱の
時間としては5〜60分程度で十分である。この加熱温
度が80℃より低いと、得られた被膜の硬度、耐薬品性
などが不足しやすい。一般にガラスのような耐熱性基材
に対しては、300℃以上の温度で加熱するのが良い
が、450℃より高い温度は、得られた被膜に十分な撥
水性を与えない。これら加熱は、通常の方法、例えばホ
ットプレート、オーブン、ベルト炉などを使用すること
により行うことができる。
【0025】
【実施例】
実施例1 還流管を備えつけた4つ口反応フラスコにエタノール7
0.8gを投入し、撹拌下にこのエタノールに蓚酸1
2.0gを少量づつ添加することにより、蓚酸のエタノ
ール溶液を調製した。次いでこの溶液をその還流温度ま
で加熱し、還流下のこの溶液中にテトラエトキシシラン
11.0gとトリデカフルオロオクチルトリメトキシシ
ラン6.2gの混合物を滴下した。滴下終了後も、還流
下に加熱を5時間続けた後冷却することによりポリシロ
キサンの溶液(L1) を調製した。
【0026】この溶液(L1) をガスクロマトグラフィ
ーで分析したところ、アルコキシドモノマーは検出され
なかった。この溶液(L1) をフッ化カルシウム基板の
表面に塗布した後、その塗膜を300℃で30分加熱す
ることにより、このフッ化カルシウム基板の表面に密着
した被膜を生成させた。次いでこの被膜について、赤外
線分光器を使用して透過光のスペクトルを測定したとこ
ろ、3200cm-1付近と980cm-1付近にシラノー
ル基による吸収を、2800cm-1付近にメチレン基に
よる吸収を、1100cm-1付近にSi−O−Siによ
る吸収を、そして1200cm-1付近にC−Fによる吸
収をそれぞれ観測した。
【0027】実施例2 還流管を備えつけた4つ口反応フラスコにエタノール7
2.4gを投入し、撹拌下にこのエタノールに蓚酸1
2.0gを少量づつ添加することにより、蓚酸のエタノ
ール溶液を調製した。次いでこの溶液をその還流温度ま
で加熱し、還流下のこの溶液中にテトラエトキシシラン
12.5gとトリデカフルオロオクチルトリメトキシシ
ラン3.1gの混合物を滴下した。滴下終了後も、還流
下に加熱を5時間続けた後冷却することによりポリシロ
キサンの溶液(L2) を調製した。この溶液(L2) を
ガスクロマトグラフィーで分析したところ、アルコキシ
ドモノマーは検出されなかった。
【0028】実施例3 還流管を備えつけた4つ口反応フラスコにエタノール7
0.6gを投入し、撹拌下にこのエタノールに蓚酸1
2.0gを少量づつ添加することにより、蓚酸のエタノ
ール溶液を調製した。次いでこの溶液をその還流温度ま
で加熱し、還流下のこの溶液中に、テトラエトキシシラ
ン9.4gとトリデカフルオロオクチルトリメトキシシ
ラン6.2gとγ−グリシドキシプロピルトリメトキシ
シラン1.2gとγ−アミノプロピルトリメトキシシラ
ン0.6gの混合物を滴下した。滴下終了後も、還流下
に加熱を5時間続けた後冷却することによりポリシロキ
サンの溶液(L3) を調製した。この溶液(L3) をガ
スクロマトグラフィーで分析したところ、アルコキシド
モノマーは検出されなかった。
【0029】実施例4 実施例3で得られた溶液(L3)100gに、粒子径8
nmのコロイド状シリカをSiO2として15.7重量
%含有するメタノール分散シリカゾルを51.0gとエ
タノール149gを加えて十分に混合することにより、
ポリシロキサンの溶液(L4) を調製した。
【0030】実施例5 実施例3で得られた溶液(L3)100gに、粒子径8
nmのコロイド状シリカをSiO2として15.7重量
%含有するメタノール分散シリカゾルを76.4gとエ
タノール223.6gを加えて十分に混合することによ
り、ポリシロキサンの溶液(L5) を調製した。
【0031】比較例1 還流管を備えつけた4つ口フラスコにエタノール43.
7gとテトラエトキシシラン16.6gとトリデカフル
オロオクチルトリメトキシシラン9.3gを投入して混
合することによりエタノール溶液を調製した。次いでこ
の溶液をその還流温度まで加熱し、還流下のこの溶液
に、エタノール24.9gと水5.4gと触媒として硝
酸0.1gの混合物を滴下した。滴下終了後も、還流下
に5時間加熱を続けた後冷却することにより、アルコキ
シシランの加水分解物からなる液(L6) を調製した。
【0032】比較例2 還流管を備えつけた4つ口反応フラスコにエタノール7
2.0gを投入し、撹拌下のこのエタノールに蓚酸1
1.4gを少量づつ添加することにより、蓚酸のエタノ
ール溶液を調製した。次いでこの溶液をその還流温度ま
で加熱し、還流下のこの溶液に、テトラエトキシシラン
11.0gとオクタデシルトリメトキシシラン5.6g
の混合物を滴下した。滴下終了後も、還流下に5時間加
熱を続けた後冷却することによりポリシロキサン含有液
(L7) を調製した。
【0033】比較例3 還流管を備えつけた4つ口反応フラスコにエタノール5
3.7gとテトラエトキシシラン20.8gを投入して
混合することにより、テトラエトキシシランのエタノー
ル溶液を調製した。次いでこの溶液をその還流温度まで
加熱し、還流下のこの溶液に、エタノール20.0gと
水5.4gと触媒として硝酸0.1gの混合物を滴下し
た。滴下終了後も、還流温度で5時間加熱を続けた後冷
却することによりアルコキシシランの加水分解物からな
る液を調製した。次いでこの液全量に、粒子径12nm
のコロイド状シリカをSiO2として30重量%含有す
るメタノール分散シリカゾルを100gとエタノール7
00gを加えて十分に混合することにより、混合液(L
8) を調製した。
【0034】実施例6 上記液(L1)〜(L8)を塗布液として、それぞれ基板
上にスピンコートして塗膜を形成させた後、この塗膜を
ホットプレート上80℃で5分乾燥し、次いで焼成炉中
表1に示す温度で加熱することにより、基板表面上に被
膜を形成させた。次いで得られた被膜について、下記方
法により鉛筆硬度、屈折率、反射率、水接触角及び膜厚
の各測定を行った。
【0035】上記鉛筆硬度の測定及び反射率の測定で
は、被膜は、1.52の屈折率と4〜5%の反射率を有
するソーダライムガラス基板の表面に形成され、そして
上記屈折率の測定では、被膜はシリコン基板の表面に形
成された。 鉛筆硬度の測定法: JIS K 5400 に規定の
方法による。 屈折率の測定法 : 溝尻光学(株)製のエリプソメタ
ーDVA−36Lを使用して、波長633nmの光の屈
折率を測定した。
【0036】反射率の測定法 : (株)島津製作所製
の分光光度計UV3100PCを使用して、波長550
nmの光の入射角5度での光の反射率を測定した。 水接触角の測定法: 協和界面科学(株)製の自動接触
角計CA−Z型を使用して、純水3マイクロリットルを
滴下したときの接触角を測定した。
【0037】膜厚の測定法 : 乾燥後の塗膜にカッ
ターで傷を付けた後熱硬化させ、得られた被膜につい
て、ランクテイラーホブソン社製のタリステップを使用
して、段差を測定することにより測定した。 これら測定結果を表1に示す。
【0038】
【表1】 表 1 塗布液 硬化温度 膜厚 鉛筆硬度 屈折率 反射率 水接触角 (℃) (nm) (%) (°) 1 300 100 7H 1.36 1.2 105 L1 350 98 8H 1.35 0.9 104 L1 450 98 8H 1.32 0.8 105 L1 550 95 8H 1.39 1.5 10以下 L2 300 105 8H 1.38 1.5 100 L3 100 97 7H 1.38 1.5 105 L4 100 110 6H 1.35 1.1 103 L5 300 90 7H 1.29 0.6 100 L6 300 100 7H 1.42 2.3 95 L7 300 100 7H 1.43 2.3 80 L7 350 95 8H 1.42 2.3 30 L7 450 93 8H 1.42 2.3 10以下 8 300 110 7H 1.33 0.9 10以下 表1に示されたように、実施例の塗布液(L1) の塗膜
を300℃、350℃、450℃のいずれの温度で加熱
しても本発明の被膜が得られたが、塗布液(L 1) の塗
膜を550℃で加熱すると、10度以下の水接触角と
1.39の屈折率を示す比較例の被膜が形成された。
【0039】実施例の塗布液(L2) を300℃で、実
施例の塗布液(L3) を100℃で、実施例の塗布液
(L4) を100℃で、そして実施例の塗布液(L5
を300℃でそれぞれ加熱して得られた被膜はいずれも
良好であった。加水分解法により得られた比較例塗布液
(L6)、及び珪素化合物(B)を使用しないで調製し
た比較例塗布液(L7)の塗膜を300℃で加熱するこ
とにより得られた被膜はいずれも、1.38以下の屈折
率を示さなかった。
【0040】テトラアルコキシシランの加水分解液とコ
ロイド状シリカを含有する比較例の塗布液(L8) を、
300℃で加熱することにより形成された被膜は、1.
33の屈折率を示したが、10度以下の水接触角を示し
た。
【0041】
【発明の効果】 本発明の被膜の形成に用いられるポリ
シロキサンの溶液は、常温で約6ヶ月の保存に耐える安
定性を有するから、工業製品としても提供することがで
きる。そして本発明の被膜は、この工業製品の溶液を含
有する塗布液を基材表面に塗布する工程と、その塗膜を
熱硬化させる工程とにより容易に得ることができる。
【0042】本発明の被膜の屈折率より高い屈折率を有
する基材、例えば、通常のガラスの表面に、本発明の被
膜を形成させることにより、この基材を容易に光反射防
止性の基材に変換させることができる。本発明の被膜の
厚さは、塗膜の厚さによっても調節することができる
が、塗布液のSiO2 濃度を調節することによって容易
に調節することができる。本発明の被膜は、基材表面に
単一の被膜として使用しても有効であるが、高屈折率を
有する下層被膜の上に上層被膜として使用することもで
きる。
【0043】屈折率aを有する被膜の厚さd(nm)
と、この被膜による反射率の低下を望む光の波長λ(n
m)との間には、d=(2b−1)λ/4a(但し、b
は1以上の整数を表す。)の関係式が成立することが知
られている。従って、この式を利用して被膜の厚さを定
めることにより、容易に所望の光の反射を防止すること
ができる。例えば、1.32の屈折率を有する被膜によ
って、可視光の中心波長550nmを有する光のガラス
表面からの反射防止は、上式のλとaにこれらの数値と
bに1を代入することによって得られる104nmの被
膜厚さ、或いはbに2を代入することによって得られる
312nmの被膜厚さを採用することによって容易に達
成することができる。光の反射防止が望まれるガラス製
のブラウン管、コンピューターのディスプレー、ガラス
表面を有する鏡、ガラス製ショウケース、その他種々の
製品表面に、本発明の被膜を適用することができる。本
発明の被膜はまた、良好な撥水性を有するから、この被
膜を親水性の基材表面に形成させることによって、汚れ
やすいこの親水性基材表面を防汚性の表面に変換させる
こともできる。
フロントページの続き (72)発明者 細谷 猛 千葉県船橋市坪井町722番地1 日産化学 工業株式会社中央研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1) Si(OR)4 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1) (但し、Rは1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を
    表す。)で示される珪素化合物(A)と、下記一般式
    (2) CF3 (CF2n CH2 CH2 Si(OR13 ・・・ (2) (但し、R1 は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル
    基を表し、そしてnは、0から12の整数を表す。)で
    示される珪素化合物(B)と、下記一般式(3) R2 CH2 OH ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3) (但し、R2 は、水素原子又は1〜12個の炭素原子を
    有する非置換の若しくは置換基を有するアルキル基を表
    す。)で示されるアルコール(C)と、蓚酸(D)と
    を、珪素化合物(A)1モルに対して珪素化合物(B)
    0.05〜0.43モルの比率に、珪素化合物(A)と
    珪素化合物(B)に含まれる全アルコキシ基1モルに対
    してアルコール(C)0.5〜100モルの比率に、そ
    して珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含まれる全
    アルコキシ基1モルに対して蓚酸(D)0.2〜2モル
    の比率に含有する反応混合物を形成させ、そしてこの反
    応混合物を、その中の珪素原子から換算された0.5〜
    10重量%のSiO2 濃度に維持すると共に水の不存在
    を維持しながら、当該反応混合物中珪素化合物(A)及
    び珪素化合物(B)の全残存量が5モル%以下となるま
    で、50〜180℃で加熱することにより、これにより
    生じたポリシロキサンの溶液を生成させ、次いで当該ポ
    リシロキサンの溶液を含有する塗布液を基材表面に塗布
    し、そしてこの塗布により得られた塗膜を80〜450
    ℃で熱硬化させることを特徴とする、1.28〜1.3
    8の屈折率と90〜115度の水接触角を示す被膜を当
    該基材表面に密着して形成させる方法。
  2. 【請求項2】 反応混合物の形成において、珪素化合物
    (A)、珪素化合物(B)、アルコール(C)及び蓚酸
    (D)の他に、変成剤(E)としてメチルトリメトキシ
    シラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキ
    シシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメ
    トキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルト
    リメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペンチ
    ルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、
    ヘプチルトリメトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシ
    ラン、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエト
    キシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ドデシルト
    リエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、
    ヘキサデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメ
    トキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、フェ
    ニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラ
    ン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシ
    ラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ア
    ミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプ
    ロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル
    トリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリ
    メトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエト
    キシシラン、ジメチルジメトキシシラン及びジメチルジ
    エトキシシランからなる群から選ばれる少なくとも一種
    のアルキルアルコキシシランを珪素化合物(A)1モル
    に対して0.02〜0.2モルの比率に併用する請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 塗布液の添加物(F)として、シリカゾ
    ル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル、フ
    ッ化マグネシウムゾル及びセリアゾルからなる群から選
    ばれる少なくとも一種のゾルを併用する請求項1又は2
    記載の方法。
  4. 【請求項4】 下記一般式(1) Si(OR)4 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (1) (但し、Rは1〜5個の炭素原子を有するアルキル基を
    表す。)で示される珪素化合物(A)と、下記一般式
    (2) CF3 (CF2n CH2 CH2 Si(OR13 ・・・ (2) (但し、R1 は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル
    基を表し、そしてnは、0から12の整数を表す。)で
    示される珪素化合物(B)と、下記一般式(3) R2 CH2 OH ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (3) (但し、R2 は、水素原子又は1〜12個の炭素原子を
    有する非置換の若しくは置換基を有するアルキル基を表
    す。)で示されるアルコール(C)と、蓚酸(D)と
    を、珪素化合物(A)1モルに対して珪素化合物(B)
    0.05〜0.43モルの比率に、珪素化合物(A)と
    珪素化合物(B)に含まれる全アルコキシ基1モルに対
    してアルコール(C)0.5〜100モルの比率に、そ
    して珪素化合物(A)と珪素化合物(B)に含まれる全
    アルコキシ基1モルに対して蓚酸(D)0.2〜2モル
    の比率に含有する反応混合物を形成させ、そしてこの反
    応混合物を、その中の珪素原子から換算された0.5〜
    10重量%のSiO2 濃度に維持すると共に水の不存在
    を維持しながら、当該反応混合物中珪素化合物(A)及
    び珪素化合物(B)の全残存量が5モル%以下となるま
    で、50〜180℃で加熱することにより、これにより
    生じたポリシロキサンの溶液を生成させ、次いで当該ポ
    リシロキサンの溶液を含有する塗布液を基材表面に塗布
    し、そしてこの塗布により得られた塗膜を80〜450
    ℃で熱硬化させることにより上記基材表面に密着して形
    成され、且つ、1.28〜1.38の屈折率と90〜1
    15度の水接触角を示す被膜。
  5. 【請求項5】 反応混合物の形成において、珪素化合物
    (A)、珪素化合物(B)、アルコール(C)及び蓚酸
    (D)の他に、変成剤(E)としてメチルトリメトキシ
    シラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキ
    シシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリメ
    トキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルト
    リメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ペンチ
    ルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、
    ヘプチルトリメトキシシラン、ヘプチルトリエトキシシ
    ラン、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエト
    キシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ドデシルト
    リエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、
    ヘキサデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメ
    トキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、フェ
    ニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラ
    ン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシ
    ラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ア
    ミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプ
    ロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル
    トリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリ
    メトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエト
    キシシラン、ジメチルジメトキシシラン及びジメチルジ
    エトキシシランからなる群から選ばれる少なくとも一種
    のアルキルアルコキシシランを珪素化合物(A)1モル
    に対して0.02〜0.2モルの比率に併用する請求項
    4記載の被膜。
  6. 【請求項6】 塗布液の添加物(F)として、シリカゾ
    ル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニアゾル、フ
    ッ化マグネシウムゾル及びセリアゾルからなる群から選
    ばれる少なくとも一種のゾルを併用する請求項4又は5
    記載の被膜。
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