JPS6339670B2 - - Google Patents

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JPS6339670B2
JPS6339670B2 JP57202011A JP20201182A JPS6339670B2 JP S6339670 B2 JPS6339670 B2 JP S6339670B2 JP 57202011 A JP57202011 A JP 57202011A JP 20201182 A JP20201182 A JP 20201182A JP S6339670 B2 JPS6339670 B2 JP S6339670B2
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JP
Japan
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water
complexes
metal
composition
group
Prior art date
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JP57202011A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5992916A (en
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Akihiro Chuma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、ガラス等の基板にA族金属(Ti、
Zr、Hf)の酸化物の透明薄膜を形成する組成物
に関する。 酸化チタン薄膜は、高屈折率誘電体層として透
明導電性被膜あるいは選択透過性被膜の貴重な構
成要素である。又酸化ジルコニウム薄膜はカメラ
レンズの色収差補正用、メガネレンズの乱反射防
止用等の用途がある。酸化ハフニウム薄膜につい
ても、酸化ジルコニウムと同様な用途が考えられ
る。 従来これらの薄膜の形成は、例えば真空蒸着、
スパツタリング、CVD法等によつて実施されて
いるが、これらの方法は原料利用率が悪く、かつ
装置が高価であり、生産技術としては不満足なも
のであるため、簡易な装置で大量生産に適する、
A族金属の化合物の溶液を浸漬または塗布によ
つて基板に適用し、これを加熱して酸化物に転化
する方法が種々試みられている。 この塗布液としては、これまでに金属アルコキ
シドの有機溶剤溶液が提案されているが、アルコ
キシドは強加水分解性のために吸湿により沈殿が
発生するなど保存寿命が短いこと、あるいは操作
性が悪く膜液塗布の際に沈殿等が発生し均一な膜
ができないなどの欠点があつた。この改善のため
に、アルコキシドを錯塩に変換して、安定な溶液
を得る方法も試みられている。例えば、チタンア
ルコキシドにアセチルアセトンを添加する方法で
ある。この塗布液は水に対する安定性、操作性は
改善されるが、塗布後の加熱処理により得られる
膜中には、金属アセチルアセトン塩の鉢状結晶が
残るという欠点がある。またアルコール等への溶
解度が小さく、厚い膜ができないという欠点があ
る。 A族金属のβ−ジケトン錯体の含水アルコー
ル溶液は、A族金属酸化物透明膜を形成するた
めの塗布工程において吸湿による変質がなく安定
で、また塗布液の金属錯体の濃度を高めることが
でき、加熱処理工程においては速かにA族金属
酸化物透明膜を形成する。 A族金属のβ−ジケトン錯体は、アルコール
への溶解度は小さいが、本発明者等はこの系に水
を導入することにより、溶解度が増大することを
見出した。 キレート化合物として、β−ジケトン錯体はよ
く知られている。本発明者等はA族金属のβ−
ジケトン錯体を使用して該金属の酸化物膜形成用
の塗布液を調製し、塗布液中の濃度を高め、優れ
た酸化物透明膜を形成すべく鋭意研究していたが
必ずしも満足な結果を得ていなかつた。 ところがたまたま良好な結果が得られたので、
その原因を究明したところ、使用したアルコール
が可なり多量の水を含んでいたことが分つた。一
般にβ−ジケトン錯体もまた、加水分解しやす
く、水は禁物であると信ぜられていたので、発明
者にとつてこれは意外な経験であつた。これを端
著として研究を進めたところ、β−ジケトン錯体
はアルコールへの溶解度は小さいが、水を加える
ことによつて溶解度が上り、かつ加水分解に対し
て意外に安定であることが判明した。本発明はこ
れらの知見に基づいている。 本発明によれば、A族金属のβ−ジケトン錯
体を0.5〜45重量%の水を含む炭素原子数4以下
の飽和1価アルカノールと水の混合物に溶解して
なる該金属の透明酸化物膜形成用組成物が提供さ
れる。 β−ジケトン錯体が水または含水アルコールに
溶解されて使用された例を知らない。 本発明において使用されるA族金属のβ−ジ
ケトン錯体とはアセチルアセトン錯体、ベンゾイ
ルアセトン錯体(ベンゾイルトリフルオロアセト
ン錯体、トリフルオロアセチルアセトン錯体、ジ
ベンゾイルメタン錯体)等である。この錯体とア
ルコールおよび水を混合すると本発明の塗布液が
得られる。混合の仕方は順不同である。本発明に
おいて使用されるアルコールはメチル、エチル、
プロピル、ブチルアルコール等水と相溶性のある
炭素数4までの飽和1価アルカノールである。こ
れを単独またはこれらの混合液として使用する。
アルコール中の水の重量濃度は0.5〜45%で好ま
しくは1〜40%、より好ましくは15〜35%の範囲
である。それ以外では、健全な膜ができない。ま
たこの錯体の濃度は、目的とする膜厚により決定
される。このようにして得られた塗布液は、保存
寿命が長い。この塗布液を試薬びんにいれ、6ケ
月放置後も何の変化も起こらなかつた。同様な条
件下で、金属アルコキシド溶液には沈殿が発生し
た。 この塗布液をガラス等の基板に塗る方法は、浸
漬、スプレースピンナー、はけ塗り等用いること
ができるが、好ましくは浸漬方法がよい。 次に、溶媒を乾燥する方法は、大気中に放置し
た後、強制加熱(50℃〜150℃)することによつ
て行なわれる(例えば、大気中に30分間放置し、
100℃で約15分間乾燥する)。但し、乾燥時間は限
定されるものでない。次に空気雰囲気あるいは酸
素雰囲気中で、300℃〜600℃で基板とともに塗布
物を焼成し、酸化物の焼付けを行うことにより
A族金属酸化物の透明膜が得られる。300℃以下
ではアセチルアセトン等が残り完全な酸化物膜が
得にくい。焼付け時間は、塗布厚、焼付け温度に
もよるが10秒から1時間程度であればよい。 なお本発明の組成物の被膜形成用下地対象(基
板)としては、ソーダライムガラス、ホウ珪酸ガ
ラス、石英ガラス、石英、アルミナ、各種光学ガ
ラス等、該組成物に濡れ性がありかつ塗膜の酸化
焼成温度に耐えるものであればよく、特に限定は
ない。次に本発明を実験例および実施例により具
対的に説明する。 第1図はアセチルアセトン−Zr塩のイソプロ
ピルアルコール−水2元系溶媒中での、組成と溶
解度の関係を示す図である。Ti、Hfのアセチル
アセトン塩についても同様の傾向が認められた。
また水は溶解度を増大させるだけでなく、膜生成
の際にアセチルアセトン塩の粗大な鉢状結晶の析
出を抑えることも判明した。 実施例 1〜6 200mlビーカを用いてZrのアセチルアセトン塩
Zr(C5H7O24を表1に示したイソプロピルアルコ
ールと蒸留水との混合液100mlに溶し、塗布液を
調整した。Zrのアセチルアセトン塩の重量濃度
は、表1に示すように、2、4、6、8、10%と
変化させた。この塗布液に、25×75mmの表面を良
く洗浄したソーダライムガラスプレートを浸漬し
て引き上げて大気中で30分間放置、100℃で15分
間乾燥後、500℃で30分間加熱した結果、ガラス
プレートの表面に酸化ジルコニウムの被膜が形成
された。形成された被膜の性状は表1に記号で表
示してある。 実施例 7〜12 200mlビーカを用いてTiのアセチルアセトン塩
TiO(C5H7O22を表1に示したエチルアルコール
と蒸留水との混合液100mlに、溶し、塗布液を調
整した。Tiのアセチルアセトン塩の重量濃度は、
表1に示すように2、4、6、8、10%と変化さ
せた。以下実施例1と同じ操作を行つた結果、ガ
ラスプレートの表面に酸化チタンの被膜が形成さ
れた。形成された被膜の性状は表1に記号で表示
してある。 実施例 13〜18 Hfのアセチルアセトン塩Hf(C5H7O24を表1
に示したイソプロピルアルコールと蒸留水との混
合液100mlに、200mlビーカを用いて溶し、塗布液
を調整した。Hfのアセチルアセトン塩の重量濃
度は、表1に示すように2、4、6、8、10%と
変化させた。
The present invention uses group A metals (Ti, Ti, etc.) on a substrate such as glass.
This invention relates to a composition that forms a transparent thin film of oxides of Zr, Hf). Titanium oxide thin films are valuable components of transparent conductive coatings or permselective coatings as high refractive index dielectric layers. Zirconium oxide thin films are also used for correcting chromatic aberration in camera lenses and preventing diffused reflection in eyeglass lenses. Hafnium oxide thin films can also be used in the same way as zirconium oxide. Traditionally, these thin films have been formed by, for example, vacuum evaporation,
This is carried out by sputtering, CVD, etc., but these methods have poor raw material utilization, expensive equipment, and are unsatisfactory as production technology, so they are not suitable for mass production with simple equipment. ,
Various methods have been attempted in which a solution of a group A metal compound is applied to a substrate by dipping or coating, and the solution is heated to convert it into an oxide. Organic solvent solutions of metal alkoxides have been proposed as coating liquids, but alkoxides are strongly hydrolyzable and have a short shelf life, such as precipitation due to moisture absorption, or poor operability and film formation. There were drawbacks such as precipitation, etc. occurring during liquid application, making it impossible to form a uniform film. To improve this, attempts have been made to convert alkoxides into complex salts to obtain stable solutions. For example, acetylacetone is added to titanium alkoxide. Although this coating solution has improved stability against water and operability, it has the disadvantage that pot-shaped crystals of metal acetylacetone salt remain in the film obtained by heat treatment after coating. It also has the disadvantage that it has low solubility in alcohols and the like, making it impossible to form thick films. A hydroalcoholic solution of a β-diketone complex of a group A metal is stable without deterioration due to moisture absorption during the coating process for forming a transparent film of a group A metal oxide, and can increase the concentration of the metal complex in the coating solution. In the heat treatment step, a group A metal oxide transparent film is quickly formed. Although the β-diketone complex of Group A metal has low solubility in alcohol, the present inventors have found that the solubility increases by introducing water into this system. β-diketone complexes are well known as chelate compounds. The present inventors have discovered that β-
We prepared a coating solution for forming an oxide film of the metal using a diketone complex, and conducted intensive research to increase the concentration in the coating solution and form an excellent transparent oxide film, but the results were not always satisfactory. I wasn't getting it. However, I happened to get good results, so
When the cause was investigated, it was discovered that the alcohol used contained a considerable amount of water. This was a surprising experience for the inventors, as it was generally believed that β-diketone complexes are also easily hydrolyzed and should not be exposed to water. Using this as a starting point, we continued our research and found that β-diketone complexes have low solubility in alcohol, but the solubility increases when water is added, and that they are surprisingly stable against hydrolysis. . The present invention is based on these findings. According to the present invention, a transparent oxide film of a group A metal is obtained by dissolving a β-diketone complex of the metal in a mixture of water and a saturated monovalent alkanol having 4 or less carbon atoms containing 0.5 to 45% by weight of water. A forming composition is provided. I am not aware of any example in which a β-diketone complex has been dissolved in water or an aqueous alcohol. The β-diketone complexes of Group A metals used in the present invention include acetylacetone complexes, benzoylacetone complexes (benzoyltrifluoroacetone complexes, trifluoroacetylacetone complexes, dibenzoylmethane complexes), and the like. The coating liquid of the present invention is obtained by mixing this complex with alcohol and water. The mixture may be mixed in any order. Alcohols used in the present invention include methyl, ethyl,
It is a saturated monohydric alkanol having up to 4 carbon atoms that is compatible with water, such as propyl and butyl alcohol. This can be used alone or as a mixture of these.
The weight concentration of water in the alcohol ranges from 0.5 to 45%, preferably from 1 to 40%, more preferably from 15 to 35%. Otherwise, a healthy membrane cannot be formed. Further, the concentration of this complex is determined depending on the desired film thickness. The coating liquid thus obtained has a long shelf life. This coating liquid was put into a reagent bottle, and no change occurred even after it was left for 6 months. Under similar conditions, precipitation occurred in metal alkoxide solutions. The coating solution can be applied to a substrate such as glass by dipping, spray spinner, brushing, etc., but dipping is preferred. Next, the method for drying the solvent is to leave it in the air and then forcefully heat it (50°C to 150°C) (for example, leave it in the air for 30 minutes,
Dry at 100°C for approximately 15 minutes). However, the drying time is not limited. Next, the coated material is baked together with the substrate at 300° C. to 600° C. in an air atmosphere or an oxygen atmosphere to bake the oxide, thereby obtaining a transparent film of the Group A metal oxide. At temperatures below 300°C, acetylacetone, etc. remain, making it difficult to obtain a complete oxide film. The baking time may be about 10 seconds to 1 hour, depending on the coating thickness and baking temperature. The base material (substrate) for film formation of the composition of the present invention may be soda lime glass, borosilicate glass, quartz glass, quartz, alumina, various optical glasses, etc., which have wettability to the composition and which are suitable for forming a coating film. There is no particular limitation as long as it can withstand the oxidation firing temperature. Next, the present invention will be specifically explained using experimental examples and examples. FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the composition and solubility of acetylacetone-Zr salt in an isopropyl alcohol-water binary solvent. A similar tendency was observed for acetylacetone salts of Ti and Hf.
It was also found that water not only increases solubility but also suppresses the precipitation of coarse bowl-shaped crystals of acetylacetone salt during film formation. Examples 1 to 6 Acetylacetone salt of Zr using a 200ml beaker
Zr(C 5 H 7 O 2 ) 4 was dissolved in 100 ml of a mixture of isopropyl alcohol and distilled water shown in Table 1 to prepare a coating solution. As shown in Table 1, the weight concentration of Zr acetylacetone salt was changed to 2, 4, 6, 8, and 10%. A 25 x 75 mm soda lime glass plate with a well-washed surface was immersed in this coating solution, pulled out, left in the air for 30 minutes, dried at 100℃ for 15 minutes, and then heated at 500℃ for 30 minutes. A zirconium oxide film was formed on the surface. The properties of the films formed are shown in Table 1 using symbols. Examples 7-12 Acetylacetone salt of Ti using a 200ml beaker
TiO(C 5 H 7 O 2 ) 2 was dissolved in 100 ml of a mixture of ethyl alcohol and distilled water shown in Table 1 to prepare a coating solution. The weight concentration of acetylacetone salt of Ti is
As shown in Table 1, it was changed to 2, 4, 6, 8, and 10%. The same operations as in Example 1 were carried out, and as a result, a titanium oxide film was formed on the surface of the glass plate. The properties of the films formed are shown in Table 1 using symbols. Examples 13-18 The acetylacetone salt of Hf (C 5 H 7 O 2 ) 4 is shown in Table 1.
A coating solution was prepared by dissolving it in 100 ml of the mixture of isopropyl alcohol and distilled water shown in , using a 200 ml beaker. The weight concentration of Hf acetylacetone salt was changed to 2, 4, 6, 8, and 10% as shown in Table 1.

【表】 以下、実施例1と同じ操作を行つた結果、ガラ
スプレートの表面に無色透明な酸化ハフニウムの
被膜が形成された。形成された被膜の性状は表1
中に記号で表示してある。 実施例 19〜22 200mlビーカを用いて、Zrのベンゾイルアセト
ン塩Zr(C10H9O24を表1に示したイソプロピル
アルコールと蒸留水との混合液100mlに溶し、塗
布液を調整した。Zrのベンゾイルアセトン塩の
重量濃度は、表1に示すように、2、4、6、
8、10%と変化させた。以下実施例1と同じ操作
を行つた結果、ガラスプレートの表面に酸化ジル
コニウムの被膜が形成された。形成された被膜の
性状は表1に記号で表示してある。 以上に記したように低級飽和1価アルカノール
に水を加えた溶媒を使用することにより、A族
金属酸化物薄膜形成用の安定性と薄膜形成性に優
れた塗布液が得られる。
[Table] As a result of performing the same operations as in Example 1, a colorless and transparent hafnium oxide film was formed on the surface of the glass plate. The properties of the formed film are shown in Table 1.
It is indicated with a symbol inside. Examples 19-22 Using a 200 ml beaker, dissolve the benzoylacetone salt of Zr (C 10 H 9 O 2 ) 4 in 100 ml of the mixture of isopropyl alcohol and distilled water shown in Table 1 to prepare a coating solution. did. As shown in Table 1, the weight concentrations of Zr benzoylacetone salt are 2, 4, 6,
It was changed to 8.10%. The same operations as in Example 1 were then carried out, and as a result, a zirconium oxide film was formed on the surface of the glass plate. The properties of the films formed are shown in Table 1 using symbols. As described above, by using a solvent prepared by adding water to a lower saturated monovalent alkanol, a coating liquid with excellent stability and thin film forming properties for forming a group A metal oxide thin film can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

添付図面はイソプロピルアルコール−水2元系
における水の含有量とZrアセチルアセトン塩の
溶解度の関係を示すグラフである。
The attached drawing is a graph showing the relationship between the water content and the solubility of Zr acetylacetone salt in an isopropyl alcohol-water binary system.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 A族金属のβ−ジケトン錯体を0.5〜45重
量%の水を含む炭素原子数4以下の飽和1価アル
カノールと水の混合物に溶解してなる該金属の透
明酸化物膜形成用組成物。 2 特許請求の範囲第1項に記載の組成物であつ
て、該アルカノール−水混合物中の水の量が1〜
40重量%である組成物。 3 特許請求の範囲第2項に記載の組成物であつ
て、該アルカノール−水混合物中の水の量が15〜
35重量%である組成物。 4 特許請求の範囲第1項ないし第2項のいずれ
かの項に記載の組成物であつて、A族金属のβ
−ジケトン錯体がTi、Zr、Hfのアセチルアセト
ン錯体、ベンゾイルアセトン錯体、ベンゾイルフ
ルオロアセトン錯体、トリフルオロアセチルアセ
トン錯体、ジベンゾイルメタン錯体から選ばれる
ものである組成物。
[Scope of Claims] 1. A transparent oxide of a group A metal obtained by dissolving a β-diketone complex of the metal in a mixture of water and a saturated monovalent alkanol having 4 or less carbon atoms containing 0.5 to 45% by weight of water. Composition for film formation. 2. The composition according to claim 1, wherein the amount of water in the alkanol-water mixture is 1 to 1.
A composition that is 40% by weight. 3. The composition according to claim 2, wherein the amount of water in the alkanol-water mixture is from 15 to
A composition that is 35% by weight. 4. A composition according to any one of claims 1 to 2, wherein β of a group A metal is
- A composition in which the diketone complex is selected from acetylacetone complexes, benzoylacetone complexes, benzoylfluoroacetone complexes, trifluoroacetylacetone complexes, and dibenzoylmethane complexes of Ti, Zr, and Hf.
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