JPH0827422A - シリカ系被膜形成用組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 組成物としての保存安定性が良好で、さらに
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に関する。 【構成】 Ａ．テトラメトキシシランとアルキルトリメ
トキシシランからなる部分加水分解物、Ｂ．脂肪族一価
のアルコール、Ｃ．水、及びＤ．ｐＫａが１．０を超え
てかつ５．０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。

【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、一般に
シラン系の塗布液は保存中にゆっくりと反応が進み、形
成される膜は液製造時と違った性状を呈するようになる
等、保存安定性に問題がある。また形成される膜の厚み
が十分でなく、厚膜を得ようとすると重ね塗りをする必
要があり作業性に問題がある。

【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特定の成分を必須成分としてなる
組成物が、保存安定性に優れ、さらにこれを用いること
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いだし、本願発明に到達
した。すなわち、本発明の要旨は、Ａ．テトラメトキシ
シランとアルキルトリメトキシシランからなる部分加水
分解物、Ｂ．脂肪族一価のアルコール、Ｃ．水、及び
Ｄ．ｐＫａが１．０を超えてかつ５．０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にあ
る。以下に本発明の詳細を説明する。

【０００５】本発明で用いられるＡ成分としては、テト
ラメトキシシランとアルキルトリメトキシシランを混合
しこれを部分加水分解して得られる成分を指す。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とアルキルトリメトキシシラン
の混合物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
してシラノールとなり、さらにこれにつづく縮合反応に
より液状の物質（平均重合度２から８）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２０〜９０
％程度、さらに好ましくは３０〜８０％程度から選ばれ
る。こうして得られた部分加水分解物はモノマーを通常
２〜１０％程度含有している。これをさらに、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
とすることもできる。アルキルトリメトキシシランのア
ルキル基としてはメチル基やエチル基、プロピル基、ブ
チル基などの１級のアルキル基、イソプロピル基などの
２級アルキル基、ターシャリブチル基などの３級アルキ
ル基、シクロヘキシル基などの環状アルキル基などが上
げられる。テトラメトキシシランとアルキルトリメトキ
シシランの比率は、テトラメトキシシランとアルキルト
リメトキシシランの合計量１００グラムに対してアルキ
ルトリメトキシシランは５グラム以上９５グラム以下が
望ましい。５グラムに満たない場合は保存性の効果が低
くまた９５グラムを超える場合は硬化したときの表面硬
度が低下する。

【０００６】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およびその加水
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
いる以外は、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。他の溶媒としては具体的にエチルエー
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
の面から脂肪族一価のアルコール１００重量部に対し５
０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。溶媒が５０重量部未満の
場合、液の基材への展開性が悪く、厚みが均一な塗布が
困難なものとなりやすい。一方、溶媒が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やすい。

【０００７】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うる。

【０００８】本発明のＤ成分のｐＫａが１．０を超えて
かつ５．０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
１．０を超えてかつ５．０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、マレイン酸、シュウ
酸、トリクロロ酢酸、フマル酸、ギ酸、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ｐＫａ
が１．０を超えてかつ５．０以下の有機カルボン酸は他
の触媒に比べて塗布液の保存安定性からも優れている。
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成分の量がこれ以
下の組成から被膜を形成すると、得られる膜の厚みは極
端に小さいものとなるので好ましくない。

【０００９】本発明は上記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、硬度に優れたシリカ被膜
を得ることができる。

【００１０】

【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。 実施例１ テトラメトキシシラン９０グラム、プロピルトリメトキ
シシラン１０グラム、メタノール３１．５グラム、水
８．７グラム、１規定塩酸０．１３グラムを液温６５℃
で２時間加熱しそののち１００℃、１５０℃と加熱して
蒸留した。そののち内容物を室温まで冷却して減圧下で
３０分間撹はんしてモノマーを取り除き部分加水分解物
Ａを得た。

【００１１】実施例２ 実施例１と同様にテトラメトキシシラン８０グラム、プ
ロピルトリメトキシシラン２０グラム、メタノール３
１．１グラム、水８．６グラム、１規定塩酸０．１３グ
ラムを使用して加水分解物Ｂを得た。 実施例３ 実施例１と同様にテトラメトキシシラン１０グラム、プ
ロピルトリメトキシシラン９０グラム、メタノール２
９．５グラム、水８．２グラム、１規定塩酸０．１２グ
ラムを使用して加水分解物Ｃを得た。

【００１２】比較例１ テトラメトキシラン１００グラム、メタノール３１．６
グラム、水８．８グラム、１規定塩酸０．１３グラムを
液温６５℃で２時間加熱しそののち１００℃、１５０℃
と加熱して蒸留した。そののち内容物を室温まで冷却し
て減圧下で３０分間撹はんしてモノマーを取り除き部分
加水分解物Ｄを得た。 比較例２ プロピルトリメトキシシラン１００グラム、メタノール
２９．３グラム、水８．１グラム、１規定塩酸０．１２
グラムを液温６５℃で２時間加熱しそののち１００℃、
１５０℃と加熱して蒸留した。そののち内容物を室温ま
で冷却して減圧下で３０分間撹はんしてモノマーを取り
除き部分加水分解物Ｅを得た。

【００１３】実施例４ エタノール６１．２ｇに上記合成例により得られた部分
加水分解物Ａ３１．５ｇを混合し、室温下で撹拌し均一
に溶解させた。これに水６．９ｇとマレイン酸（ｐＫａ
＝１．９２）０．３２ｇをこの順序で加え、マレイン酸
が溶解するまでさらに撹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１００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３００ｍ
ｍ／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２に示す。

【００１４】実施例５ 部分加水分解物Ｂを使用した以外は実施例４、表２に従
って組成物を得、成膜、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
２に示す。 実施例６ 部分加水分解物Ｃを使用した以外は実施例４、表２に従
って組成物を得、成膜、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
２に示す。

【００１５】実施例７ マレイン酸の代わりに酢酸し使用した以外は実施例４、
表２に従って組成物を得、成膜、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２に示す。 比較例３ 実施例４で、部分加水分解物Ｄの代わりにテトラメトキ
シシランの部分加水分解物を使用した。調液後９日で固
化し成膜できなかった。

【００１６】比較例４ 実施例４で、部分加水分解物Ｅの代わりにプロピルトリ
メトキシシランの部分加水分解物を用いて調液し、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２に示す。 比較例５ エタノール６６．５ｇに部分加水分解物Ａ３３．２グラ
ムを溶解し、水を加えずにマレイン酸０．３ｇを加え組
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２に示す。 比較例６ 実施例４でマレイン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成分混合後１時間で組成物は増粘、白濁
した。その結果透明で均一な厚みの膜は得られなかっ
た。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】（１）表面形状粗さ計「タリステップ」
（（株）ランクペーラーホグソン製）を使用 （２）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、さらに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。

【００２０】

【発明の効果】本発明により、塗布液としての保存安定
性が良好で、さらに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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａ．テトラメトキシシランとアルキルト
   リメトキシシランからなる部分加水分解物、 Ｂ．脂肪族一価のアルコール、 Ｃ．水、 及びＤ．ｐＫａが１．０を超えてかつ５．０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。