JPH0240696B2 - - Google Patents
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- JPH0240696B2 JPH0240696B2 JP56007428A JP742881A JPH0240696B2 JP H0240696 B2 JPH0240696 B2 JP H0240696B2 JP 56007428 A JP56007428 A JP 56007428A JP 742881 A JP742881 A JP 742881A JP H0240696 B2 JPH0240696 B2 JP H0240696B2
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Description
本発明は、新規なシリカ被膜形成用塗布液及び
その製造法及びそれを使用して基体上にシリカ被
膜を形成する方法に関するものである。
基体上にシリカ被膜を形成する方法としては、
気相成長法と塗布法が知られている。気相成長法
は特殊な装置を必要とし、基体の大きさに制限が
あり、且つ量産が難しいという欠点がある為、近
年塗布法が注目されて来た。塗布法により形成さ
れたシリカ被膜は、均一性とピンホール、クラツ
クの存在しない事が要求される。更に最近の塗布
法による基体の大型化、量産化に伴ない安全上、
衛生上の観点から、作業中溶剤の揮発が少なく引
火性が低く毒性の少ない塗布液が要望されてい
る。前者の要求にこたえる為には様々なシリカ被
膜形成用塗布液が提案されている。例えば、アル
コキシシランと低級カルボン酸又は酸無水物と低
級アルコールとを有機酸系反応促進剤の存在下で
反応させて得た反応生成物が提案されている(特
開昭55−34258、同54−24831、同55−34276)。し
かしこれらはいずれも低沸点のエステル、例えば
酢酸エチル及び低級アルコール例えばエタノール
を多量に含有しており、後者の要望にはほど遠い
ものでしかない。
本発明の目的は、均一でピンホールやクラツク
の存在しないシリカ被膜を与えかつ揮発性の低い
ヒドロキシシラン縮合体溶液及びその製法を提供
することである。
本発明の第1の態様は、一般式R1(OR2)oOH
(ここにR1は炭素数1〜4のアルキル基又は炭素
数2〜4のアシル基、R2は炭素数2〜4のアル
キレン基であつて同一分子内に2以上あるとき
(n≧2)それらは同じものでも異なつたもので
もよく、nは1〜4の整数である。)で表わされ
る化合物(以下主溶剤という)を20重量%以上含
む溶媒にヒドロキシシラン縮合体の溶解されてな
るシリカ被膜形成用塗布液であつて沸点が100〜
500℃であるものを要旨とする。
前記ヒドロキシシラン縮合体は、アルコキシシ
ラン等の後述のシラン誘導体を、アルコール及び
該アルコキシシランに対して約2モル倍以上の水
もしくは低級カルボン酸並びに反応促進剤として
の酸の存在下に反応させて得ることができるもの
であり、適当な有機溶媒例えばエタノール中に溶
解された状態で存在しえ、該溶液をガラス、金
属、プラスチツク等の表面に塗布し加熱すること
によりシリカ被膜を形成しうる縮合度又は分子量
を有するものである。前記適当な有機溶媒とし
て、従来エタノール又はメタノールがよく知られ
ているが、その種類は限定されたものであり、有
機溶媒としてしばしば用いられる酢酸エチル、エ
チルエーテル、炭化水素類は単独で用いるのは不
適当である。
エタノールやメタノールは前述のように沸点が
低く揮発性に富むから前述のような問題をはらむ
ものであつた。本発明はエタノール等の1部又は
全部に代えて前記主溶剤を使用するものであり、
これによれば前記従来技術の問題点を解決しうる
他、当然に要求される溶液中におけるヒドロキシ
シラン縮合体の良好な安定性をもたらすのであ
る。本発明溶液の沸点を100℃より高くし、かつ
その良好な安定性を与えるため、主溶剤を該溶液
における溶媒中に、どの程度以上の量的割合で存
在させるのがよいかは、目的とする本発明溶液の
沸点又は引火点、用いる主溶剤の沸点及び分子
量、共存する低沸点溶剤の沸点、分子量及びその
化学構造に基づく主溶剤との親和性、用いる水の
量等によつて一概には言えないが、約20重量%以
上、好ましくは約30重量%以上更に好ましくは50
重量%以上存在させるのがよい。
前記主溶剤としては例えば、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、エチレングリコールモノイソプ
ロピルエーテル、エチレングリコールモノブチル
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、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、
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、トリエチ
レングリコールモノエチルエーテル、エチレング
リコールモノアセテート又はこれらの内2種以上
の混合物を挙げることができる。これらはいずれ
も沸点が100℃より高い。
前記主溶剤は、前記ヒドロキシシラン縮合体、
原料である後記シラン誘導体、その部分縮合体及
び水を均一に溶解する性質に富んでいる。これに
対して沸点が比較的高いが単独ではこれらを溶解
する性質に乏しいため、前記主溶剤と混合して用
いることが望ましい溶剤(以下副溶剤という)が
ある。副溶剤としては、炭素数4〜10の一価アル
コール、炭素数2〜6の多価アルコール(但し炭
素鎖中にエーテル結合又は−COO−結合が存在
する場合を含む)、一般式R1O(R2O)oR1(ここに
R1、R2及びnは上に述べたのと同じ意味であり、
同一分子内に複数存在するR1は互いに異なつた
ものでありうる。)で表わされる化合物、炭素数
4〜10の脂肪酸、アセト酢酸、アセト酢酸のアル
キル(炭素数1〜4)エステル及びアセチルアセ
トン等の1種又は2種以上を用いうる。
本発明溶液における溶媒成分は前記主溶剤及び
副溶剤の他に水又は低沸点有機溶剤を含んでいて
もよい。これらはしばしばヒドロキシシラン縮合
体の製造の工程で本発明溶液中に入つて来るもの
である。また、前記低沸点有機溶剤の内ある種の
もの例えば炭素数1〜3の1価アルコールは本発
明の目的とする溶液の安定化のために、溶液の沸
点が100℃以上に保てる範囲内で、目的とする溶
液に添加されてもよい。前記低沸点有機溶剤の内
でも比較的沸点の高いものは、低いものに比べて
比較的多量本発明溶液中に存在させることができ
る。
前記低沸点有機溶剤の例としては、エタノー
ル、メタノール、酢酸メチル、酢酸エチル、エチ
ルエーテル、イソプロピルアルコール、アセトン
等が挙げられる。これらは本発明溶液における溶
媒中に存在する量は40モル%以下好ましくは30モ
ル%以下であることが望ましい。
前記本発明溶液における溶媒中に存在する水の
量は50重量%以下好ましくは20重量%以下である
のがよい。水が多過ぎると該溶液を不安定にし、
保存中にゲル化を生ずるおそれがあるからであ
る。
本発明溶液中のヒドロキシシラン縮合体の濃度
は1〜20重量%であることが好ましい。1重量%
より小さいときは、この溶液を塗布液として使用
した場合1回塗布では得られるシリカ被膜の厚さ
が薄く、用途によつてはくり返し塗布の必要が生
ずるおそれがある。他方20重量%より大きいとき
は該溶液が不安定となりゲル化を生じ易くなる。
本発明の第2の態様は、前記本発明にかかる高
沸点溶液を製造する方法であり、一般式R4rSi
〔(OR2)oOR1〕s〔OR3〕u(ここにR1は炭素数1〜
4のアルキル基もしくは炭素数2〜4のアシル
基、R2は炭素数2〜4のアルキレン基、R3及び
R4は炭素数1〜8のアルキル基、アルケニル基、
アリール基もしくはアルキル基であり、R1、R2
及びR3は各々が同一分子内に2以上あるときは
それらは同じものであつても異なつたものであつ
てもよく、nは1〜4の整数、rは0もしくは
1、s及びuは0〜4の整数でありr+s+u=
4である。)で表わされるシラン誘導体又はその
部分縮合体を、それらの0.8〜16重量倍の有機溶
剤であつて主溶剤を含み又は含まないもの、前記
シラン誘導体又はその部分縮合体のけい素原子に
対して2−r/2−(m−1)/mないし90モル
倍の水(但し、rは上記と同じ意味であり、mは
前記シラン誘導体にあつては1、前記部分縮合体
にあつてはそれがm量体であることを表わす。)
及び反応促進剤としての酸の存在下に反応させ、
必要に応じて該反応の途中又は後に前記主溶剤を
加え、又は低沸点成分を蒸発除去しもしくは加
え、かくして得られたヒドロキシシラン縮合体溶
液における溶媒成分中に前記主溶剤が20重量%以
上含まれ、該溶媒成分の沸点が100〜500℃となる
ように前記主溶剤を使用するものである。
前記方法において、前記シラン誘導体又はその
部分縮合体は、反応生成液たるヒドロキシシラン
縮合体溶液の沸点をなるべく高くするという観点
から、uはなるべく小さく(好ましくは3より
小、更に好ましくは2より小、一層好ましくは1
より小、最も好ましくは0である。)、nはなるべ
く大きい方がよい。一方反応速度を大きくすると
いう観点からはR4、〔(OR2)oOR1〕及びOR3の分
子量はなるべく小さい方がよく、従つてなるべく
R1〜R4の炭素数は小さく、nは小さく、R3の分
子量が〔(OR2)oOR1〕のそれより小さいときは
uが大きい方がよい。R3は(それが存在すると
きは)、前記シラン誘導体又はその部分縮合体が
加水分解されて遊離されるアルコールR3OHが、
前記シラン誘導体もしくはその部分縮合体、反応
生成物であるヒドロキシシラン縮合体及び水の良
溶媒であり、また本発明方法により得られるシリ
カ被膜形成用塗布液の安定性を良好にするため
に、その炭素数が1〜3であるものが好ましい。
前記部分縮合体は前記シラン誘導体に極く少量
の水と反応促進剤としての酸を加えて反応させる
ことによつて得ることができるものであり、例え
ばテトラエトキシシランの4〜5量体が「エチル
シリケート40」という商標の下に市販されてい
る。
本発明方法に使用する前記有機溶剤は、前記反
応中及び反応後において、前記シラン誘導体、そ
の部分縮合体、これらの反応によつて生ずるヒド
ロキシシラン縮合体及び反応中及び反応後にそれ
らと共に存在する水を均一に溶解するものであ
る。その例としては前記主溶剤、主溶剤と副溶剤
の混合物、炭素数1〜3の低級1価アルコール、
及びこれらの混合物を挙げることができるがこれ
らに、前記性質を失わせない限りにおいて少量の
他の有機溶剤が混合されたものを除外するもでは
ない。
本発明方法に使用する前記有機溶剤としてエタ
ノールやメタノールのような低沸点のものを比較
的多量用いると反応生成液の沸点が100℃より小
さくなることがあるから、この場合には反応中又
は反応後に、これらを揮発除去し又は前記主溶剤
もしくは副溶剤を添加することにより反応生成液
の沸点を100℃以上に上げる必要がある。前記揮
発除去の操作は面倒なものであるからなるべくこ
のような操作をしないですませるという観点か
ら、前記有機溶剤としては主溶剤または主溶剤と
副溶剤の混合物を主成分とするものを使用するこ
とが好ましい。
本発明方法に使用する前記有機溶剤の量は、前
記シラン誘導体又はその部分縮合体に対して0.8
〜16重量倍好ましくは0.95〜12重量倍がよい。
0.8重量倍より少ない場合には、前記反応が進み
反応混合物中のヒドロキシシラン又はその縮合体
の濃度が高くなるにつれて該反応混合物の粘度が
徐々に増加し最終的にはゲル化を生ずるおそれが
ある。一方16重量倍より多い場合には反応によつ
て得られたヒドロキシシラン縮合体の濃度が低
く、これを塗布液として使用する場合には被膜の
厚さが薄く、用途によつては所望の膜厚を得るた
めには数回くり返し塗布する必要が生ずるおそれ
があるから好ましくない。
本発明方法に使用する水の量は、前記シラン誘
導体又はそれらの部分縮合体のけい素原子に対し
て〔2−r/2−(m−1)/m〕モル倍より少
ない場合には、反応で生成するヒドロキシシラン
縮合度が大きくなりにくいため、基本上に塗布し
た場合、被膜形成に高温長時間を要すること、希
望するシリカ被膜硬度が得られないこと、被膜表
面の均一性が得られないこと等の欠点が生じるか
ら好ましくない。使用する水の量は同様の理由か
ら〔3−r/2−(m−1)/m〕モル倍以上が
より好ましい。一方90モル倍より大きい場合に
は、前記有機溶剤も多量に存在させねばならない
という事情も加わつて、反応によつて得られたヒ
ドロキシシラン縮合体の濃度が低くなるため、こ
れを塗布液として使用した場合、被膜の厚さが薄
く、用途によつては所望の膜厚を得るためには数
回くり返し塗布する必要が生ずるおそれがあるか
ら好ましくない。同様の理由から使用する水の量
はより好ましくは10モル倍以下、更に好ましくは
6モル倍以下最も好ましくは4モル倍以下であ
る。
本発明方法に使用する反応促進剤としては、無
機酸、有機酸、酸性イオン交換樹脂及び担体に無
機酸を担持させた固体酸性触媒を例示することが
できる。
前記無機酸としては塩酸、りん酸、無水りん酸
及びほう酸を例示することができ、その量は、無
機酸の解離度によつても異なるが、通常シラン誘
導体、水及び有機溶媒の混合物に対し、0.005〜
1.0重量%を使用するのがよい。
前記有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、ベ
ンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸及びナフ
タリンスルホン酸を例示することができ、この場
合の使用量は混合液に対し、0.05〜3重量%の範
囲が好ましい。
前記酸性イオン交換樹脂としては、スルホン酸
系の強酸性カチオン交換樹脂及び超強酸性カチオ
ン樹脂で、例えば商品名ダイヤイオン−SKIB−
H、−SK−228−H、アンバーライト−IR−
120B、−118、−112、−122、−124、−200C、ナフイ
オン−H等が挙げられる。尚、市販の酸性イオン
交換樹脂はH型に置換されているが完全には置換
されていない。従つてH型への置換が不完全であ
る場合には、反応液中にNaイオンが溶出し、不
純物として混入し、特にNaイオンが問題となる
電子工業材料分野への使用は制限されるので、使
用前には、H型への置換の程度を高度にする事が
望ましい。
本発明における酸性イオン交換樹脂の使用量は
反応混合液中に撹拌しながら粒子状で分散させて
使用する場合は、該反応混合液に対し5〜25重量
%を、粒子状でカラムに充填したり、多層の薄膜
状として、これらの間に反応混合物を流通させる
場合は、該反応混合液に対して5重量%以上で前
記流通を可能たらしめる上限の割合迄を使用する
のがよい。
前記担体に無機酸を担持させた触媒としては、
シリカ、アルミナ−シリカ、ジルコニア及び活性
炭に硫酸又はりん酸を担持させたものを使用する
ことができる。担持に対する無機酸の担持量は通
常1〜10重量%程度が好ましく、かかる担持され
た固体酸性触媒量は反応混合液に対して、5〜25
重量%の範囲で使用するのがよい。
本発明の塗布液を製造するときの操作を述べれ
ば、反応促進剤が有機酸、酸性イオン交換樹脂又
は固体酸性触媒の場合には所定量のシラン誘導
体、所定量の有機溶剤及び所定量の反応促進剤と
を混合し、かきまぜつつ、この中へ水をゆつくり
と滴下するのがよい。反応促進剤が無機酸の場合
は、所定量のアルコキシシランと所定量の有機溶
剤とを混合しかきまぜつつ、この中に無機酸含有
水溶液を徐々に滴下するのがよい。水又は無機酸
含有水溶液を滴下することにより発熱反応が起こ
り、シラン誘導体が反応してアルコールとヒドロ
キシシランが生成する。この際生成したアルコー
ル及び反応当初配合した主溶剤などのアルコール
がヒドロキシシランを安定に存在させるのに効果
がある。更に反応を続ける事により、ヒドロキシ
シランの縮合が進みシラン誘導体の量が減少す
る。反応液中のシラン誘導体の含有量が1%以下
になる迄反応を続ける事により、ヒドロキシシラ
ン縮合体を主成分とする反応生成物を得ることが
できる。この際反応温度は室温から反応液の沸点
以下の温度が適当で、室温から100℃以下がより
好ましい。
得られた反応液は必要に応じて有機溶剤を一部
除去し又は加えて所望する溶媒組成と濃度に調整
し、0.2μのフイルターを通して濾過した後塗布液
として使用することができる。この際、濃度調整
のために加える溶剤の例としては、前に記載した
主溶剤又は副溶剤が好ましい。
次に実施例によつて本発明を更に詳細に説明す
る。なお、以下の実施例においてヒドロキシシラ
ン縮合体溶液の固形分濃度は所定の温度で所定の
時間加熱したとき得られる固形分の当初の溶液に
対する重量%で表わし、温度と加熱時間とを例え
ば(200℃;3時間)と表示する。
実施例 1
テトラエトキシシラン1モルとエチルセロソル
ブ470g(テトラエトキシシランに対し2.26重量
倍)との混合物に、室温でかきまぜながら、HCl
として0.075gを水4モルに溶解した反応促進剤
を滴下する。この際、発熱反応を起こして反応が
進行し、液温は46℃に上がる。発熱がおさまつた
ところで液温を65℃に加熱する。反応が進むにつ
れてテトラエトキシシランが消失し、エタノール
が生成してくる。反応経過をガスクロマトグラフ
イー、高速液体クロマトグラフイーで分析したと
ころ、65℃で1時間後テトラエトキシシランは消
失し、65℃で2時間後ヒドロキシシラン縮合体の
生成が確認された。更に65℃で計20時間反応を継
続し終了とした。この時の反応液の固形分は9.2
重量%であつた。
次に前記のようにして得られた反応液に酢酸セ
ロソルブを加え固形分濃度(200℃;3時間)が
8.0重量%となるように調整し、0.2μのフイルタ
ーを用いて濾過し、シリカ被膜用塗布液を得た。
こうして得られた塗布液の溶剤組成をガスクロマ
トグラフイーで分析した結果はエタノール24重量
%、エチルセロソルブと酢酸セロソルブで76重量
%で、この塗布液の沸点は110℃、引火点はテン
スキーマルテンス法(密閉)で26℃であつた。Cl
陰イオン濃度は60ppm/g、Naイオンは<
0.2ppm/gであつた。こうして得られた塗布液
をスピンナー(回転数:3000rpm)を用いてガラ
ス板上に塗布し、200℃で30分間次いで500℃で30
分間焼成したところ、膜厚1150Åのシリカ膜が得
られた。これらの被膜を走査電子顕微鏡にて観察
したところ、クラツク及びピンホールはいずれも
確認されず、平滑且つ均一な膜面であつた。又こ
の被膜の物理的性質は次の通りで、従来公知のア
ルコール系塗布液(メタノール又はエタノール使
用)を用いた場合とほゞ同じであつた。
エツチング速度 450Å/分(1モル%HF水溶
液)
熱膨脹系数 8×10-7/℃
比抵抗 1×1014Ω・cm
実施例 2
モノエトキシトリ(2−エトキシエトキシ)シ
ラン1モルとブチルセロソルブ476g(アルコキ
シシランに対し1.4重量倍)との混合物に、60℃
でかきまぜながら、HCl(反応促進剤)として0.1
gを水4モルに溶解したものを滴下する。反応は
すみやかに進行し、アルコキシシランが消失し、
エタノールとエチルセロソルブが生成してくる。
反応経過をガスクロマトグラフイー、高速度液体
クロマトグラフイーで分析したところ、60℃で約
1時間後アルコキシシランは消失し、60℃で約2
時間後ヒドロキシシラン縮合体の生成が確認され
た。更に60℃で計8時間加熱を続けた後、反応を
完結させるため80℃で10時間加温を継続した。こ
の時の反応液の固形分濃度(200℃;3時間)は
7.8重量%であつた。
こうして得られた反応液を0.2μのフイルターで
濾過し、シリカ被膜用塗布液とした。この塗布液
の溶剤組成はエタノール5.5重量%、ブチルセロ
ソルブとエチルセロソルブとで94.5重量%で、こ
の塗布液の沸点は140℃、引火点は49℃であつた。
又Cl陰イオン濃度は50ppm/g、Naイオンは<
0.2ppm/gであつた。こうして得られた塗布液
をスピンナー(3000rpm)でガラス板上に塗布
し、200℃で30分間次いで500℃で430分間焼成し
て、1050Åの被膜を得た。この被膜を走査電子顕
微鏡にて観察したところ、クラツク及びピンホー
ルはいずれも確認されず、平滑且つ均一な膜面で
あつた。又この被膜の物理的性質は次の通りであ
つた。
エツチング速度 400Å/分(1モル%HF水溶
液)
熱膨脹系数 5×10-7/℃
比抵抗 4×1014Ω・cm
実施例 3、4
実施例2で得た固形分濃度(250℃;3時間)
7.8重量%の塗布液をアセト酢酸エチルで固形分
濃度(250℃;3時間)6.0重量%及び3.0重量%
にそれぞれ希釈し、それぞれの塗布液の沸点及び
引火点を測定したところ、次の通りであつた。
The present invention relates to a novel coating solution for forming a silica film, a method for producing the same, and a method for forming a silica film on a substrate using the same. The method for forming a silica film on a substrate is as follows:
Vapor phase growth method and coating method are known. Since the vapor phase growth method requires special equipment, has limitations on the size of the substrate, and is difficult to mass-produce, the coating method has attracted attention in recent years. The silica film formed by the coating method is required to be uniform and free from pinholes and cracks. Furthermore, due to the increasing size of substrates and mass production due to recent coating methods, safety issues have arisen.
From a hygienic standpoint, there is a demand for coating liquids that have less solvent volatilization during work, are less flammable, and are less toxic. In order to meet the former requirement, various coating solutions for forming a silica film have been proposed. For example, a reaction product obtained by reacting an alkoxysilane, a lower carboxylic acid or an acid anhydride, and a lower alcohol in the presence of an organic acid reaction promoter has been proposed (JP-A-55-34258; -24831, 55-34276). However, these all contain large amounts of low-boiling esters, such as ethyl acetate, and lower alcohols, such as ethanol, and are far from meeting the latter requirement. An object of the present invention is to provide a hydroxysilane condensate solution that provides a uniform silica coating free of pinholes and cracks and has low volatility, and a method for producing the same. The first aspect of the present invention has the general formula R 1 (OR 2 ) o OH
(Here, R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an acyl group having 2 to 4 carbon atoms, R 2 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and when there are two or more in the same molecule (n≧2 ) They may be the same or different, and n is an integer from 1 to 4. A coating liquid for forming a silica film with a boiling point of 100~
The gist is that the temperature is 500℃. The hydroxysilane condensate is obtained by reacting a silane derivative described below such as an alkoxysilane in the presence of an alcohol and water or a lower carboxylic acid in an amount of about 2 times or more moles or more relative to the alkoxysilane, and an acid as a reaction accelerator. It is a condensation compound that can be obtained dissolved in a suitable organic solvent such as ethanol, and can form a silica coating by applying the solution to a surface of glass, metal, plastic, etc. and heating it. degree or molecular weight. Ethanol or methanol has been well known as the above-mentioned suitable organic solvent, but its types are limited, and ethyl acetate, ethyl ether, and hydrocarbons, which are often used as organic solvents, cannot be used alone. It's inappropriate. As mentioned above, ethanol and methanol have a low boiling point and are highly volatile, so they pose the above-mentioned problems. The present invention uses the main solvent in place of part or all of ethanol etc.,
This not only solves the problems of the prior art described above, but also provides the naturally required good stability of the hydroxysilane condensate in solution. In order to make the boiling point of the solution of the present invention higher than 100°C and to give it good stability, the quantitative ratio in which the main solvent should be present in the solvent in the solution depends on the objective. It generally depends on the boiling point or flash point of the solution of the present invention, the boiling point and molecular weight of the main solvent used, the boiling point and molecular weight of the coexisting low-boiling solvent, the affinity with the main solvent based on the molecular weight and its chemical structure, the amount of water used, etc. Although it is not possible to say, it is about 20% by weight or more, preferably about 30% by weight or more, and more preferably 50% by weight or more.
It is preferable that it is present in an amount of % by weight or more. Examples of the main solvent include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoisopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether,
Examples include propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monoacetate, or a mixture of two or more thereof. All of these have boiling points higher than 100°C. The main solvent is the hydroxysilane condensate,
It has the property of uniformly dissolving the silane derivatives mentioned below, their partial condensates, and water, which are raw materials. On the other hand, there are solvents (hereinafter referred to as sub-solvents) which have relatively high boiling points, but lack the ability to dissolve them when used alone, and are therefore preferably used in combination with the main solvent. As the subsolvent, monohydric alcohols with 4 to 10 carbon atoms, polyhydric alcohols with 2 to 6 carbon atoms (including cases where an ether bond or -COO- bond exists in the carbon chain), general formula R 1 O (R 2 O) o R 1 (here
R 1 , R 2 and n have the same meaning as stated above,
Multiple R 1s present in the same molecule may be different from each other. ), fatty acids having 4 to 10 carbon atoms, acetoacetic acid, alkyl (1 to 4 carbon atoms) esters of acetoacetic acid, acetylacetone, and the like can be used. The solvent component in the solution of the present invention may contain water or a low-boiling organic solvent in addition to the main solvent and subsolvent. These often come into the solution according to the invention during the production of the hydroxysilane condensate. In addition, some of the above-mentioned low-boiling point organic solvents, such as monohydric alcohols having 1 to 3 carbon atoms, may be used within a range where the boiling point of the solution can be maintained at 100°C or higher in order to stabilize the solution, which is the object of the present invention. , may be added to the desired solution. Among the low boiling point organic solvents, those having a relatively high boiling point can be present in a relatively large amount in the solution of the present invention compared to those having a low boiling point. Examples of the low-boiling organic solvent include ethanol, methanol, methyl acetate, ethyl acetate, ethyl ether, isopropyl alcohol, acetone, and the like. The amount of these substances present in the solvent in the solution of the present invention is desirably 40 mol% or less, preferably 30 mol% or less. The amount of water present in the solvent in the solution of the present invention is preferably 50% by weight or less, preferably 20% by weight or less. Too much water will make the solution unstable,
This is because gelation may occur during storage. The concentration of the hydroxysilane condensate in the solution of the present invention is preferably 1 to 20% by weight. 1% by weight
If it is smaller, when this solution is used as a coating liquid, the thickness of the silica film obtained by one application will be thin, and there is a possibility that repeated application may be necessary depending on the application. On the other hand, if it is more than 20% by weight, the solution becomes unstable and gelation tends to occur. A second aspect of the present invention is a method for producing the high boiling point solution according to the present invention, which has the general formula R 4 rSi
[(OR 2 ) o OR 1 ] s [OR 3 ] u (here R 1 is carbon number 1~
4 alkyl group or acyl group having 2 to 4 carbon atoms, R 2 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, R 3 and
R 4 is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group,
Aryl group or alkyl group, R 1 , R 2
and R3 , when there are two or more of each in the same molecule, they may be the same or different, n is an integer from 1 to 4, r is 0 or 1, s and u are An integer from 0 to 4, r+s+u=
It is 4. ) or a partial condensate thereof in an organic solvent containing or not containing a main solvent in an amount of 0.8 to 16 times the weight of the silane derivative or a partial condensate thereof, based on the silicon atom of the silane derivative or partial condensate thereof. 2-r/2-(m-1)/m to 90 times the mole of water (where r has the same meaning as above, m is 1 in the case of the silane derivative, and 1 in the case of the partial condensate) This indicates that it is an m-mer.)
and reacting in the presence of an acid as a reaction promoter,
If necessary, the main solvent is added during or after the reaction, or the low-boiling components are evaporated or added, and the main solvent is contained in the solvent component of the hydroxysilane condensate solution in an amount of 20% by weight or more. The main solvent is used so that the boiling point of the solvent component is 100 to 500°C. In the method, u of the silane derivative or its partial condensate is as small as possible (preferably less than 3, more preferably less than 2) from the viewpoint of increasing the boiling point of the hydroxysilane condensate solution as the reaction product liquid as much as possible. , more preferably 1
less than, most preferably zero. ), n should be as large as possible. On the other hand, from the viewpoint of increasing the reaction rate, the molecular weights of R 4 , [(OR 2 ) o OR 1 ], and OR 3 should be as small as possible;
The number of carbon atoms in R 1 to R 4 is small, n is small, and when the molecular weight of R 3 is smaller than that of [(OR 2 ) o OR 1 ], it is better for u to be larger. R 3 (when present) is an alcohol R 3 OH liberated by hydrolysis of the silane derivative or partial condensate thereof;
It is a good solvent for the silane derivative or its partial condensate, the reaction product hydroxysilane condensate, and water, and also for improving the stability of the coating solution for forming a silica film obtained by the method of the present invention. Those having 1 to 3 carbon atoms are preferred. The partial condensate can be obtained by reacting the silane derivative with a very small amount of water and an acid as a reaction accelerator. It is sold under the trademark ``Ethyl Silicate 40''. During and after the reaction, the organic solvent used in the method of the present invention is capable of removing the silane derivative, its partial condensate, the hydroxysilane condensate produced by these reactions, and the water present together with them during and after the reaction. Uniformly dissolves. Examples include the main solvent, a mixture of the main solvent and the subsolvent, a lower monohydric alcohol having 1 to 3 carbon atoms,
and mixtures thereof, but it is not excluded that these may be mixed with a small amount of other organic solvent as long as the above-mentioned properties are not lost. If a relatively large amount of a low boiling point organic solvent such as ethanol or methanol is used in the method of the present invention, the boiling point of the reaction product liquid may become lower than 100°C. Afterwards, it is necessary to raise the boiling point of the reaction product liquid to 100° C. or higher by volatilizing them or adding the main solvent or subsolvent. Since the operation of volatilization removal is troublesome, from the viewpoint of avoiding such an operation as much as possible, the organic solvent used is one whose main component is a main solvent or a mixture of a main solvent and a subsolvent. is preferred. The amount of the organic solvent used in the method of the present invention is 0.8 based on the silane derivative or partial condensate thereof.
~16 times by weight, preferably 0.95 to 12 times by weight.
If it is less than 0.8 times by weight, as the reaction progresses and the concentration of hydroxysilane or its condensate in the reaction mixture increases, the viscosity of the reaction mixture will gradually increase, and there is a risk that gelation will eventually occur. . On the other hand, if the amount is more than 16 times the weight, the concentration of the hydroxysilane condensate obtained by the reaction will be low, and if this is used as a coating solution, the thickness of the coating will be thin, and depending on the application, the desired coating may be difficult to obtain. This is not preferable since it may be necessary to repeat coating several times in order to obtain a sufficient thickness. When the amount of water used in the method of the present invention is less than [2-r/2-(m-1)/m] times the mole of silicon atoms of the silane derivative or partial condensate thereof, Since the degree of hydroxysilane condensation generated in the reaction is difficult to increase, when coated on basic surfaces, it takes a long time at high temperatures to form a film, the desired hardness of the silica film cannot be obtained, and the uniformity of the film surface cannot be obtained. This is not preferable because there are disadvantages such as the absence of For the same reason, the amount of water used is more preferably [3-r/2-(m-1)/m] times or more by mole. On the other hand, if it is larger than 90 times by mole, the above-mentioned organic solvent must also be present in a large amount, and the concentration of the hydroxysilane condensate obtained by the reaction becomes low, so it is used as a coating solution. In this case, the thickness of the coating becomes thin and, depending on the application, it may be necessary to apply the coating several times to obtain the desired thickness, which is not preferable. For the same reason, the amount of water used is more preferably 10 moles or less, still more preferably 6 moles or less, and most preferably 4 moles or less. Examples of the reaction accelerator used in the method of the present invention include inorganic acids, organic acids, acidic ion exchange resins, and solid acidic catalysts in which an inorganic acid is supported on a carrier. Examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, phosphoric acid, phosphoric anhydride, and boric acid, and the amount thereof varies depending on the degree of dissociation of the inorganic acid, but is usually used for a mixture of a silane derivative, water, and an organic solvent. , 0.005~
It is preferable to use 1.0% by weight. Examples of the organic acids include acetic acid, propionic acid, benzenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, and naphthalenesulfonic acid, and the amount used in this case is preferably in the range of 0.05 to 3% by weight based on the mixed liquid. The acidic ion exchange resins include sulfonic acid-based strong acid cation exchange resins and super strong acid cation exchange resins, such as the product name Diaion -SKIB-.
H, -SK-228-H, Amberlite-IR-
Examples include 120B, -118, -112, -122, -124, -200C, and naphion-H. Note that commercially available acidic ion exchange resins are substituted with H type, but not completely substituted. Therefore, if the substitution to the H type is incomplete, Na ions will be eluted into the reaction solution and mixed as impurities, which will limit its use in the field of electronic materials, where Na ions are a problem. Before use, it is desirable to increase the degree of substitution to H type. When using the acidic ion exchange resin in the present invention by dispersing it in the form of particles while stirring in the reaction mixture, the amount of the acidic ion exchange resin to be used is 5 to 25% by weight of the reaction mixture, which is packed into a column in the form of particles. Or, when the reaction mixture is made to flow between these layers in the form of a multi-layered thin film, it is preferable to use the reaction mixture in an amount of 5% by weight or more up to the upper limit that allows the above-mentioned flow. As the catalyst in which an inorganic acid is supported on the carrier,
Silica, alumina-silica, zirconia, and activated carbon supported with sulfuric acid or phosphoric acid can be used. The amount of the inorganic acid supported is usually preferably about 1 to 10% by weight, and the amount of the supported solid acid catalyst is 5 to 25% by weight based on the reaction mixture.
It is preferable to use it within a range of % by weight. To describe the operation for manufacturing the coating liquid of the present invention, when the reaction accelerator is an organic acid, an acidic ion exchange resin, or a solid acid catalyst, a predetermined amount of a silane derivative, a predetermined amount of an organic solvent, and a predetermined amount of a reaction promoter are used. It is best to mix the mixture with the accelerator and slowly drip water into the mixture while stirring. When the reaction promoter is an inorganic acid, it is preferable to mix and stir a predetermined amount of alkoxysilane and a predetermined amount of an organic solvent, and gradually drop the inorganic acid-containing aqueous solution into the mixture. By dropping water or an aqueous solution containing an inorganic acid, an exothermic reaction occurs, and the silane derivative reacts to produce alcohol and hydroxysilane. The alcohol produced at this time and the alcohol contained in the main solvent added at the beginning of the reaction are effective in making the hydroxysilane exist stably. By continuing the reaction further, condensation of hydroxysilane progresses and the amount of silane derivative decreases. By continuing the reaction until the content of the silane derivative in the reaction solution becomes 1% or less, a reaction product containing a hydroxysilane condensate as a main component can be obtained. In this case, the reaction temperature is suitably from room temperature to the boiling point of the reaction solution, more preferably from room temperature to 100°C or less. The obtained reaction solution can be used as a coating solution after being adjusted to a desired solvent composition and concentration by partially removing or adding an organic solvent as required, and filtered through a 0.2μ filter. At this time, as an example of the solvent added for concentration adjustment, the main solvent or subsolvent described above is preferable. Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. In addition, in the following examples, the solid content concentration of the hydroxysilane condensate solution is expressed as the weight percent of the solid content obtained when heated at a predetermined temperature for a predetermined time, based on the initial solution of solid content, and the temperature and heating time are, for example, (200 ℃; 3 hours). Example 1 HCl was added to a mixture of 1 mole of tetraethoxysilane and 470 g of ethyl cellosolve (2.26 times the weight of tetraethoxysilane) while stirring at room temperature.
A reaction accelerator prepared by dissolving 0.075 g in 4 moles of water is added dropwise. At this time, an exothermic reaction occurs and the reaction proceeds, raising the liquid temperature to 46°C. Once the heat generation subsides, heat the liquid to 65℃. As the reaction progresses, tetraethoxysilane disappears and ethanol is produced. When the reaction progress was analyzed by gas chromatography and high performance liquid chromatography, it was confirmed that tetraethoxysilane disappeared after 1 hour at 65°C, and the formation of a hydroxysilane condensate after 2 hours at 65°C. The reaction was further continued at 65°C for a total of 20 hours, and was then terminated. The solid content of the reaction solution at this time was 9.2
It was in weight%. Next, cellosolve acetate was added to the reaction solution obtained as described above, and the solid content concentration (200℃; 3 hours) was adjusted.
The content was adjusted to 8.0% by weight and filtered using a 0.2μ filter to obtain a coating solution for silica coating.
The solvent composition of the coating liquid thus obtained was analyzed by gas chromatography and found to be 24% by weight of ethanol, 76% by weight of ethyl cellosolve and cellosolve acetate.The boiling point of this coating liquid was 110°C, and the flash point was determined by the Tensky-Martens method. (closed) and the temperature was 26℃. Cl
Anion concentration is 60ppm/g, Na ion is <
It was 0.2 ppm/g. The coating solution obtained in this way was applied onto a glass plate using a spinner (rotation speed: 3000 rpm) at 200°C for 30 minutes, and then at 500°C for 30 minutes.
After baking for a minute, a silica film with a thickness of 1150 Å was obtained. When these films were observed using a scanning electron microscope, no cracks or pinholes were observed, and the film surface was smooth and uniform. The physical properties of this film were as follows, and were almost the same as those obtained when a conventionally known alcohol-based coating solution (using methanol or ethanol) was used. Etching rate 450 Å/min (1 mol% HF aqueous solution) Thermal expansion number 8×10 -7 /℃ Specific resistance 1×10 14 Ω・cm Example 2 1 mol of monoethoxytri(2-ethoxyethoxy)silane and 476 g of butyl cellosolve (alkoxy 1.4 times the weight of silane) at 60°C.
While stirring, add 0.1 as HCl (reaction accelerator).
g dissolved in 4 mol of water is added dropwise. The reaction progresses rapidly, the alkoxysilane disappears,
Ethanol and ethyl cellosolve are produced.
When the reaction progress was analyzed by gas chromatography and high-speed liquid chromatography, the alkoxysilane disappeared after about 1 hour at 60℃, and about 2
After some time, the formation of a hydroxysilane condensate was confirmed. After further heating at 60°C for a total of 8 hours, heating was continued at 80°C for 10 hours to complete the reaction. The solid content concentration of the reaction solution at this time (200℃; 3 hours) is
It was 7.8% by weight. The reaction solution thus obtained was filtered through a 0.2μ filter to obtain a coating solution for silica coating. The solvent composition of this coating liquid was 5.5% by weight of ethanol and 94.5% by weight of butyl cellosolve and ethyl cellosolve, and the boiling point of this coating liquid was 140°C and the flash point was 49°C.
In addition, the Cl anion concentration is 50 ppm/g, and the Na ion concentration is <
It was 0.2 ppm/g. The coating liquid thus obtained was applied onto a glass plate using a spinner (3000 rpm) and baked at 200°C for 30 minutes and then at 500°C for 430 minutes to obtain a film of 1050 Å. When this film was observed using a scanning electron microscope, neither cracks nor pinholes were observed, and the film surface was smooth and uniform. The physical properties of this film were as follows. Etching rate 400 Å/min (1 mol% HF aqueous solution) Thermal expansion number 5×10 -7 /℃ Specific resistance 4×10 14 Ω・cm Examples 3, 4 Solid content concentration obtained in Example 2 (250℃; 3 hours )
7.8% by weight of the coating solution was diluted with ethyl acetoacetate to a solid content concentration (250°C; 3 hours) of 6.0% by weight and 3.0% by weight.
The boiling points and flash points of each coating solution were measured and found to be as follows.
【表】
又これら2種の塗布液をスピンナー
(3000rpm)でガラス板上に塗布した後、200℃で
38分次いで500℃で30分焼成したところ、夫々膜
厚800Å及び400Åの被膜が得られ、この被膜を走
査型電子顕微鏡で観察したところ、クラツク及び
ピンホールは確認されず、平滑且つ均一な膜面で
あつた。
実施例 5
テトラエトキシシラン1モルとカービトール
670g(Si(OEt)4に対し3.22重量倍)中にイオン
交換樹脂ダイヤイオンPK−228LH400mlを加え、
ゆつくりとかきまぜる。内容物をすみやかに加温
し、85℃になつた時水を20g/hrの割合で系内に
注入する。水の注入につれて反応はゆるやかに起
こり、テトラエトキシシランが減少し、エタノー
ルが生成してくる。水を4モル注入後、約2時間
でテトラエトキシシランが完全に消失するのがガ
スクロマトグラフイーで確認される。更に85℃で
計24時間、反応を継続し終了とする。この時の反
応液の固形分濃度(250℃;3時間)は5.6重量%
であつた。この液を0.2μのフイルターで濾過し、
シリカ被膜用塗布液とした。
こうして得られた塗布液の溶剤組成をガスクロ
マトグラフイーで分析した結果はEtOH(エタノ
ール)21.5重量%、カービトール78.5重量%、で
この塗布液の沸点は126℃、引火点は28℃であつ
た。又不純物濃度は、イオン交換樹脂を用いた特
徴として非常に低く、Cl-濃度は<0.1ppm、Na+
濃度は<0.2ppmであつた。この塗布液を実施例
1と同様の方法でガラス板上に塗布、焼成して得
られたシリカ膜はクラツク及びピンホールがな
く、均一な膜であつた。
実施例 6
エチルシリケート−40(テトラエトキシシラン
の部分縮合体で4〜5量体のものの溶液の商標)
140gとカービトール489g中にHCl0.15gをHCl
−エタノール溶液として加え、ゆつくりかきまぜ
る。この液に室温で水54gを2時間かけて注入す
る。液温は40℃に上昇する。発熱がおさまつたと
ころで反応液を加熱し、60℃とし反応を行う。反
応の進行をガスクロマトグラフイーで行い、24時
間後に終了とする。このあと副生したEtOHを減
圧で除去した。EtOH除去後の反応液の固形分は
8.9重量%で、これにブチルセロソルブを加え、
固形分8.0重量%に調整し、0.2μのフイルターで
濾過し、塗布液を得た。
こうして得た塗液の沸点は175℃、引火点は82
℃で不純物濃度はCl-84ppm/g、Na+<0.2ppm
であつた。この塗布液を実施例1と同様にスピン
ナー(3000rpm)でガラス板上に塗布、焼成し
1150Åの膜厚を有するシリカ膜を得た。シリカ膜
はクラツク、ピンホールがなく均一な膜面であつ
た。又、この被膜の物理的性質は次の通りであつ
た。
エツチング速度 400Å/min(1mol%HF水溶
液)
熱膨脹系数 5×10-7/℃
比抵抗 7×1015Ω・cm
実施例 7
テトラエトキシシラン2.5モルと酢酸600gとセ
ロソルブ925gとの混合物に、室温下ゆつくりか
きまぜながらHCl−EtOH溶液としてHCl0.2gを
添加する。添加終了後反応液を加温して60℃とし
反応経過をガスクロマトグラフイーで分析し追跡
すると、テトラエトキシシランと酢酸が減少し、
酢酸エチルと酢酸セロソルブとが生成してくるの
が認められる。60℃で28時間反応を継続し、反応
終了とした。次いでこの系を減圧にし、液温60℃
以下で副生したエタノール、酢酸エチルの一部を
除去し、150℃で3時間加熱した時の固形分濃度
が8.1重量%になるようにセロソルブを加えて希
釈し、0.2μのフイルターを用いて濾過し、シリカ
被膜用塗布液を得た。
こうして得られた塗布液の溶剤組成はガスクロ
マトグラフイー面積比でエタノール8.1重量%、
酢酸エチル10.4重量%、酢酸3.8重量%、セロソ
ルブ58.4重量%、酢酸セロソルブ18.9重量%で、
この塗布液の沸点は115℃、引火点は26℃であつ
た。又、この塗布液のCl-濃度は電位差滴定法で
23ppm/gであつた。こうして得られた塗布液を
実施例1と同様の方法でガラス板上に塗布し、焼
成したところ、クラツク及びピンホールのない平
滑且つ均一な膜が得られた。又、このシリカ被膜
の膜厚は950Åで1mol%HF水溶液を用いた場合
のエツチング速度は400Å/minであつた。
実施例 8
テトラエトキシシラン1モルをブチルセロソル
ブ300gと酢酸セロソルブ280gに溶解し、室温で
かきまぜながらHClとして0.086gを水4モルに
溶解した反応促進剤を滴下する。この際発熱を伴
なつて反応が進行し、液温は42℃に上昇する。発
熱がおさまつたところで液温を65℃に加熱し、反
応を続ける。反応の進行をエタノールの生成量で
見ながら65℃で10時間更に80℃で5時間反応を続
けて終了とする。この時の反応液固形分濃度は
8.0重量%であつた。
こうして得られた反応液を0.2μのフイルターで
濾過し、シリカ被膜用塗布液とした。こうして得
られた塗布液中のエタノール含量は22重量%で、
塗布液の沸点は120℃、引火点は28℃であつた。
比較例 1
テトラエトキシシラン1モル、酢酸240g、エ
タノール360g及びHClとして0.084gを反応容器
に配合し、かきまぜながら、すみやかに加温を行
い、反応液を60℃にする。反応が進むにつれて、
テトラエトキシシランが消失し、酢酸エチルが生
成してくる、反応経過をガスクロマトグラフイー
で分析し、酢酸が1重量%以下になる迄反応を続
けた。60℃で14時間後の反応液の固形分濃度
(200℃;3時間)は8.6重量%であつた。次にこ
のものをエタノール−酢酸エチル6:4混合溶剤
で濃度6.1重量%に調整し、0.2μのフイルターを
用いて濾過し、シリカ被膜用液を得た。この液の
溶剤組成比はガスクロマトグラフイーで分析した
ところ面積比でエタノール6:酢酸エチル4で沸
点は72℃、引火点は約2℃であつた。又不純物濃
度はCl-濃度が73ppmであつた。[Table] After coating these two types of coating liquids on a glass plate using a spinner (3000 rpm), they were heated at 200℃.
After baking at 500°C for 38 minutes and 30 minutes, films with thicknesses of 800 Å and 400 Å were obtained, respectively. When these films were observed with a scanning electron microscope, no cracks or pinholes were observed, and they were smooth and uniform. It was hot on the face. Example 5 1 mole of tetraethoxysilane and carbitol
Add 400ml of ion exchange resin Diaion PK-228LH to 670g (3.22 times the weight of Si (OEt) 4 ),
Stir slowly. The contents are quickly heated, and when the temperature reaches 85°C, water is injected into the system at a rate of 20g/hr. As water is added, the reaction occurs slowly, reducing tetraethoxysilane and producing ethanol. After injecting 4 mol of water, it was confirmed by gas chromatography that tetraethoxysilane completely disappeared in about 2 hours. The reaction was further continued at 85°C for a total of 24 hours to complete the reaction. The solid content concentration of the reaction solution at this time (250℃; 3 hours) was 5.6% by weight.
It was hot. Filter this liquid with a 0.2μ filter,
It was used as a coating liquid for silica coating. The solvent composition of the coating liquid thus obtained was analyzed by gas chromatography and found to be 21.5% by weight of EtOH (ethanol) and 78.5% by weight of carbitol, and the boiling point of this coating liquid was 126°C and the flash point was 28°C. In addition, the impurity concentration is extremely low due to the use of ion exchange resin, with Cl - concentration <0.1ppm and Na +
The concentration was <0.2 ppm. This coating solution was applied onto a glass plate in the same manner as in Example 1, and the resulting silica film was baked and was free of cracks and pinholes, and was a uniform film. Example 6 Ethylsilicate-40 (trademark for a solution of tetra- to pentamer partial condensate of tetraethoxysilane)
HCl 0.15g in 140g and Carbitol 489g
-Add as an ethanol solution and stir gently. 54 g of water is poured into this solution over 2 hours at room temperature. The liquid temperature rises to 40℃. When the heat generation subsides, heat the reaction solution to 60°C to carry out the reaction. The progress of the reaction is monitored by gas chromatography and is terminated after 24 hours. Thereafter, the by-produced EtOH was removed under reduced pressure. The solid content of the reaction solution after EtOH removal is
Butyl cellosolve was added to this at 8.9% by weight,
The solid content was adjusted to 8.0% by weight and filtered through a 0.2μ filter to obtain a coating liquid. The boiling point of the coating liquid thus obtained is 175℃, and the flash point is 82.
At °C, impurity concentration is Cl - 84ppm/g, Na + <0.2ppm
It was hot. This coating solution was applied onto a glass plate using a spinner (3000 rpm) in the same manner as in Example 1, and then baked.
A silica film with a thickness of 1150 Å was obtained. The silica film had a uniform surface with no cracks or pinholes. The physical properties of this film were as follows. Etching rate 400 Å/min (1 mol% HF aqueous solution) Thermal expansion number 5×10 -7 /℃ Specific resistance 7×10 15 Ω・cm Example 7 A mixture of 2.5 moles of tetraethoxysilane, 600 g of acetic acid, and 925 g of cellosolve was added at room temperature. While stirring slowly, add 0.2 g of HCl as an HCl-EtOH solution. After the addition was completed, the reaction solution was heated to 60°C and the progress of the reaction was analyzed and followed by gas chromatography. Tetraethoxysilane and acetic acid decreased.
It is observed that ethyl acetate and cellosolve acetate are produced. The reaction was continued at 60°C for 28 hours, and the reaction was completed. Next, the system was reduced in pressure and the liquid temperature was reduced to 60°C.
Part of the by-produced ethanol and ethyl acetate was removed below, and diluted with cellosolve so that the solid content concentration was 8.1% by weight when heated at 150°C for 3 hours, and filtered using a 0.2μ filter. It was filtered to obtain a coating solution for silica coating. The solvent composition of the coating solution thus obtained was 8.1% by weight of ethanol in gas chromatography area ratio;
Ethyl acetate 10.4% by weight, acetic acid 3.8% by weight, cellosolve 58.4% by weight, cellosolve acetate 18.9% by weight,
This coating liquid had a boiling point of 115°C and a flash point of 26°C. In addition, the Cl - concentration of this coating solution was determined by potentiometric titration method.
It was 23 ppm/g. When the coating liquid thus obtained was applied onto a glass plate in the same manner as in Example 1 and baked, a smooth and uniform film free of cracks and pinholes was obtained. The thickness of this silica film was 950 Å, and the etching rate when using a 1 mol% HF aqueous solution was 400 Å/min. Example 8 1 mole of tetraethoxysilane is dissolved in 300 g of butyl cellosolve and 280 g of cellosolve acetate, and while stirring at room temperature, a reaction accelerator prepared by dissolving 0.086 g of HCl in 4 moles of water is added dropwise. At this time, the reaction proceeds with exothermic heat, and the liquid temperature rises to 42°C. Once the heat generation subsides, heat the liquid to 65°C and continue the reaction. The reaction was continued at 65°C for 10 hours, and then at 80°C for 5 hours, while monitoring the progress of the reaction based on the amount of ethanol produced. At this time, the solid content concentration of the reaction solution is
It was 8.0% by weight. The reaction solution thus obtained was filtered through a 0.2μ filter to obtain a coating solution for silica coating. The ethanol content in the coating solution thus obtained was 22% by weight.
The coating liquid had a boiling point of 120°C and a flash point of 28°C. Comparative Example 1 1 mol of tetraethoxysilane, 240 g of acetic acid, 360 g of ethanol, and 0.084 g of HCl are mixed into a reaction vessel, and while stirring, the mixture is quickly heated to bring the reaction solution to 60°C. As the reaction progresses,
The progress of the reaction, in which tetraethoxysilane disappeared and ethyl acetate was produced, was analyzed by gas chromatography, and the reaction was continued until the acetic acid content was 1% by weight or less. The solid content concentration of the reaction solution after 14 hours at 60°C (200°C; 3 hours) was 8.6% by weight. Next, this mixture was adjusted to a concentration of 6.1% by weight with a 6:4 mixed solvent of ethanol and ethyl acetate, and filtered using a 0.2μ filter to obtain a silica coating solution. The solvent composition ratio of this liquid was analyzed by gas chromatography, and the area ratio was 6 ethanol: 4 ethyl acetate, with a boiling point of 72°C and a flash point of about 2°C. Moreover, the impurity concentration was 73 ppm.
Claims (1)
4のアルキル基又は炭素数2〜4のアシル基、
R2は炭素数2〜4のアルキレン基であつて同一
分子内に2以上あるとき(n≧2)それらは同じ
ものでも異なつたものでもよく、nは1〜4の整
数である。)で表わされる化合物(以下主溶剤と
いう)を20重量%以上含む溶媒にヒドロキシシラ
ン縮合体の溶解されてなる溶液であつて沸点が
100〜500℃であるシリカ被膜形成用塗布液。 2 第1項において、前記溶媒が副溶剤として、
炭素数5ないし10の一価アルコール、炭素数2〜
6の多価アルコール(但し炭素鎖中にエーテル結
合がある場合を含む)、一般式R1O(R2O)oR1(こ
こにR1、R2及びnは前記と同じ意味であり、同
一分子内に複数存在するR1は互に異なつたもの
でありうる。)で表わされる化合物、炭素数4な
いし10の脂肪酸、アセト酢酸、アセト酢酸のアル
キル(炭素数1〜4)エステル、及びアセチルア
セトンから選ばれる少なくとも1種の化合物を含
むことを特徴とする前記塗布液。 3 第1又は2項において、前記溶媒が50重量%
以下の水を含むことを特徴とする前記塗布液。 4 第1項ないし第3項のいずれかにおいて、前
記溶媒が、酢酸メチル、酢酸エチル、メタノール
及びエタノールを合計量で40モル%以下含むこと
を特徴とする前記塗布液。 5 第1項ないし第4項のいずれかにおいて、前
記溶媒が前記主溶剤を30重量%以上含むことを特
徴とする前記塗布液。 6 第1項ないし第5項のいずれかにおいて前記
ヒドロキシシラン縮合体の濃度が1〜20重量%で
あることを特徴とする前記塗布液。 7 一般式R4rSi〔(OR2)oOR1〕s〔OR3〕u(ここに
R1は炭素数1〜4のアルキル基もしくは炭素数
2〜4のアシル基、R2は炭素数2〜4のアルキ
レン基、R3及びR4は炭素数1〜8のアルキル基、
アルケニル基、アリール基もしくはアルキル基で
あり、R1、R2及びR3は各々が同一分子内に2以
上あるときはそれらは同じものであつても異なつ
たものであつてもよく、nは1〜4の整数、rは
0もしくは1、s及びuは0〜4の整数であり、
r+s+u=4である。)で表わされるシラン誘
導体又はその部分縮合体を、それらの0.8〜16重
量倍の有機溶剤であつて主溶剤を含み又は含まな
いもの、前記シラン誘導体もしくはその部分縮合
体のけい素原子の加水分解剤としてこれらに対し
て2−r/2−(m−1)/mないし90モル倍の
水(但し、rは上記と同じ意味であり、mは前記
シラン誘導体にあつては1を、前記部分縮合体に
あつてはそれがm量体であることを表わす。)及
び反応促進剤としての酸の存在下に反応させ、必
要に応じて該反応の途中又は後に前記主溶剤を加
え、又は低沸点成分を蒸発除去しもしくは加え、
かくして得られたヒドロキシシラン縮合体溶液に
おける溶媒成分中に前記主溶剤が20重量%以上含
まれ、該溶媒成分の沸点が100〜500℃となるよう
に前記主溶剤を使用することを特徴とするシリカ
被膜形成用塗布液の製造方法。 8 第7項において、前記シラン誘導体の一般式
中rが0であることを特徴とする前記方法。 9 第8項において、前記シラン誘導体の一般式
中uが3以下好ましくは2以下更に好ましくは1
以下一層好ましくは0であることを特徴とする前
記方法。 10 第9項において、前記シラン誘導体の一般
式中rが1であることを特徴とする前記方法。 11 第10項において、前記シラン誘導体中u
が2以下好ましくは1以下更に好ましくは0であ
ることを特徴とする前記方法。 12 第7項ないし第11項のいずれかに記載の
方法において、前記シラン誘導体の一般式中uが
1より大きいとき、R3の炭素数が1〜3である
ことを特徴とする前記方法。 13 第7項ないし第12項のいずれかに記載の
方法において、前記反応生成物であるヒドロキシ
シラン縮合体の原料として前記シラン誘導体を使
用することを特徴とする前記方法。 14 第7項ないし第12項のいずれかに記載の
方法において、前記反応生成物であるヒドロキシ
シラン縮合体の原料として前記シラン誘導体の部
分縮合体を使用することを特徴とする前記方法。 15 第7項ないし第14項のいずれかに記載の
方法において、前記有機溶剤として主溶剤を主成
分とするものを使用することを特徴とする前記方
法。 16 第7項ないし第14項のいずれかに記載の
方法において、前記有機溶剤として主溶剤と副溶
剤との混合物を主成分とするものを使用すること
を特徴とする前記方法。 17 第7項ないし第16項のいずれかに記載の
方法において、前記加水分解剤として水そのもの
を使用することを特徴とする前記方法。 18 第7項ないし第16項のいずれかに記載の
方法において、前記加水分解剤として低級カルボ
ン酸またはその酸無水物を使用することを特徴と
する前記方法。 19 第7項ないし第16項のいずれかに記載の
方法において、前記反応促進剤として酸性イオン
交換樹脂を使用することを特徴とする前記方法。 20 第7項ないし第16項のいずれかに記載の
方法において、前記反応促進剤として担体に無機
酸を担持させた固体酸性触媒を使用することを特
徴とする前記方法。 21 第7項ないし第16項のいずれかに記載の
方法において、前記反応促進剤として無機酸を使
用することを特徴とする前記方法。 22 第7項ないし第16項のいずれかに記載の
方法において、前記反応促進剤として有機酸を使
用することを特徴とする前記方法。[Claims] 1 General formula R 1 (OR 2 ) o OH (where R 1 has 1 to 1 carbon atoms)
4 alkyl group or acyl group having 2 to 4 carbon atoms,
R2 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and when there are two or more in the same molecule (n≧2), they may be the same or different, and n is an integer of 1 to 4. ) A solution consisting of a hydroxysilane condensate dissolved in a solvent containing 20% by weight or more of the compound (hereinafter referred to as the main solvent), which has a boiling point.
A coating liquid for forming a silica film at a temperature of 100 to 500℃. 2 In paragraph 1, the solvent serves as a subsolvent;
Monohydric alcohol with 5 to 10 carbon atoms, 2 to 10 carbon atoms
6 polyhydric alcohol (including cases where there is an ether bond in the carbon chain), general formula R 1 O (R 2 O) o R 1 (where R 1 , R 2 and n have the same meanings as above) , multiple R 1s present in the same molecule may be different from each other), fatty acids having 4 to 10 carbon atoms, acetoacetic acid, alkyl (1 to 4 carbon atoms) esters of acetoacetic acid, and acetylacetone. 3 In item 1 or 2, the solvent is 50% by weight
The coating liquid characterized in that it contains the following water. 4. The coating liquid according to any one of Items 1 to 3, wherein the solvent contains methyl acetate, ethyl acetate, methanol, and ethanol in a total amount of 40 mol% or less. 5. The coating liquid according to any one of Items 1 to 4, wherein the solvent contains the main solvent in an amount of 30% by weight or more. 6. The coating liquid according to any one of Items 1 to 5, wherein the concentration of the hydroxysilane condensate is 1 to 20% by weight. 7 General formula R 4 rSi [(OR 2 ) o OR 1 ] s [OR 3 ] u (here
R 1 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an acyl group having 2 to 4 carbon atoms, R 2 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, R 3 and R 4 are alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms,
It is an alkenyl group, an aryl group, or an alkyl group, and when two or more of R 1 , R 2 and R 3 exist in the same molecule, they may be the same or different, and n is an integer of 1 to 4, r is 0 or 1, s and u are integers of 0 to 4,
r+s+u=4. ) of the silane derivatives or partial condensates thereof in an organic solvent of 0.8 to 16 times their weight with or without the main solvent, hydrolysis of the silicon atoms of the silane derivatives or partial condensates thereof; As an agent for these, 2-r/2-(m-1)/m to 90 times the amount of water (however, r has the same meaning as above, m is 1 in the case of the above silane derivative, In the case of a partial condensate, it is an m-mer) and reacted in the presence of an acid as a reaction promoter, and if necessary, the main solvent is added during or after the reaction, or Evaporating or adding low boiling point components,
The main solvent is used so that the solvent component in the hydroxysilane condensate solution thus obtained contains 20% by weight or more of the main solvent and the boiling point of the solvent component is 100 to 500°C. A method for producing a coating liquid for forming a silica film. 8. The method according to item 7, wherein r in the general formula of the silane derivative is 0. 9 In item 8, in the general formula of the silane derivative, u is 3 or less, preferably 2 or less, more preferably 1
The method described above is characterized in that the following is more preferably 0. 10. The method according to item 9, wherein r in the general formula of the silane derivative is 1. 11 In item 10, u in the silane derivative
is 2 or less, preferably 1 or less, and more preferably 0. 12. The method according to any one of items 7 to 11, wherein when u in the general formula of the silane derivative is greater than 1, the number of carbon atoms in R 3 is 1 to 3. 13. The method according to any one of items 7 to 12, characterized in that the silane derivative is used as a raw material for the hydroxysilane condensate, which is the reaction product. 14. The method according to any one of items 7 to 12, characterized in that a partial condensate of the silane derivative is used as a raw material for the hydroxysilane condensate, which is the reaction product. 15. The method according to any one of items 7 to 14, characterized in that the organic solvent contains a main solvent as a main component. 16. The method according to any one of items 7 to 14, wherein the organic solvent is a mixture of a main solvent and an auxiliary solvent. 17. The method according to any one of items 7 to 16, characterized in that water itself is used as the hydrolyzing agent. 18. The method according to any one of items 7 to 16, wherein a lower carboxylic acid or an acid anhydride thereof is used as the hydrolyzing agent. 19. The method according to any one of items 7 to 16, characterized in that an acidic ion exchange resin is used as the reaction promoter. 20. The method according to any one of items 7 to 16, characterized in that a solid acidic catalyst in which an inorganic acid is supported on a carrier is used as the reaction promoter. 21. The method according to any one of items 7 to 16, characterized in that an inorganic acid is used as the reaction accelerator. 22. The method according to any one of items 7 to 16, characterized in that an organic acid is used as the reaction accelerator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP742881A JPS57121068A (en) | 1981-01-21 | 1981-01-21 | Coating solution for forming silica film and its preparation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP742881A JPS57121068A (en) | 1981-01-21 | 1981-01-21 | Coating solution for forming silica film and its preparation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57121068A JPS57121068A (en) | 1982-07-28 |
| JPH0240696B2 true JPH0240696B2 (en) | 1990-09-12 |
Family
ID=11665590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP742881A Granted JPS57121068A (en) | 1981-01-21 | 1981-01-21 | Coating solution for forming silica film and its preparation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57121068A (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT973303B (en) * | 1972-03-28 | 1974-06-10 | Rhone Poulenc Sa | STABLE STABLE BINDERS BASED ON ALKYL SILICATES AND TITANATES AND OR THEIR POLYMERS AND FILMOGENIC RESINS |
| NO790033L (en) * | 1978-01-17 | 1979-07-18 | Hempel Technology As | ZINC-CONTAINING ANTI-CORROSION PRIMER AND PROCEDURE FOR PREPARING IT |
-
1981
- 1981-01-21 JP JP742881A patent/JPS57121068A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57121068A (en) | 1982-07-28 |
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