WO2014112526A1 - アルカリバリア層形成用コート液及び物品 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a coating solution for forming an alkali barrier layer and an article having an alkali barrier layer on a glass substrate.
- a sol-gel silica solution obtained by hydrolyzing alkoxysilane is coated on a substrate and dried, a film containing silica as a main component is formed by condensation of a hydrolyzate of alkoxysilane.
- a coating liquid obtained by adding various functional fine particles to a sol-gel silica liquid is used for imparting various characteristics (for example, an antistatic function and a low reflection function) to a substrate coated with the coating liquid.
- the sol-gel silica liquid itself may be used as a coating liquid for forming an alkali barrier layer on the glass substrate surface.
- a cover glass is disposed on the front or back surface of the solar cell to protect the solar cell.
- a low reflection film As the cover glass, a low reflection film (AR film) is used to increase power generation efficiency.
- a glass substrate is used.
- an alkali barrier layer may be provided at the interface between the AR film and the glass substrate in order to improve the durability of the AR film.
- the sol-gel silica liquid described above is mainly used as a main coating liquid.
- a sol-gel silica solution to which functional fine particles are added is also widely used for forming an AR film.
- the film shrinks in the drying process after coating, which may cause a problem of warping of the substrate.
- the shrinkage amount of the film tends to increase as the coat film thickness increases and the film drying (firing) temperature increases.
- heating is performed at a high temperature (for example, 600 to 700 ° C.) for strengthening the glass substrate.
- the amount of film shrinkage is further increased, and the warp of the glass substrate is further increased. For this reason, the strengthening conditions are greatly restricted, and problems such as a decrease in product yield due to warping occur.
- the warpage of the glass substrate is more likely to occur as the thickness of the glass substrate becomes thinner, and the problem of warpage becomes a major obstacle to reducing the weight of the glass substrate, in other words, reducing the thickness.
- the above problem also occurs when functional fine particles are added to the sol-gel silica liquid.
- a coloring metal salt is contained in a SiO 2 base matrix made of silica and colloidal silica, which is formed on at least one surface of a transparent substrate such as a soda-lime-silica glass substrate and made of Si-alkoxide as a precursor.
- the coating liquid for forming a colored film is applied to a substrate, dried, and baked at 550 ° C.
- the coating liquid for forming a colored film contains Si-alkoxide, colloidal silica, and a coloring metal salt. And a solvent, and a method for adjusting the total Si molar concentration in the coating liquid within a specific range is disclosed.
- patent document 1 it is supposed that the curvature of the transparent substrate at the time of baking can be suppressed by the said structure.
- an alkali barrier layer is formed on a glass substrate using a sol-gel silica liquid
- the alkali barrier property of the formed film is excellent, but the warp of the glass substrate is large.
- fine particles such as colloidal silica are added to the sol-gel silica liquid as in Patent Document 1, the glass substrate is less likely to warp, but the fineness of the film is impaired by the fine particles and the alkali barrier property is lowered.
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and comprises an alkali barrier layer-forming coating liquid capable of achieving both suppression of warpage of the glass substrate and alkali barrier properties, and an alkali barrier layer formed using the coating liquid.
- An object is to provide an article having on a glass substrate.
- the present inventors have obtained an excellent warpage suppressing effect by adding scaly silica particles to a sol-gel silica liquid, and the alkali barrier property of the formed film is similar to that of colloidal silica. It has been found that unlike the case of adding spherical silica particles, it can sufficiently function as an alkali barrier layer.
- the present invention is based on the above findings and has the following aspects.
- A matrix precursor
- C scaly silica particles
- C liquid medium
- Alkali barrier layer formation in which the ratio of the content (solid content) of the scaly silica particles (B) to the total amount of the matrix precursor (A) and the scaly silica particles (B) is 5 to 90% by mass Coating liquid.
- the flaky silica particles (B) are flaky silica primary particles having a thickness of 0.001 to 0.1 ⁇ m, or a plurality of flaky silica primary particles having a thickness of 0.001 to 3 ⁇ m.
- the coating solution for forming an alkali barrier layer according to any one of the above [1] to [3], wherein the particles are secondary silica particles formed by overlapping the particles in parallel with each other between the planes.
- [3] or [4] which is produced by a method comprising an alkali treatment and deflocculating the silica aggregate and a wet crushing step of the alkali-treated silica powder.
- Coating solution for forming an alkali barrier layer which is produced by a method comprising an alkali treatment and deflocculating the silica aggregate and a wet crushing step of the alkali-treated silica powder.
- the liquid medium (C) is at least one selected from the group consisting of water, alcohols, ketones, ethers, cellosolves, esters, glycol ethers, nitrogen-containing compounds, and sulfur-containing compounds.
- the content of the matrix precursor (A) is 0.03 to 6.3% by mass with respect to the total mass of the coating solution for forming an alkali barrier layer as a solid content concentration (in terms of SiO 2 ).
- the coating liquid for forming an alkali barrier layer according to any one of [6].
- the total amount of the matrix precursor (A) and the scaly silica particles (B) is 0.3 to 7 based on the total mass of the coating solution for forming an alkali barrier layer as a solid content concentration (in terms of SiO 2 ).
- An article comprising a glass substrate and an alkali barrier layer formed on the glass substrate with the coating solution for forming an alkali barrier layer according to any one of [1] to [8].
- an alkali barrier layer-forming coating liquid capable of achieving both suppression of warpage of the glass substrate and alkali barrier properties, and an article having an alkali barrier layer formed using the coating liquid on the glass substrate. Can be provided.
- the coating solution for forming an alkali barrier layer of the present invention (hereinafter also simply referred to as “coating solution”) is at least one matrix precursor (A) selected from the group consisting of alkoxysilane and a hydrolyzate thereof (hereinafter “ (Also referred to as “component (A)”), scaly silica particles (B) (hereinafter also referred to as “component (B)”), and liquid medium (C),
- the ratio of the content (solid content) of the component (B) to the total amount of the components (A) and (B) is 5 to 90% by mass.
- the alkoxysilane is a compound in which a hydrogen atom of silane (SiH 4 ) is substituted with a substituent, and at least one of the substituents is an alkoxy group.
- the hydrolyzate of alkoxysilane is a compound having a structure in which an alkoxy group bonded to Si of alkoxysilane by hydrolysis is an OH group.
- the hydrolyzate of alkoxysilane can be condensed with the hydrolyzate to form a condensate.
- As the alkoxysilane a known one used for the formation of an alkali barrier layer or the like can be used.
- SiX m Y 4-m (m is an integer of 2 to 4, and X is an alkoxy group. , Y is a non-hydrolyzable group)).
- the alkoxy group for X has 1 to 4 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms. m is preferably 3 or 4.
- the non-hydrolyzable group of Y is a functional group whose structure does not change under the condition that the Si—X group becomes a Si—OH group by hydrolysis.
- the non-hydrolyzable group is not particularly limited, and may be a known group as a non-hydrolyzable group in a silane coupling agent or the like.
- alkoxysilane examples include tetraalkoxysilane (tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, etc.), and alkoxysilane having an alkyl group (methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxy).
- Hydrolysis of alkoxysilane can be carried out by a conventional method. Usually, it is carried out using an amount of water capable of hydrolyzing all the alkoxy groups bonded to Si of the alkoxysilane (for example, in the case of tetraalkoxysilane, 4 times or more moles of water of tetraalkoxysilane) and an acid or alkali as a catalyst.
- the acid include inorganic acids such as HNO 3 , H 2 SO 4 and HCl, and organic acids such as formic acid, oxalic acid, monochloroacetic acid, dichloroacetic acid and trichloroacetic acid.
- the acid nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid and the like are preferable.
- alkali include ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like.
- the catalyst is preferably an acid from the viewpoint of long-term storage.
- the component (A) contained in the coating solution may be one type or two or more types.
- the content of the component (A) in the coating liquid is not particularly limited as long as it is within a range in which the coating liquid can be applied, but the solid content concentration (SiO 2 conversion) is 0 with respect to the total mass of the coating liquid. It is preferably 0.03 to 6.3% by mass, and more preferably 0.05 to 3.0% by mass.
- the usage-amount of the coating liquid at the time of forming an alkali barrier layer can be decreased as the solid content concentration of a component is 0.03 mass% or more. When the solid content concentration of the component (A) is 6.3% by mass or less, the uniformity of the film thickness of the formed alkali barrier layer is improved. Note that it is (A) a solid component content is, (A) the amount of time that all of the Si components were converted to SiO 2 (SiO 2 converted solids).
- Component (B) (B) A component is a scaly silica particle.
- the “flaky silica particles” are silica secondary particles formed by laminating flaky silica primary particles or a plurality of flaky silica primary particles with the planes aligned in parallel with each other.
- the silica secondary particles usually have a particle form of a laminated structure. The shape of the particles can be confirmed using a transmission electron microscope (hereinafter sometimes referred to as “TEM”).
- TEM transmission electron microscope
- the ratio of the minimum length to the thickness of the silica primary particles and the silica secondary particles is preferably 2 or more, more preferably 5 or more, and particularly preferably 10 or more.
- the thickness of the silica primary particles is preferably 0.001 to 0.1 ⁇ m, more preferably 0.002 to 0.1 ⁇ m.
- Such silica primary particles can form scale-like silica secondary particles in which one or a plurality of the particles are aligned in parallel with each other in parallel.
- the thickness of the silica secondary particles is preferably 0.001 to 3 ⁇ m, and more preferably 0.005 to 2 ⁇ m.
- the silica secondary particles are preferably present independently of each other without fusing.
- the component (B) contained in the coating liquid of the present invention may be either one or both of the silica primary particles and the silica secondary particles.
- the average aspect ratio of the component (B) is preferably 50 to 650, more preferably 100 to 350, and further preferably 170 to 240.
- the average aspect ratio of the entire component (B) contained in the coating liquid of the present invention is 50 or more, the alkali barrier property is good, and when it is 650 or less, the dispersion stability of the coating liquid is good.
- “aspect ratio” means the ratio of the longest length to the thickness of the particles (longest length / thickness), and “average aspect ratio” means the aspect ratio of 50 randomly selected particles. Average value. The thickness of the particles is measured by AFM (atomic force microscope), and the longest length is measured by TEM.
- the average particle size of the component (B) is preferably 0.08 to 0.42 ⁇ m, more preferably 0.17 to 0.21 ⁇ m.
- the “average particle size” is a value measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device, and is a volume average value (D50).
- the silica purity of the component (B) is preferably 95.0% by mass or more, and more preferably 99.0% by mass or more.
- a powder that is an aggregate of a plurality of scaly silica particles or a dispersion in which the powder is dispersed in a medium is used.
- the silica concentration in the silica dispersion is preferably 1 to 80% by mass, more preferably 4 to 40% by mass.
- This powder or dispersion may contain not only scaly silica particles but also amorphous silica particles generated during the production of scaly silica particles.
- the flaky silica particles can be obtained, for example, by crushing and dispersing a silica aggregate obtained by agglomerating the flaky silica particles.
- Amorphous silica particles are in a state in which silica aggregates are atomized to some extent, but are not in the state of being atomized to individual scaly silica particles, and a shape in which a plurality of scaly silica particles form a lump. It is.
- the amorphous silica particles are contained, the denseness of the film to be formed is lowered and the alkali barrier property may be impaired. Therefore, the smaller the content of amorphous silica particles in the powder or dispersion, the better.
- the amorphous silica particles and the silica aggregates are both observed in black in TEM observation. On the other hand, flaky silica primary particles or silica secondary particles are observed to be transparent or translucent in TEM observation.
- the component (B) commercially available products may be used, or manufactured products may be used.
- a component is manufactured by the manufacturing method (P) mentioned later.
- the production method (P) compared to a known production method (for example, the method described in Japanese Patent No. 4063464), generation of amorphous silica particles in the production process is suppressed, and A powder or dispersion with a low content can be obtained.
- the content of the component (B) in the coating liquid of the present invention is such that the ratio of the content (solid content) of the component (B) to the total amount of the components (A) and (B) is 5 to 90% by mass. Is the amount.
- the proportion is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 10 to 60% by mass.
- the ratio of the component (B) with respect to the total amount of the component (A) and the component (B) is 5% by mass or more, the warp preventing effect of the glass substrate is sufficiently exerted, and when it is 90% by mass or less, A film formed by the coating solution exhibits an alkali barrier property sufficient to function as an alkali barrier layer.
- the content of the component (B) can be measured with an infrared moisture meter.
- the total amount of the component (A) and the component (B) in the coating liquid of the present invention is not particularly limited as long as the coating liquid can be applied, but the solid content concentration is based on the total mass of the coating liquid. 0.3 to 7% by mass is preferable, and 0.5 to 5% by mass is more preferable. If the solid content concentration is 0.3% by mass or more, the amount of the coating solution to be used can be reduced, and if it is 7% by mass or less, the uniformity of the thickness of the formed alkali barrier layer is improved.
- a silica powder containing a silica aggregate in which scaly silica particles are aggregated is subjected to an acid treatment at a pH of 2 or less, and the acid-treated silica powder is alkali-treated at a pH of 8 or more.
- the silica aggregate in which the scaly silica particles are aggregated is an aggregate-shaped silica tertiary particle having a gap formed by irregularly overlapping the individual scaly silica particles.
- the amorphous silica particles are in a state in which the silica aggregates are crushed to some extent but are not crushed up to the individual flaky silica particles, and a plurality of flaky silica particles form a lump.
- the layered polysilicic acid is a polysilicate having a silicate layer structure in which the basic structural unit is composed of a SiO 4 tetrahedron.
- the layered polysilicic acid and / or salt thereof include silica-X (SiO 2 —X), silica-Y (SiO 2 —Y), Kenyaite, magadiite, macatite, islayite, kanemite, octosilicate, and the like. it can. Of these, silica-X and silica-Y are preferred.
- Silica-X and Silica-Y are intermediate or metastable phases that are generated in the process of hydrothermally treating silica raw material to form cristobalite and quartz (quartz), and are weak enough to be called quasicrystalline of silica. Crystal phase. Silica-X and silica-Y have different X-ray diffraction patterns, but the appearance of particles observed with an electron microscope is very similar, and both can be preferably used to obtain scaly silica particles. .
- the X-ray diffraction spectrum of the silica aggregate is preferably characterized by the main peak of silica-X and / or silica-Y.
- Formation of silica powder As an example of the method for forming the silica powder, one or more selected from the group consisting of silica hydrogel, silica sol and hydrous silicic acid is hydrothermally treated in the presence of an alkali metal salt, and an aggregate in which scaly silica particles are aggregated is obtained. There is a method of forming a silica powder containing.
- the silica powder is not limited to this method, but includes those formed by an arbitrary method.
- silica hydrogel When silica hydrogel is used as a starting material, silica-X, silica-Y, etc. are formed as silica aggregates at a lower temperature and in a shorter time without generating crystals such as quartz and with higher yield. be able to.
- the silica hydrogel is preferably a particulate silica hydrogel, and the particle shape thereof may be spherical or irregular, and the granulation method can be appropriately selected.
- the silica hydrosol in the case of a spherical silica hydrogel, can be produced by solidifying into a spherical shape in petroleum or other media, but the silica sol is mixed with an alkali metal silicate aqueous solution and an aqueous mineral acid solution. Is preferably produced in a short time, while being released into a gaseous medium and gelled in the gas.
- the mineral acid aqueous solution include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and preferably sulfuric acid.
- an alkali metal silicate aqueous solution and a mineral acid aqueous solution are introduced into a container equipped with a discharge port through separate inlets and instantaneously uniformly mixed, and the SiO 2 concentration is 130 g / L or more, pH 7-9.
- a silica sol is produced, which is discharged from the discharge port into a gaseous medium such as air and gelled in the air.
- the obtained gel is dropped in a ripening tank filled with water, aged for several minutes to several tens of minutes, acid (sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, etc.) is added, and then washed with water to obtain a spherical silica hydrogel. .
- This silica hydrogel is a transparent and elastic spherical particle having an average particle diameter of about 2 to 10 mm with a uniform particle size, and may contain about 4 times as much water by weight as compared with SiO 2 . is there.
- the SiO 2 concentration in the silica hydrogel is preferably 15 to 75% by mass.
- silica sol When silica sol is used as a starting material, it is preferable to use silica sol containing a specific amount of silica and alkali metal.
- the silica sol has a silica / alkali metal molar ratio (SiO 2 / Me 2 O, where Me represents an alkali metal of lithium (Li), sodium (Na), or potassium (K). The same applies hereinafter).
- a silica sol obtained by removing the alkali metal silicate aqueous solution, which is obtained by ion exchange resin method, electrodialysis method or the like, is preferably used.
- silica / alkali metal molar ratio (SiO 2 / Me 2 O) of the silica sol is preferably in the range of 3.5 to 20, more preferably in the range of 4.5 to 18.
- the SiO 2 concentration in the silica sol is preferably 2 to 20% by mass, and more preferably 3 to 15% by mass.
- the average particle size of silica in the silica sol is preferably 1 to 100 nm. If the average particle diameter is more than 100 nm, the stability of the silica sol is not preferable.
- silica sols those having an average particle size of 1 to 20 nm or less, called activated silicic acid, are particularly preferred.
- silica powder containing silica aggregates can be formed by the same method as silica sol.
- Silica aggregates are obtained by heating the silica source, which is the silica hydrogel, silica sol, hydrous silicic acid, or a combination thereof, in the presence of an alkali metal salt in a heated pressure vessel such as an autoclave and performing hydrothermal treatment. Silica powder containing can be formed. Since the silica source is subjected to hydrothermal treatment, the silica concentration can be adjusted to a desired range by adding purified water such as distilled water or ion exchange water prior to charging the autoclave. When the spherical silica hydrogel is used, it may be used as it is, but it may be pulverized or coarsely pulverized to a particle size of about 0.1 to 6 mm.
- the type of the autoclave is not particularly limited, and any type may be used as long as it includes at least a heating unit and a stirring unit, and more preferably a temperature measuring unit.
- the total silica concentration in the treatment liquid in the autoclave is selected in consideration of stirring efficiency, crystal growth rate, yield, etc., but it is usually preferably 1 to 30% by mass as SiO 2 on the basis of all charged raw materials. More preferable is 20% by mass.
- the total silica concentration in the treatment liquid means the total silica concentration in the system, and not only silica in the silica source but also sodium silicate as an alkali metal salt, sodium silicate, etc. It is the value which also added the silica brought into the system.
- the pH of the treatment liquid is adjusted to the alkali side, the silica solubility is increased moderately, the crystallization rate based on so-called Ostwald ripening is increased, and the silica hydrogel Can be converted to silica-X and / or silica-Y.
- the alkali metal salt include alkali metal hydroxide, alkali metal silicate, alkali metal carbonate, or a combination thereof, and sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable.
- the alkali metal include Li, Na, K, or a combination thereof, and Na and K are preferable.
- the pH of the system is preferably pH 7 or more, more preferably pH 8 to 13, and further preferably pH 9 to 12.5.
- the preferred amount of alkali metal relative to the total amount of alkali metal and silica is expressed in terms of the silica / alkali metal molar ratio (SiO 2 / Me 2 O), it is preferably in the range of 4 to 15, The range of is more preferable.
- Hydrothermal treatment of silica sol and hydrous silicic acid is preferably performed in the range of 150 to 250 ° C., and preferably in the range of 170 to 220 ° C. in order to increase the reaction rate and decrease the progress of crystallization. More preferred. Further, the hydrothermal treatment time of silica hydrosol and hydrous silicic acid may vary depending on the hydrothermal treatment temperature, the presence or absence of addition of seed crystals, etc., but is usually preferably 3 to 50 hours, more preferably 3 to 40 hours, 5 to 25 hours are more preferable.
- the hydrothermal treatment of the silica hydrogel is preferably performed in a temperature range of 150 to 220 ° C, more preferably 160 to 200 ° C, and further preferably 170 to 195 ° C.
- the required hydrothermal treatment time may vary depending on the hydrothermal treatment temperature of silica hydrogel, the presence or absence of addition of seed crystals, etc., but usually 3 to 50 hours are preferred, 5 to 40 hours are more preferred, and 5 to 25 are preferred. More preferably, the time is about 5 to 12 hours.
- the addition is not essential, but it is more preferable to add about 0.001 to 1% by mass of seed crystals with respect to the charged amount of the silica source.
- seed crystals silica-X, silica-Y, etc. can be used as they are or after being appropriately pulverized.
- the product After completion of hydrothermal treatment, the product is removed from the autoclave, filtered and washed with water.
- the particles after the water washing treatment preferably have a pH of 5 to 9 and more preferably a pH of 6 to 8 when a 10% by mass water slurry is formed.
- silica powder The silica powder formed as described above includes a silica aggregate in which scaly silica particles are aggregated.
- This silica aggregate is an aggregate-shaped silica tertiary particle having a gap formed by agglomerating individual scaly silica particles and irregularly overlapping them. This can be confirmed by using the silica powder with a scanning electron microscope (hereinafter sometimes referred to as “SEM”).
- SEM scanning electron microscope
- the flaky silica primary particles cannot be identified, and the flaky silica secondary particles formed by overlapping a plurality of the silica primary particles whose surfaces are oriented parallel to each other are identified. Can do.
- TEM it is possible to identify primary silica particles that are ultrathin piece particles through which an electron beam is partially transmitted. Further, it can be identified that the silica primary particles are oriented in parallel with each other in a plane and are formed by overlapping a plurality of sheets to form silica secondary particles.
- These silica primary particles and silica secondary particles are scaly silica particles.
- the average particle diameter of the formed silica powder is preferably 7 to 25 ⁇ m, and more preferably 7 to 11 ⁇ m.
- the silica powder containing silica aggregates obtained by agglomerating the scaly silica particles obtained as described above is acid-treated at pH 2 or lower, preferably pH 1.5-2. Thereby, peptization of the silica aggregate can be promoted in the alkali treatment in the subsequent step, and generation of irregular shaped particles can be prevented after the wet crushing step.
- the alkali metal salt contained in a silica powder can be removed by performing an acid treatment.
- the silica powder is formed by hydrothermal treatment, the alkali metal salt is added in the hydrothermal treatment, so that it can be removed.
- the pH of the acid treatment may be 2 or less, and preferably 1.9 or less.
- the silica aggregate can be more easily peptized and crushed in the subsequent alkali treatment and wet crushing steps.
- limit especially as an acid treatment An acidic liquid is added to the dispersion containing a silica powder (a slurry-like dispersion is also included hereafter) so that pH of a system may be 2 or less, and arbitrary. Can be processed with stirring.
- the acid treatment is not particularly limited, but for sufficient treatment, the acid treatment may be performed at room temperature for 8 hours or longer, preferably 9 to 16 hours.
- an aqueous solution of sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or the like, preferably an aqueous solution of sulfuric acid can be used. These concentrations can be adjusted to 1 to 37% by mass, preferably 15 to 25% by mass.
- the silica concentration in the silica dispersion is preferably 5 to 15% by mass, and more preferably 10 to 15% by mass.
- the pH of the silica dispersion is preferably 10-12. What is necessary is just to adjust so that it may become pH 2 or less about the mixture ratio of a silica dispersion and an acidic liquid, and it does not restrict
- the silica dispersion is preferably washed after the acid treatment. Thereby, the product in which the alkali metal salt mixed by the hydrothermal treatment is neutralized by the acid treatment can be removed.
- the washing method is not particularly limited, and it is preferable to wash with water using filtration washing, centrifugal washing or the like.
- water can be added or concentrated to adjust the solid content.
- water can be added and it can be set as a dispersion.
- the pH of the silica dispersion after washing is preferably 4-6.
- Al aluminum
- This negatively charged silica powder can enhance dispersibility in an acidic medium.
- the aluminate treatment is not particularly limited, but an aqueous solution of aluminate is added to a dispersion containing silica powder, optionally stirred and mixed, and then heat treated to introduce Al to the silica particle surface. can do.
- the mixing may be carried out in the range of 10 to 30 ° C., preferably 20 to 35 ° C. for 0.5 to 2 hours, preferably 0.8 to 1.2 hours.
- Heating is preferably performed under heating and refluxing conditions, and is performed for 4 hours or longer, preferably 4 to 8 hours, and in the range of 80 to 110 ° C, preferably 90 to 105 ° C.
- aluminates examples include sodium aluminate, potassium aluminate, or combinations thereof.
- Sodium aluminate is preferable.
- the amount of aluminate used is in the range of 0.00040 to 0.00160, preferably 0.00060 to 0.00160 as the molar ratio of the amount of aluminate converted to Al 2 O 3 to the amount converted to SiO 2 converted to silica powder. It is good to adjust by 0.00100.
- the concentration of the aluminate aqueous solution is preferably adjusted to 1 to 3% by mass.
- the aqueous solution of the aluminate can be added at 5.8 to 80.0 parts by mass, preferably 15 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of SiO 2 in the silica dispersion.
- the silica concentration in the silica dispersion is preferably 5 to 20% by mass, and more preferably 10 to 15% by mass.
- the pH of the silica dispersion is preferably 6-8.
- the silica dispersion after the treatment with aluminate can be adjusted by adding or concentrating water to adjust the solid content.
- the pH of the silica dispersion after the aluminate treatment is preferably 6-8.
- the silica powder after the acid treatment and, if necessary, the aluminate treatment is alkali-treated at a pH of 8 or more, preferably 9 to 11, and the silica aggregate is peptized.
- the strong bonds of the silica aggregates can be peptized to approach the shape of individual scaly silica particles.
- peptization of the silica aggregate means that the silica aggregate is charged and each silica particle is dispersed in the medium.
- the alkali treatment almost the entire amount of silica particles contained in the silica powder may be peptized into individual scaly silica particles, or only a part thereof may be peptized to leave an aggregate.
- the silica aggregate contained in the silica dispersion may be peptized into individual scale-like silica particles, or only a part thereof may be peptized to leave the aggregate part.
- the remaining agglomerates can be crushed into individual scaly silica particles in a subsequent wet crushing step.
- the pH of the alkali treatment may be 8 or more, more preferably 8.5 or more, and even more preferably 9 or more.
- An alkaline liquid can be added to the dispersion containing a silica powder so that pH may become 8 or more, and it can process, stirring arbitrarily.
- an alkali metal salt and water may be added separately.
- the alkali treatment is carried out at a temperature of 10 to 50 ° C. for 1 to 48 hours, preferably 2 to 24 hours.
- alkali metal salt examples include hydroxides or carbonates of alkali metals such as Li, Na, and K, or combinations thereof, and K, Na, and Li are preferable.
- alkaline liquid an aqueous solution containing an alkali metal salt such as Li, Na, or K can be used.
- Aqueous ammonia (NH 3 OH) may be used as the alkaline liquid.
- potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide are preferred.
- the concentration of alkali metal salt ((mass of alkali metal salt) / (total weight of water and alkali metal salt in silica dispersion)) is 0.01 to 28 mass. %, More preferably 0.04 to 5% by mass, and still more preferably 0.1 to 2.5% by mass.
- the alkali metal salt may be adjusted to 0.4 to 2.5 mmol with respect to 1 g of silica in the silica dispersion, and more preferably 0.5 to 2 mmol.
- the silica concentration in the silica dispersion is preferably 3 to 7% by mass, more preferably 10 to 16% by mass.
- the pH of the silica dispersion is preferably 8 to 11, more preferably 9 to 11. What is necessary is just to adjust so that it may become pH8 or more about the mixture ratio of a silica dispersion and an alkaline liquid, and it does not restrict
- the average particle size of the silica powder contained in the silica dispersion after the alkali treatment is preferably 3 to 10 ⁇ m, and more preferably 4 to 8.5 ⁇ m.
- Water can be added or concentrated to the silica dispersion after the alkali treatment to adjust the solid content.
- the pH of the silica dispersion after the alkali treatment is preferably from 8.0 to 12.5, more preferably from 9 to 11.
- the alkali-treated silica powder is wet crushed to obtain scaly silica particles.
- the silica powder subjected to the alkali treatment contains silica particles in a state in which the silica aggregates are peptized and the silica aggregates are partially atomized together with the silica aggregates that remain partially.
- these silica particles can be further crushed to obtain individual scaly silica particles.
- the crushing of the silica particles can be promoted in the wet crushing. Therefore, it is possible to prevent the silica particles from remaining as irregular particles without being sufficiently crushed.
- Wet crushing equipment includes a wet crusher (such as a wet bead mill, a wet ball mill, a thin-film swirl type high-speed mixer, and an impact crusher (such as Nanomizer)) that mechanically stirs at high speed using a grinding medium. Crushing device) can be used.
- a wet crusher such as a wet bead mill, a wet ball mill, a thin-film swirl type high-speed mixer, and an impact crusher (such as Nanomizer)
- alumina or zirconia medium beads having a diameter of 0.2 to 1 mm are used in a wet bead mill, the basic laminated structure of scaly silica particles can be crushed and dispersed so as not to be crushed and destroyed as much as possible. Therefore, it is preferable.
- the impact pulverization apparatus is a device in which a dispersion containing powder is put into a thin tube having a thickness of 80 to 1000 ⁇ m while applying pressure, and the particles in the dispersion collide with each other to disperse the particles. It can be crushed finely.
- the silica powder to be wet pulverized is preferably supplied as a dispersion with purified water such as distilled water or ion exchange water to an appropriate concentration and supplied to the wet pulverizer.
- the dispersion concentration is preferably 0.1 to 20% by mass. In consideration of crushing efficiency and work efficiency due to increase in viscosity, 0.1 to 15% by mass is more preferable.
- Cation exchange treatment The silica powder after wet crushing may optionally be subjected to cation exchange treatment. Thereby, cations, particularly metal ions, contained in the silica powder can be removed.
- a cation exchange resin can be added to the silica dispersion containing a silica powder, and it can process, stirring arbitrarily.
- the cation exchange treatment may be carried out in the range of 10 to 50 ° C., preferably 20 to 35 ° C. for 0.5 to 24 hours, preferably 3 to 12 hours.
- the resin matrix of the cation exchange resin include styrene-based resins such as styrene-divinylbenzene and (meth) acrylic acid-based resins.
- a hydrogen type (H type) cation exchange resin is preferable, for example, the cation exchange resin which has a sulfonic acid group, a carboxyl group, a phosphoric acid group etc. can be mentioned.
- the cation exchange resin can be added at 3 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of SiO 2 in the silica dispersion.
- the silica concentration in the silica dispersion is preferably 3 to 20% by mass, more preferably 10 to 20% by mass.
- the pH of the silica dispersion is preferably 4 or less, more preferably 2.0 to 3.5.
- scaly silica particles can be obtained.
- the scaly silica particles may be used in the preparation of the coating liquid of the present invention in a powder state, or may be dispersed in a medium and used as a dispersion in the preparation of the coating liquid of the present invention.
- a dispersion containing scaly silica particles after the above-mentioned wet crushing, a cation exchange treatment is optionally performed, and a dispersion in which moisture is concentrated or diluted can be used as it is.
- moisture content of such a dispersion may be removed and an organic solvent may be added and used.
- an organic solvent the organic solvent mentioned by the liquid medium (C) mentioned later, benzene, toluene, xylene, kerosene, light oil etc. can be mentioned, for example.
- the liquid medium (C) is a liquid in which the component (B) is dispersed.
- the liquid medium (C) may be a solvent that dissolves the component (A).
- Examples of the liquid medium (C) include water, alcohols, ketones, ethers, cellosolves, esters, glycol ethers, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds and the like.
- Examples of alcohols include methanol, ethanol, isopropanol, butanol, diacetone alcohol and the like.
- ketones include acetone, methyl ethyl ketone, and methyl isobutyl ketone.
- Examples of ethers include tetrahydrofuran and 1,4-dioxane.
- Examples of cellosolves include methyl cellosolve and ethyl cellosolve.
- Examples of esters include methyl acetate and ethyl acetate.
- Examples of glycol ethers include ethylene glycol monoalkyl ether.
- Examples of the nitrogen-containing compound include N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like.
- Examples of the sulfur-containing compound include dimethyl sulfoxide.
- a liquid medium (C) may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the liquid medium (C) contains at least water unless the liquid medium is replaced after hydrolysis of the alkoxysilane.
- the liquid medium (C) may be a mixed liquid of water and another liquid.
- the other liquid include the alcohols, ketones, ethers, cellosolves, esters, glycol ethers, nitrogen-containing compounds, and sulfur-containing compounds described above.
- alcohols are preferable, and methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and butanol are particularly preferable.
- the content of the liquid medium (C) is 93 to 99.7% by mass, preferably 95 to 99.5% by mass with respect to the total amount (100% by mass) of the coating liquid for forming an alkali barrier layer.
- the coating liquid of this invention may further contain other components other than (A) component and (B) component in the range which does not impair the effect of this invention as needed.
- the other components include ultraviolet absorbers, infrared reflection / infrared absorbers, antireflection agents, other functional particles, surfactants for improving leveling properties, and metal compounds for improving durability. Can be mentioned.
- Examples of the ultraviolet absorber include ZnO and TiO 2 .
- Examples of the infrared reflection / infrared absorber include TiO 2 , Sb-containing SnO X (ATO), and Sn-containing In 2 O 3 (ITO).
- Examples of other functional particles include metal oxide particles other than the component (B), metal particles, pigment-based particles, resin particles, and the like.
- Examples of the material of the metal particles include metals (Ag, Ru, etc.), alloys (AgPd, RuAu, etc.) and the like.
- Examples of the pigment particles include inorganic pigments (titanium black, carbon black, etc.), organic pigments, and the like.
- Examples of the resin particle material include polyacryl, polystyrene, and melanin resin.
- the shape of the functional particles is spherical, elliptical, needle-like, plate-like, rod-like, conical, cylindrical, cubic, rectangular, diamond-like, star-like, triangular-cone, petal-like, or indefinite. Etc.
- the functional particles may be solid particles or hollow or perforated particles. Functional particles may exist in a state where each particle is independent, each particle may be linked in a chain, or each particle may be aggregated. Functional particles may be used alone or in combination of two or more.
- Examples of surfactants for improving leveling properties include silicone oil surfactants and acrylic surfactants.
- a zirconium chelate compound, a titanium chelate compound, and an aluminum chelate compound are preferable.
- Examples of the zirconium chelate compound include zirconium tetraacetylacetonate and zirconium tributoxy systemate.
- Examples of the titanium chelate compound include titanium tetraacetylacetonate.
- Examples of the aluminum chelate compound include aluminum tetraacetylacetonate.
- the coating liquid of the present invention is prepared, for example, by mixing a solution of component (A), a dispersion of component (B), and an additional liquid solvent, optional components, etc. as necessary.
- the coating liquid of the present invention is used for forming an alkali barrier layer on a glass substrate.
- the coating liquid of the present invention is applied onto a glass substrate and dried, so that (B) in the matrix (condensate of the alkoxysilane hydrolyzate) derived from the component (A) ) A film in which components are dispersed is formed.
- the coating liquid of the present invention contains the component (B) and the component (B) at a predetermined ratio, so that shrinkage of the film during drying and firing is suppressed. Substrate warpage can be suppressed. For example, even if the glass substrate is baked at a high temperature of 600 ° C.
- the glass substrate has a thickness of 15.0 mm or less, and further 0.7 mm or less. Even when such a thin object is used, the amount of warpage can be suppressed within a sufficiently acceptable range. Moreover, even if this film
- membrane contains (B) component which is a silica particle, it has the outstanding alkali barrier property and can fully function as an alkali barrier layer. The reason why the excellent alkali barrier property is obtained is not clear, but the component (B) synthesized by the hydrothermal synthesis method is considered to be microcrystalline and higher in density than sol-gel silica.
- the component (B) has a small effect on properties other than the alkali barrier property of the film, and for example, the effect of the component (B) on the transmittance is hardly observed.
- the coating liquid of the present invention and the coating liquid containing the component (A) and not containing the component (B) have the same solid content concentration in terms of SiO 2 as the component (A), the coating liquid of the present invention. This is advantageous in terms of cost because the amount of coating liquid used to obtain the required film thickness is small.
- the article of the present invention has a glass substrate and an alkali barrier layer formed on the glass substrate by the coating liquid of the present invention described above.
- the article of the present invention may further have another layer different from the alkali barrier layer on the alkali barrier layer.
- the other layer can impart an arbitrary function to the article.
- Glass substrate It does not specifically limit as glass which comprises a glass substrate, For example, soda lime glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, mixed alkali type glass etc. are mentioned, It can select suitably according to the use etc. of articles
- SiO 2 65 to 75%
- Al 2 O 3 0 to 10%
- CaO 5 to 15%
- MgO 0 to 15%
- Fe 2 O 3 0 to 3%
- CeO 2 : 0 to 3% BaO 0 to 5%
- SrO 0-5%
- B 2 O 3 : 0 to 15%
- ZrO 2 0 to 5%
- SnO 2 : 0 to 3% SO 3 : 0 to 0.5%.
- the glass substrate may be a smooth glass plate formed by a float method or the like, or may be a template glass having irregularities on the surface. Further, not only flat glass but also glass having a curved surface shape may be used.
- the glass substrate is preferably a satin-patterned template glass with an uneven surface.
- soda lime glass (white plate glass) having a lower iron component ratio (high transparency) than soda lime glass (blue plate glass) used for ordinary window glass or the like is preferable.
- the thickness of a glass substrate is not specifically limited, It can set suitably according to the use etc. of articles
- the thinner the glass substrate the more likely the warp of the glass substrate during the formation of the alkali barrier layer or the firing for strengthening becomes, and the higher the usefulness of the present invention.
- the thinner the thickness the lower the light absorption and the higher the transmittance.
- the thickness of the glass substrate is preferably 15.0 mm or less, more preferably 12.0 mm or less, still more preferably 7.0 mm or less, and particularly preferably 3.2 mm or less.
- the lower limit of the thickness of the glass substrate is not particularly limited.
- the alkali barrier layer is a layer having an alkali barrier function for suppressing permeation of alkali.
- the alkali barrier layer is a layer having an alkali barrier function for suppressing permeation of alkali.
- the alkali barrier layer between the glass substrate and the other layer, the influence of alkali from the glass substrate to the other layer is suppressed, and the durability of the other layer is improved.
- the other layer includes a low-reflection film such as a silica-based porous film, alkali is generated under wet heat conditions due to the sodium contained in the glass. It is possible to suppress the deterioration of the antireflection performance due to the broken structure.
- the article of the present invention has a film formed of the above-described coating liquid of the present invention as an alkali barrier layer.
- the method for forming the alkali barrier layer will be described in detail later.
- the alkali barrier layer possessed by the article of the present invention may be one layer or two or more layers.
- the coating liquid of the present invention may be a multilayer film in which two or more kinds of films are sequentially formed using two or more kinds of coating liquids having different compositions (types and amounts of components to be contained).
- the film thickness of the alkali barrier layer (in the case of a multilayer, the total film thickness thereof) is preferably 40 to 200 nm, and more preferably 60 to 180 nm. When the thickness of the alkali barrier layer is 40 nm or more, sufficient alkali barrier properties are obtained, and when it is 200 nm or less, the uniformity of the film is good.
- the other layer that the article of the present invention may have on the alkali barrier layer is not particularly limited and may be any layer according to the required function in consideration of the use of the article. It's okay.
- Specific examples of the other layers include, for example, a low reflection film, a conductive film, a colored film, an infrared cut film, an ultraviolet cut film, and an antistatic film.
- the other layer may be a single layer film or a multilayer film.
- the other layer preferably includes a low reflection film.
- the low reflection film is formed of, for example, a silica-based porous film, the alkali durability is low and the usefulness of the present invention is high.
- Articles having a low reflection film are useful for solar cell cover glass, display cover glass, cover glass for communication devices such as mobile phones, vehicle glass, architectural glass, and the like.
- the low reflection film is not particularly limited, and for example, it may be the same as a known low reflection film as a low reflection film provided on the surface of a glass substrate or the like.
- An example of the low reflection film is a silica-based porous film as described above.
- the “silica-based porous membrane” is a membrane having a plurality of pores in a matrix mainly composed of silica.
- the silica-based porous film has a relatively low refractive index (reflectance) because the matrix is mainly composed of silica. Moreover, it is excellent in chemical stability, adhesion to a glass substrate, wear resistance and the like. Furthermore, by having holes in the matrix, the refractive index is lower than when there are no holes.
- That the matrix is mainly composed of silica means that the proportion of silica is 60% by mass or more of the matrix (100% by mass).
- a matrix what consists essentially of silica is preferable.
- the term “substantially composed of silica” means an inevitable impurity (for example, a structure derived from a raw material such as a non-hydrolyzable group when a hydrolyzate of an alkoxysilane having a non-hydrolyzable group is used as a matrix precursor. ) Except that it is composed only of silica.
- the matrix may contain a small amount of components other than silica.
- the components include Li, B, C, N, F, Na, Mg, Al, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, and Sr. , Y, Zr, Nb, Ru, Pd, Ag, In, Sn, Hf, Ta, W, Pt, Au, Bi and one or more ions and / or oxides selected from the group consisting of lanthanoid elements, etc.
- Compound (nitrate, chloride salt, chelate compound and the like can be mentioned.
- the matrix may include not only two-dimensionally polymerized matrix components but also three-dimensionally polymerized nanoparticles.
- composition of the nanoparticles examples include Al 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , TiO 2 , ZnO, and ZrO 2 .
- the size of the nanoparticles is preferably 1 to 200 nm.
- the shape of the nanoparticles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a needle shape, a hollow shape, a sheet shape, and a square shape.
- a dispersion medium (a), fine particles (b) dispersed in the dispersion medium (a), and a matrix precursor (c) dissolved or dispersed in the dispersion medium (a) ) (Hereinafter also referred to as upper layer coating liquid (I)) and dried (fired).
- the film is a film in which fine particles (b) are dispersed in a matrix made of a fired product (SiO 2 ) of a matrix precursor (c).
- voids are selectively formed around the fine particles (b). The voids lower the refractive index of the entire film and exhibit an excellent antireflection effect.
- the film is advantageous in that it can be formed at a low cost and at a relatively low temperature.
- the upper layer coating liquid (I) and the method for forming a silica-based porous film using the same will be described later in detail.
- the thickness of the silica-based porous film is preferably 50 to 300 nm, more preferably 80 to 200 nm. When the thickness of the silica-based porous film is 50 nm or more, light interference occurs and antireflection performance is exhibited. If the thickness of the silica-based porous film is 300 nm or less, the film can be formed without generating cracks. The film thickness of the silica-based porous film is measured by a reflection spectral film thickness meter.
- the other layer may be composed of only the low reflection film or may further include a film other than the low reflection film.
- the low-reflection film is a silica-based porous film
- the material used for the antifouling film include fluorine-containing compounds and alkyl group-containing compounds exhibiting water repellency or oil repellency.
- the conductive film means that the surface resistance value of the film is 10 12 ⁇ / ⁇ or less.
- the material of the conductive film include Sb-containing SnO X (ATO), Sn-containing In 2 O 3 (ITO), RuO 2, Ag, Ru, AgPd, and RuAu.
- Conductive film is spin coat method, spray coat method, dip coat method, die coat method, curtain coat method, screen coat method, ink jet method, flow coat method, gravure coat method, bar coat method, flexo coat method, slit coat method, roll It can be formed by a known method such as a coating method.
- the upper layer coating liquid (I) comprises a dispersion medium (a), fine particles (b) dispersed in the dispersion medium (a), and a matrix precursor (c) dissolved or dispersed in the dispersion medium (a). including.
- the dispersion medium (a) is a liquid that disperses the fine particles (b).
- the dispersion medium (a) may be a solvent that dissolves the matrix precursor (c).
- Examples of the dispersion medium (a) include those similar to the liquid medium (C).
- the matrix precursor (c) is a hydrolyzate of alkoxysilane, water is required for hydrolysis, and therefore it is preferable that the dispersion medium (a) contains at least water.
- water and other liquids may be used in combination. Examples of the other liquid include alcohols, ketones, ethers, cellosolves, esters, glycol ethers, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, and the like.
- alcohols are preferable, and methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and butanol are particularly preferable.
- Examples of the fine particles (b) include metal oxide fine particles, metal fine particles, pigment-based fine particles, and resin fine particles.
- the material of the metal oxide fine particles Al 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , ZnO, CeO 2 , Sb-containing SnO X (ATO), Sn-containing In 2 O 3 (ITO), RuO 2 and the like, from the viewpoint of low refractive index, SiO 2 is preferable.
- Examples of the material of the metal fine particles include metals (Ag, Ru, etc.), alloys (AgPd, RuAu, etc.) and the like.
- the pigment-based fine particles include inorganic pigments (such as titanium black and carbon black) and organic pigments.
- the resin fine particle material include polyacryl, polystyrene, and melanin resin.
- the shape of the fine particles (b) is spherical, elliptical, needle-like, plate-like, rod-like, conical, cylindrical, cubic, rectangular, diamond-like, star-like, triangular-cone, petal-like, indefinite Examples include shape.
- the fine particles (b) may be hollow or perforated.
- the fine particles (b) may be present in a state where each fine particle is independent, each fine particle may be linked in a chain shape, or each fine particle may be aggregated.
- the average aggregate particle diameter of the fine particles (b) is preferably 1 to 1000 nm, more preferably 3 to 500 nm, and even more preferably 5 to 300 nm.
- the average aggregate particle diameter of the fine particles (b) is 1 nm or more, the antireflection effect is sufficiently high. If the average aggregate particle diameter of the fine particles (b) is 1000 nm or less, the haze of the silica-based porous film 14 can be kept low.
- the average aggregate particle diameter of the fine particles (b) is an average aggregate particle diameter of the fine particles (b) in the dispersion medium (a), and is measured by a dynamic light scattering method. In the case of monodispersed fine particles (b) in which no aggregation is observed, the average aggregate particle size is equal to the average primary particle size.
- the fine particles (b) may be used alone or in combination of two or more.
- Examples of the matrix precursor (c) include hydrolyzate of alkoxysilane (sol-gel silica), silazane and the like, and hydrolyzate of alkoxysilane is preferable.
- alkoxysilane the thing similar to what was mentioned by description of (A) component is mentioned.
- a hydrolyzate is obtained by hydrolyzing alkoxysilane by the method similar to the method demonstrated by (A) component.
- a catalyst used at the time of hydrolysis a catalyst that does not disturb the dispersion of the fine particles (b) is preferable.
- the upper layer coating liquid (I) may further contain a terpene derivative (d).
- a terpene derivative (d) thereby, the volume of the space
- the terpene means a hydrocarbon having a composition of (C 5 H 8 ) n (where n is an integer of 1 or more) having isoprene (C 5 H 8 ) as a structural unit.
- the terpene derivative (d) means terpenes having a functional group derived from terpene.
- the terpene derivative (d) includes those having different degrees of unsaturation.
- terpene derivatives (d) function as a dispersion medium (a)
- those that are “hydrocarbons having a composition of (C 5 H 8 ) n having isoprene as a structural unit” are terpene derivatives ( It corresponds to d), and shall not correspond to the dispersion medium (a).
- the terpene derivative (d) is preferably a terpene derivative having a hydroxyl group and / or a carbonyl group in the molecule from the viewpoint of the antireflection effect of the silica-based porous film 14, and the hydroxyl group, aldehyde group (—CHO), A terpene derivative having one or more selected from the group consisting of a keto group (—C ( ⁇ O) —), an ester bond (—C ( ⁇ O) O—), and a carboxy group (—COOH) is more preferable. A terpene derivative having one or more selected from the group consisting of a hydroxyl group, an aldehyde group and a keto group is more preferred.
- Terpene derivatives (d) include terpene alcohol ( ⁇ -terpineol, terpinene 4-ol, L-menthol, ( ⁇ ) citronellol, myrtenol, nerol, borneol, farnesol, phytol, etc.), terpene aldehyde (citral, ⁇ -cyclohexane). Citral, perilaldehyde, etc.), terpene ketones (( ⁇ ) camphor, ⁇ -ionone, etc.), terpene carboxylic acids (citronellic acid, abietic acid, etc.), terpene esters (terpinyl acetate, menthyl acetate, etc.) and the like. In particular, terpene alcohol is preferable.
- a terpene derivative (d) may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
- the upper layer coating liquid (I) may contain other additives as required.
- other additives include surfactants for improving leveling properties and metal compounds for improving durability of the silica-based porous film 14.
- the surfactant include silicone oil and acrylic.
- a zirconium chelate compound, a titanium chelate compound, an aluminum chelate compound and the like are preferable.
- the zirconium chelate compound include zirconium tetraacetylacetonate and zirconium tributoxy systemate.
- the viscosity of the upper layer coating liquid (I) is preferably 1.0 to 10.0 mPa ⁇ s, more preferably 2.0 to 5.0 mPa ⁇ s. If the viscosity of the upper layer coating liquid (I) is 1.0 mPa ⁇ s or more, it is easy to control the film thickness of the formed silica-based porous film. If the viscosity of the upper layer coating liquid (I) is 10.0 mPa ⁇ s or less, the drying or baking time and the coating time after application of the upper layer coating liquid (I) are shortened. The viscosity of the upper layer coating liquid (I) is measured with a B-type viscometer.
- the solid content concentration of the upper layer coating liquid (I) is preferably 1 to 9% by mass, and more preferably 2 to 6% by mass. When the solid content concentration is 1% by mass or more, the film thickness of the coating film of the upper layer coating liquid (I) can be reduced, and the film thickness of the finally obtained silica-based porous film can be easily made uniform. If solid content concentration is 9 mass% or less, it will be easy to make the film thickness of the coating film of upper layer coating liquid (I) uniform.
- the solid content of the upper layer coating liquid (I) is the sum of the fine particles (b) and the matrix precursor (c) (however, the solid content of the matrix precursor (c) is the amount of alkoxysilane converted to SiO 2 ). Means.
- the mass ratio of the fine particles (b) to the matrix precursor (c) is preferably 95/5 to 10/90, and preferably 70/30 to 90/10. More preferred.
- the fine particle / matrix precursor is 95/5 or less, the adhesion between the silica-based porous film and the glass substrate is sufficiently high.
- the fine particle / binder is 10/90 or more, the antireflection effect is sufficiently high.
- the terpene derivative (d) is blended in the upper layer coating liquid (I)
- the blending amount is preferably 0.01 to 2 parts by weight with respect to 1 part by weight of the solid content of the upper layer coating liquid (I). More preferred is 03 to 1 part by mass.
- the antireflection effect is sufficiently high as compared with the case where the terpene derivative (d) is not added. If the terpene derivative (d) is 2 parts by mass or less, the strength of the silica-based porous film will be good.
- the upper layer coating liquid (I) includes, for example, a fine particle (b) dispersion, a matrix precursor (c) solution, an additional dispersion medium (a), a terpene derivative (d), and other additives as necessary. It is prepared by mixing.
- the article of the present invention is formed, for example, by applying the coating liquid of the present invention on a glass substrate and drying (firing) it to form an alkali barrier layer. If necessary, another article is formed on the alkali barrier layer. It can be manufactured by forming a layer. 80 to 700 ° C., preferably 100 to 700, for densification of the alkali barrier layer, physical strengthening of the glass substrate, or the like during or after the formation of the alkali barrier layer (for example, during or after the formation of another layer). It is preferable to perform a baking treatment at a temperature of 0 ° C. Performing the baking treatment is also preferable from the viewpoint of the usefulness of the present invention.
- a known wet coating method can be used as a method for applying the coating liquid of the present invention on a glass substrate.
- a known wet coating method can be used.
- the liquid temperature of the coating liquid at the time of application is preferably room temperature to 80 ° C., more preferably room temperature to 60 ° C.
- Coating and drying (firing) of the coating liquid may be carried out by heating to an arbitrary drying temperature after coating the coating liquid, or applying the coating liquid to a glass substrate that has been previously set to a drying (firing) temperature. May be performed.
- the drying (firing) temperature is preferably 30 ° C. or higher, and may be appropriately determined according to the glass substrate and the coating liquid material (component (A), etc.).
- the alkali barrier layer is preferably baked at a temperature of 80 ° C. or higher.
- the firing temperature is more preferably 100 ° C. or higher, and further preferably 200 to 700 ° C. If the calcination temperature is 80 ° C. or higher, the hydrolyzate of alkoxysilane can be rapidly converted into a baked product.
- the alkali barrier layer may be fired before or after the formation of the other layer.
- the baking process of the other layer can also serve as the baking process of the alkali barrier layer.
- the step of forming another layer on the alkali barrier layer can be performed by a known method according to the other layer to be formed.
- a low reflection film made of a silica-based porous film can be formed by coating this on the alkali barrier layer and drying (baking).
- the coating and drying (firing) of the upper layer coating liquid (I) can be performed in the same manner as the coating and drying (firing) of the coating liquid of the present invention.
- the preferable conditions are also the same.
- the baking process of the alkali barrier layer or the silica-based porous film can also serve as a physical strengthening process of the glass substrate.
- the glass substrate is heated to near the softening temperature of the glass.
- the firing temperature is set to about 600 to 700 ° C.
- the firing temperature is preferably set to be equal to or lower than the thermal deformation temperature of the glass substrate.
- the lower limit of the firing temperature is determined according to the formulation of the coating liquid.
- the polymerization of the hydrolyzate of alkoxysilane proceeds to some extent, so if there are no restrictions on the time, it is theoretically possible to set the drying or firing temperature to a temperature setting near room temperature. Is possible.
- the article of the present invention has an alkali barrier layer formed on the glass substrate by the coating liquid of the present invention.
- the article of the present invention is capable of suppressing film shrinkage during the drying (firing) after application of the coating liquid and the warping of the glass substrate. Yes.
- the amount of warpage is sufficiently small even when high-temperature firing for physical strengthening of the glass substrate is performed.
- the article of the present invention is less susceptible to restrictions on strengthening conditions during production, and is less likely to cause a decrease in product yield due to warpage exceeding an allowable range, resulting in excellent productivity.
- the alkali barrier layer has excellent alkali barrier properties. Therefore, an article having the alkali barrier layer between the glass substrate and the other layer is less likely to cause a functional deterioration of the other layer due to alkali from the glass substrate, and is excellent in durability.
- an article having a low-reflection film as another layer is a cover glass for solar cells, a display cover glass, a cover glass for communication equipment such as a mobile phone, and a vehicle. It can be used as glass, architectural glass and the like.
- Warp measurement article article with a lower layer (alkali barrier film) formed on a glass substrate
- Warp measurement article is placed on a horizontal flat plate with the lower layer forming surface facing upward, and the height from the flat plate lower surface to the top of the substrate top (Mm) was measured with a micrometer.
- the total thickness (3.4 mm) of the flat plate and the substrate was subtracted from the measured value to obtain the amount of warpage (mm).
- the transmittance (%) of the glass substrate and the film property measurement article was measured for light at a wavelength of 400 to 1100 nm using a spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation, V670). The incident angle of light was 5 °.
- ⁇ material ⁇ (Matrix precursor solution ( ⁇ -1)) While stirring 80.4 g of denatured ethanol (manufactured by Nippon Alcohol Sales Co., Ltd., Solmix AP-11 (trade name), a mixed solvent mainly composed of ethanol. “Denatured ethanol” indicates the same)) A mixed solution of 11.9 g of ion-exchanged water and 0.1 g of 61% by mass nitric acid was added and stirred for 5 minutes. To this, 7.6 g of tetraethoxysilane (solid content concentration: 29% by mass) was added and stirred at room temperature for 30 minutes to prepare a matrix precursor solution ( ⁇ -1) having a solid content concentration of 2.2% by mass. did.
- the solid content concentration here is the solid concentration in terms of SiO 2 (solid content concentration when all Si of tetraethoxysilane was converted to SiO 2).
- Microx precursor solution ( ⁇ -2) While stirring 77.6 g of denatured ethanol, a mixture of 11.9 g of ion-exchanged water and 0.1 g of 61% by mass nitric acid was added thereto and stirred for 5 minutes. To this, 10.4 g of tetraethoxysilane (solid content concentration in terms of SiO 2 : 29% by mass) is added and stirred at room temperature for 30 minutes, and the solid content concentration in terms of SiO 2 is 3.0% by mass. A precursor solution ( ⁇ -2) was prepared. The obtained matrix precursor solution ( ⁇ -2) was used for the preparation of an upper layer (low reflection film) coating solution (L) described later.
- the silica sol liquid uniformly mixed was continuously discharged into the air from the discharge port.
- the discharged liquid became spherical droplets in the air and gelled in the air while drawing a parabola and staying for about 1 second.
- a ripening tank filled with water was placed at the dropping point, and it was dropped and aged here. After aging, the pH was adjusted to 6 and washed thoroughly with water to obtain a silica hydrogel.
- the obtained silica hydrogel particles had a spherical particle shape and an average particle diameter of 6 mm.
- the mass ratio of water to SiO 2 mass in the silica hydrogel particles was 4.55 times.
- the silica hydrogel particles were coarsely pulverized to an average particle size of 2.5 mm using a double roll crusher and used for the next hydrothermal treatment.
- Silica hydrogel (SiO 2 18 mass%) having a particle size of 2.5 mm so that the total SiO 2 / Na 2 O molar ratio in the system is 12.0 in a 17 m 3 autoclave (with an anchor type stirring blade).
- the total silica concentration in the system was 12.5% by mass as SiO 2 .
- the synthesized silica dispersion was filtered and washed to take out silica powder and observed using a transmission microscope (TEM). As a result, it was observed that the silica dispersion contained silica aggregates.
- the average particle size of the silica particles in a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus was 8.33 ⁇ m.
- Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio 0.00087
- Alkaline treatment While stirring 775 g of the silica dispersion after the aluminate treatment with a stirrer, 43.5 g of potassium hydroxide (1 mmol / g-silica) and 1381 g of water were added. The pH after addition was 9.9. The stirring was continued for 24 hours at room temperature to carry out the treatment. Moreover, the average particle diameter of the silica particles after alkali treatment was 7.98 ⁇ m.
- the silica dispersion after the alkali treatment is treated in 30 passes at a discharge pressure of 130 to 140 MPa using an ultra-high pressure wet atomization device (Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., “Nanomizer NM2-2000AR”, pore size 120 ⁇ m collision type generator).
- the silica particles were crushed and dispersed.
- the pH of the silica dispersion after pulverization was 9.3, and the average particle size was 0.182 ⁇ m using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer.
- the silica dispersion after wet crushing is filtered and washed, the silica powder is taken out, and the result of observation using a transmission microscope (TEM) is shown in FIG. As shown in FIG. 1, it was observed that the silica dispersion contained scaly silica particles.
- TEM transmission microscope
- silica particles were taken out of the obtained silica dispersion (flaky silica particle dispersion ( ⁇ )) and observed for shape by TEM, it was confirmed that they were only scaly silica particles substantially free of amorphous particles. It was.
- the average particle diameter of the silica particles contained in the scaly silica particle dispersion ( ⁇ ) was the same as that after wet crushing and was 0.182 ⁇ m.
- the average aspect ratio was 188.
- the solid content of the scaly silica particle dispersion ( ⁇ ) measured with an infrared moisture meter was 3.6% by mass.
- Example 1 (Polishing and cleaning glass substrates) As a glass substrate, soda lime glass (Asahi Glass Co., Ltd., FL 0.7 (trade name). Size: 100 mm ⁇ 100 mm, thickness: 0.7 mm) and template glass (Asahi Glass Co., Ltd., Solite (trade name). Low iron content. Soda lime glass (white plate glass), size: 100 mm ⁇ 100 mm, thickness: 3.2 mm) was prepared. The surface of each glass with a cerium oxide aqueous dispersion, After polishing for 3 minutes and rinsing cerium oxide with water, it was rinsed with ion-exchanged water and dried. The warpage at the end of drying was zero.
- the template glass is preheated at 80 ° C. in a preheating furnace (manufactured by ISUZU, VTR-115), and installed in a spin coater (manufactured by Mikasa, 1H-360S) with the polished surface temperature kept at 30 ° C. did.
- a spin coater manufactured by Mikasa, 1H-360S
- 1 mL of the lower layer coating solution (A) is dropped onto the polished surface of the base material with a poly dropper and spin-coated
- 1 mL of the upper layer coating solution (L) is further dropped onto the ground surface with a poly dropper and spun. Coated. Thereafter, the film was baked at 600 ° C.
- Example 2 to 11 Two types of articles (a warp measurement article and a film characteristic measurement article) were obtained in the same manner as in Example 1 except that the type of the lower layer coating solution was changed as shown in Table 1.
- the warpage measurement article was subjected to a high temperature and high humidity resistance evaluation for the warpage measurement and film characteristic measurement article.
- the results are shown in Table 1.
- “Particle / Matrix Precursor” indicates the mass ratio of the silica particles (scale-like or spherical) and the matrix precursor in the lower layer coating solution in solid content.
- the warp measurement articles of Examples 2 to 7 have a smaller warp amount than the warp measurement article of Example 1 using the matrix precursor solution ( ⁇ -1) as the lower layer coating solution as it is, and are fired at a high temperature. Warpage at the time was suppressed.
- the film property measurement articles of Examples 2 to 7 had a low transmittance difference Td of 0.5% or less. From this, it was confirmed that the lower layer formed from the lower layer coating solutions (B) to (G) has sufficient alkali barrier properties and can suppress the influence of alkali on the low reflection film under high temperature and high humidity. .
- the warpage amount of the warpage measurement article is equal to or more than the warpage amount of the warpage measurement article of Example 1.
- the transmittance difference Td of the article for measuring membrane characteristics exceeded 0.5%.
- An article comprising a glass substrate having an alkali barrier layer formed by using the coating liquid of the present invention has less warpage of the glass substrate even in high-temperature firing, and has a high productivity and an excellent alkali barrier by reducing the product yield. Due to its properties, it is less likely to cause functional degradation and has excellent durability, and is useful as a cover glass for solar cells, a display cover glass, a cover glass for communication devices such as a mobile phone, a glass for vehicles, and a glass for buildings. It should be noted that the entire content of the specification, claims, drawings and abstract of Japanese Patent Application No. 2013-004618 filed on January 15, 2013 is cited herein as the disclosure of the specification of the present invention. Incorporated.
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Abstract
Description
たとえば太陽光発電モジュールでは、太陽電池の保護のために、太陽電池の前面や背面に、カバーガラスが配置されており、カバーガラスとしては、発電効率アップの為に、低反射膜(AR膜)をガラス基板の表面に設けたものを用いる事が多い。この場合、AR膜の耐久性向上のため、AR膜とガラス基板との界面にアルカリバリア層を設けることがある。当該アルカリバリア層の形成には、上述したゾルゲルシリカ液がメインのコート液として主に使用されている。また、AR膜の形成にも、機能性微粒子を添加したゾルゲルシリカ液が汎用されている。
上記の問題は、ゾルゲルシリカ液に機能性微粒子を添加した場合にも発生する。
ゾルゲルシリカ液に、特許文献1のようにコロイダルシリカ等の微粒子を添加すると、ガラス基板の反りは生じにくくなるが、微粒子によって膜の緻密性が損なわれてアルカリバリア性が低下してしまう。
本発明は、上記知見にもとづくものであり、以下の態様を有する。
前記マトリックス前駆体(A)と前記鱗片状シリカ粒子(B)との合計量に対する前記鱗片状シリカ粒子(B)の含有量(固形分量)の割合が5~90質量%であるアルカリバリア層形成用コート液。
[2]前記アルコキシシランが、下記一般式で表される化合物である、上記[1]に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
SiXmY4-m
(mは2~4の整数であり、Xはアルコキシ基であり、
Yは非加水分解性基である。)
[3]前記鱗片状シリカ粒子(B)の平均アスペクト比が50~650、平均粒子径が0.08~0.42μmである、上記[1]又は[2]に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
[4]前記鱗片状シリカ粒子(B)が、厚みが0.001~0.1μmの薄片状のシリカ1次粒子、又は厚みが0.001~3μmの、複数枚の薄片状のシリカ1次粒子が互いに面間が平行的に配向し、重なって形成されるシリカ2次粒子である、上記[1]~[3]のいずれかに記載のアルカリバリア層形成用コート液。
[5]前記鱗片状シリカ粒子(B)が、鱗片状シリカ粒子が凝集したシリカ凝集体を含むシリカ粉体を、pH2以下で酸処理する工程と、前記酸処理したシリカ粉体をpH8以上でアルカリ処理し、前記シリカ凝集体を解膠する工程と、前記アルカリ処理したシリカ粉体を湿式解砕する工程とを含む方法により製造されたものである、上記[3]又は[4]に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
[6]前記液体媒体(C)が、水、アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類、エステル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物、及び含硫黄化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[5]のいずれかに記載のアルカリバリア層形成用コート液。
[7]マトリックス前駆体(A)の含有量は、固形分濃度(SiO2換算)として、アルカリバリア層形成用コート液の総質量に対し、0.03~6.3質量%である、上記[1]~[6]のいずれかに記載のアルカリバリア層形成用コート液。
[8]マトリックス前駆体(A)と鱗片状シリカ粒子(B)の合計量は、固形分濃度(SiO2換算)として、アルカリバリア層形成用コート液の総質量に対し、0.3~7質量%である、上記[1]~[7]のいずれかに記載のアルカリバリア層形成用コート液。
[9]ガラス基板と、上記[1]~[8]のいずれかに記載のアルカリバリア層形成用コート液により前記ガラス基板の上に形成されたアルカリバリア層と、を有する物品。
[10]前記アルカリバリア層の膜厚が40~200nmである上記[9]に記載の物品。
[11]前記ガラス基板の厚さが15.0mm以下である、上記[9]又は[10]に記載の物品。
[12]前記アルカリバリア層の上に、該アルカリバリア層とは異なる他の層をさらに有する、上記[9]~[11]のいずれかに記載の物品。
[13]前記他の層が低反射膜を含む、上記[12]に記載の物品。
[14]前記アルカリバリア層の形成時又は形成後に、100~700℃での焼成処理が施されている、上記[9]~[13]のいずれかに記載の物品。
本発明のアルカリバリア層形成用コート液(以下、単に「コート液」ともいう。)は、アルコキシシラン及びその加水分解物からなる群から選ばれる少なくとも1種のマトリックス前駆体(A)(以下「(A)成分」ともいう。)と、鱗片状シリカ粒子(B)(以下「(B)成分」ともいう。)と、液体媒体(C)とを含有し、
(A)成分と(B)成分との合計量に対する(B)成分の含有量(固形分量)の割合が5~90質量%である。
アルコキシシランは、シラン(SiH4)の水素原子が置換基で置換された化合物であって、該置換基の少なくとも1つがアルコキシ基である化合物である。アルコキシシランの加水分解物は、加水分解によりアルコキシシランのSiに結合したアルコキシ基がOH基となった構造の化合物である。アルコキシシランの加水分解物は、当該加水分解物同士が縮合して縮合物を形成し得る。
アルコキシシランとしては、アルカリバリア層の形成等に用いられている公知のものを用いることができ、たとえば、SiXmY4-m(mは2~4の整数であり、Xはアルコキシ基であり、Yは非加水分解性基である。)で表される化合物が挙げられる。
Xのアルコキシ基としては、炭素数1~4、より好ましくは、炭素数1~3である。
mは3又は4であることが好ましい。
Yの非加水分解性基とは、加水分解によりSi-X基がSi-OH基となる条件下で構造が変化しない官能基である。非加水分解性基としては、特に限定されず、シランカップリング剤等における非加水分解性基として公知の基であってよい。
アルカリとしては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。触媒としては、長期保存性の点から、酸が好ましい。
コート液中の(A)成分の含有量は、コート液を塗布可能な範囲内であればよく、特に限定されないが、固形分濃度(SiO2換算)が、コート液の総質量に対し、0.03~6.3質量%であることが好ましく、0.05~3.0質量%であることがより好ましい。(A)成分の固形分濃度が0.03質量%以上であると、アルカリバリア層を形成する際のコート液の使用量を少なくすることができる。(A)成分の固形分濃度が6.3質量%以下であると、形成されるアルカリバリア層の膜厚の均一性が向上する。
なお、(A)成分の固形分は、(A)成分の全てのSiがSiO2に転化したときの量(SiO2換算固形分)である。
(B)成分は、鱗片状シリカ粒子である。
「鱗片状シリカ粒子」は、薄片状のシリカ1次粒子、又は複数枚の薄片状のシリカ1次粒子が、互いに面間が平行的に配向し重なって形成されるシリカ2次粒子である。このシリカ2次粒子は通常積層構造の粒子形態を有する。
粒子の形状は、透過型電子顕微鏡(以下「TEM」と称することがある。)を用いて確認することができる。
前記シリカ1次粒子の厚みは0.001~0.1μmが好ましく、0.002~0.1μmがより好ましい。このようなシリカ1次粒子は、互いに面間が平行的に配向して、1枚又は複数枚重なった鱗片状のシリカ2次粒子を形成することができる。
前記シリカ2次粒子の厚さは、0.001~3μmが好ましく、0.005~2μmがより好ましい。
前記シリカ2次粒子は、融着することなく互いに独立に存在していることが好ましい。
本発明のコート液に含まれる(B)成分は、前記シリカ1次粒子及び前記シリカ2次粒子のいずれか一方のみでも両方でもよい。
本発明において「アスペクト比」は、粒子の厚みに対する最長長さの比(最長長さ/厚み)を意味し、「平均アスペクト比」は、無作為に選択された50個の粒子のアスペクト比の平均値である。粒子の厚みはAFM(原子間力顕微鏡)、最長長さは、TEMにより測定される。
本発明において「平均粒子径」は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置により測定される値であって、体積平均値(D50)である。
この粉体又は分散体には、鱗片状シリカ粒子だけでなく、鱗片状シリカ粒子の製造時に発生する不定形シリカ粒子が含まれることがある。
鱗片状シリカ粒子は、たとえば鱗片状シリカ粒子が凝集したシリカ凝集体を解砕・分散化することにより得られる。
不定形シリカ粒子は、シリカ凝集体がある程度微粒化された状態であるが、個々の鱗片状シリカ粒子まで微粒化されていない状態のものであり、複数の鱗片状シリカ粒子が塊を形成する形状である。不定形シリカ粒子を含むと、形成される膜の緻密性が低下してアルカリバリア性が損なわれるおそれがある。そのため、粉体又は分散体における不定形シリカ粒子の含有量は、少ないほど好ましい。
不定形シリカ粒子及びシリカ凝集体は、いずれも、TEM観察において黒色状に観察される。一方、薄片状のシリカ1次粒子又はシリカ2次粒子は、TEM観察において透明ないし半透明状に観察される。
(B)成分は、後述する製造方法(P)により製造されたものであることが好ましい。製造方法(P)によれば、公知の製造方法(たとえば、日本特許第4063464号公報に記載の方法)に比べて、製造工程での不定形シリカ粒子の発生が抑制され、不定形シリカ粒子の含有量の少ない粉体又は分散体を得ることができる。
(B)成分の含有量は、赤外水分計により測定できる。
製造方法(P)は、鱗片状シリカ粒子が凝集したシリカ凝集体を含むシリカ粉体を、pH2以下で酸処理する工程と、前記酸処理したシリカ粉体をpH8以上でアルカリ処理し、前記シリカ凝集体を解膠する工程と、前記アルカリ処理したシリカ粉体を湿式解砕し、鱗片状シリカ粒子を得る工程とを含む。
不定形シリカ粒子は、シリカ凝集体がある程度解砕されているが、個々の鱗片状シリカ粒子まで解砕されていない状態であり、複数の鱗片状シリカ粒子が塊を形成する形状である。
層状ポリケイ酸及び/又はその塩としては、例えばシリカ-X(SiO2-X)、シリカ-Y(SiO2-Y)、ケニアアイト、マガディアイト、マカタイト、アイラアイト、カネマイト、オクトシリケート等を挙げることができる。これらの中でもシリカ-X及びシリカ-Yが好ましい。
シリカ-X及びシリカ-Yは、X線回折パタ-ンは異なるが、電子顕微鏡で観察される粒子外観は極似しており、いずれも鱗片状シリカ粒子を得るために好ましく使用することができる。
シリカ-YのX線回折のスペクトルは、ASTMカード番号31-1233に該当する2θ=5.6°、25.8°及び28.3°の主ピークを特徴とする。
シリカ凝集体のX線回折のスペクトルとしては、これらのシリカ-X及び/又はシリカ-Yの主ピークを特徴とするものが好ましい。
シリカ粉体の形成方法の一例としては、シリカヒドロゲル、シリカゾル及び含水ケイ酸からなる群から選ばれる1種以上をアルカリ金属塩の存在下に水熱処理し、鱗片状シリカ粒子が凝集した凝集体を含むシリカ粉体を形成する方法がある。なお、シリカ粉体は、この方法に限定されず任意の方法で形成されたものも含む。
シリカヒドロゲルは、粒子状シリカヒドロゲルが好ましく、その粒子形状は、球状でも不定形粒状でもよく、また、その造粒方法は適宜選択できる。
すなわち、ケイ酸アルカリ金属水溶液と鉱酸水溶液とを、放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合し、SiO2濃度換算で130g/L以上、pH7~9であるシリカゾルを生成せしめ、これを、上記放出口から、空気等の気体媒体中に放出させ、空中でゲル化させる。得られたゲルを、水を張った熟成槽に落下せしめて、数分~数十分熟成させ、酸(硫酸、塩酸、硝酸等)を添加し、その後、水洗して球状のシリカヒドロゲルとする。
このシリカヒドロゲルは、粒径がよく揃った平均粒子径2~10mm程度の透明で弾力性を有する球状粒子であり、SiO2に対して重量比で約4倍もの水を含有している場合もある。シリカヒドロゲル中のSiO2濃度は、15~75質量%が好ましい。
シリカゾルとしては、シリカ/アルカリ金属のモル比(SiO2/Me2O、ここでMeは、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、又はカリウム(K)のアルカリ金属を示す。以下、同じ。)が1.0~3.4※原料のシリカゾルの比ですのでこれで正しいです。これを脱アルカリして下の比になります。であるケイ酸アルカリ金属水溶液を、イオン交換樹脂法、電気透析法等によって脱アルカリしたシリカゾルが好適に使用される。なお、ケイ酸アルカリ金属水溶液としては、例えば、水ガラス(ケイ酸ナトリウム水溶液)を適宜水で希釈したもの等が好ましい。
シリカゾルのシリカ/アルカリ金属のモル比(SiO2/Me2O)は、3.5~20の範囲が好ましく、4.5~18の範囲がより好ましい。また、シリカゾル中のSiO2濃度は、2~20質量%が好ましく、3~15質量%がより好ましい。
シリカゾル中のシリカの平均粒子径は1~100nmが好ましい。平均粒子径が100nm超であると、シリカゾルの安定性が低下するので好ましくない。シリカゾルの中でも活性ケイ酸と称される平均粒子径1~20nm以下のものが特に好ましい。
なお、シリカ源を水熱処理するため、オートクレーブに仕込むに先立って、さらに蒸留水やイオン交換水等の精製水を加えることにより、シリカ濃度を所望の範囲に調整することもできる。
球状シリカヒドロゲルを使用する場合は、そのまま使用してもよいが、粉砕又は粗粉砕して、粒径0.1~6mm程度としてもよい。
オートクレーブ内の処理液中の総シリカ濃度は、撹拌効率、結晶成長速度、収率等を考慮して選択されるが、通常、全仕込み原料基準でSiO2として1~30質量%が好ましく、10~20質量%がより好ましい。
ここで、処理液中の総シリカ濃度としては、系内の総シリカ濃度を意味し、シリカ源中のシリカのみでなく、アルカリ金属塩としてケイ酸ナトリウム等を使用した場合は、ケイ酸ナトリウム等により系に持ち込まれるシリカをも加えた値である。
アルカリ金属塩としては、水酸化アルカリ金属、ケイ酸アルカリ金属、炭酸アルカリ金属、又はこれらの組み合わせを挙げることができ、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。
アルカリ金属としては、Li、Na、K、又はこれらの組み合わせを挙げることができ、Na、Kが好ましい。
系のpHとしては、pH7以上が好ましく、pH8~13がより好ましく、pH9~12.5がさらに好ましい。
アルカリ金属とシリカとの合計量に対する好ましいアルカリ金属の量を、シリカ/アルカリ金属のモル比(SiO2/Me2O)で表示すれば、4~15の範囲であることが好ましく、7~13の範囲がより好ましい。
また、シリカヒドロゾル及び含水ケイ酸の水熱処理の時間は、水熱処理の温度や種晶の添加の有無等により変わりうるが、通常、3~50時間が好ましく、3~40時間がより好ましく、5~25時間がさらに好ましい。
また、必要な水熱処理の時間は、シリカヒドロゲルの水熱処理の温度や種晶の添加の有無等により変わりうるが、通常、3~50時間が好ましく、5~40時間がより好ましく、5~25時間程度がさらに好ましく、5~12時間程度が一層好ましい。
上記のようにして形成されたシリカ粉体には、鱗片状シリカ粒子が凝集したシリカ凝集体が含まれる。このシリカ凝集体は、個々の鱗片状シリカ粒子が凝集して不規則に重なり合って形成される間隙を有する凝集体形状のシリカ3次粒子である。これは、該シリカ粉体を走査型電子顕微鏡(以下「SEM」と称することがある。)を用いて確認することができる。
一方、TEMでは、電子線が一部透過するような極薄片粒子であるシリカ1次粒子を識別することができる。また、このシリカ1次粒子が互いに面間が平行的に配向し、複数枚重なって形成されてシリカ2次粒子を形成することを識別することができる。このシリカ1次粒子及びシリカ2次粒子が鱗片状シリカ粒子である。
次に、上記のようにして得た、鱗片状シリカ粒子が凝集したシリカ凝集体を含むシリカ粉体をpH2以下、好ましくはpH1.5~2で酸処理する。
これによって、後工程のアルカリ処理においてシリカ凝集体の解膠を促進することができ、湿式解砕工程後に不定形粒子の発生を防ぐことができる。
また、酸処理を行うことで、シリカ粉体に含まれるアルカリ金属塩を除去することができる。シリカ粉体が水熱処理によって形成されたものである場合、水熱処理においてアルカリ金属塩が添加されているため、これを除去することができる。
酸処理としては、特に制限されないが、シリカ粉体を含む分散体(スラリー状の分散体も含む。以下同じ。)に、系のpHが2以下になるように酸性液を添加して、任意で攪拌しながら処理することができる。酸処理は、特に制限されないが、処理を十分に行うために、室温下、8時間以上、好ましくは9~16時間で行うとよい。
酸性液としては、硫酸、塩酸、硝酸等の水溶液、好ましくは硫酸の水溶液を用いることができる。これらの濃度は、1~37質量%、好ましくは15~25質量%で調整することができる。
シリカ分散体中のシリカ濃度は、5~15質量%であることが好ましく、10~15質量%がより好ましい。また、シリカ分散体のpHは、10~12であることが好ましい。
シリカ分散体と酸性液との配合割合については、pH2以下となるように調整すればよく、特に制限されない。
洗浄方法としては、特に制限されず、濾過洗浄、遠心洗浄等を用いて水洗することが好ましい。
洗浄後のシリカ分散体には、水を添加又は濃縮して、固形分量を調整することができる。また、濾過洗浄などでシリカケーキとして回収される場合は、水を添加して分散体とすることができる。また、洗浄後のシリカ分散体のpHとしては4~6であることが好ましい。
酸処理後のシリカ粉体に対し、任意に、アルミン酸処理を施してもよい。
これによって、シリカ粉体中のシリカ粒子の表面に、アルミニウム(Al)を導入させて、負に帯電させるように表面改質をすることができる。この負に帯電したシリカ粉体は、酸性媒体に対する分散性を高めることができる。
混合は、0.5~2時間、好ましくは0.8~1.2時間で、10~30℃、好ましくは20~35℃の範囲で行うとよい。
加熱は、加熱還流条件で行うことが好ましく、4時間以上、好ましくは4~8時間で、80~110℃、好ましくは90~105℃の範囲で行うとよい。
アルミン酸塩の使用量は、シリカ紛体の換算量SiO2換算量に対するアルミン酸塩のAl2O3換算量のモル比として、0.00040~0.00160の範囲内、好ましくは0.00060~0.00100で調整するとよい。
アルミン酸塩の水溶液としては、濃度が1~3質量%で調整するとよい。アルミン酸塩の水溶液は、シリカ分散体中のSiO2100質量部に対し、5.8~80.0質量部、好ましくは15~25質量部で添加することができる。
シリカ分散体中のシリカ濃度は、5~20質量%であることが好ましく、10~15質量%がより好ましい。また、シリカ分散体のpHは、6~8であることが好まし。
アルミン酸処理後のシリカ分散体のpHとしては6~8であることが好ましい。
次に、上記酸処理し、必要に応じてアルミン酸処理した後のシリカ粉体を、pH8以上、好ましくは9~11でアルカリ処理し、シリカ凝集体を解膠する。
これによって、シリカ凝集体の強固な結合を解膠して、個々の鱗片状シリカ粒子の形態に近づけることができる。
アルカリ処理によって、シリカ粉体に含まれるシリカ粒子のほぼ全量が、個々の鱗片状シリカ粒子に解膠されてもよく、その一部のみが解膠されて凝集体が残っていてもよい。また、シリカ分散体に含まれるシリカ凝集体は、すべての部分が個々の鱗片状シリカ粒子に解膠されてもよく、その一部分のみが解膠されて凝集体部分が残っていてもよい。残った凝集体は、後工程の湿式解砕工程で、個々の鱗片状シリカ粒子に解砕することが可能である。
アルカリ処理は、10~50℃の範囲で1~48時間、好ましくは2~24時間行うとよい。
アルカリ性液としては、Li、Na、K等のアルカリ金属塩を含む水溶液を用いることができる。また、アルカリ性液としてアンモニア水(NH3OH)を用いてもよい。これらの中で好ましくは水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムである。
アルカリ金属塩は、シリカ分散体中のシリカ1gに対し0.4~2.5mmolで調整すればよく、0.5~2mmolであることがより好ましい。
シリカ分散体中のシリカ濃度は、3~7質量%であることが好ましく、10~16質量%がより好ましい。また、シリカ分散体のpHは、8~11であることが好ましく、9~11がより好ましい。
シリカ分散体とアルカリ性液との配合割合については、pH8以上となるように調整すればよく、特に制限されない。
アルカリ処理後のシリカ分散体には、水を添加又は濃縮して、固形分量を調整することができる。また、アルカリ処理後のシリカ分散体のpHとしては8.0~12.5であることが好ましく、9~11がより好ましい。
次に、上記アルカリ処理したシリカ粉体を湿式解砕し、鱗片状シリカ粒子を得る。
ここで、アルカリ処理したシリカ粉体には、シリカ凝集体が解膠されて、一部残存したシリカ凝集体とともに、シリカ凝集体がある程度微粒化された状態でシリカ粒子が含まれる。これを湿式解砕することで、これらのシリカ粒子をさらに解砕して、個々の鱗片状シリカ粒子を得ることができる。あらかじめ、アルカリ処理しておくことで、湿式解砕においてシリカ粒子の解砕を促進することができる。そのため、シリカ粒子が十分に解砕されずに不定形粒子として残ることを防ぐことができる。
分散体濃度は0.1~20質量%が好ましい。解砕効率や粘度上昇による作業効率を考慮すると0.1~15質量%がより好ましい。
湿式解砕後のシリカ粉体は、任意にカチオン交換処理をしてもよい。
これによって、シリカ粉体に含まれるカチオン、特に金属イオンを除去することができる。
カチオン交換樹脂の樹脂母体としては、例えば、スチレン-ジビニルベンゼン等のスチレン系、(メタ)アクリル酸系等を挙げることができる。また、カチオン交換樹脂としては、水素型(H型)カチオン交換樹脂が好ましく、例えば、スルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等を有するカチオン交換樹脂を挙げることができる。
カチオン交換樹脂は、シリカ分散体中のSiO2100質量部に対し、3~20質量部で添加することができる。
シリカ分散体中のシリカ濃度は、3~20質量%であることが好ましく、10~20質量%がより好ましい。
シリカ分散体のpHは、4以下であることが好ましく、2.0~3.5がより好ましい。
鱗片状シリカ粒子は、粉体の状態で本発明のコート液の調製に用いてもよく、媒体に分散させ分散体として、本発明のコート液の調製に用いてもよい。
鱗片状シリカ粒子を含む分散体としては、上記した湿式解砕後に、任意にカチオン交換処理をした後、そのままの状態で、又は、水分を濃縮又は希釈したものを使用することができる。また、このような分散体の水分を除去して、有機溶剤を添加して使用してもよい。有機溶剤としては、たとえば後述する液体媒体(C)で挙げる有機溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン、灯油、軽油等を挙げることができる。
液体媒体(C)は、(B)成分を分散する液体である。液体媒体(C)は、(A)成分を溶解する溶媒であってもよい。
液体媒体(C)としては、たとえば、水、アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類、エステル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物、含硫黄化合物等が挙げられる。
アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。
ケトン類としては、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が挙げられる。
エーテル類としては、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等が挙げられる。
セロソルブ類としては、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等が挙げられる。
エステル類としては、酢酸メチル、酢酸エチル等が挙げられる。
グリコールエーテル類としては、エチレングリコールモノアルキルエーテル等が挙げられる。
含窒素化合物としては、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等が挙げられる。
含硫黄化合物としては、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
液体媒体(C)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
液体媒体(C)は、水と他の液体との混合液であってもよい。該他の液体としては、たとえば、前述したアルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類、エステル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物、含硫黄化合物等が挙げられる。
該他の液体のうち、(A)成分の溶媒としては、アルコール類が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールが特に好ましい。
液体媒体(C)の含有量は、アルカリバリア層形成用コート液の全量(100質量%)に対して、93~99.7質量%、好ましくは95~99.5質量%である。
本発明のコート液は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、(A)成分及び(B)成分以外の他の成分をさらに含有してもよい。
該他の成分としては、たとえば、紫外線吸収剤、赤外線反射/赤外線吸収剤、反射防止剤、他の機能性粒子、レベリング性向上のための界面活性剤、耐久性向上のための金属化合物等が挙げられる。
赤外線反射/赤外線吸収剤としては、TiO2、Sb含有SnOX(ATO)、Sn含有In2O3(ITO)等が挙げられる。
(B)成分以外の金属酸化物粒子の材料としては、Al2O3、SiO2、SnO2、TiO2、ZrO2、ZnO、CeO2、Sb含有SnOX(ATO)、Sn含有In2O3(ITO)、RuO2等が挙げられる。
金属粒子の材料としては、金属(Ag、Ru等)、合金(AgPd、RuAu等)等が挙げられる。
顔料粒子としては、無機顔料(チタンブラック、カーボンブラック等)、有機顔料等が挙げられる。
樹脂粒子の材料としては、ポリアクリル、ポリスチレン、メラニン樹脂等が挙げられる。
機能性粒子は、中実粒子でもよく、中空状又は穴あき状粒子であってもよい。
機能性粒子は、各粒子が独立した状態で存在していてもよく、各粒子が鎖状に連結していてもよく、各粒子が凝集していてもよい。
機能性粒子は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
耐久性向上のための金属化合物としては、ジルコニウムキレート化合物、チタンキレート化合物、アルミニウムキレート化合物が好ましい。
ジルコニウムキレート化合物としては、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシステアレート等が挙げられる。
チタンキレート化合物としては、チタンテトラアセチルアセトナート等が挙げられる。
アルミニウムキレート化合物としては、アルミニウムテトラアセチルアセトナート等が挙げられる。
これら任意成分のコート液中の含有量は、コート液の塗布性、必要な機能等を考慮して適宜設定できる。
本発明のコート液は、ガラス基板の上にアルカリバリア層を形成するために用いられる。詳しくは後で説明するが、本発明のコート液をガラス基板の上に塗布し、乾燥することで、(A)成分に由来するマトリックス(アルコキシシランの加水分解物の縮合物)中に(B)成分が分散した膜が形成される。
該膜は、本発明のコート液が(A)成分とともに、(B)成分を所定の割合で含有していることにより、乾燥、焼成時の膜の収縮が抑制されており、該収縮によるガラス基板の反りを抑制できる。たとえば、コート液の塗布後、ガラス基板の強化等の目的で、600℃以上の高温での焼成を行ったとしても、また、ガラス基板として厚さ15.0mm以下、さらには0.7mm以下であるような薄いものを用いた場合でも、反り量を、充分に許容可能な範囲内に抑えることができる。
また、該膜は、シリカ粒子である(B)成分を含んでいても、優れたアルカリバリア性を有し、アルカリバリア層として充分に機能し得る。
優れたアルカリバリア性が得られる理由は明確ではないが、水熱合成法で合成された(B)成分は、微結晶性でゾルゲルシリカよりも密度が高いことが考えられる。
さらに、(B)成分は、膜のアルカリバリア性以外の特性に与える影響も小さく、たとえば、(B)成分による透過率への影響はほとんど見られない。
また、本発明のコート液と、(A)成分を含有し(B)成分を含有しないコート液とでは、(A)成分のSiO2換算固形分濃度が同じであれば、本発明のコート液の方が、必要膜厚を得るためのコート液使用量が少なく、コスト的にも有利である。
本発明の物品は、ガラス基板と、上述した本発明のコート液により前記ガラス基板の上に形成されたアルカリバリア層と、を有する。
本発明の物品は、前記アルカリバリア層の上に、該アルカリバリア層とは異なる他の層をさらに有してもよい。該他の層によって、物品に任意の機能を付与することができる。
ガラス基板を構成するガラスとしては、特に限定されず、たとえば、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、混合アルカリ系ガラス等が挙げられ、物品の用途等に応じて適宜選択できる。
ソーダライムガラスとしては、特に限定されないが、たとえば、物品が建築用又は車両用の窓ガラスの場合、下記の組成を有するものが好ましい。
酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO2 :65~75%、
Al2O3:0~10%、
CaO :5~15%、
MgO :0~15%、
Na2O :10~20%、
K2O :0~3%、
Li2O :0~5%、
Fe2O3:0~3%、
TiO2 :0~5%、
CeO2 :0~3%、
BaO :0~5%、
SrO :0~5%、
B2O3 :0~15%、
ZnO :0~5%、
ZrO2 :0~5%、
SnO2 :0~3%、
SO3 :0~0.5%、を含む。
酸化物基準の質量百分率表示で、
SiO2 :50~75%、
Al2O3:0~15%、
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO:6~24%、
Na2O+K2O:6~24%、を含む。
物品が太陽電池用カバーガラスの場合、ガラス基板としては、表面に凹凸をつけた梨地模様の型板ガラスが好ましい。型板ガラスとしては、通常の窓ガラス等に用いられるソーダライムガラス(青板ガラス)よりも鉄の成分比が少ない(透明度が高い)ソーダライムガラス(白板ガラス)が好ましい。
ガラス基板の厚さが薄いほど、アルカリバリア層の形成時や強化のための焼成時のガラス基板の反りが問題となりやすく、本発明の有用性が高い。
また、透過率向上を目的とする用途においては、厚さが薄いほど光の吸収を低く抑えられ、透過率が高まる。かかる観点から、ガラス基板の厚さは、15.0mm以下であることが好ましく、12.0mm以下がより好ましく、7.0mm以下がさらに好ましく、3.2mm以下が特に好ましい。ガラス基板の厚さの下限は特に限定されない。
アルカリバリア層は、アルカリの透過を抑制するアルカリバリア機能を有する層である。アルカリバリア層をガラス基板と他の層との間に有することで、ガラス基板から該他の層へのアルカリの影響が抑制され、他の層の耐久性が向上する。たとえば、他の層がシリカ系多孔質膜等の低反射膜を含む場合に、ガラスに含まれるナトリウムに起因して、湿熱条件下でアルカリが生じ、その影響によって、シリカ系多孔質膜の多孔質構造が壊れる等により反射防止性能が低下することを抑制できる。
アルカリバリア層の形成方法については後で詳細に説明する。
本発明の物品が有するアルカリバリア層は1層でも2層以上でもよい。たとえば、本発明のコート液として、組成(含有する成分の種類や配合量)が異なる2種以上のコート液を使用して、2種以上の膜を順次形成した多層膜であってもよい。
アルカリバリア層の膜厚(多層である場合はそれらの合計の膜厚)は、40~200nmが好ましく、60~180nmであることがより好ましい。アルカリバリア層の膜厚が40nm以上であると、充分なアルカリバリア性が得られ、200nm以下であると、膜の均一性が良好である。
本発明の物品が、前記アルカリバリア層の上に有していてもよい他の層としては、特に限定されず、当該物品の用途を考慮し、要求される機能に応じた任意の層であってよい。
他の層の具体例としては、たとえば、低反射膜、導電膜、着色膜、赤外線カット膜、紫外線カット膜、帯電防止膜等が挙げられる。他の層は、単層膜でも多層膜でもよい。
また、低反射膜を有する物品は、太陽電池カバーガラス、ディスプレイカバーガラス、携帯電話等の通信機器用カバーガラス、車両用ガラス、建築用ガラス等に有用である。
低反射膜としては、特に限定されず、たとえば、ガラス基板等の表面に設けられる低反射膜として公知の低反射膜と同様であってよい。
低反射膜の一例としては、上述の通りシリカ系多孔質膜が挙げられる。「シリカ系多孔質膜」とは、シリカを主成分とするマトリックス中に、複数の空孔を有する膜である。
シリカ系多孔質膜は、マトリックスがシリカを主成分とすることから、比較的屈折率(反射率)が低い。また化学的安定性、ガラス基板との密着性、耐摩耗性等に優れる。さらにマトリックス中に空孔を有することで、空孔を有さない場合に比べて屈折率が低くなっている。
マトリックスとしては、実質的にシリカからなるものが好ましい。実質的にシリカからなるとは、不可避不純物(たとえば、マトリックス前駆体として非加水分解性基を有するアルコキシシランの加水分解物を用いた場合の非加水分解性基のような、原料に由来する構造。)を除いてシリカのみから構成されていることを意味する。
マトリックスは、シリカ以外の成分を少量含んでもよい。該成分としては、Li,B,C,N,F,Na,Mg,Al,P,S,K,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Sr,Y,Zr,Nb,Ru,Pd,Ag,In,Sn,Hf,Ta,W,Pt,Au,Bi及びランタノイド元素からなる群より選ばれる1つ若しくは複数のイオンおよび/または酸化物等の化合物(硝酸塩、塩化物塩、キレート化合物等が挙げられる。
マトリックスは、2次元的に重合されたマトリックス成分だけでなく、3次元的に重合されたナノ粒子を含んでも良い。ナノ粒子の組成としてAl2O3,SiO2,SnO2,TiO2,ZnO,ZrO2等が挙げられる。ナノ粒子のサイズは1~200nmが好ましい。ナノ粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、針状、中空状、シート状、角状等が挙げられる。
該膜は、マトリックス前駆体(c)の焼成物(SiO2)からなるマトリックス中に微粒子(b)が分散した膜となる。該膜においては、微粒子(b)の周囲に選択的に空隙が形成されている。該空隙によって膜全体の屈折率が低下し、優れた反射防止効果を発現する。特に、微粒子(b)のコア部が中空の場合は、より優れた反射防止効果を発現する。該膜は、低コストで、かつ比較的低温であっても形成できる利点もある。
上層塗布液(I)、及びこれを用いたシリカ系多孔質膜の形成方法についてはそれぞれ後で詳細に説明する。
シリカ系多孔質膜の膜厚は、反射分光膜厚計により測定される。
防汚膜に用いる材料としては、撥水もしくは撥油性を示すフッ素含有化合物、アルキル基含有化合物等が挙げられる。
導電膜とは、膜の表面抵抗値が1012Ω/□以下であることを意味する。
導電膜の材質としては、Sb含有SnOX(ATO)、Sn含有In2O3(ITO)、RuO2、Ag、Ru、AgPd、RuAu等が挙げられる。
導電膜はスピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ダイコート法、カーテンコート法、スクリーンコート法、インクジェット法、フローコート法、グラビアコート法、バーコート法、フレキソコート法、スリットコート法、ロールコート法等の公知の方法により形成できる。
上層塗布液(I)は、分散媒(a)と、前記分散媒(a)中に分散した微粒子(b)と、前記分散媒(a)中に溶解又は分散したマトリックス前駆体(c)とを含む。
分散媒(a)としては、前記液体媒体(C)と同様のものが挙げられる。
マトリックス前駆体(c)がアルコキシシランの加水分解物である場合、加水分解に水が必要となるため、分散媒(a)は少なくとも水を含むことが好ましい。分散媒(a)としては、水と他の液体とを併用してもよい。該他の液体としては、たとえば、アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類、エステル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物、含硫黄化合物等が挙げられる。前記他の液体のうち、マトリックス前駆体(c)の溶媒としては、アルコール類が好ましく、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールが特に好ましい。
金属酸化物微粒子の材料としては、Al2O3、SiO2、SnO2、TiO2、ZrO2、ZnO、CeO2、Sb含有SnOX(ATO)、Sn含有In2O3(ITO)、RuO2等が挙げられ、低屈折率である点から、SiO2が好ましい。
金属微粒子の材料としては、金属(Ag、Ru等)、合金(AgPd、RuAu等)等が挙げられる。
顔料系微粒子としては、無機顔料(チタンブラック、カーボンブラック等)、有機顔料等が挙げられる。
樹脂微粒子の材料としては、ポリアクリル、ポリスチレン、メラニン樹脂等が挙げられる。
微粒子(b)の平均凝集粒子径は、1~1000nmが好ましく、3~500nmがより好ましく、5~300nmがさらに好ましい。微粒子(b)の平均凝集粒子径が1nm以上であれば、反射防止効果が充分に高くなる。微粒子(b)の平均凝集粒子径が1000nm以下であれば、シリカ系多孔質膜14のヘイズが低く抑えられる。
微粒子(b)の平均凝集粒子径は、分散媒(a)中における微粒子(b)の平均凝集粒子径であり、動的光散乱法で測定される。なお、凝集がみられない単分散の微粒子(b)の場合には、平均凝集粒子径は平均一次粒子径と等しい。
微粒子(b)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルコキシシランとしては、(A)成分の説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。加水分解物は、(A)成分で説明した方法と同様の方法でアルコキシシランを加水分解することにより得られる。加水分解時に用いる触媒としては、微粒子(b)の分散を妨げないものが好ましい。
テルペンとは、イソプレン(C5H8)を構成単位とする(C5H8)n(ただし、nは1以上の整数である。)の組成の炭化水素を意味する。
テルペン誘導体(d)とは、テルペンから誘導される官能基を有するテルペン類を意味する。テルペン誘導体(d)は、不飽和度を異にするものも包含する。
なお、テルペン誘導体(d)には分散媒(a)として機能するものもあるが、「イソプレンを構成単位とする(C5H8)nの組成の炭化水素」であるものは、テルペン誘導体(d)に該当し、分散媒(a)には該当しないものとする。
テルペン誘導体(d)としては、シリカ系多孔質膜14の反射防止効果の点から、分子中に水酸基及び/又はカルボニル基を有するテルペン誘導体が好ましく、分子中に水酸基、アルデヒド基(-CHO)、ケト基(-C(=O)-)、エステル結合(-C(=O)O-)、及びカルボキシ基(-COOH)からなる群から選ばれる1種以上を有するテルペン誘導体がより好ましく、分子中に水酸基、アルデヒド基及びケト基からなる群から選ばれる1種以上を有するテルペン誘導体がさらに好ましい。
テルペン誘導体(d)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
他の添加剤としては、レベリング性向上のための界面活性剤、シリカ系多孔質膜14の耐久性向上のための金属化合物等が挙げられる。
界面活性剤としては、シリコーンオイル系、アクリル系等が挙げられる。
金属化合物としては、ジルコニウムキレート化合物、チタンキレート化合物、アルミニウムキレート化合物等が好ましい。ジルコニウムキレート化合物としては、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシステアレート等が挙げられる。
上層塗布液(I)の固形分とは、微粒子(b)及びマトリックス前駆体(c)(ただし、マトリックス前駆体(c)の固形分は、アルコキシシランのSiO2換算量である。)の合計を意味する。
テルペン誘導体(d)を上層塗布液(I)に配合する場合、その配合量は、上層塗布液(I)の固形分1質量部に対して、0.01~2質量部が好ましく、0.03~1質量部がより好ましい。テルペン誘導体(d)が0.01質量部以上であれば、反射防止効果がテルペン誘導体(d)の無添加の場合と比べて充分に高くなる。テルペン誘導体(d)が2質量部以下であれば、シリカ系多孔質膜の強度が良好となる。
本発明の物品は、たとえば、ガラス基板の上に、本発明のコート液を塗布し、乾燥(焼成)してアルカリバリア層を形成し、必要に応じて、前記アルカリバリア層の上に他の層を形成することにより製造できる。
アルカリバリア層の形成時又は形成後(たとえば他の層の形成時又は形成後)に、アルカリバリア層の緻密化、ガラス基板の物理強化等のために、80~700℃、好ましくは100~700℃での焼成処理を行うことが好ましい。該焼成処理を行うことは、本発明の有用性の点でも好ましい。
塗布時のコート液の液温度は、室温~80℃が好ましく、室温~60℃がより好ましい。
乾燥(焼成)温度は、30℃以上が好ましく、ガラス基板やコート液の材料((A)成分等)に応じて適宜決定すればよい。
アルカリバリア層は、80℃以上の温度で焼成されることが好ましい。焼成温度は、100℃以上がより好ましく、200~700℃がさらに好ましい。焼成温度が80℃以上であれば、アルコキシシランの加水分解物を速やかに焼成物とすることができる。特に100℃以上であると、焼成物が緻密化して耐久性が向上する。
アルカリバリア層の上に他の層をさらに形成する場合、アルカリバリア層の焼成は、他の層の形成前に行ってもよく、形成後に行ってもよい。たとえば、他の層の形成時に焼成を行う場合、該他の層の焼成工程が、アルカリバリア層の焼成工程を兼ねることもできる。
たとえば、前述した上層塗布液(I)を用いる場合、これをアルカリバリア層の上に塗布し、乾燥(焼成)することによって、シリカ系多孔質膜からなる低反射膜を形成することができる。
上層塗布液(I)の塗布、乾燥(焼成)は、本発明のコート液の塗布、乾燥(焼成)と同様にして実施できる。好ましい条件も同様である。
ただし、自然乾燥であっても、アルコキシシランの加水分解物の重合はある程度進むため、時間に何らの制約もないのであれば、乾燥又は焼成温度を室温付近の温度設定とすることも、理論上は可能である。
本発明の物品は、ガラス基板上に、本発明のコート液により形成されたアルカリバリア層を有する。
アルカリバリア層が本発明のコート液により形成されることで、本発明の物品は、該コート液の塗布後の乾燥(焼成)時における膜の収縮と、それに伴うガラス基板の反りが抑制されている。その反り量は、ガラス基板の物理強化のための高温焼成を行っても充分に少ないものとなっている。そのため、本発明の物品は、製造時に、強化条件の制約を受けにくく、また、許容範囲を超える反りの発生による製品歩留まりの低下が生じにくく、生産性に優れる。
また、該アルカリバリア層は、優れたアルカリバリア性を有している。そのため該アルカリバリア層をガラス基板と他の層との間に有する物品は、ガラス基板からのアルカリによる他の層の機能低下が生じにくく、耐久性に優れる。
以下の各例のうち、例2~7は実施例であり、例1、例8~11は比較例である。
以下の各例で用いた測定・評価方法及び材料(入手先又は調製方法)を以下に示す。
(アスペクト比測定法)
透過型電子顕微鏡(TEM)写真から実測した鱗片状シリカの最大径長さを、原子間力顕微鏡(AFM)で測定した最小平均厚みで割ることでアスペクト比を求めた。
また平均アスペクト比は、上記方法で求めたアスペクト比から任意の50点を選び、平均することで求めた。
反り測定用物品(ガラス基板上に下層(アルカリバリア膜)を形成した物品)を、下層形成面が上になるように水平な平板上に静置し、平板下面から基板頂点上部までの高さ(mm)をマイクロメーターにて測定した。測定値から平板と基板の合計厚み(3.4mm)を差し引き、反り量(mm)とした。
環境試験機(エスペック社製、PR-1SP)に、ガラス基板及び膜特性測定用物品(ガラス基板上に下層(アルカリバリア膜)と上層(低反射膜)を形成した物品)をセットし、90℃、湿度95%RHで168時間放置した。その後、取り出したガラス基板、及び膜特性測定用物品のそれぞれの透過率を、後述する手順で測定した。測定値から、下式(1)により透過率差Tdを求めた。
Td=T1-T2 ・・・(1)
ただし、前記式(1)中、T1は膜特性測定用物品の透過率であり、T2はガラス基板のみの透過率である。
ガラス基板及び膜特性測定用物品の透過率(%)は、分光光度計(日本分光社製、V670)を用いて、波長400~1100nmにおける光について測定した。光の入射角度は5°とした。
(マトリックス前駆体溶液(α-1))
変性エタノール(日本アルコール販売社製、ソルミックスAP-11(商品名)、エタノールを主剤とした混合溶媒。以下「変性エタノール」は同じものを示す。)の80.4gを撹拌しながら、これにイオン交換水の11.9gと61質量%硝酸の0.1gとの混合液を加え、5分間撹拌した。これに、テトラエトキシシラン(固形分濃度:29質量%)の7.6gを加え、室温で30分間撹拌し、固形分濃度が2.2質量%のマトリックス前駆体溶液(α-1)を調製した。
なお、ここでの固形分濃度は、SiO2換算での固形分濃度(テトラエトキシシランのすべてのSiがSiO2に転化したときの固形分濃度)である。
変性エタノールの77.6gを撹拌しながら、これにイオン交換水の11.9gと61質量%硝酸の0.1gとの混合液を加え、5分間撹拌した。これに、テトラエトキシシラン(SiO2換算での固形分濃度:29質量%)の10.4gを加え、室温で30分間撹拌し、SiO2換算での固形分濃度が3.0質量%のマトリクス前駆体溶液(α-2)を調製した。
得られたマトリクス前駆体溶液(α-2)は、後述の上層(低反射膜)用塗布液(L)の調製に使用した。
「シリカ分散体の作製」
出発原料のシリカヒドロゲルは、ケイ酸ナトリウムをアルカリ源として次のようにして調製した。SiO2/Na2O=3.0(モル比)、SiO2濃度21.0質量%であるケイ酸ナトリウム水溶液2000mL/minと、硫酸濃度20.0質量%の硫酸の水溶液とを、放出口を備えた容器内に別個の導入口から導入して瞬間的に均一混合して、放出口から空中に放出される液のpHが7.5~8.0になるように2液の流量比を調整し、均一混合されたシリカゾル液を放出口から連続的に空気中に放出させた。放出された液は、空気中で球形液滴となり、放物線を描いて約1秒間滞空する間に空中でゲル化した。落下地点には、水を張った熟成槽を置いておき、ここに落下せしめて熟成させた。
熟成後、pHを6に調整し、さらに十分水洗して、シリカヒドロゲルを得た。得られたシリカヒドロゲル粒子は、粒子形状が球形であり、平均粒子径が6mmであった。このシリカヒドロゲル粒子中のSiO2質量に対する水の質量比率は、4.55倍であった。
上記シリカヒドロゲル粒子を、ダブルロールクラッシャーを用いて平均粒子径2.5mmに粗粉砕して、次の水熱処理に用いた。
合成後のシリカ分散体を濾過及び洗浄してシリカ粉体を取り出し、透過型顕微鏡(TEM)を用いて観察した結果、シリカ分散体には、シリカ凝集体が含まれることが観察された。また、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所社製、「LA-950」、以下同じ)でのシリカ粒子の平均粒子径は8.33μmであった。
合成後のシリカ分散体(赤外線水分計で計測の固形分13.3質量%、pH11.4)10100gをスターラーで撹拌しながら、硫酸濃度20質量%の硫酸の水溶液1083g加えた。添加後のpHは1.5であった。そのまま室温下で18時間撹拌を継続し処理を行った。
酸処理後のシリカ分散体は、シリカ1g当たり50mLの水でろ過洗浄を行った。洗浄後のシリカケーキを回収し、水を加えスラリー状に調製した。このシリカ分散体の赤外線水分計で計測の固形分は14.7質量%、pHは4.8であった。
洗浄後のシリカ分散体7000gを10Lのフラスコへ入れ、オーバーヘッドスターラーで撹拌しながら、2.02質量%濃度のアルミン酸ナトリウム水溶液197g(Al2O3/SiO2モル比=0.00087)を少量ずつ加えた。添加後のpHは7.2であった。添加後、室温下で1時間撹拌を継続した。その後、昇温し加熱還流条件で4時間処理を行った。
アルミン酸処理後のシリカ分散体775gをスターラーで撹拌しながら、水酸化カリウム43.5g(1mmol/g-シリカ)、及び水1381gを加えた。添加後のpHは9.9であった。そのまま室温下で24時間撹拌を継続し処理を行った。また、アルカリ処理後のシリカ粒子の平均粒子径は7.98μmであった。
アルカリ処理後のシリカ分散体を、超高圧湿式微粒化装置(吉田機械興業社製、「ナノマイザNM2-2000AR」、孔径120μm衝突型ジェネレータ)を用い、吐出圧力130~140MPaで30パスで処理を行い、シリカ粒子を解砕・分散化した。解砕後のシリカ分散体のpHは9.3、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置での平均粒子径は0.182μmであった。
湿式解砕後のシリカ分散体を濾過及び洗浄して、シリカ粉体を取り出し、透過型顕微鏡(TEM)を用いて観察した結果を図1に示す。図1に示すように、シリカ分散体には、鱗片状シリカ粒子が含まれることが観察された。
解砕後のシリカ分散体1550gにカチオン交換樹脂161mLを添加し、オーバーヘッドスターラーで撹拌しながら、室温下で17時間処理した。その後、カチオン交換樹脂を分離した。カチオン交換後のシリカ分散体のpHは3.7であった。
鱗片状シリカ粒子分散液(β)に含まれるシリカ粒子の平均粒子径は、湿式解砕後と同じであり、0.182μmであった。平均アスペクト比は188であった。
鱗片状シリカ粒子分散液(β)の赤外線水分計で計測の固形分は、3.6質量%であった。
日産化学工業社製、スノーテックス OS(商品名)、SiO2換算での固形分濃度:20.5質量%、平均一次粒子径:8~10nm。
日産化学工業社製、スノーテックス O(商品名)、SiO2換算での固形分濃度:20.5質量%、平均一次粒子径:10~20nm。
マトリックス前駆体溶液(α-1)をそのまま用いて、SiO2換算での固形分濃度が2.2質量%の下層用塗布液(A)とした。
マトリックス前駆体溶液(α-1)の95.0gを攪拌しながら、これに変性エタノールの2.8g、鱗片状シリカ粒子分散液(β)の2.2gを加え、固形分濃度が2.2質量%の下層用塗布液(B)を調製した。
組成を表1に示すとおりに変更した以外は、下層用塗布液(B)と同様にして、固形分濃度が2.2質量%の下層用塗布液(C)~(K)を調製した。
変性エタノールの16.5gを撹拌しながら、これにイソブチルアルコールの24.0g、ジアセトンアルコールの15.0g、β-ヨノンの1.0g、マトリクス前駆体溶液(α-2)の30.0g、及び鎖状中実シリカ微粒子分散液(γ)の13.5gを加え、SiO2換算での固形分濃度が3.0質量%の上層用塗布液(L)を調製した。
(ガラス基板の研磨と洗浄)
ガラス基板として、ソーダライムガラス(旭硝子社製、FL0.7(商品名)。サイズ:100mm×100mm、厚さ:0.7mm)と、型板ガラス(旭硝子社製、Solite(商品名)。低鉄分のソーダライムガラス(白板ガラス)、サイズ:100mm×100mm、厚さ:3.2mm)を用意した。各ガラスの表面を酸化セリウム水分散液で、
3分間研磨し、水で酸化セリウムを洗い流した後、イオン交換水でリンス(rinse)し、乾燥させた。なお、乾燥終了時点の反りは0であった。
前記ソーダライムガラスを予熱炉(ISUZU社製、VTR-115)にて、80℃で予熱し、スピンコータ(ミカサ社製、1H-360S)に、研磨した表面の温度を30℃に保持した状態で設置した。次いで、前記基材の研磨した表面に、下層用塗布液(A)をポリスポイトで1mL滴下してスピンコートした。その後、大気中で、650℃で10分焼成して、反り測定用物品(アルカリバリア層の1層構成の物品)を得た。
得られた反り測定用物品について反り測定を行った。結果を表1に示す。
前記型板ガラスを予熱炉(ISUZU社製、VTR-115)にて、80℃で予熱し、スピンコータ(ミカサ社製、1H-360S)に、研磨した表面の温度を30℃に保持した状態で設置した。次いで、前記基材の研磨した表面に、下層用塗布液(A)をポリスポイトで1mL滴下してスピンコートし、その上にさらに上層用塗布液(L)をポリスポイトで1mL滴下してスピンコートした。その後、大気中で、600℃で10分焼成して膜特性測定用物品(アルカリバリア層/低反射膜の2層構成の物品)を得た。
得られた膜特性測定用物品について耐高温高湿性評価を行った。結果を表1に示す。
下層用塗布液の種類を表1に示すように変更した以外は例1と同様にして2種類の物品(反り測定用物品、及び膜特性測定用物品)を得た。反り測定用物品について、反り測定、膜特性測定用物品について耐高温高湿性評価を行った。結果を表1に示す。
表1中、「粒子/マトリックス前駆体」は、下層塗布液中のシリカ粒子(鱗片状又は球状)とマトリックス前駆体との固形分での質量比を示す。
また、例2~7の膜特性測定用物品は、透過率差Tdが0.5%以下と少なかった。このことから、下層塗布液(B)~(G)から形成された下層が充分なアルカリバリア性を有し、高温高湿下での低反射膜へのアルカリの影響を抑制できることが確認できた。
一方、鱗片シリカ粒子の代わりに球状シリカ粒子を配合した下層塗布液を用いた例8~11は、反り測定用物品の反り量が、例1の反り測定用物品の反り量と同等かそれよりも大きかった。また、膜特性測定用物品の透過率差Tdは、0.5%を超えていた。
なお、2013年1月15日に出願された日本特許出願2013-004618号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (14)
- アルコキシシラン及びその加水分解物からなる群から選ばれる少なくとも1種のマトリックス前駆体(A)と、鱗片状シリカ粒子(B)と、液体媒体(C)とを含有し、
前記マトリックス前駆体(A)と前記鱗片状シリカ粒子(B)との合計量に対する前記鱗片状シリカ粒子(B)の含有量(固形分量)の割合が5~90質量%であることを特徴とするアルカリバリア層形成用コート液。 - 前記アルコキシシランが、下記一般式で表される化合物である、請求項1に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
SiXmY4-m
(mは2~4の整数であり、Xはアルコキシ基であり、
Yは非加水分解性基である。) - 前記鱗片状シリカ粒子(B)の平均アスペクト比が50~650、平均粒子径が0.08~0.42μmである、請求項1又は2に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
- 前記鱗片状シリカ粒子(B)が、厚みが0.001~0.1μmの薄片状のシリカ1次粒子、又は厚みが0.001~3μmの、複数枚の薄片状のシリカ1次粒子が互いに面間が平行的に配向し、重なって形成されるシリカ2次粒子である、請求項1~3のいずれか一項に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
- 前記鱗片状シリカ粒子(B)が、鱗片状シリカ粒子が凝集したシリカ凝集体を含むシリカ粉体を、pH2以下で酸処理する工程と、前記酸処理したシリカ粉体をpH8以上でアルカリ処理し、前記シリカ凝集体を解膠する工程と、前記アルカリ処理したシリカ粉体を湿式解砕する工程とを含む方法により製造されたものである、請求項3又は4に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
- 前記液体媒体(C)が、水、アルコール類、ケトン類、エーテル類、セロソルブ類、エステル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物、及び含硫黄化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1~5のいずれか一項に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
- マトリックス前駆体(A)の含有量は、固形分濃度(SiO2換算)として、アルカリバリア層形成用コート液の総質量に対し、0.03~6.3質量%である、請求項1~6のいずれか一項に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
- マトリックス前駆体(A)と鱗片状シリカ粒子(B)の合計量は、固形分濃度(SiO2換算)として、アルカリバリア層形成用コート液の総質量に対し、0.3~7質量%である、請求項1~7のいずれか一項に記載のアルカリバリア層形成用コート液。
- ガラス基板と、請求項1~8のいずれか一項に記載のアルカリバリア層形成用コート液により前記ガラス基板の上に形成されたアルカリバリア層と、を有する物品。
- 前記アルカリバリア層の膜厚が40~200nmである請求項9に記載の物品。
- 前記ガラス基板の厚さが15.0mm以下である、請求項9又は10に記載の物品。
- 前記アルカリバリア層の上に、該アルカリバリア層とは異なる他の層をさらに有する、請求項9~11のいずれか一項に記載の物品。
- 前記他の層が低反射膜を含む、請求項12に記載の物品。
- 前記アルカリバリア層の形成時又は形成後に、100~700℃での焼成処理が施されてなる、請求項9~13のいずれか一項に記載の物品。
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