JP6094308B2 - Silica porous membrane - Google Patents
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Description
本発明は、高い耐摩耗性を有し、低屈折率性、防汚性などに優れたシリカ多孔質膜に関するものである。 The present invention relates to a porous silica film having high wear resistance and excellent low refractive index property, antifouling property and the like.
耐摩耗性、低屈折率性、防汚性を有するシリカ膜に関する公知技術としては、特許文献1〜4が知られている。 Patent Documents 1 to 4 are known as known techniques related to a silica film having wear resistance, low refractive index property, and antifouling property.
特許文献1では、シリカなどの光学膜に対してフッ素を含有する防汚層形成用塗料をトップコートして、防汚層を形成しているが、この手法では、下層と防汚層との間の化学結合の形成が不十分であるために防汚層の密着性が低く、耐摩耗性が低いと考えられる。特許文献1の実施例を見る限り、ゾルゲル法でコーティングしたシリカ膜に塗布した場合では、スチールウール100g、10往復の試験において、わずかではあるものの、傷が確認されている。したがって、光学材料として実用上の磨耗性はないと考えられる。また、反射防止加工後に別工程として表層に含フッ素材料のコーティングを行っていることから、複数回の塗布工程を必要とし、歩止りやコストの面においても生産性に劣る。 In Patent Document 1, an antifouling layer-forming paint containing fluorine is top-coated on an optical film such as silica to form an antifouling layer. In this method, the lower layer and the antifouling layer are formed. It is considered that the adhesion of the antifouling layer is low and the wear resistance is low because the formation of chemical bonds between them is insufficient. As far as the examples of Patent Document 1 are seen, scratches have been confirmed in the case of applying to a silica film coated by the sol-gel method, although it is slight in a test of steel wool 100 g and 10 reciprocations. Therefore, it is considered that there is no practical wear as an optical material. Further, since the surface layer is coated with the fluorine-containing material as a separate process after the antireflection processing, a plurality of coating processes are required, and the productivity is poor in terms of yield and cost.
この問題点を解決するために、特許文献2〜4では、パーフルオロ基を有するシラン及びアルキルシラン及び/又はテトラアルコキシシランの縮合体と、シリカ粒子と、金属(主としてアルミニウム)アルコキシド及び/又は金属(主としてアルミニウム)キレート化合物を含有するコーティング材料を用いることで、防汚性だけではなく、耐摩耗性、低屈折率性を有するシリカ膜を形成する方法が開示されている。この手法では、低屈折率層材料にフッ素化合物を含有させているために、一度の塗工で低屈折率性と耐摩耗性及び防汚性を有するシリカ膜を提供できる。 In order to solve this problem, in Patent Documents 2 to 4, a condensate of a silane having a perfluoro group and an alkylsilane and / or tetraalkoxysilane, silica particles, metal (mainly aluminum) alkoxide and / or metal A method of forming a silica film having not only antifouling properties but also abrasion resistance and low refractive index by using a coating material containing a (mainly aluminum) chelate compound is disclosed. In this method, since the fluorine compound is contained in the low refractive index layer material, a silica film having low refractive index properties, abrasion resistance and antifouling properties can be provided by a single coating.
しかしながら、特許文献2〜4に記載されたシリカ膜では、分子間凝集エネルギーが小さいフッ素化合物(フルオロアルキル基含有化合物)がシリカ膜内部に存在しているため、シリカ膜内部でのシラン縮合体及びシリカ粒子間の凝集エネルギーを低下させる結果、シリカ膜の強度が損なわれ、耐摩耗性を低下させている。 However, in the silica films described in Patent Documents 2 to 4, since a fluorine compound (fluoroalkyl group-containing compound) having a small intermolecular cohesive energy exists in the silica film, the silane condensate in the silica film and As a result of reducing the cohesive energy between the silica particles, the strength of the silica film is impaired and the wear resistance is reduced.
以上のように、従来の技術では、実用可能な耐摩耗性を有する低屈折率・防汚性シリカ膜は得られていなかった。 As described above, the conventional technique has not provided a practical low-refractive index and antifouling silica film having wear resistance.
本発明の課題は、高い耐摩耗性を有し、低屈折率性、防汚性などに優れたシリカ多孔質膜を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a porous silica film having high abrasion resistance and excellent low refractive index property, antifouling property and the like.
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、下記の条件(1)及び(2)を満たすシリカ多孔質膜が、高い耐摩耗性及び防汚性を有し、低い屈折率を有することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a porous silica film satisfying the following conditions (1) and (2) has high wear resistance and antifouling properties, and has a low refractive index. The present invention was completed.
即ち、本発明の要旨は、下記(1)及び(2)を満たし、屈折率が1.20〜1.45であることを特徴とするシリカ多孔質膜、に存する。
(1) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、X線光電子分光法(XPS)によって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合が3〜35原子%である。
(2) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置から、該表面から深さ方向40nmの位置までの領域において、深さ方向のXPS分析によって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合が0.8原子%以下である。
That is, the gist of the present invention is to satisfy the following (1) and (2), consists in the silica porous membrane, wherein the refractive index of 1.20 to 1.45.
(1) Carbon atom, oxygen atom, fluorine atom and silicon atom calculated by elemental analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in the region from the surface of the porous silica membrane to the position of 10 nm in the depth direction The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of is 3 to 35 atomic%.
(2) Carbon atoms calculated by elemental analysis by XPS analysis in the depth direction in a region from the position of 10 nm in the depth direction from the surface of the porous silica membrane to a position in the depth direction of 40 nm from the surface The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of oxygen atoms, fluorine atoms and silicon atoms is 0.8 atomic% or less.
さらに、本発明のシリカ多孔質膜は、シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、深さ方向のXPSによって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対する酸素原子数の割合が30〜70原子%であることが好ましい。 Furthermore, the silica porous membrane of the present invention is a carbon atom, oxygen atom, calculated by elemental analysis by XPS in the depth direction in the region from the surface of the silica porous membrane to the position in the depth direction of 10 nm. The ratio of the number of oxygen atoms to the total number of fluorine atoms and silicon atoms is preferably 30 to 70 atomic%.
さらに、本発明のシリカ多孔質膜は、表面粗さ(Ra)が0.2〜6nmであることが好ましい。 Furthermore, the porous silica film of the present invention preferably has a surface roughness (Ra) of 0.2 to 6 nm.
本発明によれば、高い耐摩耗性を有し、低屈折率性、防汚性などに優れたシリカ多孔質膜が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the porous silica membrane which has high abrasion resistance, and was excellent in low refractive index property, antifouling property, etc. is provided.
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施できる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
[シリカ多孔質膜]
本発明のシリカ多孔質膜は、下記(1)及び(2)を満たすものであり、好ましくは、更に下記(3)を満たし、屈折率が1.20〜1.45で、表面粗さ(Ra)が1〜6nmであるものである。
(1) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、X線光電子分光法(XPS)によって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合が3〜35原子%である。
(2) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置から、該表面から深さ方向40nmの位置までの領域において、深さ方向のXPS分析によって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合が0.8原子%以下である。
(3) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、XPSによって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対する酸素原子数の割合が30〜70原子%である。
[Silica porous membrane]
The porous silica membrane of the present invention satisfies the following (1) and (2), preferably further satisfies the following (3), has a refractive index of 1.20 to 1.45, and a surface roughness ( Ra) is 1 to 6 nm.
(1) Carbon atom, oxygen atom, fluorine atom and silicon atom calculated by elemental analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in the region from the surface of the porous silica membrane to the position of 10 nm in the depth direction The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of is 3 to 35 atomic%.
(2) Carbon atoms calculated by elemental analysis by XPS analysis in the depth direction in a region from the position of 10 nm in the depth direction from the surface of the porous silica membrane to a position in the depth direction of 40 nm from the surface The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of oxygen atoms, fluorine atoms and silicon atoms is 0.8 atomic% or less.
(3) The number of oxygen atoms relative to the total number of carbon atoms, oxygen atoms, fluorine atoms and silicon atoms, calculated by elemental analysis by XPS in the region from the surface of the porous silica membrane to the position of 10 nm in the depth direction Is 30 to 70 atomic%.
なお、以下において、本発明における、シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、X線光電子分光法(XPS)によって元素分析(以下、この分析を「表面元素分析」と称す場合がある。)することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合を「最表層フッ素量」と称し、シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置から、該表面から深さ方向40nmの位置までの領域において、深さ方向のXPS分析によって元素分析(以下、この分析を「深さ方向元素分析」と称す場合がある。)することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合を「第2表層フッ素量」と称す場合がある。
また、シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、XPSによって表面元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対する酸素原子数の割合を「最表層酸素量」と称す場合がある。
In the following, in the present invention, in the region from the surface of the porous silica film to the position in the depth direction of 10 nm, elemental analysis (hereinafter referred to as “surface elemental analysis”) is performed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of carbon atoms, oxygen atoms, fluorine atoms, and silicon atoms, calculated as “the amount of fluorine on the outermost layer”, is calculated from the surface of the porous silica membrane. In the region from the position of 10 nm in the depth direction to the position of 40 nm in the depth direction from the surface, elemental analysis is carried out by XPS analysis in the depth direction (hereinafter, this analysis may be referred to as “depth elemental analysis”). ), The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of carbon atoms, oxygen atoms, fluorine atoms and silicon atoms may be referred to as “second surface layer fluorine amount”. That.
The number of oxygen atoms relative to the total number of carbon atoms, oxygen atoms, fluorine atoms, and silicon atoms calculated by surface elemental analysis by XPS in the region from the surface of the porous silica membrane to a position in the depth direction of 10 nm. Is sometimes referred to as the “outermost surface oxygen amount”.
<XPS元素分析>
本発明において、シリカ多孔質膜のX線光電子分光法(XPS)による表面及び深さ方向の元素分析は、アルバック・ファイ社製XPS装置(モデル名Quantum2000)を用いて、以下の条件で測定、解析を行った値をいう。
<XPS elemental analysis>
In the present invention, the elemental analysis in the surface and depth direction by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the porous silica film is measured under the following conditions using an XPS apparatus (model name Quantum 2000) manufactured by ULVAC-PHI. The value analyzed.
(表面元素分析測定)
X線源には単色化したAl−Kα線を用い、出力は16kV−34Wとした。試料表面の300μm×300μmの領域でX線を走査し、発生した光電子を分光した。XPS測定時には電子線とArイオンを同時に照射して、試料の帯電を中和した。
(Surface element analysis)
As the X-ray source, a monochromatic Al-Kα ray was used, and the output was 16 kV-34 W. X-rays were scanned in a 300 μm × 300 μm region on the sample surface, and the generated photoelectrons were dispersed. The XPS measurement scheduled by irradiating an electron beam and Ar ions were simultaneously neutralize the charge of the sample.
(深さ方向分析)
深さ方向分析には2kVに加速したArイオンを用い、ArイオンスパッタとXPS測定とを交互に行って深さ方向の組成変化を追跡した。深さ(nm)の換算には、熱酸化Siウエハー(酸化膜厚100nm)を実測して得たスパッタレートを用いた。
(Depth direction analysis)
In the depth direction analysis, Ar ions accelerated to 2 kV were used, and Ar ion sputtering and XPS measurement were alternately performed to track the composition change in the depth direction. For the conversion of the depth (nm), a sputtering rate obtained by actually measuring a thermally oxidized Si wafer (oxide film thickness: 100 nm) was used.
(測定結果の解析)
XPS測定で得られた各元素の光電子ピークについて、シャーリー法に基づきバックグラウンド除去処理を行った後の面積強度を求め、装置メーカーから提供された相対感度補正係数を用いて原子濃度を算出した。
(Analysis of measurement results)
About the photoelectron peak of each element obtained by XPS measurement, the area intensity | strength after performing a background removal process based on the Shirley method was calculated | required, and atomic concentration was computed using the relative sensitivity correction coefficient provided from the apparatus manufacturer.
<最表層フッ素量>
本発明のシリカ多孔質膜の最表層フッ素量は、3原子%以上であり、8原子%以上が好ましく、11原子%以上であることがより好ましい。また、35原子%以下であり、30原子%以下が好ましく、25原子%以下であることがより好ましい。
<Outermost layer fluorine content>
The outermost layer fluorine content of the porous silica membrane of the present invention is 3 atomic% or more, preferably 8 atomic% or more, and more preferably 11 atomic% or more. Moreover, it is 35 atomic% or less, 30 atomic% or less is preferable and it is more preferable that it is 25 atomic% or less.
シリカ多孔質膜の最表層フッ素量が少なすぎると、膜の表面自由エネルギーが低下せず、十分な表面摩擦係数の低下が得られず、その結果、十分な耐摩耗性を得ることができない可能性がある。また、フッ素原子同士の凝集が起こり、面方向での性能ムラが生じる可能性がある。性能ムラは局所的に膜強度の弱い箇所を有しているため、磨耗に対して、そうした箇所を起点として膜の凝集破壊を生じる。結果として耐磨耗性を著しく低下させる一方、最表層フッ素量が上記上限を上回る膜を形成しようとすると、シリカ多孔質膜形成に用いる後述の組成物中の溶質の表面自由エネルギーが溶媒の表面自由エネルギーに比べて大きく低下する。その結果、該組成物の製膜性が大きく低下し、製膜後に得られるシリカ多孔質膜の均一性が損なわれる可能性がある。また、組成物中のフッ素化合物(フッ素含有シラン)が溶解できずに分離してしまい、組成物の均一性が損なわれる可能性がある。膜の均一性低下は上記同様、膜の局所的な欠陥を発生させるため、耐磨耗性に悪影響を及ぼす。また、シリカ多孔質膜の最表層に必要以上のフッ素原子が集まり、それが強度の低い層を形成し、それによって膜の強度を損ねる可能性がある。 If the amount of fluorine on the outermost layer of the porous silica membrane is too small, the surface free energy of the membrane will not be reduced, and a sufficient reduction in the surface friction coefficient will not be obtained. As a result, sufficient wear resistance may not be obtained. There is sex. Moreover, aggregation of fluorine atoms occurs, and there is a possibility that performance unevenness in the surface direction occurs. Since the unevenness of performance has a part where the film strength is locally weak, the film causes cohesive failure of the film starting from such a part against wear. As a result, the wear resistance is remarkably reduced, but when the outermost layer fluorine content is to form a film that exceeds the above upper limit, the surface free energy of the solute in the composition described later used for forming the porous silica film is the surface of the solvent. Compared to free energy, it is greatly reduced. As a result, the film-forming property of the composition is greatly reduced, and the uniformity of the porous silica film obtained after film formation may be impaired. In addition, the fluorine compound (fluorine-containing silane) in the composition cannot be dissolved and separated, which may impair the uniformity of the composition. As described above, the reduction in film uniformity causes local defects in the film, which adversely affects the wear resistance. Further, more fluorine atoms than necessary may be collected in the outermost layer of the porous silica membrane, which may form a low strength layer, thereby impairing the strength of the membrane.
<第2表層フッ素量>
本発明のシリカ多孔質膜の第2表層フッ素量は、0.8原子%以下であり、0.5原子%以下が好ましく、0.2原子%以下がより好ましい。
最表層の物性だけでは膜の耐磨耗性を向上させるには十分ではなく、その下地層となる第2表層の物性が最表層の性能を発現させるために重要な役割をすることを見出した。シリカ多孔質膜の深さ方向、即ちシリカ多孔質膜内部に存在するフッ素原子は、シリカ多孔質膜の耐摩耗性を損なう原因となる。これは、フッ素原子は表面エネルギーが小さい反面、分子間凝集エネルギーも小さいため、膜内部のフッ素原子がシリカ多孔質膜内のシラン縮合体間の凝集力を低下せしめ、その結果、シリカ多孔質膜の強度を低下させるためである。
<Second surface layer fluorine content>
The second surface layer fluorine content of the porous silica membrane of the present invention is 0.8 atomic% or less, preferably 0.5 atomic% or less, and more preferably 0.2 atomic% or less.
It was found that the physical properties of the outermost layer alone are not sufficient to improve the abrasion resistance of the film, and the physical properties of the second surface layer, which is the underlying layer, play an important role in expressing the performance of the outermost layer. . Fluorine atoms present in the depth direction of the porous silica film, that is, inside the porous silica film, cause a deterioration in the wear resistance of the porous silica film. This is because the fluorine atoms have a small surface energy but also a small intermolecular cohesive energy, so the fluorine atoms inside the membrane reduce the cohesive force between the silane condensates in the silica porous membrane, resulting in a porous silica membrane. This is to reduce the strength of the.
シリカ多孔質膜の耐摩耗性、耐擦傷性においては、シリカ多孔質膜の最表面の物性だけでなく、ある一定の深さ(表面と結合する界面層)の物性が大きく左右する。本発明では、上記のようにシリカ多孔質膜の最表層フッ素量と第2表層フッ素量を規定することにより、最表面の表面エネルギーを制御しつつ、表面から深さ方向40nmの領域の膜強度を制御することで、膜の耐摩耗性を著しく向上させることが可能となる。
なお、本発明のシリカ多孔質膜の第2表層フッ素量の下限は好ましくはXPS元素分析検出限界以下である。
In the abrasion resistance and scratch resistance of the porous silica membrane, not only the physical properties of the outermost surface of the porous silica membrane but also the physical properties of a certain depth (interface layer bonded to the surface) are greatly affected. In the present invention, by defining the outermost surface layer fluorine amount and the second surface layer fluorine amount of the porous silica membrane as described above, the film strength in the region of 40 nm in the depth direction from the surface is controlled while controlling the surface energy of the outermost surface. By controlling the above, it becomes possible to remarkably improve the abrasion resistance of the film.
The lower limit of the amount of fluorine on the second surface layer of the porous silica membrane of the present invention is preferably below the XPS elemental analysis detection limit.
<最表層酸素量>
本発明のシリカ多孔質膜は、最表層酸素量が30原子%以上であることが好ましい。中でも、最表層酸素量は35原子%以上が好ましく、特に40原子%以上が好ましい。また、本発明のシリカ多孔質膜の最表層酸素量は70原子%以下であることが好ましく、65原子%以下であることがより好ましく、63原子%以下であることが特に好ましい。
<Outermost layer oxygen content>
The silica porous membrane of the present invention preferably has an outermost layer oxygen content of 30 atomic% or more. Among them, the outermost layer oxygen amount is preferably 35 atomic% or more, and particularly preferably 40 atomic% or more. Moreover, the outermost layer oxygen content of the porous silica membrane of the present invention is preferably 70 atomic% or less, more preferably 65 atomic% or less, and particularly preferably 63 atomic% or less.
特に、本発明のシリカ多孔質膜において、表層に存在する酸素原子は、例えばシロキサン結合(Si−O−Si)等を介して、表面に局在しているフッ素含有シランとシリカ骨格を結び付ける働きを有する。最表層酸素量が少ないということは、フッ素含有シランとシリカ骨格の結びつきが弱く、表面に局在しているフッ素含有シリル基が摩耗又は加水分解等により切断され易くなり、膜強度が著しく低下する。その結果、耐摩耗性が低下する可能性がある。最表層酸素量が多すぎるものは、未反応な官能基が多くなり、そうした官能基には水、アルコールなどの不純物が表面及びその近傍に多量に存在している可能性があり、それによって、耐磨耗性だけではなく、防汚性が低下する可能性がある。さらに、水、アルコールなどの不純物によって加水分解及び加溶媒分解が進行してシロキサン結合を切断してしまい、膜強度を低下させる。その結果、耐摩耗性が低下する可能性がある。 In particular, in the porous silica membrane of the present invention, the oxygen atoms present in the surface layer function to link the fluorine-containing silane and the silica skeleton localized on the surface via, for example, a siloxane bond (Si—O—Si). Have The fact that the amount of oxygen on the outermost layer is small means that the bond between the fluorine-containing silane and the silica skeleton is weak, and the fluorine-containing silyl groups localized on the surface are easily cleaved by abrasion or hydrolysis, and the film strength is significantly reduced. . As a result, wear resistance may be reduced. When the amount of oxygen on the outermost layer is too large, there are many unreacted functional groups, and impurities such as water and alcohol may be present in a large amount on the surface and in the vicinity thereof. Not only the wear resistance but also the antifouling property may be lowered. Furthermore, hydrolysis and solvolysis proceed due to impurities such as water and alcohol, and the siloxane bond is cut, thereby reducing the film strength. As a result, wear resistance may be reduced.
<多孔質構造>
本発明のシリカ多孔質膜は、屈折率を低く維持するために空孔を有した多孔質構造を有する。その構造は特に制限はなく、その空孔は、通常、トンネル状や独立空孔がつながった連結孔であるが、詳細な空孔の構造にも特に制限はない。ただし、当該空孔の構造としては耐摩耗性の観点から、小さな細孔が不連続に存在するような多孔質構造が好ましい。
<Porous structure>
The silica porous membrane of the present invention has a porous structure having pores in order to keep the refractive index low. The structure is not particularly limited, and the hole is usually a connecting hole in which tunnels or independent holes are connected, but the detailed structure of the hole is not particularly limited. However, the pore structure is preferably a porous structure in which small pores are discontinuously present from the viewpoint of wear resistance.
本発明のシリカ多孔質膜の細孔径は、特に制限は無いが、平均細孔径は0.2〜100nmが好ましく、0.4〜80nmがより好ましく、0.8〜60nmがさらに好ましい。シリカ多孔質膜の細孔径が小さすぎると屈折率が低くならず、十分な光学特性が得られない恐れがある。一方、大きすぎると、表面に欠陥ができ、表面性が悪化したり、散乱等のヘーズが生じる危険性がある。また、膜の強度が著しく低下し、耐摩耗性を損ねる可能性がある。 The pore diameter of the porous silica membrane of the present invention is not particularly limited, but the average pore diameter is preferably 0.2 to 100 nm, more preferably 0.4 to 80 nm, and further preferably 0.8 to 60 nm. If the pore diameter of the porous silica membrane is too small, the refractive index will not be low, and sufficient optical properties may not be obtained. On the other hand, if it is too large, there is a risk that the surface is defective, the surface property is deteriorated, and haze such as scattering occurs. In addition, the strength of the film may be significantly reduced, and the wear resistance may be impaired.
本発明のシリカ多孔質膜の空隙率には特に制限はないが、平均空隙率は5〜90%が好ましく、10〜85%がより好ましく、20〜80%がさらに好ましい。シリカ多孔質膜の空隙率が小さすぎると屈折率が低くならず、十分な光学特性が得られない恐れがある。一方、大きすぎると、表面に欠陥ができ、表面性が悪化したり、散乱等のヘーズが生じる危険性がある。また、膜の強度が著しく低下し、耐摩耗性を損ねる可能性がある。 Although there is no restriction | limiting in particular in the porosity of the silica porous membrane of this invention, 5-90% is preferable, 10-85% is more preferable, and 20-80% is more preferable. If the porosity of the silica porous membrane is too small, the refractive index will not be low, and sufficient optical properties may not be obtained. On the other hand, if it is too large, there is a risk that the surface is defective, the surface property is deteriorated, and haze such as scattering occurs. In addition, the strength of the film may be significantly reduced, and the wear resistance may be impaired.
なお、本発明のシリカ多孔質膜の平均細孔径および平均空隙率は、気体(N2,Ar等)吸着等温線の測定結果から算出できる。また、平均空隙率については、シリカ多孔質膜の屈折率の値からも見積もることができる。 The average pore diameter and average porosity of the porous silica membrane of the present invention can be calculated from the measurement results of gas (N 2 , Ar, etc.) adsorption isotherms. The average porosity can also be estimated from the value of the refractive index of the porous silica film.
<厚さ>
膜状である本発明のシリカ多孔質膜の厚さには特に制限はないが、光学機能層として用いるためには、0.02〜5μmが好ましく、0.03〜4μmがより好ましく、0.04〜3μmがさらに好ましく、0.05〜2μmが最も好ましい。シリカ多孔質膜の厚さが0.05μmより薄いと、後述の本発明のシリカ多孔質膜を形成する基材の平面度を向上させる必要がある場合があり、特に基材の大面積化の観点で、製膜工程が困難になる場合がある。一方、シリカ多孔質膜の厚さが10μmを超えると、本発明のシリカ多孔質膜製造時の後述の加熱工程において、シリカ系前駆体膜−基材界面でゾル−ゲル反応の進行が不均質になり、得られるシリカ多孔質膜に歪みが残存し易くなる可能性がある。
<Thickness>
Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the silica porous membrane of this invention which is a film | membrane form, in order to use as an optical function layer, 0.02-5 micrometers is preferable, 0.03-4 micrometers is more preferable, 0.03. 04-3 μm is more preferable, and 0.05-2 μm is most preferable. If the thickness of the porous silica film is less than 0.05 μm, it may be necessary to improve the flatness of the base material for forming the porous silica film of the present invention described later. From the viewpoint, the film forming process may be difficult. On the other hand, when the thickness of the porous silica membrane exceeds 10 μm, the progress of the sol-gel reaction at the silica-based precursor membrane-substrate interface is inhomogeneous in the heating process described later in the production of the porous silica membrane of the present invention. Thus, there is a possibility that strain is likely to remain in the obtained silica porous membrane.
なお、シリカ多孔質膜の膜厚は、反射率測定結果から算出することができる。 The film thickness of the porous silica film can be calculated from the reflectance measurement result.
<屈折率>
本発明のシリカ多孔質膜の屈折率は通常1.45以下、好ましくは1.42以下、より好ましくは1.40以下、特に好ましくは1.38以下、とりわけ好ましくは1.36以下である。屈折率が大きすぎると本発明のシリカ多孔質膜中の歪みが大きくなり、外力に対して弱くなる可能性がある。一方、屈折率の下限は、通常1.20以上、好ましくは1.22以上である。屈折率が小さすぎると本発明のシリカ多孔質膜の機械的強度が著しく低下する可能性がある。
<Refractive index>
The refractive index of the porous silica film of the present invention is usually 1.45 or less, preferably 1.42 or less, more preferably 1.40 or less, particularly preferably 1.38 or less, and particularly preferably 1.36 or less. If the refractive index is too large, the strain in the porous silica film of the present invention is increased and may be weak against external force. On the other hand, the lower limit of the refractive index is usually 1.20 or more, preferably 1.22 or more. If the refractive index is too small, the mechanical strength of the porous silica film of the present invention may be significantly reduced.
本発明において、シリカ多孔質膜の屈折率は、分光エリプソメーター法、反射率測定、反射分光スペクトル測定或いはプリズムカプラーなどの光学的手法で測定された波長400nm〜700nmにおける値をいい、好ましくは分光エリプソメーターで測定されたものをいう。分光エリプソメーターで測定する場合、測定値をCauthyモデル又はTauc−Lorentzモデルでフィッティングすることで、屈折率を見積もることができる。また、反射率測定で測定する場合は、測定結果からフレネルの式を用いることで、屈折率を見積もることができる。 In the present invention, the refractive index of the porous silica film refers to a value at a wavelength of 400 nm to 700 nm measured by an optical technique such as a spectroscopic ellipsometer method, a reflectance measurement, a reflection spectral spectrum measurement, or a prism coupler, preferably a spectral This is measured with an ellipsometer. When measuring with a spectroscopic ellipsometer, the refractive index can be estimated by fitting the measured value with a Cauchy model or a Tauc-Lorentz model. Moreover, when measuring by reflectance measurement, a refractive index can be estimated by using a Fresnel formula from a measurement result.
<表面粗さ(Ra)>
本発明のシリカ多孔質膜は、表面粗さ(Ra)が6nm以下であることが好ましく、より好ましくは5nm以下、更に好ましくは4nm以下、更に好ましくは3nm以下、特に好ましくは2nm以下、とりわけ好ましくは1nm以下である。表面粗さ(Ra)が大きすぎると磨耗時に凸部で応力を受け止めることで、凸部へ応力が集中し局所的な凝集破壊が発生してしまうことで、耐磨耗性が低下する可能性がある。また、シリカ多孔質膜の均質性が低下する可能性がある。一方、表面粗さ(Ra)の下限に制限は無いが、通常0.2nm以上、好ましくは0.3nm以上である。表面粗さ(Ra)が小さすぎるとシリカ多孔質膜の歪みが極度に大きくなる可能性がある。さらに膜に残留する応力が外力に対して極めて弱く、耐磨耗性に対しても悪影響を及ぼす危険性がある。
<Surface roughness (Ra)>
The silica porous membrane of the present invention preferably has a surface roughness (Ra) of 6 nm or less, more preferably 5 nm or less, still more preferably 4 nm or less, still more preferably 3 nm or less, particularly preferably 2 nm or less, particularly preferably. Is 1 nm or less. If the surface roughness (Ra) is too large, the stress is received at the convex portion during wear, and the stress concentrates on the convex portion and local cohesive failure occurs, which may reduce the wear resistance. There is. Moreover, the homogeneity of the porous silica membrane may be reduced. On the other hand, the lower limit of the surface roughness (Ra) is not limited, but is usually 0.2 nm or more, preferably 0.3 nm or more. If the surface roughness (Ra) is too small, there is a possibility that the distortion of the porous silica membrane will become extremely large. Further, the stress remaining in the film is extremely weak against external force, and there is a risk of adversely affecting the wear resistance.
なお、本発明のシリカ多孔質膜の表面粗さ(Ra)は、JIS B0601:2001に規定されている基準に基づき、ケ−エルエー・テンコール社製P−15型接触式表面粗さ計を用いて、1走査距離0.5μmの条件で数回測定した値から、平均値を算出して求めることができる。 The surface roughness (Ra) of the porous silica membrane of the present invention is based on a standard specified in JIS B0601: 2001, using a P-15 type contact surface roughness meter manufactured by KLA Tencor. Thus, an average value can be calculated from a value measured several times under the condition of one scanning distance of 0.5 μm.
[シリカ多孔質膜の製造方法]
本発明のシリカ多孔質膜の製造方法には特に制限はない。
以下に、本発明のシリカ多孔質膜の製造方法の一例を説明するが、本発明のシリカ多孔質膜の製造方法は、以下の方法に限定されるものではない。
[Method for producing silica porous membrane]
There is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of the silica porous membrane of this invention.
Although an example of the manufacturing method of the silica porous membrane of this invention is demonstrated below, the manufacturing method of the silica porous membrane of this invention is not limited to the following method.
本発明のシリカ多孔質膜は、例えば、フッ素含有シラン、フッ素を含有しないアルコキシシラン、水、及び有機溶媒を含む組成物を用いて製造される。 The porous silica membrane of the present invention is produced using, for example, a composition containing a fluorine-containing silane, a fluorine-free alkoxysilane, water, and an organic solvent.
本発明のシリカ多孔質膜を製造するには、まず、原料となる組成物を調合し、これを膜化した後、加熱して本発明のシリカ多孔質膜を得る。
通常、フッ素含有シラン、フッ素を含有しないアルコキシシラン、水、有機溶媒、必要に応じて鋳型材としての有機ポリマーを含む組成物を基板上に塗布(製膜工程)してシリカ系前駆体膜を形成し、必要に応じて有機ポリマーの抽出工程を経てシリカ多孔質膜を有する積層体を得る。
また、本発明のシリカ多孔質膜の製造においては、必要に応じて、その他の操作を行なってもよい。即ち、本発明の効果を著しく損なわない限り、以下に説明する各工程の前、工程中及び工程後の任意の段階で、任意の工程を行なってもよい。例えば、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物の調合中又は調合後に熟成を行なってもよく、硬化後の本発明のシリカ多孔質膜の冷却及び後処理などを行なってもよい。
In order to produce the porous silica membrane of the present invention, first, a composition as a raw material is prepared, and after this is formed into a membrane, it is heated to obtain the porous silica membrane of the present invention.
Usually, a fluorine-containing silane, a fluorine-free alkoxysilane, water, an organic solvent, and if necessary, a composition containing an organic polymer as a template material is applied on a substrate (film formation process) to form a silica-based precursor film. The laminated body which has a silica porous membrane is formed through the extraction process of an organic polymer as needed.
In the production of the porous silica membrane of the present invention, other operations may be performed as necessary. That is, as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, an arbitrary process may be performed before, during and after each process described below. For example, aging may be performed during or after the preparation of the composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention, and the cured porous silica membrane of the present invention may be cooled and post-treated.
{本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物}
まず、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物について、その配合成分、調合方法を説明する。
{Composition used for production of porous silica membrane of the present invention}
First, about the composition used for manufacture of the silica porous membrane of this invention, the compounding component and the preparation method are demonstrated.
<フッ素含有シラン>
フッ素含有シランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、トリフルオロシラン、フルオロトリメトキシシラン、フルオロトリエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリエチルシラン、トリフルオロメチルトリメチルシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリエトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)ジメチルクロロシラン、3−(3,3,3−トリフルオロプロピル)ヘプタエチルトリシロキサン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)メチルシクロトリシロキサン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)メチルシクロテトラシロキサン、(3−ヘプタフルオロイソプロピル)プロピルトリクロロシラン、ペンタフルオロエチルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン、ノナフルオロヘキシルジメチルクロロシラン、ノナフルオロヘキシルメチルジクロロシラン、ノナフルオロヘキシルトリス(ジメチルアミノ)シラン、ノナフルオロヘキシルジメチル(ジメチルアミノ)シラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリメトキシシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)メチルジクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)ジメチルクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)ジメチルクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリメトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)メチルジクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)ジメチルクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)ジメチルクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(パーフルオロデシル)エチルトリクロロシラン、ビス((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−ジメチルシロキシ)メチルクロロシラン、ビス((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−ジメチルシロキシ)メチルシラン、ビス((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−ジメチルシロキシ)テトラメチルジシロキサン、5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−トリデカフルオロ−2−(トリデカフルオロヘキシル)デシルトリクロロシラン、ヘプタデカトリフルオロデシルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン、ヘキサデカフルオロドデカ−11−エンー1−イルトリメトキシシラン、ヘキサデカフルオロドデカ−11−エンー1−イルトリクロロシラン、1,8−ビス(トリクロロシリルエチル)ヘキサデカフルオロオクタン、m−(トリフルオロメチル)フェニルトリメトキシシラン、p−トリフルオロメチルテトラフルオロフェニルトリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルジメチルクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルジメチルクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルメチルジクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルフェニルトリクロロシランなどが挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
<Fluorine-containing silane>
There is no restriction | limiting in the kind of fluorine-containing silane. Examples of suitable ones include trifluorosilane, fluorotrimethoxysilane, fluorotriethoxysilane, trifluoromethyltrimethoxysilane, trifluoromethyltriethylsilane, trifluoromethyltrimethylsilane, trifluoromethyltrimethoxysilane, (3 , 3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) triethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) dimethylchlorosilane, 3- (3,3,3 -Trifluoropropyl) heptaethyltrisiloxane, (3,3,3-trifluoropropyl) methylcyclotrisiloxane, (3,3,3-trifluoropropyl) methylcyclotetrasiloxane, (3-heptafluoroisopropyl) propyl Torik Rosilane, pentafluoroethyltrimethoxysilane, nonafluorohexyltriethoxysilane, nonafluorohexyltrimethoxysilane, nonafluorohexyltrichlorosilane, nonafluorohexyldimethylchlorosilane, nonafluorohexylmethyldichlorosilane, nonafluorohexyltris (dimethylamino) Silane, nonafluorohexyldimethyl (dimethylamino) silane, (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane, (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) trimethoxysilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) trichlorosilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) methyldichlorosilane, (Trideca Fluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) dimethylchlorosilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) silane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) dimethylchlorosilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) silane, (Heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane, (Heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) ) Trimethoxysilane, (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) trichlorosilane, (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) methyldichlorosilane, (heptadecafluoro-1H, 1H) 2H, 2H-octyl) dimethylchlorosilane, (heptadecafluoro -1H, 1H, 2H, 2H-octyl) silane, (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) dimethylchlorosilane, (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) silane, (par Fluorodecyl) ethyltrichlorosilane, bis ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) -dimethylsiloxy) methylchlorosilane, bis ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) -Dimethylsiloxy) methylsilane, bis ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) -dimethylsiloxy) tetramethyldisiloxane, 5,5,6,6,7,7,8,8,9 , 9,10,10,10-Tridecafluoro-2- (tridecafluorohexyl) decyltriclo Silane, heptadecatrifluorodecyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltriethoxysilane, hexadecafluorododec-11-en-1-yltrimethoxysilane, hexadecafluorododec-11-ene-1- Yltrichlorosilane, 1,8-bis (trichlorosilylethyl) hexadecafluorooctane, m- (trifluoromethyl) phenyltrimethoxysilane, p-trifluoromethyltetrafluorophenyltriethoxysilane, pentafluorophenyldimethylchlorosilane, penta Fluorophenylpropyldimethylchlorosilane, pentafluorophenylpropylmethyldichlorosilane, pentafluorophenylpropyltrichlorosilane, pentafluoro E cycloalkenyl silane, such as perfluorooctyl phenyl trichlorosilane and the like.
These may be used alone or in combination of two or more.
上記のフッ素含有シランの中でも、十分な防汚性、耐摩耗性のためには、炭素数が6〜10の直鎖状のフルオロアルキル基を有するシランが好ましい。中でも、ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシランが好ましい。フッ素含有シランの炭素鎖が短すぎるとフルオロアルキル基による摩擦低減効果が低すぎる可能性があり、炭素鎖が長すぎると、後述の組成物の製膜性が大きく低下し、製膜後の膜の均一性が損なわれる可能性がある。 Among the above fluorine-containing silanes, a silane having a linear fluoroalkyl group having 6 to 10 carbon atoms is preferable for sufficient antifouling properties and wear resistance. Among these, nonafluorohexyltriethoxysilane, (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane, and (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane are preferable. If the carbon chain of the fluorine-containing silane is too short, the friction reducing effect due to the fluoroalkyl group may be too low, and if the carbon chain is too long, the film-forming property of the composition described later is greatly reduced, and the film after film formation There is a possibility that the uniformity of the above is impaired.
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中の全アルコキシシラン類由来の珪素原子に対するフッ素含有シランの割合は0.10〜0.004(mol/mol)が好ましく、0.05〜0.005(mol/mol)がより好ましく、0.02〜0.006(mol/mol)がさらに好ましい。フッ素含有シランの割合が小さすぎるとフルオロアルキル基による摩擦低減効果が低すぎる可能性があり、大きすぎると、後述の組成物の製膜性が大きく低下し、製膜後の膜の均一性が損なわれる可能性がある。 The ratio of fluorine-containing silane to silicon atoms derived from all alkoxysilanes in the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention is preferably 0.10 to 0.004 (mol / mol), and 0.05 to 0 0.005 (mol / mol) is more preferable, and 0.02 to 0.006 (mol / mol) is more preferable. If the proportion of the fluorine-containing silane is too small, the friction reducing effect due to the fluoroalkyl group may be too low. If it is too large, the film-forming property of the composition described later will be greatly reduced, and the uniformity of the film after film formation will be reduced. It can be damaged.
<フッ素を含有しないアルコキシシラン>
フッ素を含有しないアルコキシシラン(以下、単に「アルコキシシラン」と称す場合がある。)としては、テトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシラン、これらの加水分解物及び部分縮合物(オリゴマー等)などが挙げられる。
<Alkoxysilane containing no fluorine>
Examples of alkoxysilanes not containing fluorine (hereinafter sometimes simply referred to as “alkoxysilanes”) include tetraalkoxysilanes, monoalkyltrialkoxysilanes, dialkyldialkoxysilanes, trialkylalkoxysilanes, hydrolysates thereof, and the like. Examples include partial condensates (oligomers and the like).
アルコキシシランは、2種以上併用することが好ましく、また、これらのアルコキシシランの加水分解物及び部分縮合物を含むことが好ましい。アルコキシシランを2種以上併用することにより、その配合比率を制御することにより、形成されるシリカ骨格の強度と屈折率を制御することが可能であるという利点がある。 Two or more alkoxysilanes are preferably used in combination, and preferably contain a hydrolyzate and partial condensate of these alkoxysilanes. By using two or more alkoxysilanes in combination, there is an advantage that the strength and refractive index of the silica skeleton formed can be controlled by controlling the blending ratio.
(テトラアルコキシシラン)
テトラアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン、テトラ(t−ブトキシ)シラン、テトラ(n−ペントキシ)シラン、テトラ(イソペントキシ)シランなどが挙げられる。
(Tetraalkoxysilane)
There is no restriction | limiting in the kind of tetraalkoxysilane. Examples of suitable ones include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetraisopropoxysilane, tetra (n-butoxy) silane, tetra (t-butoxy) silane, tetra (n-pentoxy). ) Silane, tetra (isopentoxy) silane, and the like.
後述の粗乾燥工程におけるシリカ系前駆体膜の安定性の観点では、テトラメトキシシラン及びテトラエトキシシラン並びにそれらの部分縮合物が好ましく、テトラエトキシシランがさらに好ましい。ただし、テトラアルコキシシランは経時的に加水分解及び部分縮合を生じやすいため、テトラアルコキシシランのみを用意した場合でも、通常はそのテトラアルコキシシランの加水分解物及び部分縮合物がテトラアルコキシシランと共存することが多い。 From the viewpoint of the stability of the silica-based precursor film in the rough drying step described later, tetramethoxysilane and tetraethoxysilane and partial condensates thereof are preferable, and tetraethoxysilane is more preferable. However, since tetraalkoxysilane tends to undergo hydrolysis and partial condensation over time, even when only tetraalkoxysilane is prepared, the hydrolyzate and partial condensate of tetraalkoxysilane usually coexists with tetraalkoxysilane. There are many cases.
(モノアルキルトリアルコキシシラン)
モノアルキルトリアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリ−n−プロポキシシラン、トリイソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシランなどが挙げられる。また、ケイ素原子に置換するアルキル基が反応性官能基を有する3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、3−カルボキシプロピルトリメトキシシラン、3−トリハイドロキシシリル−1−プロパン−スルフォン酸などを用いることもできる。
(Monoalkyltrialkoxysilane)
There is no restriction | limiting in the kind of monoalkyl trialkoxysilane. Examples of suitable ones include trimethoxysilane, triethoxysilane, tri-n-propoxysilane, triisopropoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, methyltriisopropoxysilane Ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltri-n-propoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, n-propyltri-n-propoxysilane, isopropyltri Methoxysilane, isopropyltriethoxysilane, isopropyltri-n-propoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, phenyltri-n-propoxysilane, phenyl Such as isopropoxycarbonyl silane. In addition, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, in which an alkyl group substituted on a silicon atom has a reactive functional group, 3 -Triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, 3-carboxypropyltrimethoxysilane, 3-trihydroxysilyl -1- Propane - such as sulfonic acid can also be used.
(ジアルキルジアルコキシシラン)
ジアルキルジアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジ−n−プロポキシシラン、メチルジイソプロポキシシラン、エチルジメトキシシラン、エチルジエトキシシラン、エチルジ−n−プロポキシシラン、エチルジイソプロポキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−n−プロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ−n−プロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルエトキシシラン、ジ−n−プロピルジ−n−プロポキシシラン、ジ−n−プロピルジイソプロポキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルエトキシシラン、ジイソプロピルジ−n−プロポキシシラン、ジイソプロピルジイソプロポキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルエトキシシラン、ジ−n−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−n−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−sec−ブチルジメトキシシラン、ジ−sec−ブチルエトキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−sec−プロポキシシラン、ジ−sec−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−tert−ブチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルエトキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−tert−ブチルジイソプロポキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ−n−プロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシランなどが挙げられる。また、ケイ素原子に置換するアルキル基が反応性官能基を有するN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどを用いることもできる。
(Dialkyl dialkoxysilane)
There is no restriction | limiting in the kind of dialkyl dialkoxysilane. Examples of suitable ones are methyldimethoxysilane, methyldiethoxysilane, methyldi-n-propoxysilane, methyldiisopropoxysilane, ethyldimethoxysilane, ethyldiethoxysilane, ethyldi-n-propoxysilane, ethyldiisopropoxy. Silane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldi-n-propoxysilane, dimethyldiisopropoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldi-n-propoxysilane, diethyldiisopropoxysilane, di-n- Propyldimethoxysilane, di-n-propylethoxysilane, di-n-propyldi-n-propoxysilane, di-n-propyldiisopropoxysilane, diisopropyldimethoxysilane, dii Propylethoxysilane, diisopropyldi-n-propoxysilane, diisopropyldiisopropoxysilane, di-n-butyldimethoxysilane, di-n-butylethoxysilane, di-n-butyldi-n-propoxysilane, di-n-butyl Diisopropoxysilane, di-sec-butyldimethoxysilane, di-sec-butylethoxysilane, di-sec-butyldi-sec-propoxysilane, di-sec-butyldiisopropoxysilane, di-tert-butyldimethoxysilane, Di-tert-butylethoxysilane, di-tert-butyldi-n-propoxysilane, di-tert-butyldiisopropoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldi-n-propoxysilane, diphe Such distearate isopropoxycarbonyl silane. Further, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane or the like in which an alkyl group substituted on a silicon atom has a reactive functional group can also be used.
(トリアルキルアルコキシシラン)
トリアルキルアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリ−n−プロピルメトキシシラン、トリ−n−プロピルエトキシシランなどが挙げられる。
(Trialkylalkoxysilane)
There is no limitation on the type of trialkylalkoxysilane. Examples of suitable ones include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, triethylethoxysilane, tri-n-propylmethoxysilane, tri-n-propylethoxysilane and the like.
(他のアルコキシシラン)
フッ素を含有しないアルコキシシランとしては、上記のもの以外に、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,3,5−トリス(トリメトキシシリル)ベンゼン等の有機残基が2つ以上のトリアルコキシシリル基を結合したものなどを用いることもできる。
(Other alkoxysilanes)
As alkoxysilanes not containing fluorine, in addition to the above, bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (tri 2 organic residues such as ethoxysilyl) ethane, 1,4-bis (trimethoxysilyl) benzene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, 1,3,5-tris (trimethoxysilyl) benzene What combined the above trialkoxysilyl groups etc. can also be used.
上記のアルコキシシランの中でも、多孔質構造の骨格を強固にするためには、テトラアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシランが好ましく、テトラアルコキシシランがより好ましい。さらに、多孔質膜の耐環境性の観点では、芳香族炭化水素基又は脂肪族炭化水素基を有するモノアルキルトリアルコキシシラン及びジアルキルジアルコキシシランが好ましい。具体的には、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエチルシランなどが好ましいものとして挙げられる。 Among the above alkoxysilanes, tetraalkoxysilane, monoalkyltrialkoxysilane, and dialkyldialkoxysilane are preferable, and tetraalkoxysilane is more preferable in order to strengthen the skeleton of the porous structure. Furthermore, from the viewpoint of environmental resistance of the porous membrane, monoalkyltrialkoxysilanes and dialkyldialkoxysilanes having an aromatic hydrocarbon group or an aliphatic hydrocarbon group are preferred. Specifically, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethylsilane and the like are preferable.
(アルコキシシランの好ましい組み合わせ)
フッ素を含有しないアルコキシシランを2種以上併用する場合、ゾル−ゲル反応の制御という観点では、その組み合わせとしては、テトラアルコキシシランとモノアルキルトリアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシラン同士が好ましく、中でも、テトラアルコキシシランとモノアルキルトリアルコキシシランの組み合わせがより好ましい。テトラアルコシシランによってシリカ骨格が強固になり、モノアルキルトリアルコキシシランによって屈折率を低下させることができる。即ち、両者の配合比率の制御によってシリカ骨格強度と屈折率の制御が可能となる。また、基材への濡れ性の観点では、テトラアルコキシシランとジアルキルジアルコキシシラン、モノアルキルトリアルコキシシランとジアルキルジアルコキシシランが好ましい。
(Preferred combination of alkoxysilane)
When two or more kinds of alkoxysilanes not containing fluorine are used in combination, from the viewpoint of controlling the sol-gel reaction, the combination is preferably tetraalkoxysilane, monoalkyltrialkoxysilane, or monoalkyltrialkoxysilane, A combination of tetraalkoxysilane and monoalkyltrialkoxysilane is more preferable. Tetraalkoxysilane strengthens the silica skeleton, and monoalkyltrialkoxysilane can lower the refractive index. That is, the silica skeleton strength and the refractive index can be controlled by controlling the blending ratio of the two. From the viewpoint of wettability to the substrate, tetraalkoxysilane and dialkyl dialkoxysilane, monoalkyltrialkoxysilane and dialkyl dialkoxysilane are preferable.
(アルコキシシランの比率)
2種以上のフッ素を含有しないアルコキシシランを併用する場合、その配合比率は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に制限はない。2種のフッ素を含有しないアルコキシシランを併用する場合、例えば、形成されるシリカ体の耐水性の観点から、アルコキシシランのケイ素原子換算で、0.5:9.5〜5:5が好ましく、2:8〜5:5がより好ましく、2.5:7.5〜5:5が最も好ましい。
(Ratio of alkoxysilane)
When using together the 2 or more types of fluorine-free alkoxysilane, the compounding ratio will not have a restriction | limiting in particular unless the effect of this invention is impaired remarkably. When two types of fluorine-free alkoxysilanes are used in combination, for example, from the viewpoint of water resistance of the formed silica body, 0.5: 9.5 to 5: 5 is preferable in terms of silicon atoms of alkoxysilane, 2: 8 to 5: 5 is more preferable, and 2.5: 7.5 to 5: 5 is most preferable.
さらに、多孔質構造の骨格を強固する観点では、テトラアルコキシシランを含むことが有効であり、テトラアルコキシシラン由来のケイ素原子の、全アルコキシシランのケイ素原子に対する割合が、通常0.15(mol/mol)以上、好ましくは0.3(mol/mol)以上、より好ましくは0.35(mol/mol)以上であり、また、通常0.95(mol/mol)以下、好ましくは0.90(mol/mol)以下、より好ましくは0.8(mol/mol)以下である。 Further, from the viewpoint of strengthening the skeleton of the porous structure, it is effective to contain tetraalkoxysilane, and the ratio of silicon atoms derived from tetraalkoxysilane to silicon atoms of all alkoxysilanes is usually 0.15 (mol / mol) or more, preferably 0.3 (mol / mol) or more, more preferably 0.35 (mol / mol) or more, and usually 0.95 (mol / mol) or less, preferably 0.90 (mol / mol). mol / mol) or less, more preferably 0.8 (mol / mol) or less.
ここで、全アルコキシシランのケイ素原子とは、組成物に含有される全てのアルコキシシランが有するケイ素原子の数の合計をいう。従って、組成物がアルコキシシラン以外にケイ素原子を有する化合物を含有していたとしても、当該化合物が有するケイ素原子は前記の割合の算出には関与しない。なお、前記のアルコキシシランのケイ素原子の割合は、Si−NMRにより測定することができる。 Here, the silicon atoms of all alkoxysilanes refer to the total number of silicon atoms possessed by all alkoxysilanes contained in the composition. Therefore, even if the composition contains a compound having a silicon atom in addition to alkoxysilane, the silicon atom that the compound has does not participate in the calculation of the ratio. In addition, the ratio of the silicon atom of the alkoxysilane can be measured by Si-NMR.
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中には、前述のフッ素含有シランとフッ素を含有しないアルコキシシランを含めて、ケイ素を含有する化合物(ケイ素原子含有化合物)が、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上含有されていることが好ましく、また通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、より好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは15重量%以下含有されていることが好ましい。組成物中のケイ素原子含有化合物の含有量が0.01重量%を下回ると、加熱工程において多孔質膜の表面性が悪化し、外観不良になる恐れがある。一方、50重量%を超えると基材の平面性の影響を受けやすくなり、製膜工程におけるゾル−ゲル反応が面方向で不均一になる恐れがある。 In the composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention, a compound containing silicon (silicon atom-containing compound), including the fluorine-containing silane and the alkoxysilane not containing fluorine, is usually 0.01. % By weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and usually 50% by weight or less, preferably 30% by weight. The content is preferably 20% by weight or less, more preferably 15% by weight or less. When the content of the silicon atom-containing compound in the composition is less than 0.01% by weight, the surface property of the porous film may be deteriorated in the heating step, and the appearance may be poor. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, it tends to be affected by the flatness of the substrate, and the sol-gel reaction in the film forming process may become non-uniform in the surface direction.
また、得られるシリカ多孔質膜の膜厚制御の観点から、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中の前記ケイ素原子含有化合物や下記に説明する鋳型材としての有機ポリマーなどを含む固形分濃度は通常0.02重量%以上であり、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。また通常50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、35重量%以下がさらに好ましい。 In addition, from the viewpoint of controlling the film thickness of the resulting porous silica membrane, the silicon atom-containing compound in the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention, an organic polymer as a template material described below, and the like are included. The solid content concentration is usually 0.02% by weight or more, preferably 0.5% by weight or more, more preferably 1% by weight or more. Further, it is usually preferably 50% by weight or less, more preferably 40% by weight or less, and further preferably 35% by weight or less.
<水>
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物は水を含有する。水はゾル−ゲル反応においては必須であるが、本発明では組成物の表面張力を制御し、製膜工程において良質なシリカ系前駆体膜を形成する上で重要な役割をする。用いる水の純度には特に制限はないが、通常は、イオン交換及び蒸留のうち、いずれか一方又は両方の処理を施した水を用いればよい。ただし、例えば光学用途積層体のような微小不純物を特に嫌う用途分野に、得られたシリカ多孔質膜を用いる場合には、より純度の高いシリカ多孔質膜が望ましいため、蒸留水をさらにイオン交換した超純水を用いることが好ましい。また、不純物の中でも100nm以上のコンタミはゾル−ゲル反応の進行に影響を与える恐れがある。従って、例えば0.01μm〜0.5μmの孔径を有するフィルターを通した水を用いることが好ましい。
<Water>
The composition used for producing the porous silica membrane of the present invention contains water. Although water is essential in the sol-gel reaction, in the present invention, it plays an important role in controlling the surface tension of the composition and forming a high-quality silica-based precursor film in the film-forming process. Although there is no restriction | limiting in particular in the purity of the water to be used, Usually, the water which performed any one or both processing among ion exchange and distillation should just be used. However, when the obtained porous silica membrane is used in an application field that particularly dislikes micro-impurities such as laminates for optical applications, a higher purity silica porous membrane is desirable. It is preferable to use ultrapure water. Further, among impurities, contamination of 100 nm or more may affect the progress of the sol-gel reaction. Therefore, for example, it is preferable to use water that has passed through a filter having a pore size of 0.01 μm to 0.5 μm.
水の使用量は、組成物中の全アルコキシシランのケイ素原子に対する水の割合が、通常1(mol/mol)以上、好ましくは3(mol/mol)以上、より好ましくは5(mol/mol)以上とする。また、通常30(mol/mol)以下、好ましくは20(mol/mol)以下とする。全アルコキシシランのケイ素原子に対する水の割合が前記の範囲よりも小さいと、ゾル−ゲル反応のコントロールが難しく、ポットライフも短く、また、不均質な状態で膜が形成され、表面が荒れて耐摩耗性が劣る可能性がある。また、前記の範囲よりも大きいと、ゾル−ゲル反応が進みにくくなるため反応に時間がかかってしまうため耐水性が低下する可能性がある。なお、水の量は、カールフィッシャー法(電量滴定法)により算出できる。 The amount of water used is such that the ratio of water to silicon atoms of all alkoxysilanes in the composition is usually 1 (mol / mol) or more, preferably 3 (mol / mol) or more, more preferably 5 (mol / mol). That's it. Further, it is usually 30 (mol / mol) or less, preferably 20 (mol / mol) or less. If the ratio of water to silicon atoms in the total alkoxysilane is smaller than the above range, it is difficult to control the sol-gel reaction, the pot life is short, a film is formed in a non-homogeneous state, the surface is rough, and the Abrasion may be inferior. On the other hand, if it is larger than the above range, the sol-gel reaction becomes difficult to proceed, and the reaction takes time, so that the water resistance may be lowered. The amount of water can be calculated by the Karl Fischer method (coulometric titration method).
<有機溶媒>
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物は有機溶媒を含有する。有機溶媒としてはアルコール類が最も適している。アルコール類は、前記アルコキシシラン、その加水分解物、さらには部分縮合物に対して親和性を有するため、シリカ多孔質膜形成中のゾル−ゲル反応を均質に進行させるために好ましい。さらに製膜工程に生じる気−液(組成物)界面、固(基材)−液(組成物)界面において安定した状態を保つことで、良質なシリカ系前駆体膜を形成するために有効である。
<Organic solvent>
The composition used for producing the porous silica membrane of the present invention contains an organic solvent. Alcohols are most suitable as the organic solvent. Alcohols have an affinity for the alkoxysilane, its hydrolyzate, and further a partial condensate, and therefore are preferable for making the sol-gel reaction during the silica porous film formation proceed homogeneously. Furthermore, it is effective for forming a high-quality silica-based precursor film by maintaining a stable state at the gas-liquid (composition) interface and the solid (base material) -liquid (composition) interface generated in the film forming process. is there.
アルコール類の種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、2−エトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどの1価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどの2価アルコール、グリセリンなどの3価アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式アルコール、ベンジルアルコールなどの芳香族アルコールなどが挙げられる。なお、これらの1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 There is no restriction on the type of alcohol. Examples of suitable ones include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl -1-propanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol Monohydric alcohols such as 2-hexanol, 3-hexanol, ethylene glycol monomethyl ether, 2-ethoxyethanol, propylene glycol monomethyl ether, dihydric alcohols such as ethylene glycol and diethylene glycol, trihydric alcohols such as glycerin, cyclohexanol, etc. Alicyclic Alcohol, and other aromatic alcohols such as benzyl alcohol. In addition, these 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
これらの中でも、含有するアルコキシシランの加水分解反応の進行の観点から1価アルコール、2価アルコールが好ましく、1価アルコールがより好ましい。また、得られるシリカ多孔質膜の表面性の観点から、メタノール、エタノール、1−プロパノール、t−ブタノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノール、エチルアセテート、酢酸メチル、イソブチルアセテートなどが好ましい。従って、これらの中から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。 Among these, monohydric alcohols and dihydric alcohols are preferable from the viewpoint of the hydrolysis reaction of the alkoxysilane contained, and monohydric alcohols are more preferable. Further, from the viewpoint of the surface properties of the obtained porous silica membrane, methanol, ethanol, 1-propanol, t-butanol, 2-propanol, 2-methyl-1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol, ethyl acetate , Methyl acetate, isobutyl acetate and the like are preferable. Therefore, it is preferable to use at least one selected from these.
また、製膜工程におけるシリカ系前駆体膜の構造形成を容易にし、基材との濡れ性向上の観点から、用いる有機溶媒の沸点は110℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましく、90℃以下がさらに好ましい。このようなものとして、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、t−ブタノール、2−プロパノールなどが好ましい。一方、加熱工程において多孔質構造の変形を抑制する観点から、有機溶媒の沸点は100℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、120℃以上がより好ましい。このようなものとしては例えば、2−メチル−1−プロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノールが好ましい。 Further, from the viewpoint of facilitating the structure formation of the silica-based precursor film in the film-forming step and improving the wettability with the base material, the boiling point of the organic solvent used is preferably 110 ° C. or less, more preferably 100 ° C. or less, and 90 ° C. The following is more preferable. As such a thing, methanol, ethanol, 1-propanol, t-butanol, 2-propanol etc. are preferable, for example. On the other hand, from the viewpoint of suppressing deformation of the porous structure in the heating step, the boiling point of the organic solvent is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, and more preferably 120 ° C. or higher. For example, 2-methyl-1-propanol, 1-butanol, and 1-pentanol are preferable.
さらに上記の沸点が異なるアルコール類を混合して用いてもよく、その際、各工程における共沸を抑制するために、組み合わせるアルコール類の沸点の差は5℃以上であることが好ましく、10℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましい。また、全アルコール類に対する高沸点側のアルコール類の割合は、通常5重量%以上であり、好ましくは10重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは60重量%以上、特に好ましくは80重量%以上とする。なお、当該割合の上限は通常98重量%である。この上限を超えると、得られるシリカ多孔質膜の表面性が低下する恐れがあり、下限を下回ると十分な効果が得られない危険性がある。 Furthermore, alcohols having different boiling points may be used as a mixture. In this case, in order to suppress azeotropy in each step, the difference in boiling points of the combined alcohols is preferably 5 ° C. or more, preferably 10 ° C. The above is more preferable, and 20 ° C. or higher is more preferable. Further, the ratio of alcohols on the high boiling point side to the total alcohols is usually 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, further preferably 60% by weight or more, particularly preferably. 80% by weight or more. In addition, the upper limit of the said ratio is 98 weight% normally. If this upper limit is exceeded, the surface properties of the resulting silica porous membrane may be lowered, and if it is less than the lower limit, there is a risk that sufficient effects cannot be obtained.
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物には、上記アルコール類以外の有機溶媒を含有してもよい。例えば、後述の基材との濡れ性や製膜工程における造膜性をより向上させるために、アルコール類以外の有機溶媒を用いることができる。 The composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention may contain an organic solvent other than the alcohols. For example, an organic solvent other than alcohols can be used in order to further improve the wettability with the substrate described later and the film forming property in the film forming process.
好適な有機溶媒の例を挙げると、酢酸メチル、エチルアセテート、イソブチルアセテート、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のエーテル類又はエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリン、N−ホルミルピペリジン、N−アセチルピペリジン、N−ホルミルピロリジン、N−アセチルピロリジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジアセチルピペラジン等のアミド類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;テトラメチルウレア、N,N’−ジメチルイミダゾリジン等のウレア類;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。 Examples of suitable organic solvents include ethers or esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; formamide, N-methylformamide N-ethylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N -Formylmorpholine, N-acetylmorpholine, N-formylpiperidine, N-acetylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylpyrrolidine, N, N'-diformylpiperazine, N, '- diformyl piperazine, N, N'- amides such as diacetyl piperazine; lactones γ- butyrolactone; tetramethylurea, N, ureas such as N'- dimethyl imidazolidine; and dimethyl sulfoxide.
有機溶媒の使用量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中の含有量として、通常0.05重量%以上、中でも0.1重量%以上が好ましく、1重量%以上がより好ましく、10重量%以上がさらに好ましい。また、通常50重量%以下、中でも40重量%以下が好ましく、30重量%以下がより好ましい。有機溶媒の使用量が少なすぎても、多すぎても十分な効果を得られない可能性がある。 The amount of the organic solvent used is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but the content in the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention is usually 0.05% by weight or more, especially 0. 1% by weight or more is preferable, 1% by weight or more is more preferable, and 10% by weight or more is more preferable. Further, it is usually 50% by weight or less, particularly 40% by weight or less, and more preferably 30% by weight or less. If the amount of the organic solvent used is too small or too large, there is a possibility that a sufficient effect cannot be obtained.
<触媒>
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物には触媒を含有していてもよく、触媒としては、例えば上述したアルコキシシランの加水分解及び脱水縮合反応を促進させる物質を任意に用いることができる。
<Catalyst>
The composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention may contain a catalyst, and as the catalyst, for example, a substance that promotes the hydrolysis and dehydration condensation reaction of the alkoxysilane described above may be arbitrarily used. it can.
その例を挙げると、フッ酸、燐酸、ホウ酸、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、ステアリン酸、リノレイン酸、安息香酸、フタル酸、クエン酸、コハク酸、乳酸、リンゴ酸、マンデル酸、ピルビン酸、マロン酸、アジピン酸、グルタル酸、サリチル酸、アコニット酸などの酸類;アンモニア、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類;水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の塩基性アンモニウム塩類;ピリジンなどの塩基類;アルミニウムのアセチルアセトン錯体などのルイス酸類;その他、酸性及び塩基性のアミノ酸類などが挙げられる。 Examples include hydrofluoric acid, phosphoric acid, boric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, maleic acid, methylmalonic acid, stearic acid, linolenic acid, benzoic acid, phthalic acid, citric acid, succinic acid. Acids such as lactic acid, malic acid, mandelic acid, pyruvic acid, malonic acid, adipic acid, glutaric acid, salicylic acid, aconitic acid; amines such as ammonia, butylamine, dibutylamine, triethylamine; tetramethylammonium hydroxide, water Basic ammonium salts such as tetraethylammonium oxide, tetrapropylammonium hydroxide and tetrabutylammonium hydroxide; bases such as pyridine; Lewis acids such as acetylacetone complex of aluminum; and other acidic and basic amino acids .
また、触媒の例としては、金属キレート化合物も挙げられる。この金属キレート化合物の金属種としては、例えば、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、アンチモン等が挙げられる。金属キレート化合物の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。 Moreover, a metal chelate compound is also mentioned as an example of a catalyst. Examples of the metal species of the metal chelate compound include titanium, aluminum, zirconium, tin, and antimony. Specific examples of the metal chelate compound include the following.
アルミニウム錯体としては、例えば、ジ−エトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−イソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物等を挙げることができる。 Examples of the aluminum complex include di-ethoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n-propoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-isopropoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n- Butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-sec-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-tert-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, monoethoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono -N-propoxy bis (acetylacetonato) aluminum, monoisopropoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-n-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-sec-but Si-bis (acetylacetonato) aluminum, mono-tert-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, tris (acetylacetonato) aluminum, diethoxy mono (ethylacetoacetate) aluminum, di-n-propoxy mono ( Ethyl acetoacetate) aluminum, diisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-tert- Butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, monoethoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono Sopropoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Examples thereof include aluminum chelate compounds such as aluminum and tris (ethylacetoacetate) aluminum.
チタン錯体としては、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン等を挙げることができる。 Titanium complexes include triethoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, triisopropoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-butoxy mono (acetyl). Acetonato) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-tert-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, diethoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-propoxy bis (Acetylacetonato) titanium, diisopropoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-tert -Butoxy bis (ace Ruacetonate) titanium, monoethoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-propoxy tris (acetylacetonato) titanium, monoisopropoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-butoxy tris (acetyl) Acetonato) titanium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-tert-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, tetrakis (acetylacetonato) titanium, triethoxy mono (ethylacetoacetate) titanium , Tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, triisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-sec-butyl Xy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-tert-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, diethoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, diiso Propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Titanium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, monoisopropoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) Acetate) titanium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-tert-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, tetrakis (ethyl acetoacetate) titanium, mono (acetylacetonate) tris (ethyl aceto) Acetate) titanium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) titanium, tris (acetylacetonato) mono (ethylacetoacetate) titanium and the like.
上述したものの中でも、アルコキシシラン化合物の加水分解及び脱水縮合反応をより容易に制御するためには、酸類若しくは金属キレート化合物が好ましく、酸類がさらに好ましい。なお、触媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Among those described above, acids or metal chelate compounds are preferable, and acids are more preferable in order to more easily control the hydrolysis and dehydration condensation reaction of the alkoxysilane compound. In addition, a catalyst may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
触媒の使用量は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中のアルコキシシランに対して、通常0.001mol倍以上、中でも0.003mol倍以上、特には0.005mol倍以上が好ましく、また、通常0.8mol倍以下、中でも0.5mol倍以下、特には0.1mol倍以下が好ましい。触媒の使用量が少なすぎると加水分解反応が適度に進まず、製造後にシリカ多孔質膜中にシラノール基などの活性基が残存しやすくなり、シリカ多孔質膜の耐水性が低下する可能性があり、多すぎると反応制御が困難になり、製造中に触媒濃度が更に高くなることで、シリカ多孔質膜の表面性が低下する可能性がある。 The amount of the catalyst used is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, the amount is usually 0.001 mol times or more with respect to the alkoxysilane in the composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention. It is preferably 003 mol times or more, particularly preferably 0.005 mol times or more, and usually 0.8 mol times or less, particularly 0.5 mol times or less, and particularly preferably 0.1 mol times or less. If the amount of catalyst used is too small, the hydrolysis reaction will not proceed moderately, and active groups such as silanol groups will remain in the porous silica membrane after production, which may reduce the water resistance of the porous silica membrane. In addition, if the amount is too large, it becomes difficult to control the reaction, and the surface concentration of the porous silica membrane may be deteriorated by further increasing the catalyst concentration during the production.
<pH>
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物は、造膜性の観点で、pHが6以下であることが好ましい。組成物のpHはより好ましくは5.5以下、さらに好ましくは5.0以下、特に好ましくは4.5以下である。この範囲にすることで、本発明のシリカ多孔質膜の製造時に後述の基材の表面改質を同時に行うことができ、より造膜性が向上する傾向になる。
<PH>
The composition used for producing the porous silica membrane of the present invention preferably has a pH of 6 or less from the viewpoint of film forming properties. The pH of the composition is more preferably 5.5 or less, further preferably 5.0 or less, and particularly preferably 4.5 or less. By making it into this range, the surface modification of the base material described later can be simultaneously performed during the production of the porous silica membrane of the present invention, and the film forming property tends to be further improved.
<その他>
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物には、上述したフッ素含有シラン、フッ素を含有しないアルコキシシラン、水、有機溶媒、触媒以外の成分を含有していても良い。また、当該成分は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Others>
The composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention may contain components other than the above-described fluorine-containing silane, fluorine-free alkoxysilane, water, organic solvent, and catalyst. Moreover, the said component may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(有機ポリマー)
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物は、鋳型材として有機ポリマーを含有していてもよく、有機ポリマーを含有する組成物を基材に塗布してシリカ系前駆体膜を形成した後、抽出工程で有機ポリマーの全部又は一部を除去することで、より高い空隙率を有するシリカ多孔質膜が得られる。
(Organic polymer)
The composition used for producing the porous silica membrane of the present invention may contain an organic polymer as a template material, and a silica-based precursor membrane was formed by applying a composition containing an organic polymer to a substrate. Thereafter, a silica porous membrane having a higher porosity can be obtained by removing all or part of the organic polymer in the extraction step.
多孔質構造形成の観点から、用いる有機ポリマーの重量平均分子量は、通常500以上であり、1,000以上が好ましく、2,000以上がより好ましく、5,000以上が特に好ましい。重量平均分子量が小さすぎると、得られるシリカ多孔質膜の多孔度を高く維持することが困難な場合があり、低屈折率なシリカ多孔質膜を安定して製造することができない可能性がある。一方、有機ポリマーの重量平均分子量の上限に制限はないが、通常100,000以下、好ましくは70,000以下、より好ましくは40,000以下である。重量平均分子量が大きすぎると組成物が増粘し、造膜性が低下する可能性がある。 From the viewpoint of forming a porous structure, the weight average molecular weight of the organic polymer to be used is usually 500 or more, preferably 1,000 or more, more preferably 2,000 or more, and particularly preferably 5,000 or more. If the weight average molecular weight is too small, it may be difficult to maintain high porosity of the resulting silica porous membrane, and it may not be possible to stably produce a low refractive index silica porous membrane. . On the other hand, although there is no restriction | limiting in the upper limit of the weight average molecular weight of an organic polymer, Usually, 100,000 or less, Preferably it is 70,000 or less, More preferably, it is 40,000 or less. If the weight average molecular weight is too large, the composition thickens and the film-forming property may be lowered.
有機ポリマーの種類は本発明の効果を著しく損なわない限り特に制限はないが、例えば、(メタ)アクリレート系高分子、ポリアンハイドライド系高分子、ポリエーテル系高分子、ポリカーボネート系高分子、ポリエステル系高分子等の有機高分子が挙げられる。 The type of the organic polymer is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, (meth) acrylate polymer, polyanhydride polymer, polyether polymer, polycarbonate polymer, polyester polymer Examples thereof include organic polymers such as molecules.
(メタ)アクリレート系高分子は、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、それらの誘導体より構成される。具体例として、ジエチレングリコールアクリレート、ジプロピレングリコールアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、アクリルアミド、ビニルピリジン、N−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジエチレングリコールメタクリレート、ジプロピレングリコールメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、アミルアクリレート、2−メトキシプロピルアクリレート、2−エトキシプロピルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、アミルメタクリレート、2−メトキシプロピルメタクリレート、2−エトキシプロピルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The (meth) acrylate polymer is composed of acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, and derivatives thereof. Specific examples include diethylene glycol acrylate, dipropylene glycol acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, acrylamide, vinyl pyridine, N-methyl acrylamide, N, N-dimethyl acrylamide, diethylene glycol methacrylate, dipropylene glycol methacrylate, methoxy. Diethylene glycol methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide, methyl acrylate, ethyl acrylate, isopropyl acrylate, amyl acrylate, 2-methoxypropyl acrylate, 2-Ethoxypropyl acrylate , 2-ethylhexyl acrylate, benzyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, isopropyl methacrylate, amyl methacrylate, 2-methoxypropyl methacrylate, 2-ethoxyethyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, benzyl methacrylate and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリアンハイドライド系高分子は、炭素数2以上の脂肪族ジカルボン酸から得られる。具体例として、ポリマロニックアンハイドライド、ポリスクシニックアンハイドライド、ポリオキサリックアンハイドライド、ポリグルタリックアンハイドライド等、それらのメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The polyanhydride polymer is obtained from an aliphatic dicarboxylic acid having 2 or more carbon atoms. Specific examples include polymalonic anhydride, polysuccinic anhydride, polyoxalic anhydride, polyglutaric anhydride, and the like, methyl ester, ethyl ester, propyl ester, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリエーテル系高分子は、炭素数2以上のポリアルキレングリコール化合物から構成される。具体例として、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリトリメチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリペンタメチレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールブロック共重合体、ポリエチレングリコール−ポリテトラメチレングリコールブロック共重合体、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールブロック共重合体等、それらのメチルエーテル、エチルエーテル;ポリエチレングリコールモノ−p−メチルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールモノ−p−エチルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールモノ−p−プロピルフェニルエーテル、それらのメチルエーテル、エチルエーテル;ポリエチレングリコールモノペンタン酸エステル、ポリエチレングリコールモノヘキサン酸エステル、ポリエチレングリコールモノヘプタン酸エステル、それらのメチルエーテル、エチルエーテル等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The polyether polymer is composed of a polyalkylene glycol compound having 2 or more carbon atoms. Specific examples include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytrimethylene glycol, polytetramethylene glycol, polypentamethylene glycol, polyethylene glycol-polypropylene glycol block copolymer, polyethylene glycol-polytetramethylene glycol block copolymer, polyethylene glycol- Polypropylene glycol-polyethylene glycol block copolymer, etc., methyl ether, ethyl ether thereof; polyethylene glycol mono-p-methylphenyl ether, polyethylene glycol mono-p-ethylphenyl ether, polyethylene glycol mono-p-propylphenyl ether, them Methyl ether, ethyl ether; polyethylene glycol monopentanoic acid Ester, polyethylene glycol mono-hexanoic acid ester, polyethylene glycol mono-heptanoic acid esters, their methyl ether, ethyl ether, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリカーボネート系高分子は、炭素数2以上の脂肪族ポリカーボネートであり、具体例として、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリトリメチレンカーボネート、ポリペンタメチレンカーボネート、それらのメチルエーテル、エチルエーテルが挙げられる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The polycarbonate polymer is an aliphatic polycarbonate having 2 or more carbon atoms, and specific examples thereof include polyethylene carbonate, polypropylene carbonate, polytrimethylene carbonate, polypentamethylene carbonate, their methyl ether, and ethyl ether. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリエステル系高分子は炭素数2以上の脂肪族鎖及びエステル結合からなる化合物で構成されている。具体例として、ポリエチレンオキサレート、ポリエチレンマロネート、ポリエチレンスクシネート、ポリエチレングリタレート、ポリプロピレンオキサレート、ポリプロピレンマロネート、ポリプロピレンスクシネート、ポリプロピレングリタレート、これらのメチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The polyester polymer is composed of a compound comprising an aliphatic chain having 2 or more carbon atoms and an ester bond. Specific examples include polyethylene oxalate, polyethylene malonate, polyethylene succinate, polyethylene glutarate, polypropylene oxalate, polypropylene malonate, polypropylene succinate, polypropylene glutarate, their methyl ether, ethyl ether, propyl ether and the like. Can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物のポットライフ、製膜工程におけるシリカ系前駆体膜の安定性の観点から、有機ポリマーとしては、(メタ)アクリル系高分子、ポリエーテル系高分子が好ましく、ポリエーテル系高分子がより好ましい。中でも加水分解基含有シランとの親和性の観点から、ポリエーテル系高分子を構成する繰り返し単位のアルキレングリコール化合物の炭素数が2〜4のものが好ましく、2若しくは3のものがより好ましい。 From the viewpoint of the pot life of the composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention and the stability of the silica-based precursor membrane in the film-forming process, the organic polymer includes (meth) acrylic polymers, polyether-based polymers. Molecules are preferred, and polyether polymers are more preferred. Among these, from the viewpoint of affinity with the hydrolyzable group-containing silane, the alkylene glycol compound of the repeating unit constituting the polyether polymer preferably has 2 to 4 carbon atoms, and more preferably 2 or 3 carbon atoms.
さらにシリカ系前駆体膜の構造を製膜工程から加熱工程まで安定に維持するためには、有機ポリマーとしては、炭素数の異なるアルキレングリコール化合物を組み合わせた共重合体が好ましい。この際、アルキレングリコール化合物の合計に占める炭素数の少ない、つまり加水分解基含有シランのシラノール基との親和性の高いアルキレングリコール化合物の含有量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常20重量%以上、好ましくは23重量%以上、より好ましくは25重量%以上であり、また、通常100重量%以下、好ましくは90重量%以下、より好ましくは85重量%以下である。上記の範囲に収めることで、加水分解基含有シランのゾル−ゲル反応中において形成される加水分解基含有シランの加水分解物や縮合物に対して、鋳型材としての有機ポリマーがさらに安定に存在することができる。 Furthermore, in order to stably maintain the structure of the silica-based precursor film from the film forming process to the heating process, the organic polymer is preferably a copolymer in which alkylene glycol compounds having different carbon numbers are combined. At this time, the content of the alkylene glycol compound having a small number of carbons in the total of the alkylene glycol compound, that is, having a high affinity with the silanol group of the hydrolyzable group-containing silane is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired. However, it is usually 20% by weight or more, preferably 23% by weight or more, more preferably 25% by weight or more, and usually 100% by weight or less, preferably 90% by weight or less, more preferably 85% by weight or less. By staying within the above range, the organic polymer as a template material exists more stably than the hydrolyzate or condensate of hydrolyzable group-containing silane formed during the sol-gel reaction of hydrolyzable group-containing silane. can do.
有機ポリマーを用いる場合、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物の有機ポリマーの含有量は、0.1重量%以上であることが好ましく、0.5重量%以上であることがより好ましく、1.2重量%以上がさらに好ましく、1.4重量%以上が特に好ましい。組成物中の有機ポリマーの含有量がこの下限以上であれば製膜工程における加水分解基含有シランのゾル−ゲル反応を安定にすることができる。組成物中の有機ポリマーの含有量の上限に制限はないが、50重量%以下が好ましく、40重量%以下がより好ましく、30重量%以下が特に好ましい。この上限値を超えると組成物が増粘し、造膜性が低下する可能性がある。 When the organic polymer is used, the content of the organic polymer in the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more. Preferably, 1.2% by weight or more is more preferable, and 1.4% by weight or more is particularly preferable. If content of the organic polymer in a composition is more than this minimum, the sol-gel reaction of the hydrolyzable group containing silane in a film forming process can be stabilized. Although there is no restriction | limiting in the upper limit of content of the organic polymer in a composition, 50 weight% or less is preferable, 40 weight% or less is more preferable, and 30 weight% or less is especially preferable. If this upper limit is exceeded, the composition may thicken and the film-forming property may deteriorate.
(界面活性剤)
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物には、本発明の効果を著しく損なわない限り、界面活性剤を含有してもよく、特に基材の大面積化においては、界面活性剤を添加することで造膜性が著しく向上する場合がある。界面活性剤としては公知の何れを用いることもでき、その種類、組み合わせ、比率には特に制限はなく、以下の2種以上の界面活性剤を用いてもよい。
(Surfactant)
The composition used for the production of the porous silica membrane of the present invention may contain a surfactant as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. In some cases, the film forming property is remarkably improved. As the surfactant, any known surfactant can be used, and the type, combination, and ratio thereof are not particularly limited, and the following two or more surfactants may be used.
界面活性剤の具体的な例として、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリイソブチレングリコールなどのノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤、親油基がフッ化炭素基のフッ素系界面活性剤、親油基がシロキサン鎖のシリコーン系界面活性剤、親油基がアルキル基の界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤は組成物の造膜性の点で、これらのうちの2種以上が選択されることが好ましく、中でもノニオン系界面活性剤とフッ素系界面活性剤(特にパーフルオロアルキル基を含有するもの)との組合せ、及びノニオン系界面活性剤とシリコーン系界面活性剤(特にシロキサン結合を含有するもの)との組合せから選択されることが好ましい。これらの界面活性剤の親水基は、例えば、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基等が好ましい。またポリエーテル、ポリグリセリン等も好ましい。 Specific examples of surfactants include nonionic surfactants such as polyethylene glycol, polypropylene glycol and polyisobutylene glycol, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, and lipophilic groups that are fluorinated. Examples thereof include a fluorine-based surfactant having a carbon group, a silicone-based surfactant having a siloxane chain as a lipophilic group, and a surfactant having an alkyl group as a lipophilic group. Two or more of these surfactants are preferably selected from the viewpoint of film-forming properties of the composition, and among them, nonionic surfactants and fluorosurfactants (especially containing perfluoroalkyl groups). And a combination of a nonionic surfactant and a silicone surfactant (especially those containing a siloxane bond). The hydrophilic group of these surfactants is preferably, for example, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group or the like. Polyether, polyglycerin and the like are also preferable.
フッ素系界面活性剤として、例えば、ヘキサエチレングリコール(1,1,2,2,3,3−ヘキサフロロペンチル)エーテル、1,1,2,2−テトラフロロオクチル(1,1,2,2、−テトラフロロプロピル)エーテル、パーフロロドデシルスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。 Examples of the fluorosurfactant include hexaethylene glycol (1,1,2,2,3,3-hexafluoropentyl) ether, 1,1,2,2-tetrafluorooctyl (1,1,2,2). , -Tetrafluoropropyl) ether, sodium perfluorododecyl sulfonate, and the like.
また、シリコーン系界面活性剤として、例えばSH21シリーズ、SH28シリーズ(東レ・ダウコーニング株式会社)などが挙げられる。 Examples of the silicone surfactant include SH21 series and SH28 series (Toray Dow Corning Co., Ltd.).
本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中の界面活性剤の含有量は、組成物中の全加水分解基含有シランのケイ素原子に対する界面活性剤の割合として、得られるシリカ多孔質膜の表面性の観点から、通常0.001(mol/mol)以上、好ましくは0.002(mol/mol)以上、より好ましくは0.003(mol/mol)以上であり、また、通常0.05(mol/mol)以下、好ましくは0.04(mol/mol)以下、より好ましくは0.03(mol/mol)以下である。 The content of the surfactant in the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention is the ratio of the surfactant to the silicon atom of the total hydrolyzable group-containing silane in the composition, and the resulting porous silica membrane From the viewpoint of the surface property, it is usually 0.001 (mol / mol) or more, preferably 0.002 (mol / mol) or more, more preferably 0.003 (mol / mol) or more, and usually 0. 05 (mol / mol) or less, preferably 0.04 (mol / mol) or less, more preferably 0.03 (mol / mol) or less.
<組成物の調合>
上述した組成物を構成する各成分を混合して、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物を調合する。この際、各成分の混合の順番に制限は無い。また、各成分は、全量を一回で混合しても良く、2回以上に分けて連続又は断続的に混合しても良い。
<Composition of composition>
The components used in the composition described above are mixed to prepare a composition used for producing the porous silica membrane of the present invention. At this time, there is no limitation on the order of mixing the components. In addition, each component may be mixed all at once, or may be mixed continuously or intermittently in two or more times.
ただし、従来、制御困難とされているゾル−ゲル反応を制御して、組成物をより工業的に有利に調合するためには、以下の要領で混合することが好ましい。即ち、フッ素を含有しないアルコキシシラン、水、溶媒、触媒、必要に応じてフッ素含有シランを混合し、その混合物(以下、「アルコキシシラン混合物」と称す場合がある。)を一定のゾル−ゲル反応(熟成)させることでアルコキシシランをある程度加水分解及び脱水重縮合させる。一方で、フッ素含有シラン、水、溶媒、触媒を混合し、その混合物(以下、「フッ素含有シラン混合物」と称す場合がある。)を前記と同様にある程度加水分解及び脱水重縮合させることもできる。そして、鋳型材として有機ポリマーを用いる場合は、アルコキシシラン混合物かつ/またはフッ素含有シラン混合物に有機ポリマーを混合して組成物を調合する。これにより、ゾル−ゲル反応条件下で、シランと鋳型材としての有機ポリマーとの親和性を維持することができる。なお、熟成は前記の混合物と有機ポリマーとを混合した後で行なってもよい。最後に、アルコキシシラン混合物にフッ素含有シラン混合物を混合し、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物を調合することもできる。 However, in order to control the sol-gel reaction, which has heretofore been difficult to control, and to make the composition more industrially advantageous, it is preferable to mix in the following manner. That is, alkoxysilane containing no fluorine, water, solvent, catalyst, and fluorine-containing silane as necessary are mixed, and the mixture (hereinafter sometimes referred to as “alkoxysilane mixture”) is a certain sol-gel reaction. (Aging) causes the alkoxysilane to be hydrolyzed and dehydrated polycondensed to some extent. On the other hand, fluorine-containing silane, water, solvent, and catalyst can be mixed, and the mixture (hereinafter sometimes referred to as “fluorine-containing silane mixture”) can be hydrolyzed and dehydrated and polycondensed to some extent as described above. . And when using an organic polymer as a casting_mold | template material, an organic polymer is mixed with an alkoxysilane mixture and / or a fluorine-containing silane mixture, and a composition is prepared. Thereby, the affinity of silane and the organic polymer as a template material can be maintained under sol-gel reaction conditions. The aging may be performed after mixing the mixture and the organic polymer. Finally, a fluorine-containing silane mixture can be mixed with an alkoxysilane mixture to prepare a composition used for producing the porous silica membrane of the present invention.
<熟成>
(アルコキシシラン混合物かつ/及びフッ素含有シラン混合物の熟成)
前記熟成の際、アルコキシシランおよびフッ素含有シランの加水分解・脱水重縮合反応を進めるためには、加熱することが好ましい。加熱条件として、用いる溶媒の沸点を超えなければ、特に制限は無いが、通常5℃以上、中でも10℃以上、20℃以上とすることがさらに好ましく、30℃以上とすることが最も好ましい。加熱温度が低すぎると、十分なゾル−ゲル反応が進まず、アルコキシシランおよびフッ素含有シランの縮合体の成長が不十分なために、形成される膜の強度が低くなる可能性がある。また、十分なゾル−ゲル反応が進行しなければ、鋳型材として有機ポリマーを用いる場合、有機ポリマーとの親和性が得られない可能性がある。一方、加熱温度の上限は、90℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。加熱温度が高すぎると、アルコキシシランの縮合反応が進行しすぎて、縮合体が沈殿を形成して、アルコキシシラン混合物およびフッ素含有シラン混合物が不均一になる可能性がある。また、反応温度が高すぎると、シラン混合物中の鋳型材である有機ポリマーの分子運動が激しくなり、シランと有機ポリマーとの親和性が制御できなくなる可能性がある。
<Aging>
(Aging of alkoxysilane mixture and / or fluorine-containing silane mixture)
In the ripening, heating is preferably performed in order to advance hydrolysis / dehydration polycondensation reaction of alkoxysilane and fluorine-containing silane. The heating condition is not particularly limited as long as it does not exceed the boiling point of the solvent to be used, but is usually 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, 20 ° C. or higher, and most preferably 30 ° C. or higher. When the heating temperature is too low, sufficient sol-gel reaction does not proceed, and the growth of the condensate of alkoxysilane and fluorine-containing silane is insufficient, so that the strength of the formed film may be lowered. Moreover, if sufficient sol-gel reaction does not advance, when using an organic polymer as a casting | molding material, affinity with an organic polymer may not be acquired. On the other hand, the upper limit of the heating temperature is preferably 90 ° C. or less, and more preferably 80 ° C. or less. If the heating temperature is too high, the condensation reaction of the alkoxysilane proceeds too much, the condensate may form a precipitate, and the alkoxysilane mixture and the fluorine-containing silane mixture may become non-uniform. If the reaction temperature is too high, the molecular motion of the organic polymer, which is the template material in the silane mixture, becomes intense, and the affinity between the silane and the organic polymer may not be controlled.
また、加熱を伴う熟成時間に制限は無いが、通常0分以上、好ましくは10分以上、より好ましくは20分以上、より好ましくは30分以上、また、通常20時間以下、好ましくは15時間以下、より好ましくは8時間以下、さらに好ましくは4時間以下である。熟成時間が短すぎると均一に反応を進めることが難しくなる可能性があり、長すぎると熟成温度を低くする必要があり、十分なゾル−ゲル反応が進まず、アルコキシシランと有機ポリマー(鋳型材)との親和性が得られない可能性がある。 The aging time with heating is not limited, but is usually 0 minutes or more, preferably 10 minutes or more, more preferably 20 minutes or more, more preferably 30 minutes or more, and usually 20 hours or less, preferably 15 hours or less. More preferably, it is 8 hours or less, More preferably, it is 4 hours or less. If the aging time is too short, it may be difficult to proceed the reaction uniformly. If the aging time is too long, the aging temperature needs to be lowered, and the sol-gel reaction does not proceed sufficiently. ) May not be obtained.
さらに、アルコキシシラン混合物及びフッ素含有シラン混合物の熟成時の圧力条件に制限は無いが、通常は常圧で熟成を行なうことが好ましい。圧力が変化すると溶媒の沸点も変化し、熟成中の溶媒が揮発(蒸発)することで、組成比が変化して、混合物の安定性が低くなる可能性がある。 Furthermore, although there is no restriction | limiting in the pressure conditions at the time of ageing | curing | ripening of an alkoxysilane mixture and a fluorine-containing silane mixture, Usually, it is preferable to age | cure | ripen by a normal pressure. When the pressure changes, the boiling point of the solvent also changes, and the solvent during aging volatilizes (evaporates), which may change the composition ratio and lower the stability of the mixture.
また、上記熟成後、製膜工程前に用いる組成物は有機溶媒を更に混合して希釈することが好ましい。これにより、組成物内でのゾル−ゲル反応速度を低下させることができ、組成物のポットライフを長く維持することが可能となる。また、シリカ多孔質膜の製造における歩留まりの観点では、加熱を伴わない熟成を行うことが好ましい。加熱を伴わない熟成は、組成物の調製後に行ってもよい。組成物のポットライフの観点では、中和工程を行ったり、触媒除去工程を行ってもよい。 Moreover, it is preferable that the composition used after the aging and before the film forming step is further mixed with an organic solvent and diluted. Thereby, the sol-gel reaction rate in a composition can be reduced, and it becomes possible to maintain the pot life of a composition long. Further, from the viewpoint of yield in the production of the silica porous membrane, it is preferable to perform aging without heating. Aging without heating may be performed after the preparation of the composition. From the viewpoint of the pot life of the composition, a neutralization step or a catalyst removal step may be performed.
{製膜工程}
製膜工程では、上述の本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物を基材上に塗布、展開することで、シリカ系前駆体膜を製造する。
{Film forming process}
In the film forming step, a silica-based precursor film is manufactured by applying and spreading a composition used for manufacturing the above-described porous silica film of the present invention on a substrate.
なお、製膜工程は一回で行なってもよいが、二回以上に分けて行なってもよい。例えば、後述する粗乾燥工程を介して、製膜工程を二回以上行なうようにすれば、積層構造を有するシリカ多孔質膜を形成することが可能である。これは、例えば屈折率が異なるシリカ多孔質膜を積層して形成したい場合などに有用である。 The film forming process may be performed once, but may be performed twice or more. For example, a porous silica film having a laminated structure can be formed by performing the film forming process twice or more through a rough drying process described later. This is useful, for example, when it is desired to form a porous silica film having different refractive indexes.
<基材>
シリカ系前駆体膜の形成に用いる基材は用途に応じて任意のものを用いることができる。中でも、汎用材料からなる透明基材(透光性基材)を用いることが好ましい。
<Base material>
Any substrate can be used for forming the silica-based precursor film depending on the application. Among these, it is preferable to use a transparent base material (translucent base material) made of a general-purpose material.
基材の材料の例を挙げると、珪酸ガラス、高珪酸ガラス、珪酸アルカリガラス、鉛アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、バリウムガラスなどの珪酸塩ガラス、硼珪酸ガラスやアルミナ珪酸ガラス、燐酸塩ガラスなどのガラス及びこれらの強化ガラス;ポリメチルメタクリレート、架橋アクリレート等のアクリル樹脂、ピスフェノールAポリカーボネート等の芳香族ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリシクロオレフィン等の非晶性ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン等のスチレン樹脂、ポリエーテルスルホン等のポリスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)等の合成樹脂などが挙げられる。 Examples of base materials include silicate glass, high silicate glass, alkali silicate glass, lead alkali glass, soda lime glass, potash lime glass, barium glass and other silicate glasses, borosilicate glass, alumina silicate glass, phosphoric acid Glass such as salt glass and tempered glass thereof; acrylic resin such as polymethyl methacrylate and cross-linked acrylate; aromatic polycarbonate resin such as bisphenol A polycarbonate; polyester resin such as polyethylene terephthalate; amorphous polyolefin resin such as polycycloolefin , Epoxy resins, styrene resins such as polystyrene, polysulfone resins such as polyethersulfone, polyetherimide resins, and synthetic resins such as tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE).
中でも寸法安定性の観点では、ガラス、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂が好ましく、価格の点で、ソーダ石灰ガラスが好ましい。さらに、耐衝撃性の観点から強化ガラスを使用することも好ましい。また、単結晶太陽電池や他結晶太陽電池などの近赤外光でも光電変換可能な太陽電池に使用されるカバーガラスについては、通常のソーダ石灰ガラスでは含有される2価の鉄イオンにより近赤外領域に吸収を持つため、鉄イオン含有量を低減することで光透過性を高め、さらに耐衝撃強度が優れた白板強化ガラスを用いることがより好ましくなる。 Among these, glass, polyetherimide resin, and polysulfone resin are preferable from the viewpoint of dimensional stability, and soda lime glass is preferable in terms of price. Furthermore, it is also preferable to use tempered glass from the viewpoint of impact resistance. In addition, the cover glass used for solar cells capable of photoelectric conversion even in the near-infrared light, such as single crystal solar cells and other crystal solar cells, is near red due to the divalent iron ions contained in ordinary soda-lime glass. Since it has absorption in the outer region, it is more preferable to use white plate tempered glass having improved light transmittance by reducing the iron ion content and having excellent impact strength.
なお、これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 In addition, these may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
本発明に用いられる基材の寸法は任意である。ただし、透光性基材として板状の基板を用いる場合には、当該基板の厚さは、機械的強度及びガスバリア性の観点から、0.01mm以上が好ましく、0.05mm以上がより好ましく、0.1mm以上がより好ましい。また、当該厚さは、軽量化及び光線透過率の観点から、80mm以下が好ましく、50mm以下がより好ましく、30mm以下がより好ましく、10mm以下がより好ましく、3mm以下が特に好ましい。さらに透光性基材の大きさ(面積)としては、光学的な効果を得る観点から0.1m2以上が好ましく、0.5m2以上がより好ましく、1m2以上が特に好ましい。上限には特に制限はないが、通常100m2以下が好ましく、50m2以下がより好ましい。 The dimensions of the substrate used in the present invention are arbitrary. However, when a plate-like substrate is used as the translucent substrate, the thickness of the substrate is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.05 mm or more, from the viewpoint of mechanical strength and gas barrier properties. 0.1 mm or more is more preferable. The thickness is preferably 80 mm or less, more preferably 50 mm or less, more preferably 30 mm or less, more preferably 10 mm or less, and particularly preferably 3 mm or less from the viewpoint of weight reduction and light transmittance. Further, the size (area) of the translucent substrate is preferably 0.1 m 2 or more, more preferably 0.5 m 2 or more, and particularly preferably 1 m 2 or more from the viewpoint of obtaining an optical effect. Although there is no restriction | limiting in particular in an upper limit, Usually, 100 m < 2 > or less is preferable and 50 m < 2 > or less is more preferable.
特に、本発明のシリカ多孔質膜を光学機能層として使用する場合、シリカ多孔質膜は一定サイズ以上の基材上に形成されていることが好ましい。即ち、基材の面積は0.0025m2以上が好ましく、0.05m2以上がより好ましく、0.1m2以上がさらに好ましく、1m2以上が最も好ましい。かかるサイズより小さいと、光学特性が十分に現れない可能性がある。 In particular, when the porous silica film of the present invention is used as an optical functional layer, the porous silica film is preferably formed on a substrate having a certain size or more. That is, the area of the substrate is preferably 0.0025M 2 or more, more preferably 0.05 m 2 or more, more preferably 0.1 m 2 or more, 1 m 2 or more is most preferred. If it is smaller than this size, there is a possibility that the optical characteristics do not sufficiently appear.
また、基材のシリカ多孔質膜形成面の中心線平均粗さも任意である。ただし、形成するシリカ多孔質膜の製膜性の観点から、当該中心線平均粗さは10nm以下が好ましく、8nm以下がより好ましく、5nm以下が更に好ましく、3nm以下が特に好ましい。また、基材の表面粗さの最大高さRmaxについては、形成するシリカ多孔質膜の製膜性の観点から、100μm以下、特に10μm以下であることが好ましい。
この中心線平均粗さ及び表面粗さの最大高さRmaxは、JIS−B0601:1994に従った汎用の表面粗さ計(例えば、(株)東京精密社製サーフコム570A)により測定される。
Moreover, the center line average roughness of the silica porous film forming surface of the substrate is also arbitrary. However, from the viewpoint of the film forming property of the porous silica membrane to be formed, the center line average roughness is preferably 10 nm or less, more preferably 8 nm or less, still more preferably 5 nm or less, and particularly preferably 3 nm or less. In addition, the maximum height R max of the surface roughness of the substrate is preferably 100 μm or less, particularly preferably 10 μm or less, from the viewpoint of the film forming property of the silica porous film to be formed.
The maximum height R max of the central line average roughness and surface roughness, JIS-B0601: universal surface roughness tester in accordance with the 1994 (e.g., Ltd. Tokyo Seimitsu Co. Surfcom 570A) is measured by.
<製膜方法>
本発明において、基材への本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物の製膜方法に特に制限はなく、例えば、スピンコーター、スプレーコーター、ダイコーター、バーコーター、テーブルコーター、アプリケーター、ドクターブレードコーターなどを用いて塗布する方法や、ディップコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法などが挙げられる。
<Film forming method>
In the present invention, there is no particular limitation on the film forming method of the composition used for the production of the silica porous film of the present invention on the substrate, for example, spin coater, spray coater, die coater, bar coater, table coater, applicator, Examples thereof include a coating method using a doctor blade coater, a dip coating method, an ink jet method, a screen printing method, a gravure printing method, a flexographic printing method, and the like.
ディップコート法においては、任意の速度で、基材を本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物に浸漬して引き上げればよい。この際の引き上げ速度に制限は無いが、通常0.01mm/秒以上、好ましくは0.05mm/秒以上、より好ましくは0.1mm/秒以上、また、通常50mm/秒以下、好ましくは30mm/秒以下、より好ましくは20mm/秒以下である。引き上げ速度が遅すぎたり速すぎたりすると、膜厚にムラができる可能性がある。一方、基材を組成物中に浸漬する速度に制限はないが、通常は、引き上げ速度と同程度の速度で基材を組成物中に浸漬することが好ましい。さらに、基材を組成物中に浸漬してから引き上げるまでの間、適当な時間浸漬を継続してもよい。この浸漬を継続する時間に制限は無いが、通常1秒以上、好ましくは3秒以上、より好ましくは5秒以上、また、通常48時間以下、好ましくは24時間以下、より好ましくは12時間以下である。この時間が短すぎると基材への密着性が低い可能性があり、長すぎると浸漬中に膜が形成されて平滑性が低い可能性がある。 In the dip coating method, the substrate may be pulled up by dipping in the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention at an arbitrary speed. The pulling speed at this time is not limited, but is usually 0.01 mm / second or more, preferably 0.05 mm / second or more, more preferably 0.1 mm / second or more, and usually 50 mm / second or less, preferably 30 mm / second. Second or less, more preferably 20 mm / second or less. If the pulling speed is too slow or too fast, the film thickness may be uneven. On the other hand, although there is no restriction | limiting in the speed | rate which immerses a base material in a composition, Usually, it is preferable to immerse a base material in a composition at a speed | rate comparable as a raising speed | rate. Further, the immersion may be continued for an appropriate time from when the substrate is immersed in the composition to when the substrate is pulled up. There is no limitation on the duration of this immersion, but it is usually 1 second or more, preferably 3 seconds or more, more preferably 5 seconds or more, and usually 48 hours or less, preferably 24 hours or less, more preferably 12 hours or less. is there. If this time is too short, the adhesion to the substrate may be low, and if it is too long, a film may be formed during the immersion and the smoothness may be low.
さらに、スピンコート法で、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物を塗布する場合、回転速度は、通常10回転/分以上、好ましくは50回転/分以上、より好ましくは100回転/分以上、また、通常100000回転/分以下、好ましくは50000回転/分以下、より好ましくは10000回転/分以下である。回転速度が遅すぎると膜厚にムラができる可能性があり、速すぎると溶媒の気化が進みやすくなりアルコキシシラン類の加水分解等の反応が十分進まず耐水性が低い可能性がある。 Furthermore, when the composition used for producing the porous silica film of the present invention is applied by spin coating, the rotation speed is usually 10 revolutions / minute or more, preferably 50 revolutions / minute or more, more preferably 100 revolutions / minute. Min. Or more, and usually 100,000 revolutions / minute or less, preferably 50,000 revolutions / minute or less, more preferably 10,000 revolutions / minute or less. If the rotational speed is too slow, the film thickness may be uneven. If the rotational speed is too fast, the vaporization of the solvent tends to proceed and the reaction such as hydrolysis of alkoxysilanes does not proceed sufficiently and the water resistance may be low.
特に、製膜時のゾル−ゲル反応を組成物の組成に依らず、安定した状態でシリカ系前駆体膜とするためには、組成物の吐出部と基材との距離を制御し、さらに該組成物を流延することが好ましい。吐出部と基材からできる限られた空間の中で膜化することで、一定の環境下でゾル−ゲル反応を進めることができ、均質なシリカ系前駆体膜を形成できる。具体的には組成物の吐出部と基材との距離は100μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましく、70μm以下がさらに好ましく、50μm以下が最も好ましい。この距離が100μmを超えると、吐出部周辺と基材周辺でゾル−ゲル反応の進行に違いが生じ、ウェット状態で膜中に対流が発生するため、安定してシリカ多孔質膜を得ることができない傾向がある。一方、この距離の下限としては0.1μm以上が好ましく、0.3μm以上がより好ましく、0.5μm以上がさらに好ましく、0.8μm以上が最も好ましい。0.1μmを下回ると組成物への流延時のシェアが大きくなり、ゾル−ゲル反応が安定に進まない恐れがある。 In particular, in order to obtain a silica-based precursor film in a stable state regardless of the composition of the sol-gel reaction during film formation, the distance between the discharge part of the composition and the substrate is controlled, It is preferable to cast the composition. By forming a film in a limited space formed from the discharge part and the base material, the sol-gel reaction can be advanced in a certain environment, and a homogeneous silica-based precursor film can be formed. Specifically, the distance between the discharge part of the composition and the substrate is preferably 100 μm or less, more preferably 80 μm or less, further preferably 70 μm or less, and most preferably 50 μm or less. When this distance exceeds 100 μm, a difference in the progress of the sol-gel reaction occurs around the discharge part and around the substrate, and convection occurs in the film in a wet state, so that a porous silica film can be stably obtained. There is a tendency not to. On the other hand, the lower limit of this distance is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, further preferably 0.5 μm or more, and most preferably 0.8 μm or more. If it is less than 0.1 μm, the share at the time of casting into the composition increases, and the sol-gel reaction may not proceed stably.
さらに、光学機能層として信頼性の高い膜厚制御を広範囲(大面積)で実現するためには、ダイコーター、バーコーター、テーブルコーター、アプリケーター、ドクターブレードコーターなどを用いる方法が好ましく、ダイコーターを用いる方法がより好ましい。 Furthermore, in order to realize reliable film thickness control over a wide range (large area) as an optical functional layer, a method using a die coater, bar coater, table coater, applicator, doctor blade coater, etc. is preferable. The method used is more preferable.
ダイコート法は、溶液供給点より本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物を一定流量で供給し、それをスリットを経てダイリップより吐出することにより基材表面上にシリカ系前駆体膜を形成させるものであり、この際、基材を一定速度で搬送させることにより、目的とするシリカ多孔質膜を形成することができる。 In the die coating method, the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention is supplied at a constant flow rate from the solution supply point, and the silica-based precursor membrane is formed on the substrate surface by discharging it from the die lip through the slit. In this case, the target silica porous film can be formed by conveying the substrate at a constant speed.
上記スリットの幅には特に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、また、通常、100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下である。スリットの幅が上記下限値を下回るとコンタミにより目詰まりを起こす恐れがあり、上記上限値を超えると均一な膜を製膜できない恐れがある。
また、ダイリップ(スリット)と基板との間隔(距離)であるGapには特に制限はないが、通常、5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは30μm以上、また、通常、100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下の範囲にすることにより、良質なシリカ系前駆体膜を得ることができる。
The width of the slit is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the width of the slit is less than the lower limit, there is a risk of clogging due to contamination, and if it exceeds the upper limit, a uniform film may not be formed.
The gap (distance) between the die lip (slit) and the substrate is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually By setting the thickness within a range of 100 μm or less, preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, a high-quality silica-based precursor film can be obtained.
ダイリップからの吐出流量には特に制限はないが、通常1〜100cc/分、好ましくは1〜50cc/分、より好ましくは1〜20cc/分、さらに好ましくは2〜10cc/分、最も好ましくは3〜6cc/分である。吐出流量が上記下限値を下回ると流延時のスリット速度精度を厳密にしなければいけなくなるため、基材の大面積化が難しくなる傾向がある。一方、上記上限値を超えると吐出した組成物に対流が生じ、安定なウェット膜を形成することができなくなる場合がある。 The discharge flow rate from the die lip is not particularly limited, but is usually 1 to 100 cc / min, preferably 1 to 50 cc / min, more preferably 1 to 20 cc / min, further preferably 2 to 10 cc / min, most preferably 3 ~ 6cc / min. If the discharge flow rate is lower than the lower limit value, the slit speed accuracy at the time of casting must be strict, so that it is difficult to increase the area of the substrate. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, convection may occur in the discharged composition, and a stable wet film may not be formed.
塗工速度には特に制限はないが、通常5〜300mm/秒、好ましくは10〜200mm/秒、より好ましくは20〜100mm/秒、さらに好ましくは30〜80mm/秒、最も好ましくは40〜60mm/秒である。塗工速度が上記下限値を下回ると製膜工程におけるシリカ系前駆体膜の流延条件を精密に制御しなければならず、生産性を損なう恐れがあり、上記上限値を超えると製膜工程においてシリカ系前駆体膜にせん断応力がかかり、鋳型材である有機ポリマーとシリカ成分とで構成される構造を破壊する恐れがある。 The coating speed is not particularly limited, but is usually 5 to 300 mm / second, preferably 10 to 200 mm / second, more preferably 20 to 100 mm / second, further preferably 30 to 80 mm / second, and most preferably 40 to 60 mm. / Sec. If the coating speed is lower than the lower limit, the casting conditions of the silica-based precursor film in the film forming process must be precisely controlled, which may impair productivity. If the upper limit is exceeded, the film forming process In this case, shear stress is applied to the silica-based precursor film, and the structure composed of the organic polymer as a template material and the silica component may be destroyed.
塗工停止時間には特に制限はないが、通常0.1〜3秒、好ましくは0.1〜2秒、より好ましくは0.2〜1秒、さらに好ましくは0.2〜0.8秒、最も好ましくは0.3〜0.6秒である。塗工停止時間が上記下限値を下回ると基材とシリカ系前駆体膜の界面状態が安定せず、基材との密着性が低下したり、膜表面のレベリングが進まず、膜の外観が悪化する恐れがあり、上記上限値を超えると基材とシリカ系前駆体膜との界面でのゾル−ゲル反応が進行しすぎてしまい、流延時に局所的な欠陥が生じる恐れがある。 The coating stop time is not particularly limited, but is usually 0.1 to 3 seconds, preferably 0.1 to 2 seconds, more preferably 0.2 to 1 second, and further preferably 0.2 to 0.8 seconds. Most preferably, it is 0.3 to 0.6 seconds. If the coating stop time is less than the above lower limit value, the interface state between the base material and the silica-based precursor film is not stable, the adhesion with the base material is lowered, the leveling of the film surface does not progress, and the appearance of the film is not improved. If the above upper limit is exceeded, the sol-gel reaction at the interface between the base material and the silica-based precursor film may proceed excessively and local defects may occur during casting.
塗工距離には特に制限はないが、通常0.05〜500m、好ましくは0.1〜300m、より好ましくは0.5〜100m、さらに好ましくは0.8〜50m、最も好ましくは1〜5mである。塗工距離が上記下限値を下回ると製膜工程における流延初期の不安定な状態をシリカ系前駆体膜全体に及ぼす恐れがあり、上記上限値を超えると組成物中の局所的な不均一構造が得られるシリカ多孔質膜の表面性に影響を与える恐れがある。 Although there is no restriction | limiting in particular in coating distance, Usually, 0.05-500m, Preferably it is 0.1-300m, More preferably, it is 0.5-100m, More preferably, it is 0.8-50m, Most preferably, it is 1-5m. It is. If the coating distance is less than the above lower limit value, there is a fear that the unstable state in the initial stage of casting in the film forming process may be exerted on the entire silica-based precursor film, and if the above upper limit value is exceeded, local non-uniformity in the composition There is a possibility of affecting the surface properties of the porous silica membrane from which the structure is obtained.
ダイリップと基板支持台の水平出し精度は、通常±5μm以下、好ましくは±2μm以下、より好ましくは±1μm以下とすることで再現性よく塗布することができる。
使用し得るダイの形状としては、溶液等を横方向に均一に分配し得るものであれば特に制限はない。例としては、一般のフィルムキャスティング時に使用されるTダイ形状のもの、あるいはフィッシュテイルダイ形状のもの、あるいはコートハンガーダイ形状のもの等が挙げられる。さらには、ダイ横方向への分配をより均一にしやすくするために、ダイリップ間隔の調整機構を有するものであることが望ましい。
The leveling accuracy of the die lip and the substrate support is usually ± 5 μm or less, preferably ± 2 μm or less, more preferably ± 1 μm or less, so that the coating can be performed with good reproducibility.
The shape of the die that can be used is not particularly limited as long as the solution can be uniformly distributed in the lateral direction. Examples include a T-die shape, a fishtail die shape, or a coat hanger die shape that is used during general film casting. Furthermore, it is desirable to have a die lip interval adjustment mechanism in order to make the distribution in the die lateral direction more uniform.
製膜時のウェット膜厚には特に制限はないが、通常、0.1〜100μmであり、0.5〜80μmが好ましく、1〜55μmがより好ましく、5〜40μmがさらに好ましく、10〜25μmが最も好ましい。この範囲を超えると製膜工程における組成物のゾル−ゲル反応の進行を制御することが難しくなり、基材との濡れ性の影響を受けやすくなったり、それに伴い膜のレベリング効果が劣り、膜の外観が悪化する恐れがある。 Although there is no restriction | limiting in particular in the wet film thickness at the time of film forming, Usually, it is 0.1-100 micrometers, 0.5-80 micrometers is preferable, 1-55 micrometers is more preferable, 5-40 micrometers is more preferable, 10-25 micrometers Is most preferred. If this range is exceeded, it will be difficult to control the progress of the sol-gel reaction of the composition in the film-forming process, and the film will be easily affected by the wettability with the base material. The appearance may deteriorate.
例えば、ダイコートの場合、該ウェット膜厚は吐出液量と基板の移動速度で制御する機構が好ましく、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、また、通常60μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下の範囲にすることにより、塗布ムラの少ない均一なシリカ多孔質膜を得ることができる。 For example, in the case of die coating, a mechanism in which the wet film thickness is controlled by the discharge liquid amount and the moving speed of the substrate is preferable, usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 50 μm. In the following, a uniform silica porous film with less coating unevenness can be obtained by setting the thickness to 40 μm or less.
<製膜環境>
製膜工程を行う際の相対湿度には特に制限はないが、相対湿度を制御することによりさらに安定した連続コーティングが可能となる。
<Film forming environment>
Although there is no restriction | limiting in particular in the relative humidity at the time of performing a film forming process, The more stable continuous coating is attained by controlling a relative humidity.
例えば、相対湿度が通常5%RH以上、好ましくは10%RH以上、より好ましくは15%RH以上、さらに好ましくは20%RH以上、また、通常85%RH以下、好ましくは80%RH以下、より好ましくは75%以下RHの環境下においてシリカ系前駆体膜の製膜を行なうようにすることが好ましい。 For example, the relative humidity is usually 5% RH or more, preferably 10% RH or more, more preferably 15% RH or more, more preferably 20% RH or more, and usually 85% RH or less, preferably 80% RH or less, more Preferably, the silica-based precursor film is formed in an environment of 75% or less RH.
製膜工程を行なう際の温度に制限は無いが、通常0℃以上、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上、さらに好ましくは20℃以上、最も好ましくは25℃以上、また、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下、さら好ましくは60℃以下、最も好ましくは50℃以下である。シリカ系前駆体膜を製造する際の温度が低すぎるとゾル−ゲル反応の進行が遅くなり、均質なシリカ系前駆体膜を得られない恐れがあり、高すぎると縮合反応が急速に起こることで、未加水分解のアルコキシシランが多く残存する結果、得られるシリカ多孔質膜の耐久性に影響を与える恐れがある。 Although there is no restriction | limiting in the temperature at the time of performing a film forming process, Usually, 0 degreeC or more, Preferably it is 10 degreeC or more, More preferably, it is 15 degreeC or more, More preferably, it is 20 degreeC or more, Most preferably, it is 25 degreeC or more. ° C or lower, preferably 80 ° C or lower, more preferably 70 ° C or lower, more preferably 60 ° C or lower, and most preferably 50 ° C or lower. If the temperature at the time of producing the silica-based precursor film is too low, the progress of the sol-gel reaction may be slow and a homogeneous silica-based precursor film may not be obtained. If it is too high, the condensation reaction will occur rapidly. As a result, a large amount of unhydrolyzed alkoxysilane remains, which may affect the durability of the resulting porous silica membrane.
さらに、製膜工程を行う際のクリーン度には特に制限はないが、基材上に存在するコンタミを核とした膜欠陥や核周辺でのゾル−ゲル反応の進行を抑制する観点から、通常、塵埃径0.5μm以上の塵埃数3,000,000以下が好ましく、50,000以下がより好ましく、5,000以下がさらに好ましい。 In addition, the degree of cleanliness when performing the film forming process is not particularly limited, but it is usually from the viewpoint of suppressing the progress of the sol-gel reaction around the film defects and the core around the contamination present on the substrate. The number of dust having a dust diameter of 0.5 μm or more is preferably 3,000,000 or less, more preferably 50,000 or less, and even more preferably 5,000 or less.
また、製膜工程における雰囲気に制限は無い。例えば、空気雰囲気中でシリカ系前駆体膜の製膜を行なっても良く、例えばアルゴン等の不活性雰囲気中でシリカ系前駆体膜の製膜を行なってもよい。 Moreover, there is no restriction | limiting in the atmosphere in a film forming process. For example, the silica-based precursor film may be formed in an air atmosphere, and for example, the silica-based precursor film may be formed in an inert atmosphere such as argon.
<前処理>
本発明のシリカ多孔質膜の製造方法では、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物を基材上に製膜するに先立って、組成物の濡れ性、製造されるシリカ系前駆体膜の密着性の観点から、基材に表面処理を施してもよい。そのような基材の表面処理の例を挙げると、シランカップリング処理、コロナ処理、UVオゾン処理、プラズマ処理などが挙げられる。このような表面処理は、1種のみを行なってもよく、2種以上を任意に組み合わせて行なってもよい。
<Pretreatment>
In the method for producing a porous silica membrane of the present invention, the wettability of the composition and the silica-based precursor to be produced are formed before forming the composition used for producing the porous silica membrane of the present invention on the substrate. From the viewpoint of film adhesion, the substrate may be subjected to a surface treatment. Examples of such surface treatment of the substrate include silane coupling treatment, corona treatment, UV ozone treatment, and plasma treatment. Such surface treatment may be performed alone or in any combination of two or more.
<後処理>
(粗乾燥)
本発明のシリカ多孔質膜の製造方法では、上述の製膜工程の後に、シリカ系前駆体膜中のアルコール類又は触媒を除去することを目的として、シリカ系前駆体膜を粗乾燥させる粗乾燥工程を行なってもよい。粗乾燥工程を行なうことで、シリカ系前駆体膜中のアルコール類や水や触媒が除去されることで、前駆体膜中に存在する有機ポリマー(鋳型材)とシリカ成分が安定した状態で構造を形成し、シリカ系前駆体膜の構造を安定化することができる。
<Post-processing>
(Coarse drying)
In the method for producing a porous silica membrane of the present invention, after the above-mentioned film formation step, rough drying is carried out by roughly drying the silica precursor membrane for the purpose of removing alcohols or catalysts in the silica precursor membrane. You may perform a process. By performing the coarse drying process, the alcohol, water and catalyst in the silica-based precursor film are removed, so that the organic polymer (template material) and silica component present in the precursor film are in a stable state. And the structure of the silica-based precursor film can be stabilized.
粗乾燥工程における粗乾燥の手法は制限されない。例えば加熱乾燥、減圧乾燥、通風乾燥等が挙げられる。これらは1種を単独で実施してもよく、2種以上を組み合わせて実施してもよい。
粗乾燥の手段も任意である。例えば粗乾燥を加熱乾燥により行なう場合、加熱乾燥の手段の例として、ホットプレート、オーブン、赤外線照射、電磁波照射等が挙げられる。また通風加熱乾燥の手段としては、例えば送風乾燥オーブン等が挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
The method of rough drying in the rough drying step is not limited. For example, heating drying, reduced pressure drying, ventilation drying, etc. are mentioned. These may be implemented alone or in combination of two or more.
The means for rough drying is also optional. For example, when rough drying is performed by heat drying, examples of the heat drying means include a hot plate, an oven, infrared irradiation, electromagnetic wave irradiation, and the like. Moreover, as a means of ventilation heating drying, a ventilation drying oven etc. are mentioned, for example. These may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
粗乾燥時の温度は制限されないが、通常は室温以上であることが好ましい。特に加熱乾燥を行なう場合、その温度は通常20℃以上、好ましくは30℃以上、さらに好ましくは40℃以上、最も好ましくは60℃以上、また、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、さらに好ましくは150℃以下、最も好ましくは100℃以下の範囲が望ましい。なお、加熱乾燥時の温度は一定でもよいが、変動してもよい。 Although the temperature at the time of rough drying is not limited, it is usually preferably room temperature or higher. In particular, when performing heat drying, the temperature is usually 20 ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher, more preferably 40 ° C. or higher, most preferably 60 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 180 ° C. or lower, more preferably. Is preferably 150 ° C. or lower, most preferably 100 ° C. or lower. In addition, the temperature at the time of heat drying may be constant, but may vary.
粗乾燥時の圧力も制限されないが、特に減圧乾燥を行なう場合、通常は常圧以下、好ましくは10kPa以下、より好ましくは1kPa以下がより好ましい。
粗乾燥時の湿度も制限されないが、シリカ系前駆体膜の吸湿を防ぐため、通常は60%RH程度以下とすることが望ましく、好ましくは常圧で30%RH以下、或いは真空状態(湿度0%RH)とすることが望ましい。
The pressure at the time of rough drying is not limited, but particularly when drying under reduced pressure, it is usually not more than normal pressure, preferably not more than 10 kPa, more preferably not more than 1 kPa.
Although the humidity during rough drying is not limited, in order to prevent moisture absorption of the silica-based precursor film, it is usually preferable to be about 60% RH or less, preferably 30% RH or less at normal pressure, or a vacuum state (humidity 0 % RH).
粗乾燥時の雰囲気も制限されず、大気雰囲気でも、窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気でも、真空雰囲気でもよい。これらはシリカ系前駆体膜の特性等を考慮して選択すればよい。但し、通常はクリーンな雰囲気であることが好ましい。 The atmosphere during rough drying is not limited, and may be an air atmosphere, an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere, or a vacuum atmosphere. These may be selected in consideration of the characteristics of the silica-based precursor film. However, it is usually preferable to have a clean atmosphere.
粗乾燥時間も制限されず、シリカ系前駆体膜中のアルコール類や水や触媒が除去できれば任意であるが、粗乾燥時の温度・圧力・湿度等の条件や、本発明のシリカ多孔質膜の製造に用いる組成物中に含まれるアルコール類や溶媒の沸点、プロセス速度、シリカ系前駆体膜の特性等を考慮して決定することが好ましい。粗乾燥時間は、通常1秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは1時間以上、また、通常100時間以下、好ましくは24時間以下、より好ましくは3時間以下の範囲が望ましい。 The rough drying time is not limited, and any alcohol, water, and catalyst in the silica-based precursor film can be removed, but conditions such as temperature, pressure, and humidity during rough drying, and the porous silica film of the present invention It is preferable to determine in consideration of the boiling points of alcohols and solvents contained in the composition used in the production of the above, the process speed, the characteristics of the silica-based precursor film, and the like. The rough drying time is usually 1 second or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 1 hour or longer, and usually 100 hours or shorter, preferably 24 hours or shorter, more preferably 3 hours or shorter.
(酸・塩基処理)
上述した製膜工程の後に、シリカ系前駆体膜を酸又は塩基と接触させることもできる。この工程により、シリカ系前駆体膜のアルコキシシラン類の加水分解縮合反応を促進させ、シリカ系前駆体膜の構造体を維持して安定したシリカ多孔質膜を形成することができ、好ましい。
(Acid / base treatment)
The silica-based precursor film can be brought into contact with an acid or a base after the film forming process described above. This step is preferable because the hydrolysis condensation reaction of alkoxysilanes in the silica-based precursor film can be promoted, and the structure of the silica-based precursor film can be maintained and a stable silica porous film can be formed.
接触させる好ましい酸としては、塩化水素、ぎ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸などの気化しやすい酸類が挙げられる。これらの酸は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、好ましい塩基としては、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン,トリメチルアミン、アチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン等が挙げられる。これらの塩基についても1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Preferable acids to be contacted include acids that are easily vaporized such as hydrogen chloride, formic acid, acetic acid, and trifluoroacetic acid. These acids may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Preferred bases include ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, acylamine, diethylamine, triethylamine, n-propylamine, isopropylamine, n-butylamine, cyclopentylamine, cyclohexylamine and the like. These bases may be used alone or in combination of two or more.
シリカ系前駆体膜を酸又は塩基と接触させる方法としては、酸又は塩基の液体又は溶液もしくは蒸気を用いる方法が挙げられる。また、後述する抽出工程で使用する有機溶媒に酸又は塩基を溶解して抽出工程と同時に接触させることもできる。 Examples of the method for bringing the silica-based precursor film into contact with an acid or a base include a method using an acid or base liquid, solution or vapor. Moreover, an acid or a base can be dissolved in an organic solvent used in the extraction step described later and contacted simultaneously with the extraction step.
また、酸・塩基処理の際に加熱を行なってもよい。加熱温度は、通常室温以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは100℃以上で、好ましくは200℃以下、より好ましくは180℃以下、特に好ましくは120℃以下である。 Further, heating may be performed during the acid / base treatment. The heating temperature is usually room temperature or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or lower, more preferably 180 ° C. or lower, and particularly preferably 120 ° C. or lower.
酸・塩基処理を行なう時間は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常30秒以上、好ましくは10分以上、より好ましくは30分以上、また、通常5時間以下、好ましくは2時間以下、より好ましくは1時間以下である。 The time for performing the acid / base treatment is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 30 seconds or more, preferably 10 minutes or more, more preferably 30 minutes or more, and usually 5 hours or less, preferably 2 hours or less, more preferably 1 hour or less.
酸・塩基処理を行なう際の圧力は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、減圧環境としてもよく、加熱を行う場合は、圧力を、通常0.2MPa以下、好ましくは0.15MPa以下、より好ましくは0.1MPa以下とする。一方、圧力の下限に制限は無いが、通常10−4MPa以上、好ましくは10−3MPa以上、より好ましくは10−2MPa以上である。圧力が低すぎるとアルコキシシランのゾル−ゲル反応よりもアルコール類の揮発が進行し、吸湿性の高いシリカ多孔質膜となりやすく、光学特性の環境依存性に影響を与える恐れがある。 The pressure during the acid / base treatment is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but may be a reduced pressure environment. When heating is performed, the pressure is usually 0.2 MPa or less, preferably 0.15 MPa. Hereinafter, it is more preferably set to 0.1 MPa or less. On the other hand, the lower limit of the pressure is not limited, but is usually 10 −4 MPa or more, preferably 10 −3 MPa or more, more preferably 10 −2 MPa or more. If the pressure is too low, the volatilization of alcohol proceeds more than the sol-gel reaction of alkoxysilane, and a silica porous film with high hygroscopicity is likely to be formed, which may affect the environmental dependence of optical properties.
<抽出工程>
上述した製膜工程の後に、必要に応じて、シリカ系前駆体膜を溶媒と接触させることで、鋳型材である有機ポリマーの抽出工程を行なう。溶媒との接触により、鋳型材の有機ポリマーをアルコキシシランからなるシリカ成分により形成された構造から除去することで、より空隙率の高い多孔質構造を得ることができる。さらに得られたシリカ多孔質膜は低い屈折率を有するため、高い光学特性が実現される。
<Extraction process>
After the film-forming process described above, the silica-based precursor film is brought into contact with a solvent, if necessary, to perform an organic polymer extraction process as a template material. A porous structure having a higher porosity can be obtained by removing the organic polymer of the template material from the structure formed by the silica component made of alkoxysilane by contact with the solvent. Furthermore, since the obtained porous silica film has a low refractive index, high optical characteristics are realized.
抽出に使用する溶媒としては、特に制限されないが、鋳型材である有機ポリマーと親和性の高い物質がよい。親和性の高い溶媒であれば、有機ポリマーを溶解しやすく、シリカ成分により形成された構造から有機ポリマーを除去しやすいためである。溶媒としては、極性溶媒が好ましく、中でも一価アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、アミド類の1種、又は2種以上の親水性溶媒が好ましい。2種類以上の親水性溶媒を組み合わせる際は、混合して用いても、それぞれの溶媒で単独に処理して組み合わせることもできる。さらには、同種の処理液を繰り返し作用させることもできる。 The solvent used for the extraction is not particularly limited, but a substance having a high affinity with the organic polymer as the template material is preferable. This is because if the solvent has a high affinity, the organic polymer is easily dissolved, and the organic polymer is easily removed from the structure formed by the silica component. As the solvent, a polar solvent is preferable, and among them, monohydric alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, amides, or two or more hydrophilic solvents are preferable. When combining two or more kinds of hydrophilic solvents, they may be used in combination or may be combined by treating each solvent alone. Furthermore, the same kind of treatment liquid can be repeatedly acted on.
抽出方法は特に制限されない。例えばシリカ系前駆体膜を溶媒中に浸漬する、シリカ系前駆体膜表面を溶媒で洗浄する、シリカ系前駆体膜に溶媒を噴霧する、シリカ系前駆体膜に溶媒の蒸気を吹きつける、などの方法が挙げられる。また、シリカ系前駆体膜を溶媒に浸漬して、超音波を利用したり、溶媒を攪拌したりして、積極的に有機ポリマーを抽出することも可能である。 The extraction method is not particularly limited. For example, the silica-based precursor film is immersed in a solvent, the surface of the silica-based precursor film is washed with a solvent, the solvent is sprayed on the silica-based precursor film, and the solvent vapor is blown onto the silica-based precursor film. The method is mentioned. It is also possible to extract the organic polymer positively by immersing the silica-based precursor film in a solvent and utilizing ultrasonic waves or stirring the solvent.
また、抽出の際に加熱を行ってもよい。この場合の加熱温度は通常200℃以下であればよい。好ましくは180℃以下、より好ましくは120℃以下である。また、通常室温以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上である。 Moreover, you may heat in the case of extraction. In this case, the heating temperature is usually 200 ° C. or lower. Preferably it is 180 degrees C or less, More preferably, it is 120 degrees C or less. Moreover, it is usually room temperature or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher.
以上のように、抽出処理を行なうことにより、基材上に空隙率の高いシリカ多孔質膜が形成された積層体を得ることができる。 As described above, by performing the extraction treatment, it is possible to obtain a laminate in which a porous silica film having a high porosity is formed on a substrate.
<乾燥工程>
乾燥工程とは、抽出工程で抽出に使用した溶媒をシリカ系前駆体膜より除去する工程である。
<Drying process>
The drying step is a step of removing the solvent used for extraction in the extraction step from the silica-based precursor film.
この際、乾燥温度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは120℃以下、更に好ましくは100℃以下で、また通常室温以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは60℃以上である。
また、乾燥工程における雰囲気は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であり、例えば、真空環境、不活性ガス環境であってもよい。
At this time, the drying temperature is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 200 ° C. or less, preferably 180 ° C. or less, more preferably 120 ° C. or less, further preferably 100 ° C. or less, and usually room temperature or more. The temperature is preferably 40 ° C. or higher, more preferably 60 ° C. or higher.
Moreover, the atmosphere in a drying process is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably, For example, a vacuum environment and an inert gas environment may be sufficient.
<加熱工程>
前述の製膜工程の後、本発明の組成物で形成されたシリカ系前駆体膜を加熱する加熱工程を行なう。加熱工程により、シリカ系前駆体膜中の本発明の組成物中の有機溶媒及び水が乾燥、除去されて、膜が硬化することにより、本発明のシリカ多孔質膜が形成される。
<Heating process>
After the film forming process described above, a heating process is performed in which the silica-based precursor film formed with the composition of the present invention is heated. By the heating step, the organic solvent and water in the composition of the present invention in the silica-based precursor film are dried and removed, and the film is cured, whereby the porous silica film of the present invention is formed.
加熱処理の方式は特に制限されないが、例としては、加熱炉(ベーク炉)内に基材を配置して本発明の組成物よりなるシリカ系前駆体膜を加熱する炉内ベーク方式、プレート(ホットプレート)上に基材を搭載しそのプレートを介して本発明の組成物よりなるシリカ系前駆体膜を加熱するホットプレート方式、前記基材の上面側及び/又は下面側にヒーターを配置し、ヒーターから電磁波(例えば赤外線)を照射して、本発明の組成物よりなるシリカ系前駆体膜を加熱する方式、などが挙げられる。 The method of the heat treatment is not particularly limited, but as an example, an in-furnace bake method in which a substrate is placed in a heating furnace (baking furnace) and a silica-based precursor film made of the composition of the present invention is heated, a plate ( A hot plate system in which a base material is mounted on a hot plate and the silica-based precursor film made of the composition of the present invention is heated through the plate, and a heater is disposed on the upper surface side and / or the lower surface side of the base material. And a method of heating a silica-based precursor film made of the composition of the present invention by irradiating an electromagnetic wave (for example, infrared rays) from a heater.
加熱温度に制限は無く、本発明の組成物よりなるシリカ系前駆体膜を硬化できれば任意であるが、通常80℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは150℃以上、最も好ましくは200℃以上、また、通常600℃以下、好ましくは550℃以下、より好ましくは500℃以下、最も好ましくは450℃以下である。加熱温度が低すぎると得られる膜(即ち、本発明のシリカ多孔質膜)の屈折率が下がらなかったり、着色したりする可能性がある。一方、加熱温度が高すぎると基材と本発明のシリカ多孔質膜との密着性が低下する可能性がある。なお、加熱工程において、前記の加熱温度で連続的に加熱を行なってもよいが、断続的に加熱を行なうようにしてもよい。 There is no restriction on the heating temperature, and it is optional as long as the silica-based precursor film made of the composition of the present invention can be cured, but it is usually 80 ° C or higher, preferably 100 ° C or higher, more preferably 120 ° C or higher, and further preferably 150 ° C. As described above, it is most preferably 200 ° C. or higher, usually 600 ° C. or lower, preferably 550 ° C. or lower, more preferably 500 ° C. or lower, and most preferably 450 ° C. or lower. If the heating temperature is too low, there is a possibility that the refractive index of the resulting film (that is, the porous silica film of the present invention) will not be lowered or colored. On the other hand, if the heating temperature is too high, the adhesion between the substrate and the porous silica film of the present invention may be reduced. In the heating step, the heating may be performed continuously at the heating temperature, but the heating may be performed intermittently.
加熱を行なう際、昇温速度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1℃/分以上、好ましくは10℃/分以上、また、通常500℃/分以下、好ましくは300℃/分以下で昇温する。昇温速度が遅すぎると膜が緻密化し、膜歪みが大きくなって耐水性が低くなる可能性があり、昇温速度が速すぎると膜歪みが大きくなって耐水性が低くなる、また、シリカ多孔質膜及び基材のひび割れ、破損等を引き起こす可能性がある。 When heating, the rate of temperature increase is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 1 ° C./min or more, preferably 10 ° C./min or more, and usually 500 ° C./min or less, preferably 300. The temperature is raised at a temperature of ℃ / min or less. If the rate of temperature increase is too slow, the film may become dense, resulting in increased film strain and low water resistance. If the rate of temperature increase is too high, the film strain will increase and the water resistance will be low. There is a possibility of causing cracks, breakage, etc. of the porous membrane and the substrate.
加熱を行なう時間は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは2分以上、また、通常5時間以下、好ましくは2時間以下、より好ましくは1時間以下である。加熱時間が短すぎると十分にシリカ多孔質膜の硬化が進行しない可能性があり、長すぎるとシリカ多孔質膜及び基材のひび割れや破損などを引き起こす可能性がある。 The heating time is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 30 seconds or more, preferably 1 minute or more, more preferably 2 minutes or more, and usually 5 hours or less, preferably 2 hours or less, More preferably, it is 1 hour or less. If the heating time is too short, the silica porous film may not be sufficiently cured, and if it is too long, the silica porous film and the substrate may be cracked or damaged.
加熱を行なう際の圧力は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、減圧環境とすることが好ましい。常圧以上の圧力では、アルコキシシランの反応よりも溶媒の気化が進行し、耐水性が低い膜になる可能性があるためである。この観点から、加熱工程では、圧力を、通常0.2MPa以下、好ましくは0.15MPa以下、より好ましくは0.1MPa以下とする。一方、圧力の下限に制限は無いが、通常10−4MPa以上、好ましくは10−3MPa以上、より好ましくは10−2MPa以上である。圧力が低すぎるとアルコキシシランの反応よりも溶媒の気化が進行し、耐水性が低い膜になる可能性がある。 The pressure at the time of heating is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but a reduced pressure environment is preferable. This is because, at a pressure equal to or higher than normal pressure, the vaporization of the solvent proceeds more than the reaction of alkoxysilane, and there is a possibility that the film has low water resistance. From this viewpoint, in the heating step, the pressure is usually 0.2 MPa or less, preferably 0.15 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or less. On the other hand, the lower limit of the pressure is not limited, but is usually 10 −4 MPa or more, preferably 10 −3 MPa or more, more preferably 10 −2 MPa or more. If the pressure is too low, the vaporization of the solvent proceeds more than the reaction of alkoxysilane, which may result in a film with low water resistance.
加熱を行なう際の雰囲気は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、中でも、乾燥ムラの生じにくい環境が好ましい。その中でも、大気雰囲気下で加熱を行なうことが好ましい。また、不活性ガス処理を行ない、不活性雰囲気下で加熱を行なうことも可能である。 The atmosphere during heating is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Among them, an environment in which drying unevenness is unlikely to occur is preferable. Among these, it is preferable to perform heating in an air atmosphere. It is also possible to perform an inert gas treatment and perform heating in an inert atmosphere.
以上のように、加熱処理を行なうことにより、本発明の組成物よりなるシリカ前駆体膜を硬化させて、本発明のシリカ多孔質膜を得ることができる。 As described above, by performing the heat treatment, the silica precursor film made of the composition of the present invention can be cured to obtain the porous silica film of the present invention.
<表面処理>
本発明のシリカ多孔質膜表面には、表面処理を施すことができる。この工程により、疎水性、親油性、防汚性、防曇性、防湿性、耐指紋性、帯電防止性、耐磨耗性のさらなる向上または付与が可能となる。
<Surface treatment>
Surface treatment can be applied to the surface of the porous silica membrane of the present invention. This step makes it possible to further improve or impart hydrophobicity, lipophilicity, antifouling properties, antifogging properties, moisture resistance, fingerprint resistance, antistatic properties, and abrasion resistance.
表面処理用組成物は、例えば、フッ素含有シラン、フッ素を含有しないアルコキシシラン、水、及び有機溶媒、必要に応じて更に触媒を含む組成物を用いて製造される。 The composition for surface treatment is produced using, for example, a composition containing a fluorine-containing silane, an alkoxysilane not containing fluorine, water, an organic solvent, and, if necessary, a catalyst.
表面処理を行うには、まず、原料となる組成物を調合し、これをシリカ多孔質膜の表面に塗布した後、加熱を行う。
通常、フッ素含有シラン、フッ素を含有しないアルコキシシラン、水、有機溶媒、必要に応じて更に触媒を含む組成物をシリカ多孔質膜上に塗布してシリカ多孔質膜表面のシラノール基と反応させ、シランを表面に固定化する。
In order to perform the surface treatment, first, a composition as a raw material is prepared, applied to the surface of the porous silica film, and then heated.
Usually, a fluorine-containing silane, a fluorine-free alkoxysilane, water, an organic solvent, and if necessary, a composition further containing a catalyst is applied onto the silica porous membrane and reacted with silanol groups on the surface of the silica porous membrane, Immobilize silane on the surface.
表面処理用組成物について、その配合成分、調合方法を以下に説明する。 About the composition for surface treatment, the compounding component and the preparation method are demonstrated below.
表面処理の材料は特に制限されないが、例としては、アルコシキシラン、フッ素含有シランなどが挙げられる。これらの材料が、本発明のシリカ多孔質膜表面のシラノール基との脱水縮合反応によって表面に固定化されることで、吸湿の原因となるシラノール基を除去し、かつシランが有する官能基の種類に応じて、表面に特定の性質を付与することができる。 The material for the surface treatment is not particularly limited, and examples thereof include alkoxysilane and fluorine-containing silane. These materials are immobilized on the surface by dehydration condensation reaction with silanol groups on the surface of the porous silica film of the present invention, so that silanol groups that cause moisture absorption are removed, and the types of functional groups that silane has Depending on the, specific properties can be imparted to the surface.
(アルコキシシラン)
アルコキシシランとしては、モノアルキルトリアルコキシシラン等のトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン等のジアルコキシシラン、トリアルキルモノアルコキシシランなどが挙げられる。アルコキシシランによる表面処理を施すことで、疎水性、防湿性を向上させることができる。
(Alkoxysilane)
Examples of the alkoxysilane include trialkoxysilanes such as monoalkyltrialkoxysilane, dialkoxysilanes such as dialkyldialkoxysilane, and trialkylmonoalkoxysilanes. By performing the surface treatment with alkoxysilane, the hydrophobicity and moisture resistance can be improved.
<トリアルコキシシラン>
トリアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリ−n−プロポキシシラン、トリイソプロポキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ−n−プロポキシシラン等のトリアルコキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ−n−プロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、n−プロピルトリ−n−プロポキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリ−n−プロポキシシラン等のモノアルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ−n−プロポキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラン等のフェニルトリアルコキシシランなどが挙げられる。また、ケイ素原子に置換するアルキル基が反応性官能基を有する3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、3−カルボキシプロピルトリメトキシシラン、3−トリハイドロキシシリル−1−プロパン−スルフォン酸などを用いることもできる。
<Trialkoxysilane>
There is no limitation on the type of trialkoxysilane. Examples of suitable ones include trialkoxysilanes such as trimethoxysilane, triethoxysilane, tri-n-propoxysilane, triisopropoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, Methyltriisopropoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltri-n-propoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, n-propyltri-n- Monoalkyltrialkoxysilanes such as propoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, isopropyltri-n-propoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltrie Kishishiran, phenyl tri -n- propoxysilane, phenyl trialkoxy silane such as phenyl triisopropoxy silane. In addition, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, in which an alkyl group substituted on a silicon atom has a reactive functional group, 3 -Triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, 3-carboxypropyltrimethoxysilane, 3-trihydroxysilyl -1- Propane - such as sulfonic acid can also be used.
<ジアルコキシシラン>
ジアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、メチルジメトキシシラン、メチルジエトキシシラン、メチルジ−n−プロポキシシラン、メチルジイソプロポキシシラン、エチルジメトキシシラン、エチルジエトキシシラン、エチルジ−n−プロポキシシラン、エチルジイソプロポキシシラン等のモノアルキルジアルコキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ−n−プロポキシシラン、ジメチルジイソプロポキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ−n−プロポキシシラン、ジエチルジイソプロポキシシラン、ジ−n−プロピルジメトキシシラン、ジ−n−プロピルエトキシシラン、ジ−n−プロピルジ−n−プロポキシシラン、ジ−n−プロピルジイソプロポキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソプロピルエトキシシラン、ジイソプロピルジ−n−プロポキシシラン、ジイソプロピルジイソプロポキシシラン、ジ−n−ブチルジメトキシシラン、ジ−n−ブチルジエトキシシラン、ジ−n−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−n−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−sec−ブチルジメトキシシラン、ジ−sec−ブチルジエトキシシラン、ジ−sec−ブチルジ−sec−プロポキシシラン、ジ−sec−ブチルジイソプロポキシシラン、ジ−tert−ブチルジメトキシシラン、ジ−tert−ブチルジエトキシシラン、ジ−tert−ブチルジ−n−プロポキシシラン、ジ−tert−ブチルジイソプロポキシシラン等のジアルキルジアルコキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ−n−プロポキシシラン、ジフェニルジイソプロポキシシラン等のジフェニルジアルコキシシランなどが挙げられる。また、ケイ素原子に置換するアルキル基が反応性官能基を有するN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどを用いることもできる。
<Dialkoxysilane>
There is no restriction on the type of dialkoxysilane. Examples of suitable ones are methyldimethoxysilane, methyldiethoxysilane, methyldi-n-propoxysilane, methyldiisopropoxysilane, ethyldimethoxysilane, ethyldiethoxysilane, ethyldi-n-propoxysilane, ethyldiisopropoxy. Monoalkyl dialkoxysilanes such as silane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldi-n-propoxysilane, dimethyldiisopropoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldi-n-propoxysilane, diethyldiiso Propoxysilane, di-n-propyldimethoxysilane, di-n-propylethoxysilane, di-n-propyldi-n-propoxysilane, di-n-propyldiisopropoxysilane, di Sopropyldimethoxysilane, diisopropylethoxysilane, diisopropyldi-n-propoxysilane, diisopropyldiisopropoxysilane, di-n-butyldimethoxysilane, di-n-butyldiethoxysilane, di-n-butyldi-n-propoxysilane Di-n-butyldiisopropoxysilane, di-sec-butyldimethoxysilane, di-sec-butyldiethoxysilane, di-sec-butyldi-sec-propoxysilane, di-sec-butyldiisopropoxysilane, di Dialkyl dialkoxysilanes such as tert-butyldimethoxysilane, di-tert-butyldiethoxysilane, di-tert-butyldi-n-propoxysilane, di-tert-butyldiisopropoxysilane, and diphenyldimethoxysilane Diphenyl diethoxy silane, diphenyl di -n- propoxysilane, diphenyl dialkoxysilane such as diphenyl diisopropoxy silane. Further, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane or the like in which an alkyl group substituted on a silicon atom has a reactive functional group can also be used.
<トリアルキルモノアルコキシシラン>
トリアルキルモノアルコキシシランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリ−n−プロピルメトキシシラン、トリ−n−プロピルエトキシシランなどが挙げられる。
<Trialkylmonoalkoxysilane>
There is no restriction | limiting in the kind of trialkylmonoalkoxysilane. Examples of suitable ones include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, triethylethoxysilane, tri-n-propylmethoxysilane, tri-n-propylethoxysilane and the like.
<他のアルコキシシラン>
上記のもの以外に、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,3,5−トリス(トリメトキシシリル)ベンゼン等の有機残基が2つ以上のトリアルコキシシリル基を結合したものなどを用いることもできる。
<Other alkoxysilanes>
In addition to the above, bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane, 1,4- Organic residues such as bis (trimethoxysilyl) benzene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, 1,3,5-tris (trimethoxysilyl) benzene bound two or more trialkoxysilyl groups Things can also be used.
これらのアルコキシシランは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 These alkoxysilanes may be used alone or in combination of two or more.
上記のアルコキシシランの中でも、十分な疎水性向上のためには、アルキル基の炭素数が1〜3のトリアルキルモノアルコキシシランが好ましい。中でも、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシランが好ましい。アルキル基の炭素鎖が長すぎると立体障害により多孔質膜表面のシラノール基と脱水縮合反応できないかつ/またはアルキル基が本発明のシリカ多孔質膜表面のフッ素による防汚性、耐磨耗性を損ねる可能性がある。 Among the above alkoxysilanes, a trialkylmonoalkoxysilane having 1 to 3 carbon atoms of an alkyl group is preferable for sufficiently improving hydrophobicity. Of these, trimethylmethoxysilane and trimethylethoxysilane are preferable. If the carbon chain of the alkyl group is too long, dehydration condensation reaction with the silanol group on the porous membrane surface cannot be performed due to steric hindrance and / or the alkyl group has antifouling property and abrasion resistance due to fluorine on the silica porous membrane surface of the present invention. There is a possibility of damage.
(フッ素含有シラン)
フッ素含有シランによる表面処理を施すことで、シリカ多孔質膜表面の表面フッ素量を更に向上せしめ、疎水性、防汚性、防湿性、耐指紋性、耐磨耗性を向上させることができる。
フッ素含有シランの種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、トリフルオロシラン、フルオロトリメトキシシラン、フルオロトリエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリエチルシラン、トリフルオロメチルトリメチルシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリエトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)ジメチルクロロシラン、3−(3,3,3−トリフルオロプロピル)ヘプタエチルトリシロキサン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)メチルシクロトリシロキサン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)メチルシクロテトラシロキサン、(3−ヘプタフルオロイソプロピル)プロピルトリクロロシラン、ペンタフルオロエチルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリクロロシラン、ノナフルオロヘキシルジメチルクロロシラン、ノナフルオロヘキシルメチルジクロロシラン、ノナフルオロヘキシルトリス(ジメチルアミノ)シラン、ノナフルオロヘキシルジメチル(ジメチルアミノ)シラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリメトキシシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)メチルジクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)ジメチルクロロシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリメトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)メチルジクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)ジメチルクロロシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)シラン、(パーフルオロデシル)エチルトリクロロシラン、ビス((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−ジメチルシロキシ)メチルクロロシラン、ビス((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−ジメチルシロキシ)メチルシラン、ビス((トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチル)−ジメチルシロキシ)テトラメチルジシロキサン、5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10−トリデカフルオロ−2−(トリデカフルオロヘキシル)デシルトリクロロシラン、ヘプタデカトリフルオロデシルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン、ヘキサデカフルオロドデカ−11−エンー1−イルトリメトキシシラン、ヘキサデカフルオロドデカ−11−エンー1−イルトリクロロシラン、1,8−ビス(トリクロロシリルエチル)ヘキサデカフルオロオクタン、m−(トリフルオロメチル)フェニルトリメトキシシラン、p−トリフルオロメチルテトラフルオロフェニルトリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルジメチルクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルジメチルクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルメチルジクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリクロロシラン、ペンタフルオロフェニルプロピルトリメトキシシラン、パーフルオロオクチルフェニルトリクロロシランなどが挙げられる。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(Fluorine-containing silane)
By performing the surface treatment with the fluorine-containing silane, the amount of surface fluorine on the surface of the porous silica film can be further improved, and the hydrophobicity, antifouling property, moisture resistance, fingerprint resistance, and abrasion resistance can be improved.
There is no restriction | limiting in the kind of fluorine-containing silane. Examples of suitable ones include trifluorosilane, fluorotrimethoxysilane, fluorotriethoxysilane, trifluoromethyltrimethoxysilane, trifluoromethyltriethylsilane, trifluoromethyltrimethylsilane, trifluoromethyltrimethoxysilane, (3 , 3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) triethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) dimethylchlorosilane, 3- (3,3,3 -Trifluoropropyl) heptaethyltrisiloxane, (3,3,3-trifluoropropyl) methylcyclotrisiloxane, (3,3,3-trifluoropropyl) methylcyclotetrasiloxane, (3-heptafluoroisopropyl) propyl Torik Rosilane, pentafluoroethyltrimethoxysilane, nonafluorohexyltriethoxysilane, nonafluorohexyltrimethoxysilane, nonafluorohexyltrichlorosilane, nonafluorohexyldimethylchlorosilane, nonafluorohexylmethyldichlorosilane, nonafluorohexyltris (dimethylamino) Silane, nonafluorohexyldimethyl (dimethylamino) silane, (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane, (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) trimethoxysilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) trichlorosilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) methyldichlorosilane, (Trideca (Luolo-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) dimethylchlorosilane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) silane, (Tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) silane, ( Heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane, (Heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) trimethoxysilane, (Heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H- Octyl) trichlorosilane, (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) methyldichlorosilane, (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) dimethylchlorosilane, (heptadecafluoro-1H, 1H 2H, 2H-octyl) silane, (heptadecafluoro-1H, 1H 2H, 2H-octyl) silane, (perfluorodecyl) ethyltrichlorosilane, bis ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) -dimethylsiloxy) methylchlorosilane, bis ((tridecafluoro- 1,1,2,2-tetrahydrooctyl) -dimethylsiloxy) methylsilane, bis ((tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyl) -dimethylsiloxy) tetramethyldisiloxane, 5,5,6, 6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-tridecafluoro-2- (tridecafluorohexyl) decyltrichlorosilane, heptadecatrifluorodecyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxy Silane, pentafluorophenyltriethoxysilane, hexadecuff Orododec-11-en-1-yltrimethoxysilane, hexadecafluorododec-11-en-1-yltrichlorosilane, 1,8-bis (trichlorosilylethyl) hexadecafluorooctane, m- (trifluoromethyl) phenyltri Methoxysilane, p-trifluoromethyltetrafluorophenyltriethoxysilane, pentafluorophenyldimethylchlorosilane, pentafluorophenylpropyldimethylchlorosilane, pentafluorophenylpropylmethyldichlorosilane, pentafluorophenylpropyltrichlorosilane, pentafluorophenylpropyltrimethoxysilane, perfluorosilane Examples include fluorooctylphenyltrichlorosilane.
These may be used alone or in combination of two or more.
上記のフッ素含有シランの中でも、十分な防汚性、耐摩耗性のためには、炭素数が6〜10の直鎖状のフルオロアルキル基を有するシランが好ましい。中でも、ノナフルオロヘキシルトリエトキシシラン、(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシラン、(ヘプタデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−オクチル)トリエトキシシランが好ましい。フッ素含有シランの炭素鎖が短すぎるとフルオロアルキル基による摩擦低減効果が低すぎる可能性があり、炭素鎖が長すぎると、立体障害により多孔質膜表面のシラノール基と脱水縮合反応できない可能性がある。 Among the above fluorine-containing silanes, a silane having a linear fluoroalkyl group having 6 to 10 carbon atoms is preferable for sufficient antifouling properties and wear resistance. Among these, nonafluorohexyltriethoxysilane, (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane, and (heptadecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-octyl) triethoxysilane are preferable. If the carbon chain of the fluorine-containing silane is too short, the friction reduction effect by the fluoroalkyl group may be too low, and if the carbon chain is too long, the dehydration condensation reaction with the silanol group on the porous membrane surface may not be possible due to steric hindrance. is there.
表面処理用組成物中のアルコキシシランの含有量には特に制限はないが、通常0.001重量%以上、中でも0.005重量%以上が好ましく、0.01重量%以上がより好ましく、0.05重量%以上がさらに好ましい。また、通常10重量%以下、中でも5重量%以下が好ましく、3重量%以下がより好ましい。表面処理用組成物中のアルコキシシランの含有量が多すぎると表面処理用組成物中のシラン濃度が高くなり、シラン同士の重縮合反応が進行してしまう可能性があり、少なすぎると、シラン濃度が低くなり、十分な表面処理効果を得られない可能性がある。 Although there is no restriction | limiting in particular in content of the alkoxysilane in the composition for surface treatment, Usually, 0.001 weight% or more, Especially 0.005 weight% or more is preferable, 0.01 weight% or more is more preferable, and 0.1%. More preferably, it is at least 05% by weight. Further, it is usually 10% by weight or less, particularly 5% by weight or less, and more preferably 3% by weight or less. If the alkoxysilane content in the surface treatment composition is too high, the silane concentration in the surface treatment composition may increase, and the polycondensation reaction between silanes may proceed. There is a possibility that the concentration becomes low and a sufficient surface treatment effect cannot be obtained.
(有機溶媒)
表面処理に用いる組成物は有機溶媒を含有する。有機溶媒としては、材料がアルコキシシランないしはアルキルアルコキシシラン類のみの場合は、アルコール類が最も適している。アルコール類は、前記アルコキシシランないしはアルキルアルコキシシラン、その加水分解物、さらには部分縮合物に対して親和性を有するため好ましい。
(Organic solvent)
The composition used for the surface treatment contains an organic solvent. As the organic solvent, alcohols are most suitable when the material is only alkoxysilanes or alkylalkoxysilanes. Alcohols are preferred because they have an affinity for the alkoxysilanes or alkylalkoxysilanes, their hydrolysates, and partial condensates.
アルコール類の種類に制限は無い。好適なものの例を挙げると、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、2−エトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどの1価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどの2価アルコール、グリセリンなどの3価アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式アルコール、ベンジルアルコールなどの芳香族アルコールなどが挙げられる。なお、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 There is no restriction on the type of alcohol. Examples of suitable ones include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl -1-propanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol Monohydric alcohols such as 2-hexanol, 3-hexanol, ethylene glycol monomethyl ether, 2-ethoxyethanol, propylene glycol monomethyl ether, dihydric alcohols such as ethylene glycol and diethylene glycol, trihydric alcohols such as glycerin, cyclohexanol, etc. Alicyclic Alcohol, and other aromatic alcohols such as benzyl alcohol. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
これらの中でも、含有するアルコキシシランの加水分解反応の進行の観点から1価アルコール、2価アルコールが好ましく、1価アルコールがより好ましい。また、得られるシリカ多孔質膜の表面性の観点から、メタノール、エタノール、1−プロパノール、t−ブタノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノールなどが好ましい。従って、これらの中から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。 Among these, monohydric alcohols and dihydric alcohols are preferable from the viewpoint of the hydrolysis reaction of the alkoxysilane contained, and monohydric alcohols are more preferable. Further, from the viewpoint of the surface properties of the obtained porous silica membrane, methanol, ethanol, 1-propanol, t-butanol, 2-propanol, 2-methyl-1-propanol, 1-butanol, 1-pentanol and the like are preferable. . Therefore, it is preferable to use at least one selected from these.
また、表面処理の構造形成を容易にし、シリカ多孔質膜との濡れ性向上の観点から、用いる有機溶媒の沸点は110℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましく、90℃以下がさらに好ましい。このようなものとして、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、t−ブタノール、2−プロパノールなどが好ましい。一方、加熱工程において多孔質構造の変形を抑制する観点から、有機溶媒の沸点は100℃以上が好ましく、110℃以上がより好ましく、120℃以上がより好ましい。このようなものとしては例えば、2−メチル−1−プロパノール、1−ブタノール、1−ペンタノールが好ましい。 In addition, from the viewpoint of facilitating the formation of the surface treatment structure and improving the wettability with the porous silica film, the boiling point of the organic solvent used is preferably 110 ° C. or less, more preferably 100 ° C. or less, and even more preferably 90 ° C. or less. As such a thing, methanol, ethanol, 1-propanol, t-butanol, 2-propanol etc. are preferable, for example. On the other hand, from the viewpoint of suppressing deformation of the porous structure in the heating step, the boiling point of the organic solvent is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, and more preferably 120 ° C. or higher. For example, 2-methyl-1-propanol, 1-butanol, and 1-pentanol are preferable.
さらに上記の沸点が異なるアルコール類を混合して用いてもよく、その際、各工程における共沸を抑制するために、組み合わせるアルコール類の沸点の差は5℃以上であることが好ましく、10℃以上がより好ましく、20℃以上がさらに好ましい。また、全アルコール類に対する高沸点側のアルコール類の割合は、通常5重量%以上であり、好ましくは10重量%以上、より好ましくは40重量%以上、さらに好ましくは60重量%以上、特に好ましくは80重量%以上とする。なお、当該割合の上限は通常98重量%である。この上限を超えると、得られるシリカ多孔質膜の表面性が低下する恐れがあり、下限を下回ると十分な効果が得られない危険性がある。 Furthermore, alcohols having different boiling points may be used as a mixture. In this case, in order to suppress azeotropy in each step, the difference in boiling points of the combined alcohols is preferably 5 ° C. or more, preferably 10 ° C. The above is more preferable, and 20 ° C. or higher is more preferable. Further, the ratio of alcohols on the high boiling point side to the total alcohols is usually 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more, more preferably 40% by weight or more, further preferably 60% by weight or more, particularly preferably. 80% by weight or more. In addition, the upper limit of the said ratio is 98 weight% normally. If this upper limit is exceeded, the surface properties of the resulting silica porous membrane may be lowered, and if it is less than the lower limit, there is a risk that sufficient effects cannot be obtained.
本発明のシリカ多孔質膜の表面処理に用いる組成物には、上記アルコール類以外の有機溶媒を含有してもよい。例えば、シリカ多孔質膜との濡れ性や表面処理工程における造膜性をより向上させるために、アルコール類以外の有機溶媒を用いることができる。 The composition used for the surface treatment of the porous silica membrane of the present invention may contain an organic solvent other than the alcohols. For example, an organic solvent other than alcohols can be used in order to further improve the wettability with the silica porous membrane and the film forming property in the surface treatment process.
好適な有機溶媒の例を挙げると、酢酸メチル、エチルアセテート、イソブチルアセテート、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等のエーテル類又はエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリン、N−ホルミルピペリジン、N−アセチルピペリジン、N−ホルミルピロリジン、N−アセチルピロリジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジアセチルピペラジン等のアミド類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;テトラメチルウレア、N,N’−ジメチルイミダゾリジン等のウレア類;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。 Examples of suitable organic solvents include ethers or esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, ethylene glycol dimethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; formamide, N-methylformamide N-ethylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-diethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N -Formylmorpholine, N-acetylmorpholine, N-formylpiperidine, N-acetylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylpyrrolidine, N, N'-diformylpiperazine, N, '- diformyl piperazine, N, N'- amides such as diacetyl piperazine; lactones γ- butyrolactone; tetramethylurea, N, ureas such as N'- dimethyl imidazolidine; and dimethyl sulfoxide.
材料としてフッ素含有シランを含む場合は、アルコールの他に、フッ素系の溶媒を用いることが好ましい。フッ素含有シランのフルオロアルキル基は、アルコールやその他の溶媒に対する親和性が低いため、組成物が均一にならず、相分離を起こす可能性があるが、フッ素系の溶媒は、フルオロアルキル基と親和性が高いため、相分離を防ぎ、組成物を均一な液に保つことができる。 When the material contains fluorine-containing silane, it is preferable to use a fluorine-based solvent in addition to the alcohol. Fluoroalkyl groups of fluorine-containing silanes have low affinity for alcohol and other solvents, so the composition may not be uniform and phase separation may occur. However, fluorine-based solvents have an affinity for fluoroalkyl groups. Because of its high properties, phase separation can be prevented and the composition can be kept in a uniform liquid.
好適な有機溶媒の例を挙げると、パーフルオロヘキサン、パーフルオロオクタン、トリフルオロキシレン、1H,1H−トリフルオロエタノール、1H,1H−ペンタフルオロプロパノール、6−(パーフルオロエチル)ヘキサノール、1H,1H−ヘプタフルオロブタノール、2−(パーフルオロブチル)エタノール、3−(パーフルオロブチル)プロパノール、6−(パーフルオロブチル)ヘキサノール、2−パーフルオロプロポキシ−2,3,3,3−テトラフルオロプロパノール、2−(パーフルオロヘキシル)エタノール、3−(パーフルオロヘキシル)プロパノール、6−(パーフルオロヘキシル)ヘキサノール、2−(パーフルオロオクチル)エタノール、3−(パーフルオロオクチル)プロパノール、6−(パーフルオロオクチル)ヘキサノール、2−(パーフルオロデシル)エタノールなどが挙げられる。 Examples of suitable organic solvents include perfluorohexane, perfluorooctane, trifluoroxylene, 1H, 1H-trifluoroethanol, 1H, 1H-pentafluoropropanol, 6- (perfluoroethyl) hexanol, 1H, 1H. -Heptafluorobutanol, 2- (perfluorobutyl) ethanol, 3- (perfluorobutyl) propanol, 6- (perfluorobutyl) hexanol, 2-perfluoropropoxy-2,3,3,3-tetrafluoropropanol, 2- (perfluorohexyl) ethanol, 3- (perfluorohexyl) propanol, 6- (perfluorohexyl) hexanol, 2- (perfluorooctyl) ethanol, 3- (perfluorooctyl) propanol, 6- (perfluorooxy) Chill) hexanol, 2- (such as perfluorodecyl) ethanol.
有機溶媒の使用量は、表面処理の効果を著しく損なわない限り任意であるが、表面処理用組成物中の含有量として、通常10重量%以上、中でも20重量%以上が好ましく、30重量%以上がより好ましく、40重量%以上がさらに好ましい。また、通常99.99重量%以下、中でも99.9重量%以下が好ましく、99重量%以下がより好ましい。有機溶媒の使用量が少なすぎると表面処理用組成物中のシラン濃度が高くなり、シラン同士の重縮合反応が進行してしまう可能性があり、多すぎると、シラン濃度が低くなり、十分な表面処理効果を得られない可能性がある。 The amount of the organic solvent used is arbitrary as long as the effect of the surface treatment is not significantly impaired, but the content in the surface treatment composition is usually 10% by weight or more, preferably 20% by weight or more, and preferably 30% by weight or more. Is more preferable, and 40% by weight or more is more preferable. Also, it is usually 99.99% by weight or less, preferably 99.9% by weight or less, and more preferably 99% by weight or less. If the amount of the organic solvent used is too small, the silane concentration in the composition for surface treatment will increase, and the polycondensation reaction between silanes may proceed. If it is too large, the silane concentration will be low and sufficient. There is a possibility that the surface treatment effect cannot be obtained.
(水)
表面処理用組成物中の水の含有量には特に制限はないが、表面処理用組成物中の全アルコキシシランのケイ素原子に対する水の割合は、通常1(mol/mol)以上、好ましくは3(mol/mol)以上、より好ましくは5(mol/mol)以上とする。また、通常30(mol/mol)以下、好ましくは20(mol/mol)以下とする。全アルコキシシランのケイ素原子に対する水の割合が前記の範囲よりも小さいまたは大きいと、シランの加水分解反応のコントロールが難しくなる可能性がある。なお、水の量は、カールフィッシャー法(電量滴定法)により算出できる。
(water)
The content of water in the surface treatment composition is not particularly limited, but the ratio of water to silicon atoms of all alkoxysilanes in the surface treatment composition is usually 1 (mol / mol) or more, preferably 3 (Mol / mol) or more, more preferably 5 (mol / mol) or more. Further, it is usually 30 (mol / mol) or less, preferably 20 (mol / mol) or less. If the ratio of water to silicon atoms in all alkoxysilanes is smaller or larger than the above range, it may be difficult to control the hydrolysis reaction of silane. The amount of water can be calculated by the Karl Fischer method (coulometric titration method).
(触媒)
表面処理用組成物は触媒を含有していてもよく、触媒としては、例えば上述したアルコキシシランの加水分解及び脱水縮合反応を促進させる物質を任意に用いることができる。
(catalyst)
The composition for surface treatment may contain a catalyst, and as the catalyst, for example, a substance that promotes the hydrolysis and dehydration condensation reaction of alkoxysilane described above can be arbitrarily used.
その例を挙げると、フッ酸、燐酸、ホウ酸、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、マレイン酸、メチルマロン酸、ステアリン酸、リノレイン酸、安息香酸、フタル酸、クエン酸、コハク酸、乳酸、リンゴ酸、マンデル酸、ピルビン酸、マロン酸、アジピン酸、グルタル酸、サリチル酸、アコニット酸などの酸類;アンモニア、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類;水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等の塩基性アンモニウム塩類;ピリジンなどの塩基類;アルミニウムのアセチルアセトン錯体などのルイス酸類;その他、酸性及び塩基性のアミノ酸類などが挙げられる。 Examples include hydrofluoric acid, phosphoric acid, boric acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid, maleic acid, methylmalonic acid, stearic acid, linolenic acid, benzoic acid, phthalic acid, citric acid, succinic acid. Acids such as lactic acid, malic acid, mandelic acid, pyruvic acid, malonic acid, adipic acid, glutaric acid, salicylic acid, aconitic acid; amines such as ammonia, butylamine, dibutylamine, triethylamine; tetramethylammonium hydroxide, water Basic ammonium salts such as tetraethylammonium oxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide; bases such as pyridine; Lewis acids such as acetylacetone complex of aluminum; and other acidic and basic amino acids .
また、触媒の例としては、金属キレート化合物も挙げられる。この金属キレート化合物の金属種としては、例えば、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、アンチモン等が挙げられる。金属キレート化合物の具体例としては、以下のようなものが挙げられる。 Moreover, a metal chelate compound is also mentioned as an example of a catalyst. Examples of the metal species of the metal chelate compound include titanium, aluminum, zirconium, tin, and antimony. Specific examples of the metal chelate compound include the following.
アルミニウム錯体としては、例えば、ジ−エトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−イソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物等を挙げることができる。 Examples of the aluminum complex include di-ethoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n-propoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-isopropoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n- Butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-sec-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-tert-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, monoethoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono -N-propoxy bis (acetylacetonato) aluminum, monoisopropoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-n-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-sec-but Si-bis (acetylacetonato) aluminum, mono-tert-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, tris (acetylacetonato) aluminum, diethoxy mono (ethylacetoacetate) aluminum, di-n-propoxy mono ( Ethyl acetoacetate) aluminum, diisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-tert- Butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, monoethoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono Sopropoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Examples thereof include aluminum chelate compounds such as aluminum and tris (ethylacetoacetate) aluminum.
チタン錯体としては、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン等を挙げることができる。 Titanium complexes include triethoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, triisopropoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-butoxy mono (acetyl). Acetonato) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-tert-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, diethoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-propoxy bis (Acetylacetonato) titanium, diisopropoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-tert -Butoxy bis (ace Ruacetonate) titanium, monoethoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-propoxy tris (acetylacetonato) titanium, monoisopropoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-butoxy tris (acetyl) Acetonato) titanium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-tert-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, tetrakis (acetylacetonato) titanium, triethoxy mono (ethylacetoacetate) titanium , Tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, triisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-sec-butyl Xy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-tert-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, diethoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, diiso Propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Titanium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, monoisopropoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) Acetate) titanium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-tert-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, tetrakis (ethyl acetoacetate) titanium, mono (acetylacetonate) tris (ethyl aceto) Acetate) titanium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) titanium, tris (acetylacetonato) mono (ethylacetoacetate) titanium and the like.
上述したものの中でも、アルコキシシラン化合物の加水分解及び脱水縮合反応をより容易に制御するためには、酸類若しくは金属キレート化合物が好ましく、酸類がさらに好ましい。なお、触媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Among those described above, acids or metal chelate compounds are preferable, and acids are more preferable in order to more easily control the hydrolysis and dehydration condensation reaction of the alkoxysilane compound. In addition, a catalyst may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
触媒の使用量は表面処理の効果を著しく損なわない限り任意であるが、表面処理用組成物中のアルコキシシランに対して、通常0.0001mol倍以上、中でも0.0003mol倍以上、特には0.0005mol倍以上が好ましく、また、通常0.2mol倍以下、中でも0.1mol倍以下、特には0.05mol倍以下が好ましい。触媒の使用量が少なすぎるとシランの加水分解反応が適度に進まず、シリカ多孔質膜表面のシラノール基と反応しない可能性があり、多すぎるとシラン同士が重縮合し、表面処理性能を有さないシリカ系固形物を生成し、表面処理性能が低下する可能性がある。 The amount of the catalyst used is arbitrary as long as the effect of the surface treatment is not significantly impaired, but is usually 0.0001 mol times or more, particularly 0.0003 mol times or more, particularly preferably 0.001 mol times or more with respect to the alkoxysilane in the surface treatment composition. 0005 mol times or more is preferable, and usually 0.2 mol times or less, particularly 0.1 mol times or less, and particularly preferably 0.05 mol times or less. If the amount of catalyst used is too small, the hydrolysis reaction of silane will not proceed moderately and may not react with the silanol groups on the surface of the porous silica membrane. May produce a silica-based solid material that does not undergo surface treatment.
(pH)
表面処理用組成物は、表面処理反応の迅速性の観点で、pHが6以下であることが好ましい。組成物のpHはより好ましくは5.5以下、さらに好ましくは5.0以下、特に好ましくは4.5以下である。この範囲にすることで、シリカ多孔質膜表面のシラノール基と表面処理組成物中のシランとの反応を速やかに進行させることができる。
(PH)
The surface treatment composition preferably has a pH of 6 or less from the viewpoint of rapid surface treatment reaction. The pH of the composition is more preferably 5.5 or less, further preferably 5.0 or less, and particularly preferably 4.5 or less. By setting it within this range, the reaction between the silanol group on the surface of the porous silica membrane and the silane in the surface treatment composition can be rapidly advanced.
(塗布工程)
シリカ多孔質膜への表面処理用組成物の途布方法に特に制限はなく、例えば、スピンコーター、スプレーコーター、ダイコーター、バーコーター、テーブルコーター、アプリケーター、ドクターブレードコーターなどを用いて塗布する方法や、ディップコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法などが挙げられる。また、表面処理用組成物を染込ませた布で、シリカ多孔質膜を拭取ることで途布する方法もある。
(Coating process)
There is no particular limitation on the method of distributing the surface treatment composition to the porous silica film. For example, a method of applying using a spin coater, spray coater, die coater, bar coater, table coater, applicator, doctor blade coater, etc. And a dip coating method, an ink jet method, a screen printing method, a gravure printing method, a flexographic printing method, and the like. In addition, there is a method in which the porous silica film is wiped with a cloth soaked with the surface treatment composition.
ディップコート法においては、任意の速度で、シリカ多孔質膜が形成された基材を、上記の表面処理用組成物に浸漬して引き上げればよい。この際の引き上げ速度に制限は無いが、通常0.01mm/秒以上、好ましくは0.05mm/秒以上、より好ましくは0.1mm/秒以上、また、通常100mm/秒以下、好ましくは80mm/秒以下、より好ましくは50mm/秒以下である。引き上げ速度が遅すぎたり速すぎたりすると、膜厚にムラができる可能性がある。一方、基材を組成物中に浸漬する速度に制限はないが、通常は、引き上げ速度と同程度の速度で基材を組成物中に浸漬することが好ましい。さらに、基材を組成物中に浸漬してから引き上げるまでの間、適当な時間浸漬を継続してもよい。この浸漬を継続する時間に制限は無いが、通常1秒以上、好ましくは3秒以上、より好ましくは5秒以上、また、通常48時間以下、好ましくは24時間以下、より好ましくは12時間以下である。この時間が短すぎると液面が安定する前に引き上げることとなり均一に途布できない可能性があり、長すぎると浸漬中に膜が形成されて平滑性が低くなる可能性がある。 In the dip coating method, the base material on which the porous silica film is formed may be dipped in the surface treatment composition and pulled up at an arbitrary speed. The pulling speed at this time is not limited, but is usually 0.01 mm / second or more, preferably 0.05 mm / second or more, more preferably 0.1 mm / second or more, and usually 100 mm / second or less, preferably 80 mm / second. Second or less, more preferably 50 mm / second or less. If the pulling speed is too slow or too fast, the film thickness may be uneven. On the other hand, although there is no restriction | limiting in the speed | rate which immerses a base material in a composition, Usually, it is preferable to immerse a base material in a composition at a speed | rate comparable as a raising speed | rate. Further, the immersion may be continued for an appropriate time from when the substrate is immersed in the composition to when the substrate is pulled up. There is no limitation on the duration of this immersion, but it is usually 1 second or more, preferably 3 seconds or more, more preferably 5 seconds or more, and usually 48 hours or less, preferably 24 hours or less, more preferably 12 hours or less. is there. If this time is too short, it may be pulled up before the liquid level becomes stable, and it may not be distributed uniformly. If it is too long, a film may be formed during immersion and the smoothness may be lowered.
さらに、スピンコート法で、表面処理用組成物を塗布する場合、回転速度は、通常10回転/分以上、好ましくは50回転/分以上、より好ましくは100回転/分以上、また、通常30000回転/分以下、好ましくは10000回転/分以下、より好ましくは7000回転/分以下である。回転速度が遅すぎると均一に途布できない可能性があり、速すぎると溶媒の気化が進みやすくなり、シラン類の加水分解等の反応が十分進まず、表面シラノールとの反応が十分に進行しない可能性がある。 Further, when the surface treatment composition is applied by spin coating, the rotation speed is usually 10 revolutions / minute or more, preferably 50 revolutions / minute or more, more preferably 100 revolutions / minute or more, and usually 30000 revolutions. / Min or less, preferably 10,000 revolutions / minute or less, more preferably 7000 revolutions / minute or less. If the rotational speed is too slow, there is a possibility that it cannot be distributed uniformly. If the rotational speed is too fast, the vaporization of the solvent tends to proceed, the reaction such as hydrolysis of silanes does not proceed sufficiently, and the reaction with the surface silanol does not proceed sufficiently. there is a possibility.
さらに、光学機能層として信頼性の高い膜厚制御を広範囲(大面積)で実現するためには、ダイコーター、バーコーター、テーブルコーター、アプリケーター、ドクターブレードコーターなどを用いる方法が好ましく、ダイコーターを用いる方法がより好ましい。 Furthermore, in order to realize reliable film thickness control over a wide range (large area) as an optical functional layer, a method using a die coater, bar coater, table coater, applicator, doctor blade coater, etc. is preferable. The method used is more preferable.
ダイコート法は、溶液供給点より表面処理用組成物を一定流量で供給し、それをスリットを経てダイリップより吐出させることによりシリカ多孔質膜表面上に表面処理用組成物を途布させるものであり、この際、シリカ多孔質膜形成基材を一定速度で搬送させることにより、表面処理用組成物を均一に途布することができる。 In the die coating method, the surface treatment composition is supplied on the surface of the porous silica film by supplying the surface treatment composition at a constant flow rate from the solution supply point and discharging it from the die lip through the slit. In this case, the surface treatment composition can be uniformly distributed by conveying the porous silica film-forming substrate at a constant speed.
上記スリットの幅には特に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、また、通常100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下である。スリットの幅が上記下限値を下回るとコンタミにより目詰まりを起こす恐れがあり、上記上限値を超えると均一に表面処理用組成物を途布ができない恐れがある。
また、ダイリップ(スリット)とシリカ多孔質膜との間隔(距離)であるGapには特に制限はないが、通常、5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、さらに好ましくは30μm以上、また、通常100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下の範囲にすることにより、効果的な表面処理を行うことができる。
The width of the slit is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the width of the slit is below the lower limit, there is a risk of clogging due to contamination, and if the slit width exceeds the upper limit, the surface treatment composition may not be uniformly distributed.
The gap (distance) between the die lip (slit) and the porous silica film is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and further preferably 30 μm or more. Moreover, effective surface treatment can be performed by making it into the range of 100 micrometers or less normally, Preferably it is 80 micrometers or less, More preferably, it is 50 micrometers or less.
ダイリップからの吐出流量には特に制限はないが、通常1〜100cc/分、好ましくは1〜50cc/分、より好ましくは1〜20cc/分、さらに好ましくは2〜10cc/分、最も好ましくは3〜6cc/分である。吐出流量が上記下限値を下回ると流延時のスリット速度精度を厳密にしなければいけなくなるため、大面積での表面処理が難しくなる傾向がある。一方、上記上限値を超えると吐出した組成物に対流が生じ、均一に表面処理用組成物を途布ことができなくなる場合がある。 The discharge flow rate from the die lip is not particularly limited, but is usually 1 to 100 cc / min, preferably 1 to 50 cc / min, more preferably 1 to 20 cc / min, further preferably 2 to 10 cc / min, most preferably 3 ~ 6cc / min. If the discharge flow rate is below the lower limit value, the slit speed accuracy during casting must be strict, and surface treatment in a large area tends to be difficult. On the other hand, when the above upper limit is exceeded, convection occurs in the discharged composition, and it may not be possible to distribute the surface treatment composition uniformly.
塗工速度には特に制限はないが、通常5〜300mm/秒、好ましくは10〜200mm/秒、より好ましくは20〜100mm/秒、さらに好ましくは30〜80mm/秒、最も好ましくは40〜60mm/秒である。塗工速度が上記下限値を下回るかまたは上回ると表面処理用組成物を均一に途布できない可能性がある。 The coating speed is not particularly limited, but is usually 5 to 300 mm / second, preferably 10 to 200 mm / second, more preferably 20 to 100 mm / second, further preferably 30 to 80 mm / second, and most preferably 40 to 60 mm. / Sec. If the coating speed is below or above the lower limit, the surface treatment composition may not be distributed uniformly.
塗工距離には特に制限はないが、通常0.05〜500m、好ましくは0.1〜300m、より好ましくは0.5〜100m、さらに好ましくは0.8〜50m、最も好ましくは1〜5mである。塗工距離が上記下限値を下回ると途布工程における流延初期の不安定な状態を処理面全体に及ぼす恐れがあり、上記上限値を超えると表面処理用組成物中の局所的な不均一構造が表面処理の均一性を阻害する恐れがある。 Although there is no restriction | limiting in particular in coating distance, Usually, 0.05-500m, Preferably it is 0.1-300m, More preferably, it is 0.5-100m, More preferably, it is 0.8-50m, Most preferably, it is 1-5m. It is. If the coating distance is less than the above lower limit value, there is a risk of affecting the entire treated surface in an unstable state at the initial stage of casting in the spreading step, and if the upper limit value is exceeded, local unevenness in the composition for surface treatment The structure may hinder the uniformity of the surface treatment.
ダイリップとシリカ多孔質膜形成基材の支持台の水平出し精度は、通常±5μm以下、好ましくは±2μm以下、より好ましくは±1μm以下とすることで再現性よく塗布することができる。
使用し得るダイの形状としては、溶液等を横方向に均一に分配し得るものであれば特に制限はない。例としては、一般のフィルムキャスティング時に使用されるTダイ形状のもの、あるいはフィッシュテイルダイ形状のもの、あるいはコートハンガーダイ形状のもの等が挙げられる。さらには、ダイ横方向への分配をより均一にしやすくするために、ダイリップ間隔の調整機構を有するものであることが望ましい。
The leveling accuracy of the support of the die lip and the porous silica film-forming substrate is usually ± 5 μm or less, preferably ± 2 μm or less, more preferably ± 1 μm or less, so that the coating can be applied with good reproducibility.
The shape of the die that can be used is not particularly limited as long as the solution can be uniformly distributed in the lateral direction. Examples include a T-die shape, a fishtail die shape, or a coat hanger die shape that is used during general film casting. Furthermore, it is desirable to have a die lip interval adjustment mechanism in order to make the distribution in the die lateral direction more uniform.
表面処理用組成物途布時のウェット膜厚には特に制限はないが、通常、0.1〜100μmであり、0.5〜80μmが好ましく、1〜55μmがより好ましく、5〜40μmがさらに好ましく、10〜25μmが最も好ましい。この範囲を超えると、レベリング効果が劣り、表面処理の均一性が悪化する恐れがある。 Although there is no restriction | limiting in particular in the wet film thickness at the time of the composition for surface treatments, it is 0.1-100 micrometers normally, 0.5-80 micrometers is preferable, 1-55 micrometers is more preferable, and 5-40 micrometers is further. Preferably, 10 to 25 μm is most preferable. If it exceeds this range, the leveling effect is inferior, and the uniformity of the surface treatment may be deteriorated.
例えば、ダイコートの場合、該ウェット膜厚は吐出液量とシリカ多孔質膜形成基材の移動速度で制御する機構が好ましく、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、また、通常60μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下の範囲にすることにより、ムラの少ない均一表面処理を行うことができる。 For example, in the case of die coating, a mechanism in which the wet film thickness is controlled by the discharge liquid amount and the moving speed of the porous silica film-forming substrate is preferably 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and usually By setting the thickness within a range of 60 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, uniform surface treatment with less unevenness can be performed.
表面処理用組成物途布工程を行う際の相対湿度には特に制限はないが、相対湿度を制御することによりさらに安定した連続表面処理が可能となる。 Although there is no restriction | limiting in particular in the relative humidity at the time of performing the composition distribution process for surface treatments, further stable continuous surface treatment is attained by controlling a relative humidity.
例えば、相対湿度が通常5%RH以上、好ましくは10%RH以上、より好ましくは15%RH以上、さらに好ましくは20%RH以上、また、通常85%RH以下、好ましくは80%RH以下、より好ましくは75%RH以下の環境下において表面処理用組成物の途布工程を行なうようにすることが好ましい。 For example, the relative humidity is usually 5% RH or more, preferably 10% RH or more, more preferably 15% RH or more, more preferably 20% RH or more, and usually 85% RH or less, preferably 80% RH or less, more Preferably, the step of distributing the surface treatment composition is performed in an environment of 75% RH or less.
表面処理用組成物途布工程を行なう際の温度に制限は無いが、通常0℃以上、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上、さらに好ましくは20℃以上、最も好ましくは25℃以上、また、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下、さら好ましくは60℃以下、最も好ましくは50℃以下である。表面処理用組成物の途布を行う際の温度が低すぎるとシランとシリカ多孔質膜表面のシラノール基との反応の進行が遅くなり、十分な表面処理効果を得られない恐れがあり、高すぎると、シランとシリカ多孔質膜表面のシラノール基との反応よりもシラン同士の脱水(重)縮合反応が支配的となり、表面処理が不十分となる恐れがある。 Although there is no restriction | limiting in the temperature at the time of performing the composition distribution process for surface treatment, Usually, 0 degreeC or more, Preferably it is 10 degreeC or more, More preferably, it is 15 degreeC or more, More preferably, it is 20 degreeC or more, Most preferably, 25 degreeC or more Also, it is usually 100 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower, more preferably 70 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower, and most preferably 50 ° C. or lower. If the temperature at which the surface treatment composition is distributed is too low, the progress of the reaction between the silane and the silanol groups on the surface of the porous silica membrane may be delayed, and a sufficient surface treatment effect may not be obtained. If it is too high, the dehydration (poly) condensation reaction between silanes becomes more dominant than the reaction between silane and silanol groups on the surface of the porous silica membrane, and the surface treatment may be insufficient.
さらに、表面処理用組成物途布工程を行う際のクリーン度には特に制限はないが、基材上に存在するコンタミの付着による膜表面概観の阻害を抑制する観点から、通常、塵埃径0.5μm以上の塵埃数は、3,000,000以下が好ましく、50,000以下がより好ましく、5,000以下がさらに好ましい。 Further, the degree of cleanliness when performing the surface treatment composition distribution step is not particularly limited. However, from the viewpoint of suppressing the inhibition of the appearance of the film surface due to the adhesion of contaminants existing on the substrate, the dust diameter is usually 0. The number of dusts of 0.5 μm or more is preferably 3,000,000 or less, more preferably 50,000 or less, and even more preferably 5,000 or less.
また、表面処理用組成物途布工程における雰囲気に制限は無い。例えば、空気雰囲気中で表面処理の製膜を行なっても良く、例えばアルゴン等の不活性雰囲気中で行なってもよい。 Moreover, there is no restriction | limiting in the atmosphere in the composition distribution process for surface treatment. For example, surface treatment may be performed in an air atmosphere, or may be performed in an inert atmosphere such as argon.
(加熱工程)
前述の表面処理用組成物途布工程の後、表面処理用組成物が途布されたシリカ多孔質膜を加熱する加熱工程を行なう。加熱工程により、表面処理用組成物中の有機溶媒及び水が乾燥、除去されて、シリカ多孔質膜表面のシラノール基と表面処理用組成物中のシランが脱水縮合反応することにより、表面処理が完遂する。
(Heating process)
After the above-described surface treatment composition distribution step, a heating step of heating the porous silica film on which the surface treatment composition is distributed is performed. By the heating step, the organic solvent and water in the surface treatment composition are dried and removed, and the silanol group on the surface of the porous silica membrane and the silane in the surface treatment composition undergo a dehydration condensation reaction, whereby the surface treatment is performed. Complete.
加熱処理の方式は特に制限されないが、例としては、加熱炉(ベーク炉)内に表面処理用組成物が途布されたシリカ多孔質膜を加熱する炉内ベーク方式、プレート(ホットプレート)上にシリカ多孔質膜形成基材を搭載しそのプレートを介して表面処理用組成物が途布されたシリカ多孔質膜を加熱するホットプレート方式、前記基材の上面側及び/又は下面側にヒーターを配置し、ヒーターから電磁波(例えば赤外線)を照射して、表面処理用組成物が途布されたシリカ多孔質膜を加熱する方式、などが挙げられる。 The heat treatment method is not particularly limited. For example, an in-furnace bake method for heating a porous silica film in which a surface treatment composition is distributed in a heating furnace (baking furnace), on a plate (hot plate) A hot plate system for heating a porous silica film on which a porous silica film-forming substrate is mounted and a surface treatment composition is distributed through the plate, a heater on the upper surface side and / or lower surface side of the substrate And a method of heating the porous silica film on which the surface treatment composition is spread by irradiating an electromagnetic wave (for example, infrared rays) from a heater.
加熱温度に制限は無く、シリカ多孔質膜表面のシラノール基と表面処理用組成物中のシランが脱水縮合反応が十分に進行し得るならば任意であるが、通常40℃以上、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは100℃以上、また、通常500℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは250℃以下である。加熱温度が低すぎるとシリカ多孔質膜表面のシラノール基と表面処理用組成物中のシランとの脱水縮合反応が十分に進行しない可能性がある。一方、加熱温度が高すぎると表面処理用組成物中のシランの有機基が分解反応を起こす可能性がある。なお、加熱工程において、前記の加熱温度で連続的に加熱を行なってもよいが、断続的に加熱を行なうようにしてもよい。 There is no limitation on the heating temperature, and it is optional as long as the silanol group on the surface of the porous silica membrane and the silane in the composition for surface treatment can sufficiently proceed with the dehydration condensation reaction, but usually 40 ° C or higher, preferably 60 ° C. Above, more preferably 80 ° C. or more, further preferably 100 ° C. or more, and usually 500 ° C. or less, preferably 350 ° C. or less, more preferably 250 ° C. or less. If the heating temperature is too low, the dehydration condensation reaction between the silanol groups on the surface of the porous silica membrane and the silane in the composition for surface treatment may not proceed sufficiently. On the other hand, if the heating temperature is too high, the organic group of the silane in the surface treatment composition may cause a decomposition reaction. In the heating step, the heating may be performed continuously at the heating temperature, but the heating may be performed intermittently.
加熱を行なう際、昇温速度は表面処理の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1℃/分以上、好ましくは10℃/分以上、また、通常500℃/分以下、好ましくは300℃/分以下で昇温する。昇温速度が遅すぎるとシリカ多孔質膜表面のシラノール基と表面処理用組成物中のシランとの脱水縮合反応の進行に伴ってシリカ多孔質膜が緻密化し、膜歪みが大きくなって耐水性が低くなる可能性があり、昇温速度が速すぎると表面処理用組成物中のシランが蒸発してしまい、十分な表面処理がなされない可能性がある。 When heating, the rate of temperature rise is arbitrary as long as the effect of the surface treatment is not significantly impaired, but is usually 1 ° C./min or more, preferably 10 ° C./min or more, and usually 500 ° C./min or less, preferably 300 The temperature is raised at a temperature of ℃ / min or less. If the rate of temperature rise is too slow, the porous silica membrane becomes dense with the progress of the dehydration condensation reaction between the silanol groups on the surface of the porous silica membrane and the silane in the surface treatment composition, resulting in increased membrane strain and water resistance. If the temperature elevation rate is too high, the silane in the surface treatment composition will evaporate, and sufficient surface treatment may not be performed.
加熱を行なう時間は表面処理の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは2分以上、また、通常5時間以下、好ましくは2時間以下、より好ましくは1時間以下である。加熱時間が短すぎると十分にシリカ多孔質膜表面のシラノール基と表面処理用組成物中のシランとの脱水縮合反応が進行しない可能性があり、長すぎるとシリカ多孔質膜及び基材のひび割れや破損などを引き起こす可能性がある。 The heating time is arbitrary as long as the effect of the surface treatment is not significantly impaired, but is usually 30 seconds or more, preferably 1 minute or more, more preferably 2 minutes or more, and usually 5 hours or less, preferably 2 hours or less, More preferably, it is 1 hour or less. If the heating time is too short, there is a possibility that the dehydration condensation reaction between the silanol groups on the surface of the porous silica membrane and the silane in the composition for surface treatment will not proceed, and if it is too long, the silica porous membrane and the substrate will crack. May cause damage.
加熱を行なう際の雰囲気は表面処理の効果を著しく損なわない限り任意であるが、中でも、乾燥ムラの生じにくい環境が好ましい。その中でも、大気雰囲気下で加熱を行なうことが好ましい。また、不活性ガス処理を行ない、不活性雰囲気下で加熱を行なうことも可能である。 The atmosphere for heating is arbitrary as long as the effect of the surface treatment is not significantly impaired, and among them, an environment in which drying unevenness is unlikely to occur is preferable. Among these, it is preferable to perform heating in an air atmosphere. It is also possible to perform an inert gas treatment and perform heating in an inert atmosphere.
以上のように、加熱処理を行なうことにより、表面処理用組成物中のシランとシリカ多孔質膜表面のシラノール基との脱水縮合反応が進行し、表面処理されたシリカ多孔質膜を得ることができる。 As described above, by performing the heat treatment, a dehydration condensation reaction between the silane in the surface treatment composition and the silanol group on the surface of the silica porous membrane proceeds, and a surface-treated silica porous membrane can be obtained. it can.
表面処理の回数は一度だけではなく複数回繰り返してもよい。また、ある表面処理を行った後、更に異なる表面処理を行ってもよい。 The number of surface treatments may be repeated not only once but multiple times. Further, after a certain surface treatment, a different surface treatment may be performed.
[積層体]
上述の製造方法で製造された本発明のシリカ多孔質膜は、直接又は他の層を介して、基材上に膜状に形成され、シリカ多孔質膜と基材との積層体となる。
[Laminate]
The porous silica membrane of the present invention produced by the above-described production method is formed in a film shape on a substrate directly or via another layer, and becomes a laminate of the porous silica membrane and the substrate.
このような本発明のシリカ多孔質膜は、他の層と組み合わせて用いることもできる。この場合、組み合わせる層は、用途に応じて適宜選択され、他の層と組み合わせることで、表面反射防止膜の他、紫外線反射膜、近赤外線反射膜、赤外線反射膜等、さらには、ディスプレイ等の発光デバイスに適用することで光取り出し膜(又は輝度向上膜)としても用いることができる。組み合わせる他の層の具体例として、高屈折率層、散乱層、金属層、偏光層、熱線遮断層、紫外線劣化防止層、親水性層、防汚性層、防曇層、防湿層、防曇層、光触媒層、耐腐食層、耐指紋性層、接着層、ハード層、ガスバリア層、導電性層、アンチグレア層、拡散層等が挙げられる。これらの層は、基材のいずれの面に形成されていてもよく、またシリカ多孔質膜上に積層されていてもよい。なお、これらの層は1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意の組合せで用いてもよい。また、特性に影響を及ぼさない限り、上記の各層間に他の層があっても構わない。 Such a porous silica membrane of the present invention can also be used in combination with other layers. In this case, the layer to be combined is appropriately selected depending on the application, and in combination with other layers, in addition to the surface antireflection film, the ultraviolet reflection film, the near infrared reflection film, the infrared reflection film, etc. When applied to a light emitting device, it can also be used as a light extraction film (or brightness enhancement film). Specific examples of other layers to be combined include a high refractive index layer, a scattering layer, a metal layer, a polarizing layer, a heat ray blocking layer, an ultraviolet deterioration preventing layer, a hydrophilic layer, an antifouling layer, an antifogging layer, a moisture proof layer, and an antifogging layer. Examples include a layer, a photocatalyst layer, a corrosion-resistant layer, a fingerprint-resistant layer, an adhesive layer, a hard layer, a gas barrier layer, a conductive layer, an antiglare layer, and a diffusion layer. These layers may be formed on any surface of the substrate, and may be laminated on the porous silica membrane. In addition, these layers may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types by arbitrary combinations. Further, as long as the characteristics are not affected, there may be other layers between the above layers.
また、本発明のシリカ多孔質膜と基材との積層体には、例えば、他の光学機能層及び保護膜を備えさせても良い。他の光学機能層は、用いる用途により適宜選択することができる。また、これらの層は1層のみを備えさせてもよく、2以上の層を任意に組み合わせて備えさせるようにしても良い。 Moreover, you may equip the laminated body of the silica porous membrane of this invention and a base material with another optical function layer and a protective film, for example. Other optical functional layers can be appropriately selected depending on the application to be used. Further, these layers may be provided with only one layer, or may be provided with an arbitrary combination of two or more layers.
本発明のシリカ多孔質膜と基材との積層体は、低屈折率で耐摩耗性に優れた本発明のシリカ多孔質膜を備えるため、反射防止能、耐摩耗性に優れる。本発明のシリカ多孔質膜及び本発明のシリカ多孔質膜と基材との積層体は、レンズ、LCDやOLED等のディスプレイやタッチパネル、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などのシリコン系太陽電池、CIS系太陽電池、CIGS系太陽電池、GaAs系太陽電池などの化合物太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池、また多接合型太陽電池、HIT太陽電池、集光型太陽電池、太陽熱給湯器などの光デバイス、ショーウィンドウ等の建材や、インパネやフロントガラス等の自動車の内外装に用いられる低反射層、反射防止層、光制御層などの光学機能層、ホワイトボードなどのステーショナリー用品などに好適に用いることができる。 Since the laminated body of the porous silica film and the base material of the present invention includes the porous silica film of the present invention having a low refractive index and excellent wear resistance, the antireflection ability and the wear resistance are excellent. The porous silica film of the present invention and the laminate of the porous silica film of the present invention and a substrate are a lens, a display or touch panel such as LCD or OLED, a single crystal silicon solar cell, a polycrystalline silicon solar cell, an amorphous silicon solar cell. Silicon solar cells such as batteries, CIS solar cells, CIGS solar cells, compound solar cells such as GaAs solar cells, dye-sensitized solar cells, organic thin film solar cells, multi-junction solar cells, HIT solar cells, Optical functional layers such as optical devices such as concentrating solar cells and solar water heaters, building materials such as show windows, and interior and exterior of automobiles such as instrument panels and windshields, antireflection layers and light control layers It can be suitably used for stationery items such as whiteboards.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
以下において、製造されたシリカ多孔質膜の評価は次の方法で行った。 Below, evaluation of the manufactured silica porous membrane was performed by the following method.
<最表層フッ素量、第2表層フッ素量、最表層酸素量>
前述した測定条件、解析方法でそれぞれXPS元素分析を行って、最表層フッ素量、第2表層フッ素量、最表層酸素量を求めた。
<Outermost layer fluorine amount, second outer layer fluorine amount, outermost layer oxygen amount>
XPS elemental analysis was performed under the above-described measurement conditions and analysis methods, respectively, to determine the outermost surface layer fluorine amount, the second outer layer fluorine amount, and the outermost layer oxygen amount.
<屈折率、膜厚算出>
分光膜厚計(大塚電子製FE−3000)により、ガラス基材上に形成されたシリカ多孔質膜の最小反射率を測定し、フレネルの式を用いて屈折率を算出した。また、算出した屈折率と最小反射率波長より膜厚を算出した。
<Refractive index and film thickness calculation>
The minimum reflectance of the porous silica film formed on the glass substrate was measured with a spectral film thickness meter (FE-3000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.), and the refractive index was calculated using the Fresnel equation. The film thickness was calculated from the calculated refractive index and the minimum reflectance wavelength.
<耐擦傷性試験>
ボンスター#0000のスチールウールを用いてシリカ多孔質膜表面に300g/cm2の荷重をかけ、10往復させた。その後、次の(a),(b)の二つの方法で傷の有無を確認し、下記評価基準で評価した。
(a)蛍光灯下、目視にて傷の有無を確認した。
(b)上記試験を行った領域の裏側に黒テープ(ヤマト株式会社製、ビニールテープ、黒)を気泡が混入しないように貼り付け、蛍光灯下、目視にて傷の有無を確認した。このように黒テープを貼り付けることによって、目視では確認できなかった浅い傷であっても容易に確認することができるようになる。
(耐擦傷性の評価基準)
○:(b)で傷が確認できない。
△:(b)では傷が確認できるものの、(a)では傷が確認できない。
×:(a)で傷が確認できる。
<Abrasion resistance test>
A load of 300 g / cm 2 was applied to the surface of the porous silica membrane using bonster # 0000 steel wool, and was reciprocated 10 times. Then, the presence or absence of a flaw was confirmed by the following two methods (a) and (b), and the following evaluation criteria were used.
(A) The presence or absence of scratches was confirmed visually under a fluorescent lamp.
(B) A black tape (manufactured by Yamato Co., Ltd., vinyl tape, black) was attached to the back side of the area where the above test was performed so that no bubbles were mixed, and the presence or absence of scratches was confirmed visually under a fluorescent lamp. By sticking the black tape in this way, even a shallow flaw that cannot be visually confirmed can be easily confirmed.
(Evaluation criteria for scratch resistance)
○: Scratches cannot be confirmed in (b).
Δ: Although scratches can be confirmed in (b), scratches cannot be confirmed in (a).
X: Scratches can be confirmed in (a).
[実施例1]
<アルコシシシラン混合物>
100mlのバイアル瓶に、テトラエトキシシラン(TEOS)、メチルトリエトキシシラン(MTES)、エタノール(EtOH)、水(H2O)、及び塩酸(HCl)を、1.00:0.372:0.995:21.0:0.0218のモル比で混合し、温水浴中、63℃で30分攪拌した後、室温で放冷することにより、アルコシシシラン混合物(A)を得た。
[Example 1]
<Alcoxisilane mixture>
In a 100 ml vial, tetraethoxysilane (TEOS), methyltriethoxysilane (MTES), ethanol (EtOH), water (H 2 O), and hydrochloric acid (HCl) were added at 1.00: 0.372: 0. The mixture was mixed at a molar ratio of 995: 21.0: 0.0218, stirred at 63 ° C. for 30 minutes in a warm water bath, and then allowed to cool at room temperature to obtain an alkoxysilane mixture (A).
<フッ素含有シラン混合物>
5mlのバイアル瓶に(トリデカフルオロ−1H、1H、2H、2H−n−オクチル)トリエトキシシラン(FTES)、EtOH、H2O、HClを、1.00:33.8:63.3:0.0658のモル比で混合し、温水浴中、63℃で5分攪拌した後、室温で放冷することにより、フッ素含有シラン混合物(B)を得た。
<Fluorine-containing silane mixture>
In a 5 ml vial (tridecafluoro-1H, 1H, 2H, 2H-n-octyl) triethoxysilane (FTES), EtOH, H 2 O, HCl, 1.00: 33.8: 63.3: After mixing at a molar ratio of 0.0658 and stirring at 63 ° C. for 5 minutes in a warm water bath, the mixture was allowed to cool at room temperature to obtain a fluorine-containing silane mixture (B).
<混合>
フッ素含有シラン混合物(B)とアルコキシシラン混合物(A)を、TEOS、MTES、FTES、EtOH、H2O、HClのモル比が1.00:0.372:0.0113:1.38:21.7:0.0226となるように混合して、撹拌することで、組成物(C)を得た。
<Mixed>
The molar ratio of TEOS, MTES, FTES, EtOH, H 2 O, HCl to the fluorine-containing silane mixture (B) and the alkoxysilane mixture (A) is 1.00: 0.372: 0.0113: 1.38: 21. .7: 0.0226 was mixed and stirred to obtain a composition (C).
<溶媒希釈>
この組成物(C)10mlをEtOH40mlで希釈し、室温で30分撹拌することで組成物(D)(pH4.5)を得た。
<Solvent dilution>
10 ml of this composition (C) was diluted with 40 ml of EtOH and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a composition (D) (pH 4.5).
<シリカ多孔質膜の製造>
組成物(D)を、0.45μmのフィルター(PVDF製)で濾過し、75mm角のガラス基材(中心線平均粗さ=0.01μm、表面粗さの最大高さRmax=0.13μm、厚さ1.0〜1.5mm)に対して、1.5ml滴下した。そして、相対湿度26%の環境下で、ミカサ製スピンコーターにて700回転/分で2分間回転させることで薄膜を作製した。
得られた薄膜形成基板を、ESPEC社製パーフェクトオーブンを用いて、圧力0.1MPaで、室温から150℃まで20℃/分、150℃から450℃まで7.5℃/分で昇温した後、450℃で2分間加熱し、その後オーブン内で100℃以下になるまで放冷した。
得られたシリカ多孔質膜について、前述の評価を行い、結果を表1に示した。
<Manufacture of porous silica membrane>
The composition (D) was filtered through a 0.45 μm filter (PVDF), and a 75 mm square glass substrate (center line average roughness = 0.01 μm, maximum height of surface roughness R max = 0.13 μm). 1.5 ml) was added dropwise to a thickness of 1.0 to 1.5 mm. Then, a thin film was produced by rotating for 2 minutes at 700 rpm with a Mikasa spin coater in an environment with a relative humidity of 26%.
After heating the obtained thin film-formed substrate at a pressure of 0.1 MPa from room temperature to 150 ° C. at 20 ° C./min and from 150 ° C. to 450 ° C. at 7.5 ° C./min using a perfect oven manufactured by ESPEC , Heated at 450 ° C. for 2 minutes, and then allowed to cool to 100 ° C. or lower in an oven.
The obtained porous silica membrane was evaluated as described above, and the results are shown in Table 1.
[実施例2]
実施例1において、組成物(C)を調製後に、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコール(20:70:20)のトリブロック共重合体(Pluronic(登録商標)P123)0.0505g及びEtOH0.779gを添加して撹拌し、スピンコーターの回転速度を1000回転/分としたこと、また、スピンコート時の相対湿度が37%であったこと、以外は、実施例1と同様の手順でシリカ多孔質膜を製造し、同様に評価を行って、結果を表1に示した。
[Example 2]
In Example 1, after preparing composition (C), 0.0505 g of polyethylene glycol-polypropylene glycol-polyethylene glycol (20:70:20) triblock copolymer (Pluronic® P123) and 0.779 g of EtOH. In the same procedure as in Example 1 except that the spin coater was rotated at a rotation speed of 1000 rpm and the relative humidity during spin coating was 37%. A membrane was produced and evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1.
[比較例1]
アルコキシシラン混合物(A)の組成比を、TEOS、MTES、EtOH、H2O、HCl=1.00:1.12:1.49:31.2:0.0324のモル比とし、フッ素含有シラン混合物(B)を混合せず、スピンコーターの回転数を1000回転/分としたこと、また、スピンコート時の相対湿度が31%であったこと、以外は実施例1と同様の手順でシリカ多孔質膜を製造し、同様に評価を行って、結果を表1に示した。
[Comparative Example 1]
The composition ratio of the alkoxysilane mixture (A) is a molar ratio of TEOS, MTES, EtOH, H 2 O, HCl = 1.00: 1.12: 1.49: 31.2: 0.0324, and fluorine-containing silane Silica was prepared in the same procedure as in Example 1 except that the mixture (B) was not mixed, the spin coater was rotated at 1000 rpm, and the relative humidity during spin coating was 31%. A porous membrane was produced and evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1.
[比較例2]
フッ素含有シラン混合物(B)の混合を行わなかったこと、また、スピンコート時の相対湿度が25%であったこと、以外は、実施例1と同様の手順でシリカ多孔質膜を製造し、同様に評価を行って、結果を表1に示した。
[Comparative Example 2]
Except that the fluorine-containing silane mixture (B) was not mixed, and the relative humidity at the time of spin coating was 25%, a porous silica membrane was produced in the same procedure as in Example 1, Evaluation was performed in the same manner, and the results are shown in Table 1.
表1より、本発明のシリカ多孔質膜は、低屈折率で、耐摩耗性(耐擦傷性)に優れることが分かる。なお、本発明のシリカ多孔質膜は、表層にフッ素原子が存在することにより、防汚性にも優れたものである。 From Table 1, it can be seen that the porous silica film of the present invention has a low refractive index and excellent wear resistance (abrasion resistance). The porous silica membrane of the present invention is excellent in antifouling property due to the presence of fluorine atoms in the surface layer.
Claims (3)
(1) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置までの領域において、X線光電子分光法(XPS)によって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合が3〜35原子%である。
(2) シリカ多孔質膜の表面から深さ方向10nmの位置から、該表面から深さ方向40nmの位置までの領域において、深さ方向のXPS分析によって元素分析することにより算出される、炭素原子、酸素原子、フッ素原子及びケイ素原子の合計数に対するフッ素原子数の割合が0.8原子%以下である。 Meets the following (1) and (2), porous silica film having a refractive index, characterized in that a 1.20 to 1.45.
(1) Carbon atom, oxygen atom, fluorine atom and silicon atom calculated by elemental analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in the region from the surface of the porous silica membrane to the position of 10 nm in the depth direction The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of is 3 to 35 atomic%.
(2) Carbon atoms calculated by elemental analysis by XPS analysis in the depth direction in a region from the position of 10 nm in the depth direction from the surface of the porous silica membrane to a position in the depth direction of 40 nm from the surface The ratio of the number of fluorine atoms to the total number of oxygen atoms, fluorine atoms and silicon atoms is 0.8 atomic% or less.
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