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JP4516766B2 - Organic-inorganic hybrid glassy material and method for producing the same - Google Patents
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JP4516766B2 - Organic-inorganic hybrid glassy material and method for producing the same - Google Patents

Organic-inorganic hybrid glassy material and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、ゾルゲル法に用いられる原料を出発原料とする有機無機ハイブリッドガラス状物質とその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic-inorganic hybrid glassy material starting from a raw material used in the sol-gel method and a method for producing the same.

600℃以下で軟化する材料としては、高分子材料や低融点ガラスなどが有名であり、古くから封着・封止材料、パッシベーションガラス、釉薬など、多くのところで用いられてきた。高分子材料と低融点ガラスでは、その諸物性が異なるので、その使用できる環境に応じて使い分けられてきた。一般的には、耐熱性や気密性能が優先される場合にはガラスが、耐熱性や気密性能以外の特性が優先される分野では高分子材料に代表される有機材料が使われてきた。しかし、昨今の技術進歩に伴い、これまで要求されなかった特性も着目され、その特性をもった材料の開発が期待されている。   As materials that soften at 600 ° C. or lower, polymer materials and low-melting glass are well known, and have been used in many places such as sealing and sealing materials, passivation glasses, glazes, and the like. Polymer materials and low-melting glass have different physical properties, so they have been used properly according to the environment in which they can be used. In general, glass is used when heat resistance and hermetic performance are prioritized, and organic materials represented by polymer materials are used in fields where properties other than heat resistance and hermetic performance are prioritized. However, along with recent technological progress, attention has been paid to properties that have not been required so far, and development of materials having such properties is expected.

このため、耐熱性や気密性能を増能させた高分子材料や、軟化領域を低温化させたガラスいわゆる低融点ガラスの開発が積極的になされている。特に、耐熱性や気密性能が要求される電子材料市場において、PbO-SiO2-B2O3系あるいはPbO-P2O5-SnF2系ガラスなどに代表される低融点ガラスは、電子部品の封着、被覆などの分野で不可欠の材料となっている。また、低融点ガラスは高温溶融ガラスに比べ、その成形加工に要するエネルギーひいてはコストを抑えられるため、省エネルギーに対する昨今の社会的要請とも合致している。さらに、光機能性能の有機物を破壊しない温度で溶融することが可能ならば、光機能性有機物含有(非線形)光学材料のホストとして光スイッチなどの光情報通信デバイスなどへの応用が期待される。このように、一般的な溶融ガラスの特徴である耐熱性や気密性能を有し、かつ高分子材料のように種々の特性を得やすい材料は多くの分野で要望され、特に低融点ガラスにその期待が集まっている。さらに、有機無機ハイブリッドガラスも低融点ガラスの一つとして着目されている。 For this reason, the development of polymer materials with increased heat resistance and airtight performance and so-called low-melting glass, which is a glass with a softened region lowered in temperature, has been actively carried out. Especially in the electronic materials market where heat resistance and airtightness are required, low melting point glass such as PbO-SiO 2 -B 2 O 3 or PbO-P 2 O 5 -SnF 2 It is an indispensable material in fields such as sealing and coating. In addition, the low melting point glass can reduce the energy required for the molding process and the cost compared to the high temperature molten glass, and therefore, it meets the recent social demand for energy saving. Furthermore, if it can be melted at a temperature that does not destroy the organic substance having optical functional performance, it can be expected to be applied to an optical information communication device such as an optical switch as a host of the optical functional organic substance-containing (nonlinear) optical material. As described above, materials having heat resistance and airtightness, which are the characteristics of general molten glass, and easily obtaining various properties such as polymer materials are demanded in many fields. Expectations are gathered. Furthermore, organic-inorganic hybrid glass is also attracting attention as one of low-melting glass.

低融点ガラスでは、例えば、Sn−Pb−P−F−O系ガラス(例えば、非特許文献1参照)に代表されるTickガラスが有名であり、100℃前後にガラス転移点を持ち、しかも優れた耐水性を示すので、一部の市場では使われてきている。しかしながら、この低融点ガラスはその主要構成成分に鉛を含むので、昨今の環境保護の流れから代替材料に置き換える必要性がでてきている。さらには、Tickガラスに対する要求特性も大きく変化していると同時に、その要望も多様化している。   As the low melting point glass, for example, Tick glass represented by Sn-Pb-PFO glass (for example, see Non-Patent Document 1) is famous, and has a glass transition point around 100 ° C., and is excellent. It has been used in some markets due to its water resistance. However, since this low melting point glass contains lead as a main component, it is necessary to replace it with an alternative material from the recent trend of environmental protection. Furthermore, the required characteristics for Tick glass have changed greatly, and at the same time the demands have diversified.

一般的なガラスの製造方法としては、溶融法と低温合成法が知られている。溶融法はガラス原料を直接加熱することにより溶融してガラス化させる方法で、多くのガラスがこの方法で製造されており、低融点ガラスもこの方法で製造されている。しかし、低融点ガラスの場合、融点を下げるために、鉛やアルカリ、ビスマスなどの含有を必要とするなど、構成できるガラス組成には多くの制限がある。   As a general glass production method, a melting method and a low-temperature synthesis method are known. The melting method is a method in which a glass raw material is directly heated to be melted and vitrified. Many glasses are produced by this method, and low-melting glass is also produced by this method. However, in the case of a low-melting glass, there are many restrictions on the glass composition that can be constructed, such as the need to contain lead, alkali, bismuth, etc. in order to lower the melting point.

一方、非晶質バルクの低温合成法としては、ゾルゲル法、液相反応法及び無水酸塩基反応法が考えられている。ゾルゲル法は金属アルコキシドなどを加水分解−重縮合し、500℃を超える温度(例えば、非特許文献2参照)、通常は700〜1600℃で熱処理することにより、バルク体を得ることができる。しかし、ゾルゲル法で作製したバルク体を実用材料としてみた場合、原料溶液の調製時に導入するアルコールなど有機物の分解・燃焼、又は有機物の分解ガス若しくは水の加熱過程における蒸発放出などのために多孔質となることが多く、耐熱性や気密性能には問題があった。このように、ゾルゲル法によるバルク製造ではまだ多くの問題が残っており、特に低融点ガラスをゾルゲル法で生産することはなされていない。   On the other hand, as a low-temperature synthesis method of amorphous bulk, a sol-gel method, a liquid phase reaction method, and an acid anhydride base reaction method are considered. In the sol-gel method, a bulk body can be obtained by hydrolysis-polycondensation of metal alkoxide and the like, and heat treatment at a temperature exceeding 500 ° C. (for example, see Non-Patent Document 2), usually 700 to 1600 ° C. However, when the bulk material produced by the sol-gel method is viewed as a practical material, it is porous due to the decomposition and combustion of organic substances such as alcohol introduced during the preparation of the raw material solution, or evaporative emission during the heating process of the decomposition gas or water of organic substances. In many cases, there were problems in heat resistance and airtightness. As described above, many problems still remain in bulk production by the sol-gel method, and in particular, low-melting glass has not been produced by the sol-gel method.

さらに、液相反応法は収率が低いために生産性が低いという問題の他、反応系にフッ酸などを用いることや薄膜合成が限度とされていることなどから、現実的にバルク体を合成する手法としては不可能に近い状態にある。   In addition, the liquid phase reaction method has a low yield, resulting in low productivity, the use of hydrofluoric acid in the reaction system and the limited synthesis of thin films. It is almost impossible to synthesize.

無水酸塩基反応法は、近年開発された手法であり、低融点ガラスの一つである有機無機ハイブリッドガラスの製作も可能(例えば、非特許文献3参照)であるが、まだ開発途上であり、すべての低融点ガラスが製作できているわけではない。   The anhydride-base reaction method is a technique developed in recent years, and it is possible to produce an organic-inorganic hybrid glass that is one of low-melting glasses (for example, see Non-Patent Document 3), but it is still under development. Not all low-melting glasses can be made.

したがって、多くの低融点ガラスの製造は、低温合成法ではなく、溶融法により行われてきた。このため、ガラス原料を溶融する都合上からそのガラス組成は制限され、生産できる低融点ガラスとなると、その種類は極めて限定されていた。   Therefore, many low-melting-point glasses have been manufactured not by a low-temperature synthesis method but by a melting method. For this reason, the glass composition is limited for the convenience of melting the glass raw material, and the kind of the low melting glass that can be produced is extremely limited.

なお、現時点では耐熱性や気密性能から、低融点ガラスが材料として有力であり、低融点ガラスに代表される形で要求物性が出されることが多い。しかし、その材料は低融点ガラスにこだわるものではなく、要求物性が合致すれば、ガラス以外の低融点あるいは低軟化点物質で大きな問題はない。   At present, low-melting glass is a promising material due to heat resistance and airtightness, and required physical properties are often obtained in a form typified by low-melting glass. However, the material is not particular about the low melting point glass, and if the required physical properties match, there is no major problem with a low melting point or low softening point substance other than glass.

すなわち、現在の低融点ガラスよりも低軟化点で、鉛を含まず、化学的耐久性を有しながら、透明である物質はこれまでなかった。   That is, there has been no material that has a softening point lower than that of the current low-melting glass, does not contain lead, has chemical durability, and is transparent.

公知技術をみれば、ゾルゲル法による石英ガラス繊維の製造方法(例えば、特許文献1参照)が、ゾルゲル法による酸化チタン繊維の製造方法(例えば、特許文献2参照)が、さらにはゾルゲル法による半導体ドープマトリックスの製造方法(例えば、特許文献3参照)が知られている。また、溶融法によるP−TeO−ZnF系低融点ガラスが知られている(例えば、特許文献4参照)。 From a known technique, a method for producing quartz glass fibers by the sol-gel method (for example, see Patent Document 1), a method for producing titanium oxide fibers by the sol-gel method (for example, see Patent Document 2), and further a semiconductor by the sol-gel method. A method for manufacturing a dope matrix (see, for example, Patent Document 3) is known. In addition, a P 2 O 5 —TeO 2 —ZnF 2 -based low-melting glass by a melting method is known (for example, see Patent Document 4).

特開昭62-297236号公報JP-A-62-297236 特開昭62-223323号公報JP-A-62-223323 特開平1-183438号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-183438 特開平7-126035号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-126035 P.A.Tick, Physics and Chemistry of Glasses, vol.25 No.6, pp.149-154(1984).P.A.Tick, Physics and Chemistry of Glasses, vol.25 No.6, pp.149-154 (1984). 神谷寛一、作花済夫、田代憲子,窯業協会誌,pp.614−618,84(1976).Kamiya, K., Sakuhana, K., Tashiro, No., Journal of Ceramic Association, pp.614-618, 84 (1976). 高橋雅英、新居田治樹、横尾俊信,New Glass, pp.8-13,17(2002).Masahide Takahashi, Haruki Niida, Toshinobu Yokoo, New Glass, pp.8-13, 17 (2002).

多くの低軟化点材料、特に低融点ガラスの製造は、溶融法により行われてきた。このため、そのガラス組成には多くの制限があり、ガラス原料を溶融する都合上、生産できる低融点ガラスは極めて限られていた。   Many low softening point materials, particularly low melting glass, have been manufactured by melting methods. For this reason, the glass composition has many restrictions, and the low melting glass which can be produced was very limited on account of melting a glass raw material.

一方、低温合成法のゾルゲル法で製造した場合、緻密化のために500℃以上の処理温度が必要となるが、その温度で処理すると低融点ガラスとはならないので、結果として耐熱性や気密性能の良好な低融点ガラスを得ることはできなかった。特に、電子材料分野では、厳しい耐熱性や気密性能と低融点化に対応する低融点ガラス又はガラス以外の低融点材料もこれまで見出されていなかった。   On the other hand, when manufactured by the low temperature synthesis sol-gel method, a processing temperature of 500 ° C. or higher is required for densification, but if it is processed at that temperature, it does not become a low melting point glass, resulting in heat resistance and airtight performance. No good low melting point glass could be obtained. In particular, in the field of electronic materials, no low melting point glass or low melting point material other than glass corresponding to severe heat resistance, hermetic performance and low melting point has been found so far.

特開昭62-297236号公報、特開昭62-223323号公報及び特開平1-183438号公報で開示された方法は、高温溶融でのみ対応可能であった材料生産を低温でも可能としたという功績はあるが、低融点ガラスを製造することはできない。また、ゾルゲル処理後には、500℃以上での処理も必要である。一方、特開平7-126035号公報の方法では、転移点が3百数十℃のガラスを作製できることが開示されている。しかし、それ以下の転移点をもつガラスを鉛やビスマスなどを始めとする低融点化材料なしで製作した例はこれまでなかった。   The methods disclosed in JP-A-62-297236, JP-A-62-223323, and JP-A-1-183438 made it possible to produce materials at low temperatures that could only be handled by high-temperature melting. Although there is an achievement, low melting glass cannot be manufactured. Further, after sol-gel treatment, treatment at 500 ° C. or higher is also necessary. On the other hand, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-126035 discloses that a glass having a transition point of 3 and several tens of degrees Celsius can be produced. However, there has been no example of manufacturing a glass having a transition point lower than that without a low melting point material such as lead or bismuth.

すなわち、これまでの低融点ガラスの製造方法では、厳しい耐熱性や気密性能と低融点特性、さらには透明性を同時に満たすガラスを作ることはできなかった。また、ガラス以外の材料でもこのような特性を満たすものはなかった。さらには、最初に製作したガラスの軟化温度が350℃以下、特に100℃以下となるガラスはこれまでなかったし、簡単に製造することもできなかった。   In other words, conventional low-melting-point glass manufacturing methods have not been able to produce glass that simultaneously satisfies severe heat resistance, hermetic performance, low-melting-point characteristics, and transparency. In addition, no material other than glass satisfies such characteristics. Furthermore, the glass produced first has a glass whose softening temperature is 350 ° C. or lower, particularly 100 ° C. or lower, and it has not been easy to manufacture.

本発明は、溶融性を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造する場合において、少なくとも2種類以上の金属アルコキシドを原料とし、Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05〜0.50となるようにDユニットを添加する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。 In the case of producing an organic-inorganic hybrid glassy material having meltability, the present invention uses at least two kinds of metal alkoxides as a raw material, and the ratio of D unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is It is a manufacturing method of the organic-inorganic hybrid glassy substance which adds D unit so that it may become 0.05-0.50.

また、添加するDユニットは、ジエトキシジフェニルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン及びジエトキシメチルフェニルシランから選ばれた結晶物又は液状物である上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   Further, the D unit to be added is a method for producing the above organic-inorganic hybrid glassy substance, which is a crystal or liquid selected from diethoxydiphenylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxydiethylsilane and diethoxymethylphenylsilane. It is.

また、有機無機ハイブリッドガラス状物質の原料とする金属アルコキシドはフェニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン及びエチルトリエトキシシランから選ばれる上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   The metal alkoxide used as a raw material for the organic-inorganic hybrid glassy material is the above-described method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material selected from phenyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, and ethyltriethoxysilane.

また、出発原料の混合工程と溶融工程との間に加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に熟成工程を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法において、加熱反応工程又は/及び溶融工程でDユニットを添加する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   Further, in the method for producing an organic-inorganic hybrid glassy substance having a heating reaction step between the starting material mixing step and the melting step, and further having an aging step after the melting step, D in the heating reaction step and / or the melting step. It is a manufacturing method of said organic inorganic hybrid glassy substance which adds a unit.

また、ゾルゲル法によるゲル体の製作工程、加熱による溶融工程、及び熟成工程の3工程を最低限有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法において、加熱による溶融工程でDユニットを添加する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。   Further, in the method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material having at least three steps of a gel body manufacturing process by a sol-gel method, a melting process by heating, and an aging process, the above-mentioned organic in which D unit is added in the melting process by heating It is a manufacturing method of an inorganic hybrid glassy substance.

さらに、上記の方法で製造された有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Further, it is an organic-inorganic hybrid glassy material produced by the above method.

さらにまた、Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05〜0.50となるDユニットを含有した上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質である。 Furthermore, a D unit and (D unit + T 3 unit + T 2 units + T 1 unit) above organic-inorganic hybrid glassy material ratio containing D unit to be 0.05 to 0.50 of.

さらにまた、ガラス状物質の一部又はすべてに不規則網目構造を有する上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, the organic-inorganic hybrid glassy material described above having an irregular network structure in part or all of the glassy material.

さらにまた、軟化温度が50℃〜350℃である上記の有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, it is said organic-inorganic hybrid glassy substance whose softening temperature is 50 to 350 degreeC.

本発明により、これまで製作することが極めて難しいとされてきた耐熱性や気密性能を有し、化学的耐久性が高く非常に低融点で透明な有機無機ハイブリッドガラス状物質を生成することができた。   According to the present invention, it is possible to produce a transparent organic-inorganic hybrid glassy material having heat resistance and hermetic performance, which has been considered extremely difficult to produce so far, and having a high chemical durability and a very low melting point. It was.

本発明は、溶融性を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造する場合において、少なくとも2種類以上の金属アルコキシドを原料とし、Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05〜0.50となるようにDユニットを添加する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法である。 In the case of producing an organic-inorganic hybrid glassy material having meltability, the present invention uses at least two kinds of metal alkoxides as a raw material, and the ratio of D unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is It is a manufacturing method of the organic-inorganic hybrid glassy substance which adds D unit so that it may become 0.05-0.50.

Dユニットの含有は、低融点化とその熱安定性を可能とする。ここで、Dユニットとはケイ素原子の4本の結合手のうち有機置換基との結合を除いた2本がすべて酸素原子を介してケイ素原子と結合したDユニット、または1本が酸素原子を介してケイ素原子と結合し残りの1本がエトキシ基あるいはヒドロキシル基と結合したDユニットから成る。また、Tユニットとはケイ素原子の4本の結合手のうち有機置換基との結合を除いた3本がすべて酸素原子を介してケイ素原子と結合した状態、Tユニットとはケイ素原子の4本の結合手の中で有機置換基との結合を除いた3本のうち2本が酸素原子を介してケイ素原子と結合した状態、Tユニットとはケイ素原子の4本の結合手の中で有機置換基との結合を除いた3本のうち1本が酸素原子を介してケイ素原子と結合した状態を意味している。さらにTユニットのうち、ケイ素原子の4本の結合手の中で有機置換基との結合を除いた3本のうち2本が酸素原子を介してケイ素原子と結合し残りの1本がエトキシ基である状態をT(−OEt)とする。また、Tユニットのうち、ケイ素原子の4本の結合手の中で有機置換基との結合を除いた3本のうち2本が酸素原子を介してケイ素原子と結合し残りの1本がヒドロキシル基である状態をT(−OH)とする。これらは、例えば、29Si NMR分光法により、その存在や含有量を確認することができる。 The inclusion of the D unit enables a low melting point and its thermal stability. Here, the D unit is a D 2 unit in which all of the four bonds of the silicon atom, excluding the bond to the organic substituent, are bonded to the silicon atom via an oxygen atom, or one is an oxygen atom. It is composed of D 1 unit bonded to a silicon atom through and the remaining one bonded to an ethoxy group or a hydroxyl group. The T 3 unit is a state in which all three bonds of the silicon atom, excluding the bond to the organic substituent, are bonded to the silicon atom via an oxygen atom, and the T 2 unit is a silicon atom. Among the four bonds, two of the three bonds excluding the bond to the organic substituent are bonded to silicon atoms via oxygen atoms, and the T 1 unit is the four bonds of silicon atoms. Among them, one of the three bonds excluding the bond with the organic substituent means a state in which it is bonded to the silicon atom via an oxygen atom. Further, of the T 2 units, two of the four bonds of the silicon atom, excluding the bond with the organic substituent, are bonded to the silicon atom through the oxygen atom and the remaining one is ethoxy. the state is a group and T 2 (-OEt). Of the T 2 units, two of the three bonds of the silicon atom, excluding the bond to the organic substituent, are bonded to the silicon atom through the oxygen atom and the remaining one is bonded to the silicon atom. A state of being a hydroxyl group is defined as T 2 (—OH). The presence and content of these can be confirmed, for example, by 29 Si NMR spectroscopy.

Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05未満であると低温溶融性を発現しないという問題が、0.50を超えると機械的強度が劣るという問題が発生するので、0.05〜0.50が好ましい。より好ましくは、0.08〜0.40、さらに好ましくは0.10〜0.30である。 If the ratio of D unit and (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is less than 0.05, the problem that low temperature meltability is not exhibited, and if it exceeds 0.50, the mechanical strength is inferior. Since it generate | occur | produces, 0.05-0.50 is preferable. More preferably, it is 0.08-0.40, More preferably, it is 0.10-0.30.

また、添加するDユニットは、ジエトキシジフェニルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン及びジエトキシメチルフェニルシランから選ばれた結晶物又は液状物であることが好ましい。これらの原料から作られたDユニットが軟化温度の低温度化に寄与し、さらに安定した有機無機ハイブリッドガラス状物質とすることができる。添加するDユニットは結晶物又は液状物であることが好ましく、特に結晶物とすると、その収率も高く、より好ましい有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができる。   The D unit to be added is preferably a crystal or liquid selected from diethoxydiphenylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxydiethylsilane and diethoxymethylphenylsilane. The D unit made from these raw materials contributes to lowering the softening temperature, and can be made into a more stable organic-inorganic hybrid glassy substance. It is preferable that the D unit to be added is a crystal or a liquid. Particularly, when the crystal is a crystal, the yield is high and a more preferable organic-inorganic hybrid glassy material can be obtained.

また、有機無機ハイブリッドガラス状物質の原料とする金属アルコキシドはフェニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン及びエチルトリエトキシシランから選ばれることが好ましい。本来、原料とする金属アルコキシドは有機置換基で置換されたアルコキシシランであり、有機置換基としてフェニル基、メチル基、エチル基、プロピル基(n−、i−)、ブチル基(n−、i−、t−)、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、オクタデシル基、メルカプトメチル基、メルカプトプロピル基、3,3,3-トリフルオロプロピル基、3-トリフルオロアセトキシプロピル基、ビニル基、ベンジル基、スチリル基等から、アルコキシル基としてメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基(n−、i−)等から成る金属アルコキシドから選ばれることが好ましい。これらは、有機無機ハイブリッドガラス状物質、特に室温以下の低軟化となる透明状物質を製造する上で極めて有用な原料である。なお、上記以外の金属アルコキシドでも良い。また、金属アセチルアセトナート、金属カルボン酸塩、金属硝酸塩、金属水酸化物、及び金属ハロゲン化物等、ゾルゲル法で使われているものであれば製造は可能である。しかし、上述のフェニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン及びエチルトリエトキシシランから選ばれることが好ましい。   The metal alkoxide used as the raw material for the organic-inorganic hybrid glassy substance is preferably selected from phenyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, and ethyltriethoxysilane. Originally, the metal alkoxide used as a raw material is an alkoxysilane substituted with an organic substituent, and the organic substituent is phenyl, methyl, ethyl, propyl (n-, i-), butyl (n-, i). -, T-), pentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, dodecyl group, octadecyl group, mercaptomethyl group, mercaptopropyl group, 3,3,3-trifluoropropyl group, 3-trifluoroacetoxypropyl group It is preferably selected from metal alkoxides consisting of methoxy, ethoxy, propoxy (n-, i-), etc. as alkoxyl groups from vinyl group, benzyl group, styryl group and the like. These are extremely useful raw materials for producing an organic-inorganic hybrid glassy material, particularly a transparent material having a low softness at room temperature or lower. Metal alkoxides other than those described above may be used. Further, metal acetylacetonate, metal carboxylate, metal nitrate, metal hydroxide, metal halide and the like used in the sol-gel method can be produced. However, it is preferably selected from the above-mentioned phenyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane and ethyltriethoxysilane.

また、出発原料の混合工程と溶融工程との間に加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に熟成工程を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法において、加熱反応工程又は/及び溶融工程でDユニットを添加することが好ましい。この製造方法は、従来のゾルゲル法と大きく異なり、加熱反応工程、溶融工程及び熟成工程を有することが特徴であるが、加熱反応工程又は/及び溶融工程の中でDユニットを添加するのが最も有用である。その前の混合工程での添加では収率が下がり、後の熟成工程の中での添加では有機無機ハイブリッドガラス状物質の安定化に問題が発生する場合がある。   Further, in the method for producing an organic-inorganic hybrid glassy substance having a heating reaction step between the starting material mixing step and the melting step, and further having an aging step after the melting step, D in the heating reaction step and / or the melting step. It is preferable to add units. This manufacturing method is greatly different from the conventional sol-gel method, and is characterized by having a heating reaction step, a melting step, and an aging step, but it is most preferable to add D unit in the heating reaction step and / or the melting step. Useful. The addition in the previous mixing step decreases the yield, and the addition in the subsequent aging step may cause a problem in stabilizing the organic-inorganic hybrid glassy material.

溶融工程に入る前、すなわち、出発原料の混合工程と加熱による溶融工程との間に、加熱反応工程を有する場合、この加熱反応工程は40℃以上100℃以下の温度で行われることが好ましい。この温度域以外では、その構造中に有機官能基Rを持つ金属ユニット、例えば(RSiO(4−n)/2)(n=1、2、3から選択)で表されるケイ素ユニット、さらに、詳細には、フェニル基の金属ユニット(PhSiO(4−n)/2)、メチル基の金属ユニット(MeSiO(4−n)/2)、エチル基の金属ユニット(EtSiO(4−n)/2)、ブチル基の金属ユニット(BtSiO(4−n)/2)(n=1〜3)などを適切に含有させることができないため、ガラス溶融のできる有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることは極めて難しくなる。 In the case where a heating reaction step is included before entering the melting step, that is, between the mixing step of the starting materials and the melting step by heating, the heating reaction step is preferably performed at a temperature of 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. Outside this temperature range, a metal unit having an organic functional group R in its structure, for example, a silicon unit represented by (R n SiO (4-n) / 2 ) (selected from n = 1, 2, 3), Further, in detail, a phenyl group metal unit (Ph n SiO (4-n) / 2 ), a methyl group metal unit (Me n SiO (4-n) / 2 ), an ethyl group metal unit (Et n SiO (4-n) / 2 ), butyl group metal units (Bt n SiO (4-n) / 2 ) (n = 1 to 3) and the like cannot be appropriately contained, so that the glass can be melted organic Obtaining an inorganic hybrid glassy material becomes extremely difficult.

加熱反応工程の上限温度は沸点が100℃を越すアルコール、例えば118℃の1−ブタノールを用いる場合では100℃以下であるが、沸点が100℃以下のアルコールでは沸点も考慮する方が望ましい。例えば、エタノールを用いる場合は、その沸点の80℃以下とした方が良い結果となる傾向にある。これは、沸点を越えると、アルコールが急激に蒸発するので、アルコール量や状態変化から均一反応が達成されにくくなるためであると考えられる。   The upper limit temperature of the heating reaction step is 100 ° C. or lower when an alcohol having a boiling point exceeding 100 ° C., for example, 1-butanol having a boiling point of 118 ° C. is used, but it is desirable to consider the boiling point of alcohol having a boiling point of 100 ° C. or lower. For example, when ethanol is used, the boiling point tends to be better at 80 ° C. or lower. This is presumably because when the boiling point is exceeded, the alcohol rapidly evaporates, so that it is difficult to achieve a uniform reaction from the amount of alcohol and changes in state.

溶融工程は30℃〜400℃の温度で行われることが好ましい。30℃よりも低い温度では、実質上溶融できない。また、400℃を超えると、網目を形成する金属元素と結合する有機基が燃焼するために所望の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得られないばかりか、破砕したり、気泡を生じて不透明になったりする。望ましくは、100℃以上300℃以下である。   The melting step is preferably performed at a temperature of 30 ° C to 400 ° C. At temperatures lower than 30 ° C., it cannot be melted substantially. Further, when the temperature exceeds 400 ° C., the organic group bonded to the metal element forming the network burns, so that a desired organic-inorganic hybrid glassy material cannot be obtained. Or Desirably, it is 100 degreeC or more and 300 degrees C or less.

熟成工程では30℃以上400℃以下の温度でかつ0.1Torr以下の圧力下で処理されるのが好ましい。30℃よりも低い温度では、実質上熟成できない。400℃を超えると、熱分解することがあり、安定したガラス状物質を得ることは難しくなる。望ましくは、100℃以上300℃以下である。さらに、この熟成温度は、溶融下限温度よりも低い温度ではその効果が極めて小さくなる。一般的には、溶融下限温度〜(溶融下限温度+150℃)程度が望ましい。このとき、同時に0.1Torr以下の圧力下で行われることが好ましい。その圧力が0.1Torrを越えると、泡残りの問題が発生する。さらに、熟成に要する時間は5分以上必要である。熟成時間は、その処理量、処理温度及び反応活性な水酸基(−OH)の許容残留量により異なるが、一般的には5分未満では満足できるレベルに到達することは極めて難しい。また、長時間では生産性が下がってくるので、望ましくは10分以上1週間以内である。   In the aging step, the treatment is preferably performed at a temperature of 30 ° C. to 400 ° C. and a pressure of 0.1 Torr or less. At a temperature lower than 30 ° C., it cannot be aged substantially. When it exceeds 400 ° C., it may be thermally decomposed, and it becomes difficult to obtain a stable glassy substance. Desirably, it is 100 degreeC or more and 300 degrees C or less. Further, the effect of the aging temperature becomes extremely small at a temperature lower than the lower limit melting temperature. Generally, the lower limit of melting temperature to the lower limit of melting temperature (+ 150 ° C.) is desirable. At this time, it is preferable to carry out at the same time under a pressure of 0.1 Torr or less. When the pressure exceeds 0.1 Torr, the problem of remaining bubbles occurs. Furthermore, the time required for aging is 5 minutes or more. The aging time varies depending on the processing amount, processing temperature, and allowable residual amount of reactive hydroxyl group (—OH), but generally it is extremely difficult to reach a satisfactory level in less than 5 minutes. Moreover, since productivity falls in a long time, it is 10 minutes or more and less than 1 week desirably.

上記の溶融工程又は/及び熟成工程を経ることにより、安定化した有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができる。従来のゾルゲル法では、前記の溶融工程も熟成工程もないので、本発明の有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることはできない。   A stable organic-inorganic hybrid glassy substance can be obtained through the melting step and / or the aging step. In the conventional sol-gel method, neither the melting process nor the aging process is performed, and therefore the organic-inorganic hybrid glassy material of the present invention cannot be obtained.

なお、加熱による溶融工程若しくは熟成工程において、不活性雰囲気下で行ったり、マイクロ波加熱も有効である。   In addition, in the melting step or the aging step by heating, it is performed under an inert atmosphere or microwave heating is also effective.

アルコールとしては、メタノール、エタノール、1−プロパノ-ル、2−プロパノール、1−ブタノール、2−メチル−1−プロパノ-ル、2−ブタノール、1,1−ジメチル−1−エタノール等が代表的であるが、これらに限定される訳ではない。   Typical alcohols include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-butanol, 1,1-dimethyl-1-ethanol and the like. However, it is not limited to these.

また、上記の方法で製造された有機無機ハイブリッドガラス状物質は当然ながら全て対象となるが、その一部又はすべてに不規則網目構造をもつ有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Of course, all the organic-inorganic hybrid glassy materials produced by the above-mentioned method are targets, but some or all of them are organic-inorganic hybrid glassy materials having an irregular network structure.

さらに、ガラス状物質の一部又はすべての中に少なくともDユニットを有する有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   Furthermore, it is an organic-inorganic hybrid glassy material having at least D units in part or all of the glassy material.

なお、有機無機ハイブリッドガラス状物質は、Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05〜0.50であると同時にTユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)との比が0.30〜0.95であることが好ましい。Tユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)との比が0.30未満であると機械的強度が劣るという問題が、0.95を超えると低温溶融性を発現しないという問題が発生する。より好ましくは、0.50〜0.90である。また、Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05未満であると低温溶融性を発現しないという問題が、0.50を超えると機械的強度が劣るという問題が発生する。より好ましくは、0.10〜0.40である。この範囲では、軟化温度が50℃〜350℃で、かつ安定した有機無機ハイブリッドガラス状物質を得ることができる。なお、有機無機ハイブリッドガラス状物質の軟化温度は、10℃/minで昇温したTMA測定から判断した。すなわち、上記条件で収縮量を測定し、収縮量の変化開始温度を軟化温度とした。
以下、実施例に基づき、述べる。
The organic-inorganic hybrid glassy substance has a ratio of D unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) of 0.05 to 0.50 and at the same time T 3 unit and (D unit + T 3 unit). + T 2 units + T 1 unit) is preferably 0.30 to 0.95. That T 3 units and the ratio of (D unit + T 3 unit + T 2 units + T 1 unit) is a problem that the mechanical strength is poor is less than 0.30 does not express low temperature melting property exceeds 0.95 A problem occurs. More preferably, it is 0.50-0.90. Further, if the ratio of D unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is less than 0.05, the problem of not exhibiting low temperature meltability is said to exceed 0.50, and the mechanical strength is inferior. A problem occurs. More preferably, it is 0.10-0.40. In this range, a stable organic-inorganic hybrid glassy material having a softening temperature of 50 ° C. to 350 ° C. can be obtained. In addition, the softening temperature of the organic-inorganic hybrid glassy substance was judged from TMA measurement which was heated at 10 ° C./min. That is, the shrinkage was measured under the above conditions, and the change start temperature of the shrinkage was defined as the softening temperature.
Hereinafter, description will be made based on examples.

Dユニットの導入原料として金属アルコキシドのジエトキシジフェニルシラン(Ph2Si(OEt)2)を用いた。室温で4mlのジエトキシジフェニルシランに約45mlの水(ジエトキシジフェニルシランに対するモル比は約170)、約30mlのエタノール(ジエトキシジフェニルシランに対するモル比は約30)、触媒である酢酸を約0.30ml(ジエトキシジフェニルシランに対するモル比は約0.3)加えて撹拌しながら混合し、60℃で撹拌しながら3時間加熱すると無色透明な針状結晶が得られた。この針状結晶を添加することにより有機無機ハイブリッドガラス状物質内にDユニットを導入し。 The metal alkoxide diethoxydiphenylsilane (Ph 2 Si (OEt) 2 ) was used as a raw material for introducing the D unit. At room temperature, 4 ml of diethoxydiphenylsilane and about 45 ml of water (molar ratio to diethoxydiphenylsilane is about 170), about 30 ml of ethanol (molar ratio to diethoxydiphenylsilane is about 30), and the catalyst acetic acid to about 0 .30 ml (molar ratio to diethoxydiphenylsilane of about 0.3) was added, mixed with stirring, and heated at 60 ° C. with stirring for 3 hours to obtain colorless and transparent needle-like crystals. D units are introduced into the organic-inorganic hybrid glassy material by adding the needle crystals.

Dユニットを導入する有機無機ハイブリッドガラス状物質の原料として金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシラン(PhSi(OEt))を用いた。混合工程として室温で10mlのフェニルトリエトキシシランに約45mlの水(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約50)、約20mlのエタノール(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約10)、触媒である酢酸を約0.30ml(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約0.1)加えて撹拌しながら混合し、加熱反応工程として60℃で撹拌しながら3時間加熱後、150℃に上げて針状結晶を1g添加した。この生成物を150℃で2時間かけて溶融し、150℃で3時間熟成した後、室温まで冷却し、厚さ3mmで薄片状の透明状物質を得た。この透明状物質のDユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比は0.11、Tユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)との比は0.38であった。 The metal alkoxide phenyltriethoxysilane (PhSi (OEt) 3 ) was used as a raw material for the organic-inorganic hybrid glassy material into which the D unit was introduced. As a mixing step, about 45 ml of water (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 50), about 20 ml of ethanol (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 10), 10% phenyltriethoxysilane at room temperature, and acetic acid as a catalyst. 0.30 ml (molar ratio with respect to phenyltriethoxysilane is about 0.1) and mixed with stirring. After heating for 3 hours with stirring at 60 ° C. as a heating reaction step, the temperature is raised to 150 ° C. to obtain acicular crystals. 1 g was added. This product was melted at 150 ° C. for 2 hours, aged at 150 ° C. for 3 hours, and then cooled to room temperature to obtain a flaky transparent material having a thickness of 3 mm. The ratio of D unit of this transparent material to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0.11, and the ratio of T 3 unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0. .38.

この透明状物質の軟化温度は88℃であり、針状結晶を添加しない場合の軟化温度である129℃よりも41℃低い温度であった。このことから針状結晶を添加することにより低温溶融性が促進されることが確認できた。また、不規則網目構造を有していたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   The softening temperature of this transparent material was 88 ° C., which was 41 ° C. lower than 129 ° C., which was the softening temperature when no needle-like crystals were added. From this, it was confirmed that the low-temperature meltability was promoted by adding needle-like crystals. Further, considering that it has an irregular network structure, the transparent material obtained this time is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, that is, an organic-inorganic hybrid glassy material.

この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

Dユニットを導入する有機無機ハイブリッドガラス状物質の原料として金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシラン(PhSi(OEt))を用いた。混合工程として室温で10mlのフェニルトリエトキシシランに約45mlの水(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約50)、約30mlのエタノール(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約10)、触媒である酢酸を約0.3ml(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約0.1)加え、加熱反応工程として60℃で1時間撹拌後、Dユニットの導入原料として金属アルコキシドのジエトキシジフェニルシラン(PhSi(OEt))を約4ml(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約0.3)加えてさらに60℃で2時間撹拌した。その後150℃で2時間かけて溶融し、150℃で3時間熟成した後、室温まで冷却し、厚さ3mmで薄片状の透明状物質を得た。この透明状物質のDユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比は0.25、Tユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)との比は0.37であった。 The metal alkoxide phenyltriethoxysilane (PhSi (OEt) 3 ) was used as a raw material for the organic-inorganic hybrid glassy material into which the D unit was introduced. As a mixing step, about 45 ml of water (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 50) to about 10 ml of phenyltriethoxysilane at room temperature, about 30 ml of ethanol (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 10), acetic acid as a catalyst About 0.3 ml (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 0.1), and after stirring at 60 ° C. for 1 hour as a heating reaction step, metal alkoxide diethoxydiphenylsilane (Ph 2 Si) is used as a raw material for introducing D unit. (OEt) 2 ) was added in an amount of about 4 ml (molar ratio to phenyltriethoxysilane was about 0.3), and the mixture was further stirred at 60 ° C. for 2 hours. Thereafter, the mixture was melted at 150 ° C. over 2 hours and aged at 150 ° C. for 3 hours, and then cooled to room temperature to obtain a flaky transparent material having a thickness of 3 mm. The ratio of D unit of this transparent material to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0.25, and the ratio of T 3 unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0. 37.

この透明状物質の軟化温度は67℃であり、ジエトキシジフェニルシランを添加しない場合の軟化温度である129℃よりも低い温度であった。このことから針状結晶を添加することにより低温溶融性が促進されることが確認できた。また、不規則網目構造を有していたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   The softening temperature of this transparent material was 67 ° C., which was lower than 129 ° C., which is the softening temperature when diethoxydiphenylsilane is not added. From this, it was confirmed that the low-temperature meltability was promoted by adding needle-like crystals. Further, considering that it has an irregular network structure, the transparent material obtained this time is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, that is, an organic-inorganic hybrid glassy material.

この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

(比較例1)
出発原料には金属アルコキシドのフェニルトリエトキシシラン(PhSi(OEt))を用いた。混合工程として室温で10mlのフェニルトリエトキシシランに約45mlの水(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約50)、約30mlのエタノール(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約10)、触媒である酢酸を約0.3ml(フェニルトリエトキシシランに対するモル比は約0.1)加え、加熱反応工程として60℃で3時間撹拌後、150℃で2時間かけて溶融し、150℃で3時間熟成した後、室温まで冷却し、厚さ3mmで薄片状の透明状物質を得た。なお、この生成物におけるDユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比は当然ながら0であり、Tユニットと(Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比は0.43であった。
(Comparative Example 1)
A metal alkoxide phenyltriethoxysilane (PhSi (OEt) 3 ) was used as a starting material. As a mixing step, about 45 ml of water (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 50) to about 10 ml of phenyltriethoxysilane at room temperature, about 30 ml of ethanol (molar ratio to phenyltriethoxysilane is about 10), acetic acid as a catalyst Was added at about 0.3 ml (molar ratio to phenyltriethoxysilane was about 0.1), stirred at 60 ° C for 3 hours as a heating reaction step, melted at 150 ° C for 2 hours, and aged at 150 ° C for 3 hours. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature, and a flaky transparent material having a thickness of 3 mm was obtained. The ratio of D unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) in this product is naturally 0, and the ratio of T 3 unit to (T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0. .43.

この透明状物質の軟化温度は129℃であり、Dユニットを導入した場合の軟化温度よりも高い温度であった。また、不規則網目構造を有していたことも考慮すると、今回得た透明状物質は有機無機ハイブリッドガラス構造をとる物質、すなわち有機無機ハイブリッドガラス状物質である。   The softening temperature of this transparent material was 129 ° C., which was higher than the softening temperature when D unit was introduced. Further, considering that it has an irregular network structure, the transparent material obtained this time is a material having an organic-inorganic hybrid glass structure, that is, an organic-inorganic hybrid glassy material.

この有機無機ハイブリッドガラス状物質の気密性能をみるため、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質の中に有機色素を入れ、1ヶ月後の染み出し状態を観察した。この結果、染み出しは全く認められず、気密性能を満足していることが分かった。さらに、得られた有機無機ハイブリッドガラス状物質を1ヶ月間、大気中に放置したが、特に変化は認められず、化学的耐久性に優れていることも確認できた。   In order to check the airtight performance of the organic-inorganic hybrid glassy material, an organic dye was put into the obtained organic-inorganic hybrid glassy material, and the bleeding state after one month was observed. As a result, no oozing was observed and it was found that the airtight performance was satisfied. Furthermore, although the obtained organic-inorganic hybrid glassy substance was left in the atmosphere for one month, no particular change was observed, and it was confirmed that it was excellent in chemical durability.

PDPを始めとするディスプレイ部品の封着・被覆用材料、光スイッチや光結合器を始めとする光情報通信デバイス材料、LEDチップを始めとする光学機器材料、光機能性(非線形)光学材料、接着材料等、低融点ガラスが使われている分野、エポキシ等の有機材料が使われている分野に利用可能である。   Materials for sealing and covering display components such as PDP, optical information communication device materials such as optical switches and optical couplers, optical equipment materials such as LED chips, optical functional (non-linear) optical materials, It can be used in fields where low-melting glass is used, such as adhesive materials, and fields where organic materials such as epoxy are used.

本発明の実施例1及び比較例1で示した29Si NMRスペクトル図。 29 Si NMR spectrum diagram shown in Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.

Claims (10)

溶融性を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質を製造する場合において、ケイ素原子の4本の結合手のうち2本が有機置換基と結合したDユニットを形成するアルコキシシラン及びケイ素原子の4本の結合手のうち1本が有機置換基と結合したTユニットを形成するアルコキシシランの少なくとも2種類以上のアルコキシシランを原料とし、出発原料の室温での混合工程と30〜400℃の温度でかつ有機基の燃焼温度以下で行う溶融工程との間に40℃以上100℃以下かつアルコールの沸点以下で行う加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に30℃以上400℃以下でかつ熱分解温度以下で行う熟成工程を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法において、加熱反応工程又は/及び溶融工程でDユニットを添加し、Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05〜0.50で、T ユニットと(Dユニット+T ユニット+T ユニット+T ユニット)の比が0.30〜0.95となるようにDユニットを添加することを特徴とする有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。
ここで、Dユニットとはケイ素原子の4本の結合手のうち有機置換基との結合を除いた2本すべて又は1本が酸素原子を介してケイ素原子と結合しもの、Tユニットとはケイ素原子の4本の結合手のうち有機置換基との結合を除いた3本がすべて酸素原子を介してケイ素原子と結合した状態のもの、Tユニットとはケイ素原子の4本の結合手の中で有機置換基との結合を除いた3本のうち2本が、Tユニットとはケイ素原子の4本の結合手の中で有機置換基との結合を除いた3本のうち1本が酸素原子を介してケイ素原子と結合した状態のものを示す。
In the case of producing an organic-inorganic hybrid glassy material having a meltability, alkoxysilane and silicon bond four bonds that form a D unit in which two of the four bonds of silicon atoms are bonded to an organic substituent. hands one can at least two kinds of alkoxysilanes of the alkoxysilane to form a T unit combined with organic substituents as the starting material, the temperature at and the organic radical of the mixing step and 30 to 400 ° C. at room temperature of the starting material A heating reaction step performed at 40 ° C. or higher and 100 ° C. or lower and a boiling point or lower of the alcohol between the melting step performed at a temperature below the combustion temperature of 30 ° C. and lower than the thermal decomposition temperature after the melting step. In the method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material having an aging step, D unit is added in the heating reaction step or / and the melting step, D The ratio of the unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0.05 to 0.50 , and the ratio of T 3 unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) is 0.30. A method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material, wherein D unit is added so as to be ˜0.95 .
Here, the D unit is one in which all or one of the four bonds of the silicon atom, excluding the bond to the organic substituent, is bonded to the silicon atom via an oxygen atom, and the T 3 unit is Of the four bonds of silicon atoms, all three bonds excluding bonds with organic substituents are bonded to silicon atoms via oxygen atoms. T 2 unit is the four bonds of silicon atoms 2 of the 3 bonds excluding the bond with the organic substituent in the group, and T 1 unit is 1 out of the 3 bonds with the bond with the organic substituent in the 4 bonds of the silicon atom. The book is in a state of being bonded to a silicon atom through an oxygen atom.
添加するDユニットは、ジエトキシジフェニルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシジエチルシラン及びジエトキシメチルフェニルシランから選ばれた結晶物又は液状物であることを特徴とする請求項1に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 The D unit to be added is a crystalline or liquid material selected from diethoxydiphenylsilane, diethoxydimethylsilane, diethoxydiethylsilane, and diethoxymethylphenylsilane. A method for producing a hybrid glassy material. 有機無機ハイブリッドガラス状物質の原料とする金属アルコキシドはフェニルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン及びエチルトリエトキシシランから選ばれることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 1 or 2, wherein the metal alkoxide used as a raw material of the organic-inorganic hybrid glassy material is selected from phenyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane, and ethyltriethoxysilane. A method for producing a substance. 出発原料の混合工程と溶融工程との間に加熱反応工程を有し、さらに溶融工程後に熟成工程を有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法において、加熱反応工程又は/及び溶融工程でDユニットを添加することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 In the method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material having a heating reaction step between the mixing step and the melting step of the starting material and further having an aging step after the melting step, the D unit is provided in the heating reaction step and / or the melting step. The method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material according to any one of claims 1 to 3, which is added. ゾルゲル法によるゲル体の製作工程、加熱による溶融工程、及び熟成工程の3工程を最低限有する有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法において、加熱による溶融工程でDユニットを添加することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質の製造方法。 In a method for producing an organic-inorganic hybrid glassy material having at least three steps of a gel body manufacturing process by a sol-gel method, a melting process by heating, and an aging process, a D unit is added in the melting process by heating. The manufacturing method of the organic inorganic hybrid glassy substance in any one of Claims 1 thru | or 3. 請求項1乃至5のいずれかに記載の方法で製造された有機無機ハイブリッドガラス状物質。 An organic-inorganic hybrid glassy material produced by the method according to claim 1. Dユニットと(Dユニット+Tユニット+Tユニット+Tユニット)の比が0.05〜0.50となるDユニットを含有したことを特徴とする請求項6に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 7. The organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 6, comprising a D unit having a ratio of D unit to (D unit + T 3 unit + T 2 unit + T 1 unit) of 0.05 to 0.50. . 有機無機ハイブリッドガラス状物質中にフェニル基を含有することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to claim 6 or 7, wherein the organic-inorganic hybrid glassy material contains a phenyl group. ガラス状物質の一部又はすべてに不規則網目構造を有することを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to any one of claims 6 to 8, wherein a part or all of the glassy material has an irregular network structure. 軟化温度が50℃〜350℃であることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに記載の有機無機ハイブリッドガラス状物質。 The organic-inorganic hybrid glassy material according to any one of claims 6 to 9, wherein a softening temperature is 50 ° C to 350 ° C.
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