制造高质量、高性能、含氟氧化锡涂层的液态涂料配方的制作方法

专利名称:制造高质量、高性能、含氟氧化锡涂层的液态涂料配方的制作方法
本发明是与含氟氧化锡涂层有关，特别是关于制造高质量，高性能含氟氧化锡涂层的一种液态涂料配方。制造的含氟氧化锡涂层有一个低的薄层电阻和高的可见光透射性。
已经知道，含氟氧化锡涂层能为许多不同的基底表面，诸如玻璃、陶瓷、金属和原丝的表面提供有用的特性。具有这种涂层的基底在能效窗和光电装置以及半导体装置中当作与热相关的元件使用。
文献中曾描述过几种制造这种氧化锡涂层的方法，其中有溶液喷雾法、化学蒸气喷镀法、粉未喷镀法和离子溅射法。
这些方法对某些工业应用来说，在工艺条件、配料的使用或产物的特性各方面都有一种或几种缺点。例如，如果产品是一种能效窗，由于涂层有比较高的涂层电阻，比较低的可见光透射率或者由于所用方法费用高，而限制了这些方法的成效。
在JapanKokai7561，415中，作为实例描述了一种溶液喷雾法。在该方法中，把二醋酸二丁基锡和三氟醋酸乙酯的异丙基酒精溶液喷到玻璃板上，制得一种含氟的氧化锡涂层。但是，溶液中存在着大量的溶剂，一般为50%(重量)左右，必须在工艺过程中除去。另外，得到的涂层的电阻率不能使人满意，为230欧姆/100平方呎(230ohms/sguare)。
在欧洲专利公报No.0112780中，公开了一种化学蒸气喷镀法，该方法使用丁基三氯化锡和二氯二氟甲烷组成的气体混合物，该混合物由每种反应剂的气流混合形成。然后把该气体混合物喷镀到玻璃表面上。但在该法中，控制气体混合物的流速不方便，涂层的电性质也不适用。
在U.S.patentNo.4，265，974中，Gordon指出，能够使四甲基锡和α-氟烷基卤化物的混合物分解制得含氟氧化锡的涂膜，这种涂膜具有良好的光学和电学的性质。但是，当空气中四甲基锡含量超过1.9%(重量)时，反应混合物会发生爆炸，这就严重地限制了涂料在玻璃板上的喷镀速度。此外，四甲基锡和它的分解付产物都是巨毒物质。
在U.S.patentNo.4，293，594中，Yoldas公开了一种为制作荧光灯使用的高电导，高透明的含氟氧化锡涂层的蒸气喷镀法。专利权所有人使用二甲基二氯化锡和二甲基二氟化锡的气态混合物，在含氧载气中制造涂层。但这些锡化合物都是固体，必须在高温下气化得到气态混合物。
从上面对以前工艺方法的评论叙述中可以明显地看到，需要一个改进的方法来制造高质量，高性能的含氟氧化锡涂层。
本发明提供了一种在玻璃一类基底上，制造含氟氧化锡涂层的液态涂料配方，这种涂层具有低的涂层电阻和高的透光性能。该配方包括a)1-30%(重量)的有机氟掺杂化合物，它们是三氟醋酸、二氟醋酸酐、三氟乙酰醋酸乙酯、三氟乙醇、三氟醋酸乙酯或五氟丙酸;
b)70-99%(重量)的有机锡化合物，它们是烷基三氯化锡，二烷基二氯化锡，醋酸烷基二氯化锡，二醋酸烷基氯化锡，酯荃三氯化锡或者是四氯化锡。
在本发明的一个比较好的形式中，液态涂料配方含有2-10%(重量)有机氟化合物，90-98%(重量)有机锡化合物。比较好的氟掺杂剂是三氟醋酸、三氟醋酸酐或三氟乙酰醋酸乙酯;有机锡化合物是一丁基二氯化锡或四氯化锡。
本发明的液态涂料配方也可以含有某种极性有机化合物。数量大约为配方的1-10%(重量)，将保证低温时液态配方的稳定性。在极性有机液体存在时，液态涂料配方包含2-10%(重量)的有机氟化合物，80-97%(重量)的有机锡化合物以及1-10%(重量)的极性有机液体。
根据本发明的液态涂料配方，制造高质量、高性能含氟氧化锡涂层使用的方法是化学蒸气喷镀法。在这一方法中，液态混合物被蒸发，然后在含氧的大气中和基底相接触，基底的温度保持在上述蒸气的分解温度以上。把液体喷到温度足以使上述液体蒸发的载气中，使液态涂料蒸发是比较好的方法。
玻璃喷镀的时间为45秒或更少，制得的含氟氧化锡涂层的厚度为160～220nm。具有低于40ohms/sq的涂层电阻，不小于80%的可见光透射率和等于或大于70%的红外光反射率。在本发明比较好的方式中，喷镀时间等于或小于10秒，涂层电阻等于或小于30ohms/sq。
为了进一步理解本发明，参看后面的附图该图是一张使用本发明的液态涂层配方，实现涂层过程的装置简略图。
现在参看这张图，该图对适于实现本发明的一个工艺装置作了图解式的说明。含有氧气的载气10，以用空气为好。它通过预先确定适用于流速为1～30l/min的气体的供料管线11，最好管线适用于流速为3～15l/min的气体，进行测量。然后使载气通过干燥塔12以制得干空气流13。另一路空气流可直接通过含有适当数量的水15的增湿器14，而被制成潮湿空气流16，它的相对湿度符合需要。如上述，或是干气流17，或是潮湿气流17，都能通过盛有本发明的涂料混合物的蒸发器19。使用喷射泵20和喷射器21将液态涂料提供给蒸发器18，空气流用一个油浴(没表出)加热到需要的蒸发温度。
蒸发后的涂料由空气流送到装有涂料喷嘴24的喷镀室23中。在喷镀室中，基底25固定在加热板26上，需要的涂层喷镀完成后，排净涂料的气态付产物。
本发明的液态涂料配方由1-30%(重量)的有机氟掺杂剂和70-90%(重量)的有机锡化合物组成。有机氟掺杂剂是选自三氟醋酸、三氟醋酸酐、三氟乙酰醋酸乙酯、三氟乙醇、三氟醋酸乙酯和五氟丙酸;有机锡化合物为烷基三氯化锡、二烷基二氯化锡、醋酸二烷基氯化锡、二醋酸烷基氯化锡、酯基三氯化锡或四氯化锡。合适的有机锡化合物包括一丁基三氯化锡、异丁基三氯化锡、甲基三氯化锡、二丁基二氯化锡、二异丁基二氯化锡、二特丁基二氯化锡、醋酸丁基二氯化锡、二醋酸丁基氯化锡、乙酯乙基三氯化锡和四氯化锡。
比较合适的液态涂料配方为2-10%(重量)的三氟醋酸、三氟醋酸酐或三氟乙酰醋酸乙酯和90-98%(重量)的一丁基三氯化锡或四氯化锡。
本发明涂料配方的基本特点是在室温时该涂料为液体，含有预先确定的高浓度锡，同时还含有足够数量的氟掺杂剂。
这里使用的“烷基”一词包括含有1到6个碳原子的直链烷基和支链烷基。
这里使用的“有机锡化合物”一词包括有机锡和四氯化锡。
本发明的液态涂料配方可以含有1-10%的某种极性有机化合物。比如甲基异丁基酮、醋酸酐或醋酸乙酯。极性有机化合物保证该配方在低于室温情况时，例如，甚至在-15℃时，仍为稳定的液体。所以该液态涂料可以方便地在室外露天存放或在冬季进行运送而不出现混浊，混浊是相分离的证明。液态涂料中最好含有2-10%(重量)的有机氟化合物，80-97%(重量)的有机锡化合物和1-10%(重量)的极性有机液体。
工艺中的蒸发温度范围通常从大约100°到400℃，最好是从大约150°到250℃。基底的温度范围是从大约400°到700℃，从大约550℃到650℃更好。
载气是一种含氧气体。它可以是空气，也可以是氧气和惰性气体的混合物，以空气较好。
在本发明的工艺中，载气可以是干燥空气，也可以是潮湿空气。因此，18℃空气的相对湿度的变化范围为0-100%。湿度范围最好为10-15%，这时可以提高喷镀的速度而又不引起涂层出现有害的雾状物。
空气流速的较好范围是从大约1到20l/min(升/分)，最好的流速大约为3-15l/min。涂层的基底可以是玻璃、陶瓷、固态材料、金属、原料丝和其他类似物。
改变工艺条件，可以为许多基底提供一种牢固的、稳定的含氟氧化锡涂层，该涂层有满意的透射率、反射率和导电率。例如，涂层的基底为浮法工艺(floatationprocess)制造的玻璃、厚度大约为160到250nm涂层的薄层电阻等于或低于40ohm/sq，在本发明的一种较好方式中，薄层电阻低于30ohm/sq。虽然厚度超过250nm薄膜的薄层电阻比较低，但玻璃的可见光透射率也随之降低。厚度低于160nm时，玻璃的电导率太低，而且从这种涂层玻璃屏蔽的空间的热量损失也太多。
氧化锡薄膜的薄层电阻是按照ASTM标准方法F374-81的常规四点探测(fourpointprobe)法测定。
薄膜厚度是按照英国标准研究所(BritishstandardsInstitutionBS5411Part12，1981，ISO3543-1981)的β-反向散射法测定。
红外线反射率是利用J.Stewart在“红外光谱”(MarcelDekker，Inc.，N.Y.，1970P.539)一书中叙述的镜面反射技术测定。
可见光透射率是利用一台紫外/可见光光谱仪，在400-800nm波长范围内参照空气测定。T可见光%是上述波长范围内的平均透射率。
体电导率是按照下面熟知的关系式，根据薄层电阻和薄层厚度进行计算。
α＝ 1/(R口·t)这里，α等于以(ohm cm)-1为单位的电导率R口等于以ohms/sq为单位的薄层电阻t等于以厘米为单位的薄膜厚度。
根据本发明的一个比较好的实施方案制备的薄膜，在室温下热红外线幅射的特征波长为10微米时，其红外线反射率大于70%，可见光的透射率等于或大于80%，薄层电阻小于40ohm/sq，厚度为1600-2500nm的薄膜导电率大于1250(ohm/cm)-1。该薄膜的透射光微呈淡橙色，反射光有淡兰色的彩虹，该薄膜基本上不含有雾状物。
参照下面的实例很容易理解本发明的优点。应当指出，在任一实例中，表列结果是在工艺条件范围内达到的最好结果。这些实例的工艺参数有1)液态配方的添加速度，2)载体空气温度表示的预先确定的蒸发温度，3)载体空气的流速，4)载体空气的相对湿度，5)加热区温度表示的喷镀温度，6)喷镀时间。涂层的特性有1)薄层电阻，2)薄膜厚度，3)薄层电导率。
本发明的液态涂料配方的成分列表如下液态涂料配方有机氟掺杂剂化合物TFA＝三氟醋酸TFAA＝三氟醋酸酐ETFAA＝三氟乙酰醋酸乙酯ETFA＝三氟醋酸乙酯PFPA＝五氟丙酸TFE＝三氟乙醇有机锡化合物MBTC＝丁基三氯化锡ESTC＝乙酯基三氯化锡BDTA＝醋酸丁基二氯化锡BCTA＝二醋酸丁基氯化锡IBTC＝异丁基三氯化锡DIBTC＝二异丁基二氯化锡DBTC＝二丁基二氯化锡DTBTC＝二特丁基二氯化锡MTC＝甲基三氯化锡TT＝四氯化锡极性有机化合物ACAN＝醋酸酐ETAC＝醋酸乙酯MTBK＝甲基异丁基酮
表Ⅰ，实例1-9在这些实例中，根据化学蒸气喷镀法利用液态涂料配方，对玻璃基底进行涂层，该配方按预先确定的配方范围由三氟醋酸或三氟醋酸酐和甲基三氯化锡组成。在实例6-9中，配方还含有少量的醋酸酐、醋酸乙酯或甲基异丁基酮作为一种低温相的稳定剂。
实例1-9的结果表明，三氟醋酸和三氟醋酸酐(在潮湿空气中，立刻生成三氟醋酸)提供的含氟氧化锡涂层具有优良的性能，当薄膜厚度大约200nm时，薄层电阻低于40ohm/sq;喷镀时间小于35秒。在实例6和7中，得到一个22ohm/sq的优良的薄层电阻。在这些实例中，当用10微米波长测定时，典型的氧化锡涂层的红外线反射率大于70%，涂层的可见光透射率等于或大于80%。
就工艺条件而论，可以明显地看到，在某一给定的添加速度下，当喷镀时，水分的存在有利于减少喷镀时间。
配方中存在少量的极性有机液体，可以制得有实用价值的涂料，该涂料即使在-15℃的低温下也不出现相分离。
表Ⅱ，实例10-18表Ⅱ列举了用液态涂料化学蒸气喷镀法，对玻璃基底进行涂层的结果。配方由液态的三氟醋酸和除去丁基三氯化锡以外的各种有机锡化合物组成。这些有机锡化合物通常要求大百分比的TFA和它们一起形成液态涂料，并有一高的添加速度，或者用高添加速度，以便给出和实例1-9差不多的喷镀时间和薄层电阻。
四氯化锡和TFA形成的配方，在合适的反应条件下，给出的含氟氧化锡涂层具有优良的特性。
表Ⅲ，实例19-23在表Ⅲ中列举了与TFA和TFAA不同的氟掺杂剂和MBTC或MTC组成配方的结果。可以看到，三氟乙酰醋酸乙酯和ETFAA，即使配方中掺杂剂浓度很低时，仍旧给出一个良好的涂层。ETFA和TFE也是合适的掺杂剂。但掺杂剂的浓度要比较高。此外，这些掺杂剂要求高速度地将涂料加到喷镀室中，以便得到比较理想的喷镀时间。BFPA掺杂剂虽然能提供掺杂剂浓度低的液态涂料配方，但薄膜电阻和喷镀时间都在希望范围的高端。
实例24相对湿度对涂料喷镀速度的影响可以利用实例7、8、11和14喷镀薄膜的配方以估算。这些数据表明，一般地说相对湿度增加，喷镀速度也随之增加。但增加的相对值还决定于另外一些参数。例如，添加速度和空气流速等。
实例25空气流速对喷镀速度的影响可以用例19的配方加以估算。结果表明，锡的浓度固定不变时，喷镀速度直接决定于空气的流速。
实例26研究喷镀温度对喷镀速度影响，结果发现，当温度升高到大约600℃时，喷镀速度也随之增加，而当温度高于600℃时，在指明的蒸气流速下，玻璃温度就不再对喷镀速度发生影响。
权利要求
1.用于制造具有低薄层电阻、高可见光透射性的高质量含氟氧化锡涂层的液态涂料配方，以下面组成为特征a)1-30%重量的有机氟掺杂剂化合物，它选自三氟醋酸、三氟醋酸酐、三氟醋酸乙酯、三氟乙醇、三氟乙酰醋酸乙酯或五氟丙酸。b)70-99%重量的有机锡化合物，它们选自烷基三氯化锡、二烷基二氯化锡、醋酸烷基二氯化锡、二醋酸二烷基氯化锡、酯基三氯化锡或四氯化锡。
2.根据权利要求
1所述的液态涂料配方，其中所指的氟掺杂剂是选自三氟醋酸、三氟醋酸酐或三氟醋酸乙酯;而所指的有机锡化合物是选自一丁基三氯化锡、四氯化锡、二异丁基、二氯化锡和醋酸丁基二氯化锡。
3.根据权利要求
1或权利要求
2所述的液态涂料配方的特点为含氟掺杂剂为2-10%(重量)，而有机锡化合物为90-98%(重量)。
4.根据权利要求
1-3中任一项所述的液态涂料配方，其特征在于还含有1-10%(重量)的一种极性有机化合物。
5.根据权利要求
1，3和4中任一项所述的液态涂料配方，其特征在于所指的氟掺杂剂是选自三氟醋酸酯或三氟醋酸，而所指的有机锡化合物是选自二特丁基二氯化锡和甲基三氯化锡。
6.根据权利要求
1或3所述的液态涂料配方，其特征在于含有2-10%(重量)的三氟醋酸，80-97%(重量)的-丁基三氯化锡和1-10%(重量)的一种极性有机液体。
7.根据权利要求
4所述的液态涂料配方，其特征在于极性有机化合物是选自甲基异丁基酮、醋酸酐或醋酸乙酯。
8.制造具有低薄层电阻、高可见光透射率，高质量含氟氧化锡涂层的一种方法，其特征在于，包括a)配制一种液态涂料配方，其成分为1)1-30%(重量)的一种有机氟掺杂剂化合物，它们是选自三氟醋酸，三氟醋酸酐，2)70-99%(重量)的一种有机锡化合物，它们选自烷基三氯化锡、二烷基二氯化锡、醋酸烷基二氯化锡、二醋酸二烷基氯化锡、酯基三氯化锡或四氯化锡。b)在100°-400℃蒸发上述液态配方c)在含氧气氛中，上述蒸气和-基底相接触，基底温度维持在高于400°和低于700℃之间，喷镀进行45秒或更少的时间，制造涂层的厚度为160-220mm，薄层电阻低于40ohms/square，红外线反射率大于70%，可见光的透射率不低于80%。
9.根据权利要求
8，所述的制造高质量含氟氧化锡涂层的方法，其特征在于，所指的含氧气氛为空气。
10.根据权利要求
8，所述的方法，其特征在于基底是玻璃。
专利摘要
利用化学蒸气喷镀方法，制造高质量、高性能含氟氧化锡涂层的一种液态涂料配方含有一种氟掺杂剂化合物，其中以三氟醋酸较好；还含有一种有机锡化合物，其中以一甲基三氯化锡较好。
文档编号C03C17/28GK85102350SQ85102350
公开日1986年7月9日 申请日期1985年4月8日
发明者戴维·艾伦·拉索, 乔治·海因里奇·林德纳 申请人:M&T化学股份有限公司