JP2959770B2 - 高純度シリカ質多孔体の製造方法 - Google Patents
高純度シリカ質多孔体の製造方法Info
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Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高純度のシリカ質多孔体を製造する方法に関
する。
する。
例えば、光学的に良質な石英ガラスを得るためには、
一旦良質なシリカ質多孔体を製造し、これを焼成する必
要がある。
一旦良質なシリカ質多孔体を製造し、これを焼成する必
要がある。
従来、良質なシリカ質多孔体を製造する方法として
は、スリップキャスト法、VAD法、ゾルーゲル法などが
知られている。
は、スリップキャスト法、VAD法、ゾルーゲル法などが
知られている。
スリップキャスト法は石膏型にシリカ質のスリップを
流し込み、溶媒を排出させてシリカ質多孔体を得る方法
である。
流し込み、溶媒を排出させてシリカ質多孔体を得る方法
である。
VAD法は四塩化珪素を酸水素炎で加水分解し、ターゲ
ット上にスートを堆積させる方法である。
ット上にスートを堆積させる方法である。
ゾルーゲル法は液相で金属アルコキシドを加水分解し
て重縮合させてシリカ質多孔体を得る方法である。この
方法では、高純度のシリカ質多孔体が得られる。
て重縮合させてシリカ質多孔体を得る方法である。この
方法では、高純度のシリカ質多孔体が得られる。
しかし、従来の方法にはそれぞれ以下のような問題が
あった。
あった。
すなわち、スリップキャスト法では、比較的気孔半径
の大きいシリカ質多孔体が得られるが、石膏型を使用す
るという性格上、特に溶媒が酸性の場合には石膏が侵さ
れてCaが溶出し、多孔体が汚染されるので、高純度のシ
リカ質多孔体を得ることができなかった。しかも、水分
量の増加に伴い、石膏型による吸水速度が減少してしま
うという問題があった。
の大きいシリカ質多孔体が得られるが、石膏型を使用す
るという性格上、特に溶媒が酸性の場合には石膏が侵さ
れてCaが溶出し、多孔体が汚染されるので、高純度のシ
リカ質多孔体を得ることができなかった。しかも、水分
量の増加に伴い、石膏型による吸水速度が減少してしま
うという問題があった。
また、VAD法では、原料歩留まりが低く、しかも高強
度のシリカ質多孔体が得られず、その形状も限定される
という問題があった。
度のシリカ質多孔体が得られず、その形状も限定される
という問題があった。
また、ゾルーゲル法では、沈降速度を考慮して粒径が
非常に小さくBET比表面積100m2/g以上の微粉を用いるた
め、成形される多孔体の気孔も非常に小さく、気孔半径
は0.1μm以下に限られていた。このため、乾燥工程に
おいて多孔体にはキャピラリーストレスによってクラッ
クが入りやすく、大型の多孔体が得られないという問題
があった。こうした問題を解決するために、ゾルーゲル
法では超臨界溶媒抽出法や乾燥制御添加剤(DCCA)が検
討されている。
非常に小さくBET比表面積100m2/g以上の微粉を用いるた
め、成形される多孔体の気孔も非常に小さく、気孔半径
は0.1μm以下に限られていた。このため、乾燥工程に
おいて多孔体にはキャピラリーストレスによってクラッ
クが入りやすく、大型の多孔体が得られないという問題
があった。こうした問題を解決するために、ゾルーゲル
法では超臨界溶媒抽出法や乾燥制御添加剤(DCCA)が検
討されている。
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたも
のであり、短い成形時間で、高純度でかつ乾燥時に割れ
にくいシリカ質多孔体を製造し得る方法を提供すること
を目的とする。
のであり、短い成形時間で、高純度でかつ乾燥時に割れ
にくいシリカ質多孔体を製造し得る方法を提供すること
を目的とする。
本発明の高純度シリカ質多孔体の製造方法は、金属ア
ルコキシシランを部分的に加水分解させたゾルと、平均
粒子径が1〜10μmのシリカ粉末とを、該シリカ粉末が
20〜60vol%となるように混合してスリップを調製した
後、該スリップをフィルターを有する圧力容器に収容
し、ガスの圧力によって溶媒をろ過して成形し、さらに
ガスを流し続けて乾燥させることを特徴とするものであ
る。
ルコキシシランを部分的に加水分解させたゾルと、平均
粒子径が1〜10μmのシリカ粉末とを、該シリカ粉末が
20〜60vol%となるように混合してスリップを調製した
後、該スリップをフィルターを有する圧力容器に収容
し、ガスの圧力によって溶媒をろ過して成形し、さらに
ガスを流し続けて乾燥させることを特徴とするものであ
る。
以下、本発明方法を更に詳細に説明する。
本発明方法は0.2μm程度の比較的大きい気孔半径を
有する多孔体を得るのに有利な方法である。
有する多孔体を得るのに有利な方法である。
本発明においては、まず金属アルコキシシラン、アル
コール、純水、塩酸を混合して、金属アルコキシシラン
を部分的に加水分解させたゾルを調製する。標準的なゾ
ルの組成としては、例えばTEOS(テトラエトキシシラ
ン)1モル、エタノール5モル、H2O10モルからなり、H
Clを添加してpH4に調整したものを挙げることができ
る。このような系でエタノール5モル、H2O10モル、及
びHClを添加してpH4に調整するという条件を固定し、TE
OSの添加量を変化させた場合、TEOSの添加量は0.1モル
以上とすることが望ましい。
コール、純水、塩酸を混合して、金属アルコキシシラン
を部分的に加水分解させたゾルを調製する。標準的なゾ
ルの組成としては、例えばTEOS(テトラエトキシシラ
ン)1モル、エタノール5モル、H2O10モルからなり、H
Clを添加してpH4に調整したものを挙げることができ
る。このような系でエタノール5モル、H2O10モル、及
びHClを添加してpH4に調整するという条件を固定し、TE
OSの添加量を変化させた場合、TEOSの添加量は0.1モル
以上とすることが望ましい。
次に、このゾルに高純度シリカ粉末を混合してスリッ
プを調製する。この際、適度の粘性を有するスリップが
得られるように、ゾルとシリカ粉末との混合割合を調整
する。また、わずかな溶媒をろ過するだけで成形できる
ように濃度を調整すれば、成形スピード(着肉スピー
ド)が速くなるので効率的である。スリップの粘性は、
シリカ粉末の添加量が増加するにつれて、大きくなる傾
向を示し、ゾルとシリカ粉末との混合割合はシリカ粉末
が20〜60vol%、最適には40〜50vol%の範囲であること
が好ましい。これは、シリカ粉末が20vol%未満である
と成形スピード(着肉スピード)が遅くなりシリカ粉末
が沈降しやすくなって均一な多孔体が得られず、一方60
vol%を超えると粘性が高くなりすぎて流動性がなくな
るためである。ただし、スリップの粘性はシリカ粉末の
添加量だけでなく、粒径、粒子形状などによっても影響
を受けるので、これらの要因も考慮してゾルとシリカ粉
末との混合割合を決定することが望ましい。また、シリ
カ粉末の粒径に応じて多孔体の気孔半径を調整すること
ができ、比較的大きい気孔半径を有する多孔体を得るた
めには比較的粒径の大きいシリカ粉末を用いる。シリカ
粉末の平均粒子径は1〜10μmで、かつ粒度分布がシャ
ープであることが望ましい。シリカ粉末の平均粒子径が
1μm未満では多孔体が割れやすくなり、一方10μmを
超えると(例えば50μmでは)シリカ粉末が沈降しやす
くなる。
プを調製する。この際、適度の粘性を有するスリップが
得られるように、ゾルとシリカ粉末との混合割合を調整
する。また、わずかな溶媒をろ過するだけで成形できる
ように濃度を調整すれば、成形スピード(着肉スピー
ド)が速くなるので効率的である。スリップの粘性は、
シリカ粉末の添加量が増加するにつれて、大きくなる傾
向を示し、ゾルとシリカ粉末との混合割合はシリカ粉末
が20〜60vol%、最適には40〜50vol%の範囲であること
が好ましい。これは、シリカ粉末が20vol%未満である
と成形スピード(着肉スピード)が遅くなりシリカ粉末
が沈降しやすくなって均一な多孔体が得られず、一方60
vol%を超えると粘性が高くなりすぎて流動性がなくな
るためである。ただし、スリップの粘性はシリカ粉末の
添加量だけでなく、粒径、粒子形状などによっても影響
を受けるので、これらの要因も考慮してゾルとシリカ粉
末との混合割合を決定することが望ましい。また、シリ
カ粉末の粒径に応じて多孔体の気孔半径を調整すること
ができ、比較的大きい気孔半径を有する多孔体を得るた
めには比較的粒径の大きいシリカ粉末を用いる。シリカ
粉末の平均粒子径は1〜10μmで、かつ粒度分布がシャ
ープであることが望ましい。シリカ粉末の平均粒子径が
1μm未満では多孔体が割れやすくなり、一方10μmを
超えると(例えば50μmでは)シリカ粉末が沈降しやす
くなる。
従来のスリップキャスト法はこのような酸を含むスリ
ップを成形するには適さない。また、従来のゾル−ゲル
法でもこのように沈降しやすいシリカ粉末の成形は考え
られない。
ップを成形するには適さない。また、従来のゾル−ゲル
法でもこのように沈降しやすいシリカ粉末の成形は考え
られない。
次いで、前記スリップをフィルターを有する圧力容器
に収容し、ガスにより一方向から加圧して成形し、更に
ガスを流し続けて乾燥させる。この場合、次式で求めら
れるΔPより高い圧力が加えられる。
に収容し、ガスにより一方向から加圧して成形し、更に
ガスを流し続けて乾燥させる。この場合、次式で求めら
れるΔPより高い圧力が加えられる。
ΔP=2γ/r (なお、γは表面張力、rは気孔半径である)。この場
合、使用するシリカ粉末の平均粒子径が大きくなればな
るほど、圧力ΔPは小さくてよいという傾向を示す。前
述したようにシリカ粉末として平均粒子径1〜10μmの
ものを用いた場合、圧力ΔPはほぼ40〜3kgf/cm2の範囲
に設定される。例えば平均粒子径10μmのシリカ粉末を
ゾルに混合し、0.2μm程度の気孔半径を有する多孔体
を得ようとする場合、混合割合、重縮合の程度でも変化
するが、3〜10kgf/cm2の圧力でろ過が可能で、しかも
成形時間は短い。
合、使用するシリカ粉末の平均粒子径が大きくなればな
るほど、圧力ΔPは小さくてよいという傾向を示す。前
述したようにシリカ粉末として平均粒子径1〜10μmの
ものを用いた場合、圧力ΔPはほぼ40〜3kgf/cm2の範囲
に設定される。例えば平均粒子径10μmのシリカ粉末を
ゾルに混合し、0.2μm程度の気孔半径を有する多孔体
を得ようとする場合、混合割合、重縮合の程度でも変化
するが、3〜10kgf/cm2の圧力でろ過が可能で、しかも
成形時間は短い。
得られた成形体はゾル中の加水分解生成物がシリカ粉
末のバインダーとして作用しているので、強度が高く、
しかも気孔半径が比較的大きいので、乾燥時のキャピラ
リーストレスの影響が小さく、割れにくい。
末のバインダーとして作用しているので、強度が高く、
しかも気孔半径が比較的大きいので、乾燥時のキャピラ
リーストレスの影響が小さく、割れにくい。
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明す
る。
る。
TEOS(テトラエトキシシラン)1モル、エタノール5
モル、H2O10モルを混合し、HClを添加してpH4のゾルを
調製した。このゾル40vol%と平均粒径10μmのSiO2粉
末60vol%とを混合してスリップを調製した。
モル、H2O10モルを混合し、HClを添加してpH4のゾルを
調製した。このゾル40vol%と平均粒径10μmのSiO2粉
末60vol%とを混合してスリップを調製した。
このスリップを第1図に示す圧力容器に収容した。第
1図において、パイレックス製のチャンバー1の底部に
はろ液の排出口2aを有するフィルター保持具2が設けら
れ、このフィルター保持具2には支持板3を介してフィ
ルター4が保持されている。このフィルター4は、平均
気孔半径2μm、見掛け気孔率20%のカーボン材からな
るものである。また、チャンバー1の上部にはスリップ
の注入口5aを有する蓋体5が設けられている。この蓋体
5と前記フィルター保持具2とはボルト6によって固定
されている。更に、蓋体5の注入口5aの上部にはガスケ
ット7を介してガス導入管8が取り付けられている。
1図において、パイレックス製のチャンバー1の底部に
はろ液の排出口2aを有するフィルター保持具2が設けら
れ、このフィルター保持具2には支持板3を介してフィ
ルター4が保持されている。このフィルター4は、平均
気孔半径2μm、見掛け気孔率20%のカーボン材からな
るものである。また、チャンバー1の上部にはスリップ
の注入口5aを有する蓋体5が設けられている。この蓋体
5と前記フィルター保持具2とはボルト6によって固定
されている。更に、蓋体5の注入口5aの上部にはガスケ
ット7を介してガス導入管8が取り付けられている。
第1図の圧力容器にスリップ9を収容し、真空ポンプ
で充分脱気した後、上部より窒素ガスで加圧した。そし
て、3kgf/cm2の圧力がかかった時点でろ過され始め、4k
gf/cm2の圧力で1時間加圧することにより、厚さ10cmの
シリカ質多孔体10を成形した。更に、窒素ガスを流し続
けて乾燥することにより、割れのないシリカ質多孔体10
が得られた。
で充分脱気した後、上部より窒素ガスで加圧した。そし
て、3kgf/cm2の圧力がかかった時点でろ過され始め、4k
gf/cm2の圧力で1時間加圧することにより、厚さ10cmの
シリカ質多孔体10を成形した。更に、窒素ガスを流し続
けて乾燥することにより、割れのないシリカ質多孔体10
が得られた。
得られたシリカ質多孔体を指で擦っても指に粒子が付
着することはなく、高強度を有していた。
着することはなく、高強度を有していた。
比較のために溶媒として水のみを用いてシリカ粉末を
成形し、100℃で乾燥した場合、息を吹きかけるだけで
粒子が飛散した。
成形し、100℃で乾燥した場合、息を吹きかけるだけで
粒子が飛散した。
以上詳述したように本発明方法によれば、使用するシ
リカ粉の粒子径で多孔体の気孔半径を調整することがで
き、気孔半径が0.2μm以上であれば10kgf/cm2以下の比
較的低圧で成形が可能であり、高価な圧力容器を必要と
せず、成形時間も短いので工業的に有利である。また、
得られる成形体は高強度で、しかも気孔半径が大きいの
で乾燥時にもキャピラリーストレスの影響を受けること
が少なく、割れにくい高純度のシリカ質多孔体を得るこ
とができる。
リカ粉の粒子径で多孔体の気孔半径を調整することがで
き、気孔半径が0.2μm以上であれば10kgf/cm2以下の比
較的低圧で成形が可能であり、高価な圧力容器を必要と
せず、成形時間も短いので工業的に有利である。また、
得られる成形体は高強度で、しかも気孔半径が大きいの
で乾燥時にもキャピラリーストレスの影響を受けること
が少なく、割れにくい高純度のシリカ質多孔体を得るこ
とができる。
第1図は本発明の実施例において用いられた圧力容器の
断面図である。 1…チャンバー、2…フィルター保持具、3…支持体、
4…フィルター、5…蓋体、6…ボルト、7…ガスケッ
ト、8…ガス導入管、9…スリップ、10…シリカ質多孔
体。
断面図である。 1…チャンバー、2…フィルター保持具、3…支持体、
4…フィルター、5…蓋体、6…ボルト、7…ガスケッ
ト、8…ガス導入管、9…スリップ、10…シリカ質多孔
体。
フロントページの続き (72)発明者 阿部 一 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番 地 東芝セラミックス株式会社小国製造 所内 (56)参考文献 特開 昭63−166777(JP,A) 実願 昭62−37230号(実開 昭63− 145852号)の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム (JP,U)
Claims (1)
- 【請求項1】金属アルコキシシランを部分的に加水分解
させたゾルと、平均粒子径が1〜10μmのシリカ粉末と
を、該シリカ粉末が20〜60vol%となるように混合して
スリップを調製した後、該スリップをフィルターを有す
る圧力容器に収容し、ガスの圧力によって溶媒をろ過し
て成形し、さらにガスを流し続けて乾燥させることを特
徴とする高純度シリカ質多孔体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250460A JP2959770B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 高純度シリカ質多孔体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250460A JP2959770B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 高純度シリカ質多孔体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297471A JPH0297471A (ja) | 1990-04-10 |
| JP2959770B2 true JP2959770B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=17208206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63250460A Expired - Fee Related JP2959770B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 高純度シリカ質多孔体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2959770B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH085729B2 (ja) * | 1986-12-27 | 1996-01-24 | 新日本製鐵株式会社 | セラミツクス前駆体成形体の製造方法 |
| JPS63145852U (ja) * | 1987-03-16 | 1988-09-27 |
-
1988
- 1988-10-04 JP JP63250460A patent/JP2959770B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0297471A (ja) | 1990-04-10 |
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