JPH0124734B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0124734B2 JPH0124734B2 JP57209541A JP20954182A JPH0124734B2 JP H0124734 B2 JPH0124734 B2 JP H0124734B2 JP 57209541 A JP57209541 A JP 57209541A JP 20954182 A JP20954182 A JP 20954182A JP H0124734 B2 JPH0124734 B2 JP H0124734B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gel
- quartz glass
- diameter
- less
- dry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/06—Glass compositions containing silica with more than 90% silica by weight, e.g. quartz
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Description
本発明はゾル−ゲル法において、アルコキシシ
ランを酸でPH３未満として加水分解した後塩基を
添加し、PH３〜６に調整してゲル化させる石英ガ
ラスの製造方法に関する。 ゾル−ゲル法は金属アルコキシドを加水分解し
ゲル化させ得られた乾燥ゲルを加熱する非溶融ガ
ラス製造法である。金属アルコキシドを出発原料
とすると、溶融法で作ることが困難な組成でも均
質なガラスを比較的低温で作ることができる。し
かし、一般に加水分解後のゲル化収縮過程、ある
いは乾燥ゲルの加熱の途中で破砕しやすいという
欠点がある。 石英ガラスは使用頻度が高く有用な物質である
が、現在は2000℃付近で溶融して製造しているた
め非常に高価である。ゾル−ゲル法は高純度低コ
スト、省エネルギーなどの特徴を有するため有望
視されているものの直径３cm以上の石英ガラスは
得られていない。これは乾燥ゲルが作製できない
ためである。 ゲル化収縮過程での割れは、内部構造と乾燥条
件に負うところが大きい。 アルコキシシランを加水分解してゲル化させる
には、アンモニアのような塩基を触媒に用いる方
法と、塩酸のような酸を触媒に用いる方法とがあ
る。 塩基を触媒に用いると、加水分解速度が遅く、、
重合速度が速いため得られた乾燥ゲルは、粒子の
大きい粗い構造をとる。粒子間の結合力が弱いた
め直径２cm以上の乾燥ゲルは発表されていない。 特開昭57−11845に単にアルコキシシランをPH
３〜６の範囲に調整しただけでは、加水分解が極
めて遅く
ランを酸でPH３未満として加水分解した後塩基を
添加し、PH３〜６に調整してゲル化させる石英ガ
ラスの製造方法に関する。 ゾル−ゲル法は金属アルコキシドを加水分解し
ゲル化させ得られた乾燥ゲルを加熱する非溶融ガ
ラス製造法である。金属アルコキシドを出発原料
とすると、溶融法で作ることが困難な組成でも均
質なガラスを比較的低温で作ることができる。し
かし、一般に加水分解後のゲル化収縮過程、ある
いは乾燥ゲルの加熱の途中で破砕しやすいという
欠点がある。 石英ガラスは使用頻度が高く有用な物質である
が、現在は2000℃付近で溶融して製造しているた
め非常に高価である。ゾル−ゲル法は高純度低コ
スト、省エネルギーなどの特徴を有するため有望
視されているものの直径３cm以上の石英ガラスは
得られていない。これは乾燥ゲルが作製できない
ためである。 ゲル化収縮過程での割れは、内部構造と乾燥条
件に負うところが大きい。 アルコキシシランを加水分解してゲル化させる
には、アンモニアのような塩基を触媒に用いる方
法と、塩酸のような酸を触媒に用いる方法とがあ
る。 塩基を触媒に用いると、加水分解速度が遅く、、
重合速度が速いため得られた乾燥ゲルは、粒子の
大きい粗い構造をとる。粒子間の結合力が弱いた
め直径２cm以上の乾燥ゲルは発表されていない。 特開昭57−11845に単にアルコキシシランをPH
３〜６の範囲に調整しただけでは、加水分解が極
めて遅く
【式】のような化合物が存在する
こととなり、網目化反応が起こらず、ゲル化は極
めて遅く、殆ど実用的にゲルをつくることはでき
ない。 またPHを３未満として酸を触媒に用いると、加
水分解速度が速く、このままでは重合速度が遅い
ため網目化反応が起こらず粒成長は起こらない。
これはテトラヒドロキシシランが２〜４量体を形
成していると考えられている。 一方、網目化反応したものは、結合力は強く、
割れは乾燥条件に起因すること思われる。直径７
cmの乾燥ゲルが発表されているがゲルが大きくな
ると乾燥の制御は難しくなる。それゆえ大型の乾
燥ゲルを効率で作製することは現状のままでは不
可能である。 また、50〜70℃に加熱してゲル化させるため気
泡を含み、湿度を高く保つ必要性から短時間で作
製できない、などの欠点を有する。 本発明は、かかる欠点を除去することを目的と
する。 本発明の石英ガラスの製造方法は、 ゾル−ゲル法を用いる石英ガラスの製造方法に
おいて、酸を触媒に用いてPHを３未満としてアル
コキシシランを加水分解した後、塩基を添加しPH
３〜６の範囲になるよう調整してからゲル化させ
ることを特徴とする。すなわち、酸を触媒に用い
てPHを３未満として加水分解した後、塩基を加え
てPHを３〜６にして重合速度を高め、室温でゲル
化させた後、半開放にして温度を上げて乾燥させ
ることにより、気泡のない大型の乾燥ゲルを高収
率でしかも短時間で得ることができた。 一旦PHを３未満にしないとテトラヒドロキシシ
ランの発生すなわち の反応が完全に進まず、塩基でPHを３〜６の範囲
に調整しなければ、PHは３未満の場合は重合速度
が遅く、６を越えるとゲルの重合速度が速すぎて
制御が困難で、作業上実用的ではない。 以下、実験例に基づき本発明を詳しく説明す
る。 大きな乾燥ゲルを得るためには、アンモニアと
塩酸の例から網目構造をとつた方が有利なことが
わかる。そのためには酸で一旦PH３未満として加
水分解を行い、モノマーが均一に分散している状
態をとる必要がある。重合速度は温度、テトラヒ
ドロキシシラン濃度、水素イオン濃度に依存して
いる。乾燥条件、濃縮などにより、前の２点につ
いては検討がなされている。我々は水素イオン濃
度に着眼して実験を行つた。 実施例 １ オルトケイ酸エチルに対し10倍のモルの水を
0.1規定塩酸水溶液として加えてPH２とし、氷冷
下１時間攪拌して均一な透明溶液（以下溶液Ａと
記す）を得た。攪拌しながら溶液Ａに0.1規定ア
ンモニア水を徐々に滴下し、PH4.6とした。室温
に放置すると無色透明のまま約30分後にゲル化し
た。その後溶媒を押し出しながら急速に収縮が進
んだ。ゲルは開放でも割れなかつた。 直径10cm高さ５cmのポリテトラフルオロエチレ
ンン製容器でゲル化させた後、直径３mmの穴20個
を開けたふたをし、60℃で１日保持し徐々に90℃
まで昇温した。90℃で２日間乾燥させると直径
4.5cmの乾燥ゲルが得られた。 950℃〜1000℃でガラス化が起こり、、無色透明
の石英ガラスが得られた。 実施例 ２ 溶液Ａに0.1規定アンモニア水を徐々に滴下し
PH4.4にしたところ、ゲル化に約２時間を要した。
その後実施例１と同様にして、石英ガラスが得ら
れた。 実施例 ３ 溶液Ａに0.1規定アンモニア水を徐々に滴下し
PH５以上にしたところ、数十秒でゲル化した。乾
燥ゲルはやはり無色透明で、焼結により石英ガラ
スが得られた。 実施例 ４ 溶液Ａに0.5規定アンモニア水を徐々に滴下し
たところ、無色透明のまま中和が進行した。ゲル
化後、焼結により石英ガラスが得られた。 実施例 ５ 溶液Ａをテトラヒドロキシシラン濃度40mt％
るで濃縮し、0.1規定アンモニア水を攪拌しなが
ら徐々に滴下した。実施例１同様PH4.6で約30分
後にゲル化し、収縮した。直径10cmの容器から、
直径5.0cmの乾燥ゲルが作製できた。 950〜1000℃でガラス化が起こり、無色透明の
石英ガラスが得られた。 実施例 ６ 実施例１同様にPH4.6とした後、直径30cmの容
器でゲル化させた。60℃で２日間、90℃で３日間
乾燥させ、直径13.5cmの乾燥ゲルが作製できた。
焼結により、石英ガラスが得られた。 以上のように、本発明によれば酸性触媒を用い
て一旦PHを３未満として加水分解したのち、塩基
を用いてPHを３〜６の範囲に調整するので、 (1) テトラヒドキシシランを均一に分散させたの
ち、徐々に重合をさせていくので、ゾルの分子
間の結合力を網目状に強固なものとすることが
でき、重合もムラなく進めることができるの
で、ゾルをゲル化させる上でも分子間の強い結
合力をもつたままのゲルを得ることができ、さ
らにゲルの収縮過程において割れたり、クラツ
クの入ることもなく、またゲルを焼結する際に
も割れたり、クラツクの入ることのない大型の
乾燥ゲルを作成することができる。 (2) PHが３未満のものを塩基でPHを３〜６に調整
していくので、室温でゲル化も適性な速度をも
つこととなり、これにより作業性もよく、さら
には速度が速すぎて歪なども発生することがな
く、また熱などによつて蒸気が強制的に発生す
ることがないので、ゾル中に気泡を巻きこむこ
ともなく、内部に全く気泡を含まない大型の石
英ガラスをつくることができる。
めて遅く、殆ど実用的にゲルをつくることはでき
ない。 またPHを３未満として酸を触媒に用いると、加
水分解速度が速く、このままでは重合速度が遅い
ため網目化反応が起こらず粒成長は起こらない。
これはテトラヒドロキシシランが２〜４量体を形
成していると考えられている。 一方、網目化反応したものは、結合力は強く、
割れは乾燥条件に起因すること思われる。直径７
cmの乾燥ゲルが発表されているがゲルが大きくな
ると乾燥の制御は難しくなる。それゆえ大型の乾
燥ゲルを効率で作製することは現状のままでは不
可能である。 また、50〜70℃に加熱してゲル化させるため気
泡を含み、湿度を高く保つ必要性から短時間で作
製できない、などの欠点を有する。 本発明は、かかる欠点を除去することを目的と
する。 本発明の石英ガラスの製造方法は、 ゾル−ゲル法を用いる石英ガラスの製造方法に
おいて、酸を触媒に用いてPHを３未満としてアル
コキシシランを加水分解した後、塩基を添加しPH
３〜６の範囲になるよう調整してからゲル化させ
ることを特徴とする。すなわち、酸を触媒に用い
てPHを３未満として加水分解した後、塩基を加え
てPHを３〜６にして重合速度を高め、室温でゲル
化させた後、半開放にして温度を上げて乾燥させ
ることにより、気泡のない大型の乾燥ゲルを高収
率でしかも短時間で得ることができた。 一旦PHを３未満にしないとテトラヒドロキシシ
ランの発生すなわち の反応が完全に進まず、塩基でPHを３〜６の範囲
に調整しなければ、PHは３未満の場合は重合速度
が遅く、６を越えるとゲルの重合速度が速すぎて
制御が困難で、作業上実用的ではない。 以下、実験例に基づき本発明を詳しく説明す
る。 大きな乾燥ゲルを得るためには、アンモニアと
塩酸の例から網目構造をとつた方が有利なことが
わかる。そのためには酸で一旦PH３未満として加
水分解を行い、モノマーが均一に分散している状
態をとる必要がある。重合速度は温度、テトラヒ
ドロキシシラン濃度、水素イオン濃度に依存して
いる。乾燥条件、濃縮などにより、前の２点につ
いては検討がなされている。我々は水素イオン濃
度に着眼して実験を行つた。 実施例 １ オルトケイ酸エチルに対し10倍のモルの水を
0.1規定塩酸水溶液として加えてPH２とし、氷冷
下１時間攪拌して均一な透明溶液（以下溶液Ａと
記す）を得た。攪拌しながら溶液Ａに0.1規定ア
ンモニア水を徐々に滴下し、PH4.6とした。室温
に放置すると無色透明のまま約30分後にゲル化し
た。その後溶媒を押し出しながら急速に収縮が進
んだ。ゲルは開放でも割れなかつた。 直径10cm高さ５cmのポリテトラフルオロエチレ
ンン製容器でゲル化させた後、直径３mmの穴20個
を開けたふたをし、60℃で１日保持し徐々に90℃
まで昇温した。90℃で２日間乾燥させると直径
4.5cmの乾燥ゲルが得られた。 950℃〜1000℃でガラス化が起こり、、無色透明
の石英ガラスが得られた。 実施例 ２ 溶液Ａに0.1規定アンモニア水を徐々に滴下し
PH4.4にしたところ、ゲル化に約２時間を要した。
その後実施例１と同様にして、石英ガラスが得ら
れた。 実施例 ３ 溶液Ａに0.1規定アンモニア水を徐々に滴下し
PH５以上にしたところ、数十秒でゲル化した。乾
燥ゲルはやはり無色透明で、焼結により石英ガラ
スが得られた。 実施例 ４ 溶液Ａに0.5規定アンモニア水を徐々に滴下し
たところ、無色透明のまま中和が進行した。ゲル
化後、焼結により石英ガラスが得られた。 実施例 ５ 溶液Ａをテトラヒドロキシシラン濃度40mt％
るで濃縮し、0.1規定アンモニア水を攪拌しなが
ら徐々に滴下した。実施例１同様PH4.6で約30分
後にゲル化し、収縮した。直径10cmの容器から、
直径5.0cmの乾燥ゲルが作製できた。 950〜1000℃でガラス化が起こり、無色透明の
石英ガラスが得られた。 実施例 ６ 実施例１同様にPH4.6とした後、直径30cmの容
器でゲル化させた。60℃で２日間、90℃で３日間
乾燥させ、直径13.5cmの乾燥ゲルが作製できた。
焼結により、石英ガラスが得られた。 以上のように、本発明によれば酸性触媒を用い
て一旦PHを３未満として加水分解したのち、塩基
を用いてPHを３〜６の範囲に調整するので、 (1) テトラヒドキシシランを均一に分散させたの
ち、徐々に重合をさせていくので、ゾルの分子
間の結合力を網目状に強固なものとすることが
でき、重合もムラなく進めることができるの
で、ゾルをゲル化させる上でも分子間の強い結
合力をもつたままのゲルを得ることができ、さ
らにゲルの収縮過程において割れたり、クラツ
クの入ることもなく、またゲルを焼結する際に
も割れたり、クラツクの入ることのない大型の
乾燥ゲルを作成することができる。 (2) PHが３未満のものを塩基でPHを３〜６に調整
していくので、室温でゲル化も適性な速度をも
つこととなり、これにより作業性もよく、さら
には速度が速すぎて歪なども発生することがな
く、また熱などによつて蒸気が強制的に発生す
ることがないので、ゾル中に気泡を巻きこむこ
ともなく、内部に全く気泡を含まない大型の石
英ガラスをつくることができる。
Claims (1)
- １ ゾル−ゲル法を用いる石英ガラスの製造にお
いて、酸を触媒に用いてPHを３未満としてアルコ
キシシランを加水分解した後、塩基を添加しPH３
〜６の範囲になるよう調整してからゲル化させる
ことを特徴とする石英ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20954182A JPS59102833A (ja) | 1982-11-30 | 1982-11-30 | 石英ガラスの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20954182A JPS59102833A (ja) | 1982-11-30 | 1982-11-30 | 石英ガラスの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59102833A JPS59102833A (ja) | 1984-06-14 |
| JPH0124734B2 true JPH0124734B2 (ja) | 1989-05-12 |
Family
ID=16574508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20954182A Granted JPS59102833A (ja) | 1982-11-30 | 1982-11-30 | 石英ガラスの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59102833A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4622056A (en) * | 1985-02-13 | 1986-11-11 | Seiko Epson Corporation | Method of preparing silica glass |
| US4788164A (en) * | 1987-01-28 | 1988-11-29 | Hoechst Celanese Corporation | Inorganic-organic composite compositions with sustained release properties |
| JPH0764644B2 (ja) * | 1988-06-30 | 1995-07-12 | 日本特殊陶業株式会社 | 可塑性を有するゲル状薄板成形体の製造方法 |
| CN1042922C (zh) * | 1996-07-31 | 1999-04-14 | 中国建筑材料科学研究院 | 耐高温低膨胀高硼含量封接玻璃的制备工艺 |
| KR100487194B1 (ko) * | 2002-06-27 | 2005-05-03 | 삼성전자주식회사 | 콜로이드계 실리카 조성물 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5544711B2 (ja) * | 1973-05-31 | 1980-11-13 | ||
| DE2557932A1 (de) * | 1975-12-22 | 1977-06-30 | Dynamit Nobel Ag | Verfahren zur herstellung von koernigem quarzglas |
| JPS603013B2 (ja) * | 1980-06-20 | 1985-01-25 | 科学技術庁無機材質研究所長 | 着色シリカガラスの製造法 |
-
1982
- 1982-11-30 JP JP20954182A patent/JPS59102833A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59102833A (ja) | 1984-06-14 |
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