JPH0383832A - シリカージルコニア系粘性ゾルの製造方法 - Google Patents

シリカージルコニア系粘性ゾルの製造方法

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JPH0383832A
JPH0383832A JP22017089A JP22017089A JPH0383832A JP H0383832 A JPH0383832 A JP H0383832A JP 22017089 A JP22017089 A JP 22017089A JP 22017089 A JP22017089 A JP 22017089A JP H0383832 A JPH0383832 A JP H0383832A
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誠 堀
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリカ−ジルコニア系ガラスファイバーを始
めとする各種材料の中間原料となるシリカ−ジルコニア
系粘性ゾルを簡便かつ安価に製造する方法に係る。
〔従来の技術〕
シリカ−ジルコニア系ガラスは難溶融性ガラスとして知
られている。したがって溶融法でシリカ−ジルコニア系
ガラスファイバーを作製する場合、ジルコニア添加量に
は自ずから限界が生じ、かつまたアルカリ金属酸化物等
の融点降下剤の添加が不可欠である。例えば、英国建築
研究所とビルキントン兄弟(PB)社が共同開発した、
溶融法による市販のシリカ−ジルコニア系ファイバーG
emFILは、17wt%のジルコニアを含むが、同時
にアルカリ成分ヲIFvt%程度含有する。このシリカ
−ジルコニア系ガラスは、通常のガラス繊維に用いられ
るEガラスと呼ばれているガラス(例えばSing 5
2.4wt%、^1 *Os 14.4wt%、BII
0310.4 wt%を含有するアルミノホウケイ酸ガ
ラス)に比べ、約10倍の耐アルカリ侵食性を有する。
ガラスやセラミックの製造に用いられているこのような
溶融法は、高温を要する、均質なm威が得られないなど
の欠点があり、最近この欠点を解消するため、ゾル−ゲ
ル法が開発されている。このゾル−ゲル法、特にアルコ
キシドの加水分解による方法は液相からの低温合成であ
るため、組成選択の自由性、高純度化、工程の簡便さと
いう利点を有する。
神谷らは、このゾル−ゲル法をシリカ−ジルコニア系ガ
ラスの製造に適用し、シリコンエトキシド、ジルコニウ
ム−n−プロポキシドの混合溶液を空気中にさらし、空
気中の水分で徐々に加水分解して曳糸性溶液を得、これ
からファイバーを紡糸し、それを500〜700℃で焼
成してシリカ−ジルコニアガラスファイバーを得ている
〔発明が解決しようとする課題〕
前述の溶融法によるシリカ−ジルコニア系ファイバーG
emFILはアルカリを含有するために融点が低く、耐
熱性に問題があり、また前述のゾル−ゲル法によるシリ
カ−ジルコニアガラスファイバーの製造方法では、雰囲
気中の水で加水分解するため、製造にかなりの日数を要
し、また雰囲気の温度、湿度の影響を受は易く、再現性
に乏しい。さらにシリカ−ジルコニア源として用いるジ
ルコニウムアルコキシドは高価であり、製造コストが高
い欠点がある。
本発明は、安価で、高性能であり、シリカ−ジルコニア
ファイバーの前駆体となり得るシリカ−ジルコニア粘性
ゾルを製造することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者は、上記のような問題点を解決するため研究を
行い、ジルコニア源としてジルコニウムアルコキシド以
外の化合物を用いることを着想し、かつシリコンアルコ
キシドを含有するシリカ−ジルコニア系組成物製造用原
料を再現性よく加水分解できる条件を追究して本発明を
完成した。
すなわち、本発明は、シリコンアルコキシドとジルコニ
ウム塩とを混合してシリカ−ジルコニア系組成物用混合
物を形成し、前記混合物をシリコンアルコキシドに対し
て1゜2〜1.7倍モルの水ヲ用いて加水分解、縮重合
させることからなるシリカ−ジルコニア系粘性ゾルの製
造方法である。
以下、本発明の詳細な説明する。
シリコンアルコキシドとしては、シリコンメトキシド、
シリコンエトキシド、シリコン−n−プロキシドなどを
用いることができ、この中シリコンエトキシドは、シリ
コンメトキシドより加水分解、縮重合の速度が遅く、曳
糸性ゾルを合威しやすい。
ジルコニウム塩としては、硝酸ジルコニウム、塩化ジル
コニウム、酸塩化ジルコニウムなどを使用できる。これ
らの塩を形成する酸$1(硝酸根、塩酸1)がシリコン
アルキシドの加水分解のための触媒(酸触媒)として働
き、特に曳糸性発現のための触媒として作用する。これ
らの塩は含水塩として存在するものが多いが、含水塩の
形のものを使用することが好ましい。この含水塩中の構
造水は加水分解に関与し、この構造水により緩慢な加水
分解が行われ、均質なゾルが形成する。これらの塩の中
、酸塩化ジルコニウムが塩酸根の量が少ないという点で
好ましい。これは、塩から多量の塩酸根が導入されると
曳糸性ゾルの安定性が悪くなるためである。しかし、酸
塩化ジルコニウムは8モルの構造水が付いた含水塩であ
るため、水添加量の規制から多量に使用することはでき
ない。
したがって、ジルコニウムの含有率を高くしたいときに
は、無水の塩、すなわち塩化ジルコニウムを酸塩化ジル
コニウムと併用する必要がある。塩の中で、塩化物を使
用するのは、塩酸根が曳糸性ゾル合成時の触媒として最
も好ましいからである。
シリコンアルコキシドとジルコニウム塩との混合比率は
、最終製品でシリカ−ジルコニア系製品の所望組成によ
って決める。シリコンアルコキシドはアルコールなどの
有機溶媒の溶液として使用することが好ましい、溶液の
形で混合した方が均一な混合体が得られる。有機溶媒の
アルコールとしてはメタノール、エタノールなどを使用
することができるが、エタノールを用いるのが好ましい
他の第3威分をアルコキシドあるいは塩の形で添加する
ことができる。
前記混合物を加水分解するに当っては、前記混合物中の
シリコンアルコキシドに対して、1.2〜147倍モル
の水を用いる。水の使用量は、これより少ないと曳糸性
が発現しにくいし、またこれよりも多いとゲル化しやす
く、曳糸性発現領域が狭いために安定性に欠ける。前記
の水の使用量は、ジルコニウム塩として前記の含水塩を
用いる場合には、その構造水を含めたものであり、含水
塩を用いるさいには、その含水塩から入る水を差引いた
分を添加する。この添加する水については水−アルコー
ルの混合溶媒として加えることができる。
また、ジルコニウム塩として含水塩を用いた場合には、
それとシリコンアルコキシドを混合した直後から加水分
解が開始する。
本発明において、ジルコニウム塩は酸根を有するため、
これを多量に使用した場合には、それに伴い多量の酸根
(陰イオン)が導入され、酸根は前記したように触媒と
して作用するため、その量が多いことによりゾルの白濁
、速いゲル化などを生じて、生成するゾルの均質性、安
定化が低下する。そこで、陰イオンを除去するために陰
イオン交換処理を行い、酸根の低減をはかるが、その処
理の時機はシリコンアルコキシドとジルコニウム塩を混
合した時点、すなわち脱溶媒を行って曳糸性を出す前段
階が好ましい。陰イオン交換処理により残存する酸根が
非常に少なくなると、逆に曳糸性が発現しなくなる可能
性があるが、その場合は実にその後HCl2等の酸触媒
を添加することにより曳糸性ゾルを得ることができる。
また、そのような酸根が完全に近い形で除かれた前駆体
は、その復水、アルカリ触媒を加えることによりシリカ
−ジルコニア系バルクゲル、ひいてはバルクガラスの作
製に適した前駆体として利用できる。
このように加水分解したものから必要により溶媒を留去
して重縮合すると、曳糸性のある粘性ゾルが得られる。
〔作用〕
本発明では、その加水分解により簡便かつ短時間に曳糸
性を有する粘性ゾルを得ることができる。
この粘性ゾルは、従来のジルコニウムアルコキシドをジ
ルコニウム源とする方法に比べ、ジルコニウムの単独加
水分解による析出の問題がないため、分子オーダーでの
均質性が達成され、ジルコニウムの多量添加も可能とな
る。したがって、本発明の粘性ゾルから紡糸したゲルフ
ァイバーを焼成して得られるガラスファイバーは、ジル
コニウムが非常に均一に分散した高品質のものとなり、
かつ溶融法では達成できない多量のジルコニウムを含有
させることができる。
[実施例〕 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
実施例l 5i(OC2Hi) aloogに対し、Zr0Cl 
t・8 Hzo 15.5g、エタノール80g、水6
gを混合し、均質な溶液とした後20 torrの減圧
下、80°Cで溶媒のエタノールを留去する過程で粘度
400ポアズの曳糸性を有する粘性ゾルを合成した。こ
れを紡糸装置により連続ゲルファイバーとし、100o
″Cで焼成することにより、ZrO,を21wt%含む
透明なシリカ−ジルコニアファイバーを得た。
実施例2 Si(OCzHs) aloogに対し、Zr0C1z
・8 HzO29,4g、エタノール66gを常温で混
合し、均質な溶液とした後、20 torrの減圧下、
80°Cで溶媒のエタノールを留去する過程で曳糸性を
有する粘度約500ポアズの粘性ゾルを得た。これを紡
糸装置を用いて連続ゲルファイバーとし、1050’C
で焼成することにより、ZrO□37−t%を含むシリ
カ−ジルコニアガラスファイバーを得た。
実施例3 31(OC,H5) aloogに対し、Zr0CQ 
t・8 HzO29,4g、ZrC1a  22.4 
g、エタノール70gを常温で混合、均質な溶液とし、
陰イオン交換樹脂に1回通し、塩素イオンの低減をはか
った。これを2Q torrの減圧下、80°Cで溶媒
のエタノールを留去する過程で曳糸性を有する粘度約7
00ポアズの粘性ゾルを得た。この粘性ゾルから連続ゲ
ルファイバーを紡糸し、1100’Cで焼成することに
よりZrO,を51wt%含有するシリカ−ジルコニア
ファイバーまた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、簡便かつ短時間に曳糸性を有するシリ
カ−ジルコニア系粘性ゾルを得ることができる。また、
反応原料にジルコニウムアルコキシドを用いていないの
で、それを用いた場合に生ずるジルコニウムアルコキシ
ドがシリコンアルコキシドよりも加水分解してしまうと
いう問題が生じないため、分子オーダーでの均質性が得
られ、同時に溶融法では達成できない多量のジルコニウ
ムを含有させることができる。また、ジルコニウム源と
してシルコニろム塩を用いているため、このジルコニウ
ム塩などを原料として製造されているジルコニウムアル
コキシドを用いる場合に比して、格段に安く製造するこ
とができる。このシリカ−ジルコニア系粘性ゾルは安易
に紡糸することができ、紡糸したものを焼成することに
よりシリカ−ジルコニア系ガラスファイバーを容易に得
ることができる。また、このシリカ−ジルコニア系粘性
ゾルから薄膜などのファイバー以外の形状をもつシリカ
−ジルコニア系製品をつくることができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコンアルコキシドとジルコニウム塩とを混合
    してシリカ−ジルコニア系組成物用混合物を形成し、前
    記混合物をシリコンアルコキシドに対して1.2〜1.
    7倍モルの水を用いて加水分解、縮重合させることから
    なるシリカ−ジルコニア系粘性ゾルの製造方法。
  2. (2)前記シリコンアルコキシドがシリコンエトキシド
    であり、前記ジルコニウム塩が構造水を有する酸塩化ジ
    ルコニウム及び/又は塩化ジルコニウムであることを特
    徴とする請求項(1)記載のシリカ−ジルコニア系粘性
    ゾルの製造方法。
  3. (3)前記混合物を加水分解、縮重合させる過程におい
    て、その反応溶液をイオン交換することにより溶液中に
    含まれる陰イオンを除去することを特徴とする請求項(
    1)又は請求項(2)記載のシリカ−ジルコニア系粘性
    ゾルの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115231901A (zh) * 2022-06-23 2022-10-25 东华大学 一种均匀稳定的陶瓷前驱体溶胶制备方法
CN116462423A (zh) * 2023-05-29 2023-07-21 四川华炫新材料科技有限公司 耐碱型玄武岩纤维浸润剂、玄武岩纤维的制备方法

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CN116462423B (zh) * 2023-05-29 2025-03-11 中能建(广安)高性能纤维复合材料科技有限公司 耐碱型玄武岩纤维浸润剂、玄武岩纤维的制备方法

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