JPH06183780A - 多孔質ガラスセラミックスおよびその製造方法 - Google Patents
多孔質ガラスセラミックスおよびその製造方法Info
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- JPH06183780A JPH06183780A JP4058096A JP5809692A JPH06183780A JP H06183780 A JPH06183780 A JP H06183780A JP 4058096 A JP4058096 A JP 4058096A JP 5809692 A JP5809692 A JP 5809692A JP H06183780 A JPH06183780 A JP H06183780A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 新規多孔質ガラスセラミックスおよびその製
造方法を提供する。 【構成】 多孔質ガラスセラミックスは含水素オルトリ
ン酸チタニウムを骨格とすることを特徴とする。この多
孔質ガラスセラミックスの製造方法は、Li2 O−Ca
O−TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し、得られた
ガラスセラミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させ
ることを特徴とする。
造方法を提供する。 【構成】 多孔質ガラスセラミックスは含水素オルトリ
ン酸チタニウムを骨格とすることを特徴とする。この多
孔質ガラスセラミックスの製造方法は、Li2 O−Ca
O−TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し、得られた
ガラスセラミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させ
ることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は多孔質ガラスセラミック
スおよびその製造方法に関する。
スおよびその製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】多孔質セラミックスは、分離用フィルタ
ー、触媒担体、ガスセンサーなどの分野に使用されてい
る。またこれらは、バイオテクノロジーの分野において
極めて有望な材料であり、酵素固定のための担体や、液
体クロマトグラフィーでアミノ酸と蛋白質を分離するた
めの充填剤として使用されている。
ー、触媒担体、ガスセンサーなどの分野に使用されてい
る。またこれらは、バイオテクノロジーの分野において
極めて有望な材料であり、酵素固定のための担体や、液
体クロマトグラフィーでアミノ酸と蛋白質を分離するた
めの充填剤として使用されている。
【0003】多孔質ガラスや多孔質セラミックスの研究
開発は、1934年のバイコール(Vycor R )ガラスの
発明以来、シリケート系を主体に行なわれており、例え
ばNa2 O−B2 O3 −SiO2 系多孔質ガラスを改良
するため、数多くの試みがなされてきた。
開発は、1934年のバイコール(Vycor R )ガラスの
発明以来、シリケート系を主体に行なわれており、例え
ばNa2 O−B2 O3 −SiO2 系多孔質ガラスを改良
するため、数多くの試みがなされてきた。
【0004】これに対して本発明者は、シリケート系で
なくホスフェート系の新規多孔質ガラスセラミックス
を、CaO−TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し次
いで酸溶出処理することにより製造し、このホスフェー
ト系多孔質ガラスセラミックスをJ.Am.Cera
m.Soc.72(1989)1587において発表し
ている。
なくホスフェート系の新規多孔質ガラスセラミックス
を、CaO−TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し次
いで酸溶出処理することにより製造し、このホスフェー
ト系多孔質ガラスセラミックスをJ.Am.Cera
m.Soc.72(1989)1587において発表し
ている。
【0005】しかし、同様にホスフェート系化合物であ
る含水素オルトリン酸チタニウムからなる多孔質ガラス
セラミックスは、この含水素オルトリン酸チタニウム自
体の合成法が古くから知られているにも拘らず、従来全
く知られていなかった。
る含水素オルトリン酸チタニウムからなる多孔質ガラス
セラミックスは、この含水素オルトリン酸チタニウム自
体の合成法が古くから知られているにも拘らず、従来全
く知られていなかった。
【0006】
【発明の目的】従って本発明の目的は、含水素オルトリ
ン酸チタニウムからなる新規多孔質ガラスセラミックス
およびその製造方法を提供することにある。
ン酸チタニウムからなる新規多孔質ガラスセラミックス
およびその製造方法を提供することにある。
【0007】
【目的を達成するための手段】本発明者は、この目的を
達成するために研究を重ねた結果、Li2 O−CaO−
TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し、得られたガラ
スセラミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させるこ
とにより、含水素リン酸チタニウムを骨格とする新規多
孔質ガラスセラミックスが得られることを見い出した。
達成するために研究を重ねた結果、Li2 O−CaO−
TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し、得られたガラ
スセラミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させるこ
とにより、含水素リン酸チタニウムを骨格とする新規多
孔質ガラスセラミックスが得られることを見い出した。
【0008】従って本発明は、含水素オルトリン酸チタ
ニウムを骨格とすることを特徴とする多孔質ガラスセラ
ミックスを要旨とする。
ニウムを骨格とすることを特徴とする多孔質ガラスセラ
ミックスを要旨とする。
【0009】また本発明は、Li2 O−CaO−TiO
2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し、得られたガラスセラ
ミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させることを特
徴とする前記多孔質ガラスセラミックスの製造方法を要
旨とする。
2 −P2 O5 系ガラスを結晶化し、得られたガラスセラ
ミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させることを特
徴とする前記多孔質ガラスセラミックスの製造方法を要
旨とする。
【0010】以下本発明を詳説する。
【0011】本発明の多孔質ガラスセラミックスは、含
水素オルトリン酸チタニウムを骨格とするものである。
含水素オルトリン酸チタニウムは、式Ti(HPO4 )
2 ・2H2 Oによって示される化合物である。本発明の
多孔質ガラスセラミックスにおいて、含水素オルトリン
酸チタニウム骨格は、2次元層構造を有する。
水素オルトリン酸チタニウムを骨格とするものである。
含水素オルトリン酸チタニウムは、式Ti(HPO4 )
2 ・2H2 Oによって示される化合物である。本発明の
多孔質ガラスセラミックスにおいて、含水素オルトリン
酸チタニウム骨格は、2次元層構造を有する。
【0012】本発明の多孔質ガラスセラミックスの平均
孔径は10〜40nm、表面積は50〜150m2 /g、
空孔率は、40〜60%であるのが好ましい。上記平均
孔径、表面積および空孔率を有することにより、本発明
の多孔質ガラスセラミックスは、分離用フィルター、触
媒担体、ガスセンサー、酵素固定担体、クロマトグラフ
ィー用充填剤などの用途に好ましく用いられる。
孔径は10〜40nm、表面積は50〜150m2 /g、
空孔率は、40〜60%であるのが好ましい。上記平均
孔径、表面積および空孔率を有することにより、本発明
の多孔質ガラスセラミックスは、分離用フィルター、触
媒担体、ガスセンサー、酵素固定担体、クロマトグラフ
ィー用充填剤などの用途に好ましく用いられる。
【0013】次に多孔質ガラスセラミックスを製造する
ための本発明の方法について述べる。
ための本発明の方法について述べる。
【0014】本発明の方法においては、先ずLi2 O−
CaO−TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化させる。
結晶化は、一工程加熱処理によって行なっても良いが、
二工程加熱処理によって行なうのが好ましい。二工程加
熱処理においては、先ずガラスを比較的低い温度で加熱
する第1工程によって、核を生成させた後、冷却するこ
となく、比較的高い温度で加熱する第2工程によってガ
ラスを結晶化させる。前記第1工程において、加熱温度
は、ガラスのガラス転移点(Tg )よりも10〜40℃
高い温度とするのが好ましく、ガラスは、この加熱温度
で1〜10時間保持されることによって核を生成する。
また第2工程において、加熱温度は、Tg よりも80〜
150℃高い温度とするのが好ましく、第1工程によっ
て核を生成したガラスは、この加熱温度で1〜10時間
保持されることによって結晶化する。
CaO−TiO2 −P2 O5 系ガラスを結晶化させる。
結晶化は、一工程加熱処理によって行なっても良いが、
二工程加熱処理によって行なうのが好ましい。二工程加
熱処理においては、先ずガラスを比較的低い温度で加熱
する第1工程によって、核を生成させた後、冷却するこ
となく、比較的高い温度で加熱する第2工程によってガ
ラスを結晶化させる。前記第1工程において、加熱温度
は、ガラスのガラス転移点(Tg )よりも10〜40℃
高い温度とするのが好ましく、ガラスは、この加熱温度
で1〜10時間保持されることによって核を生成する。
また第2工程において、加熱温度は、Tg よりも80〜
150℃高い温度とするのが好ましく、第1工程によっ
て核を生成したガラスは、この加熱温度で1〜10時間
保持されることによって結晶化する。
【0015】得られたガラスセラミックスは、LiTi
2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 とからなり、Li
Ti2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 との比率は、
前者が0.9〜1.1、後者が0.9〜1.3の範囲で
あるのが好ましい。
2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 とからなり、Li
Ti2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 との比率は、
前者が0.9〜1.1、後者が0.9〜1.3の範囲で
あるのが好ましい。
【0016】ガラスセラミックスにおけるLiTi
2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 との比率を上記の
範囲とすることは、出発ガラス中の成分であるLi
2 O、CaO、TiO2 およびP2 O5 の割合を適宜調
整することによって可能である。
2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 との比率を上記の
範囲とすることは、出発ガラス中の成分であるLi
2 O、CaO、TiO2 およびP2 O5 の割合を適宜調
整することによって可能である。
【0017】ガラスセラミックスにおけるLiTi
2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 との比率は、前者
1.0に対して後者が1.1であるのが特に好ましく、
この場合には、6Li2 O・39CaO・24TiO2
・31P2 O5 (モル%)のガラスが出発ガラスとして
用いられる。
2 (PO4 )3 とCa3 (PO4 )2 との比率は、前者
1.0に対して後者が1.1であるのが特に好ましく、
この場合には、6Li2 O・39CaO・24TiO2
・31P2 O5 (モル%)のガラスが出発ガラスとして
用いられる。
【0018】得られたガラスセラミックスがLiTi2
(PO4 )3 とCa3 (PO4 )2とからなることは、
粉末XRD(X線回折)によって確認される。
(PO4 )3 とCa3 (PO4 )2とからなることは、
粉末XRD(X線回折)によって確認される。
【0019】本発明の方法においては、上で得られたガ
ラスセラミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させ
る。酸処理に用いる酸としては、塩酸、硝酸、硫酸など
の無機酸を用いるのが好ましい。酸処理は、ガラスセラ
ミックスを上記の酸に浸漬して通常還流下60℃以上で
3〜20時間行なわれる。この酸処理によってガラスセ
ラミックス中の可溶性成分(LiおよびCa)が溶出さ
れ、2次元層状構造のTi(HPO4 )2 ・2H2 O骨
格からなる多孔質ガラスセラミックスが得られる。可溶
性成分であるLiおよびCaが除去され、Ti(HPO
4 )2 ・2H2 O骨格からなる多孔質ガラスセラミック
スが得られていることは、酸処理による重量減、ICP
(高周波プラズマ分光)分析、および粉末XRDによっ
て確認される。
ラスセラミックスを酸処理して可溶性成分を溶出させ
る。酸処理に用いる酸としては、塩酸、硝酸、硫酸など
の無機酸を用いるのが好ましい。酸処理は、ガラスセラ
ミックスを上記の酸に浸漬して通常還流下60℃以上で
3〜20時間行なわれる。この酸処理によってガラスセ
ラミックス中の可溶性成分(LiおよびCa)が溶出さ
れ、2次元層状構造のTi(HPO4 )2 ・2H2 O骨
格からなる多孔質ガラスセラミックスが得られる。可溶
性成分であるLiおよびCaが除去され、Ti(HPO
4 )2 ・2H2 O骨格からなる多孔質ガラスセラミック
スが得られていることは、酸処理による重量減、ICP
(高周波プラズマ分光)分析、および粉末XRDによっ
て確認される。
【0020】本発明の方法により得られた多孔質ガラス
セラミックスは、上述のように10〜40nmの平均孔
径、50〜150m2 /gの表面積、40〜60%の空
孔率を有するのが好ましい。得られた多孔質ガラスセラ
ミックスは、上述のように分離用フィルター、触媒担
体、ガスセンサー、酵素固定担体、クロマトグラフィー
用充填剤などの用途に用いられる。
セラミックスは、上述のように10〜40nmの平均孔
径、50〜150m2 /gの表面積、40〜60%の空
孔率を有するのが好ましい。得られた多孔質ガラスセラ
ミックスは、上述のように分離用フィルター、触媒担
体、ガスセンサー、酵素固定担体、クロマトグラフィー
用充填剤などの用途に用いられる。
【0021】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに説明す
る。
る。
【0022】(i)ガラスの調製 6LiO2 ・39CaO・24TiO2 ・31P2 O5
(モル%)のガラスが得られるように、CaCO3 、L
i2 CO3 、TiO2 (アナターゼ)およびH3 PO4
(85%)を混合し、得られた混合物をSiO2 ガラス
製ボウルに入れ、水を加えた後撹拌してスラリーを得
た。このスラリーを赤外線ランプで乾燥し、乾燥物を白
金るつぼに入れて、大気中、1350℃で1時間溶融
し、融液を炭素製の型に注入してアニーリングした。得
られたガラスはTi3+(この含量は、EPRによる測定
により総Tiイオンの約0.1%であることが確認され
た)によるバイオレットカラーを呈していた。
(モル%)のガラスが得られるように、CaCO3 、L
i2 CO3 、TiO2 (アナターゼ)およびH3 PO4
(85%)を混合し、得られた混合物をSiO2 ガラス
製ボウルに入れ、水を加えた後撹拌してスラリーを得
た。このスラリーを赤外線ランプで乾燥し、乾燥物を白
金るつぼに入れて、大気中、1350℃で1時間溶融
し、融液を炭素製の型に注入してアニーリングした。得
られたガラスはTi3+(この含量は、EPRによる測定
により総Tiイオンの約0.1%であることが確認され
た)によるバイオレットカラーを呈していた。
【0023】(ii)ガラスの結晶化によるガラスセラミ
ックスの製造 (i)で得られたガラスを2×2×0.5cmの大きさの
板状に切断し、研磨した。得られた板状ガラスを2工程
熱処理により結晶化した。すなわち、板状ガラス(Tg
=600℃)を620℃に加熱し、この温度を20時間
保持して核を生成させた後、室温に冷却することなく、
730℃に加熱し、この温度に12時間保持して結晶化
させてガラスセラミックスを得た。
ックスの製造 (i)で得られたガラスを2×2×0.5cmの大きさの
板状に切断し、研磨した。得られた板状ガラスを2工程
熱処理により結晶化した。すなわち、板状ガラス(Tg
=600℃)を620℃に加熱し、この温度を20時間
保持して核を生成させた後、室温に冷却することなく、
730℃に加熱し、この温度に12時間保持して結晶化
させてガラスセラミックスを得た。
【0024】得られたガラスセラミックスの粉末XRD
パターンを図1(a)に示す。図1(a)より、このガ
ラスセラミックスは、LiTi2 (PO4 )3 相とβ−
Ca3 (PO4 )2 相からなることが判明した。
パターンを図1(a)に示す。図1(a)より、このガ
ラスセラミックスは、LiTi2 (PO4 )3 相とβ−
Ca3 (PO4 )2 相からなることが判明した。
【0025】(iii) 酸処理による多孔質ガラスセラミッ
クスの製造 得られたガラスセラミックスをナイロン製バスケットに
入れ、1N HCl(HNO3 、H2 SO4 を用いても
よい)中に浸漬し、還流下でその沸点付近で12〜24
時間加熱することにより、可溶性成分を溶出して多孔質
ガラスセラミックスを得た。
クスの製造 得られたガラスセラミックスをナイロン製バスケットに
入れ、1N HCl(HNO3 、H2 SO4 を用いても
よい)中に浸漬し、還流下でその沸点付近で12〜24
時間加熱することにより、可溶性成分を溶出して多孔質
ガラスセラミックスを得た。
【0026】得られた多孔質ガラスセラミックスの粉末
XRDパターンを図1(b)に示す。図1(b)より明
らかなように、酸処理前に認められたLiTi2 (PO
4 )3 相およびβ−Ca3 (PO4 )2 相に基づくピー
クが消失し、2θ=8.7°において特徴的なピーク
が、数多くのブロードなピークとともに出現した。また
酸処理後の重量減は約50%であったが、元の形状は保
持されていた。ICP分析によれば、ガラスセラミック
ス中の大部分のLi(97%)およびCa(98%)が
酸で溶出されていた。
XRDパターンを図1(b)に示す。図1(b)より明
らかなように、酸処理前に認められたLiTi2 (PO
4 )3 相およびβ−Ca3 (PO4 )2 相に基づくピー
クが消失し、2θ=8.7°において特徴的なピーク
が、数多くのブロードなピークとともに出現した。また
酸処理後の重量減は約50%であったが、元の形状は保
持されていた。ICP分析によれば、ガラスセラミック
ス中の大部分のLi(97%)およびCa(98%)が
酸で溶出されていた。
【0027】また得られた多孔質ガラスセラミックスを
有機アミン類で処理すると、図2(a)に示す多孔質ガ
ラスセラミックスの粉末XRDパターン中の2θ=8.
7°のメインピークが、同図(b)に示すように2θ=
4.2°にシフトしていることから、この多孔質ガラス
セラミックスは、有機アミン類のインターカレーション
(挿入反応)が容易に可能であることが確認された。
有機アミン類で処理すると、図2(a)に示す多孔質ガ
ラスセラミックスの粉末XRDパターン中の2θ=8.
7°のメインピークが、同図(b)に示すように2θ=
4.2°にシフトしていることから、この多孔質ガラス
セラミックスは、有機アミン類のインターカレーション
(挿入反応)が容易に可能であることが確認された。
【0028】以上のことから、得られた多孔質ガラスセ
ラミックスは2次元層状構造のTi(HPO4 )2 骨格
からなることが明らかとなった。
ラミックスは2次元層状構造のTi(HPO4 )2 骨格
からなることが明らかとなった。
【0029】図3は、得られた多孔質ガラスセラミック
スの孔径分布を示す。多孔質ガラスセラミックスの平均
孔径および表面積は、それぞれ15nmおよび120m2
/gであり、空孔率は43vol.%であった。
スの孔径分布を示す。多孔質ガラスセラミックスの平均
孔径および表面積は、それぞれ15nmおよび120m2
/gであり、空孔率は43vol.%であった。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、含水素オルトリン酸チ
タニウムを骨格とする新規多孔質ガラスセラミックスお
よびその製造方法が提供された。
タニウムを骨格とする新規多孔質ガラスセラミックスお
よびその製造方法が提供された。
【図1】酸処理前のガラスセラミックスおよび酸処理後
に得られた本発明の多孔質ガラスセラミックスの粉末X
RDパターン図である。
に得られた本発明の多孔質ガラスセラミックスの粉末X
RDパターン図である。
【図2】本発明の多孔質ガラスセラミックスのアミン処
理前と後の粉末XRDパターン図である。
理前と後の粉末XRDパターン図である。
【図3】本発明で得られた多孔質ガラスセラミックスの
孔径分布図である。
孔径分布図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 含水素オルトリン酸チタニウムを骨格と
することを特徴とする多孔質ガラスセラミックス。 - 【請求項2】 Li2 O−CaO−TiO2 −P2 O5
系ガラスを結晶化し、得られたガラスセラミックスを酸
処理して可溶性成分を溶出させることを特徴とする請求
項1に記載の多孔質ガラスセラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4058096A JPH06183780A (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 多孔質ガラスセラミックスおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4058096A JPH06183780A (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 多孔質ガラスセラミックスおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06183780A true JPH06183780A (ja) | 1994-07-05 |
Family
ID=13074426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4058096A Withdrawn JPH06183780A (ja) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | 多孔質ガラスセラミックスおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06183780A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2010041760A1 (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | 株式会社オハラ | ガラスセラミックス及びその製造方法、ガラスセラミックス焼結体の製造方法、複合体の製造方法、光触媒機能性成形体、並びに親水性成形体 |
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-
1992
- 1992-03-16 JP JP4058096A patent/JPH06183780A/ja not_active Withdrawn
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