JPH09208234A - シリカガラスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゾル調製バッチの変化及びシリコンアルコキ
シドの縮重合物原料ロットの変化に伴って発生したゲル
の乾燥工程での割れを防止し、製品歩留まりを向上させ
る方法を提供する。 【構成】 有機ポリマ、溶媒及びシリコンアルコキシド
の縮重合物の混合溶液に塩基触媒を添加した後、水を添
加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゾルーゲル法によ
る石英ガラスの製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゾルーゲル法は、従来採用されてきた気
相法による合成石英ガラスの製造方法と比較して、 １）合成温度が低いことからエネルギーコストが低い、 ２）気相法で大形・高均質ガラスを得るためには不可欠
なガラスの高温成形及びアニール処理なしで大形・高均
質のガラスを得ることができる、 ３）ゾルを容器に注入、ゲル化する過程で容器形状によ
りゲル形状が制御可能であるためガラスの加工コストと
低減できる 等の利点があり、研究が行われている。

【０００３】ゾルーゲル法による大形の石英ガラスを製
造するプロセスの中で解決すべき課題として、ゲルの乾
燥工程での割れがある。これを解決する方法として、有
機ポリマ、溶媒の存在下でシリコンアルコキシドの縮重
合物を塩基触媒を用いて加水分解してゾルをゲル化し、
乾燥して乾燥ゲルとし、これを焼成して石英ガラスを得
る方法（特願昭６２ー２９２２５９公報、特開昭６０ー
１１００１９公報など）が提案されている。この方法に
よれば、比較的容易に大形のゲルを割れが発生すること
なく乾燥できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の提案さ
れた方法で大形ゲルを作製する場合、ゾル調製バッチが
異なる場合、シリコンアルコキシドの縮重合物原料のロ
ットが変化した場合などにしばしばゲルの乾燥工程で割
れが発生し、製品歩留まりが著しく低下するという問題
が発生した。本発明は、上記のゾル調製バッチの変化及
びシリコンアルコキシドの縮重合物原料ロットの変化に
伴って発生したゲルの乾燥工程での割れを防止し、製品
歩留まりを向上させる方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機ポリマ、
溶媒の存在下でシリコンアルコキシドの縮重合物を塩基
触媒を用いて加水分解してゾルをゲル化し、乾燥して乾
燥ゲルとし、ついで焼成してガラスとする石英ガラスの
製造法に於いて、ゾル調製時、有機ポリマ、溶媒及びシ
リコンアルコキシドの縮重合物の混合溶液に塩基触媒と
塩を添加し、ついで水を添加することを特徴とする石英
ガラスの製造法である。

【０００６】すなわち本発明では、有機ポリマ、溶媒及
びシリコンアルコキシドの縮重合物の混合溶液に塩基触
媒を添加した後、水を添加することとした。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明では、有機ポリマ、溶媒及
びシリコンアルコキシドの縮重合物の混合溶液に塩基触
媒及び塩を添加した後、水を加える必要がある。有機ポ
リマ、溶媒及びシリコンアルコキシドの縮重合物の混合
溶液に添加する塩基触媒はそのまま添加する、ゾル調製
に使用する溶媒の一部に溶解する、使用する水に溶解す
るなどのいずれの方法も採用できるが、水に溶解して添
加する場合は溶解する水の量について注意が必要であ
り、必要以上に多量の水に溶解、添加すると後の水添加
後で起こるゲル化が著しく早くなり、好ましくない。

【０００８】有機ポリマとしては、ポリ酢酸ビニル、ポ
リエチレングリコール及びその誘導体、ヒドロキシプロ
ピルセルロースなどが使用できるが、ポリ酢酸ビニルが
最も好適な結果を与える。

【０００９】溶媒としては、メチルアルコール、エチル
アルコール、プロピルアルコールなどのアルコール類が
使用できる。また、ジメチルホルムアミド、ジメチルア
セトアミド、またメチルセロソルブ、エチルセロソルブ
などのセロソルブ類、テトラヒドロフルフリルアルコー
ルなどの溶媒をアルコール類に添加してもよい。

【００１０】シリコンアルコキシドの縮重合物として
は、シリコンメトキシド、シリコンエトキシド、シリコ
ンプロポキシドなどの縮重合物が使用できるが、原料コ
スト及び加水分解のしやすさの点でシリコンメトキシド
の縮重合物の使用が好ましい。

【００１１】シリコンアルコキシドの縮重合物の加水分
解に使用する塩基触媒としては、水酸化アンモニウム、
水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチル
アンモニウム、水酸化n-プロピルアンモニウム、コリン
などが使用できるが、コリンが好適な結果を与える。

【００１２】

【作用】本発明の作用については、以下のように考えら
れる。シリコンアルコキシドの縮重合物は一般に溶媒の
存在下でシリコンアルコキシドのモノマを酸触媒を用い
て部分的に加水分解、縮重合させ、ついで蒸留などの操
作によって溶媒、水及び触媒を除去して調製されるた
め、得られるシリコンアルコキシドの縮重合物中には製
造段階で使用した酸触媒がわずかに残留している。この
ため、有機ポリマ、溶媒及びシリコンアルコキシドの縮
重合物の混合溶液に塩基触媒を加水分解に使用する水に
溶解して滴下すると、塩基触媒とシリコンアルコキシド
の縮重合物中に残留する酸との間で中和反応が起こるた
め、滴下に伴ってゾルのｐＨは酸性から塩基性に移行す
る。シリコンアルコキシキドの加水分解挙動は溶液ｐＨ
に依存し、酸性側と塩基性側では異なることが知られて
いる。このため、塩基触媒を含む水の滴下速度によって
酸性側でのシリコンアルコキシドの加水分解の割合が異
なり、その結果として溶液のpHが塩基性に移行した段階
での加水分解及び加水分解生成物の縮合反応の状態が変
化することになる。このようなことがゾル調製バッチに
よってゲルの乾燥工程での割れの発生が生じたものと考
えられる。一方、シリコンアルコキシドの縮重合物原料
ロットが変化した場合に発生したゲルの乾燥工程での割
れは、原料中に含まれる残留酸濃度が変化し、塩基触媒
を含む水の滴下過程での溶液ｐＨの変化挙動が変化する
ために発生したものと考えられる。本発明では、有機ポ
リマ、溶媒及びシリコンアルコキシドの縮重合物の混合
溶液に水を添加する前に塩基触媒を添加しているため、
水を滴下する過程での溶液ｐＨは塩基性に保持されてお
り、上記のような問題は発生せず、安定した性質のゾル
及びゲルが得られ、その結果としてゲルの乾燥工程での
割れを安定して防止できたものと考えられる。

【００１３】

【実施例】

実施例１ 残留酸成分を４．０×１０^-4ｍｏｌ／１００ｇ含有する
シリコンメトキシドの縮重合物１００重量部にメタノー
ル５０重量部、ジメチルホルムアミド３５重量部、テト
ラヒドロフルフリルアルコール２７重量部、ポリ酢酸ビ
ニルメタノール溶液（固形分濃度５０％、重合度：１５
００）５重量部を加えて３０分撹拌し、これにコリンメ
タノール溶液（１Ｍ）０．５０重量部を加えた。ついで
水３９重量部を滴下速度してゾルを作製した。得られた
ゾルを６０ｃｍ角のテフロンコーテイングしたステンレ
ス製容器に注入し、開口部にポリ塩化ビニルフイルムと
アルミ箔を張った蓋をポリ塩化ビニル面側をゲル側にし
て容器に設置し、室温に放置しゾルをゲル化した。つい
で容器を乾燥機に移し、５０℃で３０ｈ加熱した後、温
度を室温に戻し、容器の蓋についているアルミ箔を除去
し、ついで温度を３０℃から１２０℃まで順次温度を上
昇させて乾燥を行った。以上のゲル作製を、水の滴下速
度を変えて行いゲルの乾燥過程での割れの発生の有無を
調べた。滴下速度（滴下速度一定での滴下終了時間）を
変えても得られるゲルの乾燥過程では割れは発生しなか
った。

【００１４】実施例２ 残留酸成分を６．０×１０^-4ｍｏｌ／１００ｇ含有する
シリコンメトキシドの縮重合物を用い、残留酸との中和
反応で消費されない塩基触媒濃度を一定にするため、コ
リンメタノール溶液（１Ｍ）の添加量を０．６４重量部
とした以外は実施例１と同様にしてゾル及びゲルを作製
し、ゲルの乾燥過程での割れの発生の有無を調べた。水
の滴下速度（滴下速度一定での滴下終了時間）を変えて
も得られるゲルの乾燥過程で割れは発生しなかった。

【００１５】比較例１ 残留酸成分を６×１０^-4ｍｏｌ／１００ｇ含有するシリ
コンメトキシドの縮重合物とメタノール、ジメチルホル
ムアミド、テトラヒドロフルフリルアルコール、ポリ酢
酸ビニルメタノール溶液を実施例１と同じ配合比で混合
し、これにコリンメタノール溶液０．６４重量部を添加
した水３９重量部を滴下してゾルを調製した。以下、実
施例１と同様にしてゲルを作製し、ゲルの乾燥過程での
割れの発生の有無を調べた。コリンー水混合溶液の滴下
速度（滴下速度一定での滴下完了速度）が長くなると、
ゲルの乾燥工程で割れが発生する傾向が見られた。

【００１６】

【発明の効果】本発明のゾルーゲル法による石英ガラス
の製造法によれば、ゲルの乾燥歩留まりを飛躍的に向上
させることができ、製品コストを低減できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺崎 裕樹 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機ポリマ、溶媒の存在下でシリコンア
   ルコキシドの縮重合物を塩基触媒を用いて加水分解して
   ゾルをゲル化し、乾燥して乾燥ゲルとし、ついで焼成し
   てガラスとする石英ガラスの製造法に於いて、ゾル調製
   時、有機ポリマ、溶媒及びシリコンアルコキシドの縮重
   合物の混合溶液に塩基触媒と塩を添加し、ついで水を添
   加することを特徴とする石英ガラスの製造法。