JPH054322B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、各種セラミツクスの中間原料として
有用であり、特にシリカフアイバーを製造するた
めに用いる原料として非常に有用なシリカ粘性ゾ
ルの製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing a viscous silica sol, which is useful as an intermediate raw material for various ceramics, and particularly very useful as a raw material for producing silica fibers. .
金属アルコキシドを加水分解し、得られるゲル
を加熱することによつてケイ酸塩系ガラスを製造
することが研究され、さらにそのアルコキシド溶
液の加水分解の途上で溶液に曳糸性が発現するこ
とを利用して繊維を紡糸し、それを加熱すること
により、ケイ酸塩系ガラス繊維を製造することが
研究されており、例えばシリコンテトラエトキシ
ドを塩酸触媒の存在下、加水分解して粘性ゾルを
合成し、シリカフアイバーを得る方法〔「窯業協
会誌」第86巻、第11号第552〜559頁(1978)〕を
初め、シリカガラス繊維及びシリカガラスの製造
に関する多数の報文、特許が発表されている。
Research has been conducted on the production of silicate glass by hydrolyzing metal alkoxides and heating the resulting gel, and it has also been discovered that the solution develops stringiness during the hydrolysis of the alkoxide solution. Research has been conducted on producing silicate-based glass fibers by spinning fibers and heating them. For example, silicon tetraethoxide is hydrolyzed in the presence of a hydrochloric acid catalyst to form a viscous sol. Numerous papers and patents have been published regarding the production of silica glass fibers and silica glass, including a method for synthesizing and obtaining silica fibers [Ceramic Industry Association Journal, Vol. 86, No. 11, pp. 552-559 (1978)]. has been done.
前記報文に記載された調製方法によりゲルフア
イバーを紡糸する際、紡糸が可能な粘度領域では
ゲル化速度が比較的速く、ゲルフアイバーが充分
に細くなる以前にゲル化が進行し、細いシリカゲ
ルフアイバーを安定に連続的に紡糸することが困
難である。 When spinning gel fibers using the preparation method described in the above paper, the gelation rate is relatively fast in the viscosity range where spinning is possible, and gelation progresses before the gel fibers become sufficiently thin, resulting in thin silica gel fibers. It is difficult to stably and continuously spin the fibers.
この問題を解決するために、下記の一般式
()で表わされるSi化合物をシリカゾルに添加
し、シリカゾルの反応性を低下させる方法が提案
されている(特開昭62−297237号公報)。 In order to solve this problem, a method has been proposed in which a Si compound represented by the following general formula () is added to silica sol to reduce the reactivity of silica sol (Japanese Unexamined Patent Publication No. 297237/1982).
一般式()
Y1(Y2)(Y3)SiX
式中、Y1,Y2,Y3はアルキル基、アリル基又
はアリール基、
Xは、H,Cl,Br,I,OH基又はOR(Rは炭
素数1〜10のアルキル基)
しかし、前記Si化合物をシリカゾルに添加する
方法においては、Xがハロゲンである場合、加水
分解、重縮合によつて生成する強酸HXがむしろ
ゲル化を進行させ、紡糸液の安定性を失わせる場
合が多く、その他のSi化合物も高価な化合物であ
る。さらに添加されるSi化合物は単官能であり、
ゾルの反応性を低下させるのには有効である場合
があつても、最終ガラス中に組み込まれる比率は
小さく、添加されるSi化合物は焼成過程で飛散し
やすい。 General formula () Y 1 (Y 2 ) (Y 3 ) SiX In the formula, Y 1 , Y 2 , Y 3 are alkyl groups, allyl groups, or aryl groups, and X is H, Cl, Br, I, OH group, or OR (R is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms) However, in the method of adding the Si compound to the silica sol, if X is a halogen, the strong acid HX generated by hydrolysis and polycondensation will rather gel. Other Si compounds are also expensive compounds. Furthermore, the Si compound added is monofunctional,
Although it may be effective in reducing the reactivity of the sol, the proportion incorporated into the final glass is small, and the added Si compounds tend to scatter during the firing process.
本発明は、細いゲルフアイバーを安定にかつ連
続的に紡糸可能なシリカ粘性ゾルを安価に、かつ
容易に製造することを目的とするものである。
The object of the present invention is to inexpensively and easily produce a silica viscous sol that can stably and continuously spin thin gel fibers.
本発明はシリコンアルコキシドを主成分とする
金属アルコキシドを、酸性触媒の存在下に加水分
解させて粘稠な溶液を形成させてシリカ粘性ゾル
を製造する方法において、前記の粘稠な溶液の粘
度が10ポイズ以上となつた時点で、シリコンアル
コキシド及び/又はシリコンアルコキシドオリゴ
マーを添加することを特徴とするシリカ粘性ゾル
の製造方法によつて、前記の目的を達成した。
The present invention provides a method for producing a viscous silica sol by hydrolyzing a metal alkoxide whose main component is silicon alkoxide in the presence of an acidic catalyst to form a viscous solution, in which the viscosity of the viscous solution is The above object was achieved by a method for producing a viscous silica sol, which is characterized in that silicon alkoxide and/or silicon alkoxide oligomer are added when the sol reaches 10 poise or more.
本発明において使用するシリコンアルコキシド
としては、例えばシリコンメトキシド、シリコン
エトキシド、シリコンイソプロポキシド等が使用
される。 Examples of the silicon alkoxide used in the present invention include silicon methoxide, silicon ethoxide, and silicon isopropoxide.
シリコンアルコキシドを主成分とする金属アル
コキシドとしては、シリコンアルコキシド以外に
チタン、アルミニウムやジルコニウムのアルコキ
シドを含有させることができる。 The metal alkoxide containing silicon alkoxide as a main component may contain alkoxides of titanium, aluminum, or zirconium in addition to silicon alkoxide.
金属アルコキシドの加水分解の際に用いる酸性
触媒としては、塩酸、フツ酸、硫酸等の強酸を使
用するのが好ましく、その使用量はシリコンアル
コキシドに対するモル比で0.001〜0.5とするのが
好ましい。 As the acidic catalyst used in the hydrolysis of the metal alkoxide, it is preferable to use a strong acid such as hydrochloric acid, hydrofluoric acid, or sulfuric acid, and the amount used is preferably 0.001 to 0.5 in molar ratio to the silicon alkoxide.
加水分解に使用する水の量は、シリコンアルコ
キシドに対するモル比で0.5〜2.0とするのが特に
好ましい。 It is particularly preferred that the amount of water used for hydrolysis is in a molar ratio of 0.5 to 2.0 relative to silicon alkoxide.
この加水分解にあつては、反応を均一に行わさ
せるために、有機溶媒を使用して、金属アルコキ
シドを有機溶媒に溶解させて溶液として反応させ
るのが好ましい。有機溶媒としてはアルコール
類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン
類、テトラヒドロフラン等の水、シリコンアルコ
キシドの両者を溶解する溶媒が使用される。一般
には、シリコンアルコキシドのアルコキシ基と同
種のアルコールが使用される。 In this hydrolysis, in order to carry out the reaction uniformly, it is preferable to use an organic solvent, dissolve the metal alkoxide in the organic solvent, and react as a solution. As the organic solvent, alcohols, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, water such as tetrahydrofuran, and solvents that dissolve both silicon alkoxide are used. Generally, an alcohol of the same type as the alkoxy group of silicon alkoxide is used.
この加水分解を開始した溶液から減圧により、
あるいは常圧において有機溶媒を蒸発させなが
ら、加水分解、重縮合を進めることにより反応溶
液の粘度が次第に上昇する。 By reducing pressure from the solution that started this hydrolysis,
Alternatively, the viscosity of the reaction solution gradually increases by proceeding with hydrolysis and polycondensation while evaporating the organic solvent at normal pressure.
その溶液の粘度が上昇した後の段階、すなわち
反応の第2段階で添加されるシリコンアルコキシ
ド及び/又はシリコンアルコキシドオリゴマー
は、反応溶液の粘度が10ポイズ以上となつた時点
でも添加される。 The silicon alkoxide and/or silicon alkoxide oligomer added at a stage after the viscosity of the solution increases, that is, at the second stage of the reaction, is also added when the viscosity of the reaction solution reaches 10 poise or more.
もし、反応溶液の粘度が10ポイズ未満で添加し
た場合、シリコンアルコキシド及び/又はシリコ
ンアルコキシドオリゴマーの添加により粘度が著
しく低下し、曳糸性を示さなくなるので、好まし
くない。 If the reaction solution is added at a viscosity of less than 10 poise, the viscosity decreases significantly due to the addition of the silicon alkoxide and/or silicon alkoxide oligomer, which is not preferable since it will not exhibit stringiness.
シリコンアルコキシドなどを添加するのは反応
溶液の粘度が100ポイズ以上となつた時点が好ま
しい。 It is preferable to add silicon alkoxide etc. when the viscosity of the reaction solution reaches 100 poise or more.
そのさい添加するシリコンアルコキシドは、最
初に使用されているシリコンアルコキシドと異な
るものを使用してもよい。また、添加するシリコ
ンアルコキシドオリゴマーは、平均重合度2〜10
程度のものであり、この場合もそのアルコキシ基
の種類が異なつていてもよい。 The silicon alkoxide added at this time may be different from the silicon alkoxide initially used. In addition, the silicon alkoxide oligomer to be added has an average polymerization degree of 2 to 10.
In this case as well, the type of alkoxy group may be different.
粘稠な溶液にシリコンアルコキシドなどを添加
するやり方としては、シリコンアルコキシドをそ
のまま粘稠な溶液に添加してもよいし、またその
シリコンアルコキシドなどを適当な有機溶媒で希
釈して添加してもよいが、これらを添加したさい
の反応は比較的緩やかであり、そのまま添加して
も何ら支障はなく、この方が好ましい。 To add silicon alkoxide, etc. to a viscous solution, silicon alkoxide may be added to the viscous solution as is, or the silicon alkoxide, etc. may be diluted with an appropriate organic solvent and added. However, the reaction when these are added is relatively slow, and there is no problem in adding them as they are, which is preferable.
そのシリコンアルコキシドなどの添加量は、加
水分解させて得られた粘稠な溶液中のSi1モルに
対して0.01〜2モル、より好ましくは0.01〜0.5モ
ルである。この添加量は、必要とされるゾルの安
定化度に応じて適宜設定されるが、添加量が多い
程安定化する傾向を示す。添加量が0.01モル以下
の場合、安定化の効果は不十分であり、安定に細
いゲルフアイバーを得ることは困難である。ま
た、添加量が2モルを越えると、シリカゾルの粘
度が極端に低下するため、紡糸が不可能となる。
添加量が比較的多い場合、添加シリコンアルコキ
シドがゲルフアイバー中に導入される比率が低下
し、紡糸時の飛散のロスが多くなる。 The amount of the silicon alkoxide etc. to be added is 0.01 to 2 mol, more preferably 0.01 to 0.5 mol, per 1 mol of Si in the viscous solution obtained by hydrolysis. The amount added is appropriately set depending on the required degree of stabilization of the sol, but the larger the amount added, the more stable the sol tends to be. When the amount added is less than 0.01 mol, the stabilizing effect is insufficient and it is difficult to stably obtain thin gel fibers. Furthermore, if the amount added exceeds 2 moles, the viscosity of the silica sol decreases extremely, making spinning impossible.
When the amount added is relatively large, the ratio of the added silicon alkoxide introduced into the gel fiber decreases, and loss due to scattering during spinning increases.
このシリコンアルコキシド及び/又はシリコン
アルコキシドオリゴマーを添加した後に加水分
解、重縮合を行う反応の条件は、これらが添加さ
れるさいの粘稠な溶液におけるシリカ粘性ゾルの
性状、要求される最終的なシリカ粘性ゾルの性状
から、実験的に容易に決定されるが、前記のシリ
コンアルコキシドなどを添加した後、室温で1日
程度放置するだけでも十分目的とするとするシリ
カ粘性ゾルを得ることができる。当然のことなが
ら、シリカ粘性ゾルを加温して反応を進めること
も可能である。 The reaction conditions for hydrolysis and polycondensation after adding silicon alkoxide and/or silicon alkoxide oligomer are the properties of the silica viscous sol in the viscous solution when these are added, and the required final silica sol. Although it can be easily determined experimentally from the properties of the viscous sol, the desired viscous silica sol can be obtained by simply adding the silicon alkoxide and the like and then leaving it at room temperature for about a day. Naturally, it is also possible to advance the reaction by heating the viscous silica sol.
このシリカ粘性ゾルを紡糸する方法は特に制限
はなく、従来の紡糸法を用いることができる。 The method for spinning this silica viscous sol is not particularly limited, and conventional spinning methods can be used.
シリカ粘性ゾルから紡糸操作によりゲルフアイ
バーを得る際に、通常の製造においては、ゾル中
に存在するシラノール基の反応のため比較的ゲル
化の進行が速く安定に細いフアイバーを得ること
が困難である。
When obtaining gel fibers from a viscous silica sol through a spinning operation, in normal production, gelation progresses relatively quickly due to the reaction of the silanol groups present in the sol, making it difficult to stably obtain thin fibers. .
本発明において、粘稠な溶液の粘度が10ポイズ
以上となつた時点でシリコンアルコキシド及び/
又シリコンアルコキシドオリゴマーを添加する
と、何故紡糸によりゲルフアイバーが安定に得ら
れるかについては、その機構はまだ理論的にはほ
とんど解明されていないが、おそらくこれらのシ
リコンアルコキシドなどが前記のゾル中に存在す
るシラノール基と反応して、ゲル化速度を低下す
ることが可能になるものと考えられる。 In the present invention, silicon alkoxide and/or
Furthermore, the mechanism as to why gel fibers can be stably obtained by spinning when silicon alkoxide oligomers are added is still largely unknown theoretically, but it is likely that these silicon alkoxides are present in the above-mentioned sol. It is thought that the gelation rate can be reduced by reacting with the silanol groups.
また、ここで添加されるシリコンアルコキシド
は4官能性以上の多官能性化合物であるが、ゲル
化を進めることはなく、ゾルの安定化に寄与する
のも興味ある事実であるが、前記のゾル中に生成
されている前駆体(ゲルを生成する前のゾル状態
のものをこのように呼ぶ)中のシラノール基の密
度が低いことが影響しているものと考えられ、ゾ
ルのゲル化速度は低下させつつ、反応性自体を失
なわしめることがなく、安定に細いゲルフアイバ
ーを得ることが可能になるものと思われる。 Furthermore, although the silicon alkoxide added here is a polyfunctional compound having a tetrafunctionality or higher, it is an interesting fact that it does not promote gelation and contributes to stabilizing the sol. This is thought to be due to the low density of silanol groups in the precursor (the sol state before gel formation is called), and the gelation rate of the sol is It seems possible to stably obtain thin gel fibers while reducing the reactivity without losing the reactivity itself.
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のみに限定さ
れるものではない。
Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples. However, the present invention is not limited to these examples.
実施例 1
シリコンエトキシド1モルとエタノール1モル
を混合し、これに0.5規定塩酸酸性に調整された
水1.3モルとエタノール1モルとの混合物を添加
し、50℃、湿度60%の恒温槽中に2日間放置して
シリカ粘性ゾル(これを「第1段のシリカ粘性ゾ
ル」という)を得た。この第1段のシリカ粘性ゾ
ルの粘土は150ポイズであつた。Example 1 1 mole of silicon ethoxide and 1 mole of ethanol were mixed, a mixture of 1.3 moles of water acidified with 0.5 N hydrochloric acid and 1 mole of ethanol was added, and the mixture was placed in a constant temperature bath at 50°C and 60% humidity. The mixture was left to stand for two days to obtain a silica viscous sol (this will be referred to as the "first stage silica viscous sol"). The clay of this first stage silica viscous sol was 150 poise.
これにシリコンエトキシド0.1モル(粘性ゾル
中のSiに対するモル比は0.1)をそのまま添加し、
充分に撹拌し、均一化した後、室温で1日放置し
てシリカ粘性ゾルを生成させ紡糸に供した。 0.1 mol of silicon ethoxide (mole ratio to Si in the viscous sol is 0.1) is added as is,
After thorough stirring and homogenization, the mixture was left at room temperature for one day to produce a viscous silica sol, which was then used for spinning.
紡糸は160μm径のノズルを用いて行なつた。得
られたゲルフアイバーはフアイバー径が18.5μm
であり、安定して連続紡糸が可能であつた。 Spinning was performed using a nozzle with a diameter of 160 μm. The obtained gel fiber has a fiber diameter of 18.5 μm.
Therefore, stable continuous spinning was possible.
比較例 1
実施例1における第1段のシリカ粘性ゾルをそ
のまま実施例1の紡糸方法によつて紡糸した。Comparative Example 1 The first stage silica viscous sol in Example 1 was directly spun using the spinning method of Example 1.
それにより得られたゲルフアイバーは径が
35μm程度であり、より細いフアイバーを得るた
めにワインダーによる引取速度を向上させるとフ
アイバーの糸切れが起こり、細いフアイバーを連
続的に得ることは困難であつた。 The gel fiber obtained thereby has a diameter of
The diameter of the fiber is approximately 35 μm, and when the winder speed is increased to obtain thinner fibers, the fibers break, making it difficult to continuously obtain thinner fibers.
実施例 2
実施例1における第1段のシリカ粘性ゾルにシ
リコンメトキシド0.2モル(粘性ゾル中のSiに対
するモル比0.2)をそのまま添加し充分に撹拌、
均一化した後、室温で2日放置してシリカ粘性ゾ
ルを得、これを紡糸した。Example 2 0.2 mol of silicon methoxide (molar ratio to Si in the viscous sol: 0.2) was directly added to the first-stage viscous silica sol in Example 1, and the mixture was thoroughly stirred.
After homogenization, the mixture was left at room temperature for 2 days to obtain a viscous silica sol, which was then spun.
得られたゲルフアイバーは15.3μmであり、安
定に連続紡糸が可能であつた。 The gel fiber obtained had a diameter of 15.3 μm and could be stably and continuously spun.
実施例 3
実施例1における第1段のシリカ粘性ゾルに平
均3.2量体のシリコンメトキシドオリゴマー0.08
モル(粘性ゾル中のSiに対するモル比0.08)をそ
のまま添加し、充分に撹拌、均一化した後、50℃
で1日放置してシリカ粘性ゾルを得、これを紡糸
した。Example 3 An average of 3.2-mer silicon methoxide oligomer 0.08 was added to the first stage silica viscous sol in Example 1.
mol (molar ratio to Si in the viscous sol: 0.08) was added as it was, thoroughly stirred and homogenized, and then heated to 50°C.
This was left for one day to obtain a viscous silica sol, which was then spun.
得られたゲルフアイバーは16.5μmであり、安
定して連続紡糸が可能であつた。 The gel fiber obtained had a diameter of 16.5 μm and could be stably and continuously spun.
実施例 4
実施例1と同様の配合で50℃、湿度50%の恒温
槽中、4日間反応させ、粘度870ポイズの粘性ゾ
ルを得た。この粘性ゾルに平均4.8量体のシリコ
ンオキシオリゴマー0.15モル(粘性ゾル中のSiに
対するモル比0.15)を添加し、充分に撹拌、均一
化した後、50℃で1日放置してシリカ粘性ゾルを
得、これを紡糸した。Example 4 The same formulation as in Example 1 was reacted for 4 days in a constant temperature bath at 50° C. and 50% humidity to obtain a viscous sol with a viscosity of 870 poise. To this viscous sol, 0.15 mol of silicon oxyoligomer having an average of 4.8 mer (molar ratio to Si in the viscous sol: 0.15) was added, stirred thoroughly and homogenized, and then left at 50°C for one day to form a silica viscous sol. This was then spun.
得られたゲルフアイバーは、径が14.8μmであ
り、安定に連続紡糸が可能であつた。 The obtained gel fiber had a diameter of 14.8 μm and could be stably and continuously spun.
比較例 2
実施例4における第1段の粘性ゾルのそのまま
紡糸した。得られたゲルフアイバーの径は38μm
程度であり、より細いフアイバーを得るためにワ
インダーによる引取速度を向上させると、フアイ
バーの糸切が起こり、細いフアイバーを連続的に
得ることは困難であつた。Comparative Example 2 The first stage viscous sol in Example 4 was directly spun. The diameter of the gel fiber obtained is 38μm
In order to obtain thinner fibers, if the winder speed was increased, the fibers would break, making it difficult to continuously obtain thinner fibers.
本発明によれば、安価で最終的なセラミツクフ
アイバーに何ら悪影響を及ぼさない添加成分でシ
リカ粘性ゾルのゲル化速度を変化させることがで
きる。そして、それにより特に細いシリカフアイ
バーを連続的に安定して得ることが可能なシリカ
粘性ゾルを容易に得ることができる。
According to the present invention, it is possible to change the gelation rate of a viscous silica sol with an inexpensive additive component that does not have any adverse effect on the final ceramic fiber. Thereby, it is possible to easily obtain a viscous silica sol that can continuously and stably obtain particularly thin silica fibers.
Claims (1)
ルコキシドを、酸性触媒の存在下に加水分解させ
て粘稠な溶液を形成させてシリカ粘性ゾルを製造
する方法において、前記の粘稠な溶液の粘度が10
ポイズ以上となつた時点で、シリコンアルコキシ
ド及び/又はシリコンアルコキシドオリゴマーを
添加することを特徴とするシリカ粘性ゾルの製造
方法。1. A method for producing a viscous silica sol by hydrolyzing a metal alkoxide whose main component is silicon alkoxide in the presence of an acidic catalyst to form a viscous solution, in which the viscosity of the viscous solution is 10
A method for producing a viscous silica sol, which comprises adding silicon alkoxide and/or silicon alkoxide oligomer when the viscous sol reaches a poise or higher.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16277589A JPH0333008A (en) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Production of viscous silica sol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16277589A JPH0333008A (en) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Production of viscous silica sol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0333008A JPH0333008A (en) | 1991-02-13 |
| JPH054322B2 true JPH054322B2 (en) | 1993-01-19 |
Family
ID=15760985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16277589A Granted JPH0333008A (en) | 1989-06-27 | 1989-06-27 | Production of viscous silica sol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0333008A (en) |
-
1989
- 1989-06-27 JP JP16277589A patent/JPH0333008A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0333008A (en) | 1991-02-13 |
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