JP2022052497A - Granulated silica powder and production method of granulated silica powder - Google Patents

Granulated silica powder and production method of granulated silica powder Download PDF

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JP2022052497A JP2020158922A JP2020158922A JP2022052497A JP 2022052497 A JP2022052497 A JP 2022052497A JP 2020158922 A JP2020158922 A JP 2020158922A JP 2020158922 A JP2020158922 A JP 2020158922A JP 2022052497 A JP2022052497 A JP 2022052497A
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Abstract

To provide a granulated silica powder which has high purity and good flowability and from which a formed body having high uniformity with occurrence of bubbles suppressed therein can be obtained.SOLUTION: A granulated silica powder has: a D50 particle diameter (median diameter) of 75 μm or more and 200 μm or less; a repose angle of 20 degrees or more and 35 degrees or less; and a specific surface area of 0.3 m2/g or more and 10 m2/g or less. The granulated silica powder is a particle aggregate including 15% or more and 40% or less of a particle having a particle diameter of 10 μm or less.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、石英ガラス製の半導体治具や光ファイバーの製造に好適な造粒シリカ粉体に関する。 The present invention relates to granulated silica powder suitable for manufacturing a semiconductor jig made of quartz glass and an optical fiber.

石英ガラス成型体の製造法として、ベルヌイ法やプラズマ溶射法が知られている。これらは、酸水素炎やプラズマの高温領域にシリカ粉体を落下、吹き付けなどの方法で通過させ、溶融状態として基材に添着、積層して石英ガラス成型体を製造する方法である。ここで用いられるシリカ粉体は、100μm~200μmの粒径にそろえた天然石英粉体や、ゾル・ゲル法由来の合成石英粉体が用いられている。
例えば特許文献1には、ゾル・ゲル法により得られたシリカゲルを乾燥機内で乾燥したのち更に焼成することで、不純物及び発泡が抑えられた石英ガラス成型体を提供できる合成石英粉体を得ることが提案されている。
The Verneuil method and the plasma spraying method are known as a method for producing a quartz glass molded body. These are methods in which silica powder is passed through a high-temperature region of oxyhydrogen flame or plasma by a method such as dropping or spraying, and is attached to a substrate as a molten state and laminated to produce a quartz glass molded body. As the silica powder used here, natural quartz powder having a particle size of 100 μm to 200 μm or synthetic quartz powder derived from the sol-gel method is used.
For example, in Patent Document 1, a silica gel obtained by a sol-gel method is dried in a dryer and then further calcined to obtain a synthetic quartz powder capable of providing a quartz glass molded body in which impurities and foaming are suppressed. Has been proposed.

特許第4391529号Patent No. 4391529

しかしながら、従来使用されていた粒径100μm~200μmの天然シリカ粉体や合成シリカ粉体は、その粒子形状は破砕状で流動性が悪い、粒子表面は溶融するが中心部は溶融不十分という粒子内での溶融粘度のムラが生じやすい、などの問題があり、これが脈理などの成型体の不均一性を生じる原因となっており、改善が望まれている。 However, the conventionally used natural silica powders and synthetic silica powders having a particle size of 100 μm to 200 μm have a crushed particle shape and poor fluidity, and the particle surface is melted but the central part is insufficiently melted. There is a problem that unevenness of the melt viscosity in the inside is likely to occur, which causes non-uniformity of the molded body such as veins, and improvement is desired.

すなわち、ベルヌイ法やプラズマ溶射法で要求されるシリカ粉体の特性は、(I)適切な流動性(定量的に高温領域にフィードできる)、(II)溶融が容易、(III)無気泡の成型体ができる、(IV)成型体の均一性が得られる、というものである。要するに、高純度で流動性がよく、気泡の発生が抑えられた高均一性成型体が得られ得るシリカ粉体が求められている。
本発明は、このような要求を満たすシリカ粉体を提供することを課題とする。
That is, the characteristics of the silica powder required by the Bernui method and the plasma spraying method are (I) appropriate fluidity (which can be quantitatively fed to a high temperature region), (II) easy melting, and (III) bubble-free. A molded body can be formed, and (IV) the uniformity of the molded body can be obtained. In short, there is a demand for silica powder that can obtain a highly uniform molded product having high purity, good fluidity, and suppressed generation of bubbles.
An object of the present invention is to provide a silica powder satisfying such a requirement.

本発明者らは、上記のような状況下鋭意検討を進め、特定粒径のシリカ微粒子粉体を造粒して製造した造粒シリカ粉体が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。本発明は以下のものを含む。 The present inventors have made diligent studies under the above circumstances, and have found that a granulated silica powder produced by granulating silica fine particle powder having a specific particle size can solve the above-mentioned problems, and have found that the present invention can be solved. Completed. The present invention includes the following.

(1)D50粒径(メジアン径)が75μm以上200μm以下であり、安息角が20度以上35度以下であり、比表面積が0.3m/g以上10m/g以下である造粒シリカ粉体であって、
前記造粒シリカ粉体が、粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含む凝集粒子である造粒シリカ粉体。
(2)シラノール濃度が200ppm以下であり吸着水分量が1%以下である、(1)に記載の造粒シリカ粉体。
(3)Fe含有量が1ppm以下、Al含有量が0.1ppm以下、Ti含有量が0.01ppm以下である、(1)又は(2)に記載の造粒シリカ粉体。
(4)平均細孔径が1μm以上10μmである、(1)乃至(3)のいずれかに記載の造
粒シリカ粉体。
(5)粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含み、ゾル・ゲル法により得られた原料シリカを準備する準備ステップ、
原料シリカをスラリー化し、バインダーを加えて噴霧造粒する造粒ステップ、及び
得られた造粒粒子を1000℃以上1300℃以下で焼成する焼成ステップ、を含む造粒シリカ粉体の製造方法。
(6)前記造粒ステップにおいて、スラリー化に用いる媒体が水であり、バインダーがポリビニルピロリドンである、(5)に記載の造粒シリカ粉体の製造方法。
(1) Granulated silica having a D50 particle size (median diameter) of 75 μm or more and 200 μm or less, an angle of repose of 20 degrees or more and 35 degrees or less, and a specific surface area of 0.3 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. It ’s a powder,
The granulated silica powder is an aggregated silica powder containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less.
(2) The granulated silica powder according to (1), wherein the silanol concentration is 200 ppm or less and the adsorbed water content is 1% or less.
(3) The granulated silica powder according to (1) or (2), wherein the Fe content is 1 ppm or less, the Al content is 0.1 ppm or less, and the Ti content is 0.01 ppm or less.
(4) The granulated silica powder according to any one of (1) to (3), which has an average pore diameter of 1 μm or more and 10 μm.
(5) A preparatory step for preparing raw material silica obtained by a sol-gel method containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less.
A method for producing granulated silica powder, which comprises a granulation step in which raw material silica is slurried, a binder is added, and spray granulation is performed, and a firing step in which the obtained granulated particles are calcined at 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.
(6) The method for producing granulated silica powder according to (5), wherein in the granulation step, the medium used for slurrying is water and the binder is polyvinylpyrrolidone.

本発明により、高純度で流動性がよく、気泡の発生を抑えた高均一性の成型体が得られ得る造粒シリカ粉体を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a granulated silica powder which can obtain a highly uniform molded body having high purity and good fluidity and suppressing the generation of bubbles.

実施例で用いた原料シリカ粉体の粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the raw material silica powder used in an Example. 実施例で用いた原料シリカ粉体の粒度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the particle size distribution of the raw material silica powder used in an Example. 実施例で得られた造粒シリカ粉体の粒度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the particle size of the granulated silica powder obtained in an Example. 実施例で得られた造粒シリカ粉体のSEM画像を示す(図面代用写真)。The SEM image of the granulated silica powder obtained in the Example is shown (drawing substitute photograph). 実施例で用いたベルヌイ法(酸水素炎溶融法)装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the Verneuil method (oxyhydrogen flame melting method) apparatus used in an Example. 実施例で製造したインゴットの画像である(図面代用写真)。It is an image of the ingot manufactured in the example (photograph substitute for drawing). 比較例で得られた造粒シリカ粉体のSEM画像を示す(図面代用写真)。The SEM image of the granulated silica powder obtained in the comparative example is shown (drawing substitute photograph).

以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. It can be modified in various ways within the scope of the gist.

本発明の一実施形態は、D50粒径(メジアン径)が75μm以上200μm以下であり、安息角が20度以上35度以下であり、比表面積が0.3m/g以上10m/g以下である造粒シリカ粉体であって、前記造粒シリカ粉体が、粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含む凝集粒子である造粒シリカ粉体である。
従来使用されていた粒径100μm~200μmの天然シリカ粉体や合成シリカ粉体は、その粒子形状は破砕状で流動性が悪い、粒子表面は溶融するが中心部は溶融不十分という粒子内での溶融粘度のムラが生じやすい、などの問題点を有していたところ、本実施形態では特定の性質を有する造粒シリカ粉体とすることで、上記問題を解決できるものである。
In one embodiment of the present invention, the D50 particle size (median diameter) is 75 μm or more and 200 μm or less, the angle of repose is 20 degrees or more and 35 degrees or less, and the specific surface area is 0.3 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. The granulated silica powder is a granulated silica powder which is an aggregated particle containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less.
Conventionally used natural silica powders and synthetic silica powders with a particle size of 100 μm to 200 μm have a crushed particle shape and poor fluidity, and the particle surface melts but the central part melts insufficiently. However, in the present embodiment, the above-mentioned problem can be solved by using a granulated silica powder having a specific property, which has a problem that unevenness of the melt viscosity is likely to occur.

造粒シリカ粉体とすることで、流動性が良好な球状粒子を製造することが可能となり、また微粒子から造粒した造粒粒子であることから粒子の溶融の際に溶融ムラが少なくなる。 By using the granulated silica powder, it is possible to produce spherical particles having good fluidity, and since the granulated particles are granulated from the fine particles, the melting unevenness is reduced when the particles are melted.

造粒シリカ粉体は、D50粒径(メジアン径)が75μm以上200μm以下であり、100μm以上であることが好ましく、150μm以下であることが好ましい。メジアン径は頻度の累積が50%になる粒子径のことで、算出法の例として図2に示すように粒度分布曲線から作図で求めることができる。
造粒シリカ粉体のD50粒径を上記範囲とすることで、流動性が高く、粉体の移送の定量性が良好となる。なお、造粒粒子のD50粒径は、ふるい分け法やレーザー回折散乱法による粒度分布から算出することができ、篩などを用いた分級等により、D50粒径を上記範囲に調整することができる。
The granulated silica powder has a D50 particle size (median diameter) of 75 μm or more and 200 μm or less, preferably 100 μm or more, and preferably 150 μm or less. The median diameter is a particle diameter at which the cumulative frequency is 50%, and can be obtained by drawing from the particle size distribution curve as shown in FIG. 2 as an example of the calculation method.
By setting the D50 particle size of the granulated silica powder in the above range, the fluidity is high and the quantitativeness of the powder transfer is good. The D50 particle size of the granulated particles can be calculated from the particle size distribution by the sieving method or the laser diffraction / scattering method, and the D50 particle size can be adjusted within the above range by classification using a sieve or the like.

造粒シリカ粉体は、安息角が20度以上35度以下であり、25度以上であることが好ましく、30度以下であることが好ましい。
造粒シリカ粉体の安息角を上記範囲とすることで、流動性が高く、粉体の移送の定量性が良好となる。なお、安息角の測定方法は円筒回転法安息角測定装置(筒井理化学器械株式会社社製)を用いることができる。また、安息角の調整方法に関しては特に限定されないが、本明細書に記載した特定の粒度の原料を用い、噴霧造粒法で造粒することにより安息角を上記範囲内に調整することができる。
The granulated silica powder has an angle of repose of 20 degrees or more and 35 degrees or less, preferably 25 degrees or more, and preferably 30 degrees or less.
By setting the angle of repose of the granulated silica powder within the above range, the fluidity is high and the quantitativeness of the powder transfer is good. As a method for measuring the angle of repose, a cylindrical rotation method angle of repose measuring device (manufactured by Tsutsui Rikagaku Kikai Co., Ltd.) can be used. The method for adjusting the angle of repose is not particularly limited, but the angle of repose can be adjusted within the above range by granulating by the spray granulation method using the raw materials having a specific particle size described in the present specification. ..

造粒シリカ粉体は、比表面積が0.3m/g以上10m/g以下であり、0.5m/g以上であることが好ましく、3m/g以下であることが好ましい。
造粒シリカ粉体の比表面積を上記範囲とすることで、気泡の発生が抑えられた高均一性成型体が得られる粉体となる。なお、比表面積は、水銀ポロシメーターで測定することができ、以下に説明する粒径の原料を用いた噴霧造粒法で造粒シリカ粉体を造粒することにより比表面積を上記範囲内に調整することができる。
The granulated silica powder has a specific surface area of 0.3 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less, preferably 0.5 m 2 / g or more, and preferably 3 m 2 / g or less.
By setting the specific surface area of the granulated silica powder within the above range, a highly uniform molded body in which the generation of bubbles is suppressed can be obtained. The specific surface area can be measured with a mercury porosimeter, and the specific surface area is adjusted within the above range by granulating the granulated silica powder by the spray granulation method using the raw materials having the particle size described below. can do.

本実施形態の造粒シリカ粉体は、シリカ微粒子から造粒した凝集粒子であり、粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含む凝集粒子であり、粒子径10μm以下の粒子を20%以上含むことが好ましく、30%以下含むことが好ましい。
造粒シリカ粉体が、粒子径10μm以下の粒子を上記範囲含むことで、微粒子が焼成時に適切にバインダーとなり、造粒した成型体の強度を向上させることができるとともに、造粒シリカ粉体の細孔径や細孔容積が適切な値となる。また、成型体に存在する泡の原因となるシラノール除去に関し、微粒子ほどシラノール除去速度が速いため造粒品のシラノール濃度低減に有利となる。
The granulated silica powder of the present embodiment is agglomerated particles granulated from silica fine particles, and is agglomerated particles containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle size of 10 μm or less, and 20% of particles having a particle size of 10 μm or less. It is preferable to include the above, and it is preferable to include 30% or less.
When the granulated silica powder contains particles having a particle diameter of 10 μm or less in the above range, the fine particles can be appropriately used as a binder at the time of firing, and the strength of the granulated molded product can be improved, and the granulated silica powder can be used. The pore diameter and pore volume are appropriate values. Further, regarding the removal of silanol that causes bubbles existing in the molded body, the finer the particles, the faster the silanol removal rate, which is advantageous in reducing the silanol concentration of the granulated product.

造粒シリカ粉体が、粒子径10μm以下の粒子をどの程度の量を含むかは、造粒前であれば篩またはレーザー回折散乱法により求めることができ、造粒後であれば、その方法は限定されず、超音波などを用いて元のシリカが粉砕されない程度に造粒粉を解砕し、SEM観察やレーザー回折散乱法粒度分布測定することにより測定できる。特に簡易に行う場合には、適宜粒子を埋め込み切断し、それをもとに10μm以下の粒子の割合を推定してもよい。 The amount of particles having a particle diameter of 10 μm or less in the granulated silica powder can be determined by a sieve or a laser diffraction / scattering method before granulation, and the method after granulation. Is not limited, and it can be measured by crushing the granulated powder to the extent that the original silica is not crushed by using ultrasonic waves or the like, and measuring the particle size distribution by SEM observation or laser diffraction scattering method. If this is particularly simple, the particles may be appropriately embedded and cut, and the proportion of particles having a size of 10 μm or less may be estimated based on the particles.

本実施形態の造粒シリカ粉体は、シラノール濃度が200ppm以下であることが好ましく、100ppm以下であることがより好ましい。シラノール濃度を上記範囲とすることで、溶融時にシラノールから発生する水蒸気が少なくなり、ガラス成形体おいて水蒸気由来の泡の発生が抑制され、好ましい。シラノール濃度は、赤外分光光度計により測定できる。
また、造粒シリカ粉体は吸着水分量が1%以下であることが好ましく、0.1%以下であることがより好ましい。吸着水分量を上記範囲とすることで、シラノールと同じくガラス成形体おいて水蒸気由来の泡の発生が抑制され、好ましい。吸着水分量は、赤外線水分計により測定できる。
なお、シラノール濃度及び吸着水分量は、造粒シリカ粉体の製造において、焼成温度及び焼成時間を調整することで、所望の範囲とすることができる。
The granulated silica powder of the present embodiment preferably has a silanol concentration of 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less. By setting the silanol concentration in the above range, the amount of water vapor generated from the silanol during melting is reduced, and the generation of water vapor-derived bubbles in the glass molded product is suppressed, which is preferable. The silanol concentration can be measured by an infrared spectrophotometer.
Further, the granulated silica powder preferably has an adsorbed water content of 1% or less, more preferably 0.1% or less. By setting the amount of adsorbed water in the above range, the generation of bubbles derived from water vapor is suppressed in the glass molded product as in silanol, which is preferable. The amount of adsorbed water can be measured with an infrared moisture meter.
The silanol concentration and the amount of adsorbed water can be set in a desired range by adjusting the firing temperature and the firing time in the production of the granulated silica powder.

造粒シリカ粉体は、Fe含有量が1ppm以下であり、Al含有量が0.1ppm以下であり、Ti含有量が0.01ppm以下であることが好ましい。このように金属含有量が低いことで、半導体治具や光ファイバーの製造に好適なシリカ粉となり好ましい。金属含有量は、フッ酸で造粒シリカ粉体を溶解後、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)により測定できる。 The granulated silica powder preferably has an Fe content of 1 ppm or less, an Al content of 0.1 ppm or less, and a Ti content of 0.01 ppm or less. Such a low metal content makes silica powder suitable for manufacturing semiconductor jigs and optical fibers, which is preferable. The metal content can be measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after dissolving the granulated silica powder with hydrofluoric acid.

また、造粒シリカ粉体は、平均細孔径が1μm以上10μmであることが好ましく、3
μm以上7μmであることがより好ましい。また、平均細孔容積が0.15cc/g以上0.35cc/g以下であることが好ましく、0.2cc/g以上0.3cc/g以下であることがより好ましい。平均細孔径及び平均細孔容積が上記範囲にあることで気泡の発生が抑えられた高均一性成型体が得られる粉体となり、好ましい。平均細孔径及び平均細孔容積は、水銀ポロシメーターで測定することができる。
Further, the granulated silica powder preferably has an average pore diameter of 1 μm or more and 10 μm.
It is more preferably μm or more and 7 μm. Further, the average pore volume is preferably 0.15 cc / g or more and 0.35 cc / g or less, and more preferably 0.2 cc / g or more and 0.3 cc / g or less. When the average pore diameter and the average pore volume are in the above ranges, a highly uniform molded body in which the generation of bubbles is suppressed can be obtained, which is preferable. The average pore diameter and average pore volume can be measured with a mercury porosimeter.

造粒シリカ粉体は、その破壊強度が、取扱い上崩壊しない程度の強度が必要であるが、強度が高すぎると、溶融時のガス抜けが悪くなる。このため、0.5MPa以上10MPa以下であることが好ましく、1MPa以上5MPa以下であることがより好ましい。破壊強度は微小圧縮試験機で測定することができる。 The granulated silica powder needs to have a breaking strength that does not disintegrate due to handling, but if the strength is too high, gas release during melting becomes poor. Therefore, it is preferably 0.5 MPa or more and 10 MPa or less, and more preferably 1 MPa or more and 5 MPa or less. Fracture strength can be measured with a microcompression tester.

本実施形態の造粒シリカ粉体の製造方法を以下に説明する。なお、造粒シリカ粉体の製造方法は、本発明の別の形態である。
本発明の別の形態は、粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含み、ゾル・ゲル法により得られた原料シリカ粉体を準備する準備ステップ、原料シリカ粉体をスラリー化し、バインダーを加えて噴霧造粒する造粒ステップ、及び得られた造粒粒子を1000℃以上1300℃以下で焼成する焼成ステップ、を含む造粒シリカ粉体の製造方法である。
The method for producing the granulated silica powder of this embodiment will be described below. The method for producing the granulated silica powder is another embodiment of the present invention.
Another embodiment of the present invention includes a preparation step of preparing a raw material silica powder obtained by a sol-gel method containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less, and slurries the raw material silica powder into a binder. It is a method for producing a granulated silica powder including a granulation step of adding and spraying granulation, and a firing step of firing the obtained granulated particles at 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.

<準備ステップ>
準備ステップは、粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含み、ゾル・ゲル法により得られた原料シリカ粉体を準備するステップである。ゾル・ゲル法により製造されたシリカ粉体は、高純度でかつ適切な粒子径となりやすい。そのため、金属含有量が低く、半導体向け原料として好ましい。また、後述の造粒ステップにおけるスラリー調製において、分散性に優れる。
<Preparation step>
The preparation step is a step of preparing a raw material silica powder obtained by a sol-gel method containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less. Silica powder produced by the sol-gel method tends to have high purity and an appropriate particle size. Therefore, it has a low metal content and is preferable as a raw material for semiconductors. In addition, it is excellent in dispersibility in slurry preparation in the granulation step described later.

更に、粒子径10μm以下の微粒子を上記割合で含むことで、微粒子が適切にバインダーとなり、造粒シリカ粉体の細孔径や細孔容積が適切な値となる。また、成型体に存在する泡の原因となるシラノール除去を除去することができることから、造粒した成型体の強度を向上させることができる。
ゾル・ゲル法は、公知の方法を用いることができ、純度の面から、テトラメトキシシランやテトラエトキシシランをSi源として、加水分解することが好ましい。
Further, by including the fine particles having a particle diameter of 10 μm or less in the above ratio, the fine particles appropriately serve as a binder, and the pore diameter and the pore volume of the granulated silica powder become appropriate values. Further, since the silanol removal that causes bubbles existing in the molded body can be removed, the strength of the granulated molded body can be improved.
As the sol-gel method, a known method can be used, and from the viewpoint of purity, it is preferable to hydrolyze tetramethoxysilane or tetraethoxysilane as a Si source.

<造粒ステップ>
造粒ステップは、原料シリカをスラリー化し、バインダーを加えて噴霧造粒するステップである。造粒により、得られる造粒シリカ粉体を球形化でき、またこの方法を採用することでコンタミを抑制することができる。
<Granulation step>
The granulation step is a step in which raw material silica is slurried, a binder is added, and spray granulation is performed. By granulation, the obtained granulated silica powder can be sphericalized, and by adopting this method, contamination can be suppressed.

スラリー化する際の溶媒は通常水であるが、造粒の際の分散媒として使用できるものであれば、これに限られない。スラリーの粘度は特に限定されない。また、スラリー調製の際にバインダーを添加してもよい。バインダーは最終的な造粒シリカ粉体に残留しない物質が適しており、造粒後の焼成により燃焼分解、除去できる有機バインダーがよい。有機バインダーとしては、天然ポリマー、半合成ポリマー、合成ポリマーが挙げられるが、純度の観点から、合成ポリマーのアクリルポリマー、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールなどが好ましく、なかでもポリビニルピロリドンが好ましい。バインダーを用いる際には、原料シリカ100重量部に対し通常3重量部以上10重量部の割合で用いる。
噴霧は公知のスプレー(噴霧器)を用いればよく、特に限定されない。
造粒ステップで造粒した造粒シリカは、乾燥させてもよい。
The solvent for slurrying is usually water, but the solvent is not limited to this as long as it can be used as a dispersion medium for granulation. The viscosity of the slurry is not particularly limited. Further, a binder may be added at the time of preparing the slurry. The binder is suitable for a substance that does not remain in the final granulated silica powder, and an organic binder that can be decomposed and removed by combustion by firing after granulation is preferable. Examples of the organic binder include natural polymers, semi-synthetic polymers, and synthetic polymers. From the viewpoint of purity, synthetic polymers such as acrylic polymers, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, and polyvinyl alcohol are preferable, and polyvinylpyrrolidone is particularly preferable. When the binder is used, it is usually used in a ratio of 3 parts by weight or more to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the raw material silica.
The spraying may be a known spray (sprayer) and is not particularly limited.
The granulated silica granulated in the granulation step may be dried.

<焼成ステップ>
焼成ステップは、得られた造粒粒子を1000℃以上1300℃以下で焼成するステップである。焼成温度が低いと造粒品の強度が低く、高温すぎると造粒粉どうしの固着が起こり好ましくない。焼成温度は1100℃以上が好ましく、1250℃以下が好ましい。焼成時間は強度に影響があり、焼成時間は通常10時間以上100時間以下であり、30時間以上が好ましく60時間以下が好ましい。
焼成の際の雰囲気は特に限定さないが、乾燥空気雰囲気化で行うことが好ましい。乾燥空気としては露点-40℃以下であることが好ましい。
<Baking step>
The firing step is a step of firing the obtained granulated particles at 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. If the firing temperature is low, the strength of the granulated product is low, and if the temperature is too high, the granulated powders stick to each other, which is not preferable. The firing temperature is preferably 1100 ° C. or higher, preferably 1250 ° C. or lower. The firing time has an influence on the strength, and the firing time is usually 10 hours or more and 100 hours or less, preferably 30 hours or more, preferably 60 hours or less.
The atmosphere at the time of firing is not particularly limited, but it is preferable to create a dry air atmosphere. The dry air preferably has a dew point of −40 ° C. or lower.

上記造粒シリカ粉体は、ベルヌイ法やプラズマ溶射法など既知の方法により溶融されて、ガラス成型体となる。また、この際の溶融条件等も特に限定されるものではない。 The granulated silica powder is melted by a known method such as the Bernui method or the plasma spraying method to form a glass molded body. Further, the melting conditions and the like at this time are not particularly limited.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.

<実施例>
(1)原料シリカ粉体の調製
リボン型攪拌翼を有するジャケット付き横型円筒反応機に、TMOS(テトラメトキシシラン)とその6倍モル比の水を加えて、ジャケットに50℃の温水を通して、TMOSの加水分解を行い、生成したウェットゲルを抜き出した。抜き出したウェットゲルを孔径1mmの高速回転ミル型粉砕機(Quadro社製、Comil)を用いて粉砕したのち、粉砕物を150℃で乾燥して、乾燥シリカゲル粉体を得た。この粉体を目開き125μmの篩で分級し、その篩下の粉体をさらに目開きの細かい篩を使って分級し、原料シリカ粉体とした。原料シリカ粉体はA、Bの2種類調製し、その粉体の粒度分布を図1A、図1Bに示し、粒径10μm以下の粒子の割合はAは25%、Bは35%であった。
<Example>
(1) Preparation of raw material silica powder TMOS (tetramethoxysilane) and water having a molar ratio of 6 times that of TMOS (tetramethoxysilane) are added to a horizontal cylindrical reactor with a jacket having a ribbon-type stirring blade, and warm water at 50 ° C. is passed through the jacket to TMOS. Was hydrolyzed and the produced wet gel was extracted. The extracted wet gel was pulverized using a high-speed rotary mill type pulverizer (Comil manufactured by Quadro) having a pore diameter of 1 mm, and then the pulverized product was dried at 150 ° C. to obtain a dried silica gel powder. This powder was classified by a sieve having an opening of 125 μm, and the powder under the sieve was further classified by using a sieve having a fine opening to obtain a raw material silica powder. Two types of raw material silica powders, A and B, were prepared, and the particle size distributions of the powders were shown in FIGS. 1A and 1B. The proportion of particles having a particle size of 10 μm or less was 25% for A and 35% for B. ..

(2)造粒
上記(1)で調製した原料シリカ粉体を水に分散させ、原料シリカ30重量%のスラリーとした。さらに造粒バインダーとして、ポリビニルピロリドンを原料シリカ粉体100重量部に対し5重量部添加した。このスラリーに対し、スプレードライヤ(プリス社製)を使って、乾燥ガス温度150℃で噴霧乾燥して造粒粒子を得た。この造粒粒子を空気(露点-68℃)雰囲気中で1220℃、40時間加熱し、造粒シリカ粉体を得た。得られた造粒シリカ粉体の物性を以下のように測定した。
(2) Granulation The raw material silica powder prepared in (1) above was dispersed in water to prepare a slurry having 30% by weight of the raw material silica. Further, as a granulation binder, 5 parts by weight of polyvinylpyrrolidone was added to 100 parts by weight of the raw material silica powder. The slurry was spray-dried at a drying gas temperature of 150 ° C. using a spray dryer (manufactured by Pris) to obtain granulated particles. The granulated particles were heated at 1220 ° C. for 40 hours in an air (dew point −68 ° C.) atmosphere to obtain granulated silica powder. The physical characteristics of the obtained granulated silica powder were measured as follows.

<粒度分布>
得られた造粒シリカ粉体の粒度を、篩分けで測定した結果を図2に示す。原料シリカ粉体A、Bから製造した造粒シリカ粉体A、Bの粒度は一致した。なお、D50粒径(メジアン径)は図中に示した通り130μmであった。
このD50粒径(メジアン径)は、ステンレス製のJIS標準ふるいを用い、目開き45、75、106、125、150、212、250μmのふるいを順に使って、その通過重量を測定し、通過した累積重量をエクセルによりグラフ化し、平滑線を引いて、これを用いて累積%が50%となる点を求めることにより、求めた。
<Particle size distribution>
FIG. 2 shows the results of measuring the particle size of the obtained granulated silica powder by sieving. The particle sizes of the granulated silica powders A and B produced from the raw material silica powders A and B were the same. The D50 particle size (median diameter) was 130 μm as shown in the figure.
For this D50 particle size (median diameter), a JIS standard sieve made of stainless steel was used, and a sieve having a mesh size of 45, 75, 106, 125, 150, 212, and 250 μm was used in order, and the passing weight was measured and passed. The cumulative weight was graphed by Excel, a smooth line was drawn, and the point at which the cumulative% was 50% was obtained using this.

<SEM画像>
図3に、得られた造粒シリカ粉体のSEM画像を示す。粒子は球状(A)で、拡大すると(B)大粒子の隙間に小粒子が存在することが分かる。
<安息角>
得られた造粒シリカ粉体の安息角を、円筒回転法安息角測定装置(筒井理化学器械株式会社社製)で測定した結果、造粒シリカ粉体A、Bとも28度であった。
<SEM image>
FIG. 3 shows an SEM image of the obtained granulated silica powder. It can be seen that the particles are spherical (A), and when expanded, small particles are present in the gaps between the large particles (B).
<Angle of repose>
As a result of measuring the angle of repose of the obtained granulated silica powder with a cylindrical rotation method angle of repose measuring device (manufactured by Tsutsui Rikagaku Kikai Co., Ltd.), both the granulated silica powders A and B were 28 degrees.

<比表面積>
得られた造粒シリカ粉体の比表面積を、水銀ポロシメーターで測定した結果、比表面積はAは0.68m/g、Bは2.2m/g、細孔容積はAは0.25cc/g、Bは0.29あった。細孔径はA、Bとも3.7μmであった。
<硬度>
得られた造粒シリカ粉体の破壊強度の測定結果は、A、Bとも1.4MPaであり、通常取扱いに十分な硬さを有していた。
<不純物濃度>
ICP-MSにより、Fe、Al、Tiの濃度を測定した。その結果、造粒シリカ粉体Aの各濃度はFe、Al、Tiの順に0.68、0.04、<0.01ppm、同様に造粒シリカ粉体Bは0.55、0.07、<0.01ppmであった。
<Specific surface area>
As a result of measuring the specific surface area of the obtained granulated silica powder with a mercury porosimeter, the specific surface area was 0.68 m 2 / g for A, 2.2 m 2 / g for B, and the pore volume was 0.25 cc for A. / G and B were 0.29. The pore diameters of both A and B were 3.7 μm.
<Hardness>
The measurement result of the breaking strength of the obtained granulated silica powder was 1.4 MPa for both A and B, and the hardness was sufficient for normal handling.
<Impurity concentration>
The concentrations of Fe, Al and Ti were measured by ICP-MS. As a result, the concentrations of the granulated silica powder A were 0.68, 0.04, <0.01 ppm in the order of Fe, Al, and Ti, and similarly, the granulated silica powder B was 0.55, 0.07. It was <0.01 ppm.

(3)成型体の製造
図4に模式図を示すベルヌイ法(酸水素炎溶融法)装置で、上記得られた造粒シリカ粉体を用いて、ガラスインゴットを作製した。溶融したインゴット(親指大)写真を図5に示す。造粒シリカ粉体A、Bとも数個の気泡が発生したが、十分許容範囲であった。
(3) Production of molded body A glass ingot was produced using the obtained granulated silica powder by a Verneuil method (oxyhydrogen flame melting method) apparatus shown in FIG. 4 in a schematic diagram. A photograph of the molten ingot (thumb size) is shown in FIG. Several bubbles were generated in both the granulated silica powders A and B, but they were well within the permissible range.

<比較例>
実施例の(1)の125μm篩上のシリカゲル粉体を実施例と同じく1220℃で40時間焼成して、さらに212μm篩でふるい、その篩下シリカ粉体を得た。その粉体のD50は実施例の造粒粉体と一致した。また、その比表面積は0.1m/g未満、細孔容積は0.01cc/g未満であった。SEM画像を図6に示すが、粒子は破砕状で、造粒粒子の図3のような微粒子凝集構造は見当たらなかった。
このシリカ粉体の安息角を測定したところ37度であった。
また実施例と同じベルヌイ法装置を用いて、ガラスインゴットを作製しようとしたが、粉体溜り以降の配管で閉塞が起こり、スムーズに粉体が流れなかった。
<Comparison example>
The silica gel powder on the 125 μm sieve of Example (1) was calcined at 1220 ° C. for 40 hours in the same manner as in Example, and further sieved with a 212 μm sieve to obtain the silica gel powder under the sieve. The D50 of the powder was consistent with the granulated powder of the example. The specific surface area was less than 0.1 m 2 / g, and the pore volume was less than 0.01 cc / g. The SEM image is shown in FIG. 6, but the particles were crushed, and the fine particle agglomeration structure as shown in FIG. 3 of the granulated particles was not found.
The angle of repose of this silica powder was measured and found to be 37 degrees.
An attempt was made to fabricate a glass ingot using the same Verneuil method as in the examples, but the piping after the powder pool was clogged and the powder did not flow smoothly.

1 粉体ホッパー
2 粉体溜まり
3 バイブレーター
4 ノズルクッション
5 石英ノズル
6 耐熱煉瓦
7 インゴット
8 支持回転棒
9 モーター
10 昇降ステージ
1 Powder hopper 2 Powder pool 3 Vibrator 4 Nozzle cushion 5 Quartz nozzle 6 Heat-resistant brick 7 Ingot 8 Supporting rotary rod 9 Motor 10 Elevating stage

Claims (6)

D50粒径(メジアン径)が75μm以上200μm以下であり、安息角が20度以上35度以下であり、比表面積が0.3m/g以上10m/g以下である造粒シリカ粉体であって、
前記造粒シリカ粉体が、粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含む凝集粒子である造粒シリカ粉体。
A granulated silica powder with a D50 particle size (median diameter) of 75 μm or more and 200 μm or less, an angle of repose of 20 degrees or more and 35 degrees or less, and a specific surface area of 0.3 m 2 / g or more and 10 m 2 / g or less. There,
The granulated silica powder is an aggregated silica powder containing 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less.
シラノール濃度が200ppm以下であり吸着水分量が1%以下である、請求項1に記載の造粒シリカ粉体。 The granulated silica powder according to claim 1, wherein the silanol concentration is 200 ppm or less and the adsorbed water content is 1% or less. Fe含有量が1ppm以下、Al含有量が0.1ppm以下、Ti含有量が0.01ppm以下である、請求項1又は2に記載の造粒シリカ粉体。 The granulated silica powder according to claim 1 or 2, wherein the Fe content is 1 ppm or less, the Al content is 0.1 ppm or less, and the Ti content is 0.01 ppm or less. 平均細孔径が1μm以上10μm以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の造粒シリカ粉体。 The granulated silica powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the average pore diameter is 1 μm or more and 10 μm or less. 粒子径10μm以下の粒子を15%以上40%以下含み、ゾル・ゲル法により得られた原料シリカを準備する準備ステップ、
原料シリカをスラリー化し、バインダーを加えて噴霧造粒する造粒ステップ、及び
得られた造粒粒子を1000℃以上1300℃以下で焼成する焼成ステップ、を含む造粒シリカ粉体の製造方法。
Preparation step for preparing raw material silica obtained by the sol-gel method, which contains 15% or more and 40% or less of particles having a particle diameter of 10 μm or less.
A method for producing granulated silica powder, which comprises a granulation step in which raw material silica is slurried, a binder is added, and spray granulation is performed, and a firing step in which the obtained granulated particles are calcined at 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower.
前記造粒ステップにおいて、スラリー化に用いる媒体が水であり、バインダーがポリビニルピロリドンである、請求項5に記載の造粒シリカ粉体の製造方法。 The method for producing granulated silica powder according to claim 5, wherein in the granulation step, the medium used for slurrying is water and the binder is polyvinylpyrrolidone.
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