JP3504094B2 - Method for producing tin oxide fiber - Google Patents

Method for producing tin oxide fiber

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JP3504094B2
JP3504094B2 JP32517896A JP32517896A JP3504094B2 JP 3504094 B2 JP3504094 B2 JP 3504094B2 JP 32517896 A JP32517896 A JP 32517896A JP 32517896 A JP32517896 A JP 32517896A JP 3504094 B2 JP3504094 B2 JP 3504094B2
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tin oxide
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する利用分野】本発明は、酸化スズファイバ
ーの製造方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing tin oxide fibers.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化スズは、耐薬品性、耐熱性に優れ、
しかも導電性を広範囲において制御できる優れた材料で
あり種々の用途に用いられている。最近では、3次の非
線形光学材料としても研究が進められている。
2. Description of the Related Art Tin oxide has excellent chemical resistance and heat resistance,
Moreover, it is an excellent material capable of controlling conductivity in a wide range and is used for various purposes. Recently, research is also progressing as a third-order nonlinear optical material.

【0003】ガスセンサにおいては感度及び応答速度の
改善の観点から酸化スズのファイバ−形状での提供が強
く望まれてきた。また、高分子材料に導電性を付与する
目的でカ−ボンファイバ−等の添加が行われているが、
カ−ボンを用いた場合、それ自体黒色のため材料の明彩
色化が図れない、また非常に軽いため飛散し易い等の問
題点があった。このため、金属繊維や金属酸化物の粉末
を添加することが行なわれている。金属繊維は高い導電
性を有するものの長時間経過すると表面が酸化あるいは
腐食して導電性が低下するという欠点がある。また従来
の金属酸化物粉末は導電性が金属繊維ほど高くないので
高分子材料に導電性を付与するためにはどうしても比較
的多量に添加せざるを得ず、高分子材料が本来有する物
性を低下させる欠点があった。耐薬品性、耐熱性に優れ
る酸化スズにおいても導電性を付与した粉末形状での添
加が試みられている。ところで、導電性付与の効果は導
電性付与材料のアスペクト比が大きいほど、高くなるこ
とが知られている。このため、導電性を有する酸化スズ
のファイバ−化が求められていた。
In a gas sensor, it has been strongly desired to provide tin oxide in a fiber shape from the viewpoint of improving sensitivity and response speed. Further, carbon fibers and the like have been added for the purpose of imparting conductivity to polymer materials,
When carbon is used, there are problems that the material itself cannot be brightened because it is black and that it is very light and easily scatters. For this reason, it has been practiced to add powders of metal fibers and metal oxides. Although metal fibers have high conductivity, they have the drawback that their surface is oxidized or corroded over a long period of time to lower their conductivity. In addition, the conductivity of conventional metal oxide powders is not as high as that of metal fibers, so in order to impart conductivity to polymer materials, a relatively large amount must be added, and the physical properties inherent in polymer materials deteriorate. There was a drawback that caused it. Even tin oxide, which has excellent chemical resistance and heat resistance, has been attempted to be added in the form of powder that imparts conductivity. By the way, it is known that the effect of imparting conductivity increases as the aspect ratio of the conductivity imparting material increases. For this reason, it has been required to make tin oxide having conductivity into a fiber.

【0004】しかしながら、従来の固相反応法ではファ
イバ−を製造することは困難であった。このため、特開
昭60−5997号、特開昭60−161337号、特
開昭60ー158199号において、溶融析出法によっ
て酸化スズファイバーを製造する方法が提案されてい
る。しかしながら、これらの方法では1000℃以上の
高温且つ何日にもわたる反応時間を必要とするため、実
験室規模で極少量作製することは可能ではあるが、工業
的に製造できるまでには至っていない。しかも得られる
酸化スズファイバーの形状は直径1μm以下、長さが3
mm以下でアスペクト比も小さく、更に断面も矩形であ
ることが多いため複合材料として用いる場合、その機能
を充分に発揮させることができずその用途が限られてし
まうという問題があった。更に、長径が小さすぎるため
不織布、ペーパー状材料等を作製することが困難であっ
た。また、得られる複合材料の導電性等の物性値の再現
性を高めようとすれば、添加する酸化スズウィスカーの
形状および大きさを再現性よく制御することが重要であ
る。しかしながら、酸化スズウィスカーの形状を制御す
ることは実際困難であるので、酸化スズの繊維径および
長さを揃えようとすれば、偶然できたものを分級するし
かなかった。それ故、このような非効率的な方法で作製
したウィスカーはコストが極めて高く、実際に使用でき
なかった。
However, it has been difficult to manufacture fibers by the conventional solid-phase reaction method. Therefore, JP-A-60-5997, JP-A-60-161337, and JP-A-60-158199 propose methods for producing tin oxide fibers by a melt precipitation method. However, since these methods require a high temperature of 1000 ° C. or more and a reaction time of many days, it is possible to produce a very small amount on a laboratory scale, but it has not been industrially produced yet. . Moreover, the shape of the obtained tin oxide fiber is 1 μm or less in diameter and 3 in length.
When it is used as a composite material, there is a problem that its function cannot be sufficiently exerted and its application is limited because the aspect ratio is small when it is less than or equal to mm and the cross section is often rectangular. Furthermore, since the major axis is too small, it is difficult to produce a non-woven fabric, a paper-like material or the like. Further, in order to improve the reproducibility of physical properties such as conductivity of the obtained composite material, it is important to control the shape and size of the tin oxide whiskers to be added with good reproducibility. However, since it is actually difficult to control the shape of tin oxide whiskers, if the fiber diameters and lengths of tin oxide were to be made uniform, there was no choice but to classify what was accidentally produced. Therefore, the whiskers produced by such an inefficient method are extremely expensive and practically unusable.

【0005】本発明者らは、スズ化合物及びアルコ−ル
を主成分とする溶媒を用いると驚くべき事に曳糸性が現
れ、これを紡糸、加熱することにより、容易にしかもき
わめて安価に酸化スズファイバ−が得られることを見い
出し、既に提案した(特開平4ー35287、特開平5
ー117906、特開平5ー179512)。
The present inventors surprisingly exhibited spinnability when a solvent containing a tin compound and an alcohol as a main component was used. By spinning and heating the spinnable compound, it was possible to oxidize it easily and at extremely low cost. It was found that a tin fiber can be obtained, and it has already been proposed (JP-A-4-35287, JP-A-5-35287).
-117906, JP-A-5-179512).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このなかでスズ化合物
としてハロゲン化スズを採用した紡糸液から紡糸したゲ
ルファイバーを加熱処理する場合に、高温下でハロゲン
あるいはハロゲン化水素が発生して加熱処理炉を傷める
という問題があり、工業化にあたってこの問題を解決す
ることが求められていた。
Among them, when heat-treating a gel fiber spun from a spinning solution which employs tin halide as a tin compound, halogen or hydrogen halide is generated at a high temperature and a heat treatment furnace is used. There is a problem of damaging the material, and it was required to solve this problem in industrialization.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は鋭
意検討した結果、500℃以下の温度でも水蒸気雰囲気
中で一定時間保持すると酸化スズファイバー中のハロゲ
ン量が低減し、続いて高温で加熱処理しても発生するハ
ロゲン量が少なくなるので、加熱処理炉の損傷が小さく
なり加熱処理炉の材質選択に幅ができることを見い出
し、ここに本発明を完成させるに至った。
Therefore, as a result of diligent studies, the inventors of the present invention have found that when the temperature is kept at 500 ° C. or lower for a certain period of time in a steam atmosphere, the amount of halogen in the tin oxide fiber is reduced, and subsequently at high temperature. It has been found that the amount of halogen generated even when the heat treatment is performed is small, so that the damage of the heat treatment furnace is reduced and the material of the heat treatment furnace can be selected in various ways, and the present invention has been completed here.

【0008】即ち、本発明は、ハロゲンを含む酸化スズ
ファイバー用紡糸液から、紡糸した酸化スズゲルファイ
バーを、水蒸気を含む雰囲気中で500℃以下で加熱処
理し、次いで500℃を越える温度で加熱処理すること
を特徴とする酸化スズファイバーの製造方法である。
That is, according to the present invention, a tin oxide gel fiber spun from a spinning liquid for tin oxide fiber containing halogen is heat-treated at a temperature of 500 ° C. or lower in an atmosphere containing water vapor, and then heated at a temperature higher than 500 ° C. It is a method for producing tin oxide fiber, which is characterized in that it is treated.

【0009】次に本発明を更に具体的に説明する。Next, the present invention will be described more specifically.

【0010】本発明に用いる酸化スズファイバー用紡糸
液に用いれる溶媒は、後述するスズ化合物及び金属スズ
を溶解させるものであれば特に制限されないが、一般に
アルコール、アセトン等の有機溶媒あるいはアルコール
等の有機溶媒と水の混合溶液等が挙げられる。アルコー
ルを一般式ROHで表わすと、Rはメチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基、オクチル基等の非置換アル
キル基、2ーメトキシエチル基、2ーエトキシエチル
基、2ーヒドロキシエチル基、1ーメトキシー2ープロ
ピル基、メトキシエトキシエチル基、2ーフェニルエチ
ル基、フェニルメチル基等の置換アルキル基、アリル基
等の非置換アルケニル基、2ーメチルー2ープロペニル
基、3ーメチルー3ーブテニル基等の置換アルケニル基
等が挙げられる。
The solvent used in the spinning solution for tin oxide fiber used in the present invention is not particularly limited as long as it dissolves the tin compound and metallic tin which will be described later, but is generally an organic solvent such as alcohol or acetone, or an alcohol such as alcohol. Examples include a mixed solution of an organic solvent and water. When alcohol is represented by the general formula ROH, R is an unsubstituted alkyl group such as methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group and octyl group, 2-methoxyethyl group, 2-ethoxyethyl group, 2-hydroxyethyl group, 1-methoxy-2-propyl group. Group, a methoxyethoxyethyl group, a 2-phenylethyl group, a substituted alkyl group such as a phenylmethyl group, an unsubstituted alkenyl group such as an allyl group, a substituted alkenyl group such as a 2-methyl-2-propenyl group, and a 3-methyl-3-butenyl group.

【0011】上記の置換アルキル基、置換アルケニル基
または置換アリール基における置換基の具体例として
は、上記したRの具体例に見られるメトキシ基、エトキ
シ基等のアルコキシル基、ヒドロキシル基、フェニル基
等のアリール基、メチル基、エチル基等のアルキル基の
他に、アミノ基、シアノ基、Cl原子、Br原子、I原
子、F原子等のハロゲン等が挙げられる。
Specific examples of the substituent in the above-mentioned substituted alkyl group, substituted alkenyl group or substituted aryl group include alkoxy groups such as methoxy group and ethoxy group, hydroxyl group, phenyl group and the like which are found in the above-mentioned specific examples of R. In addition to the aryl group, the alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, a halogen atom such as an amino group, a cyano group, a Cl atom, a Br atom, an I atom and an F atom.

【0012】これらアルコ−ルの具体例として、メチル
アルコ−ル、エチルアルコ−ル、プロピルアルコ−ル、
ブチルアルコ−ル、オクチルアルコール、2ーメトキシ
エタノール、2ーエトキシエタノール、エチレングリコ
ール、1ーメトキシー2ープロピルアルコール、メトキ
シエトキシエタノール、2ーフェニルエチルアルコー
ル、ベンジルアルコ−ル、アリルアルコール、2ーメチ
ルー2ープロペンー1ーオール、3ーメチルー3ーブテ
ンー1ーオール等を挙げることができる。特に、メチル
アルコール、エチルアルコールは溶解度が高く好まし
い。上記アルコールは通常単独で用いられるが、金属ス
ズとの反応性、あるいは溶解性等を制御するために2種
類以上のアルコールの混合物を用いることもできる。
Specific examples of these alcohols include methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol,
Butyl alcohol, octyl alcohol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, ethylene glycol, 1-methoxy-2-propyl alcohol, methoxyethoxyethanol, 2-phenylethyl alcohol, benzyl alcohol, allyl alcohol, 2-methyl-2-propene-1. -Ol, 3-methyl-3-butene-1-ol and the like. Methyl alcohol and ethyl alcohol are particularly preferred because of their high solubility. The above alcohols are usually used alone, but a mixture of two or more kinds of alcohols can be used in order to control the reactivity with metal tin, the solubility, or the like.

【0013】本発明に用いる可溶性スズ化合物(以下、
スズ化合物という)としては、ハロゲン化スズが挙げら
れる。特に、併用する金属スズを溶解させる観点から、
ハロゲン化スズが好ましい。ハロゲン化スズのハロゲン
は、Cl、Br、I、F原子である。このハロゲン化ス
ズ化合物のなかでも、塩化スズ、臭化スズが価格、安定
性の点から好ましい。具体的には、SnCl2、SnC
2・2H20、SnBr2、SnI2、SnF2等がハロ
ゲン含有量の少なさから好ましく挙げられ、特に、Sn
Cl2、SnBr2、SnCl2・2H2Oが好ましく用い
られる。また該ハロゲン化スズ化合物において有機化合
物で修飾したもの、例えばSn(CH3)2Cl2等も使用
できる。有機スズ化合物としては、(CH32Sn、
(C252Sn、(C374Sn等が溶解する範囲で
使用または添加することができる。
The soluble tin compound used in the present invention (hereinafter,
Examples of the tin compound) include tin halides. In particular, from the viewpoint of dissolving the metal tin used in combination,
Tin halide is preferred. The halogen of the tin halide is Cl, Br, I, F atoms. Among these tin halide compounds, tin chloride and tin bromide are preferable in terms of price and stability. Specifically, SnCl 2 , SnC
l 2 .2H 2 0, SnBr 2 , SnI 2 , SnF 2 and the like are preferred because of their low halogen content, and Sn is particularly preferred.
Cl 2 , SnBr 2 and SnCl 2 .2H 2 O are preferably used. Further, the tin halide compound modified with an organic compound such as Sn (CH 3 ) 2 Cl 2 can also be used. Examples of the organic tin compound include (CH 3 ) 2 Sn,
It can be used or added within a range in which (C 2 H 5 ) 2 Sn, (C 3 H 7 ) 4 Sn and the like are dissolved.

【0014】本発明において、酸化スズファイバー用紡
糸液中のハロゲン量を低減させるために、また曳糸性を
向上させ、更に紡糸した酸化スズゲルファイバーの耐湿
性を向上させるために金属スズを併用することができ
る。
In the present invention, metallic tin is used in combination to reduce the amount of halogen in the tin oxide fiber spinning solution, to improve the spinnability, and to improve the moisture resistance of the spun tin oxide gel fiber. can do.

【0015】上記ハロゲン化スズ化合物と金属スズの配
合割合は、原子比〔X/Sn〕が、0.6〜2.0にな
るようにするのが好ましく、更に好ましくは0.6〜
1.5である。X、Snはそれぞれハロゲン、スズの原
子数を表す。原子比〔X/Sn〕が大きいほど金属スズ
は溶解しやすいが、あまりに大きくなると得られる紡糸
液を紡糸して得られたゲルファイバーの吸湿性が高くて
乾燥し難くなる。また、上記範囲より小さいと金属スズ
の溶解に長時間を要したり、スズ化合物及び金属スズと
溶液の配合割合にも依存するが、沈澱が生じる場合もあ
る。
The compounding ratio of the tin halide compound and metallic tin is preferably such that the atomic ratio [X / Sn] is 0.6 to 2.0, more preferably 0.6 to 2.0.
It is 1.5. X and Sn represent the numbers of atoms of halogen and tin, respectively. The larger the atomic ratio [X / Sn] is, the more easily the metallic tin is dissolved, but if the atomic ratio [X / Sn] is too large, the gel fiber obtained by spinning the obtained spinning solution has a high hygroscopic property and becomes difficult to dry. Further, if it is less than the above range, it may take a long time to dissolve the metal tin, and precipitation may occur depending on the mixing ratio of the tin compound and the metal tin to the solution.

【0016】上記スズ化合物と金属スズおよび溶媒の配
合割合は、スズ化合物および金属スズが溶媒に均一に溶
解する範囲であれば、特に制限されない。ただし、あま
りにスズ化合物と金属スズの割合が低い場合は曳糸性を
示さないのでかなり濃縮する必要があり、溶媒が無駄に
なる。また、スズ化合物と金属スズの濃度があまりにも
高いと完全に溶解せずに不溶物が残り均一な紡糸液が得
られない。従って、使用するスズ化合物、金属スズおよ
び溶媒の種類によってその配合割合は異なるが、一般的
には溶媒に対するスズ化合物および金属スズの使用割合
はモル比で0.01〜0.5が好ましい。この割合で配
合して透明で均一な溶液とした後、更に溶媒を蒸発させ
て濃縮し所望の粘度を有する紡糸液とする。
The mixing ratio of the tin compound, metallic tin and solvent is not particularly limited as long as the tin compound and metallic tin are uniformly dissolved in the solvent. However, if the ratio of the tin compound and the metallic tin is too low, the spinnability is not exhibited, so it is necessary to concentrate the solvent considerably, and the solvent is wasted. Further, if the concentrations of the tin compound and metallic tin are too high, the tin compound is not completely dissolved and the insoluble matter remains, so that a uniform spinning solution cannot be obtained. Therefore, the compounding ratio varies depending on the type of tin compound, metallic tin and solvent used, but generally, the molar ratio of the tin compound and metallic tin to the solvent is preferably 0.01 to 0.5. After mixing at this ratio to form a transparent and uniform solution, the solvent is further evaporated to concentrate the solution to obtain a spinning solution having a desired viscosity.

【0017】本発明に用いる金属スズの形状は特に限定
されず、板状、棒状、シート状、粒状、粉末状、砂状、
花状のものなどが挙げられ、溶解のしやすさの点からは
粒状、粉末状、砂状のものが好ましい。純度は高い方が
好ましいが、酸化スズファイバーが用いられる用途によ
って適宜決定すればよい。一般には、作製方法に影響を
与えず、後述する比抵抗および機械的強度や化学的安定
性に影響しない範囲であれば特に制限されないが、得ら
れる酸化スズファイバーが電池用材料として使用される
際には、電池反応以外の副反応を起こす元素を含まない
方がよい。例えば、電池が鉛蓄電池の場合、鉄、ニッケ
ル等の水素あるいは酸素過電圧等が低い元素を含まない
金属スズが好ましい。
The shape of metallic tin used in the present invention is not particularly limited, and may be plate-like, rod-like, sheet-like, granular, powder-like, sand-like,
Examples thereof include flower-like ones, and from the viewpoint of easy dissolution, granular, powdery, and sandy ones are preferable. The higher the purity, the better, but it may be appropriately determined depending on the use of the tin oxide fiber. Generally, it is not particularly limited as long as it does not affect the production method and does not affect the specific resistance and mechanical strength and chemical stability described later, but when the obtained tin oxide fiber is used as a battery material. It is better not to include an element that causes a side reaction other than the battery reaction. For example, when the battery is a lead storage battery, metal tin that does not contain hydrogen, such as iron and nickel, or an element having a low oxygen overvoltage is preferable.

【0018】本発明において、上記金属スズを溶解させ
る際に、酸素または空気を溶媒中に存在させておくこと
が溶解時間を短縮する観点から好ましい。
In the present invention, it is preferable that oxygen or air be present in the solvent when dissolving the metal tin from the viewpoint of shortening the dissolving time.

【0019】酸素または空気を溶媒中に吸収させる方法
は特に制限されないが溶媒を液滴または液膜状にして酸
素または空気中に分散させて吸収させる方法や、酸素ま
たは空気を溶媒からなる液相中に吹き込んで分散させて
吸収させる方法を用いることができるが、溶媒中に金属
スズが含有されていることから後者の方法が好ましい。
酸素または空気を溶媒からなる液相中に吹き込む方法や
装置は特に制限されず公知のものが採用できるが、細か
い気泡状にして溶媒と接触する面積を大きくし且つ容器
内の液相底部に吹き込んで接触時間を長くする方が溶解
操作時間を短縮できるので好ましい。これらの方法を具
体的に例示すると実験室的にはボンベに充填された酸素
または空気を先端にガラスフィルター等がついた管を通
して小さな気泡状にして溶媒中に吹き込む方法を用いる
事ができる。工業的には気泡塔、気泡攪拌槽等を用いる
事ができる。
The method of absorbing oxygen or air in the solvent is not particularly limited, but a method of forming the solvent in the form of droplets or a liquid film and dispersing it in oxygen or air to absorb it, or a liquid phase containing oxygen or air in the solvent It is possible to use a method in which the solvent is blown in to be dispersed and absorbed, but the latter method is preferable because metallic tin is contained in the solvent.
The method and apparatus for blowing oxygen or air into the liquid phase composed of the solvent are not particularly limited, and known ones can be adopted, but they are blown into the bottom of the liquid phase in the container by forming fine bubbles to increase the area in contact with the solvent. It is preferable to lengthen the contact time because the dissolution operation time can be shortened. To specifically exemplify these methods, a method in which oxygen or air filled in a cylinder is blown into a solvent in the form of small bubbles through a tube having a glass filter at the tip can be used in the laboratory. Industrially, a bubble column, a bubble stirring tank or the like can be used.

【0020】酸素又は空気の吹き込む量は、溶解させる
金属スズの量や溶媒の量によって大幅に変動するので一
義的には決められないが、通常溶媒に対する体積比で1
分間に1/2〜1/200の量を流すのが目安となる。
また吹き込み操作は、金属スズを溶媒中に投入する前後
から該金属スズが完全に溶解するまで連続的に実施する
のが一般的ではあるが、溶解状態を見ながら断続的に実
施しても良い。
The amount of oxygen or air blown in varies greatly depending on the amount of metal tin to be dissolved and the amount of solvent, but cannot be determined uniquely, but usually it is 1 by volume ratio to the solvent.
The standard is to flow an amount of 1/2 to 1/200 per minute.
Further, the blowing operation is generally performed continuously before and after the metallic tin is put into the solvent until the metallic tin is completely dissolved, but it may be intermittently performed while observing the dissolved state. .

【0021】本発明において、紡糸を安定的に行うため
に、且つ得られるファイバーの機械的強度や安定性を高
めるために、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム、
チタン、ジルコニウム、マグネシウム、ホウ素(以下、
総称して第二元素と言う場合もある)のアルコキシド、
ハロゲン化物、オキシ塩化物、硝酸塩、硫酸塩、あるい
はリン酸塩等の可溶性の金属化合物(以下、可溶性金属
化合物と言う場合もある)を酸化スズファイバー用紡糸
液中に添加することもできる。酢酸塩も可溶性であれば
用いることもできる。
In the present invention, in order to carry out spinning stably and to enhance the mechanical strength and stability of the obtained fiber, silicon, aluminum, germanium,
Titanium, zirconium, magnesium, boron (hereinafter,
(Although sometimes collectively referred to as the second element) alkoxide,
A soluble metal compound such as a halide, an oxychloride, a nitrate, a sulfate, or a phosphate (hereinafter sometimes referred to as a soluble metal compound) may be added to the tin oxide fiber spinning solution. If the acetate salt is also soluble, it can be used.

【0022】上記可溶性金属化合物の添加量は、紡糸、
加熱処理によって生じる最終形態の第二元素の酸化物が
前記範囲内の構成比率になるように予め算定して決定す
ればよい。通常、使用原料モル比からの計算値が酸化ス
ズファイバー中の第二元素の酸化物のモル比と一致す
る。
The amount of the soluble metal compound added is determined by spinning,
The oxide of the second element in the final form produced by the heat treatment may be calculated and determined in advance so that the composition ratio falls within the above range. Usually, the calculated value from the used raw material molar ratio agrees with the molar ratio of the oxide of the second element in the tin oxide fiber.

【0023】シリコンの可溶性金属化合物としては、シ
リコンアルコキシド、ハロゲン化ケイ素等が挙げられ
る。シリコンアルコキシドとしては、一般式Si(OR
A4、RBSi(ORA3、RBCSi(ORA2で表
されるシリコンアルコキシドが用いられる。ここで、R
A、RB、RCは、各々、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ペンチル基等の直鎖状または分岐状アル
キル基;エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペン
テニル基等の直鎖状または分岐状アルケニル基;フェニ
ル基等のアリール基を示す。シリコンアルコキシドを具
体的に例示すると、テトラメトキシシラン、テトラエト
キシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシ
シラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキ
シシラン、フェニルトリメトキシシラン、プロピルトリ
メトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、イソ
ブチルトリメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシ
シラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、メチル
トリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、アミ
ルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、
n−オクチルトリエトキシシラン、n−オクタデシルト
リエトキシシラン、n−ドデシルトリエトキシシラン、
メチルトリブトキシシラン、エチルトリブトキシシラ
ン、エチルトリプロポキシシラン、ビニルトリエトキシ
シラン、アリルトリエトキシシラン、ジフェニルジメト
キシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ビニルメチル
ジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、エチル
メチルジエトキシシラン等が挙げられる。ハロゲン化珪
素としては、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2
が挙げられる。
Examples of the soluble metal compound of silicon include silicon alkoxide and silicon halide. As the silicon alkoxide, the general formula Si (OR
Silicon alkoxides represented by A ) 4 , R B Si (OR A ) 3 and R B R C Si (OR A ) 2 are used. Where R
A , R B , and R C are each a linear or branched alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group; and a direct group such as an ethenyl group, a propenyl group, a butenyl group, and a pentenyl group. A chain or branched alkenyl group; an aryl group such as a phenyl group is shown. Specific examples of silicon alkoxides include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, and n-butyltrimethoxy. Silane, isobutyltrimethoxysilane, n-hexyltrimethoxysilane, n-octadecyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, amyltriethoxysilane, phenyltriethoxysilane,
n-octyltriethoxysilane, n-octadecyltriethoxysilane, n-dodecyltriethoxysilane,
Methyltributoxysilane, ethyltributoxysilane, ethyltripropoxysilane, vinyltriethoxysilane, allyltriethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, ethylmethyldiethoxysilane, etc. Is mentioned. Examples of silicon halides include SiCl 4 , SiHCl 3 , and SiH 2 Cl 2 .

【0024】アルミニウムの可溶性金属化合物の一例を
例示すると、AlCl3、AlCl3・6H2O、AlB
3、AlBr3・6H2O、AlI3、AlI3・6H
2O、Al(NO33・9H2O、Al(NO33・6H
2O、アルミニウムイソプロポキシド等のアルミニウム
のアルコキシド等が挙げられる。
Examples of soluble metal compounds of aluminum include AlCl 3 , AlCl 3 .6H 2 O and AlB.
r 3, AlBr 3 · 6H 2 O, AlI 3, AlI 3 · 6H
2 O, Al (NO 3) 3 · 9H 2 O, Al (NO 3) 3 · 6H
Examples include aluminum alkoxides such as 2 O and aluminum isopropoxide.

【0025】ゲルマニウムの可溶性金属化合物として
は、GeCl4、GeBr2、GeBr4、テトラエトキ
シゲルマニウム等のゲルマニウムアルコキシド等が挙げ
られ、チタンの可溶性金属化合物としては、TiC
4、TiCl3、TiCl2、TiBr4、TiBr4
6H2O、TiF4、テトライソプロポキシチタン等のチ
タンアルコキシド等が挙げられる。ジルコニムの可溶性
金属化合物としては、ZrCl4、Zr(NO34・5
2O、ZrOCl2・8H2O、ZrOI2・8H2O、
テトラブトキシジルコニウム等のジルコニウムアルコキ
シドが挙げられ、マグネシウムの可溶性金属化合物とし
ては、MgCl2・6H2O、MgBr2・6H2O、Mg
(NO32・nH2O、マグネシウムアルコキシド等が
挙げられる。ほう素の可溶性(金属)化合物としては、
247、H3BO3、HBF4、BBr2、トリメトキ
シボロン等のほう素アルコキシド等が挙げられる。
Examples of the soluble metal compound of germanium include germanium alkoxides such as GeCl 4 , GeBr 2 , GeBr 4 , and tetraethoxy germanium, and the soluble metal compound of titanium includes TiC.
l 4 , TiCl 3 , TiCl 2 , TiBr 4 , TiBr 4 ·
6H 2 O, TiF 4 , titanium alkoxides such as tetraisopropoxy titanium, and the like. Soluble metal compounds Jirukonimu, ZrCl 4, Zr (NO 3 ) 4 · 5
H 2 O, ZrOCl 2 · 8H 2 O, ZrOI 2 · 8H 2 O,
Zirconium alkoxides such as tetrabutoxy zirconium may be mentioned, and as the soluble metal compound of magnesium, MgCl 2 .6H 2 O, MgBr 2 .6H 2 O, Mg
(NO 3 ) 2 · nH 2 O, magnesium alkoxide and the like can be mentioned. As a soluble (metal) compound of boron,
Examples thereof include H 2 B 4 O 7 , H 3 BO 3 , HBF 4 , BBr 2 , and boron alkoxides such as trimethoxyboron.

【0026】また、上記可溶性金属化合物は最初から当
該化合物である必要はなく、溶液中で初期に当該化合物
となるようにしてもよい。例えば、ハロゲン化アルミニ
ウムの場合には、金属アルミニウムを溶液に添加してハ
ロゲン化スズを溶液に吹き込んで一部ハロゲン化しても
よい。
The soluble metal compound does not have to be the compound from the beginning, but may be the compound in the solution in the beginning. For example, in the case of aluminum halide, metallic aluminum may be added to the solution and tin halide may be blown into the solution to partially halogenate it.

【0027】可溶性金属化合物がジルコニウム化合物の
場合、酸化スズファイバー中に生成する酸化ジルコニウ
ムの正方晶、あるいは立方晶を安定化、あるいは準安定
化させて強度を高くしたり、酸素イオン導電性を高める
ために含有させる酸化カルシウム、酸化マグネシム等の
アルカリ土類酸化物、酸化イットリウム、酸化セリウ
ム、酸化ネオジウム、酸化サマリウム、酸化ガドリニウ
ム、酸化ユーロピウム、酸化スカンジウム等の希土類酸
化物の原料としては、これら各元素のアルコキシド、塩
化物、オキシ塩化物、硝酸塩、硫酸塩、あるいは酢酸塩
等の可溶性の原料を用いることができる。
When the soluble metal compound is a zirconium compound, the tetragonal crystal or cubic crystal of zirconium oxide formed in the tin oxide fiber is stabilized or meta-stabilized to increase the strength and oxygen ion conductivity. In order to contain calcium oxide, alkaline earth oxides such as magnesium oxide, yttrium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, samarium oxide, gadolinium oxide, europium oxide, and rare earth oxides such as scandium oxide, these elements are used as raw materials. Soluble raw materials such as alkoxides, chlorides, oxychlorides, nitrates, sulfates, or acetates can be used.

【0028】上記可溶性金属化合物を酸化スズファイバ
ー用紡糸液に添加することにより、高い湿度雰囲気下に
おいても比較的安定的にしかも長径の大きなファイバー
を紡糸することができる。又、紡糸直後のゲルファイバ
ーは軟化して崩れやすくなることが少なくなるため取扱
いが非常に容易になる。更に最終的に得られるファイバ
ーの機械的強度や耐食性等の化学的安定性が向上する。
By adding the soluble metal compound to the tin oxide fiber spinning solution, it is possible to spin a fiber having a large major axis relatively stably even in a high humidity atmosphere. Further, the gel fiber immediately after spinning is less likely to be softened and crumbled, which makes the handling very easy. Further, the finally obtained fiber has improved chemical stability such as mechanical strength and corrosion resistance.

【0029】酸化スズは加熱処理温度により、非晶質あ
るいは結晶質のどちらの形態でも存在するが、導電性の
高いものを得たい場合には結晶質の方が好ましい。ま
た、アルコール可溶性金属化合物は後述する加熱処理に
より、第二元素の酸化物となる。酸化スズは第二元素の
酸化物を一部固溶、大部分を混合物の形態で含有して存
在しているものと推定される。固溶する場合には、第二
元素は酸化スズ中のスズ原子に置換し、あるいは酸化ス
ズの結晶構造中に侵入し存在するが、この場合も単に酸
化物の形態で含有するとここでは表現することもある。
また、固溶しないで混合物の形態で存在する場合も、第
二元素は、酸素が存在する雰囲気下で加熱処理を行った
ものは大部分酸化物となるが、一部酸化しないで含有さ
れる場合もある。
Although tin oxide exists in either an amorphous or crystalline form depending on the heat treatment temperature, the crystalline form is preferred in order to obtain a highly conductive one. Further, the alcohol-soluble metal compound becomes an oxide of the second element by the heat treatment described later. It is presumed that tin oxide exists as a solid solution of a part of the oxide of the second element, and most of it is contained in the form of a mixture. In the case of solid solution, the second element substitutes for a tin atom in tin oxide or penetrates into the crystal structure of tin oxide and exists, but in this case also, it is expressed here as being contained only in the form of an oxide. Sometimes.
In addition, even when it does not form a solid solution and exists in the form of a mixture, the second element is mostly an oxide when subjected to heat treatment in an atmosphere in which oxygen exists, but is contained without being partially oxidized. In some cases.

【0030】第二元素の酸化物であるシリカ、酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化
ホウ素等の成分は、酸化スズに固溶するごく少量を除い
て、大部分酸化スズ中に混合物の形態で分散して存在す
るものと推定される。酸化ゲルマニウムおよび酸化チタ
ンの場合には、固溶する範囲が更に広くなる。また、約
16〜約82モル%、あるいは約12〜約86モル%
(該範囲は報告者によって多少異なる)の酸化チタンを
添加した場合には、スピノーダル分解によって酸化スズ
がリッチな固溶体と酸化チタンリッチな固溶体に分離
し、両相がミクロな構造で複合化されて存在していると
考えられる。その結果、機械的強度が向上する以外に、
新規な繊維状のコンデンサ材料、ガスセンサ素子のよう
な半導体材料として有望なものとなる。
The components of the oxides of the second element such as silica, aluminum oxide, zirconium oxide, magnesium oxide and boron oxide are mostly in the form of a mixture in tin oxide, except for a very small amount which forms a solid solution in tin oxide. It is presumed that they exist dispersedly in. In the case of germanium oxide and titanium oxide, the range of solid solution becomes wider. Also, about 16 to about 82 mol%, or about 12 to about 86 mol%.
When titanium oxide (the range is slightly different depending on the reporter) was added, spinodal decomposition separated tin oxide-rich solid solution and titanium oxide-rich solid solution, and both phases were complexed with a microstructure. Presumed to exist. As a result, besides improving the mechanical strength,
It is promising as a novel fibrous capacitor material and a semiconductor material such as a gas sensor element.

【0031】上記第二元素の酸化物は、それぞれ単独で
含有されてもよく、あるいは複数が同時に含有されてい
てもよい。該成分の含有量は、特に制限されず目的に応
じて適宜決定すればよい。特に引っ張り強度等を高めた
い場合には、該成分が多めに含有されていることが有効
となる。通常、酸化スズ20〜98モル%、第二元素の
酸化物は2〜80モル%である。酸化スズファイバー中
の第二元素の酸化物の構成比率は、化学分析や蛍光X線
分析によって確認できるが、通常は原料比から理論的な
計算で算出されたものと大差を生じないので、製造原料
比が明かな場合は該原料比から算出することもできる。
The above-mentioned second element oxides may be contained individually, or a plurality of them may be contained simultaneously. The content of the component is not particularly limited and may be appropriately determined according to the purpose. Particularly when it is desired to increase the tensile strength and the like, it is effective to contain a large amount of the component. Usually, tin oxide is 20 to 98 mol%, and the oxide of the second element is 2 to 80 mol%. The composition ratio of the oxide of the second element in the tin oxide fiber can be confirmed by chemical analysis or X-ray fluorescence analysis, but it usually does not differ greatly from that calculated by theoretical calculation from the raw material ratio. When the raw material ratio is clear, it can be calculated from the raw material ratio.

【0032】また、本発明において、高速での紡糸を可
能にするために可溶性高分子化合物を酸化スズファイバ
ー用紡糸液中に添加することもできる。このような高分
子化合物としては可溶な高分子化合物であれば何等制限
なく使用することができる。具体的に例示すれば、エチ
ルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、プロ
ピオン酸セルロース、三酢酸セルロース、アセチルブチ
ルセルロース、ヒドロキシルプロピルセルロース等のセ
ルロース類、ポリビニルブチラール、ポリメチレンオキ
シド、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシ
ド、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。これらの可溶性高
分子化合物の添加量は、上記金属スズに対して、0.0
1〜20重量%が好ましい。上記可溶性高分子化合物の
添加量が0.01重量%よりも少ないと充分な効果が得
られない。一方、20重量%を越えてもその効果は飽和
するだけでなく、紡糸したゲルファイバーを加熱処理す
る時に、カーボンや炭酸ガスの発生量が増加して除去し
難くなったり、得られるファイバー中に気孔が生成した
りするので好ましくない。
In the present invention, a soluble polymer compound may be added to the tin oxide fiber spinning solution in order to enable high-speed spinning. As such a high molecular compound, any soluble high molecular compound can be used without any limitation. Specific examples include celluloses such as ethyl cellulose, cellulose acetate, cellulose nitrate, cellulose propionate, cellulose triacetate, acetyl butyl cellulose and hydroxyl propyl cellulose, polyvinyl butyral, polymethylene oxide, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacetic acid. Vinyl etc. are mentioned. The addition amount of these soluble polymer compounds is 0.0 with respect to the metal tin.
1 to 20% by weight is preferable. If the amount of the soluble polymer compound added is less than 0.01% by weight, a sufficient effect cannot be obtained. On the other hand, if the amount exceeds 20% by weight, the effect is not only saturated, but also when the spun gel fiber is heat-treated, the amount of carbon and carbon dioxide gas generated increases and it is difficult to remove it. Porosity is generated, which is not preferable.

【0033】本発明において、導電性の高い酸化スズフ
ァイバーを得るためには、酸化スズファイバー用紡糸液
中に可溶性周期律表第V族化合物(以下第V族化合物と
いう)を必要に応じて含有させることができる。この第
V族化合物は、後述する加熱処理によって最終的には酸
化物となって酸化スズ中に固溶するか或は混合物となっ
て存在する。
In the present invention, in order to obtain a tin oxide fiber having high conductivity, a soluble group V compound (hereinafter referred to as a group V compound) of the periodic table is contained in the tin oxide fiber spinning solution, if necessary. Can be made. The Group V compound is finally converted into an oxide by the heat treatment described later and is dissolved as a solid solution in tin oxide or exists as a mixture.

【0034】第V族化合物としては、バナジウム化合
物、ニオブ化合物、タンタル化合物、アンチモン化合
物、あるいはビスマス化合物等の第V族元素の化合物が
挙げられる。これらの化合物は可溶性であることが必要
であるが、溶液に前述のハロゲン化水素が溶解している
場合には、例えばアンチモンのような単体でも溶解する
場合があるので、このような単体も用いることができ
る。
Examples of the Group V compound include compounds of Group V elements such as vanadium compounds, niobium compounds, tantalum compounds, antimony compounds, and bismuth compounds. These compounds are required to be soluble, but when the above-mentioned hydrogen halide is dissolved in the solution, a simple substance such as antimony may also be dissolved. Therefore, such a simple substance is also used. be able to.

【0035】具体的には、バナジウム化合物として、V
Br3、VCl2、VCl3、VCl4、VOBr2、VO
Br3、VOCl3、VF3、VF4、VF5、VI36H2
O、バナジウムのアルコキシドが挙げられ、ニオブ化合
物として、NbCl5、NbBr5、NbF5、NbOC
3、ニオブのアルコキシドが挙げられ、タンタル化合
物として、TaBr5、TaCl5、タンタルのアルコキ
シドが、アンチモン化合物として、SbCl3、SbC
5、SbBr3、オキシ塩化アンチモン、あるいはアン
チモンのアルコキシドが、また、ビスマス化合物として
は、BiCl3、BiI3、ビスマスのアルコキシド等が
挙げられる。
Specifically, as the vanadium compound, V
Br 3 , VCl 2 , VCl 3 , VCl 4 , VOBr 2 , VO
Br 3 , VOCl 3 , VF 3 , VF 4 , VF 5 , VI 3 6H 2
Examples of the niobium compound include NbCl 5 , NbBr 5 , NbF 5 , and NbOC.
l 3 , alkoxides of niobium, tantalum compounds such as TaBr 5 , TaCl 5 and tantalum alkoxides, and antimony compounds such as SbCl 3 and SbC.
Examples include l 5 , SbBr 3 , antimony oxychloride, or antimony alkoxide, and examples of the bismuth compound include BiCl 3 , BiI 3 , and bismuth alkoxide.

【0036】上記第V族化合物の配合割合は、目的とす
る導電性を勘案して酸化スズファイバー中の第V族元素
の酸化物量を算出し、それに基づいて決定される。
The blending ratio of the group V compound is determined based on the calculated amount of the oxide of the group V element in the tin oxide fiber in consideration of the intended conductivity.

【0037】金属スズ、可溶性金属化合物、可溶性高分
子化合物、および可溶性第V族化合物とアルコール等の
溶媒の溶解方法は、特に限定されない。例えば、攪拌
下、アルコール等の溶媒に金属スズ、可溶性金属化合
物、可溶性高分子化合物、および可溶性第V族化合物を
同時に、または順次溶解させる方法等を用いることがで
きる。溶解時の温度条件も特に限定されず、通常室温〜
溶媒の沸点温度範囲で実施するが、溶解を促進するため
に、溶媒をリフラックスさせることも効果的である。
更に本発明の紡糸液の安定性を向上させるために、更に
アセチルアセトン、アセト酢酸エチル、マロン酸ジエチ
ル等のカルボキシル基を2個以上有する化合物等、ある
いは酒石酸、コハク酸、乳酸等の有機酸をスズの錯化剤
として適宜含有させてもよく、更に曳糸性を増すための
化合物を添加することも可能である。
The method of dissolving the tin metal, the soluble metal compound, the soluble polymer compound, the soluble group V compound and the solvent such as alcohol is not particularly limited. For example, a method of dissolving metal tin, a soluble metal compound, a soluble polymer compound, and a soluble Group V compound in a solvent such as alcohol under stirring simultaneously or sequentially can be used. The temperature condition at the time of dissolution is not particularly limited, and is usually room temperature to
Although it is carried out within the boiling temperature range of the solvent, it is also effective to reflux the solvent in order to promote the dissolution.
Further, in order to improve the stability of the spinning solution of the present invention, a compound having two or more carboxyl groups such as acetylacetone, ethyl acetoacetate, and diethyl malonate, or an organic acid such as tartaric acid, succinic acid, or lactic acid is added to tin It may be optionally contained as a complexing agent, and it is also possible to add a compound for increasing the spinnability.

【0038】紡糸方法は特に制限はなく、従来の紡糸方
法を用いることができる。例えば、紡糸ノズルから紡糸
液を押し出す方法等が挙げられる。得られるファイバー
の長径、及び直径等は前記紡糸液の粘度、ノズル径ある
いは紡糸ノズルから紡糸液を押し出す速度等を調整する
ことによって任意に制御することができる。
The spinning method is not particularly limited, and a conventional spinning method can be used. For example, a method of extruding a spinning solution from a spinning nozzle can be used. The major axis, the diameter, etc. of the obtained fiber can be arbitrarily controlled by adjusting the viscosity of the spinning solution, the nozzle diameter, the speed at which the spinning solution is extruded from the spinning nozzle, and the like.

【0039】ゲルファイバー中に存在する水、アルコー
ル等の揮発成分を、乾燥によって除去することが良好な
酸化スズファイバーを得るために望ましい。かかる乾燥
は、後述する加熱処理と同時に行っても良いが、加熱処
理前に予め行う方が良好なファイバーを得るためには好
ましい。これらの場合、乾燥温度は得られるファイバー
にクラックが発生することを防止するために、出来るだ
け低い温度で行うことが好ましいが、溶媒に沸点の高い
アルコールを用いた場合には、余り低すぎると乾燥に長
時間を要し、効果的でない。一般的な乾燥温度は室温〜
200℃の範囲とすることが好ましい。
It is desirable to remove the volatile components such as water and alcohol present in the gel fiber by drying in order to obtain a good tin oxide fiber. Such drying may be performed at the same time as the heat treatment described below, but it is preferable to perform the drying before the heat treatment in order to obtain a good fiber. In these cases, the drying temperature is preferably as low as possible in order to prevent the occurrence of cracks in the obtained fiber, but when an alcohol having a high boiling point is used as the solvent, it is too low. It takes a long time to dry and is not effective. Typical drying temperature is room temperature ~
It is preferably in the range of 200 ° C.

【0040】ゲルファイバーの加熱処理は、ゲルファイ
バーからアルコールなどの有機溶媒、あるいは水、ハロ
ゲンなどを除去してSn−O−Sn結合等を形成してフ
ァイバーの骨格を強くし、更に結晶化させる温度で行わ
れる。紡糸液から紡糸したままのゲルファイバーはその
ままではSn−O−Sn結合が充分に形成されておら
ず、充分な機械的強度や耐食性等の化学的安定性を示さ
ない。また、第V族化合物を添加して、得られるファイ
バーの導電性を向上させる場合も加熱処理が必要であ
る。紡糸液から紡糸したままのゲルファイバーはそのま
までは充分な導電性を示さない。導電性はゲルファイバ
ーを加熱処理して、ゲルファイバーからアルコールなど
の有機溶媒、水、あるいはハロゲンなどを除去してSn
−O−Sn結合等を形成し、更に第V族元素を酸化スズ
中に固溶させることで発現する。このような観点から、
加熱処理は、500℃を越える温度で行うことが望まし
い。300℃の加熱処理でも、X線回折で結晶化が始ま
っていることが確認できるが、結晶化は充分ではなく、
また酸、アルカリ等に対する耐食性等の化学的安定性も
まだ充分でない。一方、加熱処理温度があまりに高すぎ
ると、酸化スズの分解が進行したり、ファイバー中の結
晶粒が成長し過ぎてファイバー強度が低下したり、ある
いはエネルギーが無駄になるなどの問題が生じる。上記
理由により、加熱処理温度は500℃を越えて1550
℃以下の範囲が好ましい。更に好適には600〜120
0℃の温度で加熱処理することが好ましい。
The heat treatment of the gel fiber removes an organic solvent such as alcohol, water, halogen or the like from the gel fiber to form a Sn—O—Sn bond or the like to strengthen the skeleton of the fiber and further crystallize it. Done at temperature. The gel fiber as-spun from the spinning solution does not have sufficient Sn—O—Sn bond formed as it is, and does not exhibit sufficient mechanical strength or chemical stability such as corrosion resistance. Further, when the Group V compound is added to improve the conductivity of the obtained fiber, the heat treatment is necessary. The gel fiber as spun from the spinning solution does not show sufficient conductivity as it is. As for conductivity, Sn gel is obtained by heating gel fiber to remove organic solvent such as alcohol, water, or halogen from gel fiber.
-O-Sn bond and the like are formed, and the group V element is expressed by solid solution in tin oxide. From this perspective,
The heat treatment is preferably performed at a temperature higher than 500 ° C. It can be confirmed that crystallization has started by X-ray diffraction even with heat treatment at 300 ° C, but crystallization is not sufficient,
Further, chemical stability such as corrosion resistance against acids and alkalis is not yet sufficient. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, decomposition of tin oxide proceeds, crystal grains in the fiber grow too much, the fiber strength decreases, and energy is wasted. For the above reason, the heat treatment temperature exceeds 500 ° C and 1550 ° C.
The range of ℃ or less is preferable. More preferably 600 to 120
It is preferable to perform heat treatment at a temperature of 0 ° C.

【0041】本発明において重要なことは、予め500
℃以下の温度で加熱処理してゲルファイバー中のハロゲ
ン化水素あるいはゲルファイバーを構成する元素と結合
しているハロゲンを除去しておくことである。ハロゲン
を除去するために直接500℃を越える温度で加熱処理
を行うと、多量のハロゲン化水素やハロゲンが500℃
を越える温度で直接電気炉の構成材料と接触して電気炉
が短時間で損傷を受ける。500℃を越える高温下でハ
ロゲン化水素やハロゲンに対して耐食性の高い材料とし
てはセラミックスや石英ガラス等以外になかなか見つか
らないのが現状である。石英ガラス等は高価で、また、
大型のものを製造することはできないため、酸化スズフ
ァイバーを工業的に大量に生産することができない。
What is important in the present invention is 500
That is, the heat treatment is carried out at a temperature of ℃ or less to remove the hydrogen halide in the gel fiber or the halogen bonded to the element constituting the gel fiber. If heat treatment is directly performed at a temperature exceeding 500 ° C to remove halogen, a large amount of hydrogen halide and halogen will be 500 ° C.
Direct contact with the constituent materials of the electric furnace at a temperature of over 100 ° C. damages the electric furnace in a short time. At present, as a material having high corrosion resistance against hydrogen halide and halogen at a high temperature of more than 500 ° C., it is difficult to find any materials other than ceramics and quartz glass. Quartz glass etc. are expensive,
Since it is not possible to manufacture a large one, tin oxide fibers cannot be industrially produced in large quantities.

【0042】上記問題を解決するために種々検討したと
ころ、加熱処理温度を高温にするほどハロゲン化水素や
ハロゲンは除去し易くなるが、500℃以下の低い温度
でも水蒸気雰囲気中である一定時間保持するとゲルファ
イバー中のハロゲンが低減することを見い出した。この
場合、続いて500℃を越える温度で加熱処理しても発
生するハロゲン化水素やハロゲン量が少なくなるので、
電気炉の構成材料の損傷が少なくなり、工業化に適した
方法となる。
As a result of various studies to solve the above problems, the higher the heat treatment temperature, the easier it is to remove hydrogen halide and halogen. However, even at a low temperature of 500 ° C. or less, a certain period of time is maintained in a steam atmosphere. Then, it was found that the halogen in the gel fiber was reduced. In this case, since the amount of hydrogen halide and the amount of halogen generated will be small even if the subsequent heat treatment at a temperature exceeding 500 ° C.,
The damage to the constituent materials of the electric furnace is reduced, and the method is suitable for industrialization.

【0043】本発明において、加熱処理雰囲気として
は、ゲルファイバー中に存在するカーボン成分を除去し
たり、スズや第V族元素を酸化物にするために、空気あ
るいは酸素雰囲気を採用することが好ましい。
In the present invention, the heat treatment atmosphere is preferably an air or oxygen atmosphere in order to remove the carbon component existing in the gel fiber or to turn tin or a Group V element into an oxide. .

【0044】更に、500℃以下の温度で加熱処理を行
う場合、水蒸気を含む雰囲気を採用することが、ゲルフ
ァイバー中のハロゲン化水素やゲルファイバーを構成す
る元素と結合したハロゲンを除去するために必要であ
る。水蒸気を含む雰囲気にしないと、ハロゲン化水素や
ハロゲンの除去に長時間を要するので、効率が非常に悪
くなる。加熱処理雰囲気中に水蒸気を導入すれば、ファ
イバー中のハロゲン量が低減する。また、ファイバー中
のハロゲン量を低減させる観点から硫黄含有化合物を加
熱処理雰囲気中に導入したり、あるいは予め該化合物を
酸化スズファイバー用紡糸液中に含有させておくことも
できる。
Furthermore, when heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or lower, it is preferable to use an atmosphere containing water vapor in order to remove hydrogen halide in the gel fiber and halogen combined with the elements constituting the gel fiber. is necessary. If the atmosphere containing water vapor is not used, it takes a long time to remove the hydrogen halide and the halogen, resulting in very poor efficiency. Introducing water vapor into the heat treatment atmosphere reduces the amount of halogen in the fiber. Further, from the viewpoint of reducing the amount of halogen in the fiber, the sulfur-containing compound may be introduced into the heat treatment atmosphere, or the compound may be contained in the tin oxide fiber spinning solution in advance.

【0045】雰囲気を水蒸気雰囲気にする方法は何ら限
定されず公知の方法が採用できる。例えば、大気下ある
いは加圧下で水をボイラー等で加熱し蒸気化して得られ
る水蒸気を加熱処理雰囲気に導入する。導入後は加熱処
理雰囲気を密封系にして水蒸気雰囲気に保っても良い
が、ハロゲンの除去効率を高めるためには水蒸気を含む
空気等のガスを加熱処理雰囲気内に流し続けることが好
ましい。通常の空気又は酸素雰囲気で加熱処理すると雰
囲気中に存在する水蒸気の量は少ない。本発明において
は、積極的に水蒸気雰囲気を採用することが重要であ
り、雰囲気中の水蒸気量は、少なくとも10体積%あれ
ば良い。
The method of making the atmosphere of water vapor is not limited at all, and a known method can be adopted. For example, water vapor obtained by heating water in a boiler or the like to vaporize it under atmospheric pressure or under pressure is introduced into the heat treatment atmosphere. After the introduction, the heat treatment atmosphere may be kept in a water vapor atmosphere by forming a sealed system, but it is preferable to continuously flow a gas such as air containing water vapor into the heat treatment atmosphere in order to improve the halogen removal efficiency. When heat treatment is performed in a normal air or oxygen atmosphere, the amount of water vapor present in the atmosphere is small. In the present invention, it is important to positively adopt a water vapor atmosphere, and the amount of water vapor in the atmosphere may be at least 10% by volume.

【0046】また、500℃を越える温度での加熱処理
においても水蒸気雰囲気を採用することが好ましいが、
特に500℃以下の温度で水蒸気を含む雰囲気で処理す
ると、ゲルファイバー中で重縮合が促進され結合が強く
なるという利点もある。しかし、あまりに低い温度で水
蒸気を含む雰囲気中でゲルファイバーを処理するとゲル
ファイバーの形状が崩れる場合があるので、水蒸気を含
む雰囲気で処理する温度は150℃以上が好ましく、更
に好ましくは200℃以上である。しかしながら、一旦
150℃あるいは200℃以上の温度で処理したファイ
バーは骨格がある程度形成されているので、室温から水
蒸気を含む雰囲気中で処理してもファイバー形状は崩れ
ない。
Further, it is preferable to use a steam atmosphere also in the heat treatment at a temperature exceeding 500 ° C.,
In particular, treatment at a temperature of 500 ° C. or lower in an atmosphere containing water vapor has an advantage that polycondensation is promoted in the gel fiber and the bond is strengthened. However, if the gel fiber is treated in an atmosphere containing water vapor at an excessively low temperature, the shape of the gel fiber may collapse. Therefore, the temperature in the atmosphere containing water vapor is preferably 150 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher. is there. However, since the fiber once treated at a temperature of 150 ° C. or 200 ° C. or higher has a skeleton formed to some extent, the shape of the fiber does not collapse even if treated at room temperature to an atmosphere containing water vapor.

【0047】500℃以下の加熱処理温度で保持する時
間は、用いる紡糸液中のハロゲン量や添加剤の種類、及
び電気炉の昇温速度、保持温度、水蒸気分圧や酸素分圧
あるいは流速等に依存するので一義的には決められな
い。予め、500℃以下のある温度で保持時間を変え
て、ファイバー中のハロゲン量を測定して適宜最適条件
を決めておけばよい。重要な点は、500℃以下の低い
温度でファイバー中のハロゲン量を低減させておいてか
ら、続いて500℃を越える温度で加熱処理することで
ある。
The holding time at a heat treatment temperature of 500 ° C. or lower is the amount of halogen in the spinning solution used, the type of additive, the heating rate of the electric furnace, the holding temperature, the steam partial pressure, the oxygen partial pressure, the flow rate, etc. Since it depends on, it cannot be decided uniquely. It is only necessary to change the holding time at a certain temperature of 500 ° C. or lower, measure the halogen content in the fiber, and determine the optimum conditions in advance. The important point is to reduce the amount of halogen in the fiber at a low temperature of 500 ° C. or lower, and then heat-treat at a temperature higher than 500 ° C.

【0048】本発明の、第V族化合物を含有する酸化ス
ズファイバー用紡糸液から得られる酸化スズファイバー
の比抵抗値は、第V族化合物の種類、添加量、焼成雰囲
気及び焼成温度等によって大きく変わるが、通常、10
3〜10ー1Ω・cmの値をとることができる。還元雰囲
気で焼成すると10-4Ω・cmの値も得ることができ
る。
The specific resistance value of the tin oxide fiber obtained from the spinning solution for tin oxide fiber containing the Group V compound of the present invention is large depending on the kind of the Group V compound, the addition amount, the firing atmosphere and the firing temperature. Usually 10
It can take values of 3 to 10 -1 Ω · cm. A value of 10 −4 Ω · cm can be obtained by firing in a reducing atmosphere.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明の方法により、電気炉の損傷が少
なく工業的化に適した酸化スズファイバーの製造方法が
確立できた。
According to the method of the present invention, a method for producing tin oxide fiber, which has less damage to an electric furnace and is suitable for industrialization, can be established.

【0050】[0050]

【実施例】本発明を以下実施例によって具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって限定されるもの
ではない。
EXAMPLES The present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0051】実施例1 塩化第一スズ(SnCl2)318.71g(1.68
モル)および金属スズ(Sn)275.41g(2.3
2モル)をメタノール1,920gに加えて攪拌しなが
ら溶解させた。溶解後、三塩化アンチモン(SbC
3)48.1g(0.211モル)とテトラエトキシ
シラン92.5g(0.444モル)を添加溶解させ
た。この溶液を濃縮して高粘性の紡糸液を調製した。こ
の紡糸液を圧力を加えてノズルから押し出し、ドラムに
連続的に巻き取った。得られたゲルファイバーを室温で
1日放置後、1℃/minの速度で400℃まで昇温
し、その温度で4時間保持した。また、温度が200℃
に達してから50vol%の水蒸気濃度の水蒸気と空気
の混合ガスを加熱容器に導入した。尚、別途降温後に取
り出したファイバー中の残留塩素量は0.6重量%であ
った。このファイバーを2℃/minの速度で800℃
まで昇温させ、その温度で2時間保持して加熱処理を行
なった。得られたファイバーは平均30μmの直径を有
し、ケイ光X線分析により、アンチモン、シリカが仕込
組成通りファイバー中に存在していることが確認され、
塩素は検出されなかった。また、X線回折の結果、酸化
スズのピークを有すること、アンチモンはその酸化物な
どのピークはみられず酸化スズ中に固溶していることが
確認された。得られたファイバ−の比抵抗は平均1Ω・
cmであった。また、ファイバーの引っ張り強度は平均
40MPaであった。
Example 1 318.71 g (1.68) of stannous chloride (SnCl 2 ).
Mole) and metallic tin (Sn) 275.41 g (2.3
(2 mol) was added to 1,920 g of methanol and dissolved with stirring. After dissolution, antimony trichloride (SbC
l 3 ) 48.1 g (0.211 mol) and tetraethoxysilane 92.5 g (0.444 mol) were added and dissolved. This solution was concentrated to prepare a highly viscous spinning solution. The spinning solution was extruded from the nozzle by applying pressure and continuously wound on a drum. The gel fiber thus obtained was allowed to stand at room temperature for 1 day, then heated to 400 ° C. at a rate of 1 ° C./min, and kept at that temperature for 4 hours. Also, the temperature is 200 ℃
Then, a mixed gas of steam and air having a steam concentration of 50 vol% was introduced into the heating container. The amount of residual chlorine in the fiber taken out after the temperature was separately lowered was 0.6% by weight. This fiber is 800 ℃ at a speed of 2 ℃ / min
The temperature was raised to, and the temperature was maintained for 2 hours for heat treatment. The obtained fiber had an average diameter of 30 μm, and it was confirmed by fluorescence X-ray analysis that antimony and silica were present in the fiber according to the charged composition.
No chlorine was detected. Further, as a result of X-ray diffraction, it was confirmed that it had a peak of tin oxide, and that the peak of antimony was not found in the oxide thereof and was dissolved in tin oxide. The specific resistance of the obtained fiber is 1Ω on average.
It was cm. The tensile strength of the fiber was 40 MPa on average.

【0052】実施例2 実施例1と同様にしてゲルファイバーを紡糸した。得ら
れたゲルファイバーを室温で1日放置後、1℃/min
の速度で300℃まで昇温しその温度で7時間保持し
た。また、温度が200℃に達してから50vol%の
水蒸気濃度の水蒸気と空気の混合ガスを加熱容器に導入
した。尚、別途降温後取り出したファイバー中の残留塩
素量は1.0重量%であった。このファイバーを2℃/
minの速度で800℃まで昇温しその温度で2時間保
持して加熱処理を行なった。得られたファイバーは平均
30μmの直径を有し、ケイ光X線分析により、アンチ
モン、シリカが仕込組成通りファイバー中に存在してい
ることが確認され、塩素は検出されなかった。また、X
線回折の結果、酸化スズのピークを有すること、アンチ
モンはその酸化物などのピークはみられず酸化スズ中に
固溶していることが確認された。得られたファイバ−の
比抵抗は平均1Ω・cmであった。また、ファイバーの
引っ張り強度は平均40MPaであった。
Example 2 Gel fibers were spun in the same manner as in Example 1. After leaving the obtained gel fiber at room temperature for 1 day, 1 ° C / min
The temperature was raised to 300 ° C. at the rate of and the temperature was maintained for 7 hours. Further, after the temperature reached 200 ° C., a mixed gas of steam and air having a steam concentration of 50 vol% was introduced into the heating container. The residual chlorine content in the fiber taken out after the temperature was separately lowered was 1.0% by weight. This fiber is 2 ℃ /
The temperature was raised to 800 ° C. at a rate of min and the temperature was maintained for 2 hours for heat treatment. The obtained fiber had an average diameter of 30 μm, and it was confirmed by fluorescence X-ray analysis that antimony and silica were present in the fiber according to the charged composition, and chlorine was not detected. Also, X
As a result of the line diffraction, it was confirmed that it had a tin oxide peak and that antimony was not dissolved in tin oxide without a peak of its oxide or the like. The specific resistance of the obtained fiber was 1 Ω · cm on average. The tensile strength of the fiber was 40 MPa on average.

【0053】実施例3 実施例1と同様にしてゲルファイバーを紡糸した。得ら
れたゲルファイバーを室温で1日放置後、1℃/min
の速度で500℃まで昇温しその温度で1時間保持し
た。この時、温度が200℃に達してから50vol%
の水蒸気濃度の水蒸気と空気の混合ガスを加熱容器に導
入した。尚、別途降温後取り出した試料の残留塩素量は
0.03重量%であった。このファイバーを2℃/mi
nの速度で800℃まで昇温しその温度で2時間保持し
て加熱処理を行なった。得られたファイバーは平均30
μmの直径を有し、ケイ光X線分析により、アンチモ
ン、シリカが仕込組成通りファイバー中に存在している
ことが確認され、塩素は検出されなかった。また、X線
回折の結果、酸化スズのピークを有すること、アンチモ
ンはその酸化物などのピークはみられず酸化スズ中に固
溶していることが確認された。得られたファイバ−の比
抵抗は平均1Ω・cmであった。また、ファイバーの引
っ張り強度は平均40MPaであった。
Example 3 Gel fibers were spun in the same manner as in Example 1. After leaving the obtained gel fiber at room temperature for 1 day, 1 ° C / min
The temperature was raised to 500 ° C. at the rate of and the temperature was maintained for 1 hour. At this time, 50vol% after the temperature reached 200 ℃
A mixed gas of water vapor and air having a water vapor concentration of was introduced into a heating container. The residual chlorine content of the sample taken out after the temperature was separately lowered was 0.03% by weight. This fiber is 2 ℃ / mi
The temperature was raised to 800 ° C. at a rate of n, and the temperature was maintained for 2 hours for heat treatment. 30 fibers on average
It had a diameter of μm, and it was confirmed by fluorescence X-ray analysis that antimony and silica were present in the fiber according to the charged composition, and chlorine was not detected. Further, as a result of X-ray diffraction, it was confirmed that it had a peak of tin oxide, and that the peak of antimony was not found in the oxide thereof and was dissolved in tin oxide. The specific resistance of the obtained fiber was 1 Ω · cm on average. The tensile strength of the fiber was 40 MPa on average.

【0054】比較例1 実施例1と同様にして作製したゲルファイバーを、水蒸
気を導入せずに空気中(水蒸気濃度1.2vol%)で
1℃/minの速度で400℃まで昇温させ、その温度
で保持せず降温した。降温後取り出したファイバー中の
残留塩素量は4.6重量%であった。
Comparative Example 1 A gel fiber produced in the same manner as in Example 1 was heated to 400 ° C. at a rate of 1 ° C./min in air (water vapor concentration 1.2 vol%) without introducing water vapor. The temperature was lowered without being held at that temperature. The residual chlorine content in the fiber taken out after the temperature was lowered was 4.6% by weight.

【0055】比較例2 実施例1と同様にして作製したゲルファイバーを、水蒸
気を導入せずに空気中(水蒸気濃度1.2vol%)で
1℃/minの速度で300℃まで昇温させ、その温度
で保持させずに降温した。降温後取り出した試料の残留
塩素量は8.8重量%であった。
Comparative Example 2 A gel fiber produced in the same manner as in Example 1 was heated to 300 ° C. at a rate of 1 ° C./min in air (water vapor concentration 1.2 vol%) without introducing water vapor. The temperature was lowered without being kept at that temperature. The residual chlorine content of the sample taken out after cooling was 8.8% by weight.

【0056】比較例3 実施例1と同様にして作製したゲルファイバーを、水蒸
気を導入せずに空気中(水蒸気濃度1.2vol%)で
1℃/minの速度で800℃まで昇温させたが、50
0℃を越える温度でハロゲン化水素やハロゲンが多量に
発生し、電気炉を損傷させた。
Comparative Example 3 The gel fiber produced in the same manner as in Example 1 was heated to 800 ° C. at a rate of 1 ° C./min in air (water vapor concentration 1.2 vol%) without introducing water vapor. But 50
A large amount of hydrogen halide or halogen was generated at a temperature exceeding 0 ° C., which damaged the electric furnace.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01F 9/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) D01F 9/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ハロゲンを含む酸化スズファイバー用紡
糸液から紡糸した酸化スズゲルファイバーを、水蒸気を
含む雰囲気中で500℃以下で加熱処理し、次いで50
0℃を越える温度で加熱処理することを特徴とする酸化
スズファイバーの製造方法。
1. A tin oxide gel fiber spun from a tin oxide fiber spinning solution containing halogen is heat-treated at 500 ° C. or lower in an atmosphere containing water vapor, and then 50
A method for producing a tin oxide fiber, which comprises heat-treating at a temperature exceeding 0 ° C.
【請求項2】 水蒸気を含む雰囲気中の水蒸気濃度が1
0体積%以上である請求項1記載の酸化スズファイバー
の製造方法。
2. A water vapor concentration in an atmosphere containing water vapor is 1
The method for producing a tin oxide fiber according to claim 1, wherein the content is 0% by volume or more.
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