JPH01275447A - Production of titania-silica glass by sol-gel process - Google Patents

Production of titania-silica glass by sol-gel process

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JPH01275447A
JPH01275447A JP10238988A JP10238988A JPH01275447A JP H01275447 A JPH01275447 A JP H01275447A JP 10238988 A JP10238988 A JP 10238988A JP 10238988 A JP10238988 A JP 10238988A JP H01275447 A JPH01275447 A JP H01275447A
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JP
Japan
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alkoxide
silica glass
gel
sol
titanium
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Application number
JP10238988A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuhiko Adachi
龍彦 足立
Sumio Sakka
作花 済夫
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Ube Exsymo Co Ltd
Original Assignee
Ube Nitto Kasei Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01275447A publication Critical patent/JPH01275447A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C1/00Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
    • C03C1/006Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels to produce glass through wet route

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Abstract

PURPOSE:To prevent the cracking of gel in drying and calcining stages by hydrolyzing silicon alkoxide and titanium alkoxide and adding a prescribed amt. of DMF to the resulting soln. before gelling. CONSTITUTION:Silicon alkoxide and titanium alkoxide are hydrolyzed by adding water to a soln. of the alkoxides in alcohol in 2-30 molar ratio of water to the alkoxides. The resulting soln. is converted into gel after 0.25-3 times as much DMF as the soln. is added to the soln. and the gel is dried and heated to obtain titania-silica glass.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、チタニア−シリカガラスの製造法に関するも
のであり、詳しくはシリコンアルコキシド及びチタンア
ルコキシドを加水分解して得られるゾルから乾燥ゲルを
作り、このゲルを焼成しガラスとする製造法に係わる。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing titania-silica glass, and more specifically, a dry gel is produced from a sol obtained by hydrolyzing silicon alkoxide and titanium alkoxide. , relates to a method of producing glass by firing this gel.

(発明の背景) およそ10%以下のチタニアを含むシリカガラスは、純
粋なシリカガラスよりも低い熱膨張係数をもつガラスと
して知られているが、融点が高く、現在では四塩化チタ
ン及び四塩化ケイ素を原料としてフレームハイトロリシ
ス法により、特殊な炉を使用して1750℃以上の温度
で製造されている。
(Background of the Invention) Silica glass containing approximately 10% or less titania is known to have a lower coefficient of thermal expansion than pure silica glass, but it has a high melting point and is currently used for titanium tetrachloride and silicon tetrachloride. It is manufactured using a special furnace at a temperature of 1750°C or higher using the flame hytrolysis method as a raw material.

これに対して最近、シリコンアルコキシド及びチタンア
ルコキシドを出発原料とするゾル−ゲル法によるチタニ
ア−シリカガラスの合成が試みられている。
In response, attempts have recently been made to synthesize titania-silica glass by a sol-gel method using silicon alkoxide and titanium alkoxide as starting materials.

ゾル−ゲル法の長所は、従来の溶融によるガラスの製造
法に比べて、低温で加熱することによりガラスを作るこ
とができること、また低温での加熱により結晶化を防ぐ
ことができること、さらに溶液を出発原料とするので純
度や均一性に優れたガラスを製造できることなどが挙げ
られるが、その反面ゲル化後の湿潤ゲルの乾燥工程及び
乾燥ゲルの焼成工程において、亀裂や破砕を生じやすい
という欠点があり、現在までに金属アルコキシドを出発
原料とする方法では、小さなサイズのガラスしか作製さ
れていなかった。
The advantages of the sol-gel method, compared to conventional glass manufacturing methods by melting, are that glass can be made by heating at low temperatures, crystallization can be prevented by heating at low temperatures, and the solution Since it is used as a starting material, it is possible to produce glass with excellent purity and uniformity, but on the other hand, it has the disadvantage that cracks and fractures easily occur during the drying process of the wet gel after gelation and the firing process of the dry gel. Until now, only small-sized glasses could be produced using methods using metal alkoxides as starting materials.

湿潤ゲルの乾燥工程においてゲル体に亀裂が生じる原因
は、ゲルの細孔を満たしている液体の表面張力に基づく
毛管応力によるものである。
The cause of cracks in the gel body during the drying process of a wet gel is due to capillary stress based on the surface tension of the liquid filling the pores of the gel.

毛管応力は細孔径に反比例するので、細孔径を大きくし
て毛管応力を小さくすればこの問題は解消される。
Since capillary stress is inversely proportional to pore diameter, this problem can be solved by increasing the pore diameter and reducing capillary stress.

そこで、細孔径を拡大する方法として加水分解の触媒と
してアンモニアを添加すること、乾燥温度を高くするこ
と、アルコキシドに対する水のモル比を大きくすること
、などの対策が講じられてきた。
Therefore, measures have been taken to expand the pore size, such as adding ammonia as a hydrolysis catalyst, increasing the drying temperature, and increasing the molar ratio of water to alkoxide.

しかし、細孔径を大きくする方法には限界があり、大き
な容量のガラスを製造するまでに至っていない。
However, there are limits to the method of enlarging the pore diameter, and it has not been possible to produce glass with a large capacity.

また、別の問題としてゾル−ゲル法によるチタニア−シ
リカガラスの製造においては、チタンアルコキシドの加
水分解重縮合速度が、シリコンアルコキシドの加水分解
重縮合速度に比べて非常に早く、チタンアルコキシドが
選択的に加水分解を受けてチタニアの微粒子を形成しや
すいので、均一にチタニアが分散した透明なシリカガラ
スを作ることが難しかった。
Another problem is that in the production of titania-silica glass by the sol-gel method, the rate of hydrolytic polycondensation of titanium alkoxide is much faster than that of silicon alkoxide, and titanium alkoxide is selective. Because titania tends to undergo hydrolysis and form fine particles of titania, it has been difficult to create transparent silica glass in which titania is uniformly dispersed.

本発明は、以上の如き背景に鑑みてなされたものであり
、第1の目的として、ゲル体の乾燥過程における亀裂の
発生及び乾燥ゲル体の焼成過程における亀裂や破砕の発
生を防ぎ、かつ焼結温度の高温化を回避しつつ大径のガ
ラスを得る製造方法にあり、また、他の目的として、均
一にチタニアが分散できるゾル−ゲル法によるチタニア
−シリカガラスの製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above background, and the first object is to prevent the occurrence of cracks in the drying process of a gel body and the occurrence of cracks and fractures in the firing process of a dried gel body, and to The object of the present invention is to provide a method for producing glass with a large diameter while avoiding an increase in the crystallization temperature, and as another object, to provide a method for producing titania-silica glass using a sol-gel method in which titania can be uniformly dispersed. be.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明は、シリコンアル
コキシド及びチタンアルコキシドを含むアルコール溶液
を、水の存在下に加水分解1重縮合を行いゲル体を生成
させるゲル化工程、その後前記ゲル体を乾燥する乾燥ゲ
ル体形成工程、さらにこの乾燥ゲル体を焼成してガラス
にする焼成工程からなる。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention performs hydrolysis single polycondensation of an alcohol solution containing silicon alkoxide and titanium alkoxide in the presence of water to generate a gel body. It consists of a gelling step, a dry gel body forming step of drying the gel body, and a firing step of firing the dry gel body to make glass.

ここで、上記ゲル化工程において、シリコンアルコキシ
ド及びチタンアルコキシドのアルコキシドの合計量に対
してモル比で2〜30倍の水を添加すること、且つゲル
化前の溶液中に、シリコンアルコキシド及びチタンアル
コキシドの合計量に対して、モル比で0.25〜3.0
倍のジメチルホルムアミド(以下DMFと略す)を添加
することが望ましい。
Here, in the gelation step, water is added in a molar ratio of 2 to 30 times the total amount of alkoxides of silicon alkoxide and titanium alkoxide, and silicon alkoxide and titanium alkoxide are added to the solution before gelation. 0.25 to 3.0 in molar ratio to the total amount of
It is desirable to add twice as much dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF).

また、チタンアルコキシドの急激な加水分解によるチタ
ニア微粒子の析出を防ぐため、チタンアルコキシドを、
あらかじめキレート化剤によってチタンのキレート化合
物を形成させたのち加水分解を行う方法、もしくはシリ
コンアルコキシドにゲル化しない量の水を添加して部分
的に加水分解した後、チタンアルコキシドを添加してシ
リコン−チタン複合アルコキシドを形成させ、しかる後
に水を添加して加水分解する方法、もしくはチタンアル
コキシドの加水分解を遅くする溶媒を添加して加水分解
する方法を適宜選択して用いる。
In addition, in order to prevent the precipitation of titania fine particles due to rapid hydrolysis of titanium alkoxide, titanium alkoxide is
A method in which a titanium chelate compound is formed in advance with a chelating agent and then hydrolyzed, or a silicon alkoxide is partially hydrolyzed by adding an amount of water that does not gel, and then a titanium alkoxide is added to form a silicone compound. A method in which titanium composite alkoxide is formed and then hydrolyzed by adding water, or a method in which a solvent that slows down the hydrolysis of titanium alkoxide is added and hydrolyzed is appropriately selected and used.

上記のチタンアルコキシドの加水分解を制御する方法は
、いずれもチタニアの選択的な加水分解を制御する目的
で使用するものであり、それぞれの方法の併用を妨げる
ものではない。
The above-mentioned methods for controlling the hydrolysis of titanium alkoxide are all used for the purpose of controlling the selective hydrolysis of titania, and the use of each method in combination is not prohibited.

本発明におけるシリコンアルコキシドとしては、入手の
しやすさ及びその加水分解反応性を考慮すると、シリコ
ンアルコキシド、シリコンテトラエトキシドが適当であ
る。またチタンアルコキシドとしでは、チタンテトライ
ソプロポキシド、チタンテトラ−n−ブトキシドが適当
である。
As the silicon alkoxide in the present invention, silicon alkoxide and silicon tetraethoxide are suitable in consideration of availability and hydrolysis reactivity. As the titanium alkoxide, titanium tetraisopropoxide and titanium tetra-n-butoxide are suitable.

また、本発明におけるジルコンアルコキシドとチタンア
ルコキシドの合計量に対するチタンアルコキシドの添加
量は、チタニアに換算して1011111量%以下が、
低膨脹ガラスを得る点から好ましく、10重量%を超え
ると低膨張性を示さなくなる。
In addition, the amount of titanium alkoxide added to the total amount of zircon alkoxide and titanium alkoxide in the present invention is 1011111% by weight or less in terms of titania.
It is preferable from the viewpoint of obtaining a low expansion glass, and if it exceeds 10% by weight, it will no longer exhibit low expansion properties.

上記シリコンアルコキシドとチタンアルコキシドの合計
量に対する水のモル比が2以下では、乾燥ゲル中に未反
応のアルコキシル基が多量に残留するので、焼成工程で
それらの有機物の燃焼により、焼結の際の障害となる。
If the molar ratio of water to the total amount of silicon alkoxide and titanium alkoxide is 2 or less, a large amount of unreacted alkoxyl groups will remain in the dried gel, and the organic matter will be burned during the sintering process. It becomes an obstacle.

またモル比が30倍以上では、ゲル化後のゲル体の強度
が小さいため、乾燥工程で亀裂が生じやすい。したがっ
てアルコキシドに対して、2〜30倍のモル比の水を添
加することが望ましい。
Moreover, if the molar ratio is 30 times or more, the strength of the gel body after gelation is low, so that cracks are likely to occur during the drying process. Therefore, it is desirable to add water at a molar ratio of 2 to 30 times that of the alkoxide.

亀裂のない乾燥ゲル体の生成に及ぼすDMFの効果を解
析した結果、DMFは乾燥の進行に伴うゲル体の細孔の
収縮を制御すること、またDMFは沸点が153℃と高
く、乾燥の終わりごろには表面張力の大きい水に置き換
わってゲル細孔内に残留するので、その小さい表面張力
により、ゲル体の乾燥段階で発生する毛管応力を最小に
して亀裂を防ぐと考えられる。
As a result of analyzing the effect of DMF on the production of dry gel bodies without cracks, it was found that DMF controls the shrinkage of the pores of the gel bodies as drying progresses, and that DMF has a high boiling point of 153°C, and that it is difficult to finish drying. At some point, it replaces water with a high surface tension and remains in the gel pores, and its low surface tension is thought to minimize the capillary stress generated during the drying stage of the gel body and prevent cracks.

またDMFは、水溶液中ではほとんど中性であるが、ア
ルコキシドの縮合反応を促進する働きをもつため、本発
明のゲル化工程では、均一にチタニアを分散させるため
に、シリコンアルコキシドに比べて反応の速やかなチタ
ンアルコキシドの加水分解を調節する方法を同時に用い
る必要がある。
Furthermore, although DMF is almost neutral in an aqueous solution, it has the function of promoting the condensation reaction of alkoxides. Methods to control rapid titanium alkoxide hydrolysis must be used at the same time.

上記の方法を用いない場合は、亀裂のない乾燥ゲル体を
得ることはできるものの、チタンアルコキシドの選択的
加水分解によりチタニア微粒子が・成長し、透明なガラ
スとならない。
If the above method is not used, a crack-free dry gel body can be obtained, but titania fine particles will grow due to selective hydrolysis of titanium alkoxide, and a transparent glass will not be obtained.

溶液へのDMFの添加は、水を添加しはじめる前から水
の全量を加え終わるまでのいずれの時期に行ってもゲル
体の乾燥工程での亀裂の防止に効果が認められるが、チ
タンアルコキシドの早期加水分解を避けるためには、水
の全量を加え終わったのちに添加することが望ましい。
Adding DMF to the solution at any time from before the addition of water to when the entire amount of water has been added is effective in preventing cracks in the gel body during the drying process. In order to avoid premature hydrolysis, it is desirable to add the water after the entire amount has been added.

また添加するDMFの量は、アルコキシドに対してモル
比が0.25以下では、ゲル体の亀裂の抑制に効果がな
い。また反対にモル比が3倍以上では、DMFの沸点が
高いことより、ゲルの乾燥に長時間を要する。したがっ
てDMFの添加量は、アルコキシドの総量に対してモル
比が0.25〜3が望ましい。
Furthermore, if the molar ratio of DMF to the alkoxide is less than 0.25, it will not be effective in suppressing cracks in the gel body. On the other hand, if the molar ratio is 3 times or more, it will take a long time to dry the gel due to the high boiling point of DMF. Therefore, the amount of DMF added is desirably in a molar ratio of 0.25 to 3 with respect to the total amount of alkoxide.

チタンアルコキシドの選択的な加水分解を防止するため
の操作におけるチタンアルコキシドのキレート化剤とし
ては、酢酸、無水酢酸及びアセチルアセトン等の酢酸誘
導体、しゅう酸、マロン酸。
Chelating agents for titanium alkoxides in operations to prevent selective hydrolysis of titanium alkoxides include acetic acid, acetic anhydride and acetic acid derivatives such as acetylacetone, oxalic acid, malonic acid.

エチレングリコール等が有効である。またチタンアルコ
キシドの加水分解を穏やかにする溶媒として、チタンテ
トライソプロポキシドに対しては、n−プロパツール、
n−ブタノール、 5ea−ブタノール、3メチル−1
−ブタノール、2メチル−1−ブタノールn−アミルア
ルコールが適当である。
Ethylene glycol etc. are effective. In addition, as a solvent to moderate the hydrolysis of titanium alkoxide, n-propatool,
n-butanol, 5ea-butanol, 3methyl-1
-butanol, 2methyl-1-butanol n-amyl alcohol are suitable.

またチタンテトラ−n−ブトキシドに対しては、n−ブ
タノール、 5ee−ブタノール、3−メチル−1−ブ
タノール、2−メチル−1−ブタノール。
For titanium tetra-n-butoxide, n-butanol, 5ee-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-1-butanol.

n−アミルアルコールが適当である。N-amyl alcohol is suitable.

以上に示したゲル化及び乾燥工程から得られた乾燥ゲル
体は、いずれも半透明を呈し、かさ密度はおよそ0.8
g/airの近傍にあった。乾燥ゲル体は、焼成工程に
おいて亀裂や破砕が起こらず透明なチタニア−シリカガ
ラスに転化した。生成したガラスの熱膨脹係数は、いず
れもシリカガラス(5,5X10   ℃ )よりも小
さい値を示した。
The dried gel bodies obtained from the gelation and drying steps described above are both translucent and have a bulk density of approximately 0.8.
It was near g/air. The dried gel body was converted into transparent titania-silica glass without cracking or shattering during the firing process. The thermal expansion coefficients of the produced glasses were all smaller than that of silica glass (5.5×10° C.).

(実施例) 以下、本発明を実施例により詳しく説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

実施例1゜ 6.74g (0,02モル)のチタン−n−ブトキシ
ドに、1.78g (0,03モル)の酢酸を添加し、
40℃で2時間攪拌して一部キレート化したチタンのア
ルコキシドをつくり、これを74.4mJl (0,5
モル)のシリコンテトラメトキシド及び84.3mJ 
(2,0モル)のメタノールを混合した溶液に添加し、
数分間室温(20℃)で混合した。加えたチタンアルコ
キシドはチタニアに換算して5重量%であった。この溶
液に、93.6m!(5,2モル)の水を攪拌しながら
1時間かけてゆっくりと滴下し、その後1時間攪拌し続
けた。最後に40.1mJ2(0,52モル)のDMF
を添加し、20分間攪拌して均一透明なゾルを得た。
Example 1 1.78 g (0.03 mol) of acetic acid was added to 6.74 g (0.02 mol) of titanium-n-butoxide,
A partially chelated titanium alkoxide was prepared by stirring at 40°C for 2 hours, and this was added to 74.4 mJl (0,5
mol) of silicon tetramethoxide and 84.3 mJ
(2,0 mol) of methanol is added to the mixed solution,
Mixed for several minutes at room temperature (20°C). The amount of titanium alkoxide added was 5% by weight in terms of titania. In this solution, 93.6 m! (5.2 mol) of water was slowly added dropwise over 1 hour with stirring, and stirring was continued for 1 hour. Finally, 40.1 mJ2 (0.52 mol) of DMF
was added and stirred for 20 minutes to obtain a homogeneous transparent sol.

上記ゾルを内径38關、深さ約300順のテフロン製シ
リンダーに流し込み、アルミ箔で密閉し、30℃のオー
ブン中でゲル化させた。ゲル化後30℃で24時間保持
したのち、30℃から70℃まで24時間かけて連続的
に昇温しでゲル化反応を十分促進させた。オーブンの温
度が70℃に達したとき、アルミ箔に直径1順のピンホ
ールを数個間は乾燥を開始した。70℃から115℃ま
で120時間かけて連続的に昇温し、120℃で72時
間恒温保持したのち、再び150℃まで73時間かけて
連続的に昇温しで乾燥を終了した。得られた乾燥ゲル体
は半透明で、直径約22mm長さ138III11であ
った。
The above sol was poured into a Teflon cylinder with an inner diameter of 38mm and a depth of about 300mm, sealed with aluminum foil, and gelatinized in an oven at 30°C. After gelation, the temperature was maintained at 30°C for 24 hours, and then the temperature was raised continuously from 30°C to 70°C over 24 hours to sufficiently promote the gelation reaction. When the oven temperature reached 70° C., several pinholes of diameter 1 were formed in the aluminum foil and drying began. The temperature was raised continuously from 70° C. to 115° C. over 120 hours, the temperature was kept constant at 120° C. for 72 hours, and then the temperature was raised continuously again to 150° C. over 73 hours to complete drying. The dried gel body obtained was translucent and had a diameter of about 22 mm and a length of 138III11.

乾燥ゲル体を電気炉に入れ、室温から800℃までは毎
時20℃で、800℃から1000℃までは毎時10℃
で、1000℃から1050℃までは毎時5℃で昇温し
、1050℃で2時間恒温保持して、透明で大きさが直
径15順、長さ81關の焼成体を得た。なお150℃か
ら約700℃の昇温過程において、酸素ガスを流して残
留有機物の酸化反応を促進させた。
The dry gel body is placed in an electric furnace and heated at 20°C per hour from room temperature to 800°C, and at 10°C per hour from 800°C to 1000°C.
The temperature was raised from 1000°C to 1050°C at a rate of 5°C per hour, and the temperature was maintained constant at 1050°C for 2 hours to obtain a transparent fired body with a diameter of 15 mm and a length of 81 mm. In addition, during the temperature raising process from 150° C. to about 700° C., oxygen gas was flowed to promote the oxidation reaction of residual organic matter.

得られた焼成体は、X線回折測定により、ガラスである
ことを確認した。得られたチタニアンシリ力ガラスの熱
膨脹係数は、0.6X10−7℃−1、密度は、2.2
g/cmであった。
The obtained fired body was confirmed to be glass by X-ray diffraction measurement. The obtained titanium silicon glass has a thermal expansion coefficient of 0.6 x 10-7°C-1 and a density of 2.2.
g/cm.

実施例2゜ 124mj! (0,833モル)のシリコンテトラメ
トキシドと70.2mβ(1,73モル)のメタノール
を混合した溶液に、塩酸8.4X10−4モルを含んだ
アルコキシドと同モルの水14゜9m、2を室温でゆっ
くりと滴下したのち、3時間攪拌してシリコンアルコキ
シドを部分加水分解した。この溶液に予め11.23g
 (0,033モル)のチタンテトラ−n−ブトキシド
と64.7mJ2 (0,867モル)のイソプロパツ
ールとを混合した溶液を、1時間かけてゆっくりと滴下
混合して、部分加水分解されたシリコンアルコキシドと
縮合させ、5i−0−Tiの結合をもつ分子種を形成さ
せたのち、9.2X10−’モルのアンモニアを含む1
41.7mぶ(7,87モル)の水を、1時間かけて滴
下、攪拌して全体を加水分解した。
Example 2゜124mj! (0,833 mol) of silicon tetramethoxide and 70.2 mβ (1,73 mol) of methanol were mixed with an alkoxide containing 8.4 x 10-4 mol of hydrochloric acid and 14°9 m of water of the same mol, 2 was slowly added dropwise at room temperature, and the mixture was stirred for 3 hours to partially hydrolyze the silicon alkoxide. Add 11.23g to this solution in advance.
(0,033 mol) of titanium tetra-n-butoxide and 64.7 mJ2 (0,867 mol) of isopropanol were slowly mixed dropwise over 1 hour to partially hydrolyze the solution. After condensation with silicon alkoxide to form a molecular species with a 5i-0-Ti bond, 1 containing 9.2X10-' moles of ammonia
41.7 ml (7.87 mol) of water was added dropwise over 1 hour, and the mixture was stirred to completely hydrolyze the mixture.

最後に66.8m12 (0,867モル)のD MF
を添加し、さらに20分間攪拌して均一透明なゾルを得
た。このゾルを内径49龍のテフロン製シリンダーに注
ぎ込み、アルミ箔で密閉した。以後、実施例1と全く同
様の操作を行い、透明で直径18mm、長さ94龍の焼
成体を得た。X線回折により得られた焼成体はガラスで
あることを確認した。
Finally, 66.8 m12 (0,867 mol) of DMF
was added and further stirred for 20 minutes to obtain a homogeneous transparent sol. This sol was poured into a Teflon cylinder with an inner diameter of 49 mm and sealed with aluminum foil. Thereafter, the same operations as in Example 1 were performed to obtain a transparent fired body with a diameter of 18 mm and a length of 94 mm. It was confirmed by X-ray diffraction that the fired body was glass.

実施例3゜ 6.74g (0,02モル)のチタンテトラ−n−ブ
トキシドを23.9mJ2の5eC−ブタノール(0,
26モル)と混合し、50℃で1時間攪拌した後、74
.4mJ2(0,5モル)のシリコンテトラメトキシド
と84.3mA (2,0モル)のメタノールを添加し
て数分間20℃まで冷却しながら攪拌した。加えたチタ
ンアルコキシドはチタニアに換算して5重量%であった
。この溶液にアンモニアを5×10−5モル含む水を1
時間かけてゆっくりと滴下しながら攪拌し加水分解重縮
合反応を行った。最後に40.1m、e (0,52モ
ル)のDMFを添加し、20分間攪拌して均一透明なゾ
ルを得た。以下実施例1と同様に、ゲル化。
Example 3 6.74 g (0.02 mol) of titanium tetra-n-butoxide was added to 23.9 mJ2 of 5eC-butanol (0.02 mol).
26 mol) and stirred at 50°C for 1 hour.
.. 4 mJ2 (0.5 mol) of silicon tetramethoxide and 84.3 mA (2.0 mol) of methanol were added and stirred for several minutes while cooling to 20°C. The amount of titanium alkoxide added was 5% by weight in terms of titania. Add 1 mol of water containing 5 x 10-5 mol of ammonia to this solution.
The mixture was slowly added dropwise over a period of time while stirring to carry out a hydrolytic polycondensation reaction. Finally, 40.1 m,e (0.52 mol) of DMF was added and stirred for 20 minutes to obtain a homogeneous transparent sol. Thereafter, gelation was performed in the same manner as in Example 1.

乾燥、焼成を行い、1050℃での焼結により透明で直
径15mm、長さ81 mmの焼成体を得た。X線回折
測定により、この焼成体がガラスであることを確認した
。得られたチタニア−シリカガラスの熱膨張係数は、2
.0X10−7℃−1であった。
Drying and firing were performed and sintered at 1050°C to obtain a transparent fired body with a diameter of 15 mm and a length of 81 mm. It was confirmed by X-ray diffraction measurement that this fired body was glass. The coefficient of thermal expansion of the obtained titania-silica glass is 2
.. It was 0x10-7°C-1.

上記の実施例においては、加水分解に使用した水の量を
アルコキシドに対してモル比で10倍の例を示した。水
の量を2倍〜10倍もしくは20倍及び30倍としても
均一なガラスの製造が可能であるが、水の量が多い方が
ゲルの細孔が大きくなって毛管応力が増大するのを防ぐ
が、反面水の量が増加すると、溶媒としてのアルコール
が大量に必要になることもあり、これらの条件を勘案す
るとおよそ10倍から15倍の水を用いることがより好
ましい。
In the above examples, the amount of water used for hydrolysis was 10 times the amount of alkoxide in terms of molar ratio. It is possible to manufacture uniform glass by increasing the amount of water by 2 to 10 times, or 20 times or 30 times, but the larger the amount of water, the larger the pores of the gel and the increase in capillary stress. On the other hand, if the amount of water increases, a large amount of alcohol as a solvent may be required, and taking these conditions into consideration, it is more preferable to use about 10 to 15 times as much water.

また、チタンの選択的な加水分解を防ぐための調整に、
キレート化剤を用いる方法、シリコンアルコキシドを部
分的に加水分解したのちチタンのアルコキシド添加して
縮合させる方法、チタンアルコキシドの加水分解を遅く
する溶媒を添加する方法を用いたが、いずれの方法の間
にも厳密な境界はないので、各々1種類の方法の使用を
限定するものではなく、それらの併用を妨げない。
In addition, for adjustment to prevent selective hydrolysis of titanium,
We used a method using a chelating agent, a method in which silicon alkoxide was partially hydrolyzed and then added with titanium alkoxide for condensation, and a method in which a solvent was added to slow down the hydrolysis of titanium alkoxide. Since there are no strict boundaries, the use of each type of method is not limited, and their combined use is not prohibited.

さらに、触媒には酸として塩酸、または塩基としてアン
モニアを用いた例を示したが、アルコキシドの加水分解
反応を極端に変化させるものでなければどの触媒を用い
てもよく、その種類を限定するものではない。
Furthermore, although examples are shown in which hydrochloric acid is used as the acid or ammonia is used as the base, any catalyst may be used as long as it does not drastically change the hydrolysis reaction of the alkoxide, and there are no limitations on the type. isn't it.

(発明の効果) 以上実施例により詳細に説明したように、本発明方法で
は、チタンアルコキシド及びシリコンアルコキシドを加
水分解した溶液に添加することにより、亀裂のない乾燥
ゲル体が作製でき、しかも焼成段階での亀裂や破砕の発
生もなく大きいチタニア−シリカガラスの作製が可能で
ある。
(Effects of the Invention) As explained in detail in the examples above, in the method of the present invention, by adding titanium alkoxide and silicon alkoxide to a hydrolyzed solution, a dry gel body without cracks can be produced, and further It is possible to produce large titania-silica glass without cracking or fracturing.

また本発明方法によれば、チタンアルコキシドに対する
加水分解重縮合速度を制御するので、チタニアが均一に
分散した透明なシリカガラスが得られる。したがって本
発明方法はゾル−ゲル方法による新規なチタニア−シリ
カガラスの製造法として有用である。
Furthermore, according to the method of the present invention, since the rate of hydrolytic polycondensation of titanium alkoxide is controlled, transparent silica glass in which titania is uniformly dispersed can be obtained. Therefore, the method of the present invention is useful as a new method for producing titania-silica glass by the sol-gel method.

特許出願人      宇部日東化成株式会社同   
         作  花  済  末代 理 人 
     弁理士 −色健輔同        弁理士
 松本雅利 手続補正書(自制 昭和63年6月13日 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 1、事件の表示 昭和63年特許願第102389号 2、発明の名称 ゾル−ゲル法による チタニア−シリカガラスの製造方法 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所 東京都千代田区神田岩本町2番地名 称 宇部
日東化成株式会社 4、代理人 住 所 東京都港区新橋2丁目12番7号労金新橋ビル
7階 電話508−0338 (代)5、補正の対象 (1)明細書の「発明の詳細な説明」の欄6、補正の内
容 (1)明細書の第7頁第19行目の「シリコンアルコキ
シド」とあるを「シリコンテトラメトキシド」と訂正す
る。
Patent applicant: Ube Nitto Kasei Co., Ltd.
Written by Masato Sueshiro
Patent Attorney - Kensuke Shiro Patent Attorney Masatoshi Matsumoto Procedural Amendment (Responsibility June 13, 1988 Director General of the Patent Office Kunio Ogawa 1, Indication of Case 1989 Patent Application No. 102389 2, Name of Invention Sol- Method for producing titania-silica glass by gel method 3, relationship with the amended case Patent applicant address: 2 Kanda Iwamoto-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Name: Ube Nitto Kasei Co., Ltd. 4, Agent address: Port of Tokyo Rokin Shinbashi Building 7F, 2-12-7 Shinbashi, Ward Telephone 508-0338 (Main) 5, Subject of amendment (1) Column 6 of "Detailed explanation of the invention" of the specification, Contents of amendment (1) Specification On page 7, line 19, "silicon alkoxide" is corrected to "silicon tetramethoxide."

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)シリコンアルコキシド、チタンアルコキシド及び
アルコールからなる溶液に水を加えて加水分解して形成
せしめたゲルを乾燥し、さらにこの乾燥ゲルを加熱して
チタニア−シリカガラスを製造する方法において、ゲル
化前の溶液にジメチルホルムアミドを添加することを特
徴とするゾル−ゲル法によるチタニア−シリカガラスの
製造方法。
(1) A method for producing titania-silica glass by adding water to a solution of silicon alkoxide, titanium alkoxide, and alcohol, drying the gel formed by hydrolysis, and then heating the dried gel. A method for producing titania-silica glass by a sol-gel method, characterized in that dimethylformamide is added to the previous solution.
(2)上記水とジメチルホルムアミドとの添加量が、上
記シリコンアルコキシドとチタンアルコキシドの合計量
に対するモル比でそれぞれ2〜30倍及び0.25〜3
倍の範囲となすことを特徴とする請求項1記載のゾル−
ゲル法によるチタニア−シリカガラスの製造方法。
(2) The amounts of water and dimethylformamide added are 2 to 30 times and 0.25 to 3 times, respectively, in molar ratio to the total amount of silicon alkoxide and titanium alkoxide.
The sol according to claim 1, characterized in that the sol has a double range.
A method for producing titania-silica glass using a gel method.
(3)上記加水分解において、チタンアルコキシドを予
めキレート化剤と反応させてチタンのキレート化物を形
成せしめたのち、シリコンアルコキシドとともに加水分
解することを特徴とする請求項1記載のゾル−ゲル法に
よるチタニア−シリカガラスの製造方法。
(3) The sol-gel method according to claim 1, wherein in the hydrolysis, the titanium alkoxide is reacted with a chelating agent in advance to form a titanium chelate, and then the titanium alkoxide is hydrolyzed together with the silicon alkoxide. Method for producing titania-silica glass.
(4)上記シリコンアルコキシド及びチタンアルコキシ
ドの加水分解において、シリコンアルキシドをゲル化し
ない量の水で部分的に加水分解したのちに、チタンアル
コキシドを添加することを特徴とする請求項1記載のゾ
ル−ゲル法によるチタニア−シリカガラスの製造方法。
(4) In the hydrolysis of the silicon alkoxide and titanium alkoxide, the titanium alkoxide is added after the silicon alkoxide is partially hydrolyzed with water in an amount that does not cause gelation. - A method for producing titania-silica glass using a gel method.
(5)上記シリコンアルコキシド及びチタンアルコキシ
ドの加水分解において、チタンアルコキシドの加水分解
を遅くする溶媒を添加したのちに、シリコンアルコキシ
ドとともに加水分解を行うことを特徴とする請求項1記
載のゾル−ゲル法によるチタニア−シリカガラスの製造
方法。
(5) The sol-gel method according to claim 1, wherein in the hydrolysis of the silicon alkoxide and titanium alkoxide, the hydrolysis is carried out together with the silicon alkoxide after adding a solvent that slows down the hydrolysis of the titanium alkoxide. A method for producing titania-silica glass.
(6)上記チタンアルコキシドのキレート化剤が酢酸、
及び酢酸の誘導体、ジカルボン酸、グリコール類である
ことを特徴とする請求項3記載のゾル−ゲル法によるチ
タニア−シリカガラスの製造方法。
(6) The chelating agent for the titanium alkoxide is acetic acid,
4. The method for producing titania-silica glass by a sol-gel method according to claim 3, wherein the acetic acid derivatives, dicarboxylic acids, and glycols are used.
(7)上記チタンアルコキシドの加水分解を遅くする溶
媒が炭素数が3以上のアルコールであることを特徴とす
る請求項5記載のゾル−ゲル法によるチタニア−シリカ
ガラスの製造方法。
(7) The method for producing titania-silica glass by a sol-gel method according to claim 5, wherein the solvent that slows down the hydrolysis of the titanium alkoxide is an alcohol having 3 or more carbon atoms.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09226054A (en) * 1995-06-14 1997-09-02 Toto Ltd Stainproof crystallized glass
JP2007321277A (en) * 2006-05-31 2007-12-13 Teijin Ltd Metal oxide fiber and method for producing the same
JP2016102038A (en) * 2014-11-28 2016-06-02 新技術創造研究所株式会社 Production method of metal oxide glass film
JP2021091575A (en) * 2019-12-11 2021-06-17 クアーズテック株式会社 Silica glass for optical element and its manufacturing method

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