JPH04254421A - ガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゾル・ゲル法によるガ
ラスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラスの製造方法として、低温で
ガラスを合成するゾル・ゲル法と呼ばれる方法が注目さ
れている。このゾル・ゲル法によるガラスの製造工程に
おいては、溶媒の蒸発などによる体積の収縮が激しいた
めに、湿潤ゲルを乾燥ゲルとする乾燥工程でゲルが非常
に割れやすいという大きな問題点がある。

【０００３】従来、この問題点を解決するために、特開
昭６２−２６５１３０公報に開示されるように、金属ア
ルコキシドを加水分解してゾルを調製する段階に有機高
分子を水またはアルコールに溶解して添加する方法等が
知られている。この方法は，ゲル中に有機高分子が存在
しているので、湿潤ゲルからの液体の蒸発を抑制し、か
つ有機高分子がゲルの強度を向上させて割れを防止する
というものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法により
ガラスを製造するには、加水分解のために添加する水等
の溶液に有機高分子を溶解してあるために、粘性が高く
なり、金属アルコキシド原料溶液と水とが速やかに混合
せず、加水分解、重縮合反応が不均一になって、割れが
発生しやすいという問題点を有していた。

【０００５】また、一般にゾル・ゲル法によりガラスを
製造する場合、金属アルコキシドのアルキル基と溶媒と
の間に溶媒交換反応が起こり、沈澱が生成することがあ
るため、溶媒に制限を受ける。それに加え、多成分系の
ガラスなどを製造する場合において、特にシリコン以外
のアルコキシドを用いる場合、加水分解速度が速いため
に沈澱が生成したり、ゲル化が速すぎるために水添加量
等の溶液組成に制限を受ける。したがって、多成分系の
ガラスを製造する場合は多量の水を添加することが困難
となる。ところが、上記従来技術では、有機高分子成分
は、金属アルコキシドを加水分解するための水等に溶解
して添加されるため、任意の溶液組成での最適な有機高
分子の添加は困難であるという問題点を有していた。

【０００６】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、任意の溶液組成、任意の湿潤ゲルを用い
ることができ、割れを発生させることなしに簡単にして
かつ効率よくゲルを乾燥、焼成することができるガラス
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のガラスの製造方法は、金属アルコキシドを
含む出発原料溶液をゲル化させて湿潤ゲルとした後に、
前記湿潤ゲル中の細孔内に存在する液体を有機高分子水
溶液または有機高分子アルコール溶液に置換し、その後
、乾燥・焼成することにより、最終的なガラスを製造す
ることとした。

【０００８】本発明において、有機高分子は、アルコー
ル溶性または水溶性であれば特に種類など限定されるも
のではなく、アクリル酸ポリマー、イソシアナート、エ
チレンオキシドポリマー、ヒドロキシアルキルセルロー
ス、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール
、アルキルセルロース等を用いることができる。また、
これらの有機高分子は、単独の使用でも組み合わせての
使用でもよい。

【０００９】本発明において、湿潤ゲル中に存在してい
る液体を前記有機高分子溶液に置換する操作は、その効
果があれば操作方法などは特に限定されるものではない
が、有機高分子を含んだ液体にゲルを接触させる方法が
、実用上最も簡単かつ効果的である。接触させておく時
間および温度は特に限定されないが、より長時間であれ
ば前記有機高分子溶液による置換が完全に行われ、より
高温であれば前記有機高分子溶液の粘性が低下するため
に短時間で置換することができる。

【００１０】

【作用】上記本発明のガラスの製造方法によれば、金属
アルコキシドを加水分解するための水等の溶液には、有
機高分子を添加していないため、溶液の粘度は高くなく
、原料溶液に水は速やかに混合する。したがって、加水
分解とそれに引続き起こる重縮合反応とがそれぞれ均一
に起こり、部分的に反応が進行することがないので、ゲ
ルには割れが発生しにくくなる。

【００１１】また、出発溶液をゲル化させた後の湿潤ゲ
ル中に有機高分子を導入しているので、湿潤ゲルの種類
に拘らず適用可能であり、出発溶液の組成等に拘らず任
意の組成において、ゲルに割れを発生させないための最
適な有機高分子の量を湿潤ゲルに導入することが容易に
できる。したがって、従来法では適用することが困難で
あったり、効果が低い溶液組成のゲルでも最適な有機高
分子の導入を行うことが可能となり、割れの発生を防ぐ
ことが容易になる。

【００１２】特に、ゾル・ゲル法によりＥｌｅｃｔｒｏ
ｎｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｒｓ，２２（１９８６）ｐｐ．１
１０８〜１１１０に記載されているような屈折率分布型
光学素子を製造する場合、酸などの浸漬により屈折率分
布を付与するための成分をゲル中から溶出させているた
め、屈折率分布を付与した後のゲルは屈折率分布を付与
していないゲルに比べて構造的に欠陥ができ、強度が弱
くなっている。そこで、屈折率分布を付与した後の湿潤
ゲル中の液体を有機高分子溶液に置換することにより、
湿潤ゲルからの液体の蒸発を抑制し、かつ屈折率分布を
付与する前から存在している細孔内だけでなく、成分の
溶出によって生じた欠陥にも有機高分子が入りゲルが強
化されるために、乾燥、焼成中の割れを防ぐことが容易
になる。

【００１３】

【実施例１】Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５　）４　１モルに、４
．５モルのエタノールおよび０．２５モルの１／１００
規定ＨＣｌ水溶液を加えて加水分解し、さらに１モルの
１／１００規定ＮＨ４　ＯＨを加えて加水分解し、ゾル
を得た。 このゾルの一部を内径５０ｍｍのポリプロピレン製容器
に入れ、密封して室温でゲル化させた。

【００１４】この湿潤ゲルを２日間熟成した後に、２重
量％のポリエチレングリコール（重合度４００）エタノ
ール溶液に７日間浸漬した。その後、１００℃で乾燥し
て直径約３５ｍｍの乾燥ゲルを得た。このようにして得
られた乾燥ゲルには、割れは全く見られなかった。次に
、この乾燥ゲルを、電気炉で１２００℃まで焼結してガ
ラス化したところ、直径２０ｍｍのガラスが得られた。 このガラスにも割れは全く見られなかった。

【００１５】

【実施例２】Ｓｉ（ＯＣ２　Ｈ５　）４　１モルに、４
．５モルのメタノールおよび１モルの１／１００規定Ｈ
Ｃｌ水溶液を加えて加水分解し、さらにＺｒ（ｉ−ＯＣ
３　Ｈ７　）４　０．２モルを添加して攪拌した後、２
モルの１／１００規定ＮＨ４　ＯＨを加えて加水分解し
、ゾルを得た。このゾルの一部を内径５０ｍｍのポリプ
ロピレン製容器に入れ、密封して室温でゲル化させた。

【００１６】この湿潤ゲルを２日間熟成した後に、０．
０５重量％ヒドロキシプロピルセルロース水溶液（２重
量％水溶液のときに１０００ｃｐｓ）にゲルを７日間浸
漬し、実施例１と同様にして乾燥、焼結したところ、直
径約２０ｍｍのガラスが得られ、乾燥ゲルおよびガラス
に割れは全く見られなかった。

【００１７】

【実施例３】１５モル％のＴｉ（ｎ−ＯＣ４　Ｈ９　）
４を含有するＳｉ（ＯＣＨ３　）４　１モルに、４．５
モルのエタノールおよび４モルの１／１００規定のＨＣ
ｌ水溶液を加えて加水分解し、ゾルとした後、内径２０
ｍｍのガラス容器内でゲル化させて湿潤ゲルを作製した
。

【００１８】この湿潤ゲルの一部を３規定ＨＣｌ水溶液
５００ｍｌに２４時間浸漬して屈折率分布を付与した。 そして、このゲルをエタノールで洗浄した後、１．５重
量％ポリビニルアルコール（重合度２４０）水溶液に３
日間浸漬を行った後に、１００℃まで乾燥を行い、電気
炉で１２３０℃まで焼結してガラス化したところ、直径
約１０ｍｍのガラスロッドが得られた。これらの乾燥ゲ
ルおよびガラスには、割れは全く見られなかった。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明のガラス製造方法
によれば、割れのない大型のガラスおよび屈折率分布型
光学素子をゾル・ゲル法により製造することができる。 また、湿潤ゲル作製時の制限は全くないので、どのよう
な組成のゲルであっても適用することが可能であり、ゲ
ルの大きさや、形状等には基本的に制限がない。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ゾル・ゲル法によるガラスの製造方法
   において、得られた湿潤ゲルの細孔内に存在する液体を
   アルコール溶性または水溶性の有機高分子溶液に置換し
   た後、乾燥・焼成することを特徴とするガラスの製造方
   法。
2. 【請求項２】　　前記湿潤ゲルが屈折率分布を付与した
   湿潤ゲルであることを特徴とする請求項１記載のガラス
   の製造方法。