JPH04263615A - Production of viscous aluminosilicate sol - Google Patents
Production of viscous aluminosilicate solInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、シリカアルミナ繊維の
製造に適した極めて良好な曳糸性を示すアルミノシリケ
ート系粘性ゾルの製造方法に関するものであり、さらに
詳しくは、アルミニウムアルコキシドを化学的に改質し
、シリコンアルコキシドあるいはその誘導体を加水分解
してアルミノシリケート系粘性ゾルを得る方法において
、ゾル中の有機溶媒を除去して乾固した後、これを再溶
解することにより、極めて良好な曳糸性ゾルを調製し、
ひいては微細なファイバー径の強度に優れたシリカアル
ミナ繊維の製造に関連したものである。[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing an aluminosilicate-based viscous sol that exhibits extremely good spinnability and is suitable for producing silica-alumina fibers. In the method of obtaining an aluminosilicate-based viscous sol by modifying and hydrolyzing silicon alkoxide or its derivatives, the organic solvent in the sol is removed, dried, and then redissolved, resulting in extremely good traction. Prepare a filamentous sol,
Furthermore, it is related to the production of silica-alumina fibers with fine fiber diameter and excellent strength.
【0002】0002
【従来の技術】セラミックスファイバーは工業上広く利
用され、例えば断熱材、防振材、吸着材、濾過材料、複
合材料の強化材等に用いられており、特に複合材料の強
化材としての用途はこれから重要視される。[Prior Art] Ceramic fibers are widely used in industry, for example, as heat insulating materials, vibration isolators, adsorbents, filtration materials, and reinforcing materials for composite materials. This will become important from now on.
【0003】従来、前記複合材料の強化材としては、金
属繊維、炭素繊維、表面処理を行った複合繊維、アルミ
ナやジルコニア等の多結晶繊維、ウィスカー等が挙げら
れている。このうち、多結晶繊維は、炭素繊維や金属繊
維が使用できないような高温酸化性雰囲気で使用できる
点、及び高温においても優れた機械的性質を失なわない
点で他の繊維材料より優れており、セラミックス材料に
最も期待される耐熱性とぜい性緩和を両立させることが
可能となる。[0003] Conventionally, reinforcing materials for the composite materials include metal fibers, carbon fibers, surface-treated composite fibers, polycrystalline fibers such as alumina and zirconia, and whiskers. Among these, polycrystalline fibers are superior to other fiber materials in that they can be used in high-temperature oxidizing atmospheres where carbon fibers and metal fibers cannot be used, and they do not lose their excellent mechanical properties even at high temperatures. , it becomes possible to achieve both heat resistance and brittleness mitigation, which are most expected of ceramic materials.
【0004】このような特徴を有するシリカアルミナ繊
維の製造方法として、シリカアルミナ系鉱物を熔融紡糸
する方法、あるいはアルミニウム化合物、シリコン化合
物を含む溶液より紡糸操作を行い、その糸状体を焼成し
てシリカアルミナ繊維を得る方法などがある。[0004] Methods for producing silica-alumina fibers having such characteristics include a method of melt-spinning silica-alumina minerals, or a method of spinning from a solution containing an aluminum compound or a silicon compound, and firing the filament to produce silica fibers. There are methods to obtain alumina fibers.
【0005】しかし、従来の製造方法ではシリコン化合
物の含有割合に制限があったり、短繊維しか得られない
ものであったり、製造上特殊な装置が必要である等の問
題点を有する。そのため、長繊維のシリカアルミナ繊維
を容易に得る製造方法を開発することが望まれている。[0005] However, conventional production methods have problems such as limitations on the content of silicon compounds, only short fibers can be obtained, and special equipment is required for production. Therefore, it is desired to develop a manufacturing method for easily obtaining long-fiber silica-alumina fibers.
【0006】本発明者らは、この課題を解決するために
、アルミニウムアルコキシドとシリコンアルコキシドを
出発原料とし、その長所を最大限に生かし、紡糸可能で
あって、それを焼成したときに長繊維を得ることのでき
るシリカアルミナ前駆体ゾルの製造方法を提案した(特
願昭63−254783 、特願平1−234623)
。[0006] In order to solve this problem, the present inventors used aluminum alkoxide and silicon alkoxide as starting materials, took advantage of their advantages to the fullest, and created a material that could be spun into long fibers when fired. We have proposed a method for producing a silica-alumina precursor sol that can be obtained (Japanese Patent Application No. 63-254783, Japanese Patent Application No. 1-234623).
.
【0007】本手法はアルミニウムアルコキシドと活性
水素を有する化合物とを反応させ、その反応生成物とシ
リコンアルコキシド及び/又はその誘導体とを混合し、
その混合物を加水分解するさいに、アルミニウムアルコ
キシドに対する活性水素を有する化合物の割合、及び水
の割合を特定の比率にすると、十分な曳糸性を示すシリ
カアルミナ前駆体ゾルが得られることを提案したもので
ある。[0007] This method involves reacting aluminum alkoxide with a compound having active hydrogen, mixing the reaction product with silicon alkoxide and/or its derivatives, and
We proposed that when hydrolyzing the mixture, a silica-alumina precursor sol with sufficient stringiness could be obtained by adjusting the ratio of the compound with active hydrogen to the aluminum alkoxide and the ratio of water to a specific ratio. It is something.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記発明により良好な
曳糸性を示し、シリカアルミナ連続長繊維の前駆体を容
易に再現性よく得ることが可能となった。しかし、一般
にセラミックス繊維の強度は、そのファイバー径が微細
な程高く、より優れた力学的特性を有するセラミックス
繊維を得るためには、より微細な径のファイバーを得る
こと、さらにそのためには、より優れた曳糸性を示す粘
性ゾルの開発が強く望まれている。According to the above invention, it has become possible to easily obtain a precursor of silica alumina continuous filaments with good spinnability and with good reproducibility. However, in general, the strength of ceramic fibers increases as the fiber diameter becomes finer, and in order to obtain ceramic fibers with better mechanical properties, it is necessary to obtain fibers with finer diameters. There is a strong desire to develop a viscous sol that exhibits excellent stringiness.
【0009】本発明は、この課題を解決し、容易な手法
で再現性よく、曳糸性に優れたアルミノシリケート系粘
性ゾルを製造することを目的とするものである。The object of the present invention is to solve this problem and to produce an aluminosilicate-based viscous sol with good reproducibility and excellent spinnability using a simple method.
【0010】0010
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
アルコキシドと活性水素を有する化合物との反応物とシ
リコンアルコキシドとの混合物を加水分解してアルミノ
シリケート系粘性ゾルを製造する方法において、前記混
合物を加水分解して得られたゾル中の溶媒を留去してゾ
ルを乾固した後、その乾固物を溶解しうる1種または2
種以上の溶媒で乾固物を再溶解してゾルを調製すること
を特徴とするアルミノシリケート系粘性ゾルの製造方法
であり、これにより上記課題を解決することができる。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a method for producing an aluminosilicate-based viscous sol by hydrolyzing a mixture of a reaction product of an aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen, and a silicon alkoxide. After distilling off the solvent in the sol obtained by hydrolysis and drying the sol, one or two types that can dissolve the dried product are added.
The present invention is a method for producing an aluminosilicate-based viscous sol, which is characterized by preparing a sol by redissolving a dried product in at least one solvent, and thereby can solve the above-mentioned problems.
【0011】本発明は、アルミニウムアルコキシドと活
性水素を有する化合物との反応物とシリコンアルコキシ
ドとの混合物を加水分解して得られたゾル、即ちアルミ
ノシリケート系ゾル中の溶媒を留去して該ゾルを乾固し
た後、その乾固物を溶解しうる1種または2種以上の溶
媒で乾固物を再溶解することにより、乾固前のアルミノ
シリケート系粘性ゾルに比べ従来にない極めて曳糸性に
優れたアルミノシリケート系粘性ゾルの調製ができるこ
とを特徴とする。[0011] The present invention involves distilling off the solvent in a sol obtained by hydrolyzing a mixture of silicon alkoxide and a reaction product of an aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen, that is, an aluminosilicate sol. By drying and then re-dissolving the dried substance with one or more solvents that can dissolve the dried substance, it is possible to create an extremely stringy yarn that is unprecedented compared to the aluminosilicate-based viscous sol before drying. It is characterized by being able to prepare aluminosilicate-based viscous sol with excellent properties.
【0012】尚、一般にセラミックス繊維の引張り強度
は、その繊維径に強く依存し、繊維径が微細な程、その
強度が高くなることが、知られている。従って、本発明
は連続長繊維化が可能で、かつ微細な繊維径を提供でき
る優れた曳糸性ゾルが得られる。It is generally known that the tensile strength of ceramic fibers strongly depends on the fiber diameter, and that the finer the fiber diameter, the higher the strength. Therefore, the present invention provides an excellent spinnable sol that can be made into continuous long fibers and can provide fine fiber diameters.
【0013】前記混合物は、少なくともアルミニウムア
ルコキシドおよびシリコンアルコキシドから生成される
アルミノシリケート系ゾルの組成金属となる両金属アル
コキシド、および該活性水素を有する化合物を含有すれ
ば、他の任意の成分、例えば有機溶媒、水、任意の添加
剤、例えば、無機酸等の触媒、他のゾル組成金属材料、
結晶制御剤等を含有することができる。[0013] The mixture contains at least both metal alkoxides, which are the constituent metals of the aluminosilicate sol produced from aluminum alkoxide and silicon alkoxide, and the compound having the active hydrogen, and any other optional components, such as organic Solvent, water, optional additives, catalysts such as inorganic acids, other sol composition metal materials,
It may contain a crystal control agent and the like.
【0014】この混合物を加水分解することにより、少
なくとも該金属アルコキシドは加水分解し、アルミノシ
リケート系粘性ゾルが生成する。この時、同時にアルコ
ールが生成される。By hydrolyzing this mixture, at least the metal alkoxide is hydrolyzed and an aluminosilicate-based viscous sol is produced. At this time, alcohol is also produced.
【0015】従って、本発明における混合物を加水分解
して得られるゾル中の溶媒、即ち留去すべき溶媒とは、
混合物に予め添加され得る有機溶媒、水、加水分解生成
アルコール等の揮発性化合物を包含する意味である。Therefore, the solvent in the sol obtained by hydrolyzing the mixture in the present invention, that is, the solvent to be distilled off, is
It is meant to include volatile compounds such as organic solvents, water, and hydrolyzed alcohols that can be added to the mixture in advance.
【0016】該ゾル中の溶媒を留去してゾルを乾固する
手法としては、常圧下でも減圧下でも可能である。より
優れた曳糸性を発現させるために、溶媒を留去し、適当
な乾燥、例えば常圧下の乾燥、減圧下の乾燥を組み合わ
せてゾルを完全に乾固することが好ましい。これらの溶
媒留去、乾燥のプロセスにおいては、空気中の水分等に
よるゲル化の進行を極力おさえることが必要であり、水
分を含まない乾燥した雰囲気下、減圧下で操作を行うこ
とが必要である。溶媒留去時および乾燥時の温度はゾル
調製に使用した溶媒の種類、減圧度により適宜設定され
るが、通常35℃以上の温度が使用される。[0016] The method of distilling off the solvent in the sol to dry the sol can be carried out either under normal pressure or under reduced pressure. In order to exhibit better stringability, it is preferable to distill off the solvent and dry the sol completely by a combination of appropriate drying, such as drying under normal pressure and drying under reduced pressure. In these solvent distillation and drying processes, it is necessary to suppress the progress of gelation due to moisture in the air as much as possible, and it is necessary to perform the operations under reduced pressure in a dry atmosphere that does not contain moisture. be. The temperature during solvent distillation and drying is appropriately set depending on the type of solvent used for sol preparation and the degree of vacuum, but a temperature of 35° C. or higher is usually used.
【0017】乾固されたゾルを再溶解する溶媒としては
、それを溶解するものであれば特に制限はなく、メタノ
ール、エタノール、ブタノール等のアルコール類、アセ
トン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、ト
ルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、テトラヒドロ
フラン等が例示され、1種でも2種以上でも使用される
。また、紡糸時の乾燥速度の調整のためそれらから数種
が適宜選定される。The solvent for re-dissolving the dried sol is not particularly limited as long as it dissolves it, and alcohols such as methanol, ethanol and butanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, benzene and toluene can be used. , aromatic hydrocarbons such as xylene, and tetrahydrofuran, which may be used alone or in combination of two or more. In addition, several types are appropriately selected from them in order to adjust the drying rate during spinning.
【0018】再溶解時に使用する溶媒の使用量により、
曳糸性ゾルの粘度を容易に変化させることができる。ま
た、紡糸に好ましいゾルの粘度は採用する紡糸法により
異なるが、例えば、押出法により連続長繊維を紡糸する
場合、10〜10000ポイズ、より好ましくは100
〜10000ポイズに調整される。遠心法等により短繊
維を紡糸する場合には、条件にもよるが、より低粘度で
紡糸することができる。この曳糸性に優れた粘性ゾルを
用いて適当な公知の手法により紡糸することができる。Depending on the amount of solvent used during redissolution,
The viscosity of the stringable sol can be easily changed. The viscosity of the sol preferred for spinning varies depending on the spinning method employed, but for example, when spinning continuous filaments by extrusion, it is 10 to 10,000 poise, more preferably 100,000 poise.
Adjusted to ~10,000 poise. When spinning short fibers by a centrifugal method or the like, it is possible to spin the fibers at a lower viscosity, although it depends on the conditions. Using this viscous sol with excellent spinnability, spinning can be carried out by an appropriate known method.
【0019】繊維状に成形されたゾルは空気中の水分、
あるいは水蒸気量を高めたり、ゲル化を促進する気体状
の触媒存在下で速やかにゲル化し、ゲル繊維が得られる
。本発明により得られた粘性ゾルは曳糸性に優れており
、これまでより微細なファイバー径のゲルファイバーが
得られる。得られたゲルファイバーを加熱処理、水蒸気
処理等を施した後、適当なスケジュールで焼成すること
により、高強度のシリカアルミナ繊維を得ることができ
る。[0019] The fibrous sol absorbs moisture in the air,
Alternatively, gel fibers can be obtained by increasing the amount of water vapor or rapidly gelling in the presence of a gaseous catalyst that promotes gelling. The viscous sol obtained by the present invention has excellent stringability, and gel fibers with a finer fiber diameter than ever before can be obtained. High-strength silica-alumina fibers can be obtained by subjecting the obtained gel fibers to heat treatment, steam treatment, etc., and then firing them on an appropriate schedule.
【0020】本発明で用いられるアルミニウムアルコキ
シドは、一般式(RO)3 Al (R:アルキル基)
で表わされるものであり、具体的にはRはメチル、エチ
ル、n−プロピル、 iso−プロピル、n−ブチル、
iso −ブチル、sec −ブチル、tert−ブチ
ル等がある。The aluminum alkoxide used in the present invention has the general formula (RO) 3 Al (R: alkyl group)
Specifically, R is methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl,
Examples include iso-butyl, sec-butyl, and tert-butyl.
【0021】また、アルミニウムアルコキシドと反応さ
せる活性水素を有する化合物とは、一般に有機化合物中
の水素原子が酸素、窒素、硫黄などのヘテロ原子と結合
しており、通常の水素−炭素結合より反応性が強いとい
う特徴を持つものである。本発明にいう活性水素を有す
る化合物とは、前述の条件を満たし、かつ出発原料であ
るアルミニウムアルコキシドに対して反応性を有するも
のであり、D.C.Bradley, R.C.Meh
rotra and D.P.Gaur著”Matal
Alkoxides” p149〜298に列挙され
た化合物が相当する。[0021] Compounds with active hydrogen to be reacted with aluminum alkoxide generally have hydrogen atoms in organic compounds bonded to heteroatoms such as oxygen, nitrogen, sulfur, etc., and are more reactive than ordinary hydrogen-carbon bonds. It is characterized by strong The active hydrogen-containing compound referred to in the present invention is one that satisfies the above-mentioned conditions and is reactive with aluminum alkoxide, which is a starting material.D. C. Bradley, R. C. Meh
rotra and D. P. “Matal” by Gaur
Compounds listed in "Alkoxides" p. 149-298 correspond.
【0022】具体的には、モノエタノールアミン、モノ
n−プロパノールアミン、モノ iso−ブロパノール
アミン、ジエタノールアミン、ジ iso−プロパノー
ルアミン、トリエタノールアミン、トリ iso−プロ
パノールアミンに代表されるアルカノールアミン化合物
;アセチルアセトン、アセト酢酸エチルに代表されるβ
−ジケトン化合物;エチレングリコール、ジエチレング
リコールに代表されるグリコール化合物;の他、有機酸
、フェノール、チオール、アミン類等が列挙されるが、
加水分解速度の調整という面で、アルカノールアミン化
合物、β−ジケトン化合物が特に好ましい。さらに、こ
の中でもアルカノールアミン化合物としてはトリエタノ
ールアミンが、β−ジケトン化合物としてはアセト酢酸
エチル等のβ−ケトン酸エステル類が特に好ましい。Specifically, alkanolamine compounds represented by monoethanolamine, mono-n-propanolamine, mono-iso-propanolamine, diethanolamine, di-iso-propanolamine, triethanolamine, and tri-iso-propanolamine; β represented by acetylacetone and ethyl acetoacetate
- Diketone compounds; glycol compounds represented by ethylene glycol and diethylene glycol; other examples include organic acids, phenols, thiols, amines, etc.
From the viewpoint of adjusting the hydrolysis rate, alkanolamine compounds and β-diketone compounds are particularly preferred. Furthermore, among these, triethanolamine is particularly preferred as the alkanolamine compound, and β-ketonic acid esters such as ethyl acetoacetate are particularly preferred as the β-diketone compound.
【0023】この活性水素を有する化合物の使用量は、
β−ジケトン化合物以外については、アルミニウムアル
コキシド1モルに対して活性水素のモル数で0.6 〜
2.7 モルの範囲で使用する。アセチルアセトン、ア
セト酢酸エチル等のβ−ジケトン化合物はエノール型で
反応に関与するため活性水素の数は1分子中1個と数え
るがβ−ジケトン化合物類、特にアセト酢酸エチルのよ
うなβ−ケトン酸エステルの場合はアルミニウムのアル
コキシドを安定化する能力に優れ、活性水素のモル数、
すなわち分子のモル数で 0.2〜1.5 モルの範囲
の使用量で充分効果がある。The amount of this active hydrogen-containing compound used is:
For other than β-diketone compounds, the number of moles of active hydrogen per mole of aluminum alkoxide is 0.6 ~
Use in a range of 2.7 moles. β-diketone compounds such as acetylacetone and ethyl acetoacetate are enol-type and participate in the reaction, so the number of active hydrogens is counted as one per molecule; however, β-diketone compounds, especially β-ketone acids such as ethyl acetoacetate, In the case of esters, they have an excellent ability to stabilize aluminum alkoxides, and the number of moles of active hydrogen,
That is, a sufficient effect can be obtained in an amount of 0.2 to 1.5 moles of molecules.
【0024】アルカノールアミン類は水酸基の水素原子
がアルミニウムアルコキシドとの反応に関与するため、
1分子中の活性水素の数はモノアルカノールアミンでは
1個、ジアルカノールアミンでは2個、トリアルカノー
ルアミンでは3個とそれぞれ数える。この活性水素を有
する化合物の使用量が上記の範囲にあるときには、加水
分解時にアルミニウムアルコキシドの加水分解速度の調
整が十分に行われて、紡糸操作に適した粘性を有するゾ
ルが得られる。Since the hydrogen atom of the hydroxyl group of alkanolamines participates in the reaction with aluminum alkoxide,
The number of active hydrogens in one molecule is 1 for monoalkanolamines, 2 for dialkanolamines, and 3 for trialkanolamines. When the amount of the compound having active hydrogen is within the above range, the hydrolysis rate of aluminum alkoxide can be sufficiently adjusted during hydrolysis, and a sol having a viscosity suitable for spinning operations can be obtained.
【0025】この活性水素を有する化合物の使用量が上
記範囲より少ない場合、アルミニウムアルコキシドの加
水分解速度の調整が十分に行なわれず、加水分解時に反
応が急激に進行し、粉末状の沈殿物が析出し、紡糸操作
に適した粘性を有するゾルの合成は不可能である。一方
、使用量が上記範囲より多い場合、加水分解のアルコー
ル、有機溶媒の系外除去後、粘性を有するゾルは得られ
るものの、紡糸操作後も加水分解に対して安定であるた
めゲル化速度が極めて遅く、ゲルファイバーの形状保持
が困難となり実用的でなくなる。[0025] If the amount of the compound having active hydrogen used is less than the above range, the hydrolysis rate of aluminum alkoxide will not be sufficiently adjusted, and the reaction will proceed rapidly during hydrolysis, resulting in the precipitation of powdery precipitates. However, it is impossible to synthesize a sol with a viscosity suitable for spinning operations. On the other hand, if the amount used is larger than the above range, a viscous sol will be obtained after removing the hydrolyzed alcohol and organic solvent from the system, but the gelation rate will be low because it is stable against hydrolysis even after the spinning operation. This is extremely slow and makes it difficult to maintain the shape of the gel fiber, making it impractical.
【0026】アルミニウムアルコキシドと活性水素を有
する化合物を反応させるのは、両者を常温ないし加温下
に混合することにより行うことができるが、その反応は
混和性、反応の均一性の面から有機溶媒存在下で行うの
が好ましい。もっとも、有機溶媒が存在しなくても反応
は可能である。ここで用いる有機溶媒としてはアルミニ
ウムアルコキシドを溶解するものが好ましく、具体的に
は iso−プロパノール、 sec−ブタノール等に
代表されるアルコール類、トルエン、ベンゼン、キシレ
ン等に代表される芳香族系炭化水素、テトラヒドロフラ
ン、ジメチルホルムアミド、四塩化炭素等が例示される
が、溶解度の観点からアルコール類が好ましい。[0026] The reaction between aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen can be carried out by mixing the two at room temperature or under heating. Preferably, it is carried out in the presence of However, the reaction is possible even in the absence of an organic solvent. The organic solvent used here is preferably one that dissolves aluminum alkoxide, specifically alcohols represented by iso-propanol, sec-butanol, etc., aromatic hydrocarbons represented by toluene, benzene, xylene, etc. , tetrahydrofuran, dimethylformamide, carbon tetrachloride, etc., but alcohols are preferred from the viewpoint of solubility.
【0027】一方、上記した反応混合物と混合するシリ
コンアルコキシドは、一般式(RO)4 Si(R:ア
ルキル基)で表わされるものあるいはこれらの誘導体で
あり、具体的にはRはメチル、エチル、n−プロピル、
n−ブチル、 iso−ブチル、 sec−ブチル、t
ert−ブチル、およびこれらの誘導体等がある。シリ
コンアルコキシドの誘導体としては、前述のシリコンア
ルコキシドを、シリコンアルコキシドに対して4モル倍
以下の水で部分的に加水分解を行ったもの、あらかじめ
重縮合反応の進んだオリゴマー等があるが、加水分解後
のゾル中の有機溶媒の留去、ゾルの乾固時のゲル化を防
ぐためにはオリゴマーの使用は好ましくない。On the other hand, the silicon alkoxide to be mixed with the above reaction mixture is represented by the general formula (RO) 4 Si (R: alkyl group) or a derivative thereof; specifically, R is methyl, ethyl, n-propyl,
n-butyl, iso-butyl, sec-butyl, t
Examples include ert-butyl and derivatives thereof. Derivatives of silicon alkoxide include those obtained by partially hydrolyzing the above-mentioned silicon alkoxide with water in an amount less than 4 times the mole of silicon alkoxide, and oligomers that have undergone a polycondensation reaction in advance. The use of oligomers is not preferred in order to prevent subsequent distillation of the organic solvent in the sol and gelation during drying of the sol.
【0028】このシリコンアルコキシド及び/又はその
誘導体の使用量は、焼成後のセラミックス中のシリカ含
有量が40重量%以下となる量であることが好ましい。
その使用量が焼成後のセラミックス中のシリカ含有量が
40重量%を越える量となる場合には、得られるシリカ
アルミナ繊維は耐熱性が著しく低下し、耐熱性、複合材
料の強化材としての用途が著しく制限される。The amount of silicon alkoxide and/or its derivative used is preferably such that the silica content in the fired ceramic is 40% by weight or less. If the amount of silica used exceeds 40% by weight in the ceramic after firing, the heat resistance of the resulting silica-alumina fibers will decrease significantly, making it difficult to use as a reinforcing material for heat-resistant and composite materials. is severely limited.
【0029】アルミニウムアルコキシドと活性水素を有
する化合物との反応混合物をシリコンアルコキシド及び
/又はその誘導体と混合させた混合物を加水分解するさ
いに用いる水の使用量は、アルミニウムアルコキシド、
シリコンアルコキシド、後述するように、他の金属アル
コキシドも含めて、全アルコキシド1モルに対して0.
5 〜2.0 モルの範囲で使用する。シリコンアルコ
キシドの誘導体として、あらかじめ重縮合反応の進んだ
オリゴマーを使用する場合も、オリゴマーを1分子とし
て取り扱って上記範囲内の水を使用する。また、シリコ
ンアルコキシドの誘導体として、シリコンアルコキシド
に対して4モル倍以下の水で部分的に加水分解を行った
ものを使用する場合は、この部分的に加水分解する際の
水の使用量も計算に入れてアルミニウムアルコキシド、
出発物質のシリコンアルコキシド等全アルコキシド1モ
ルに対して上記範囲内の加水分解水量となるように水を
追添加する。[0029] The amount of water used when hydrolyzing a mixture of a reaction mixture of aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen with silicon alkoxide and/or its derivatives is as follows:
Silicon alkoxide, as described below, including other metal alkoxides, is 0.0% per mole of all alkoxides.
It is used in a range of 5 to 2.0 moles. Even when using an oligomer that has undergone a polycondensation reaction as a silicon alkoxide derivative, the oligomer is treated as one molecule and water within the above range is used. In addition, when using a derivative of silicon alkoxide that has been partially hydrolyzed with water that is less than 4 times the mole of silicon alkoxide, calculate the amount of water used for this partial hydrolysis. aluminum alkoxide,
Water is additionally added so that the amount of hydrolyzed water is within the above range based on 1 mole of all alkoxides such as silicon alkoxide as a starting material.
【0030】水の使用量が 0.5モルよりも少ない場
合、加水分解生成アルコールの除去の後、及び系に有機
溶媒を使用した場合にはそれら溶媒の除去の後に、粘性
を有するゾルは得られるが、紡糸操作後ゲルファイバー
の形状保持が困難となり実用的でなくなる。一方、水の
使用量が 2.0モルより多い場合、加水分解時には反
応が急激に進行し、粉末状の沈殿物が析出したり、粘性
ゾルが得られたとしても、その後のゾル中の有機溶媒の
留去、ゾルの乾固時にゲル化が起こりやすく、本発明に
より紡糸操作に適した粘性を有するゾルの合成には適し
ない。また、上記観点より、より好ましい加水分解の水
の使用量は全アルコキシド1モルに対して 0.5〜1
.5 モルの範囲である。When the amount of water used is less than 0.5 mol, a viscous sol is obtained after removal of the hydrolyzed alcohol and, if organic solvents are used in the system, after removal of these solvents. However, it becomes difficult to maintain the shape of the gel fiber after the spinning operation, making it impractical. On the other hand, if the amount of water used is more than 2.0 mol, the reaction will proceed rapidly during hydrolysis, and even if a powdery precipitate is deposited or a viscous sol is obtained, the organic Gelation tends to occur during distillation of the solvent and drying of the sol, making it unsuitable for the synthesis of a sol having a viscosity suitable for spinning operations according to the present invention. Further, from the above viewpoint, the more preferable amount of water used for hydrolysis is 0.5 to 1 per mole of total alkoxide.
.. It is in the range of 5 moles.
【0031】前記混合物の加水分解を行う方法としては
、水に対して適当に溶解性を有する、あるいは水を溶解
する有機溶媒と水との混合物の添加による加水分解、空
気中の水分を利用した加水分解、水蒸気を含有したガス
を吹き込むことを利用した加水分解等が挙げられる。
活性水素を有する化合物としてモノエタノールアミン、
アセチルアセトンを使用した場合、空気中の水分を利用
した加水分解、又は水蒸気を含有したガスを吹き込むこ
とを利用した加水分解の方法を用いることが好ましい。
この場合、水に対して適当に溶解性を有する、あるいは
水を溶解する有機溶媒と水との混合物の添加による加水
分解では、水の濃度を極めて低濃度にしないと、加水分
解時に粉末状の沈殿物が析出し、紡糸操作に適した粘性
を有するゾルの工業的合成には適さない。活性水素を有
する化合物としてトリエタノールアミン、アセト酢酸エ
チルを使用した場合、加水分解の方法には特に制限はな
い。この観点からこの両化合物は特に好ましい化合物と
いえる。また、この加水分解は、アルミニウムアルコキ
シドと活性水素を有する化合物との反応で述べたのと同
様な理由により、有機溶媒の存在下で行うのが好ましい
。そのための有機溶媒は、この加水分解の工程で添加し
てもよいが、すでにアルミニウムアルコキシドと活性水
素を有する化合物との混合、反応を有機溶媒の存在下で
行ったもの、あるいはシリコンアルコキシドの部分加水
分解で有機溶媒の存在下で行ったものは、その有機溶媒
を含有している、シリコンアルコキシド及び/又はその
誘導体を混合させた混合物をそのまま加水分解の反応に
供してもよい。Methods for hydrolyzing the mixture include hydrolysis by adding a mixture of water and an organic solvent that has an appropriate solubility in water or dissolves water, and using moisture in the air. Examples include hydrolysis, hydrolysis using blowing gas containing water vapor, and the like. Monoethanolamine as a compound with active hydrogen,
When acetylacetone is used, it is preferable to use a hydrolysis method using moisture in the air or a hydrolysis method using blowing gas containing water vapor. In this case, when hydrolysis is performed by adding a mixture of water and an organic solvent that has a suitable solubility in water or dissolves water, the concentration of water must be kept at an extremely low concentration. A precipitate forms, making it unsuitable for industrial synthesis of a sol with a viscosity suitable for spinning operations. When triethanolamine or ethyl acetoacetate is used as a compound having active hydrogen, there are no particular limitations on the hydrolysis method. From this point of view, these two compounds can be said to be particularly preferable compounds. Further, this hydrolysis is preferably carried out in the presence of an organic solvent for the same reason as described in the reaction of aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen. An organic solvent for this purpose may be added during this hydrolysis step, but aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen must be already mixed and reacted in the presence of an organic solvent, or silicon alkoxide must be partially hydrated. When decomposition is carried out in the presence of an organic solvent, a mixture of silicon alkoxide and/or its derivatives containing the organic solvent may be directly subjected to the hydrolysis reaction.
【0032】本発明において使用する、アルミニウムア
ルコキシド、活性水素を有する化合物、シリコンアルコ
キシド及び/又はその誘導体、並びに水を混合させる順
序としては、水の添加以前にアルミニウムアルコキシド
と活性水素を有する化合物とが反応し、その反応混合物
にシリコンアルコキシド及び/又はその誘導体が共存す
る状況が整っておれば特に制限されるものではない。[0032] The order in which the aluminum alkoxide, the compound having active hydrogen, the silicon alkoxide and/or its derivatives, and water used in the present invention are mixed is that the aluminum alkoxide and the compound having active hydrogen are mixed before the addition of water. There are no particular limitations as long as the conditions are right for the reaction and for silicon alkoxide and/or its derivatives to coexist in the reaction mixture.
【0033】また、本発明においては、ゲルファイバー
焼成時の結晶転移の制御、異常粒生長の抑制、焼結の進
行等を目的として、B2 O3、MgO、P2 O5
、CaO、Cr2 O3 、CuO、Fe2 O3 、
TiO2 、ZrO2 の添加剤を添加することができ
る。これらの化合物は、酸化物、無機塩、有機塩、金属
アルコキシドなどとして、アルミノシリケート系粘性ゾ
ルの生成前あるいは生成後でかつ紡糸前に添加すること
ができる。これらの添加剤は1種又は2種以上添加して
もよい。In addition, in the present invention, for the purpose of controlling crystal transition, suppressing abnormal grain growth, and progressing sintering during gel fiber firing, B2 O3, MgO, P2 O5
, CaO, Cr2O3, CuO, Fe2O3,
Additives such as TiO2 and ZrO2 can be added. These compounds can be added as oxides, inorganic salts, organic salts, metal alkoxides, etc. before or after the formation of the aluminosilicate-based viscous sol and before spinning. One or more of these additives may be added.
【0034】[0034]
【作用】本発明によれば、金属アルコキシドを加水分解
して得られたゾル中の有機溶媒等の揮発性化合物を留去
して、ゾルを一旦乾固した後、有機溶媒を加えて乾固し
たゾルを再溶解することによって、曳糸性に優れた粘性
ゾルが得られた。[Operation] According to the present invention, volatile compounds such as organic solvents in the sol obtained by hydrolyzing a metal alkoxide are distilled off, and the sol is once dried and then an organic solvent is added to dry it. By redissolving the sol, a viscous sol with excellent stringiness was obtained.
【0035】明確な機構については不明であるが、以下
のように考えられる。アルミニウムアルコキシドと活性
水素を有する化合物とシリコンアルコキシドとの混合物
を加水分解して得られるゾルは、曳糸性を発現するが、
この曳糸性は基本的にポリメタロキサン結合による無機
高分子の生成により発現するものと考えられる。加水分
解、濃縮のみで得られた粘性ゾル中のポリメタロキサン
の分子量に比して、ゾルの乾固を経由して得られたゾル
中のポリメタロキサンの分子量は向上していると考えら
れ、そのために優れた曳糸性が発現したものと推測され
る。Although the exact mechanism is unclear, it is thought to be as follows. The sol obtained by hydrolyzing a mixture of aluminum alkoxide, a compound having active hydrogen, and silicon alkoxide exhibits stringiness, but
It is thought that this stringiness is basically developed by the formation of inorganic polymers through polymetalloxane bonds. It is thought that the molecular weight of polymetalloxane in a sol obtained by drying the sol is improved compared to the molecular weight of polymetalloxane in a viscous sol obtained only by hydrolysis and concentration. It is presumed that this is the reason for the excellent stringability.
【0036】[0036]
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではない。[Examples] The present invention will be specifically explained below with reference to Examples. However, the present invention is not limited only to these examples.
【0037】実施例1
アルミニウム sec−ブトキシド1モルに対してse
c −ブタノール 6.6モル、トリエタノールアミン
0.33モルを室温で2時間混合し、反応生成物を得た
。シリコンエトキシド0.15モルを1規定HCl酸性
に調整された水0.15モル(2.7g)で部分的に加
水分解したものを、上のアルミニウムアルコキシドの反
応生成物と混合した。
この混合液に1モルの水と3モルのsec −ブタノー
ルの混合液を添加し、12時間攪拌してゾルを得た。こ
のゾルを60℃、100mmHgで減圧蒸留して、ほと
んど全ての sec−ブタノールを除去してゾルの乾固
物を得た。さらにこの乾固物を70℃で24時間真空乾
燥し、充分に乾燥した。この乾固物に200mlのメタ
ノールを添加して乾固物を完全に溶解した後、60℃、
100mmHgの条件下で濃縮を行い540ポイズの極
めて曳糸性に優れた粘性ゾルを得た。このゾルにガラス
棒をひたし、引き上げると、長さ130cm以上の極め
て微細な径のゲルファイバーが得られた。実際に直径1
60μmのノズルから押出紡糸してゲルファイバーを得
るとファイバー径18μmの連続ゲルファイバーが得ら
れた。Example 1 Se per mole of aluminum sec-butoxide
6.6 mol of c-butanol and 0.33 mol of triethanolamine were mixed at room temperature for 2 hours to obtain a reaction product. Partial hydrolysis of 0.15 mol of silicon ethoxide with 0.15 mol (2.7 g) of water acidified with 1N HCl was mixed with the above reaction product of aluminum alkoxide. A mixture of 1 mol of water and 3 mol of sec-butanol was added to this mixture and stirred for 12 hours to obtain a sol. This sol was distilled under reduced pressure at 60° C. and 100 mmHg to remove almost all of the sec-butanol to obtain a dry sol. Further, this dried product was vacuum-dried at 70° C. for 24 hours to thoroughly dry it. After adding 200 ml of methanol to this dry solid and completely dissolving the dry solid, 60°C.
Concentration was performed under the condition of 100 mmHg to obtain a 540 poise viscous sol with excellent stringiness. When a glass rod was immersed in this sol and pulled up, extremely fine gel fibers with a length of 130 cm or more were obtained. Actually diameter 1
When gel fibers were obtained by extrusion spinning from a 60 μm nozzle, continuous gel fibers with a fiber diameter of 18 μm were obtained.
【0038】比較例1
実施例1において、加水分解後に得られたゾルを60℃
、100mmHgで sec−ブタノールを減圧蒸留
することによりゾルを濃縮して粘性ゾルとした。このゾ
ルは、580ポイズでこのゾルにガラス棒をひたし引き
上げると、長さ20cm程度のゲルファイバーしか得ら
れず、実施例1の粘性ゾルに比して曳糸性に劣るもので
あった。実際に直径160μmのノイズから押出紡糸し
て連続ゲルファイバーを得るとファイバー径は55μm
であった。Comparative Example 1 In Example 1, the sol obtained after hydrolysis was heated to 60°C.
The sol was concentrated to a viscous sol by vacuum distillation of sec-butanol at 100 mmHg. When a glass rod was soaked in the sol at 580 poise and pulled up, only gel fibers with a length of about 20 cm were obtained, and the stringability was inferior to that of the viscous sol of Example 1. Actually, when a continuous gel fiber is obtained by extrusion spinning from a noise with a diameter of 160 μm, the fiber diameter is 55 μm.
Met.
【0039】実施例2
実施例1で得られたゾルの乾固物をメタノール/トルエ
ン=1/1(体積比)の混合溶媒で溶解し、粘度630
ポイズの粘性ゾルを得た。Example 2 The dried sol obtained in Example 1 was dissolved in a mixed solvent of methanol/toluene=1/1 (volume ratio) to obtain a solution with a viscosity of 630.
A poise viscous sol was obtained.
【0040】ガラス棒の引き上げで、150cm以上の
微細径のゲルファイバーが得られた。直径160μmの
ノズルからの押出し紡糸ではファイバー径21μmのゲ
ルファイバーが得られた。By pulling up the glass rod, gel fibers with a fine diameter of 150 cm or more were obtained. Gel fibers with a fiber diameter of 21 μm were obtained by extrusion spinning from a nozzle with a diameter of 160 μm.
【0041】実施例3
アルミニウム sec−ブトキシド1モルに対してse
c−ブタノール 6.6モル、アセト酢酸エチル0.5
モルを室温で2時間混合し、反応生成物を得た。シリ
コンメトキシド0.36モル、シリコン sec−ブト
キシド0.72モル、1規定の塩酸酸性に調整された水
0.36モルを50℃で2時間混合し、シリコンアルコ
キシドの部分加水分解物を得た。前記反応物とシリコン
アルコキシドの部分加水分解物を混合し、1.0 モル
の水と 3.3モル倍のsec −ブタノールの混合液
を添加し、加水分解操作を行った。添加後、12時間攪
拌してゾルを得た。このゾルを60℃ 100mmHg
で減圧蒸留して sec−ブタノールをほぼ完全に除去
してゾルの乾固物を得、これを70℃で更に24時間真
空乾燥した。Example 3 Se per mole of aluminum sec-butoxide
c-butanol 6.6 mol, ethyl acetoacetate 0.5
The moles were mixed for 2 hours at room temperature to obtain the reaction product. 0.36 mol of silicon methoxide, 0.72 mol of silicon sec-butoxide, and 0.36 mol of water acidified with 1N hydrochloric acid were mixed at 50°C for 2 hours to obtain a partial hydrolyzate of silicon alkoxide. . The reaction product and the partial hydrolyzate of silicon alkoxide were mixed, and a mixed solution of 1.0 mol of water and 3.3 mol of sec-butanol was added to perform a hydrolysis operation. After the addition, the mixture was stirred for 12 hours to obtain a sol. This sol was heated to 60℃ and 100mmHg.
The sec-butanol was almost completely removed by distillation under reduced pressure to obtain a dried sol, which was further vacuum-dried at 70°C for 24 hours.
【0042】このゾルの乾固物にsec −ブタノール
を添加して再溶解し、850 ポイズの粘性ゾルを得た
。ガラス棒の引き上げで150cm以上の微細径のゲル
ファイバーが得られた。直径160μmのノズルから押
出し紡糸ではファイバー径18μmの連続ゲルファイバ
ーが得られた。Sec-butanol was added to the dried sol to redissolve it to obtain a viscous sol of 850 poise. Gel fibers with a fine diameter of 150 cm or more were obtained by pulling up the glass rod. Continuous gel fibers with a fiber diameter of 18 μm were obtained by extrusion spinning from a nozzle with a diameter of 160 μm.
【0043】比較例2
実施例3において加水分解して得られたゾルを60℃、
100mmHgでsec −ブタノールを減圧蒸留する
ことによりゾルを濃縮し、粘度700ポイズの粘性ゾル
を得た。このゾルにガラス棒にひたし引き上げると、長
さ15cm程度のゲルファイバーしか得られず、実施例
3の粘性ゾルに比して曳糸性に劣るものであった。実際
に直径160μmのノズルから押出し紡糸して連続ゲル
ファイバーを得るとファイバー径は60μmであった。Comparative Example 2 The sol obtained by hydrolysis in Example 3 was heated at 60°C.
The sol was concentrated by distilling sec-butanol under reduced pressure at 100 mmHg to obtain a viscous sol with a viscosity of 700 poise. When this sol was soaked with a glass rod and pulled up, gel fibers with a length of only about 15 cm were obtained, and the stringability was inferior to that of the viscous sol of Example 3. When a continuous gel fiber was actually obtained by extrusion spinning from a nozzle with a diameter of 160 μm, the fiber diameter was 60 μm.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明によれば、化学的に改質されたア
ルミニウムアルコキシド、シリコンアルコキシド及び/
またはその誘導体を加水分解して得られるゾルを乾固し
た後、再溶解することにより、極めて曳糸性に優れた粘
性ゾルが得られる。このゾルを用いて曳糸操作を行うこ
とにより、微細なゲルファイバーが得られ、これを焼成
することにより微細な径のアルミノシリケート繊維が得
られる。強度に優れたアルミノシリケート繊維を得る上
で極めて有用な粘性ゾルの製造方法である。Effects of the Invention According to the present invention, chemically modified aluminum alkoxide, silicon alkoxide and/or
By drying a sol obtained by hydrolyzing or a derivative thereof and then redissolving it, a viscous sol with extremely excellent spinnability can be obtained. By performing a spinning operation using this sol, fine gel fibers are obtained, and by firing the gel fibers, aluminosilicate fibers with a fine diameter are obtained. This is a method for producing a viscous sol that is extremely useful for obtaining aluminosilicate fibers with excellent strength.
Claims (1)
を有する化合物との反応物とシリコンアルコキシドとの
混合物を加水分解してアルミノシリケート系粘性ゾルを
製造する方法において、前記混合物を加水分解して得ら
れたゾル中の溶媒を留去してゾルを乾固した後、その乾
固物を溶解しうる1種または2種以上の溶媒で乾固物を
再溶解してゾルを調製することを特徴とするアルミノシ
リケート系粘性ゾルの製造方法。1. A method for producing an aluminosilicate-based viscous sol by hydrolyzing a mixture of a reaction product of an aluminum alkoxide and a compound having active hydrogen, and a silicon alkoxide, comprising: a sol obtained by hydrolyzing the mixture; An alumino product characterized in that the sol is prepared by distilling off the solvent in the sol to dryness, and then redissolving the dried product in one or more solvents that can dissolve the dried product. A method for producing a silicate-based viscous sol.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3023414A JPH04263615A (en) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | Production of viscous aluminosilicate sol |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3023414A JPH04263615A (en) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | Production of viscous aluminosilicate sol |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04263615A true JPH04263615A (en) | 1992-09-18 |
Family
ID=12109838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3023414A Pending JPH04263615A (en) | 1991-02-18 | 1991-02-18 | Production of viscous aluminosilicate sol |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04263615A (en) |
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1991
- 1991-02-18 JP JP3023414A patent/JPH04263615A/en active Pending
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