JPH06171977A - 多孔質ガラスの製造方法 - Google Patents

多孔質ガラスの製造方法

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JPH06171977A
JPH06171977A JP32208392A JP32208392A JPH06171977A JP H06171977 A JPH06171977 A JP H06171977A JP 32208392 A JP32208392 A JP 32208392A JP 32208392 A JP32208392 A JP 32208392A JP H06171977 A JPH06171977 A JP H06171977A
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JP
Japan
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glass
phase
particles
porous glass
porous
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Application number
JP32208392A
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English (en)
Inventor
Makoto Kume
真 久米
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
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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
    • C03C11/00Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/005Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles obtained by leaching after a phase separation step

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い気孔率を有し、かつ2つのピークをもつ
シャープな細孔径分布を有する多孔質ガラスを、簡単な
操作で生産性よく製造する新規な方法を提供することを
目的とする。 【構成】 分相性ガラスの粉末粒子,溶媒,バインダー
および前記分相性ガラスの粘度が1013ポアズとなる温
度以上の温度で、前記粒子と反応して前記粒子の少なく
とも表面に、耐熱性物質を生成させる化合物の混合物を
用いて、所定の成形体を成形し乾燥後、前記ガラスの粘
度が1011から106 ポアズとなる温度範囲で、0.5
〜10時間保持した後徐冷し、前記分相性ガラスの溶出
相を溶出して、大きさの異なる2種の細孔径を有する多
孔質ガラスを製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大きさの異なる2種の
細孔径を有する多孔質ガラスの製造方法に関する。さら
に詳しく言えば、本発明は例えば、触媒担体,酵素ない
しは微生物固定化担体,カラムクロマトグラフィー用の
カラム等として、好適に使用することができる高い気孔
率を有し、かつ2つのピークをもつ細孔径分布がシャー
プな多孔性ガラス成形体を、簡単な操作で生産性よく製
造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】粒度調整されたガラス粒子及び無機塩の
粒子を均一に混合し、ガラスの軟化点(粘度:107.6
ポアズ)付近で、かつ上記無機塩の融点以下の温度で焼
結した後、上記無機塩を水等により溶出せしめて得られ
る開気孔を有する焼結ガラスが知られている。このとき
細孔の寸法は、上記無機塩粒子の寸法に依存する。2種
の異なる寸法の塩粒子を用いれば、2つのピークをもつ
細孔径分布が得られる(F.B.ジーベルス,N.グロ
イリッヒ,W.キーファー,GlastechBer.
62,[2]63−73(1989)および特許公報平
4−51496)。
【0003】この方法では、ガラスおよび無機塩の粉砕
さらにそれ等の粒度調整、そして均一な混合という面倒
な工程を有し、特に比重の異なる2種の粒子を均一に混
合する困難があった。さらにこの方法では、数ミクロン
以下の小さい細孔径の多孔質ガラスを得ることは実際上
困難である。
【0004】またこの方法では、焼成前には混合物が乾
燥した粉体であるため、ハニカム,円筒パイプなどの形
状に成形することが不可能であり、焼結後の機械加工を
要するという不都合もあった。
【0005】2種の大きさの細孔径を有する分相性ガラ
スとしては、分相により生成した溶出相中に、溶出過程
で再びシリカゲル微粒子が析出したものが、従来より知
られている。上記シリカゲル微粒子は、水(特に高温の
水)への溶解度が大きいため、使用中に特性が変化する
不都合があった。
【0006】また、従来の分相性ガラスはB23を多く
含むため、溶融中の揮発に起因する脈理ができやすく、
このために溶出処理工程での破壊がしばしば生じるの
で、特に大寸法の物は製作困難であった。また細孔特性
は、成形体の各部分で不均一になりやすく、ロット毎の
特性も不安定であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
の開気孔を有する焼結ガラスが有する欠点を克服し、高
い気孔率を有し、かつ2つのピークをもつシャープな細
孔径分布を有する多孔質ガラスを、簡単な操作で生産性
よく製造する新規な方法を提供することを目的とする。
さらに本発明は、従来困難であった大寸法の多孔質ガラ
ス成形体を、簡単で経済的に製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱処理によっ
て分相し、次いで溶出処理して多孔質ガラスが得られる
ような分相性ガラスの粉末粒子,溶媒,バインダーおよ
び前記分相性ガラスの粘度が1013ポアズとなる温度以
上の温度で、前記粒子と反応して前記粒子の少なくとも
表面に、耐熱性物質を生成させる化合物の混合物を用い
て、所定の成形体を成形し乾燥後、前記ガラスの粘度が
1011から106 ポアズとなる温度範囲で、0.5〜1
0時間保持した後徐冷し、前記分相性ガラスの溶出相を
溶出して、大きさの異なる2種の細孔径を有する多孔質
ガラスを製造する方法を提供するものである。
【0009】さらに、本発明のもう一つの態様によれ
ば、予め分相処理されかつ溶出処理された前記分相性ガ
ラス粒子を、上述と同様の方法によって多孔質ガラスと
する製造方法を提供する。
【0010】また本発明は、前記化合物がマグネシウ
ム,カルシウム,ストロンチウムおよび亜鉛からなる群
より選ばれた、少なくとも1種の金属の溶媒に可溶な塩
である上記製造方法を提供する。
【0011】さらに本発明は、前記塩が塩化物である上
記製造方法を提供する。
【0012】熱処理によって分相し、次いで溶出処理し
て多孔質ガラスとなるような分相性ガラスの粉末粒子と
しては、例えば、Na2O−B23−SiO2系ないし
は、Na2O−CaO−B23−Al23−SiO2系等
のガラスのような公知の分相性ガラスの、直径または厚
味(最小寸法)が1〜500μmの粒径の粒子が好まし
い。
【0013】Na2O−B23−SiO2 系あるいはN
2O−CaO−B23−Al23−SiO2 系分相性
ガラスでは、粘度が1013ポアズとなる温度は、通常4
00〜600℃である。またこのガラス粒子として、平
均厚味1〜5μm,アスペクト比(巾/厚味)が2〜1
00の、フレーク状ガラスであってもよい。
【0014】本発明の多孔質ガラスの製造方法に用いる
上記化合物としては、2価金属、特にマグネシウム,カ
ルシウム,ストロンチウムまたは亜鉛の塩であって、水
またはアルコ−ル等の溶媒に可溶な塩、特に好ましくは
塩化物が用いられる。上記化合物の添加量は、ガラス粒
子100部に対し、2〜10部が適当である。またこれ
らの化合物は、水またはアルコールなどの溶媒中に溶解
して、溶液の形で添加するのが便利である。これらの化
合物は、ガラス粒子の転移温度である400〜600℃
以上の温度で、前記ガラス粒子と反応して、前記ガラス
粒子の少なくとも表面に、前記2価金属の珪酸塩に富ん
だ耐熱性物質を生じさせるために、ガラス粒子の急速な
焼結が抑えられて、広い処理温度範囲で安定した細孔特
性の多孔体を得ることが出来るものである。
【0015】このようにして、前記ガラス粒子間の空隙
に形成された第1の細孔と、ガラス粒子内部に形成され
るより小さい径の第2の細孔の2種類の細孔を有する、
いわゆるバイモーダルな多孔質ガラスが得られる。
【0016】本発明の一つの態様によれば、前記分相性
ガラス粒子は焼結過程において同時に分相するので、上
述の焼結体を溶出処理すれば前記第2の細孔が形成され
る。
【0017】本発明のもう一つの態様によれば、予め分
相及び溶出処理された、即ち既に第2の細孔が形成され
た前記分相性ガラス粒子を、上述のように2価金属の塩
を添加して焼結することによって、2種類の大きさの細
孔を有する多孔質ガラスが得られる。
【0018】上記焼結において、第1の細孔の径は主に
上記ガラス粒子の径に依存し、第2の細孔の径は、上記
分相性ガラスの組成および焼結温度および焼結時間によ
って決まる。
【0019】本発明のいずれの様態においても、第1の
細孔は粒子間の空隙の大きさとなるので、その径は粒子
の大きさのオーダーとなる。また第2の細孔は、1つの
粒子内に形成されたものである。したがって、その径は
粒子の大きさよりも当然小さく、第1と第2の細孔の径
が重なりあうことはない。後述の実施例1,2では、第
1の細孔径より約2桁小さいサイズであった。
【0020】本発明における細孔の径の範囲は、第1の
細孔の径では、通常、0.5μmから0.5mmとな
り、焼結温度が高くなればより大きな径となる。なお、
上記分相性ガラスにおける熱処理条件と細孔特性の関係
は、当業者にはよく知られているので、詳細は省略す
る。
【0021】第2の細孔の径の範囲は、Na2O−Ca
O−B23−Al23−SiO2系分相性ガラスでは、
通常0.1から10μmとなる。この場合第2の細孔の
径の範囲が、上述の第1の細孔径と重なりあう範囲があ
るが、上述したように個々の実施例においては、第1と
第2の細孔の径が重なりあうことはない。Na2O−B2
3−SiO2系分相性ガラスでは、数nmから0.2μ
mとなる。
【0022】
【作用】本発明の方法により、作製された多孔質ガラス
の細孔は、1μm前後から0.5mmの細孔径を有する
第1の細孔と、数nmから10μmまでの細孔径を有す
る第2の細孔からなり、また気孔率は40から60%で
あるため、流体の透過抵抗が小さく、かつ流体との接触
面積が大きいという利点を有する。このため、触媒担
体,酵素ないしは微生物の固定化担体,カラムクロマト
グラフィー用のカラム等に適している。さらに本発明の
方法では、ガラス粒子を室温で成形した後焼結するた
め、大寸法の成形体も簡単に製作できる。また細孔特性
は成形体の各所で均一であり、かつ特性は安定してい
る。
【0023】
【実施例】以下に、本発明の方法の実施例を説明する
が、本発明の適用についての一例であり、この実施例が
本発明を限定するものではない。
【0024】実施例−1 重量%にて、SiO2:51.8,Al23:10.
2,B23:16.2,Na2O:2.4,K2O:2.
2,MgO:1.2,CaO:15.0,Fe23
1.0の組成を有するガラス(例えば「Porous
GlassS−300」(開発品)平均粒径:10μm
/富士デヴィソン化学(株)製)をボールミル中に装入
し、エチルアルコールを加えて、6日間粉砕してスラリ
ーを得た。
【0025】次に、セピオライト微粉(エードプラスS
(商標)/水沢化学工業(株)製)4部、および極微細
繊維状セルロース(セリッシュ(商標)/ダイセル化学
工業(株)製)1部に、水200部を加えて家庭用ミキ
サー内で5分間攪拌した液に、ガラス固形分として96
部に相当する上記スラリーを加えてよく混合する。この
懸濁液を10分間放置した後、上澄み液を除き、さらに
遠心分離して粘土状とし、ガラス固形分100部に対
し、5部のCaCl2・2H2Oを上記粘土状の塊に加
え、よく混練して、厚味3mm、直径100mmの平板
に成形した。次いで、上記平板を120℃で乾燥し、次
の温度スケジュールで熱処理した。
【0026】室温→(20℃/分)→500℃,30分
保持→(10℃/分)→650℃→(5℃/分)→75
0℃,30分保持→(放冷)→室温 ()内は昇温速
度。
【0027】このようにして得られた平板を水洗した
後、95℃,1規定の塩酸30リットル中に24時間保
持し、水洗および乾燥した。このようにして得られた多
孔体の細孔特性は、細孔容積0.7cm3/g,細孔比
表面積45m2/g,第1の細孔径は2μm、第2の細
孔径は25nmであった。水銀圧入式ポロシメーターに
よる細孔径分布の測定結果を図1に示す。
【0028】実施例−2 平均粒径10μm,平均細孔径32nmの多孔質ガラス
(重量%にて、SiO2:86.5,Al23:3.
5,B23:8.0,Na2O:0.2,K2O:1.
2,CaO:0.6)粒子100部に、無機粉体成形助
剤(ビオポリーP(商標)/武田薬品工業(株)製)2
部を加え、さらに少量の水を加えてよく混練する。この
ようにして得られた粘土状の塊から、径6mmで長さ1
00mmの棒に成形した。これを常温乾燥した後、20
%CaCl2・2H2O水溶液を浸透させ、再び120℃
で乾燥した後、次の温度スケジュールで熱処理した。
【0029】室温→(20℃/分)→500℃,30分
保持→(10℃/分)→670℃→(5℃/分)→78
0℃,30分保持→(放冷)→室温 ()内は昇温速
度。
【0030】このようにして得られた棒を水洗した後、
乾燥して、実施例1と同様にして、細孔特性を測定し
た。その結果、細孔容積0.6cm3/g,細孔比表面
積 34m2/g,第1の細孔径は5μm,そして第2の
細孔径は30nmであった。細孔径分布を図2に示す。
【0031】
【発明の効果】本発明の方法により、作製された径の大
きさが制御された2種の細孔を有する多孔質ガラスは、
上述のように触媒担体,酵素ないしは微生物担体として
好適である。また、成形が容易であるため、円板,円
柱,管,ラシヒリング,ハニカム等の多様な形状が可能
である。従来高価であった多孔質ガラス成形体,特に大
寸法のものは、本発明の方法により、きわめて経済的に
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の多孔質ガラスの細孔半径分布を示
す。
【図2】実施例2の多孔質ガラスの細孔半径分布を示
す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱処理によって分相し、次いで溶出処理
    して多孔質ガラスが得られるような分相性ガラスの粉末
    粒子,溶媒,バインダーおよび前記分相性ガラスの粘度
    が1013ポアズとなる温度以上の温度で、前記粒子と反
    応して前記粒子の少なくとも表面に、耐熱性物質を生成
    させる化合物の混合物を用いて、所定の成形体を成形し
    乾燥後、前記ガラスの粘度が1011から106 ポアズと
    なる温度範囲で、0.5〜10時間保持した後徐冷し、
    前記分相性ガラスの溶出相を溶出して、大きさの異なる
    2種の細孔径を有する多孔質ガラスを製造する方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において前記分相性ガラスの粒
    子が、予め熱処理により分相処理され、次いで溶出処理
    されたものである多孔質ガラスの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記化合物がマグネシウム,カルシウ
    ム,ストロンチウムおよび亜鉛からなる群より選ばれ
    た、少なくとも1種の金属の溶媒に可溶な塩である請求
    項1ないしは請求項2記載の多孔質ガラスの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記塩は塩化物である請求項3記載の多
    孔質ガラスの製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007169110A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Nok Corp 無機複合中空管の製造方法
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JP2008199924A (ja) * 2007-02-19 2008-09-04 Nippon Sheet Glass Co Ltd 光触媒をコーティングした多孔質担体によるバイオリアクター

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