JPS6060931A - 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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JPS6060931A
JPS6060931A JP16669783A JP16669783A JPS6060931A JP S6060931 A JPS6060931 A JP S6060931A JP 16669783 A JP16669783 A JP 16669783A JP 16669783 A JP16669783 A JP 16669783A JP S6060931 A JPS6060931 A JP S6060931A
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JP
Japan
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porous glass
gelation
glass
gel
alkali
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JP16669783A
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English (en)
Inventor
Naoto Uetake
直人 植竹
Tetsuo Fukazawa
深沢 哲夫
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00Other methods of shaping glass
    • C03B19/12Other methods of shaping glass by liquid-phase reaction processes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は多孔質ガラスの製造方法に係り、特に低温で多
様な組成な多孔質ガラスを製造するに好適な製造方法に
関するものである。
〔発明の背景〕
多孔質ガラスの製造方法としては、アメリカのコーニン
グ社で開発された熱処理によるガラスの分相を利用した
方法(U S P a t 、 2106744゜22
15039)がある。しかし、ガラスの分相現象を利用
する方法では、分相性のガラスが形成でき、しかも、分
離した二相間で、特定の溶媒に刻して、溶解度の点で大
きな差がなけ4zば多孔質ガラスは得られない。このた
め、製造できるガラスの組成が限定されてしまう。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、分相現数を利用できないような組成の
多孔質ガラスをも容易に製造できる方法を提供すること
にある。
〔発明の1反要〕 ガラスは比較的化学的に安定な材料であり、これを多孔
性としたものはフィルター、吸着材及び複合材料の出発
物質等として多様な利用法がある。
ケイ酸ナトリウム水溶液などのケイ酸アルカリ水溶液は
酸などを作用させることにょリゲリ化を生じることが知
られている。このゲルは1.00 Aから1.0000
人程度の微小な粒子より構成されている。
この微粒子の形成過程は一種の重合反応であり、反応条
件を調節することにより、粒径を変えることができる。
また、条件によっては、重合反応の進行により、マクロ
サイスのガラス体を得ることができる。このガラス体は
10八〜100人程度の微小なボアを有しており、低温
加熱することにより多孔質ガラスとして用いることがで
きる。また、加熱温度を調節し焼結反応を利用して、ボ
ア径を調節することも可能である。また、マクロサイス
のガラス体ができるまで重合反応を進行させることなく
、ゲル化によって生じた微粒子体の段階で乾燥させ、ガ
ラス転移点以−ヒの温度では、ガラスが粘性流動により
容易焼結することを利用し、焼結により、マクロサイス
のガラス体を得ることができる。この場合、ボアの大き
さはゲルでヒによって生成した微粒子の大きさと微粒子
の充填度に依存するが0.1μm程度以上の比較的大き
なボア径を有する多孔質ガラスを得ることができる。
しかし、ケイ酸アルカリ溶液中には多量のアルカリ分が
含まれている。これらのアルカリ分はゲル化反応に関与
せず、水相中に残留するため、水洗することにより、こ
れらのアルカリ分を除去する必要がある。アルカリ塩類
の水容性は非常に高いため、水洗による除去は容易であ
る。
ケイ酸アルカリ水溶液のゲル化反応& Ofにより起こ
した場合、生成した多孔質ガラスはS i O2より構
成される石英ガラス質である。発明者らは、ケイ酸アル
カリ水溶液のゲル化反応が、遷移金属元素等の金属イオ
ンに依っても生じ、生成ゲル体を低温加熱することによ
り、当該全屈元素を含むケイはガラスがでこることを見
い出した。(N。
UcLakeanclM、Kikuchi、Chemi
stryLetterS。
2、229 (1983) )この反応を利用すること
により、アルカリ土煩元ヌ(、希土類元素、アルミニウ
ム、第4周1υJ遷移金屈元素、第5周期差し金属元素
を・3む多孔質ケイ酸ガラスを作ることができる。3よ
4しる金属元素により、多孔質ガラスに種々の特性を持
たせることが可能である。
第1図にケイ酸アルカリ水溶液のゲル化の過程を示す。
(、)においてケイ酸アルカリ水溶液2にケル化剤1と
して酸の水溶液または遷移金属元素4等の′A属イオン
を含む水溶液を加える。この時、ゲル化剤の作用が強す
ぎると不均質な沈殿を生じるため、適切な濃度に胴筒1
する必要がある。金属イオン2含む水溶液を使用する場
合には、酸や他の金属イオンと混合することにより、ゲ
ル化作用の強さを調節することができる。この場合、ゲ
ル化反応は酸や他の金属イオンによる反応と目的金属イ
オンによる反応との競争反応になるがゲル化後、時間を
置くと目的金属イオンのゲル中への化合が進行すること
を実験により確認した。このため、広範囲の金属イオン
について、酸濃度または共存金属イオン濃度を調節する
ことにより、良好なゲル体を得ることができる。以上の
ような繰作により、(b)に示すように均質なゲル化反
応を起こすことができる。時間とともにケイ酸ン)子の
重合が進み、ついには流動性を示さなくなる。
(c)しかし、この時点では多量の非架ta酸素原子を
含んでおり、なお、架橋が進行し、(d)に示すように
時間とともに体積収縮を生じて水分をゲル体外に排出し
、ゲル体5と水相4に別れる。
この時、ケイ酸アルカリ水溶液中に含まれていたアルカ
リイオンは水相4に移る。このため、水洗することによ
り、アルカリイオンを容易に取り除くことができる。水
洗後乾燥加熱することにより10人〜100人程度の微
小なボアを有する多孔質ガラス体を得る。ボア径の大き
さ及び全ボア容積は(c)の状態後、放置する時間を変
えることにより調節できる。しかし、ゲル化後の放置時
間が短いとケイ酸分子間の架橋が不充分となり、tz殻
時に粉末化してしまい多孔質ガラス体と番よならない。
空孔率が70%以上の時点で取り出すと粉末化か生じる
傾向にあり、この値以下になるまで収縮させた後、取り
出す必要がある。しかし、粉末化した粒子を電子顕微鏡
で観察すると、0.1μm以下の微小な粒子より構成さ
れてl、Nること力1わかった。これらの粒子は機械的
な粉砕によって製造可能なガラス粒子よりも小さく、粒
径も揃っているため、この粒子を焼結させることにより
、ボア径の揃った多孔質ガラス体を得ること力〜でき兆
。しかし、この場合には0.1μm以下のボア径とする
ことは困難である。非常にボア径のノ」1さな多孔質ガ
ラスを得ようとする場合には先述したようにゲル化後の
収縮を十分に進ませて粉末化を防ぐ必要がある。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第2図により説明する。本実
施例は化学プラントなどで強アルカリと接触する可能性
のある条件下で使う耐アルカリ・1゛(の多孔質ガラス
の分子ふるいを製造することを目的としている。一般に
ガラスはアルカリに弱いがS i O2Z r O2系
のガラスは耐アルカリ性を有する。このため、ZrO2
を数モルパーセント程度含むケイ酸ガラスを作る必要が
ある。この目的を達成するため、ゲル化剤として硝酸ジ
ルコニルの水溶液を用いる。
ケイ酸アルカリタンク1にはケイ酸カリウム水溶液(K
2O:9wt%r S io 2: 20svt%。
H20ニア1wt%)が貯蔵さAもている。ゲル化剤タ
ンク2には硝酸ジルコニル水溶液と硝酸カルシウムの水
溶液の混合液(Ca/Zr=O,Ol〜0.05)がゲ
ル化剤として貯蔵されている。
ここで、硝酸カルシウムを用いるのはゲル化速度を適切
に調節するためである。バルブ5を開いてケイ酸カリウ
ム水溶液を混合槽3に送る。次にバルブ6を開いてゲル
化剤を混合槽3に供給し、攪拌器4で攪拌して均質化す
る。十分に攪拌した後、バルブ7を開いて、キャニスタ
−8に混合液10を供給する。この時、キャニスタ−8
に付いているバルブ9は閉じておく。キャニスタ−8は
混合液を充填した後、ギヤニスター8にキャップ11を
かぶせ、水分の燕Npを防いで、恒温槽12中20℃で
静置し、ゲル化収縮させる。空孔率が40%程度になる
まで収縮させた後、恒温槽12から取り出し、ぞの移洗
浄工程に送る。洗浄工程では、バルブ9を開いてキA7
ニスター8中の水溶液を排出した後、バルブ9を閉じ、
次にバルブ16を開いて、純水供給口13から純水をキ
ャニスタ−8に供給し、振どう器14にゲル体15をは
さんで、」二下運動させて洗浄する。洗浄後、バルブ9
を開いて、キャニスタ−8中の水溶液を排出し、再びバ
ルブ9を閉じて、次にバルブ16を開いて先述の洗浄工
程を2〜3回縁り返す。この後、ゲル体]5をキャニス
タ−8から取り出し、ドライヤー17で送風乾燥させる
。乾燥後、焼成炉18にゲル体を移し、600〜700
°Cで1時間程度加熱すると、平均ボア径50人程度、
空孔率40%程度耐アルカリ性多孔質ガラス体19が得
られる。
本実施例によれば、均質な細孔を有する耐アルカリ性の
多孔質ガラス体を容易に製造することができる。
次に、ゲル体を十分に収縮させず粉末化させて多孔質ガ
ラスを製造する場合の実施例を3rS J図により説明
する。本実施例は、原子カプラント等の放射性廃液処理
用の3材といて用いるための多孔質ガラス製造方法に関
するもので、3材中に取り込んだ放射性物質による作業
者の放射綿被15を防ぐため、釦を多量に含む多孔質カ
ラスを製造することを目的としている。
ケイ酸アルカリタンク1にはケイ酸すI・リウ11水溶
液(Na 20; 6wt%、 S i 02 ;二2
6wt;%、 I−120; 68w1%)が貯蔵さ、
11.ている。ゲル化剤タンク2には30 V+’ i
 ’3G硝1&4 f’j)水j容渋77’貯蔵されて
いる。バルブ3をrJIいて混合流下相5にケイ酸ナト
リウム水溶液を供給する。続いてバルブ4を開いて硝酸
鉛水溶液を混合流下槽5に供給し、ゾル6を生じさせる
。このツル6は型枠7に充填し、ゲル化させる。ゲル化
が十分に進んだら、乾保器lI内に移し、]、 OO℃
程度に加熱して軸力′たさせて粉末化する。乾燥後、フ
ィルター8を型枠7に取り(=fけ、吸引口12にバル
ブ10を介して接読する。その後、純水供給口13から
バルブ9を開いて純水を型枠7に送給する。純水が型枠
内に満たされたら、バルブ10を開いて水を吸引し、ア
ルカリ分を水とともに排出する。十分にアルカリ分が除
去できたら、バルブ9及びバルブ10旨閉じて、純水の
供給及び吸引を停止する。
この後、く、を無鉛11で再び100℃程度に加熱して
乾殻し、煉結炉]3に移して、ガラス粉末14を600
℃程度の温度で焼結させ、ボア径が0.1μmから1μ
il’lに分布している多孔質ガラス成型体15を得る
本実施例によれば、放射線じゃへい能力の大きな釦含有
多孔質ガラス体を容易に製造することがでとる。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、本発明によれば、多様な組成を
持つ多孔質ガラスを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はケイ酸アルカリ水溶液のゲル(1一過程を経時
的に示した図、第2図第3図は本発明の一実施例のフロ
ーシー1〜である。 第2図 ■・・・ケイ酸アルカリタンク、2・・・ゲル化剤タン
ク、3・・・混合槽、4・・・攪拌器、5.6.7.9
. IG・・・バルブ゛、8・・・キャニスタ−110
・・・混合液、11・・・キャップ、12・・・恒温槽
、13・・・ll:i+1水供給口、14・・・振どう
器、15・・・ゲル体、17・・・ドライヤー、(C)
 (住) ( 〈

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、多孔質ガラスの製造方法において、ケイ酸アルカリ
    水溶液のゲル化を生じさせ、ゲル化完了後、水洗するこ
    とにより、アルカリ塩を除去した後。 加熱することを特徴とする多孔質ガラスの製造方法。 2、特許請求の範囲第1項において、ケイ酸アルカリ水
    溶液のゲル化を生じさせるため、ケイ酸より酸性度の強
    い酸を添加することを特徴とする多孔質ガラスの製造方
    法。 3、特許請求の範囲第1項において、ケイ酸アルカリ水
    溶液のゲル化を生じさせるため、アルカリ土類元素、希
    土類元素、アルミニウム、第4周期遷移金属元素、第5
    周期遷移金属元素の水容性塩の水溶液を単独または酸の
    水溶液と混合して添加することを特徴とする多孔質ガラ
    スの製造方法。 4、特許請求の範囲第1項において、ゲル化完了後、加
    熱乾燥させた後水洗することを特徴とする多孔質ガラス
    の製造方法。 5、特許請求の範囲第1項において、水洗してアルカリ
    塩を除去した後、ガラス転移点以上の温度に加熱して、
    焼結させ、空孔径及d空孔容積を調節することを特徴と
    する多孔質ガラス製造方法。
JP16669783A 1983-09-12 1983-09-12 多孔質ガラスの製造方法 Pending JPS6060931A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4998542A (en) * 1989-02-23 1991-03-12 Philip Morris Incorporated Wrapper for smoking articles and method for preparing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4998542A (en) * 1989-02-23 1991-03-12 Philip Morris Incorporated Wrapper for smoking articles and method for preparing same

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