JPS61236609A - シリカの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は合成石英ガラスの原料として好適な、高純度の
重質シリカを効率よく製造する方法に関する。

〔技術の背景〕

石英ガラスは優れた光学特性、低熱膨張特性を有してい
るため、光フアイバー用基材を始め、半導体封止材用フ
ィラーとして使用されるようになった。このような封止
材用フィラー用の石英ガラスは従来より珪砂等の天然シ
リカ原料を溶融して得られる石英ガラスが一般に使用さ
れているが、該シリカ原料に基因するウラン、トリウム
等の放射性元素などの不純物が最近同類とされるように
なった。

即ち、封止材フィラーとして石英ガラスに含まれるウラ
ン、トリウムなどのアルファ線がＩＣのソフトエラーを
起す。そのため、かがる不純物を減少させた尚純度のシ
リカ原料の要求が高くなった。

〔従来の技袷及び発明が解決しようとする問題点〕

従来、高純度のシリカを工業的に製造する方法として、
ハロゲン化珪素を火炎中で燃焼させる方法が知られてい
る。

しかしながら、上記方法は、得られるシリカの粒子が極
めて小さく嵩高いという性質を有する。そのため、これ
を溶融又は焼結して得られる石英ガラスは、一般に気泡
を多量に含有し、前記用途に供し録いという問題を有す
る。また、溶融、焼結時の収縮が非常に大きく、石英ガ
ラスの製造に大容量の装置を必要とし、工業的に石英ガ
ラスを得るための原料としての使用は困難である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題に鑑み成されたもので、水で湿潤した
吸水性粉体とハロゲン化珪素とを接触させることにより
、石英方ラスの製造に適した高純度の重質シリカを効率
よく製造することを可能としたシリカの製造方法を提供
−ｒる。

本発明において、湿潤とは吸水性粉体が粉体としての流
動性を維持する範囲内で水を担持している状態をいう。

一般には、吸水性粉体が吸油量以下の量の水を吸水した
状態である。尚、吸油量はＪＩＳ　６２２０によって測
定した値をいう。

本発明において、用いられる吸水性粉体としては吸水性
を有するものであれは特に制限されないが、一般に吸油
量はＱ、５ＣＣ１５以上、好ましくは１００７１１以上
を鳴していれば充分であり、また、得られるシリカの用
途において悪影響を及ばず不純物の量が可及的に少ない
粉体を使用することが望ましい。かかる吸水性粉体を具
体的に例示すれば、ヒユームドシリカと称される乾式法
による無水珪酸、ホワイトカーボンと称される湿式法に
よる含水珪酸、後述する反応において生成するシリカ等
のシリカ粉が一般的であり、そのほか、アルミナ、含水
珪酸アルミニウム、珪酸カルシウムなども使用できる。

また、焼成などによって除去が可能な多孔質樹脂などの
有機物も使用することができる。

かかる吸水性粉体は、得られるシリカの使用目的に応じ
て、適宜選択して使用すればよい。

例えば、用途として純粋なシリカが必要な場合にはシリ
カ粉を選択して使用すればよい。

また、多成分系粉体な製造する目的の場合には、シリカ
以外の例えば、アルミナ、ジルコニア等の吸水性粉体を
使用すればよい。

また、上述した吸水性粉体は粒４１１　ｗｘ以下、好ま
しくは１〜１００μものが一般的である。

本発明において、使用されるハロゲン化珪素としては四
塩化珪素、トリクロルシラン。

ジクロロシラン等が挙げられ、このうち反応性、経済性
等の面で特に四塩化珪紫が好適である。また、上記ハロ
ゲン化珪素は一般にガス状で使用され、この場合にハロ
ゲン化珪素を不活性ガスで希釈して使用してもよい。

本発明の特徴は、前記ハロゲン化珪素と水で湿潤した吸
水性粉体とを接触させることにある。即ち、湿潤した吸
水性粉体を使用することにより、高い反応率で水とハロ
ゲン化珪素を反応させて、重質なシリカを生成させるこ
とが可−能となるのである。従って、吸水性粉体がその
吸油量を超える水を担持している場合には、その粉体表
面に存在する水層のみでシリカの生成反応が起こり、反
応率が低下するばかりでなく、粉体同志の付着が激しく
、塊化するため、均一な反応ができにくくなる。

また担持させる水があまり少ないとシリカの生成量及び
生成速度が減少して効率が低下する傾向がある。従って
、吸水性粉体に担持させる水の量は、該粉体の吸水量の
１０〜１００％、好ましくは２０〜８０％、更に好まし
くは３０〜５０％とすることが望ましい。

かかる吸水性粉体とハロゲン化珪素との接触方法は特に
限定されるものではなく、公知の固−気反応における方
法が特に制限なく採用される。例えは、ハロゲン化珪素
と吸水性粉体とを向流で接触させる方法、流動床を利用
する方法、ハロゲン化珪素の雰囲気中で吸水性粉体な攪
拌翼等の攪拌手段により攪拌する方法などの流動方式、
吸水性粉体よりなる固定床にハロゲン化珪素を通過させ
る方法などの固定方式が一般的である。このうち、特に
、攪拌翼を有する反応槽利用する方法が、反応の制御が
容易であり、吸水性粉体中の未反応の水の蓋をコントロ
ールすることができ好ましい。

また、上記の接触方法において、吸水性粉体に相持され
た水とハロゲン化珪素との反応によって減少した水を補
給しながら行なうことも好ましい態様である。かかる態
様桂よれば、生成するシリカの粒度を任意に調整するこ
とができる。この場合、水の補給は吸水性粉体の流動性
を維持し得る範囲内で行なうことが必要である。

本発明において、吸水性粉体とハロゲン化珪素との接触
は、連続的に行なってもよいし、バッチで行なってもよ
い。連続的に行なう場合には、吸水性粉体を連続又は断
続的に供給すれはよいが、該吸水性粉体の少なくとも一
部として生成するシリカを分級し、そのうちの微粉を反
応系に供給することも可能である。

また、この場合、シリカの分級は反応装置外にサイクロ
ンのような分級器を設けて行なってもよいし、反応装置
内で行なってもよい。

また、このように吸水性粉体を連続的又は断続的に反応
系に供給する場合に、供給ｆる吸水性粉体は前記した補
給水と混合してスラリー状で供給することが望ましい。

この場合、スラリーの水は直ちに反応系内の吸水性粉体
に吸収されて湿潤状態が維持される。

本発明の方法によって得られるシリカの粒度は、供給さ
れる吸水性粉体の粒径、［水量。

ハロゲン化珪素との接触時間等によって調整することが
可能であり、目的に応じて適宜決定すればよい。例えば
、本発明の方法によって得られたシリカを溶融・一体化
して石英ガラスとし、光フアイバー用基材に使用する場
合には１〜２０μが、個々の粒子のまま乾燥。

溶融又は焼結して半導体封止材用フィラーとして使用す
る場合には１〜１００μが好ましいＯ 〔作用及び効果〕 以上の説明より理解される如く、本発明に、　　　　　
　　　よれば吸水性粉体上に高純度の重質シリカを高反
応率で生成させることができ、容易に高純度の重質シリ
カ或いは重質なシリカ複合粉体な得ることができる。因
に、本発明においてヒユームドシリカを吸水性粉体とし
て使用した場合には、その嵩比容積を２ｃｃ７１１以下
に下げた重質シリカを得ることができる。また、反応率
が高いため、得られるシリカ中の水分が少なく、乾燥が
極めて容易となるというメリットも有する。更に、反応
がマイルドで粒径の制御も容易であるというメリットも
有する。

本発明の方法により、上述した効果が得られる理由につ
いては明らかではないが、本発間者等は水を吸水性粉体
の内部に担持させてハロゲン化珪素と接触させるため、
両者の反応が過度に制御されて均一な反応が行われるた
めと推定している。

本発明の方法によって得られたシリカは前記した用途の
他、無機粉体として使用される公知の分野にも特に制限
なく使用される。

実施例　１ 下部に四塩化ケイ素導入管、上部蓋に水入口及び排ガス
出口な南する内容積２３ノのガラス製反応槽に、あらか
じめヒユームドシリカ（徳山曹達■製　レオロシールＱ
Ｓ−１０２（商品名）比表面積２００ｒｒｊ７ｇ＋嵩比
容積（ＪＩＳ　　Ｋ−６２２０による）ｘ４ｃｃ／ＩＩ
、′ｇ＆油置装、２ｃｃ／ｌの超微粉乾式シソ力）１＆
につきイオン交換水１ｇを吸水させた嵩比容積９ｃｃ／
ｇの粉体な１４０ｇ入れ、攪拌により該粉体な流動させ
ながら四塩化ケイ素′導入管へ四塩化ケイ素とチッ素の
混合気体を２１／分で導入した。

四塩化ケイ素と水の反応により槽内の温度は上昇するか
、水が消費され槽内温度が下り始めるとともに上部氷入
口よりイオン交換水を０．８ＣＣ／分の速度で滴下した
。反応において、粉体は終始流動性を有していた。１０
時間反応後、反応槽内の粉体なイオン交換水で洗浄、濾
過、乾燥して５７３．！ｉ’のシリカ粉体を得た。反応
に要した液体四塩化ケイ素は９８４ｃｃ、水４８０ｃｃ
であった。消費した四塩化ケイ素当りの収率は９７％で
あった。得られたシリカ粉体の嵩比容積はｌ、Ｑｃｃ／
、ｐであった。また、ウランの含有社は１　ｐｐｂ以下
であった。

実施例　２ 実施例１と同様な反応槽を用い、これに実施例１と同じ
ヒユームドシリカＩＪｉｌにつきイオン交換水ＩＩｉを
吸水させた粉体１００ｇを入れ、撹拌下に該粉体な流動
させながら、四塩化ティ素導入管へ四塩化ケイ素とチッ
素の混合気体を２１／分で導入した。

四塩化ケイ素と水の反応により槽内の温度は上昇するが
、水が消費され槽内温度が下り始めるとともに上部水入
口よりヒユームドシリカのイオン交換水懸濁液（ヒユー
ムドシリカ濃度２０重社％）を１　ｃｃ　７分の速度で
滴下した。

反応時間の経過とともに槽内の粉体の嵩容積は減少する
が、反応時間が６時間以上になると槽内の粉体の嵩容積
は増加し始めた。これ以後反応槽の側壁に設けたオーバ
ーフロー管より内容物の嵩容積増加分を連続的に槽外へ
取り出した。反応において粉体は常に流動性を保ってい
た。

四塩化ケイ素の供給社は液体白煙化ケイ素換算で１１２
ｃｃＺ時、ヒユームドシリカ懸濁液供給ｆｉＬ６０ＣＣ
／時のとき、５８ｇ（乾燥重置）７時でシリカ粉体が連
続的に取出された。

取り出されたシリカ粉体の嵩比容積は１．６ｃｃ／ｇで
あった。また、ウランの含有社は１ｐｐｂ（１２）　　
ｍ山ｌ達株式余社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水で湿潤した吸水性粉体とハロゲン化珪素とを接触
   させることを特徴とするシリカの製造方法。 ２）吸水性粉体の吸油量が０．５ｃｃ／ｇ以上である特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）吸水性粉体がシリカ粉である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ４）ハロゲン化珪素が四塩化珪素である特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ５）吸水性粉体とハロゲン化珪素との反応を撹拌下に行
   なう特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）吸水性粉体に水を供給しながら行なう特許請求の範
   囲第１項記載の方法。