JPS62283809A - Production of high-purity silica - Google Patents

Production of high-purity silica

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JPS62283809A
JPS62283809A JP62016222A JP1622287A JPS62283809A JP S62283809 A JPS62283809 A JP S62283809A JP 62016222 A JP62016222 A JP 62016222A JP 1622287 A JP1622287 A JP 1622287A JP S62283809 A JPS62283809 A JP S62283809A
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solution
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折居 晃一
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八木 淳介
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Abstract

PURPOSE:To produce high-purity silica by forming an aq. alkali silicate soln. to a fibrous gel in a solidifying agent consisting of an acid soln., immersing the gel into a liquid contg. an acid and washing the same, thereby extracting and removing impurities. CONSTITUTION:The alkali silicate expressed by M2O.nSiO2 (M is an alkali metal, n is number of moles number of SiO2 and 0.5-5) is made into the cobwebbing aq. soln. of 2-200 poise viscosity. The aq. soln. is extruded from a spinning nozzle having <=1mm hole diameter into the acid soln. of <=4N concn. and is solidified to form the fibrous gel. The spinning nozzle made of noble metallic alloys or tetrafluoroethylene resin or the nozzle having the surface coated with a noble metal or tetrafluoroethylene resin is used. A sulfuric acid, nitric acid, etc., are used for the acid soln. Such gel is immersed into the liquid contg. the acid and is then washed, by which the impurities are extracted and removed, and high-purity silica is obtd. A sulfuric acid, nitric acid, etc., are used for the liquid contg. the acid and the acid concn. thereof is specified to about 1-2N, the treatment temp. to about 110-140 deg.C and the treatment time to about 1-10min with a continuous type.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高純度シリカの製造方法に関する。[Detailed description of the invention] 3. Detailed description of the invention [Industrial application field] The present invention relates to a method for producing high-purity silica.

詳しくは、アルカリけい酸塩水溶?flから、アルカリ
金属や塩素のほか、ウランなど放射性を存する不純物の
含有率が極めて低い高純度シリカを製造する方法に関す
る。
For more information, see Alkaline silicate water soluble? The present invention relates to a method for producing high-purity silica containing extremely low content of radioactive impurities such as uranium in addition to alkali metals and chlorine from fl.

高純度シリカは、充填剤・分散剤などの用途、透明石英
ガラス、特殊セラミンクスなどの原料として用いられる
ほか、電子部品封止用樹脂組成物の充填剤の原料として
の用途も期待さ机る。
High-purity silica is used as a filler and dispersant, as a raw material for transparent quartz glass, special ceramics, etc., and is also expected to be used as a raw material for fillers in resin compositions for encapsulating electronic components.

電子部品の封止材料としては、シリカなど無機質充填剤
を含む合成樹脂組成物が用いられているが、無機質充・
填剤は、膨張係数、熱伝導性、透湿性1機械的特性など
の諸物性およびコストの面から成形性の許す限り多量に
配合することが有利とされ、シリカ系充填剤が量も好ま
しいとされている。しかし、電子部品素子の高集積化に
伴って、素子の誤作動の問題が生じており、これは使用
する封止材料、特にシリカ系充填剤中に数十〜数百!1
1)b単位で含まれているv&量のウラン、トリウムな
どの放射性元素から放出されるα線に起因するとされて
いて、シリカ中のこのような不純物の含有率を更に低減
させることが望まれている。
Synthetic resin compositions containing inorganic fillers such as silica are used as encapsulating materials for electronic components.
It is considered advantageous to incorporate the filler in as much amount as moldability allows from the viewpoint of physical properties such as expansion coefficient, thermal conductivity, moisture permeability, mechanical properties, and cost, and silica-based fillers are preferred in terms of quantity. has been done. However, with the increasing integration of electronic component elements, the problem of malfunction of the elements has arisen. 1
1) It is said that this is caused by alpha rays emitted from radioactive elements such as uranium and thorium, which are contained in v& amounts in units of b, and it is desirable to further reduce the content of such impurities in silica. ing.

本発明は、このような要望に対応することを目的とする
ものである。
The present invention aims to meet such demands.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

高純度シリカの製法としては; 1) 蒸留・吸着・液相抽出等により精製した四塩化け
い素を酸水素炎下で反応させる方法が知られている。ま
た; 2) けい酸アルカリ水溶液を原料として高純度シリカ
を製造する方法としては; 2−1)  けい酸アルカリ水溶液をイオン交換樹脂で
処理することによって精製する方法: (特開昭60−42217号、  *開開60−422
18号ナト)。
Known methods for producing high-purity silica include: 1) A method in which silicon tetrachloride purified by distillation, adsorption, liquid phase extraction, etc. is reacted under an oxyhydrogen flame. 2) Methods for producing high-purity silica using an aqueous alkali silicate solution as a raw material include: 2-1) A method for purifying an aqueous alkali silicate solution by treating it with an ion exchange resin: (JP-A No. 60-42217) , *opening 60-422
No. 18 Nato).

2−2)  けい酸アルカリ水溶液を酸で処理すること
によって精製する方法: (特開昭59−54632号、特開昭60−19101
6号。
2-2) Method for purifying an aqueous alkali silicate solution by treating it with an acid: (JP-A-59-54632, JP-A-60-19101)
No. 6.

特開昭60−204612号など)が提案されている。JP-A No. 60-204612, etc.) have been proposed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

これらの方法により純度の高いシリカを製造することが
できるが、1)の方法の場合、得られるシリカ粒子の平
均粒径がmμオーダーの微粒子で比表面積が大きく、電
子部品封止用樹脂組成物への充填剤としては利用し難い
Highly pure silica can be produced by these methods, but in the case of method 1), the obtained silica particles are fine particles with an average particle size of the mμ order and have a large specific surface area, and are not suitable for resin compositions for encapsulating electronic components. It is difficult to use it as a filler.

また、2−1)の方法では、いづれもけい酸アルカリ水
溶液の5iOz74度を約10重量%以下に希釈して精
製処理操作を行うので装置効率上の点で、またシリカゾ
ルからシリカを沈澱析出させ母液から分離回収する操作
条件が複雑であるので生産性の点で難がある。
In addition, in the method 2-1), since the purification operation is performed by diluting the 5iOz 74 degrees of aqueous silicate aqueous solution to about 10% by weight or less, it is difficult to prevent silica from precipitating from the silica sol in terms of equipment efficiency. Since the operating conditions for separating and recovering from the mother liquor are complicated, there is a problem in terms of productivity.

2−2)の方法は、筒便であり種々試みられているが、
アルカリけ°い酸塩水溶液を高4度の酸で処理しても局
部的に相分離を生し、不純物の抽出が困難である。また
、局部的な相分離を避けようとしてアルカリけい酸塩水
?8液を希薄な酸溶液中に押し出しても、押し出された
けい酸アルカリ分が互いに接着して大塊となり、不純物
の抽出速度が著しく低下するので実用性の点で難がある
Method 2-2) is a simple method and various attempts have been made, but
Even when an aqueous alkaline silicate solution is treated with a high-4 degree acid, phase separation occurs locally, making it difficult to extract impurities. Alkaline silicate water also trying to avoid local phase separation? Even if liquid 8 is extruded into a dilute acid solution, the extruded alkaline silicate components adhere to each other and form large lumps, which significantly reduces the extraction rate of impurities, which is difficult in terms of practicality.

本発明者ら4マ、従来の方法におけるこのような問題点
を改善し、アルカリけい酸塩水溶液を原料として、不純
物の含有量が極めて少ない高純度シリカを従来より効率
良く、しかも経済的に製造するべく鋭意研究し、本発明
を完成した。
The inventors of the present invention have improved these problems in the conventional method and produced high-purity silica with an extremely low content of impurities using an aqueous alkali silicate solution as a raw material more efficiently and economically than before. After extensive research, the present invention was completed.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

すなわち本発明は、アルカリけい酸塩水溶液を凝固剤中
で微細な繊維状ゲルとし、得られた繊維状ゲルを酸を含
む液、次いで水で処理して不純物を抽出、除去すること
によって高純度シリカを製造するにあたり、凝固剤とし
て酸溶液を用いる方法に係るものであって; 「一般式:M、O・nSiO2(ただし、Mはアルカリ
金属元素、nはSiO□のモル数で0.5〜5を示す)
で表されるアルカリけい酸塩の水溶液を用い、下記の工
程を組み合わせることを特徴とする高純度シリカの製造
方法。
That is, in the present invention, an aqueous alkali silicate solution is made into a fine fibrous gel in a coagulant, and the resulting fibrous gel is treated with an acid-containing liquid and then with water to extract and remove impurities. This relates to a method of using an acid solution as a coagulant in producing silica; ~5)
A method for producing high-purity silica, which is characterized by using an aqueous solution of an alkali silicate represented by the formula and combining the following steps.

(1)  粘度が2〜200ポイズの範囲であるアルカ
リけい酸塩水?8液を、孔径1+nm以下の紡糸ノズル
から濃度4規定以下の酸溶液中に押し出して凝固させ、
繊維状ゲルとする工程。
(1) Alkaline silicate water with viscosity ranging from 2 to 200 poise? 8 liquid is coagulated by extruding it into an acid solution with a concentration of 4N or less through a spinning nozzle with a pore size of 1+nm or less,
Process of forming a fibrous gel.

(2)  得られた繊維状ゲルを、酸を含む液に浸漬し
た後、次いで水洗して不純物を抽出除去してシリカとす
る工程、」を要旨とするものである。
(2) A step in which the obtained fibrous gel is immersed in a liquid containing an acid, and then washed with water to extract and remove impurities to obtain silica.

以下、本発明について詳述する。本発明の実施態様は、
次の2工程から構成される。
The present invention will be explained in detail below. Embodiments of the invention include:
It consists of the following two steps.

・工程−1:(繊維化工程)。- Process-1: (fiberization process).

アルカリけい酸塩水溶液から曳糸性を有する高粘性液(
以下、原液という)を調製し、この原液を繊維化装置を
用いて酸溶液中で凝固させて微細な繊維状ゲルとする。
A highly viscous liquid with stringiness (from an aqueous alkali silicate solution)
(hereinafter referred to as a stock solution) is prepared, and this stock solution is coagulated in an acid solution using a fiberizing device to form a fine fibrous gel.

・工程−2=(不純物抽出工程)。-Step-2=(Impurity extraction step).

得られた繊維状ゲルを、酸を含む液(以下、処理ン&と
いう)、次いで水で処理して不純物を抽出し除去する。
The obtained fibrous gel is treated with a solution containing an acid (hereinafter referred to as "treatment") and then with water to extract and remove impurities.

本発明の特徴を以下に述べる。The features of the present invention will be described below.

(1)  アルカリけい酸塩水溶液を、孔径1 mm以
下の紡糸ノズルを備えた繊維化装置を用いて酸溶液中で
凝固させ、微細な繊維状ゲルとする。
(1) An aqueous alkali silicate solution is coagulated in an acid solution using a fiberizing device equipped with a spinning nozzle with a pore diameter of 1 mm or less to form a fine fibrous gel.

得られる繊維状ゲルは微細径で高表面積を有するので不
純物の抽出効率が高まる。
The resulting fibrous gel has a fine diameter and a high surface area, increasing the efficiency of extracting impurities.

(2)  アルカリけい酸塩水溶液を微細な繊維状ゲル
とするに際して; ■ 酸溶液中で凝固させるアルカリけい酸塩水溶液は、
粘度が2〜200ポイズの範囲のものを使用し、■ 凝
固剤としての酸溶液の酸の濃度は、4規定以下とする。
(2) When forming an aqueous alkali silicate solution into a fine fibrous gel; ■ An aqueous alkali silicate solution coagulated in an acid solution:
A solution having a viscosity of 2 to 200 poise is used, and (1) the acid concentration of the acid solution as a coagulant is 4 normal or less.

上記■および■と前記(1)の条件とを組み合わせた本
発明の方法によれば、驚くべきことに通常の円形孔ノズ
ルを用いても中空構造を有する繊維状ゲルが得られ、そ
の凝固体部分は均質な高膨潤状態を保持し、不純物が酸
および水によって抽出され易い構造で得られるので、前
記の特Ib (1)の効果とあいまってシリカ中の不純
物の抽出効率を著しく向上させることができる。
According to the method of the present invention, which combines the conditions (1) and (1) above, it is surprisingly possible to obtain a fibrous gel having a hollow structure even when using a normal circular hole nozzle, and the solidified product thereof The part maintains a homogeneous and highly swollen state and is obtained in a structure that allows impurities to be easily extracted by acid and water.This, together with the effect of feature Ib (1) above, significantly improves the extraction efficiency of impurities in silica. Can be done.

本発明の方法で原料のアルカリけい酸塩水溶液としては
、けい酸のナトリウム塩、カリウム塩。
In the method of the present invention, the raw alkali silicate aqueous solution includes sodium salts and potassium salts of silicic acid.

リチウム塩などの水溶液を用いることができる。Aqueous solutions such as lithium salts can be used.

以下、本発明の方法においてアルカリけい酸塩水溶液と
してけい酸ナトリウム水溶液を用いた場合を例として、
前記の2工程を順次説明する。
Hereinafter, the case where a sodium silicate aqueous solution is used as the alkali silicate aqueous solution in the method of the present invention will be described as an example.
The above two steps will be explained in order.

〔工程−1=(繊維化工程)〕 原料のけい酸ナトリウム水溶液を繊維化するのに適した
粘度範囲に調製し、原液とする。
[Step-1 = (Fibre-forming step)] A sodium silicate aqueous solution as a raw material is adjusted to a viscosity range suitable for fiber-forming, and is used as a stock solution.

本発明の方法に適した原液の粘度範囲は、2〜200ポ
イズであり、特に10〜100ポイズの範囲が好適であ
る。
The viscosity range of the stock solution suitable for the method of the present invention is from 2 to 200 poise, particularly preferably from 10 to 100 poise.

5iOzfi度が高(粘度が高過ぎるけい酸ナトリウム
水溶液を原料とする場合には、水で適宜希釈して使用す
る。
When using a sodium silicate aqueous solution with a high 5iOzfi degree (too high viscosity) as a raw material, dilute it appropriately with water before use.

SiJ灼30%を含むけい酸ナトリウム水溶液の場合に
は、通常の状態では粘度が低く曳糸性が充分でないので
、これに曳糸性を付与するためにけい酸ナトリウムを重
合させて用いる。
In the case of a sodium silicate aqueous solution containing 30% SiJ cautery, the viscosity is low under normal conditions and the stringability is insufficient, so sodium silicate is polymerized and used in order to impart stringability to the solution.

けい酸ナトリウムを重合させる方法としては、酸性物質
による部分中和法、脱水濃縮法、多価金属塩を添加する
方法等が提案されている。この内脱水濃縮法は最も簡単
な方法であり、数%の脱水でけい酸ナトリウムは重合し
粘度が増大する。
As methods for polymerizing sodium silicate, a partial neutralization method using an acidic substance, a dehydration concentration method, a method of adding a polyvalent metal salt, etc. have been proposed. Of these, the dehydration and concentration method is the simplest method, and dehydration of a few percent causes the sodium silicate to polymerize and increase its viscosity.

調製した原液を繊維化に適した温度、たとえば30〜6
0°Cに保ち、適宜のろ過装置を経て、定量ポンプを用
いて繊維化装置に送る。
The prepared stock solution is heated to a temperature suitable for fiberization, e.g.
The mixture is kept at 0°C, passed through an appropriate filtration device, and sent to a fiberization device using a metering pump.

繊維化装置としては、特に限定するものではなく、一般
には紡糸ノズル(以下、ノズルという)を備えた押し出
し機を用いることができる。
The fiberizing device is not particularly limited, and generally an extruder equipped with a spinning nozzle (hereinafter referred to as nozzle) can be used.

ノズルを用いる場合の最大の問題点は、ノズルから押し
出された原液のノズル出口面への接着トラブルの発生で
ある。
The biggest problem when using a nozzle is the occurrence of adhesion problems of the stock solution extruded from the nozzle to the nozzle exit surface.

周知のように、けい酸ナトリウム水溶液は金属との親和
性の高い粘稠な液であり、僅かの含水率の減少で鋤に凝
固する性質を有し、接着剤としても使用されていること
から判るように、けい酸ナトリウム水?8液からなる原
液がノズル面に付着した状態で凝固すると、けい酸ナト
リウムとノズル面との間に強固な結合が形成され、これ
を剥離させることは極めて困難である。凝固体がノズル
面に接着すると隣接している孔から押し出された原液が
次々と付着凝固してゆき、遂には繊維化の操作を継続す
ることができなくなる。
As is well known, sodium silicate aqueous solution is a viscous liquid that has a high affinity with metals, and has the property of solidifying into plows with a slight decrease in water content, and is also used as an adhesive. As you can see, sodium silicate water? When the stock solution consisting of 8 liquids solidifies while adhering to the nozzle surface, a strong bond is formed between the sodium silicate and the nozzle surface, and it is extremely difficult to separate this bond. When the coagulated material adheres to the nozzle surface, the stock solution extruded from adjacent holes will adhere and coagulate one after another, until it becomes impossible to continue the fiberizing operation.

このような現象は使用するノズルの孔径が小さく、孔数
の多い場合に起こり易い。これの解決策 −とじては、
ノズル面と原液との付着性をできるだけ小さくすること
である。
Such a phenomenon is likely to occur when the nozzle used has a small hole diameter and a large number of holes. The solution to this is:
The goal is to minimize the adhesion between the nozzle surface and the stock solution.

本発明者らは使用するノズルの材質について種々の検討
を行い、アルカリけい酸塩水溶液を微細な繊維状ゲルと
するに際して、金−白金合金などの貴金属合金類製また
は四弗化エチレン(以下、TFE という)系樹脂製の
ノズル、またはノズル面を貴金属類またはTFE系樹脂
で被覆したノズルを使用するとゲル化したアルカリけい
酸塩のノズル離れ性が著しく向上し、アルカリけい酸塩
がノズル面に付着するトラブルの発生を防ぐ顕著な効果
が得られることを見出した。
The present inventors conducted various studies on the material of the nozzle to be used, and when converting an aqueous alkali silicate solution into a fine fibrous gel, we decided to use a nozzle made of noble metal alloys such as gold-platinum alloy or tetrafluoroethylene (hereinafter referred to as When using a nozzle made of TFE-based resin, or a nozzle whose nozzle surface is coated with precious metals or TFE-based resin, the ability of gelled alkali silicate to separate from the nozzle is significantly improved, and the alkali silicate is removed from the nozzle surface. It has been found that a remarkable effect can be obtained in preventing the occurrence of adhesion troubles.

本発明でいう貴金属類とは、金、白金、恨、パラジウム
などで、通常のメンキ処理によってノズル面に被覆する
ことができる。
The noble metals referred to in the present invention include gold, platinum, gold, palladium, etc., and can be coated on the nozzle surface by a normal coating process.

本発明でいうTFE系樹脂とはポリ四弗化エチレン(P
TFE)のほか、TFE とへキサフルオロプロピレン
トの共重合体、 TFE とパーフルオロアルキルビニ
ルエーテルとの共重合体、エチレンとTFEとの共重合
体、エチレンとビニルフルオライドとの共重合体、エチ
レンとビニリデンフルオライドとの共重合体、エチレン
とクロロトリフルオロエチレンとの共重合体などの共重
合体類を含む。
The TFE resin referred to in the present invention is polytetrafluoroethylene (P
TFE), copolymers of TFE and hexafluoropropylene, copolymers of TFE and perfluoroalkyl vinyl ether, copolymers of ethylene and TFE, copolymers of ethylene and vinyl fluoride, ethylene and vinylidene fluoride, and copolymers of ethylene and chlorotrifluoroethylene.

ノズル面へのTFE系樹脂の被覆は常法に従って行い、
必要ならノズル外面にプライマーを施した後、被覆を行
ってもよい。
The nozzle surface is coated with TFE resin according to the usual method.
If necessary, coating may be performed after applying a primer to the outer surface of the nozzle.

繊維化には、湿式法のほかアルカリけい酸塩水溶液をノ
ズルからいったん空気中に押し出した後で、酸溶液で処
理して凝固させるなど種々の方法が採用できるが、アル
カリけい酸塩のノズル面への接着防止の観点からは乾式
法に比しン冨弐法が有利である。
In addition to the wet method, various methods can be used for fiberization, such as extruding an aqueous alkali silicate solution into the air through a nozzle and then treating it with an acid solution to coagulate it. From the viewpoint of preventing adhesion to the material, the dry method is more advantageous than the dry method.

本発明の方法では、凝固浴中に浸漬したノズルから原液
を押し出す。押し出された原液は凝固浴中で繊維状に凝
固しゲルとなる。この繊維状ゲルはローラーで引きとる
か、またはベルトコンヘアーなど適宜の輸送装置を用い
て次工程へ送る。
In the method of the invention, a stock solution is forced through a nozzle immersed in a coagulation bath. The extruded stock solution coagulates into fibers in a coagulation bath and becomes a gel. This fibrous gel is taken off by rollers or sent to the next step using a suitable transport device such as a belt conveyor.

本工程で使用するノズルの孔径は、0.05〜1.0m
の範囲がよく、好ましくはo、1〜0.3柵の範囲であ
る。
The hole diameter of the nozzle used in this process is 0.05 to 1.0 m.
The range is preferably o, 1 to 0.3 bars.

ノズルは通常の円形孔ノズルを用いるが、異形断面孔ノ
ズル若しくは中空糸紡糸用ノズルを使用することもでき
る。
As the nozzle, a normal circular hole nozzle is used, but a modified cross-section hole nozzle or a hollow fiber spinning nozzle may also be used.

本発明の方法では、特に中空糸紡糸用ノズルを用いなく
ても中空繊維状ゲルを得ることができ、工程−2で良好
な不純物抽出効果が得られる。
In the method of the present invention, a hollow fibrous gel can be obtained without particularly using a hollow fiber spinning nozzle, and a good impurity extraction effect can be obtained in step-2.

繊維状ゲルに微細な気泡を混入させることも不純物抽出
効率を高めるのに存効である。
Mixing fine air bubbles into the fibrous gel is also effective in increasing the impurity extraction efficiency.

繊維状ゲルに微細な気泡を混入させる方法としては、空
気が液中に巻き込まれるように撹拌して調製した原液を
用いる方法、原液に加熱により分解して気体を発生する
化学的発泡剤または常温で液状の低沸点物質を添加し、
該原液を加熱しながら繊維化する方法、或いは原液を繊
維化装置に送るポンプのキャビテーション現象を利用す
る方法など種々の方法を採ることができる。
Methods for mixing fine air bubbles into the fibrous gel include using a stock solution prepared by stirring so that air is drawn into the liquid, using a chemical blowing agent that decomposes into the stock solution by heating to generate gas, or using a chemical blowing agent that generates gas by heating the stock solution. Add a liquid low boiling point substance at
Various methods can be used, such as a method of fiberizing the stock solution while heating it, or a method of utilizing the cavitation phenomenon of a pump that sends the stock solution to the fiberization device.

本発明の凝固浴に用いる凝固剤としては、酸溶液を用い
る。酸としては、硫酸、硝酸1塩酸などの無機酸であっ
て、硫酸、硝酸を′用いるのが好ましい。また、酸溶液
としては、実用上、これらの酸の水/8液が好ましい。
As the coagulant used in the coagulation bath of the present invention, an acid solution is used. As the acid, inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid and monohydrochloric acid are used, and sulfuric acid and nitric acid are preferably used. Further, as the acid solution, a water/8 solution of these acids is practically preferable.

凝固剤としての酸溶液の酸の濃度は、0.1規定以上、
4規定以下の範囲とするのがよい。
The acid concentration of the acid solution as a coagulant is 0.1 normal or more,
It is recommended that the range be 4 or less.

酸濃度が4規定を超える酸溶液を凝固剤として用いた場
合には、生成したシリカの組繊が緻密になり過ぎ、内部
に含まれる不純物を次の工程−2において抽出すること
が困難となる。また、凝固剤としての酸溶液の酸濃度が
0.1規定未満では、アルカリけい酸塩の凝固速度が小
さ過ぎ、繊維状ゲル同士が接着しやすくなるので実用的
でない。
If an acid solution with an acid concentration exceeding 4N is used as a coagulant, the resulting silica fibers will become too dense, making it difficult to extract the impurities contained inside in the next step-2. . Furthermore, if the acid concentration of the acid solution as a coagulant is less than 0.1 normal, the coagulation rate of the alkali silicate is too low and the fibrous gels tend to adhere to each other, which is not practical.

このようなことから、凝固剤としての酸溶液の酸濃度は
0.1〜4規定の範囲とするのがよく、好ましくは0.
5〜3規定、更に好ましくは1〜2規定の範囲である。
For this reason, the acid concentration of the acid solution as a coagulant is preferably in the range of 0.1 to 4N, preferably 0.1N to 4N.
It is in the range of 5 to 3 normal, more preferably 1 to 2 normal.

原液の粘度、ノズルの孔径、凝固剤として用いる酸溶液
の酸濃度として本明細書で規定する条件を組み合わせた
とき、アルカリけい酸塩の凝固速度が適度であって意外
にも中空構造を有し、しかも高膨潤状態の透明な繊維状
ゲルを得ることができる。得られたゲルは次の工程−2
においても膨潤状態を保ち、この状態で脱アルカリが進
行する。
When the conditions specified in this specification are combined as the viscosity of the stock solution, the pore size of the nozzle, and the acid concentration of the acid solution used as a coagulant, the coagulation rate of the alkali silicate is moderate and surprisingly it has a hollow structure. Moreover, a highly swollen transparent fibrous gel can be obtained. The obtained gel is subjected to the next step-2
The swollen state is maintained even in this state, and dealkalization proceeds in this state.

得られる繊維状ゲルの表面には鱗片状の無数の亀裂が生
じており、この亀裂の存在が、酸がゲルの内部に浸透し
て行くことを容易にするため、微細かつ、中空構造を有
する繊維の特徴である高表面積との相乗効果によって、
不純物の抽出効率が著しく向上する。
The surface of the resulting fibrous gel has numerous scale-like cracks, and the presence of these cracks allows the acid to easily penetrate into the gel, resulting in a fine and hollow structure. Due to the synergistic effect with the high surface area characteristic of fibers,
The extraction efficiency of impurities is significantly improved.

また、クランクの存在は得られたシリカの粒径調整に際
して粉砕工程の負荷を著しく軽減することができる。
Furthermore, the presence of the crank can significantly reduce the load of the pulverization process when adjusting the particle size of the obtained silica.

本明細書でいうゲルの高膨潤状態と1よ、ゲルの含液率
の高い状態を意味し、膨潤の程度はゲルの含液率で示す
ことができる。
In this specification, the highly swollen state of the gel means a state where the gel has a high liquid content, and the degree of swelling can be indicated by the liquid content of the gel.

不純物の抽出され易い状態にあるゲルの含液率には好ま
しい範囲がある。含液率を次式:%式% 一1: 試料約Logを採り、室温で遠心分離器を用い
て(100OG X 10分間処理)、付着する液分を
除いた試料重量、 (g) 。
There is a preferable range for the liquid content of the gel in which impurities are easily extracted. The liquid content is calculated using the following formula: % formula %-1: Approximately Log of the sample is taken, and the weight of the sample is obtained by removing the adhering liquid using a centrifuge at room temperature (processing at 100 OG for 10 minutes), (g).

w2: 上記処理後、150’Cで4時間乾燥し、テン
ケータ−中で室温まで放冷した試料重量、 (g) 1
で算出したとき、原料として例えば、けい酸ソーダ#3
号を使用したときの繊維状ゲルの好ましい含液率の範囲
は80〜150%程度である。
w2: After the above treatment, the weight of the sample dried at 150'C for 4 hours and left to cool to room temperature in a Tenkater, (g) 1
When calculated using, for example, sodium silicate #3 as a raw material.
The preferable range of liquid content of the fibrous gel when using No. 1 is about 80 to 150%.

含液率が80%未満であると形成されたゲルの構造が緻
密になり過ぎるためか、内部に含まれる不純物を次の工
程−2において抽出することが困難となる。
If the liquid content is less than 80%, the structure of the formed gel becomes too dense, making it difficult to extract the impurities contained inside in the next step-2.

一方、含液率が150%を超えるとき、得られたゲルは
透明であってもゲル中のシリカ濃度が低くなり過ぎるた
めか、工程−2においてゲルの体積収縮度が大きくなり
、内部に不純物を含んだままの失透したシリカが得られ
る。このような状態のシリカに不純物抽出操作を繰り返
しても、本発明が目的とするような不純物の除去は困難
である。
On the other hand, when the liquid content exceeds 150%, the silica concentration in the gel becomes too low even if the resulting gel is transparent, and the volume shrinkage of the gel increases in step-2, causing impurities inside. The result is devitrified silica that still contains silica. Even if the impurity extraction operation is repeated on silica in such a state, it is difficult to remove the impurities as the object of the present invention.

また、含液率がこの範囲内にある繊維状ゲルでも、ゲル
中のシリカ濃度が不均一で部分的に白化し、失透してい
る状態のゲルは本発明が目的とするような不純物の除去
が困難である。
In addition, even if the fibrous gel has a liquid content within this range, the silica concentration in the gel is uneven, and the gel is partially whitened and devitrified because of impurities, which is the purpose of the present invention. Difficult to remove.

アルカリけい酸塩の凝固速度は凝固剤として使用する酸
の種類によっても大巾に異なるので凝固浴温度を一義的
に決めるのはむづかしいが、通常は10〜60°C程度
の温度がよい。
Since the coagulation rate of alkali silicate varies greatly depending on the type of acid used as a coagulant, it is difficult to determine the coagulation bath temperature unambiguously, but a temperature of about 10 to 60°C is usually good.

なお、次の不純物抽出工程で用いるのと同じ種類の酸の
溶液を凝固剤として使用すれば、有機系溶媒などの凝固
剤を使用する場合に必要となる凝固剤の回収・廃液処理
などの工程を省くことができ有利である。
In addition, if the same type of acid solution used in the next impurity extraction process is used as a coagulant, the steps such as coagulant recovery and waste liquid treatment that are required when using a coagulant such as an organic solvent can be avoided. It is advantageous to be able to omit this.

繊維状ゲルの引き取りは、ローラータイプで毎分1〜1
00m程度、コンベアータイプで毎分0.1〜50m程
度の速度で通常操作される。
The fibrous gel can be removed at a rate of 1 to 1 per minute using a roller type.
It is a conveyor type and is normally operated at a speed of about 0.1 to 50 m/min.

〔工程−2:(不純物抽出工程)] 前記工程−1で得られた繊維状ゲルを本工程において酸
を含む液で処理する。酸は、硫酸、塩酸。
[Step-2: (Impurity extraction step)] The fibrous gel obtained in step-1 is treated with a liquid containing an acid in this step. Acids are sulfuric acid and hydrochloric acid.

硝酸などの無機酸およびギ酸などの有機酸で、実用上、
硫酸、硝酸などを用いるのが好ましい。
Inorganic acids such as nitric acid and organic acids such as formic acid.
It is preferable to use sulfuric acid, nitric acid, etc.

また、処理液としては実用上、これらの酸の水溶液が好
ましい。
Further, as the treatment liquid, an aqueous solution of these acids is practically preferable.

本工程での酸処理操作としては、1段階で処理する方法
を採ることもできるが、特に@量の不純物を抽出除去す
るには処理操作を少なくとも2段階に分け、各段階ごと
に、使用する処理液を更新する多段階処理を行うことも
できる。
The acid treatment operation in this step can be carried out in one step, but in order to extract and remove the amount of impurities, it is necessary to divide the treatment into at least two steps and use each step separately. It is also possible to perform a multi-step process in which the process liquid is renewed.

不純物の抽出には高濃度の酸を用いて行うのが一般的な
方法であるが、本発明の方法では工程−1において形成
された、不純物が抜は易いゲルの構造をできるだけ保持
するため、処理液の酸δ1度は低くすることが好ましい
A common method for extracting impurities is to use a highly concentrated acid, but in the method of the present invention, in order to maintain as much as possible the gel structure formed in step-1, from which impurities can be easily removed, It is preferable that the acid δ1 degree of the treatment liquid is low.

処理1夜の酸濃度は4規定以下、好ましくは0.5〜3
規定、更に好ましくは1〜2規定の範囲である。
The acid concentration for one night of treatment is 4N or less, preferably 0.5-3
normal, more preferably in the range of 1 to 2 normal.

処理温度は特に制限しないが、50’C以上の温度で抽
出操作を行うのがよい。
Although the processing temperature is not particularly limited, it is preferable to carry out the extraction operation at a temperature of 50'C or higher.

処理液の常圧における沸点よりも高い温度で加圧下で処
理すると不純物抽出の所要時間を短縮することができる
。加圧抽出の際の温度は、高い程好ましいが酸による装
置の腐食やエネルギーコストを考慮すると、100〜1
50’C1好ましくは110〜140°Cの範囲が実用
的である。
When the treatment is performed under pressure at a temperature higher than the boiling point of the treatment liquid at normal pressure, the time required for extracting impurities can be shortened. The higher the temperature during pressure extraction, the better, but considering the corrosion of the equipment due to acid and the energy cost, the temperature should be 100 to 1
50'C1, preferably in the range of 110 to 140°C is practical.

本工程の処理は、撹拌しながら行うことが望ましい。繊
維状ゲルは処理液中で撹拌されると容易に長さ2〜5 
+n+o程度の短繊維状となる。
It is desirable that this step be performed while stirring. When the fibrous gel is stirred in the treatment solution, it easily becomes 2 to 5 times long.
It becomes a short fibrous shape of about +n+o.

ゲルが短繊維化されると、処理液中での撹拌によるゲル
の分散性が極めて良好になる。短繊維状ゲルは処理液中
でスラリー状に分散し、不純物抽出の操作が容易になる
と共に不純物の抽出効果の均一性も向上し、不純物抽出
成績のハランキが著しく少なくなる。また、短繊維状ゲ
ルは繊維状物の特徴である嵩高性も備えているので不純
物抽出処理後の洗滌およびろ過操作でも、液分離が極め
て容易である。
When the gel is made into short fibers, the dispersibility of the gel by stirring in the treatment liquid becomes extremely good. The short fibrous gel is dispersed in a slurry form in the treatment solution, which facilitates the impurity extraction operation, improves the uniformity of the impurity extraction effect, and significantly reduces impurity extraction results. In addition, since the short fibrous gel has bulkiness which is a characteristic of fibrous materials, liquid separation is extremely easy during washing and filtration operations after impurity extraction treatment.

酸処理の時間は、回分式の場合には30分から5時間程
度、また、連続式の場合には30秒から30分程度、好
ましくは1〜10分程度程度る。
The acid treatment time is about 30 minutes to 5 hours in the case of a batch method, and about 30 seconds to 30 minutes in the case of a continuous method, preferably about 1 to 10 minutes.

酸処理を施して得られたシリカ繊維は次いで任意の温度
の水を用いて洗滌し、必要によりろ過操作を組み合せて
脱酸脱水処理する。
The silica fibers obtained by the acid treatment are then washed with water at a desired temperature, and are subjected to deoxidation and dehydration treatment in combination with a filtration operation if necessary.

なお、本発明で使用する酸は精製ま大は電子グレードと
称される高純度品を、また原料や使用する酸の希釈また
はシリカのt* Kmなどに用いる水は不純物の少ない
純水を用いることが好ましい。
The acid used in the present invention is a highly purified product called electronic grade, and the water used for diluting the raw material and the acid used, or for t*Km of silica, etc., is pure water with few impurities. It is preferable.

本工程の処理によって、シリカ中の放射性元素を含む前
記不純物の含を率は極めて低くなる。酸処理後のシリカ
中の不純物含有率は、アルカリ金属:約10ppm以下
、塩素3 ppm以下、ウランについては、約3 pp
b以下にすることができる。
By this treatment, the content of impurities including radioactive elements in silica is extremely reduced. The impurity content in silica after acid treatment is: alkali metal: approximately 10 ppm or less, chlorine: 3 ppm or less, and uranium: approximately 3 ppm.
b or less.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の方法によれば、アルカリけい酸塩水溶液を原料
としてウランなどの放射性元素を含む不純物含有率が極
めて低い高純度のシリカを得ることができる。得られる
シリカは従来技術による場合に比較して純度が高いので
、充填剤・分散剤などの用途のほか、透明石英ガラス・
特殊セラミックスなどの原料として利用できるほか、電
子部品封止用樹脂組成物の充填剤の原料としての用途も
期待される。
According to the method of the present invention, high purity silica having an extremely low content of impurities including radioactive elements such as uranium can be obtained using an aqueous alkali silicate solution as a raw material. The resulting silica has a higher purity than that obtained using conventional techniques, so it is used not only as fillers and dispersants, but also as transparent quartz glass, etc.
In addition to being used as a raw material for special ceramics, it is also expected to be used as a raw material for fillers in resin compositions for encapsulating electronic components.

更に、本発明の方法は従来の方法による場合に比較して
、製造コストを低減することができるという利点も併せ
持っている。
Furthermore, the method of the present invention also has the advantage that manufacturing costs can be reduced compared to conventional methods.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の方法を実施例および比較例により具体的
に説明する。
The method of the present invention will be specifically explained below using Examples and Comparative Examples.

実施例−1゜ けい酸ソーダ#3号(JIS K1408.3号相当品
、以下同じ)(SiOz:28χ+ N a Z O:
 9χ、 [1:36ppb)6000gを、減圧下で
50゛Cに加温して脱水濃縮し、 51of432%の
繊維化用原液を得た。本原液の粘度は30°Cで約10
0ポイズであり、曳糸性も良好であった。
Example-1 Sodium silicate #3 (equivalent to JIS K1408.3, the same applies hereinafter) (SiOz: 28χ+ N a Z O:
9χ, [1:36ppb) was heated to 50°C under reduced pressure and dehydrated and concentrated to obtain a 51 of 432% stock solution for fiberization. The viscosity of this stock solution is approximately 10 at 30°C.
It had 0 poise and good stringability.

この原液をろ過後、押し出し機を用い孔径0.1胴φ、
孔数200個の金−白金合金製ノズルを通して6m/分
の速度で、30°Cに保持した凝固浴−硫酸1規定水)
容液20p、中へ押し出した。
After filtering this stock solution, use an extruder to
Coagulation bath maintained at 30°C through a gold-platinum alloy nozzle with 200 holes at a speed of 6 m/min (1N sulfuric acid water)
20p of liquid was pushed out.

押し出された原液はNa2Oが中和されて凝固し、透明
な繊維状ゲルに変化した。この繊維状ゲルは中空構造を
有する上に太い部分と細い部分とが交互に現れるねじれ
を伴った形状を存し、表面部分には鱗片状の無数の亀裂
が生していた。
The extruded stock solution was solidified by neutralization of Na2O, and turned into a transparent fibrous gel. This fibrous gel had a hollow structure and a twisted shape in which thick and thin parts appeared alternately, and numerous scale-like cracks were formed on the surface.

凝固浴からの繊維状ゲルの取り出しは、ベルトコンヘア
ーにより、コンベアーの速度シよ1m/分で、繊維状ゲ
ルの凝固浴への浸漬時間は約1分であった。
The fibrous gel was taken out from the coagulation bath using a belt conveyor at a conveyor speed of 1 m/min, and the immersion time of the fibrous gel in the coagulation bath was about 1 minute.

得られた繊維状ゲルの40gを処理液−硫酸1規定水溶
?&:500CC中に浸漬し、撹拌しなから100’C
で3時間処理した。繊維状ゲルはこまかく開裂し長さ2
〜5 mmの短繊維となった。
40g of the obtained fibrous gel was added to a treatment solution - 1N aqueous solution of sulfuric acid? &: Immersed in 500CC and heated to 100'C without stirring.
It was treated for 3 hours. The fibrous gel is cleaved finely and has a length of 2
It became a short fiber of ~5 mm.

次いで、得られた短繊維状シリカを水:500CCの中
に入れて10分間撹拌した後、ヌソチェを用いて脱水し
た。水による洗滌を5回繰り返した後のシリカ中の硫酸
根濃度はlppm以下であった。
Next, the obtained short fibrous silica was placed in 500 cc of water, stirred for 10 minutes, and then dehydrated using a Nusoche. After repeated washing with water five times, the concentration of sulfate groups in the silica was less than 1 ppm.

得られたシリカを150’Cで1夜乾燥後、粒径分布を
そろえるためメノウ製粉砕器で粉砕し、シリカ粒子を得
た。得られたシリカ中の不純物含有率を表−1に示す。
The obtained silica was dried at 150'C overnight, and then ground in an agate grinder to make the particle size distribution uniform, to obtain silica particles. Table 1 shows the impurity content in the obtained silica.

CI、IIおよびThの分析は放射化分析法によった。CI, II and Th were analyzed by activation analysis.

なお、本実施例以下、酸は半井化学製試薬特級品を、ま
た水は電気伝導度が1.0μs/cm (25°C)以
下であるイオン交換水を使用した。
In the following examples, a special grade reagent manufactured by Hani Chemical was used as the acid, and ion-exchanged water with an electrical conductivity of 1.0 μs/cm (25° C.) or less was used as the water.

表−1,シリカ中の不純物含有率。Table 1. Impurity content in silica.

実施例−2および比較例−1゜ けい酸ソーダl13号(実施例−1と同ロット)50o
ogを50’Cに保持したニーグー中士撹拌しながら真
空ポンプを用いて減圧下で脱水濃縮し、5iOz:31
.8Xとし、透明な原液を得た。原液の粘度は30゛c
で5゜ポイズであった。
Example-2 and Comparative Example-1 Sodium silicate No. 13 (same lot as Example-1) 50o
Dehydrated and concentrated under reduced pressure using a vacuum pump while stirring in a Nigu oz.
.. 8X to obtain a clear stock solution. The viscosity of the stock solution is 30゛c
It was 5° poise.

この原液を押し出し機から孔径0 、2 mmφ、孔数
50個のパテフロンパ被覆した5O5−316製ノズル
を通して種々の濃度の硫酸水溶液各201!、中へ押し
出し、繊維状ゲルを得た。繊維状ゲルはいづれも透明で
あった。
This stock solution was passed from an extruder through a 5O5-316 nozzle coated with putty flonpa, each having a hole diameter of 0.2 mmφ and 50 holes, to give 201 mm each of sulfuric acid aqueous solutions of various concentrations. , to obtain a fibrous gel. All fibrous gels were transparent.

これらの繊維状ゲルをそれぞれ実施例−1と同様の方法
で処理し、表−2に示す結果を得た。
These fibrous gels were treated in the same manner as in Example 1, and the results shown in Table 2 were obtained.

表−2,シリカ中の不純物台を率: なお、°“テフロン“被覆をしていない5O5−316
製ノズルを用いた場合には、原液がノズルに付着し易く
団子状態のゲルが得られるのみで、繊維状ゲルを得るこ
とは困難であった。
Table 2, percentage of impurities in silica: 5O5-316 without Teflon coating
When a manufactured nozzle was used, the stock solution easily adhered to the nozzle and only a lump-like gel was obtained, and it was difficult to obtain a fibrous gel.

実施例−3および比較例−2゜ 実施例−2で調製した原液を押し出し機から孔径がそれ
ぞれ0.2,0.5,1.0、および比較のため3.0
薗φの、各孔数50個の“テフロン”被覆した5US−
316製ノズルまたは金メンキを施した5O5−316
製ノズルを通して濃度2規定の硫酸水溶M2Off中へ
押し出し、繊維状ゲルを得た。
Example-3 and Comparative Example-2゜The stock solution prepared in Example-2 was extracted from an extruder with a pore diameter of 0.2, 0.5, 1.0, and 3.0 for comparison.
5US coated with Teflon with 50 holes each.
316 nozzle or 5O5-316 with gold coating
The gel was extruded into a 2N sulfuric acid aqueous solution M2Off through a manufactured nozzle to obtain a fibrous gel.

得られた繊維状ゲルを実施例−1と同様の方法で処理し
、得られたシリカ中のNa含有率で不純物の抽出成績を
代表させて表−3に示す。
The obtained fibrous gel was treated in the same manner as in Example 1, and the impurity extraction results are shown in Table 3 as representative of the Na content in the obtained silica.

表−3,シリカ中の不純物含有率: 得られた繊維状ゲルの内、実施例−3に示したものはい
づれも透明であったが、比較例2−1で得られたゲルは
失透して白色を呈しており、シリカの含有率は部分的に
異なり不均一であった。
Table 3: Impurity content in silica: Among the fibrous gels obtained, all of the gels shown in Example 3 were transparent, but the gel obtained in Comparative Example 2-1 was devitrified. It was white in color, and the silica content was uneven and varied locally.

実施例−4および比較例−3゜ けい酸ソーダ#3号(実施例−1と同ロッl−)600
0gを70゛Cに保持したニーグー中で撹拌しながら真
空ポンプを用いて減圧下で脱水濃縮し、各種粘度の原ン
夜を得た。
Example-4 and Comparative Example-3 Sodium silicate #3 (same lot as Example-1) 600
0 g was dehydrated and concentrated under reduced pressure using a vacuum pump while stirring in a Neighborhood maintained at 70°C to obtain raw materials of various viscosities.

これらの原液を実施例−1の操作に準じて繊維化した。These stock solutions were made into fibers according to the procedure of Example-1.

それぞれの状態を表−4に示す。Table 4 shows each condition.

表−4,繊維化時の状態およびシリカ中の不純物含有率
: *30°Cにおける値。
Table 4. Condition during fiberization and impurity content in silica: *Value at 30°C.

また、得られた繊維状ゲルを実施(Jll −1と同様
の方法で処理し、得られたシリカ中のNa含有率で不純
物の抽出成績を代表させて表−4に示した。
In addition, the obtained fibrous gel was treated in the same manner as Jll-1, and the impurity extraction results are shown in Table 4 as representative of the Na content in the obtained silica.

実施例−5、 実施例〜1で調製した原液を実施例−1の操作に準して
濃度I規、定の硝酸水溶液20ffi中へ押し出し、繊
維状ゲルを得た。
Example 5 The stock solution prepared in Examples 1 to 1 was extruded into 20ffi of a nitric acid aqueous solution having a concentration of 1 according to the procedure of Example 1 to obtain a fibrous gel.

得られた繊維状ゲル40gを、硝酸l規定水溶液500
 CC中に入れ、撹拌しなから100’Cで3時間処理
したところ長さ2〜5 mmの短繊維状ソリ力が得られ
た。以後の処理は実施例−1にコした方法によってシリ
カ粒子を得た。
40 g of the obtained fibrous gel was dissolved in 500 g of nitric acid normal aqueous solution.
When placed in a CC and treated at 100'C for 3 hours without stirring, short fiber-like warp strength of 2 to 5 mm in length was obtained. For the subsequent treatments, silica particles were obtained by the same method as in Example-1.

シリカ中の不純物含有率は; ・Na: 1.Oppm。The impurity content in silica is; ・Na: 1. Oppm.

・U: 2.1ppb。・U: 2.1ppb.

であった。Met.

特許出願人 日東化学工業株式会社 (ほか1名)Patent applicant: Nitto Chemical Industry Co., Ltd. (1 other person)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)一般式:M_2O・nSiO_2(ただし、Mはア
ルカリ金属元素、nはSiO_2のモル数で0.5〜5
を示す)で表されるアルカリけい酸塩の水溶液を用い、
下記の工程を組み合わせることを特徴とする高純度シリ
カの製造方法。 (1)粘度が2〜200ポイズの範囲であるアルカリけ
い酸塩水溶液を、孔径1mm以下の紡糸ノズルから濃度
4規定以下の酸溶液中に押し出して凝固させ、繊維状ゲ
ルとする工程。 (2)得られた繊維状ゲルを、酸を含む液に浸漬した後
、次いで水洗して不純物を抽出除去してシリカとする工
程。 2)紡糸ノズルが貴金属合金類製または四弗化エチレン
(以下、TFEという)系樹脂製、またはノズル面を貴
金属類またはTFE系樹脂で被覆したノズルである特許
請求の範囲第1項記載の方法。
[Claims] 1) General formula: M_2O・nSiO_2 (where M is an alkali metal element and n is the number of moles of SiO_2 from 0.5 to 5.
using an aqueous solution of an alkali silicate represented by
A method for producing high-purity silica, characterized by combining the following steps. (1) A process in which an aqueous alkali silicate solution having a viscosity in the range of 2 to 200 poise is extruded into an acid solution with a concentration of 4 normal or less through a spinning nozzle with a pore diameter of 1 mm or less, and coagulated to form a fibrous gel. (2) A step in which the obtained fibrous gel is immersed in a liquid containing an acid, and then washed with water to extract and remove impurities to obtain silica. 2) The method according to claim 1, wherein the spinning nozzle is made of a noble metal alloy or a tetrafluoroethylene (hereinafter referred to as TFE) based resin, or a nozzle whose nozzle surface is coated with a noble metal or a TFE based resin. .
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JP61-22068 1986-02-05

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