JPS6241711A - 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−１−４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。

［技術の背賢］ 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１ヒ杓用
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問題とされるよう
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ＴＣのソフ
トエラーを起こす。そのため、かかる不純物を減少させ
た高純度のシリカ原料の要求が高くなった。

［従来の技術および問題点コ 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。

Ｌ、かじながら、−１Ｌ記方法では、７Ｈ４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、前記用途に供し難いと
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ｆ−ｊｊ、るための原料とＬノで
の使用に困難である。

−上記問題を解決するために、本発明者等は、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て、高純
度の重質シリカを製造する方法を既に提案した。

しかしながら、上記方法においては、吸水性粉体とハロ
ゲン化珪素ガスとの反応によって生成したハロゲ゛ン化
水素、該反応熱によって発生した水バスあるいはキャリ
ヤーガス等を含む排ガスに、吸水性粉体の一部が浮遊し
て同伴され損失となるばかりでなく、かかる粉体が排ガ
スの配管、排ガスの処理装置等の内壁に付着して該配管
等を開基するため、長期間安定して運転を行うことが困
難になるという問題を有する。

［問題を解決するための手段］ 本発明者等は、ｈ諸問題を解決すべく鋭意研究を重ねた
。その結束、前記吸水性粉体とハロゲン化珪素との接触
を有機質バインダーの存在下に行うことにより、かかる
接触後のＩＩ’ガスに同伴される吸水性粉体の損失量を
著しく低減させて、安定に、しかも経済的に有利にシリ
カを製造できると共に、該水溶性高分子は洗浄或いは焼
成により容易に除去することができるため、高純度のシ
リカをｔ：することができることを見い出し本発明を完
成した。

本発明は、水で湿潤した吸水性粉体とハロゲン下珪素と
を有機質バインダーの存在下に接触させることを特徴と
するシリカの製造方法である。

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で、一般
には吸水性粉体がその吸油量以下の量の水を吸水した状
態である。尚、吸油量はＪｒ　Ｓ　６２０　（１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ば特に制限されないが、一般に吸油
量は０．５ｃｃ／ｇ以上、好ましくはｌｃｃ／ｇ以上を
有していれば充分であり、また、７．６４．られるシリ
カの用途において悪影響を及ぼす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は、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
使用すれはよい。

例えば、用途と（〕て純質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
体を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。

なお、上述した吸水性粉体は粒径１關以下、好ましくは
１〜１００７ｚのものが一般的である。

本発明に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、ジクロロシランなどが挙げられ、
このうち反応性、経済性のｉＭ？で特に四塩化珪素が好
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。

本発明に使用される有機質バインダーは、水の存在下で
粘性を示す有ｉｆ＠物であれば特に制限されないが、金
属を含まないものがシリカの純度を低下させないために
好ましい。好適な有機質バインダーを例示すれば、ポリ
アクリルアミド等の水溶性アクリル樹脂、水′溶性アル
キド樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、水溶
性フェノール樹脂などの水溶性合成樹脂、メチルセルロ
ース。

ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体など
の天然高分子等の水溶性高分子が水洗による除去が容易
であり好ましい。中でも、水溶性アクリル樹脂が吸水性
粉体の凝集効果において特に好ましい。

本発明において、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、公知の同−気反応
における方法が特に制限なく採用される。例えば、ハロ
ゲン化珪素と吸水性粉体とを向流て接触させる方法、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
性粉体を撹拌翼等の撹拌手段により流動させる方法など
が一般的である。このうち、特に撹拌翼を有する反応槽
を利用する方法が、反応の制御が容易であり、吸水性粉
体中における未反応の水の量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１１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
補給しながら行うことも好ましい態様−Ｃある。かかる
態様によれば、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、連続的に行ってもよいし、バッチで行ってもよい。

連続的に行う場合には、吸水性粉体を連続又は断続的に
供給すればよいが、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。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、供給す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。

本発明の型間な要件は、前記したハロゲン化珪素と水で
湿潤した吸水性粉体との接触において、有機質バインダ
ーを存在させることにある。即ち、水溶性バインダーを
存在させることにより、湿潤した吸水性粉体を適度に凝
集させることができ、これらの粉体が排ガス中に浮遊し
て同伴される現象を効果的に防止することができる。

上記した有機質バインダーの使用量はあまり多すぎる場
合には、生成するシリカからの分離に時間がかかると共
に、吸水性粉体の凝集粒子が大きくなり反応性が低下す
る傾向がある。また、有機質バインダーの使用量があま
り少ない場合には、吸水性粉体が排ガス中に浮遊し易く
なる。従って、有機質バインダーの使用量は、吸水性粉
体（乾燥＃微）に対して１００〜５０００ｐｐｍ　、好
ましくは２００〜４．０００ｐｐｍの範囲となるように
決定することが望ましい。

ハロゲン化珪素と水で湿潤した吸水性粉体との接触時に
有機質バインダーを存在させる方法は特に制限されない
が、該有機質バインダーを均一に存在させるためには、
吸水性粉体に担持させる水、あるいは前記した補給水に
有機質バインダーを溶解又は分散させることが望ましい
。

本発明の方法によって得られたシリカは水洗および／ま
たは焼成することによって有機質バインダーを容易に除
去することができる。

［効果］ 以上の説明により理解される如く、本発明の方法によれ
ば、ハロゲン化珪素ガスと水で湿潤した吸水性粉体との
接触において、排ガス中に浮遊し、同伴される吸水性粉
体の歌を著しく低減することができ、該粉体が排ガス配
管、排ガスの処３！’ｔ＋装置等への付着を防止し、長
」１間安定してシリカを製造することができる。

本発明の方法によって得られたシリカは、水洗あるいは
焼成によって有８１質バインダーを容易に除去して、高
純度なシリカとすることができ、光ファイバー、半導体
封止材用フィラー等の原料としての用途の１１Ｄ、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］ 本発明を更に具体的に説明するため以下に実施例を示す
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない
。

実施例１ ヒユームドシリカ（商品名、レオロレール：徳山普達■
製）２．５ｋｇをヘンシェルミキサーで撹拌下、イオン
交換水２ｑにポリアクリルアミド系高分子（商品名、ク
リフロックＰＡ−３１８：栗田工業引０を溶かした溶液
を滴下して湿潤粉体を調製した。その際、ポリアクリル
アミドの改はＩｇ、０．５ｇの２種類とした。この湿潤
ヒユームドシリカ粉を内容量４０党の円筒状撹拌槽に入
れ、撹拌下に槽下部より四塩化珪素を２７０見／ｈｒ　
（０’Ｃ，１ａｔｍ換算）、槽［５，ｋ　リイｔ’、を
交ｍ水を５１０ｍＱ／ｈｒの速度で導入し、６時間反応
させた。排ガスはサイクロンで粉じんを分離したのちカ
セイソーダ溶液に吸収させた。

添加したポリアクリルアミド量とサイクロンで捕集され
た粉体の量及び生成物をイオン交換膜で洗浄後、１００
０℃、１時間焼成して得られるシリカ中の不純物を表−
１に示す。

表　　−１ ポリアクリルアミドの２００　ｐｐｍ添加（ヒユームド
シリカ２．Ｆ５ｋｇに対しポリアミド０．Ｆ５ｇ）で排
ガス中へ浮遊してくる粉じんは９５％減少した。さらに
、洗浄、焼成後のシリカの不純物量はポリアクリルアミ
ドの添加によっても変わらず、高純度のシリカが得られ
た。

実施例２ 実施例１でポリアクリルアミド系高分子のかわりにメチ
ルセルロース系高分子（商品名、メトロース９０ＳＨ：
信越化学曲製）を２ｇ、１０ｇ溶解する以外は全く同様
に行った。

添加１．たメチルセルロース量とサイクロンで捕集され
た粉体型の関係を表−２に示す。

表　　−２ メチルセルロースをＢＯＯｐｐｍ（ヒユームドシリカ２
．５ｋｇに対しメチルセルロース２ｇ）添加することζ
こより、排ガス中の浮遊粉体は添加しない場合にくらべ
約／′ＬＯ％減少し、４０００　ｐｐｍ　　（ヒユーム
ドシリカ２．５に呂に対しメチルセルロース１０ｇ）添
加で８０％減少した。また、洗浄。

焼成後のシリカ中の不純物はＵ＜０．　１ｐｐｂ　、　
Ｎａ＜２ｐｐｍ　、　Ｇ）、＜４．ｐｐｍ　、　Ｆ　ｅ
　＜　１　、５ｐｐｍであり、封市材フィラーとして好
適な高純度シリカが得られた。

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、有
   機質バインダーの存在下に接触させることを特徴とする
   シリカの製造方法。 ２、吸水性粉体がシリカ粉である特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３、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。 ４、有機質バインダーの添加量が吸水性粉体の１００〜
   ４０００ｐｐｍである特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ５、有機質バインダーが水溶性高分子である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。