JPS638052B2 - - Google Patents

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JPS638052B2
JPS638052B2 JP3867083A JP3867083A JPS638052B2 JP S638052 B2 JPS638052 B2 JP S638052B2 JP 3867083 A JP3867083 A JP 3867083A JP 3867083 A JP3867083 A JP 3867083A JP S638052 B2 JPS638052 B2 JP S638052B2
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JP
Japan
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phase
silica
glass
weight
alkali metal
Prior art date
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JP3867083A
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JPS59164648A (ja
Inventor
Hiroshi Tanaka
Tetsuo Yazawa
Kyohisa Eguchi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to JP3867083A priority Critical patent/JPS59164648A/ja
Publication of JPS59164648A publication Critical patent/JPS59164648A/ja
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  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は多孔質ガラスの製造方法に関し、より
詳細には細孔構造内にゲル状シリカの沈殿を含ま
ない高ケイ酸多孔質ガラスの製造方法に関する。 従来、高ケイ酸多孔質ガラスは、SiO2,B2O3
およびNa2Oの3成分よりなる原料ガラスを、微
細にからみ合つたホウ酸ナトリウム相とシリカ相
とに分相させ、ホウ酸ナトリウム相を酸に溶出さ
せて酸に不溶のシリカ相から成る3次元網目状の
多孔体を形成させる方法によつて製造されてい
た。 しかしながら、この製造方法では、分相によつ
て生じたホウ酸ナトリウム相に少量含有されるシ
リカ成分が、酸溶出の際にゲル状シリカとなつて
多孔体の孔中に沈殿する欠点があつた。 ゲル状シリカは、分相構造に由来する多孔構造
を乱し、細孔容積を減少させ、流体の多孔体透過
速度を低下させるので、多孔体を分離膜や過材
として使用するときのように、細孔特性の精密な
制御が必要である場合や、流体の透過速度が大き
いことが必要である場合には、大きな障害となつ
た。 かかる欠点を回避するため、(イ),SiO2含有量
の低いホウケイ酸ナトリウムガラスを原料ガラス
として用いる方法や、(ロ),酸溶出後の多孔質ガラ
スをアルカリ液で洗浄してゲル状シリカを除去す
る方法が提案された。 しかし、(イ)の方法は、シリカ相の網目構造が十
分強固なものとならないために、得られた多孔体
の機械的強度が小さく、分離、過膜等を成形し
て実用に供することは極めて困難であつた。また
(ロ)は、ゲル状シリカと多孔体との組成が近似する
ために、アルカリ洗浄時に同時に多孔体そのもの
が侵食され、十分に大きな強度を有する成形体を
製造するのには不適当であつた。 本発明者らは、かかる従来の欠点を解消するた
め、多孔質ガラスの出発原料となるホウケイ酸ナ
トリウムガラスに酸化モリブデンを添加する方法
を先に特願昭57−22994号として提案した。 この提案によれば、酸化モリブデンは分相の際
にホウ酸ナトリウム相に含まれるシリカの量を減
少せしめ、さらに酸溶出の際には、ホウ酸ナトリ
ウム相中のシリカと反応して可溶性のケイモリブ
デン醋体を形成してゲル状シリカの沈殿を防止す
る。また酸化モリブデンは、分相状態におけるシ
リカ相の体積分率を増加させ、網目構造を強化す
る作用を有する。 しかしながら、上記提案においても、ゲル状シ
リカを含まない多孔体を得るためには、ホウ酸ナ
トリウム相に含まれるシリカの溶出を助けるため
に、酸溶出の際に分相ガラス1gあたりに使用す
る酸の量を多くする必要があり、また肉厚ガラス
の場合には完全にはゲル状シリカの沈殿を防止す
ることができなかつた。 そこで本発明は、かかる問題点を解消すべくな
されたものであり、ゲル状シリカを含まず、十分
な細孔容積と機械的強度を有する肉厚高ケイ酸多
孔質ガラスを製造することができ、またこれら多
孔質ガラスを製造する際に必要な酸の量を減少さ
せることができ、混合物からの物質分離、濃縮、
過等を目的とした多孔膜の製造方法として好適
であるなどの特長を有するものである。 すなわち本第1の発明は、重量%で41〜64%の
SiO2、28〜51%のB2O3、4.5〜13%のNa2Oおよ
び3.5%以下のLi2Oからなり、かつLi2O/Na2O
比が0.5以下である組成を有する主成分と、この
主成分の2〜13重量%のMoO3とからなる原料ガ
ラスを製造し、この原料ガラスを軟化、変形を生
じさせない温度範囲で熱処理してホウ酸アルカリ
金属塩相とシリカ相とに分相させ、該ホウ酸アル
カリ金属塩相を酸で溶出させることを特徴とする
ものである。 また、本第2の発明は、重量%で41〜64%の
SiO2、28〜51%のB2O3、4.5〜13%のNa2Oおよ
び3.5%以下のLi2Oからなり、かつLi2O/Na2O
比が0.5以下である主成分と、この主成分の2〜
13重量%のMoO3、および10重量%以下のAl2O3
ZrO2およびMgOからなる群から選ばれた少なく
とも一つの調整成分とからなる原料ガラスを製造
し、この原料ガラスを軟化、変形を生じさせない
温度範囲で熱処理してホウ酸アルカリ金属塩相と
シリカ相とに分相させ、該ホウ酸アルカリ金属塩
相を酸で溶出することを特徴とするものである。 まず、本第1の発明においては、原料ガラスを
製造する。この原料ガラスは、重量%で41〜64%
のSiO2、28〜51%のB2O3、4.5〜13%のNa2Oお
よび3.5%以下のLi2Oからなり、かつLi2O/
Na2O比が0.5以下である組成を有する主成分と、
この主成分の2〜13重量%のMoO3との原料を調
合し、通常の方法で、溶融することにより製造さ
れる。SiO2調合量が41重量%に満たない場合、
またはB2O3が51重量%を越える場合には、シリ
カ相が十分に強固な網目構造を作ることができ
ず、得られた多孔体の機械的強度が不十分とな
る。SiO2の量が64重量%を越えたとき、あるい
はB2O3の量が28重量%に満たない場合には、分
相速度が大きすぎて細孔径の精密な制御が困難に
なる。 また、Na2Oの量が4.5重量%に満たないと、酸
による溶出時に著しい伸びが生じ、一方、Na2O
の量が13重量%を越えると溶出時に著しい縮みが
生じ、いずれも製品が破損する。 さらに、Li2Oの量が3.5重量%を越える場合、
あるいはLi2O/Na2O比が0.5を越えると、分相が
過度に促進されるために細孔径の精密な制御が困
難になる。 特に上述した範囲の量のLi2Oを添加すること
によつて、原料ガラスの組成を、アルカリとして
Na2Oのみを含む場合に比較して低Na2O側に拡
大することができる。 上述した主成分に対するMoO3の添加量が2重
量%に満たないとMoO3添加の効果が不十分とな
り、ゲル状シリカを含まない多孔質ガラスは得ら
れない。またMoO3の添加量が13重量%を越える
と、分相速度が大きすぎて細孔径の精密な制御が
できなくなる。 主成分に添加されるMoO3は、分相に際して酸
に可溶性のホウ酸アルカリ金属塩相中に含まれる
シリカの濃度を下げると共に、MoO3自身もホウ
酸アルカリ金属塩相中に移行し、酸溶出の際には
ホウ酸アルカリ金属塩相中のシリカと反応して可
溶性のケイモリブデン醋体を形成し、シリカ成分
を酸に溶解させることによりゲル状シリカとして
沈殿することを防止する。同時にMoO3は、分相
の際にシリカ相の体積分率を増加させ、網目構造
を強化する作用をも有している。 また、本第1の発明において主成分として加え
られるLi2Oは、上記MoO3の作用のうち、分相時
に可溶相に含まれるシリカの濃度を下げてゲル状
シリカの沈殿を防止する作用、およびシリカ相の
体積分率を増加させて網目構造を強化する作用を
さらに促進する。 したがつて、本第1の発明によれば機械的強度
が優れ、ゲル状シリカを含まない多孔質ガラス成
形体を容易に製造することができる。 次に本第1の発明においては、上述のようにし
て製造した原料ガラスを成形した後に、軟化、変
形を生じさせない温度範囲で熱処理し、ホウ酸ア
ルカリ金属塩相とシリカ相に分相させる。通常で
は熱処理温度は450〜700℃であり、また熱処理時
間は目的とする多孔質ガラスの細孔径に応じて1
時間ないし数十日の範囲である。 一般に熱処理時間が長くなるほど細孔径が増大
するので、細孔径を必要に応じて制御することが
できる。 熱処理温度が高すぎると原料ガラス成形体が変
形して形状、寸法が狂い、またガラスの融着を生
じるので好ましくない。 原料ガラス成形体の軟化、変形を避けながら分
相構造を成長させるために熱処理温度を分相構造
の発達につれて徐々に上昇させたり、ホウ酸アル
カリ金属塩相のシリカ含有量を減少させるために
十分な徐冷、なましを行なうことも行なわれる。 かかる熱処理の結果、原料ガラスはホウ酸アル
カリ金属塩相とシリカ相とに分相し、かつこれら
両相は互に複雑にからみ合つた状態となる。 切削、研摩などの水を使用する加工は、加工面
に生じた変質層が熱処理によつてガラス内部とは
異なる構造をとり、酸溶出を妨害する恐れがある
ので、熱処理後に行なうことが好ましい。 次いで、本第1の発明では酸溶出を行ない、ホ
ウ酸アルカリ金属塩相を溶出させて多孔質ガラス
を得る。酸溶出は、好ましくは0.1〜2規定の酸、
通常では硫酸、塩酸などを用い、たとえば60〜
100℃で行なう。分相ガラス1gあたりの酸の量
は、通常30ml以上である。 酸溶出によつて得られた多孔質ガラスは一般的
には水洗、乾燥し、または必要に応じて表面処
理、熱処理、加工などを経て製品となる。得られ
た多孔質ガラスの細孔直径は、通常数十〜数千Å
の広範囲に及ぶ。 次に本第2の発明においては、前記第1の発明
と同一組成の主成分とMoO3に、Al2O3,ZrO2
よびMoOからなる群から選ばれた少なくとも一
つの調整成分が主成分の10重量%以下添加され
る。 かかる調整成分は、前記第1の発明における原
料ガラスがMoO3およびLi2Oを含有するために、
分相傾向が過大になる場合があるので、これを制
御し、また酸溶出時における伸縮を抑えて破損を
防止するために加えられる。 調整成分の添加量が主成分の10重量%を越える
と、原料ガラスの組成がそこなわれ、失透や酸溶
出時の破損が起つたり、あるいは酸溶出ができな
くなつたりする。なお、本第2の発明の製造方法
は、上記調整成分の添加を除いて前記第1の発明
と同様に行なわれる。 以上述べたように、本第1の発明および第2の
発明によれば、Li2OがMoO3の作用を促進して分
相時にホウ酸アルカリ金属塩相に含まれるシリカ
の濃度を下げてゲル状シリカが多孔体の孔中に沈
殿することを防止し、同時にシリカ相の体積分率
を増加させて網目構造を強化する。 この結果、ゲル状シリカを含まず、機械的強度
の優れた肉厚高ケイ酸多孔質ガラスが得られる。
また、特に肉厚でない場合には、少量の酸による
溶出でゲル状シリカを含まない高ケイ酸多孔質ガ
ラスを得ることができる。 得られた多孔質ガラスは高ケイ酸質であるため
に、特に化学的および熱的安定性に優れ、有機液
体中、腐食性雰囲気中、高温、高圧などの苛酷な
条件下での使用が可能である。 また、数十〜数千Åの広い範囲で細孔直径を制
御することができるので、物質の分離、濃縮、
過等を目的とした板状、管状、毛細管状の多孔膜
の製造に好適である。 更に本第2の発明では、調整成分が添加される
ので、前述した諸効果に加えて過大になりがちな
分相傾向を制御し、酸溶出時の伸縮をより抑制す
ることができる。 以下、本発明の実施例を述べる。 実施例 1 重量%でSiO255.8%、B2O334.5%、Na2O8.4
%、Li2O1.3%の主成分と、この主成分の5.1重量
%のMoO3とからなる組成のガラスを500℃で48
時間熱処理して分相させ、次いでこれを粉砕して
149〜74μm(100〜200メツシユ)の部分を集めた。
このガラス2gを、1の1規定硫酸を用い95℃
で2時間処理して多孔質ガラスとした。この多孔
質ガラスの平均細孔直径は380Å、細孔容積は
0.50ml/gであつた。また、比表面積は39m2/g
という小さな値であり、ゲル状シリカが含まれて
いないことを示している。 一方、棒状試料について酸溶出時における伸縮
を測定したところ、0.37%の伸びを示し、酸溶出
中の破損はなかつた。 実施例 2 下記表に示す組成の2種類のガラス成分を調合
し、夫々を溶融した。 試料2は試料1のLi2Oを等モルのNa2Oで置換
した組成を有し、アルカリ金属としてナトリウム
のみを含んでおり、本発明の範囲外の比較例であ
る。これらのガラスを500℃で48時間熱処理して
分相させた後に粉砕し、149〜74μm(100〜200メ
ツシユ)の部分を集めた。 これら試料2gを、夫々、1の1規定硫酸を
用いて95℃で2時間処理して多孔質ガラスを得
た。これら多孔質ガラスの細孔特性は表に示すと
おりである。 試料1は0.95ml/gという非常に大きい細孔容
積を有するほか、試料2に比較して細孔径も大き
く、Li2Oの効果を示している。 また、試料1の酸処理時における伸縮を測定し
たところ、0.34%の伸びを示し、十分な機械的強
度を有する多孔質ガラスが得られることがわかつ
た。
【表】 実施例 3 重量でSiO2 46.0、B2O3 41.9、Na2O 10.0、
Li2O 2.1%の主成分と、主成分の7重量%の
MoO3、及び調整成分として主成分の2%の
MoOと4%のZrO2とを含むガラスを500℃で48
時間熱処理して分相させ、次いでこれを粉砕して
149〜74μm(100〜200メツシユ)の部分を集めた。
このガラス2gを1の1規定塩酸を用い、95℃
で2時間溶出して多孔質ガラスとした。この多孔
質ガラスの平均細孔半径は140Å、細孔容積は
0.66ml/g、比表面積は103m2/gであつた。ま
た、棒状試料について測定したところ、酸溶出時
に0.13%の伸びが観察され、破損は認められなか
つた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 重量%で41〜64%のSiO2、28〜51%のB2O3
    4.5〜13%のNa2Oおよび3.5%以下のLi2Oからな
    り、かつLi2O/Na2O比が0.5以下である組成を有
    する主成分と、この主成分の2〜13重量%の
    MoO3とからなる原料ガラスを製造し、この原料
    ガラスを軟化、変形を生じさせない温度範囲で熱
    処理してホウ酸アルカリ金属塩相とシリカ相とに
    分相させ、該ホウ酸アルカリ金属塩相を酸で溶出
    させることを特徴とする多孔質ガラスの製造方
    法。 2 重量%で41〜64%のSiO2、28〜51%のB2O3
    4.5〜13%のNa2Oおよび3.5%以下のLi2Oとから
    なり、かつLi2O/Na2O比が0.5以下である主成分
    と、この主成分の2〜13重量%のMoO3、および
    10重量%以下のAl2O3,ZrO2およびMgOからな
    る群から選ばれた少なくとも一つの調整成分とか
    らなる原料ガラスを製造し、この原料ガラスを軟
    化、変形を生じさせない温度範囲で熱処理してホ
    ウ酸アルカリ金属塩相とシリカ相とに分相させ、
    該ホウ酸アルカリ金属塩相を酸で溶出させること
    を特徴とする多孔質ガラスの製造方法。
JP3867083A 1983-03-08 1983-03-08 多孔質ガラスの製造方法 Granted JPS59164648A (ja)

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JP5950587B2 (ja) 2011-02-28 2016-07-13 キヤノン株式会社 多孔質ガラスの製造方法および光学部材の製造方法
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