KR19990034420A

KR19990034420A - Silica glass composition

Info

Publication number: KR19990034420A
Application number: KR1019970056025A
Authority: KR
Inventors: 백영민; 정원일
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-05-15

Abstract

본 발명은 실리카 글래스 조성물에 관한 것이다. 상기 실리카 글래스 조성물은 실리카 및 결합제를 포함하고 있는데, 결합제로서 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자를 사용한 데 그 특징이 있다.The present invention relates to a silica glass composition. The silica glass composition includes silica and a binder, which is characterized by using a polymer including a repeating unit of Formula 1 as a binder.

상기식중, R은 C₁∼C₁₂알킬기이다.In the formula, R is a C ₁ ~C ₁₂ alkyl group.

본 발명의 결합제는 종래의 폴리에틸옥사졸린에 비하여 가격이 저렴하고 인체에 유해하지 않다는 장점을 가지고 있다. 또한, 이러한 결합제를 이용하면, 습윤 겔의 강도가 강해져서 후속공정에서 취급이 용이해진다. 본 발명의 실리카 글래스 조성물은 광섬유용 튜브 제조시 사용가능하며, 반도체용 실리카 글래스, 광학용 렌즈 등의 제조시에도 사용할 수 있다.The binder of the present invention has the advantage of being inexpensive and not harmful to the human body compared to conventional polyethyloxazoline. In addition, the use of such a binder increases the strength of the wet gel and facilitates handling in subsequent steps. The silica glass composition of the present invention can be used in the manufacture of a tube for an optical fiber, and can also be used in the manufacture of a silica glass for an optical lens or an optical lens.

Description

Silica glass composition

본 발명은 실리카 글래스 조성물에 관한 것으로서, 실리카 글래스를 졸-겔(sol-gel)공정으로 제조하는데 이용되는 조성물에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a silica glass composition, and to a composition used to prepare silica glass by a sol-gel process.

실리카 글래스는 일반적으로 투명하고 화학적으로 불활성이면서 열적 안정성, 강도 등의 특성이 우수하고, 열팽창률이 낮은 편이다. 이러한 우수한 특성으로 인하여 실리카 글래스는 광섬유, 광학용 렌즈 등과 같은 광학소자 등에 유용하게 사용되고 있다.Silica glass is generally transparent, chemically inert, has excellent thermal stability, strength, and the like, and has a low coefficient of thermal expansion. Due to such excellent properties, silica glass is usefully used in optical devices such as optical fibers, optical lenses, and the like.

광섬유는 기본적으로 내부의 코어(core)와, 코어에서 빛의 전반사가 이루어지도록 굴절율을 달리한 클래딩(cladding)으로 구성된다. 빛의 전반사와 관련하여 클래딩의 굴절율은 코어의 굴절율에 비하여 약 1% 정도 낮으며, 굴절율이 1.47인 코어와 1.46인 클래딩이 일반적으로 사용된다.The optical fiber basically consists of an inner core and cladding with different refractive indices to allow total reflection of light in the core. Regarding the total reflection of light, the refractive index of the cladding is about 1% lower than that of the core, and a core having a refractive index of 1.47 and a cladding of 1.46 are generally used.

광섬유를 제조하기 위해서는, 먼저 코어 로드(core rod)와 이를 에워싸고 있는 오버클래딩 튜브(overcladding tube)로 구성된 광섬유 모재(optical fiber preform)를 제조한다. 그리고 나서, 이 전구체를 열처리한 다음, 연신하여 광섬유를 제조하게 된다.In order to manufacture an optical fiber, first, an optical fiber preform composed of a core rod and an overcladding tube surrounding the core rod is manufactured. The precursor is then heat treated and then stretched to produce the optical fiber.

졸(sol)-겔(gel) 공정을 이용하여 실리카 글래스로 된 오버클래딩 튜브를 제조하는 방법을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.A brief description will be made of a method of manufacturing an overcladding tube made of silica glass using a sol-gel process.

먼저, 실리카 입자를 물과 분산제와 혼합한다. 이어서, 상기 혼합물에 결합제 및 가소제를 첨가하고 충분히 혼합하여 졸(sol)을 형성한다.First, the silica particles are mixed with water and a dispersant. Then, a binder and a plasticizer are added to the mixture and mixed sufficiently to form a sol.

상기 실리카 입자로는 발연 실리카(fumed silica)를 사용한다. 발연 실리카는 통상적으로 규소화합물(주로, SiCl₄)을 열분해함으로써 제조되는 열분해 실리카(pyrogenic silica)로서, 비표면적이 50∼400㎡/g이고, 평균입경이 약 5×10^-2㎛로 매우 미세한 편이다.Fumed silica is used as the silica particles. Fumed silica is pyrogenic silica, which is usually produced by pyrolyzing silicon compounds (primarily SiCl ₄ ), and has a specific surface area of 50 to 400 m ² / g and an average particle diameter of about 5 × 10 ⁻² μm. On the side.

상기 졸을 소정시간동안 방치하여 숙성시킨다. 숙성된 졸로부터 기포를 제거한 다음, 겔화제(gelling agent)를 부가하고 나서 즉시 몰드(mold)에 붓는다.The sol is left to mature for a predetermined time. Bubbles are removed from the aged sol, followed by the addition of a gelling agent and immediately poured into a mold.

겔화가 완결되면, 몰드로부터 겔(gel)을 분리해낸 다음, 건조시킨다.Once gelling is complete, the gel is separated from the mold and then dried.

그 후, 건조된 겔을 1차 열처리하여 겔내의 유기물을 제거한다. 이어서, 유기물이 제거된 겔에 대해 수산기제거(dehydroxylation)반응과 소결반응을 실시하여 실리카 글래스로 된 오버클래딩 튜브를 완성한다.Thereafter, the dried gel is first heat treated to remove organic matter in the gel. Subsequently, dehydroxylation reaction and sintering reaction are performed on the gel from which the organic material is removed to complete an overcladding tube made of silica glass.

상술한 제조공정중, 결합제로는 폴리에틸옥사졸린을 주로 사용하고 있다. 그런데, 이 화합물은 인체에 유해할 뿐만 아니라 고가이기 때문에 이를 대체할 수 있는 물질에 대한 필요성이 높아지고 있다. 또한, 폴리에틸옥사졸린을 사용하여 제조된 습윤 겔은 그 강도가 충분치 않아서 후속공정에서 취급이 어렵다는 문제점도 있다.Polyethyloxazoline is mainly used as a binder in the manufacturing process mentioned above. However, since the compound is not only harmful to the human body but also expensive, there is an increasing need for a substance that can replace the compound. In addition, the wet gel prepared by using polyethyloxazoline also has a problem that its strength is not sufficient so that it is difficult to handle in a subsequent process.

실리카 글래스 조성물의 결합제는 다음과 같은 조건을 만족해야만 한다.The binder of the silica glass composition must satisfy the following conditions.

첫째, 졸 현탁액에 잘 용해되어야 한다.First, it must be well dissolved in the sol suspension.

둘째, 소량으로도 입자와 입자간에 균일하게 분산될 수 있는 분자량을 갖는 물질이여야 한다. 과량을 사용하는 경우에는 조성물내에 기공(void)이 지나치게 발생하여 바람직하지 못하기 때문이다.Second, it should be a material having a molecular weight that can be uniformly dispersed between particles even in small amounts. This is because excessive use of voids in the composition is undesirable.

셋째, 열분해로 쉽게 제거가능해야만 한다.Third, it must be easily removable by pyrolysis.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 결합제로서의 조건을 만족하면서도 종래의 폴리에틸옥사졸린과는 달리 인체에 유해하지 않고 저렴하며, 습윤 겔의 강도를 향상시킬 수 있는 결합제를 포함하고 있는 실리카 글래스 조성물을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is a silica glass composition which satisfies the conditions as the binder, and is inexpensive and inexpensive, unlike a conventional polyethyloxazoline, and comprises a binder capable of improving the strength of the wet gel. To provide.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 실리카 및 결합제를 포함하는 실리카 글래스 조성물에 있어서,In order to achieve the above object, in the present invention, in the silica glass composition comprising a silica and a binder,

상기 결합제가 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자인 것을 특징으로 하는 실리카 글래스 조성물을 제공한다.It provides a silica glass composition characterized in that the binder is a polymer comprising a repeating unit of formula (1).

<화학식 1><Formula 1>

본 발명의 실리카 글래스 조성물은 실리카와 결합제를 함유하고 있으며, 상기 결합제로서 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 고분자, 특히 폴리비닐아세테이트를 사용한 데 그 특징이 있다.The silica glass composition of the present invention contains a silica and a binder, and is characterized by using a polymer, particularly polyvinyl acetate, including a repeating unit of the formula (1) as the binder.

상기 화학식 1의 고분자의 중량평균분자량은 5만 내지 50만인 것이 바람직하다. 이 범위일 때, 졸 현탁액에 대한 용해성, 열분해성, 분산성 등이 우수하기 때문이다.The weight average molecular weight of the polymer of Formula 1 is preferably 50,000 to 500,000. It is because it is excellent in the solubility, thermal decomposition property, dispersibility, etc. with respect to a sol suspension in this range.

결합제의 함량은 실리카의 중량을 기준으로 하여 0.05 내지 1중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하기로는 0.1 내지 0.6중량%이다. 여기에서 결합제의 함량이 1중량%를 초과하면, 투명성이 불량한 실리카 글래스가 얻어지고, 결합제의 함량이 0.05중량% 미만이면, 건조후 실리콘 글래스에 균열이 생기기 쉽기 때문에 바람직하지 않다.The content of the binder is preferably 0.05 to 1% by weight, more preferably 0.1 to 0.6% by weight based on the weight of silica. If the content of the binder is more than 1% by weight, silica glass having poor transparency is obtained, and if the content of the binder is less than 0.05% by weight, it is not preferable because cracking easily occurs in the silicone glass after drying.

본 발명의 실리카 글래스 조성물은 통상적인 실리카 글래스 조성물과 마찬가지로 분산제, 겔화제, 용매 등을 포함하고 있다. 여기에서 상기 분산제, 겔화제 및 용매로는 실리카 글래스 제조시 통상적으로 사용되는 물질이라면 특별히 제한되지 않는다. 그리고 각 물질들의 함량도 통상적인 수준이다.The silica glass composition of the present invention contains a dispersing agent, a gelling agent, a solvent and the like like a conventional silica glass composition. Herein, the dispersant, gelling agent and solvent are not particularly limited as long as they are materials commonly used in the production of silica glass. And the content of each substance is also normal.

실리카 글래스용 분산제로는 4급 암모늄 하이드록사이드인 테트라메틸암모늄 하이드록사이드, 테트라에틸암모늄 하이드록사이드를 사용한다. 이러한 물질은 실리카가 조성물내에서 균일하게 분산되는 것을 도울 뿐만 아니라 실리카가 분산된 졸을 정전기적으로 안정화시키는 역할을 한다.As a dispersing agent for silica glass, tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide which are quaternary ammonium hydroxides are used. These materials not only help the silica to be uniformly dispersed in the composition, but also serve to electrostatically stabilize the sol in which the silica is dispersed.

가소제로는 다가알콜(polyhydric alcohol)을 사용한다. 구체적인 예로는 글리세린(glycerin), 에틸렌글리콜, 2-메틸프로판-1,2,3-트리올 등이 있다.As a plasticizer, polyhydric alcohol is used. Specific examples include glycerin, ethylene glycol, 2-methylpropane-1,2,3-triol, and the like.

겔화제는 포름산(formic acid), 락트산(lactic acid) 및 글리콜산(glycolic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 산의 수용성 지방족 에스테르이다.The gelling agent is a water soluble aliphatic ester of an acid selected from the group consisting of formic acid, lactic acid and glycolic acid.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited only to the following Examples.

<실시예><Example>

품 실리카(독일 데구사) 100g과 탈이온수(품 실리카와 탈이온수의 혼합중량비는 46:54임)에, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH) 수용액 (25중량% in water) 10.4cc를 부가한 다음, 블렌더(blender)를 사용하여 상기 혼합물을 균일하게 혼합하였다.10.4 cc of tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution (25 wt% in water) was added to 100 g of product silica (Degus Co., Ltd.) and deionized water (mixed weight ratio of product silica and deionized water was 46:54). Next, the mixture was mixed uniformly using a blender.

상기 혼합물에 글리세린 1.3g과 메틸셀룰로오즈 3.1g을 부가한 다음, 이를 호모지나이저(homogenizer)에서 8000rpm으로 3분동안 혼합하여 졸을 제조하였다.To the mixture was added 1.3 g of glycerin and 3.1 g of methyl cellulose, which were then mixed for 3 minutes at 8000 rpm in a homogenizer to prepare a sol.

그 후, 상기 졸을 진공 데시케이터(vacuum desiccator)안에 놓고 감압하여 졸내의 기포를 제거한 다음, 6∼10℃로 유지된 냉소에서 20시간동안 숙성하였다.Thereafter, the sol was placed in a vacuum desiccator and decompressed to remove bubbles in the sol, followed by aging for 20 hours in a cold atmosphere maintained at 6 to 10 ° C.

이렇게 제조된 졸에 포름산 메틸 1.35cc를 부가한 다음, 균일하게 혼합하였다. 그리고 나서 이 혼합물을 튜브 몰드(mold)에 부었다.Methyl formate 1.35 cc was added to the sol thus prepared, and then uniformly mixed. This mixture was then poured into a tube mold.

겔화가 완결되면, 습윤 겔을 몰드로부터 분리하여 건조시켰다. 건조가 끝난 후, 약 800℃에서 염소(Cl₂) 가스를 이용하여 겔로부터 수산기를 제거하였다. 이어서 산소(O₂) 가스를 이용하여 잔존하는 염소 가스를 제거하였다.Once gelling was complete, the wet gel was separated from the mold and dried. After drying, the hydroxyl group was removed from the gel using chlorine (Cl ₂ ) gas at about 800 ℃. Subsequently, residual chlorine gas was removed using oxygen (O ₂ ) gas.

상기 결과물을 약 1300℃에서 소결함으로써 실리카 글래스 튜브를 완성하였다.The resultant glass was sintered at about 1300 ° C. to complete the silica glass tube.

<비교예>Comparative Example

결합제로서 폴리비닐아세테이트 대신 폴리에틸옥사졸린을 사용한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법에 따라 실시하였다.The same procedure as in Example was conducted except that polyethyloxazoline was used instead of polyvinylacetate as a binder.

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 습윤 겔의 강도를 측정비교하였다.The strengths of the wet gels prepared according to the above Examples and Comparative Examples were measured and compared.

그 결과, 실시예의 경우는 비교예의 경우에 비하여 습윤겔의 강도가 강해져서 취급이 용이해짐을 확인할 수 있었다.As a result, in the case of the Example it was confirmed that the strength of the wet gel is stronger than in the case of the comparative example to facilitate handling.

본 발명의 결합제는 종래의 폴리에틸옥사졸린에 비하여 가격이 저렴하고 인체에 유해하지 않다는 장점을 가지고 있다. 또한, 이러한 결합제를 이용하면, 습윤 겔의 강도가 강해져서 후속공정에서 취급이 용이해진다.The binder of the present invention has the advantage of being inexpensive and not harmful to the human body compared to conventional polyethyloxazoline. In addition, the use of such a binder increases the strength of the wet gel and facilitates handling in subsequent steps.

본 발명의 실리카 글래스 조성물은 광섬유용 튜브 제조시 사용가능하며, 반도체용 실리카 글래스, 광학용 렌즈 등의 제조시에도 사용할 수 있다.The silica glass composition of the present invention can be used in the manufacture of a tube for an optical fiber, and can also be used in the manufacture of a silica glass for an optical lens or an optical lens.

Claims

In a silica glass composition comprising silica and a binder,

Silica glass composition, characterized in that the binder comprises a repeating unit of formula (1).

In the formula, R is a C ₁ ~C ₁₂ alkyl group.

The silica glass composition according to claim 1, wherein the binder is poly (vinylacetate).

The silica glass composition according to claim 1, wherein the weight average molecular weight of the polymer of Formula 1 is 50,000 to 500,000.

The silica glass composition of claim 1, wherein the binder is present in an amount of 0.05 to 1.0 wt% based on the weight of the silica.