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JP-2026076587-A - 石英ガラスの製造方法

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Abstract

【課題】 ２５２ｎｍの光の透過を抑制した上で２２２ｎｍの光を透過することができる石英ガラスの製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 少なくとも、シリコンアルコキシド、エタノール、塩化錫（ＩＩ）、アルカリ源、酸源及び水を混合して得た錫含有シリカゲルを乾燥して錫含有乾燥シリカゲルを調製する調製工程と、前記錫含有乾燥シリカゲルを含むガラス原料を１０Ｐａ以下の真空下、９００℃以上１９００℃以下で熱処理する第１熱処理工程と、前記第１熱処理工程で熱処理された前記ガラス原料を、窒素雰囲気、１４００℃以上１９００℃以下で熱処理する第２熱処理工程と、を含む、石英ガラスの製造方法。 【選択図】 なし

Inventors

  • 島崎 佑太
  • 原田 美徳
  • 瀬川 浩代
  • 松沼 俊

Assignees

  • 東ソー株式会社
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (6)

  1. 少なくとも、シリコンアルコキシド、エタノール、塩化錫（ＩＩ）、アルカリ源、酸源及び水を混合して得た錫含有シリカゲルを乾燥して錫含有乾燥シリカゲルを調製する調製工程と、 前記錫含有乾燥シリカゲルを含むガラス原料を１０Ｐａ以下の真空下、９００℃以上１９００℃以下で熱処理する第１熱処理工程と、 前記第１熱処理工程で熱処理された前記ガラス原料を、窒素雰囲気、１４００℃以上１９００℃以下で熱処理する第２熱処理工程と、 を含む、石英ガラスの製造方法。
  2. 錫含有シリカゲルは、前記シリコンアルコキシド、前記エタノール、前記酸源及び前記水を含む第１原料と前記塩化錫（ＩＩ）を含む第２原料とを混合してから、前記アルカリ源を含む第３原料と混合して取得される、請求項１に記載の石英ガラスの製造方法。
  3. 前記シリコンアルコキシドがテトラエトキシシランである、請求項１又は２に記載の石英ガラスの製造方法。
  4. 前記アルカリ源がアンモニアである、請求項１又は２に記載の石英ガラスの製造方法。
  5. 前記酸源が塩酸である、請求項１又は２に記載の石英ガラスの製造方法。
  6. 前記シリコンアルコキシドに対する前記塩酸のモル比が５．０×１０ －３ 以上３．０×１０ －２ 以下である、請求項５に記載の石英ガラスの製造方法。

Description

本開示は、石英ガラスの製造方法に関する。 波長２２２ｎｍ近傍の紫外線（以下、「２２２ｎｍＵＶ光」ともいう。）は生体への影響が極めて小さく、これを用いた殺菌・ウィルス不活化技術が注目されている。２２２ｎｍＵＶ光の光源として広く使用されているＫｒＣｌエキシマランプは、２２２ｎｍＵＶ光のみならず、波長２５２ｎｍ近傍の紫外線（以下、「２５２ｎｍＵＶ光」ともいう。）も放出する。２５２ｎｍＵＶ光は生体への影響が懸念されるため、生体を対象とするＫｒＣｌエキシマランプを使用して殺菌やウィルス不活性化をするためには、これを遮蔽する必要がある。 例えば、特許文献１及び２では、２５２ｎｍＵＶ光を遮蔽する光学フィルターを備えた殺菌装置が提案されている。また、非特許文献１では、ＣＶＤ法やガスフレーム法により製造された錫を含有した石英ガラスが、２５２ｎｍＵＶ光を遮蔽することが開示されている。 特許第６０２５７５６号公報特許第６９７３６０３号公報 以下、本開示に係る石英ガラスの製造方法について、実施形態の一例を示して説明する。本明細書で開示した各構成及びパラメータは任意の組合せとすることができ、また、本明細書で開示した値の上限及び下限は任意の組合せとすることができる。 本実施形態の石英ガラスの製造方法（以下、「本実施形態の製造方法」ともいう）は、少なくとも、調製工程と、第１熱処理工程と、第２熱処理工程と、を含む。 まず、本実施形態の製造方法に含まれる調製工程について説明する。調製工程は、少なくとも、シリコンアルコキシド、エタノール、塩化錫（ＩＩ）、アルカリ源、酸源及び水を混合して得た錫含有シリカゲルを乾燥して錫含有乾燥シリカゲルを調製する工程である。 調製工程で乾燥させる錫含有シリカゲルは、少なくとも、シリコンアルコキシド、エタノール、塩化錫（ＩＩ）、アルカリ源、酸源及び水（以下、これらを「出発原料」ともいう。）を混合して取得する。出発原料の一つであるシリコンアルコキシドは、他の出発原料（エタノール、塩化錫（ＩＩ）、アルカリ源、酸源及び水）と混合されることで、加水分解反応を進行させる。シリコンアルコキシドの加水分解反応が起こると、シリコンアルコキシドのケイ素に結合するアルコキシ基が水酸基に変化し、その水酸基同士が脱水縮合反応する。その結果、シリコンアルコキシドに由来するケイ素が酸素を介して結合し、ゾル状のシリカ（シリカゾル）を経由して、ゲル状のシリカ（シリカゲル）が生成される。また、出発原料の一つである塩化錫（ＩＩ）も同様に水酸基に変化し、加水分解反応が起こる。そして、シリカゲルの生成過程では、シリカと錫の間でも縮重合反応が起こるため錫がシリカ中に取り込まれ、生成されるシリカゲルに錫が含有される（錫を含有するシリカゲルが得られる）。なお、シリコンアルコキシドを加水分解してシリカゾルやシリカゲルを形成する方法は、一般的に、ゾルゲル法と呼ばれている。 出発原料として用いられるシリコンアルコキシドは、ケイ素原子に４つのアルコキシ基が結合したＳｉ（ＯＲ）４で表される化合物である。なお、Ｓｉ（ＯＲ）４におけるＲは、各々独立して炭素数１以上３以下のアルキル基を表す。出発原料として用いられるシリコンアルコキシドは、加水分解速度制御の観点から、テトラメトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、及びテトラエトキシシランの群から選択される１種以上の物質であることが好ましく、テトラエトキシシランであることがより好ましい。 出発原料として用いられるエタノールは、シリコンアルコキシドを水に溶解させるための溶媒として機能する。シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、出発原料として用いられるエタノールの少なくとも一部は、他の出発原料と混合する前に、シリコンアルコキシドと混合されることが好ましい。すなわち、シリコンアルコキシドは、エタノールと混合されることで得られるシリコンアルコキシド含有エタノール溶液として、他の出発原料と混合されることが好ましい。 出発原料として用いられる塩化錫（ＩＩ）は、ＳｎＣｌ２で表される化合物である。出発原料として塩化錫（ＩＩ）が用いられることで、出発原料を混合することで得られるシリカゲル（錫含有シリカゲル）に錫を含有することができる。錫含有シリカゲルに含まれる塩化錫（ＩＩ）由来の錫は、製造される石英ガラスにおいて、２２２ｎｍの光を透過させながら、２５２ｎｍの光の透過を抑制する成分として機能する。 出発原料として用いられる水は、シリコンアルコキシドの加水分解反応の反応基質として機能する。水としては、例えば、蒸留水、脱イオン水、純水、又はこれらの２種以上を用いることができる。なお、水以外の出発原料が、水和物、構造水、溶媒などの水を含むものである場合、水以外の他の出発原料に含まれる水を、出発原料の水とみなすことができる。 出発原料として用いられる酸源は、シリコンアルコキシドの加水分解反応を促進する触媒として機能する。出発原料として用いられる酸源は、出発原料を混合した混合物（以下、「原料混合物」ともいう）中で酸性を示す物質であればよく、例えば、塩酸、硝酸及び硫酸の群から選択される１種以上の物質を用いることができる。シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、出発原料として用いられる酸源は、塩酸であることが好ましい。 出発原料として用いられるアルカリ源は、シリコンアルコキシドが加水分解されて生成される水酸基（シリコンアルコキシドに由来するケイ素に結合する水酸基）同士の脱水縮合反応を促進する触媒として機能する。出発原料として用いられるアルカリ源は、原料混合物中でアルカリ性を示す物質であればよく、例えば、アンモニア、メチルアミン及びジメチルアミンの群から選ばれる１以上の物質を用いることができる。水酸基同士の脱水縮合反応をより促進する観点からは、出発原料として用いられるアルカリ源は、アンモニアであることが好ましい。 出発原料として用いられるシリコンアルコキシドに対する水のモル比（以下、「Ｈ２Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比」ともいう）は、シリコンアルコキシドの加水分解反応が進行すれば特に限定されるものではないが、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、１．０以上、１．５以上、又は２．０以上であることが好ましい。Ｈ２Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比の上限値は、特に限定されるものではないが、例えば、１７．０以下、又は２５．０以下とすることができる。前述したＨ２Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比の上限値及び下限値の組み合わせは任意であるが、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、Ｈ２Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比は、１．０以上２５．０以下であることが好ましく、１．５以上２５．０以下であることがより好ましく、２．０以上１７．０以下であることがよりさらに好ましい。 出発原料として用いられるシリコンアルコキシドに対するエタノールのモル比（以下、「Ｃ２Ｈ６Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比」ともいう）は、シリコンアルコキシドの加水分解反応が進行すれば特に限定されるものではないが、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、０．１以上、０．２以上、又は０．５以上であることが好ましく、３．０以下、４．０以下、又は５．０以下であることが好ましい。前述したＣ２Ｈ６Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比の上限値及び下限値の組み合わせは任意であるが、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、Ｃ２Ｈ６Ｏ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比は、０．１以上５．０以下であることが好ましく、０．２以上４．０以下であることがより好ましく、０．５以上３．０以下であることがよりさらに好ましい。 出発原料として用いられるシリコンアルコキシドに対する酸源のモル比（以下、「酸／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比」ともいう）は、シリコンアルコキシドの加水分解反応の反応速度を考慮して適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、５.０×１０－４以上、２．５×１０－３以上、又は４．０×１０－３以上であることが好ましく、０．２５以下、５.０×１０－２以下、又は３．５×１０－２以下であることが好ましい。前述した酸／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比の上限値及び下限値の組み合わせは任意であるが、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点からは、酸／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比は、５.０×１０－４以上０．２５以下であることが好ましく、２．５×１０－３以上５.０×１０－２以下であることがより好ましく、４．０×１０－３以上３．５×１０－２以下であることがよりさらに好ましい。特に、酸源として塩酸を用いる場合には、塩酸に対するシリコンアルコキシドのモル比（以下、「ＨＣｌ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比」ともいう）は、シリコンアルコキシドの加水分解反応をより促進する観点から、５．０×１０－３以上３．０×１０－２以下であることが好ましい。 出発原料として用いられるシリコンアルコキシドに対するアルカリ源のモル比（以下、「アルカリ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比」ともいう）は、シリコンアルコキシドが加水分解されて生成される水酸基（シリコンアルコキシドに由来するケイ素に結合する水酸基）同士の脱水縮合反応の反応速度を考慮して適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、水酸基同士の脱水縮合反応をより促進する観点からは、１．０×１０－３以上、５．０×１０－３以上、又は１．０×１０－２以上であることが好ましく、０．５以下、０．１以下、又は６．０×１０－２以下であることが好ましい。前述したアルカリ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比の上限値及び下限値の組み合わせは任意であるが、水酸基同士の脱水縮合反応をより促進する観点からは、アルカリ／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比は、１．０×１０－３以上０．５以下であることが好ましく、５．０×１０－３以上０．１以下であることがより好ましく、１．０×１０－２以上６．０×１０－２以下であることがよりさらに好ましい。 出発原料として用いられるシリコンアルコキシドに対する塩化錫（ＩＩ）のモル比（以下、「ＳｎＣｌ２／Ｓｉ（ＯＲ）４モル比」ともいう）は、２５２ｎｍの光の透過をより抑制することができ、且つ、２２２ｎｍの光がより透過しやすい石英ガラスが製造されやすくなるため、１．０×１０－４以上、２．０×１０－４以上、又は５．０×１０－４以上であることが好ましく、３．０×１０－３以下、５．０×１０－３以下、又は１．０×１０－２以下であることが好ましい。前述した錫濃度の上限値及び下限値の組み合わせは任意であるが、２５２ｎｍの光の透過をより抑制することができ、且つ、２２２ｎｍの光がより透過しやすい石英ガラスが製造されやすくなるため、原料混合物における錫濃度は、１．０×１０－４以上１．０×１０－２以下であることが好ましく、２．０×１０－４以上３５．０×１０－３以下であることがより好ましく、５．０×１０－４以上３．０×１０－３以下であることがよりさらに好ましい。 上述した出発原料のモル比は、混合する出発原料の使用量から計算により算出することができる。 調製工程で乾燥させる錫含有シリカゲルは、前述した出発原料（シリコンアルコキシド、エタノール、塩化錫（ＩＩ）、アルカリ源、酸源及び水）のみを混合することで取得してもよいが、前述した出発原料に加えて、他の成分がさらに混合されてもよい。このような他の成分としては、例えば、各出発原料に含有され得る不可避的不純物を挙げることができる。 調製工程で乾燥させる錫含有シリカゲルは、上述した出発原料を混合することで取得することができる。出発原料の混合順序は、特に限定されるものではなく、全ての出発原料を同時に混合してもよく、一部の出発原料を混合してから残りの出発原料を混合してもよく、任意の順序で順番に混合してもよい。シリカゲル生成過程における塩化錫（ＩＩ）に由