(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ2 ５５〜７０重量％、（Ｒ１）2Ｏ（Ｒ１＝Ｎａ，Ｋ）  ８〜１２重量％、（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）  １〜１５重量％、（Ｒ３）Ｏ（Ｒ３＝Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ）  １０〜１４重量％、ＺｎＯ  １０〜１５重量％、Ｂ2 Ｏ3 ０．０１重量％以下の組成であり且つ（Ｒ２）2Ｏ3＋ＺｎＯは１１〜２０重量％であることを特徴とする極細ガラス繊維。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ溶出量の少ない極細ガラス繊維の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の極細ガラス繊維としては、ボロンシリケートガラス繊維や耐酸性特殊グレードの高シリカ分ガラス繊維が知られている。ここで高シリカ分とは一般に石英ガラス繊維と総称されるもので、溶融石英ガラス繊維や高珪酸ガラス繊維、或いは、ゾルゲル法ガラス繊維等が知られ、ＳｉＯ2 が９９．８〜９９．９９重量％のものである。また、極細ガラス繊維はＣガラスだけでなくＥガラスでも製造されている。
前記Ｃガラスの極細ガラス繊維はＨＥＰＡ、ＵＬＰＡ、超ＵＬＰＡ等の高性能フィルタ用濾紙、電池用セパレータ、断熱材等、各種分野で使用されている。また、Ｅガラスの極細ガラス繊維は電気絶縁用としてエンプラ用充填材、特殊紙等に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば、前記Ｃガラスからなる極細ガラス繊維を使用した高性能フィルタ用濾紙で構成されたＨＥＰＡフィルタを半導体クリーンルームで使用した場合、酸性ガス、或いは、空気中の水分により化学反応を起こし、ガラス中のＢ2Ｏ3がガス状物質としてクリーンルーム内に飛散し、シリコンウエハの表面に付着し、特性劣化を引き起こすことが問題視されている。
【０００４】
このため、ボロンガス状物質を発生しないＨＥＰＡフィルタとして、例えば、特開平５−２０２２１７号公報、特開平７−２９２１４４号公報、特表平９−５０４７３７号公報等に開示されるようなＰＴＦＥ膜濾材からなるフィルタ、特開平６−５５０１９号公報、特開平６−２８５３１８号公報等に開示されるような高珪酸ガラス繊維の濾紙からなるフィルタ、或いは、特開平７−１９４９１１号公報、特開平５−２８５３２４号公報等に開示されるようなガラス繊維の表面を被覆した濾紙からなるフィルタが提案されている。
【０００５】
しかしながら、前記ＰＴＦＥ膜濾材からなるフィルタは低圧力損失で優れた特性を備えるものの、膜が非常に薄いため均一性能のものが得にくい問題や製品コストが高いといった問題がある。また、高珪酸ガラス繊維の濾紙からなるフィルタは、材料が高価で実用性に乏しいといった問題がある。また、ガラス繊維の表面を薬剤で被覆した濾紙からなるフィルタは、ガラス繊維１本、１本を均一に被覆することが困難なため、被覆されない部分からボロンガス状物質が発生する危険が高いといった問題がある。
そこで、本発明は、ＨＥＰＡ、ＵＬＰＡ、超ＵＬＰＡ等の高性能フィルタ用として用いても、ボロンガス状物質を発生しない濾紙として使用でき、また、Ｅガラス並みの耐久性を備え、しかも実用的価格で製造可能な極細ガラス繊維を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の極細ガラス繊維は前記目的を達成するべく、ＳｉＯ2 ５５〜７０重量％、（Ｒ１）2Ｏ（Ｒ１＝Ｎａ，Ｋ）  ８〜１２重量％、（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）  １〜１５重量％、（Ｒ３）Ｏ（Ｒ３＝Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ）  １０〜１４重量％、ＺｎＯ  １０〜１５重量％、Ｂ2 Ｏ3 ０．０１重量％以下の組成であり且つ（Ｒ２）2Ｏ3＋ＺｎＯは１１〜２０重量％であることを特徴とするもので、ボロンガス状物質を発生しないで且つ実用的価格で製造できるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の極細ガラス繊維を製造するための原料ガラスとしては、基本組成が７３ＳｉＯ2−１５Ｎａ2Ｏ−１２ＣａＯのいわゆるソーダ石灰ガラスが用いられる。ところが、このような組成のソーダ石灰ガラスを平均繊維径２μｍ以下に紡糸すると比表面積が大きくなり、板ガラスでは問題とならなかった風化作用、即ち、空気中の水分や炭酸ガスによってアルカリ成分が溶出してガラス繊維が破壊されることによって繊維強度が著しく低下してしまい繊維製品を製造できないといったことになる。
このため、本発明では、前記ソーダ石灰ガラスにＡｌ2Ｏ3とＺｎＯを添加することにより、ＳｉＯ2  ５５〜７０重量％、（Ｒ１）2Ｏ（Ｒ１＝Ｎａ，Ｋ）  ８〜１２重量％、（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）  １〜１５重量％、（Ｒ３）Ｏ（Ｒ３＝Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ）  １０〜１４重量％、ＺｎＯ  ０〜１５重量％、Ｂ2 Ｏ3  ０．０１重量％以下の組成であり且つ（Ｒ２）2Ｏ3＋ＺｎＯは１１〜２０重量％とするものである。
【０００８】
従来、Ｃガラスは前記風化作用を防止するため、Ｂ2Ｏ3を１０重量％程度配合することで、徐冷点（１０13 Ｐ粘度となる温度）ではＢ3+イオンが非架橋酸素イオンを引き付けて〔ＢＯ4 〕４面体構造をつくり、ガラス網目構造の切れ目を閉じて組織の破壊を抑制するようにしていたので、Ｂ2Ｏ3を０．０１重量％以下にするために、アルカリの溶出を抑制する副成分として、（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）を１〜１５重量％、ＺｎＯを０〜１５重量％、且つ（Ｒ２）2Ｏ3＋ＺｎＯを１１〜２０重量％とするものである。
前記（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）が１〜１５重量％の範囲にあれば、ガラス表面でアルミノシリケート等の錯塩が形成され、これが保護膜として働き、耐水性と耐酸性等の耐久性を向上することができる。
しかしながら、（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）が１重量％未満では、アルカリ溶出量が大きくなり風化作用に対する効果が見られない。また、（Ｒ２）2Ｏ3（Ｒ２＝Ａｌ，Ｆｅ）が１５重量％を超えると、Ｔｆ値（繊維紡糸時の１０2.5Ｐ粘度となる温度）が高くなり繊維化が難しくなる。
また、（Ｒ２）2Ｏ3＋ＺｎＯを１１〜２０重量％とするのは、ＺｎＯを配合することでアルカリ溶出量を小さくできるため、Ａｌ2Ｏ3の量を少なくすることによってガラスの溶融温度を低くして紡糸性を良好とするためである。
特に、ＺｎＯを１０重量％以上とすることで、紡糸性を極めて良好にできるものである。
【０００９】
前記本発明極細ガラス繊維のＳｉＯ2を５５重量％未満とすると、ＳｉＯ4の４面体の３次元網目構造の隙間に副成分の金属原子が入り込むことから、水分、炭酸ガス等の影響を受けて風化し易くなる。また、前記ＳｉＯ2 が７０重量％を超えると、紡糸温度（繊維紡糸時の粘度がの１０3 Ｐとなる温度）が高くなり繊維化がし辛くなる。
また、前記（Ｒ１）2Ｏ（Ｒ１＝Ｎａ，Ｋ）を８重量％未満とすると、ＳｉＯ2と混合加熱され、ガラスの融点を下げて溶け易くする作用が低くなる。また、（Ｒ１）2 Ｏ（Ｒ１＝Ｎａ，Ｋ）が１２重量％を超えると、Ｎａ2ＯとＫ2ＯのＮａ+イオンとＫ+イオンは酸素との結合力が弱いため、製造されたガラス繊維が水と接触すると簡単に溶け出す水溶現象が生じて風化作用の影響を受けやすくなる。
また、前記（Ｒ３）Ｏ（Ｒ３＝Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ）を１０重量％未満とすると、ＳｉＯ2 と混合加熱され、ガラスの融点を下げて溶け易くする作用が低くなり、しかも風化作用防止の補助効果が低下する。また、（Ｒ３）Ｏ（Ｒ３＝Ｃａ，Ｍｇ，Ｂａ）が１４重量％を超えると、失透温度が高くなり、紡糸性が悪くなる。
【００１０】
【実施例】
次に、本発明の極細ガラス繊維の実施例を比較例と共に説明する。
まず、カレットガラスを磁製乳鉢で２５０μｍ以下に粉砕し、これに表１のガラス組成となるように、亜鉛華（ＺｎＯ）及び／又はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を加えてよく混合し、試料６，８，１５を調合した。
次に、調合したガラス粉末約２０ｇを磁製るつぼに入れ、電気炉中で１３００℃、４時間加熱溶融し、ガラスペレットを作製した。
このようにして得られたガラスペレットをそれぞれ磁製乳鉢で粉砕し、５００μｍ、４２０μｍ、２５０μｍの標準網ふるいで順番にふるい分けを行い、２５０〜４２０μｍのガラス粉末を約５ｇ分別した。
その後、分別したガラス粉末をエチルアルコール（９９．５容量％）でよく洗い微粉を取り除いた後、乾燥器で約１２５℃で３０分間乾燥させてデシケータ中に保存した。
【００１１】
次に、前記各試料につき、アルカリ溶出試験（ＪＩＳ−Ｒ−３５０２-1995 に準拠）を行った。
即ち、まず、ナス型フラスコ中に４０ｍｌの蒸留水を入れ、１０分間以上沸騰水溶中に保持した。次に、各試料を５ｇ量り取ってフラスコ中に投入し、更に、１０ｍｌの蒸留水で器壁の内面に付着した試料を洗い落とし、ゆるく振り動かして試料集積物の上部が一様な平面を保つように安定させた。次に、冷却器を取り付け、沸騰水溶中で６０分間加熱した。次いで、フラスコを水溶中から取り出して直ちに流水で冷却し、内溶液を硬質ガラス製ビーカに移した。これにメチルレッド指示薬を３滴加え、溶出したアルカリ成分を０．００５ｍｏｌ／リットル硫酸で摘定した。また、別に同様の方法で空試験を行った。
尚、試験結果は空試験結果を差し引いた後、０．００５ｍｏｌ／リットルの硫酸の消費ミリリットル数に０．３１を乗じた後、投入試料量当たりのＮａ2Ｏのｍｇ数に換算した。
また、各試料を粉砕し、小形溶融炉に投入し、ノズル温度を１０3 ポイズ温度に設定し、０．３５μｍ程度のフィラメントを紡糸した。
前記結果を表１に示した。
【００１２】
【表１】
0004077536.tif 000002
【００１３】
試料６の通り、Ａｌ2Ｏ3を５．２重量％配合する場合は、ＺｎＯを１０．０重量％配合することで、アルカリ溶出量を０．０５ｍｇ・Ｎａ2 Ｏ／ｇ以下に抑制できる。特に、試料６はアルカリ溶出量も少なく、紡糸性に最も優れていた。
また、試料８の通り、Ａｌ2Ｏ3を１．５重量％配合する場合は、ＺｎＯを１５．０重量％配合することで、アルカリ溶出量を０．０６ｍｇ・Ｎａ2 Ｏ／ｇ以下に抑制できる。
また、試料１５の通り、Ａｌ2Ｏ3を７．９重量％配合する場合は、ＺｎＯを１０．０重量％配合することで、アルカリ溶出量を０．０５ｍｇ・Ｎａ2 Ｏ／ｇ以下に抑制できる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の極細ガラス繊維は、半導体クリーンルーム用フィルタ等の原材料として使用できるもので、半導体クリーンルームで問題視されているボロンガス状物質の汚染源をガラス中に含まない。また、風化作用による繊維劣化がないため繊維製品としての所望の強度得られる。更にまた、ホウケイ酸ガラスと同等の融点であるため、紡糸温度を低く押さえられ繊維化が容易で且つガラス溶融炉の炉寿命を縮めることがなく、石英ガラス、Ｅガラス、耐アルカリガラス等よりも安く製造できる。