特許 6517074 ガラス組成物、ガラス繊維、鱗片状ガラスおよび被覆鱗片状ガラス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6517074

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】ガラス組成物、ガラス繊維、鱗片状ガラスおよび被覆鱗片状ガラス

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/093 20060101AFI20190513BHJP

   C03C 3/085 20060101ALI20190513BHJP

   C03C 3/087 20060101ALI20190513BHJP

   C03C 3/089 20060101ALI20190513BHJP

   C03C 13/02 20060101ALI20190513BHJP

【ＦＩ】

   C03C3/093

   C03C3/085

   C03C3/087

   C03C3/089

   C03C13/02

【請求項の数】11

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-90553(P2015-90553)

(22)【出願日】2015年4月27日

(65)【公開番号】特開2016-204230(P2016-204230A)

(43)【公開日】2016年12月8日

【審査請求日】2017年12月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004008

【氏名又は名称】日本板硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107641

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 耕一

(74)【代理人】

【識別番号】100143236

【弁理士】

【氏名又は名称】間中 恵子

(72)【発明者】

【氏名】藤原 浩輔

【審査官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５５４２９５３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１０−１９８６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５１８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−８６３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１３４５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１３６７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４５７００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ１／００−１４／００

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で表して、
６０≦ＳｉＯ₂≦７５、
２≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１３、
６≦Ｎａ₂Ｏ≦１５、
９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１５、
５．１≦ＺｒＯ₂≦９．９、
０．１≦（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）≦５、
の成分を含有し、かつ
ＳｒＯ≦１．９、および、Ｋ₂Ｏ≦５、を満たす、
ガラス組成物。

【請求項2】

Ｎａ₂Ｏおよび（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の含有率が、質量％で表して、
６≦Ｎａ₂Ｏ≦１２．９、
９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１２．９、
である、
請求項１に記載のガラス組成物。

【請求項3】

ＺｒＯ₂および（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の含有率が、質量％で表して、
７≦ＺｒＯ₂≦９．９、
９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１１．９、
である、
請求項１または２に記載のガラス組成物。

【請求項4】

Ｌｉ₂Ｏの含有率が、質量％で表して、
０．１≦Ｌｉ₂Ｏ≦５
である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス組成物。

【請求項5】

前記ガラス組成物の粘度が１０００ｄＰａ・ｓｅｃであるときの温度を作業温度としたとき、前記作業温度が１３００℃以下である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス組成物。

【請求項6】

前記ガラス組成物の粘度が１０００ｄＰａ・ｓｅｃであるときの温度を作業温度としたとき、前記作業温度から失透温度を差し引いた温度差ΔＴが１３０℃以上である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス組成物。

【請求項7】

日本光学硝子工業会（ＪＯＧＩＳ）の「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」に準拠した方法によって測定した、前記ガラス組成物の質量減少率ΔＷが０．００１〜０．２０質量％である、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス組成物。

【請求項8】

ＪＩＳ Ｒ ３５０２‐１９９５に準拠した方法によって測定した、前記ガラス組成物のアルカリ溶出量が０．００１〜０．１９ｍｇである、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス組成物。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス組成物からなるガラス繊維。

【請求項10】

請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス組成物からなる鱗片状ガラス。

【請求項11】

請求項１０に記載の鱗片状ガラスと、
前記鱗片状ガラスの表面を被覆する、金属または金属酸化物を主成分とする被膜と、
を含む、被覆鱗片状ガラス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス組成物と、該ガラス組成物からなるガラス繊維および鱗片状ガラスと、該鱗片状ガラスを含む被覆鱗片状ガラスと、に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、発電効率が高くかつ環境負荷が小さいため、環境にやさしいエネルギー源として注目されている。燃料電池のうち固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、高出力かつ小型軽量化が容易であり、さらに量産効果による低コスト化も期待できる。そのため固体高分子型燃料電池は、小規模オンサイト型、自動車用および携帯用などの電源として有用である。

【0003】

固体高分子型燃料電池の固体電解質には、例えばプロトン伝導性を示す有機高分子からなる膜が用いられており、パーフルオロアルキレンを主骨格とし、スルホン酸基、カルボン酸基などのイオン交換基を有するフッ素系高分子材料からなる固体電解質膜が主に用いられている。このようなフッ素系高分子材料からなる固体電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、フッ素系高分子材料の耐熱性が十分でないため、通常１００℃以下の比較的低い温度領域で使用される。しかし、貴金属触媒の一酸化炭素による被毒の抑制や、廃熱利用による発電効率の向上のため、より高い温度で使用することが望ましいとされている。また、フッ素系高分子材料からなる固体電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池は、フッ素系高分子材料の含水により膨潤し、寸法の増大、機械強度の低下、長時間運転時のクリープ発生を招くことがあり、含水した状態でも寸法、強度の安定性が優れたものが望まれている。

【0004】

そのためフッ素系高分子材料に代わる耐熱性に優れたプロトン伝導性材料が提案されており、代表的なものとしては耐熱性の芳香族系高分子材料、例えばポリベンズイミダゾール、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。しかし、これらの高分子材料からなる固体電解質膜は、強度が十分でなく膜−電極接合体を形成する際に破損することがあり、より強度が高く取扱い易いものが望まれている。

【0005】

そこで、安定性および強度が優れた固体電解質膜を得るために、有機・無機繊維からなる織布などを用いて補強することが提案されている（特許文献１、２）。このような補強用の繊維および織布として、高分子素材（アクリル、ポリエステル、ポリプロピレン、フッ素樹脂など）の繊維、天然素材系（絹、綿、紙など）の繊維、無機素材（ガラス繊維など）の繊維およびそれらの織物が挙げられる。これらの中でも、強度や固体電解質膜を構成する材料との親和性に優れるため、ガラス繊維およびその織物を用いることが好ましいことが特許文献１に記載されている。

【0006】

ガラス繊維からなる補強材およびそれを用いた固体電解質膜について、これまで、ガラス繊維の織布や不織布などのガラス繊維形成体に、さらに無機バインダや有機バインダを含有させてそれらの強度を向上したものが提案されている（特許文献３〜５）。また、これらのガラス繊維からなる補強材について、燃料電池を組み立てる際の取扱い易さを向上させることや固体電解質膜との熱融着を可能にすることを目的として、有機バインダでガラス繊維を接着させる方法や、ガラス繊維不織布の製造時に有機バインダを添加する方法により得られる接着性の固化不織布を用いることも提案されている（特許文献６）。

【0007】

ガラスを補強材として利用する他の例として、例えば、樹脂成形体の強度を向上させるなどの目的で用いられる鱗片状ガラスが挙げられる。すなわち、鱗片状ガラスは、例えば樹脂組成物（樹脂マトリックス）中に分散させると、該樹脂組成物から得られる樹脂成形体の強度を向上させることができ、さらに寸法精度も向上させることができる。また、鱗片状ガラスは、ライニング材にも利用でき、例えば塗料に配合されて金属やコンクリート表面に塗布される。鱗片状ガラスは、その表面を金属で被覆することにより金属色を呈するようになり、または、その表面を金属酸化物で被覆することにより反射光の干渉による干渉色を呈するようになる。すなわち、金属被膜または金属酸化物被膜で被覆された鱗片状ガラスは、光輝性顔料として好適に利用される。このような鱗片状ガラスを用いた光輝性顔料は、塗料や化粧料等の色調や光沢が重要視される用途において、好んで使用されている。

【0008】

近年、成形性や化学的耐久性に優れたガラスフィラーが開発されている。このようなガラスフィラーとして、例えば、成形性、化学的耐久性および耐熱性が良好なガラス組成物で構成された鱗片状ガラス（特許文献７）や、耐熱性および化学的耐久性の向上した鱗片状ガラス（特許文献８）などが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００１−３０７５４５号公報

【特許文献2】特開２００７−０１８９９５号公報

【特許文献3】特開２００４−３１９４２１号公報

【特許文献4】国際公開第２００５／０８６２６５号

【特許文献5】国際公開第２００６／０５７２３９号

【特許文献6】特表２００９−５４５８４１号公報

【特許文献7】特開２００７−１４５６９９号公報

【特許文献8】国際公開第２０１０／０２４２８３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の内部は酸性環境であるため、補強材として用いられるガラス繊維には、高い耐酸性が要求される。また、耐水性が不十分であるガラス繊維は、補強材としての強度が不十分となる。したがって、補強材として用いられるガラス繊維には、高い耐水性も要求される。

【0011】

しかし、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材として提案されている従来のガラス繊維には、高い耐酸性と高い耐水性の両方を兼ね備えるという点において、さらなる改善の余地があった。

【0012】

そこで、本発明の目的の一つは、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強用のガラス繊維に好適に使用できる、高い耐酸性および高い耐水性の両方を兼ね備えたガラス組成物を提供することである。さらに、本発明の別の目的の一つは、そのようなガラス組成物からなり、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材として好適に使用できるガラス繊維を提供することである。さらに、本発明の別の目的の一つは、そのようなガラス組成物からなり、例えばライニング材などにも好適に使用できる鱗片状ガラスを提供することである。さらに、本発明の別の目的の一つは、そのような鱗片状ガラスを含み、光輝性顔料として好適に使用できる被覆鱗片状ガラスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、質量％で表して、
６０≦ＳｉＯ₂≦７５、
０．１≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦２０、
６≦Ｎａ₂Ｏ≦１５、
９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１５、
５．１≦ＺｒＯ₂≦９．９、
の成分を含有するガラス組成物を提供する。

【0014】

また、本発明は、上記本発明のガラス組成物からなるガラス繊維を提供する。

【0015】

また、本発明は、上記本発明のガラス組成物からなる鱗片状ガラスを提供する。

【0016】

また、本発明は、
上記本発明の鱗片状ガラスと、
前記鱗片状ガラスの表面を被覆する、金属または金属酸化物を主成分とする被膜と、
を含む、被覆鱗片状ガラスを提供する。

【発明の効果】

【0017】

本発明のガラス組成物は、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強用のガラス繊維に求められる高い耐酸性と高い耐水性とを兼ね備えており、かつガラス繊維の成形にも適している。すなわち、本発明のガラス組成物は、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強用のガラス繊維に好適に使用できる、高い耐酸性および高い耐水性の両方を兼ね備えたガラス組成物である。また、本発明のガラス繊維は、高い耐酸性および高い耐水性の両方を兼ね備えたガラス組成物からなるので、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材として好適に使用できる。また、本発明の鱗片状ガラスは、高い耐酸性および高い耐水性の両方を兼ね備えたガラス組成物からなるので、ライニング材などにも好適に使用できる。また、本発明に被覆鱗片状ガラスは、高い耐酸性および高い耐水性の両方を兼ね備えたガラス組成物からなる鱗片状ガラスを含んでいるので、例えば、耐酸性および耐水性にも優れた光輝性顔料としても使用できる。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。

【0019】

［ガラス組成物］
本実施形態のガラス組成物は、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）を必須成分として含有する。さらに、本実施形態のガラス組成物は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）、三酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を任意成分として含んでもよい。

【0020】

本実施形態のガラス組成物の成分は、質量％で表して、
６０≦ＳｉＯ₂≦７５、
０．１≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦２０、
６≦Ｎａ₂Ｏ≦１５、
９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１５、
５．１≦ＺｒＯ₂≦９．９、
を満たす。

【0021】

本実施形態のガラス組成物は、上記組成を満たすことにより、高い耐酸性と高い耐水性とを兼ね備え、かつガラス繊維の成形にも適したガラス組成物となる。より詳しくは、本実施形態のガラス組成物では、酸化ジルコニウムの含有率が、質量％で表して５．１≦ＺｒＯ₂≦９．９を満たす。酸化ジルコニウムの含有率が５．１％以上であることから、本実施形態のガラス組成物は、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜内部の酸性環境に耐え得る高い耐酸性と、補強材としての強度を維持し得る高い耐水性とを実現できる。また、酸化ジルコニウムの含有率が９．９％以下であることから、本実施形態のガラス組成物は、ガラスの粘性をガラス繊維の成形に適した範囲内に調整することできる。

【0022】

さらに、本実施形態のガラス組成物では、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ）の含有率の合計が、質量％で表して９≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ≦１５を満たす。アルカリ金属酸化物の含有率の合計が９％以上であることから、ガラスの粘性をガラス繊維の成形に適した範囲内に調整することできる。また、アルカリ金属酸化物の含有率の合計が１５％以下であることから、本実施形態のガラス組成物は、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜内部の酸性環境に耐え得る高い耐酸性と、補強材としての強度を維持し得る高い耐水性とを実現できる。

【0023】

本実施形態のガラス組成物では、例えば、Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃の含有率が、質量％で表して、０．１≦（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）≦５を満たしていてもよい。Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃の含有率がこのような範囲を満たすことにより、ガラス組成物の耐酸性および耐水性のさらなる向上が可能となる。

【0024】

本実施形態のガラス組成物では、例えば、Ｎａ₂Ｏおよび（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の含有率が、質量％で表して、６≦Ｎａ₂Ｏ≦１２．９、かつ９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１２．９を満たすことが好ましく、７≦ＺｒＯ₂≦９．９、かつ９≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１１．９を満たすことがより好ましい。Ｎａ₂Ｏおよび（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の含有率がこのような範囲を満たすことにより、ガラス組成物の化学的耐久性（耐酸性、耐水性および耐アルカリ性など）のさらなる向上が可能となる。

【0025】

本実施形態のガラス組成物では、例えば、Ｌｉ₂Ｏの含有率が、質量％で表して、０．１≦Ｌｉ₂Ｏ≦５を満たしていてもよい。Ｌｉ₂Ｏの含有率がこのような範囲を満たすことにより、ガラス組成物の化学的耐久性のさらなる向上が可能となる。

【0026】

以下、本実施形態のガラス組成物を構成する各成分について、より詳細に説明する。なお、以下において成分の含有率を示す％表示は、全て質量％である。

【0027】

（ＳｉＯ₂）
二酸化珪素（ＳｉＯ₂）は、ガラスの骨格を形成する主成分である。本明細書において、「主成分」とは含有量が最も多い成分であることを意味する。ＳｉＯ₂は、ガラス組成物の失透温度および粘度を調整する成分である。ＳｉＯ₂は、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を向上させる成分でもある。ＳｉＯ₂の含有率が６０％以上であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。ＳｉＯ₂の含有率が６０％以上であれば、ガラス組成物の耐水性および耐酸性を向上させることができる。ＳｉＯ₂の含有率が７５％以下であれば、ガラス組成物の融点が低くなり、ガラス組成物を均一に溶融し易くなる。

【0028】

したがって、ＳｉＯ₂の下限は、６０％以上であり、６３％以上が好ましく、６５．１％以上がより好ましく、６６．１％以上が最も好ましい。ＳｉＯ₂の上限は、７５％以下であり、７４％以下が好ましく、７３％以下が最も好ましい。

【0029】

（ＭｇＯ＋ＣａＯ）
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）は、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を調整する成分でもある。ガラス組成物の形成し易さや化学的耐久性を重視する場合、ＭｇＯおよびＣａＯの含有率の和（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が重要である。（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．１％以上であれば、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が２０％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、ガラス組成物の化学的耐久性を向上させることができる。

【0030】

したがって、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の下限は、０．１％以上であり、２％以上が好ましく、４％以上がより好ましく、６％以上がさらに好ましく、９％以上が最も好ましい。（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の上限は、２０％以下であり、１８％以下が好ましく、１６％以下がより好ましく、１３．９％以下がさらに好ましく、１３％以下が最も好ましい。

【0031】

（Ｎａ₂Ｏ）
酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、Ｎａ₂Ｏは、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を調整する成分でもある。Ｎａ₂Ｏの含有率が６％以上であれば、失透温度および粘度の調整が容易になる。Ｎａ₂Ｏの含有率が１５％以下であれば、ガラス組成物の耐酸性および耐水性も向上する。

【0032】

したがって、Ｎａ₂Ｏの含有率の下限は、６％以上であり、７％以上が好ましく、７．５％以上がより好ましく、８％以上が最も好ましい。Ｎａ₂Ｏの含有率の上限は、１５％以下であり、１４％以下が好ましく、１２．９％以下がより好ましく、１１．９％以下が最も好ましい。

【0033】

（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）
アルカリ金属酸化物（酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ））は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ）は、ガラス組成物の化学的耐久性を調整する成分でもある。ガラス組成物の形成し易さや化学的耐久性を重視する場合、アルカリ金属酸化物（Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ）の含有率の和（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）が重要である。Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏの合計含有率（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）が９％以上であれば、失透温度および粘度の調整が容易になる。酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの合計含有率（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）が１５％以下であれば、ガラス組成物の化学的耐久性も向上する。

【0034】

したがって、（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の下限は、９％以上であり、９．５％以上が好ましく、１０％以上が最も好ましい。（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の上限は、１５％以下であり、１４％以下が好ましく、１２．９％以下がより好ましく、１１．９％以下が最も好ましい。

【0035】

（ＺｒＯ₂）
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）は、ガラス組成物の失透温度および粘度を調整する成分である。また、ＺｒＯ₂は、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を向上させる成分でもある。ＺｒＯ₂の含有率が５％より大きければ、ガラス組成物の耐水性および耐酸性を向上させることができる。ＺｒＯ₂の含有率が１０％未満であれば、ガラス組成物の融点が低くなり、ガラス組成物を均一に溶融し易くなる。ＺｒＯ₂の含有率が１０％未満であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0036】

したがって、ＺｒＯ₂の含有率の下限は、５．１％以上であり、５．５％以上が好ましく、６％以上がより好ましく、６．５％以上がさらに好ましく、７％以上が最も好ましい。ＺｒＯ₂の含有率の上限は、９．９％以下であり、９．５％以下が好ましく、９％以下がより好ましく、８．５％以下がさらに好ましく、８％以下が最も好ましい。

【0037】

（Ｂ₂Ｏ₃）
三酸化二ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分でもある。また、Ｂ₂Ｏ₃は、ガラス組成物の耐水性を向上させる成分である一方で、耐酸性を悪化させる成分でもある。例えばＢ₂Ｏ₃の含有率が５％以下であれば、ガラス組成物の耐酸性も向上する。

【0038】

したがって、Ｂ₂Ｏ₃の上限は、５％以下が好ましく、２．９％以下がより好ましく、１．９％以下がさらに好ましく、０．９％以下が最も好ましい。

【0039】

（Ａｌ₂Ｏ₃）
酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）は、ガラスの骨格を形成する成分であり、耐熱性を保ちながらガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分でもある。また、Ａｌ₂Ｏ₃は、耐水性を向上させる成分である一方で、耐酸性を悪化させる成分でもある。従って、Ａｌ₂Ｏ₃は必須成分ではないが、ガラス組成物の溶融性および耐水性を調整するための成分として含むことが好ましい。例えばＡｌ₂Ｏ₃の含有率が５％以下であれば、ガラス組成物の融点が低くなり、ガラス組成物を均一に溶融し易くなるとともに、耐酸性も向上する。

【0040】

したがって、Ａｌ₂Ｏ₃の下限は、０％以上が好ましく、０．１％以上がより好ましく、０．５％以上が最も好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃の上限は、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、２．９％以下がさらに好ましく、１．９％以下が最も好ましい。

【0041】

（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）
三酸化二ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分でもある。また、Ｂ₂Ｏ₃およびＡｌ₂Ｏ₃は、ガラス組成物の耐水性を向上させる成分である一方で、耐酸性を悪化させる成分でもある。ガラス組成物の形成し易さや化学的耐久性を重視する場合、Ｂ₂Ｏ₃およびＡｌ₂Ｏ₃の含有率の和（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）が重要である。例えば（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）が５％以下であれば、ガラス組成物の耐酸性が、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜内部の酸性環境に十分に耐え得る程度に高くなる。

【0042】

したがって、（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）の下限は、０％以上が好ましく、０．１％以上がより好ましく、０．５％以上が最も好ましい。（Ｂ₂Ｏ₃＋Ａｌ₂Ｏ₃）の上限は、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、２．９％以下がさらに好ましく、１．９％以下が最も好ましい。

【0043】

（ＭｇＯ）
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、ＭｇＯは、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を調整する成分でもある。ＭｇＯは必須ではないが、ガラス組成物の溶融性および化学的耐久性を調整するための成分として使用してもよい。ＭｇＯの含有率が１５％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0044】

したがって、ＭｇＯの下限は、０質量％以上が好ましく、０．１％以上がより好ましく、１％以上がさらに好ましく、２．１％以上が最も好ましい。ＭｇＯの上限は、１５％以下が好ましく、１２％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましく、８％以下が最も好ましい。

【0045】

（ＣａＯ）
酸化カルシウム（ＣａＯ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、ＣａＯは、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を調整する成分でもある。ＣａＯは必須ではないが、ガラス組成物の溶融性および化学的耐久性を調整するための成分として使用してもよい。ＣａＯの含有率が１５％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0046】

したがって、ＣａＯの下限は、０％以上が好ましく、０．１％以上がより好ましく、１％以上がさらに好ましく、２％以上が特に好ましく、３．１％以上が最も好ましい。ＭｇＯの上限は、１５％以下が好ましく、１２％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましく、８％以下が最も好ましい。

【0047】

（ＳｒＯ）
酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。一方で、ＳｒＯはガラス組成物の耐酸性を悪化させる成分でもある。ＳｒＯは必須ではないが、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整するための成分として使用してもよい。ＳｒＯの含有率が１０％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0048】

したがって、ＳｒＯの上限は１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、１．９％以下がさらに好ましく、０．１％未満が最も好ましい。

【0049】

（ＢａＯ）
酸化バリウム（ＢａＯ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。その一方で、ＢａＯはガラス組成物の耐酸性を悪化させる成分でもある。ＢａＯは、必須ではないが、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整するための成分として使用してもよい。ＢａＯの含有率が１０％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0050】

したがって、ＢａＯの上限は、１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、１．９％以下がさらに好ましく、０．１％未満が最も好ましい。

【0051】

（ＺｎＯ）
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。その一方で、ＺｎＯは揮発し易いため、溶融時に飛散する可能性がある。ＺｎＯの含有率が１０％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。また、ＺｎＯの含有率が１０％以下であれば、揮発による成分比の変動を抑えることができ、ガラス組成物中の含有量を管理し易くなる。

【0052】

したがって、ＺｎＯの上限は、１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、２．９％以下がさらに好ましく、１％以下が特に好ましく、０．１％未満が最も好ましい。

【0053】

（Ｌｉ₂Ｏ）
酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、Ｌｉ₂Ｏは、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を調整する成分でもある。Ｌｉ₂Ｏは必須ではないが、ガラス組成物の溶融性および化学的耐久性を調整するための成分として使用してもよい。Ｌｉ₂Ｏの含有率が５％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0054】

したがって、Ｌｉ₂Ｏの下限は、０％以上が好ましく、０．１％以上がより好ましく、０．５％以上がより一層好ましく、１％以上がさらに好ましく、１．５％以上が特に好ましく、２％以上が最も好ましい。Ｌｉ₂Ｏの上限は、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３．５％以下がさらに好ましく、３％以下が最も好ましい。

【0055】

（Ｋ₂Ｏ）
酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。また、Ｋ₂Ｏは、ガラス組成物の耐酸性および耐水性を調整する成分でもある。Ｋ₂Ｏは必須ではないが、ガラス組成物の溶融性および化学的耐久性を調整するための成分として使用してもよい。Ｋ₂Ｏの含有率が５％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0056】

したがって、Ｋ₂Ｏの下限は、０％以上が好ましく、０．１％以上がより好ましく、０．５％より大きいことがさらに好ましい。Ｋ₂Ｏの上限は、５％以下が好ましく、４％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましく、１．９％以下が最も好ましい。

【0057】

（ＴｉＯ₂）
二酸化チタン（ＴｉＯ₂）は、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整する成分である。ＴｉＯ₂は必須ではないが、ガラス形成時の失透温度および粘度を調整するための成分として使用してもよい。ＴｉＯ₂の含有率が５％以下であれば、失透温度の上昇を抑制し、失透のないガラス組成物を容易に製造することができる。

【0058】

したがって、ＴｉＯ₂の上限は、５％以下が好ましく、２％以下がより好ましく、０．９％以下がさらに好ましく、０．５％以下が特に好ましく、０．０９％以下が最も好ましい。なお、原料の均一な熔融およびガラス組成物の形成し易さを特に重視する場合には、０．１％＜ＴｉＯ₂≦５％としてもよい。

【0059】

（Ｆｅ）
ガラス組成物中に含まれる鉄（Ｆｅ）は、通常、Ｆｅ²⁺またはＦｅ³⁺の状態で存在する。Ｆｅ³⁺はガラス組成物の紫外線吸収特性を高める成分であり、Ｆｅ²⁺はガラス組成物の熱線吸収特性を高める成分である。鉄は、意図的に含ませなくとも、工業用原料により不可避的に混入する場合がある。鉄の含有量が少なければ、ガラス組成物の着色を防止することができる。

【0060】

したがって、鉄（Ｆｅ）の上限は、Ｆｅ₂Ｏ₃換算にて５％以下が好ましく、２％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．３％以下が特に好ましく、０．１％未満が最も好ましい。

【0061】

（ＳＯ₃）
三酸化硫黄（ＳＯ₃）は必須成分ではないが、清澄剤として含まれていてもよい。硫酸塩の原料を使用すると、０．５％以下の含有率で含まれることがある。

【0062】

（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）
フッ素（Ｆ）は、揮発し易いため、溶融時に飛散する可能性があるとともに、ガラス組成物中の含有量を管理し難いという問題もある。したがって、フッ素は実質的に含有しないことが好ましい。

【0063】

塩素（Ｃｌ）は、揮発し易いため、溶融時に飛散する可能性があるとともに、ガラス組成物中の含有量を管理し難いという問題もある。したがって、塩素は実質的に含有しないことが好ましい。

【0064】

臭素（Ｂｒ）は、揮発し易いため、溶融時に飛散する可能性があるとともに、ガラス組成物中の含有量を管理し難いという問題もある。したがって、臭素は実質的に含有しないことが好ましい。

【0065】

ヨウ素（Ｉ）は、揮発し易いため、溶融時に飛散する可能性があるとともに、ガラス組成物中の含有量を管理し難いという問題もある。したがって、ヨウ素は実質的に含有しないことが好ましい。

【0066】

フッ素、塩素、臭素およびヨウ素の含有率の合計（Ｆ＋Ｃｌ＋Ｂｒ＋Ｉ）は、０．０１％未満であることが好ましい。

【0067】

（ＰｂＯ）
酸化鉛（ＰｂＯ）は、その原料の取扱いに配慮を要するため、実質的に含有しないことが好ましい。

【0068】

（Ｓｎ）
ガラス組成物中に含まれる錫（Ｓｎ）は、通常、Ｓｎ²⁺またはＳｎ⁴⁺の状態で存在する。錫は、その原料の取扱いに配慮を要するため、実質的に含有しないことが好ましい。錫（Ｓｎ）の含有率は、二酸化錫（ＳｎＯ₂）に換算して０．０１％未満であることが好ましい。

【0069】

（Ａｓ、Ｓｂ）
ガラス組成物中に含まれるヒ素（Ａｓ）は、通常、Ａｓ³⁺またはＡｓ⁵⁺の状態で存在する。ヒ素は、その原料の取扱いに配慮を要するため、実質的に含有しないことが好ましい。ヒ素の含有率は、三酸化二ヒ素（Ａｓ₂Ｏ₃）に換算して０．０１％未満であることが好ましい。

【0070】

ガラス組成物中に含まれるアンチモン（Ｓｂ）は、通常、Ｓｂ³⁺またはＳｂ⁵⁺の状態で存在する。アンチモンは、その原料の取扱いに配慮を要するため、実質的に含有しないことが好ましい。アンチモンの含有率は、三酸化二アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）に換算して０．０１％未満であることが好ましい。

【0071】

ヒ素を三酸化二ヒ素に換算したときの含有率と、アンチモンを三酸化二アンチモンに換算したときの含有率との合計（Ａｓ₂Ｏ₃＋Ｓｂ₂Ｏ₃）は、０．０１％未満であることが好ましい。

【0072】

なお、本明細書において、ある成分を「実質的に含有しない」とは、例えば工業用原料から不可避的に混入する場合を除き、その成分を意図的に含ませないことを意味する。実質的に含有しないとは、具体的には、その成分の含有率が０．１％未満、好ましくは０．０５％未満、より好ましくは０．０３％未満、最も好ましくは０．０１％未満であることを意味する。

【0073】

［ガラス組成物の物性］
本実施形態のガラス組成物の各物性について、以下詳細に説明する。
（溶融特性）
溶融ガラスの粘度が１０００ｄＰａ・ｓｅｃ（１０００ｐｏｉｓｅ）となるときの温度は、当該ガラス組成物の作業温度と呼ばれ、ガラスの成形に最も適する温度である。ガラス繊維または鱗片状ガラスを製造する場合、作業温度が１１００℃以上であれば、鱗片状ガラスの厚みまたはガラス繊維径のばらつきを小さくできる。作業温度が１３００℃以下であれば、ガラス組成物を溶融する際の燃料費を低減でき、ガラス製造装置が熱による腐食を受け難くなり、装置寿命が延びる。

【0074】

作業温度から失透温度を差し引いた温度差ΔＴが大きいほど、ガラス成形時に失透が生じ難く、温度差ΔＴが０℃以上であれば、均質なガラス組成物を高い歩留りで製造できる。したがって、温度差ΔＴは１３０℃以上が好ましく、１４０℃以上がより好ましく、１５０℃以上がさらに好ましく、１６０℃以上が最も好ましい。温度差ΔＴが５００℃以下であれば、ガラス組成物の組成の調整が容易になる。したがって、温度差ΔＴは５００℃以下が好ましく、４５０℃以下がより好ましく、４００℃以下がさらに好ましい。

【0075】

なお、失透とは、溶融ガラス素地中に生成して成長した結晶により、白濁を生じることをいう。このような溶融ガラス素地から製造されたガラス組成物の中には、結晶化した塊が存在することがあるので、ガラス組成物として好ましくない。

【0076】

（化学的耐久性）
ガラス組成物が含有する各成分の含有率が上述で規定した組成範囲内にあれば、ガラス組成物は耐水性、耐アルカリ性、耐酸性などの化学的耐久性に優れる。

【0077】

耐酸性の指標としては、後述する質量減少率ΔＷが採用される。この質量減少率ΔＷが小さいほど、ガラス組成物の耐酸性が高いことを示す。

【0078】

ガラス組成物を固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材に用いる場合、ガラス組成物の質量減少率ΔＷが０．２０質量％以下であれば、補強材の強度低下が引き起こされることがない。したがって、ガラス組成物の質量減少率ΔＷは、０．２０質量％以下が好ましく、０．１５質量％以下がより好ましく、０．１２質量％以下がさらに好ましく、０．１０質量％以下が最も好ましい。本実施形態により実現できる質量減少率ΔＷは、例えば、０．００１〜０．２０質量％である。

【0079】

耐水性の指標としては、後述するアルカリ溶出量が採用される。このアルカリ溶出量が小さいほど、ガラス組成物の耐水性が高いことを示す。

【0080】

ガラス組成物を固体電解質膜の補強材として用いる場合、ガラス組成物のアルカリ溶出量が０．２０ｍｇ未満であれば、補強材の強度低下が引き起こされることがない。したがって、ガラス組成物のアルカリ溶出量は、０．１９ｍｇ以下が好ましく、０．１５ｍｇ以下がより好ましく、０．１２ｍｇ以下がさらに好ましく、０．１０ｍｇ以下が最も好ましい。本実施形態により実現できるアルカリ溶出量は、例えば、０．００１〜０．１９ｍｇである。

【0081】

［ガラス組成物の用途］
本実施形態のガラス組成物は、ガラス繊維および鱗片状ガラスとして利用できる。上述のとおり、本実施形態のガラス組成物は、高い耐酸性および高い耐水性を備えている。したがって、本実施形態のガラス組成物からなるガラス繊維は、例えば、固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材として好適に使用できる。固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材として使用される場合、ガラス繊維は、例えば、０．２〜２μｍの繊維径を有することが好ましく、０．１〜１０ｍｍの繊維長さを有することが好ましい。ガラス繊維の製造方法は、特には限定されず、公知の製造方法を適宜用いることができる。

【0082】

また、本実施形態のガラス組成物からなる鱗片状ガラスは、ライニング材に使用することができ、または、樹脂成形体、塗料、化粧料およびインキなどのフィラーとして使用することができる。また、鱗片状ガラスの表面を金属または金属酸化物を主成分とする被膜で被覆して被覆鱗片状ガラスとし、これを光輝性顔料として用いることも可能である。鱗片状ガラスの厚さや径の大きさなどは、用途に応じて適宜選択すればよく、特には限定されない。また、被覆鱗片状ガラスの被膜の厚さも、用途に応じて適宜選択すればよく、特には限定されない。鱗片状ガラスの製造方法は、特には限定されず、公知の製造方法を適宜用いることができる。

【0083】

本実施形態のガラス組成物は、上記の他に、高い耐酸性および高い耐水性が要求されるガラスの用途への適用も可能である。

【実施例】

【0084】

以下、実施例および比較例を挙げて、本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。

【0085】

［ガラス組成物］
（実施例１〜３４および比較例１〜７）
表１〜表５に示した組成となるように、珪砂等の通常のガラス原料を調合し、実施例および比較例毎にガラス原料のバッチを作製した。電気炉を用いて、各バッチを１４００〜１６００℃まで加熱して溶融させ、組成が均一になるまで約４時間そのまま維持した。その後、溶融したガラス（ガラス溶融物）を鉄板上に流し出し、電気炉中で室温まで徐冷し、バルクとしてのガラス組成物（板状物、ガラス試料）を得た。

【0086】

得られたガラス組成物について、通常の白金球引き上げ法により粘度と温度との関係を調べ、その結果から作業温度を求めた。ここで、白金球引き上げ法とは、溶融ガラス中に白金球を浸し、その白金球を等速運動で引き上げる際の負荷荷重（抵抗）と、白金球に働く重力および浮力などとの関係を、微小の粒子が流体中を沈降する際の粘度と落下速度との関係を示したストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の法則にあてはめることにより、粘度を測定する方法である。

【0087】

粒子径１．０〜２．８ｍｍの大きさに粉砕したガラス組成物を白金ボートに入れ、温度勾配（８００〜１４００℃）を設けた電気炉中で２時間保持し、結晶の出現した位置に対応する電気炉の最高温度から失透温度を求めた。ここで、粒子径は、ふるい分け法により測定された値である。なお、電気炉内の場所に応じて異なる温度（電気炉内の温度分布）は、予め測定されており、電気炉内の所定の場所に置かれたガラス組成物は、予め測定された、当該所定の場所の温度で加熱される。温度差ΔＴは、作業温度から失透温度を差し引いた温度差である。

【0088】

ガラス組成物の質量減少率ΔＷの測定は、日本光学硝子工業会規格（ＪＯＧＩＳ）の「光学ガラスの化学的耐久性の測定方法（粉末法）０６−１９７５」に準拠した方法により行った。ガラス試料を粉砕して得たガラス粉末をふるい分け法によりふるい分けた。詳しくは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定される補助網ふるい７１０μｍおよび標準網ふるい５９０μｍを通過し、標準網ふるい４２０μｍを通過しない大きさのガラス粉末を、ガラスの比重と同じグラム数量り取った。このガラス粉末を、８０℃、１０質量％の硫酸水溶液１００ｍＬに７２時間浸漬した場合の質量減少率を求め、この質量減少率をΔＷとした。ここでは、ＪＯＧＩＳの測定方法で用いられる０．０１Ｎ（ｍｏｌ／Ｌ）硝酸水溶液の代わりに、１０質量％の硫酸水溶液を用いた。また、硫酸水溶液の温度は８０℃とし、液量は、ＪＯＧＩＳの測定方法における８０ｍＬの代わりに、１００ｍＬとした。さらに、処理時間は、ＪＯＧＩＳの測定方法における６０分間の代わりに、７２時間とした。

【0089】

アルカリ溶出量の測定は、日本工業規格（ＪＩＳ）の「化学分析用ガラス器具の試験方法 Ｒ ３５０２‐１９９５」に準拠した方法により行った。ガラス試料を粉砕して得たガラス粉末をＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定の標準網ふるいにかけ、目開き４２０μｍの標準網ふるいを通過し、目開き２５０μｍの標準網ふるいにとどまったガラス粉末を、ガラスの比重と同じグラム数量秤り取った。このガラス粉末を１００℃の蒸留水５０ｍＬに１時間浸漬した後、この水溶液中のアルカリ成分を０．０１Ｎの硫酸で滴定した。滴定に要した０．０１Ｎの硫酸のミリリットル数に０．３１を乗じることにより、Ｎａ₂Ｏに換算したアルカリ成分のミリグラム数を求め、このミリグラム数をアルカリ溶出量とした。このアルカリ溶出量が小さいほど耐水性が高いことを示す。

【0090】

これらの測定結果を表１〜表５に示した。なお、表中の各成分の数値は、すべて質量％で表示した値である。

【0091】

【表1】

【0092】

【表2】

【0093】

【表3】

【0094】

【表4】

【0095】

【表5】

【0096】

実施例１〜３４で得られたガラス組成物の作業温度は、１１９７℃〜１２９７℃であった。実施例１〜３４で得られたガラス組成物の温度差ΔＴ（作業温度−失透温度）は、１４４℃〜２７１℃であった。実施例１〜３４で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷは、０．０５質量％〜０．１０質量％であった。実施例１〜３４で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量は、０．０５ｍｇ〜０．１７ｍｇであった。

【0097】

他方、比較例１で得られたガラス組成物は、従来の板ガラスの組成を有し、ＺｒＯ₂の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例１で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷは０．４０質量％であり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷに比べて大きかった。また、比較例１で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量は０．４３ｍｇであり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量に比べて大きかった。すなわち、比較例１で得られたガラス組成物は、実施例１〜３４で得られたガラス組成物と比較して、耐酸性および耐水性が劣っていた。

【0098】

比較例２で得られたガラス組成物は、従来のＣガラスの組成を有し、ＺｒＯ₂の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例２で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷは０．５０質量％であり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷに比べて大きかった。すなわち、比較例２で得られたガラス組成物は、実施例１〜３４で得られたガラス組成物と比較して、耐酸性が劣っていた。

【0099】

比較例３で得られたガラス組成物は、従来のＥガラスの組成を有し、ＳｉＯ₂、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）、Ｎａ₂Ｏ、（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）およびＺｒＯ₂の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例３で得られたガラス組成物の温度差ΔＴは１１５℃であり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物の温度差ΔＴに比べて小さかった。また、比較例３で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷは７．４０質量％であり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物の質量減少率ΔＷに比べて大きかった。すなわち、比較例３で得られたガラス組成物は、実施例１〜３４で得られたガラス組成物と比較して、耐酸性が劣っていた。

【0100】

比較例４で得られたガラス組成物は、特開２００７−１４５６９９号公報（特許文献７）の比較例２に記載されており、（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例４で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量は０．２２ｍｇであり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量に比べて大きかった。すなわち、比較例４で得られたガラス組成物は、実施例１〜３４で得られたガラス組成物と比較して、耐水性が劣っていた。

【0101】

比較例５で得られたガラス組成物は、国際公開第２０１０／０２４２８３号（特許文献８）の実施例３６に記載されており、ＺｒＯ₂の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例５で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量は０．２０ｍｇであり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量に比べて大きかった。すなわち、比較例５で得られたガラス組成物は、実施例１〜３４で得られたガラス組成物と比較して、耐水性が劣っていた。

【0102】

比較例６で得られたガラス組成物は、ＺｒＯ₂の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例６で得られたガラス組成物の作業温度は１３２８℃であり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物の作業温度に比べて高かった。すなわち、比較例６で得られたガラス組成物は、作業温度が高すぎて、ガラス組成物を溶融する際の燃料費の問題やガラス製造装置の熱による腐食の問題などを有するものであった。

【0103】

比較例７で得られたガラス組成物は、ＺｒＯ₂の含有率が本発明において規定される組成範囲より外にあった。そのため、比較例７で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量は０．３７ｍｇであり、実施例１〜３４で得られたガラス組成物のアルカリ溶出量に比べて大きかった。すなわち、比較例７で得られたガラス組成物は、実施例１〜３４で得られたガラス組成物と比較して、耐水性が劣っていた。

【0104】

以上の結果から、実施例１〜３４に示す本発明のガラス組成物は、ガラス繊維などの成形に適した溶融特性を有しており、さらに、燃料電池の固体電解質膜の補強材やライニング材などに適した耐酸性および耐水性を有していることが分かる。

【0105】

実施例１〜３４で得られたガラス組成物を用いて、公知の方法に従って、ガラス繊維、鱗片状ガラス、ミルドファイバー、ガラス粉末およびガラスビーズを作製することができた。また、実施例１〜３４で得られたガラス組成物からなるガラス繊維を用いて不織布を作製し、これらの不織布で種々のプロトン伝導性膜（燃料電池の固体電解質膜）を補強することができた。また、実施例１〜３４で得られたガラス組成物からなる鱗片状ガラスを作製し、これらの鱗片状ガラスを各々塗料に配合することにより、種々のライニング材が得られた。さらに、実施例１〜３４で得られたガラス組成物からなる鱗片状ガラスを作製し、これらの鱗片状ガラスの表面に公知の方法に従って金属または金属酸化物の被膜を作製することによって、被覆鱗片状ガラスも得られた。以下に、不織布の作製、不織布で補強された固体電解質膜の作製、鱗片状ガラスの作製およびライニング材の作製について、具体的に説明する。

【0106】

［不織布］
実施例１〜３４で得られたガラス組成物を用いてガラス繊維を作製し、プロトン伝導性膜（燃料電池の固体電解質膜）の補強材として用いることのできるガラス繊維を含む不織布を作製した。

【0107】

（不織布１）
まず、ガラス組成物を電気炉で再溶融した後、冷却しながらペレットに成形した。このペレットを熔融炉に投入し、平均繊維径が０．５〜１μｍ、平均長さが３ｍｍであるガラス繊維を作製した。このガラス繊維９５質量％と、叩解セルロース繊維５質量％とを、繊維を解きほぐすためのパルパーに同時に投入し、硫酸でｐＨ２．５に調整した水溶液中で充分に解離、分散させて、抄紙用のスラリーを作製した。次に、湿式抄紙装置を用いて、上記スラリーから、厚さが５０μｍで目付量が８ｇ／ｍ²のガラス繊維不織布を作製した。得られた不織布は、上述した２種類の繊維を上述の配合比で含有していた。この不織布の空隙率は、約９５体積％であった。

【0108】

（不織布２）
実施例１〜３４で得られたガラス組成物を用いて作製されたガラス繊維のみを用いて、不織布１と同様の抄紙工程によって、ガラス繊維のみからなる不織布２を形成した。

【0109】

［固体電解質膜］
（固体電解質膜１）
不織布１にフッ素系ポリマー電解質の分散液を含浸させ、１２時間以上自然乾燥した後、１２０℃で１時間熱処理した。このようにして、不織布１を補強材とする固体電解質膜１を作製した。電解質分散液は、ナフィオンＤＥ２０２０（デュポン社製）をイソプロピルアルコールで希釈して作製した。なお、電解質分散液の濃度および含浸量は、熱処理後の固体電解質膜１の厚さが５０μｍになるように調整した。

【0110】

（固体電解質膜２）
不織布１にシランカップリング剤を含浸させた後、オーブンで１２０℃、１時間熱処理した。このようにして、ガラス繊維と繊維状バインダ（叩解セルロース繊維）とを含み、かつ表面がシランカップリング剤で処理された補強材を得た。シランカップリング剤には、イオン交換水にアミノシランを溶解して得られる水溶液を用いた。このとき、アミノシラン水溶液の濃度および含浸量を調整して、ガラス繊維の表面積１ｍ²当たりの固形分付着量が１０ｍｇとなるようにした。この補強材に、固体電解質膜１と同じ手順で電解質分散液を含浸させ、固体電解質膜２を得た。

【0111】

（固体電解質膜３）
不織布１に液状バインダを含浸させた後、オーブンで１００℃、３０分間乾燥した。このようにして、無機バインダ（シリカ）と繊維状バインダ（叩解セルロース繊維）とを含む補強材を得た。液状バインダは、コロイダルシリカ（日産化学工業株式会社製、商品名：スノーテックスＯ）を純水で希釈することによって調製した。このとき、コロイダルシリカ希釈液の濃度および含浸量を調整して、ガラス繊維に対するシリカの付着量が５質量％となるようにした。この補強材に、固体電解質膜１と同じ手順で電解質分散液を含浸させ、固体電解質膜３を得た。

【0112】

（固体電解質膜４）
不織布２に、固体電解質膜３と同様の方法でコロイダルシリカ処理を施した。このようにして、シリカを含む補強材を得た。この補強材に、固体電解質膜１と同じ手順で電解質分散液を含浸させ、固体電解質膜４を得た。

【0113】

［鱗片状ガラス］
実施例１〜３４で得られたガラス組成物を用いて鱗片状ガラスを作製した。すなわち、ガラス組成物を電気炉で再溶融した後、冷却しながらペレットに成形した。このペレットを熔融炉に投入し、平均厚さが０．５〜１μｍおよび平均粒子径が１００〜５００μｍである鱗片状ガラスを作製した。鱗片状ガラスの平均厚さは、電子顕微鏡（（株）キーエンス、リアルサーフェスビュー顕微鏡、ＶＥ−７８００）を用い、１００枚の鱗片状ガラスの断面から鱗片状ガラスの厚さを測定し、それらの厚さを平均することにより求めた値である。鱗片状ガラスの平均粒子径は、レーザ回折粒度分布測定装置（日機装（株）、粒度分析計、マイクロトラックＨＲＡ）によって測定した。

【0114】

［ライニング材］
上記鱗片状ガラスを各々塗料に配合することにより、種々のライニング材が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0115】

本発明のガラス組成物は、高い耐酸性および高い耐水性を有しているので、例えば固体高分子型燃料電池の固体電解質膜の補強材など、高い耐酸性および高い耐水性が要求される用途に好適に利用できる。また、他にも、本発明のガラス組成は、鱗片状ガラスに成形されてライニング材に使用されることが可能であり、また、鱗片状ガラスを塗料などのフィラーとして利用することも可能である。