CN105050958B - 钛酸钾的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供低成本简便地制造钛酸钾的方法，所述钛酸钾具有高的热稳定性和显著降低的纤维状物含量。一种钛酸钾的制造方法，其特征在于：加热并煅烧包含钛化合物和钾化合物的原料混合物，使得当原料混合物升温至超过1000℃的最高煅烧温度时，从1000℃至最高煅烧温度的升温速度为15℃/分以下；之后冷却所得产物，使得从最高煅烧温度至500℃的降温速度为100℃/分以上；并将由此获得的冷却物粉碎，其中原料混合物中由(钛原子换算的钛化合物的摩尔数)/(钾原子换算的钾化合物的摩尔数)表示的摩尔比为2.7‑3.3。

Description

钛酸钾的制造方法
技术领域
本发明涉及钛酸钾的制造方法。
背景技术
钛酸钾作为构成汽车、铁路车辆、飞机和工业机械等包含的制动装置中的摩擦滑动部件(如制动衬片(brake lining)、盘式垫板(disc pad)、离合器衬片(clutch facing))用摩擦材料是有用的。钛酸钾由通式K2O·nTiO2(其中n为1至12的整数)表示。特别地，由K2O·6TiO2(n＝6)表示的六钛酸钾具有隧道晶体结构，且已知含有纤维状六钛酸钾(纤维状六钛酸钾颗粒)的摩擦材料显示优异的耐热性等。
然而，纤维状钛酸钾体积大，且成形性差。此外，由于流动性低而难以将纤维状钛酸钾均一分散在摩擦材料中(即，纤维状钛酸钾难以操作)。
专利文献1(JP-A-4-280815)公开了一种通过以下步骤来制造颗粒状钛酸钾(而不是纤维状钛酸钾)的方法，将四氯化钛水溶液注入二元或三元羧酸(如草酸)的水溶液(加热至50℃以上)，过滤所得含水二氧化钛-有机酸缩合物，接着水洗以获得水性悬液，将氢氧化钾添加至水性悬液，并使混合物达到50℃以上的温度和8以上的pH，接着过滤、水洗并干燥。
通常期望用于摩擦材料的钛酸钾粉末具有5至10m2/g的比表面积。然而，由于专利文献1所公开的钛酸钾粉末的比表面积大到100m2/g以上，因此难以充分改进摩擦性能。
已研究了将钛化合物和钾化合物混合并煅烧混合物以制造棒状或柱状钛酸钾(而不是纤维状钛酸钾)的方法。然而，根据该方法，难以抑制钛酸钾晶体沿纵向(长径方向)生长，并且在产物中包含相当多的纤维状钛酸钾。此外，由于煅烧后必须进行组分调整处理(如pH调整或酸洗)，不可能简便地制造所期望的钛酸钾。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-4-280815
发明内容
发明要解决的问题
鉴于上述情况，本发明的目的为提供能够简便且廉价地制造既显示高的热稳定性又具有明显低的纤维状钛酸钾含量的钛酸钾的方法。
用于解决问题的方案
为解决上述技术问题本发明的发明人进行了深入的研究。结果，发明人发现，通过以下可解决上述技术问题：以从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下的方式将原料混合物加热至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧原料混合物从而获得煅烧物(calcine)，并以从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为100℃/min以上的方式冷却煅烧物，接着粉碎处理，其中原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.3。该发现已导致本发明的完成。
具体地，本发明一方面提供下述钛酸钾的制造方法。
(1)一种钛酸钾的制造方法，其包括以从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下的方式将原料混合物加热升温至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧所述原料混合物从而获得煅烧物，并以从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为100℃/min以上的方式冷却所述煅烧物，接着粉碎处理，所述原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.3。
(2)根据(1)所述的钛酸钾的制造方法，其中所述粉碎处理使用振动棒磨机(vibrating rod mill)进行。
发明的效果
由此本发明的一个方面提供能够简便且廉价地制造既显示高的热稳定性又具有明显低的纤维状钛酸钾含量的钛酸钾的方法。
具体实施方式
根据本发明一个实施方案的钛酸钾的制造方法(下文中可称作“制造方法”)包括以从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下的方式将原料混合物加热升温至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧所述原料混合物从而获得煅烧物，并以从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为100℃/min以上的方式冷却所述煅烧物，接着粉碎处理，所述原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.3。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钛化合物充当通过煅烧来制造钛酸钾的钛源。优选使用适于制造六钛酸钾的钛化合物作为钛酸钾。
钛化合物可为选自例如二氧化钛、低价钛氧化物(titanium suboxide)、原钛酸(及其盐)、偏钛酸(及其盐)、氢氧化钛、和过氧钛酸(及其盐)、以及钛矿如钛铁矿的一种以上的钛化合物。其中，优选二氧化钛。
二氧化钛可适当地用作钛化合物，这是由于二氧化钛显示优良的溶混性(可混性)和与钾化合物的反应性，且廉价。
优选使用金红石型二氧化钛或锐钛矿型二氧化钛，更优选锐钛矿型二氧化钛。
通过利用金红石型二氧化钛作为钛化合物，可容易地获得结晶粒径(晶体大小)大的钛酸钾(即，比表面积小的钛酸钾)。
从便于操作的观点，实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钛化合物的平均粒径优选0.1至10mm，更优选0.5至10mm，仍更优选0.5至1mm。
注意，本文使用的与钛化合物相关的术语“平均粒径”是指根据JIS K 0069(“化学产品筛分试验方法”)测定的值。
优选的实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钛化合物为颗粒形式，更优选为聚集体或颗粒体(granulated products)的形式。当钛化合物为聚集体或颗粒体的形式时，钛化合物可与钾化合物均一(均匀)混合。
二氧化钛的聚集体(包含细粒(granules))或颗粒体优选作为钛化合物的聚集体或颗粒体。
本文使用的与钛化合物相关的术语“聚集体”是指为由钛化合物的n次颗粒聚集形成的(n+1)次颗粒(n为等于或大于1的整数)(如由钛化合物的一次颗粒聚集形成的二次颗粒，或由钛化合物的二次颗粒聚集形成的三次颗粒)、且具有0.1mm以上的平均粒径的大颗粒(包括细粒)。
本文使用的与钛化合物相关的术语“颗粒体”是指通过将钛酸钾粉末造粒获得的具有0.1mm以上的平均粒径的产物。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钛化合物的聚集体或颗粒体具有0.1mm以上、优选0.5至10mm、更优选0.5至1mm的平均粒径。
注意本文使用的与钛化合物的聚集体或颗粒体相关的术语“平均粒径”是指根据JIS K 0069(“化学产品筛分试验方法”)测定的值。
二氧化钛的聚集体的实例包括使用硫酸钛或硫酸氧钛制造的二氧化钛(硫酸法制造的钛氧化物)的聚集体、使四氯化钛进行气相氧化或水解制造的二氧化钛(气相法制造的钛氧化物)的聚集体、通过中和或水解四氯化钛水溶液或烷氧基钛制造的二氧化钛的聚集体。
硫酸法制造的钛氧化物、气相法制造的钛氧化物和通过中和或水解四氯化钛水溶液或烷氧基钛制造的二氧化钛通常在使制造过程中得到的聚集颗粒(熟料(clinkers))进行粉碎、崩解或分级等(粒径调整)以除去大颗粒之后用作终产物(如钛氧化物颜料)。当使用二氧化钛的聚集体作为实施根据本发明一个实施方案的制造方法时所使用的钛化合物时，优选使用熟料(clinker)直接作为二氧化钛的聚集体。
当将熟料用作二氧化钛的聚集体时，由于可抑制混合物的粘合性而使得熟料可与钾化合物均一混合，并且可制造期望的钛酸钾而不进行组分调整等处理。
二氧化钛的颗粒体的实例包括通过借助喷雾干燥将商购可得的钛氧化物细颗粒造粒所得到的二氧化钛的颗粒体、和通过将粘结剂添加至商购可得的钛氧化物细颗粒并将混合物造粒所得到的二氧化钛的颗粒体等。
当二氧化钛的颗粒体用作钛化合物并使用施加大的粉碎能量的机械混合机(混合装置)(如，振动磨机)与钾化合物混合时，可有效抑制混合物与混合机(如振动磨机)内壁的附着，并均一混合钛化合物和钾化合物。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钾化合物充当通过煅烧制造的钛酸钾的钾源。优选使用适于制造六钛酸钾的钾化合物作为钛酸钾。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钾化合物可为选自钾氧化物、碳酸钾、氢氧化钾和草酸钾等的一种以上的钾化合物。优选使用碳酸钾作为钾化合物。这些钾化合物在煅烧期间熔融或分解，并容易与钛化合物反应。此外，由于这些钾化合物在分解时仅生成二氧化碳和水等，很少有杂质残留在产物中。
优选实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的钾化合物为颗粒形式。从便于操作的观点，钾化合物的平均粒径优选0.1至10mm，更优选0.5至10mm，仍更优选0.5至1mm。
注意，本文使用的与钾化合物相关的术语“平均粒径”是指根据JIS K 0069(“化学产品筛分试验方法”)测定的值。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.3(即，基于1mol的钾原子换算的钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数为2.7至3.3(mol))。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.3。优选原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.0。
当原料混合物包括钛化合物和钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比在上述范围内时，使用根据本发明一个实施方案的制造方法可有利地制造六钛酸钾(K2O·6TiO2)作为钛酸钾。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物除了钛化合物和钾化合物以外可进一步包括金属钛粉末或氢化钛粉末。由于金属钛粉末或氢化钛粉末氧化产生形成钛酸钾的二氧化钛，因此如果制造钛酸钾用钛源包括金属钛粉末或氢化钛粉末，则调整混合比。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，钛酸钾(终产物)的组成可通过调整包括在原料混合物中的钛化合物和钾化合物的混合比而容易地控制。
优选实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物以85至100质量％、更优选以85至97质量％(基于固成分)的比例包括钛化合物和钾化合物。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物除了钛化合物和钾化合物以外可进一步包括锂化合物(如，碳酸锂)和碱土金属化合物(如镁化合物和钡化合物)。
当原料混合物包括锂化合物(如，碳酸锂)时，可容易地控制所得钛酸钾的形状(使得钛酸钾具有期望的形状)。
当原料混合物包括碱土金属化合物(如镁化合物和钡化合物)时，可容易地控制所得钛酸钾的形状(使得钛酸钾具有期望的形状)，同时抑制煅烧(后述)期间纤维状晶体的生成。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物除了钛化合物和钾化合物以外可包括少量额外的化合物如无机氧化物，只要不影响钛酸钾的制造即可。
无机氧化物可为选自Fe2O3、Al2O3、SiO2、CeO2、WO3、ZrO2、Zr(CO3)2、CaCO3等的一种以上的无机氧化物。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物除了钛化合物和钾化合物以外进一步包括无机氧化物时，原料混合物中无机氧化物的(总)含量(基于固成分)优选5质量％以下、更优选3质量％以下、仍更优选1质量％以下。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物优选使用给定量的醇类来制备。
醇类可为选自甲醇、乙醇、戊醇、烯丙醇、炔丙醇、乙二醇、丙二醇、赤藓醇、2-丁烯-1,4-二醇、丙三醇、季戊四醇、阿糖醇、山梨糖醇、戊糖醇、聚乙二醇、聚丙二醇和聚甘油等一种以上的醇类。其中，优选具有相对低的沸点的甲醇和乙醇。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物可通过将期望量的钛化合物和钾化合物任选地与无机氧化物等一起混合来制备(如下文所述)。优选粉碎和混合钛化合物和钾化合物，同时通过将混合机的内部加热至等于或高于醇类的沸点来蒸发醇类。这可以获得钛化合物和钾化合物更均一分散的原料混合物，同时抑制钛化合物等附着在混合机内部。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物优选进一步包括给定量的添加剂如聚集体抑制剂和润滑剂。
优选当包括钛化合物和钾化合物的原料混合物煅烧时添加剂分解、燃烧或蒸发，并且不残留在所得钛酸钾中。此类添加剂的实例包括纤维素类、脂肪酸类、糖类、谷物类(grain)、尿素(及其衍生物)、聚合物等。
添加剂可为选自甲基纤维素，木质素，木粉，浆粉，天然纤维粉末，硬脂酸，硬脂酸铵，失水山梨糖醇二硬脂酸酯，如木糖、蔗糖、半乳糖、蔗糖、淀粉和糊精等糖类，小麦粉(flour)，大豆粉，米粉，糖，尿素，联二脲(biurea)，氨基脲，碳酸胍，氨基胍，偶氮二甲酰胺，丙烯酸类树脂粉末，聚丙烯粉末，聚乙烯粉末，聚苯乙烯粉末等的一种以上的材料。添加剂特别优选选自作为固体粉末状或固体颗粒的木粉、浆粉、天然纤维粉末的一种以上的材料。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物除了钛化合物和钾化合物以外进一步包括醇类和添加剂时，原料混合物中醇类和添加剂的总含量优选0.1至3.0质量％，更优选0.3至1.0质量％。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物可进一步包括金属钛粉末或氢化钛粉末。
在此情况下，原料混合物优选以基于1mol包括在钛化合物中的钛原子为0.01至2mol、更优选0.03至0.1mol的量包括金属钛粉末或氢化钛粉末。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物包括金属钛粉末或氢化钛粉末时，金属钛粉末或氢化钛粉末在煅烧期间与钛化合物和钾化合物一起在反应容器内部燃烧，并抑制反应容器内部不均匀的温度分布。这可容易地获得具有期望组成的钛酸钾。
实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物可通过将钛化合物和钾化合物任选地与无机氧化物等一起混合来制备。组分可使用干式混合法或湿式混合法来混合。从简化工序的观点优选使用干式混合法。
钛化合物和钾化合物优选使用已知的混合手段混合(任选地与无机氧化物等一起)。优选使用选自机械粉碎手段如振动磨机、振动棒磨机、振动球磨机、珠磨机、涡轮磨机和行星式球磨机的一种以上的混合手段。更优选使用利用棒作为粉碎介质(填充)的振动棒磨机。
当使用振动棒磨机混合组分时，振幅优选设为2至6mm，混合(处理)时间优选设为10至120分钟。
可混合钛化合物和钾化合物，同时利用振动棒磨机来共粉碎钛化合物和钾化合物。具体地，可粉碎棒之间的具有(相对)大粒径的粉末，同时抑制细粉末被很大程度粉碎的情况(当使用球磨机时可能发生)。
特别地，在将钛氧化物(由于存在于表面上的羟基而通常显示高粘合性，并随着粒径的降低而具有更大的比表面积)用作钛化合物的情况下，当钛氧化物粉碎程度高时，粉碎产物容易地附着至装置的内侧。与其它混合方法相比，可利用振动棒磨机抑制此类情况(即，粉碎产物附着至装置的内侧)，并均一粉碎和混合组分。
振动棒磨机还可粉碎并破碎大的二氧化钛颗粒，同时抑制甚至在二氧化钛的聚集体或颗粒体用作钛化合物时微细粉末(如一次颗粒)被很大程度粉碎的情况，并且抑制发生在装置内侧的二氧化钛附着的情况(即，确保组分均一混合)。
当通过使用湿式混合法混合钛化合物和钾化合物(任选地与无机氧化物等一起)来制备实施根据本发明一个实施方案的制造方法时使用的原料混合物时，选自纯水，及例如醇类、丙酮、MEK和THF等的有机溶剂等的一种以上的溶剂可用作混合溶剂。优选与混合溶剂一起使用表面活性剂或分散剂，从而改进混合粉末的分散性(即，实现均一混合)。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，包括钛化合物和钾化合物的原料混合物通过以从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下的方式将原料混合物加热至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，原料混合物可在原料混合物装入反应容器中的状态下煅烧，或者可将粘结剂等添加至原料混合物，将混合物成形为期望的形状，并煅烧，或者混合物可使用回转窑等以流动状态煅烧。考虑到用于根据本发明一个实施方案的制造方法的煅烧曲线(calcination profile)，优选使用回转窑等以流动状态煅烧原料混合物。
优选用于(当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时进行的)煅烧的陶瓷制反应容器或炉具。陶瓷材料的具体实例包括氧化铝等。用于煅烧的反应容器或炉具可具有圆筒状、含凹部的柱状、含凹部的方形状、或皿状等。
当原料混合物与陶瓷制反应容器或炉具接触时，优选将由煅烧期间碳化的材料形成的片材设置在原料混合物与反应容器或炉具接触的区域。
片材(由煅烧期间碳化的材料形成)优选由煅烧期间烧尽的材料形成，且不产生软化物或流动物。片材可由选自纸、天然纤维、树皮和热固性树脂等的一种以上的材料形成。
当片材(由煅烧期间碳化的材料形成)由纸形成时，优选纸不是由不容易碳化且软化(如，氯乙烯)的材料制备。此类纸的实例包括包装纸(如，未经漂白的牛皮纸、未上釉的漂白牛皮纸、和机械上釉的漂白牛皮纸)、箱纸板(container board)、新闻用纸、高质纸、中质纸、再生纸、印书纸、高光泽印刷纸(cast-coated paper)、铜版纸、和通讯用纸(如，PPC纸)等。
可用于制造片材(由煅烧期间碳化的材料形成)的天然纤维的实例包括棉、麻和丝等。可用于制造片材(由煅烧期间碳化的材料形成)热固性树脂的实例包括酚醛树脂、环氧树脂、和三聚氰胺树脂。
片材(由煅烧期间碳化的材料形成)可为片、织物、无纺布、或袋的形式。
可防止包括在原料混合物中的钾化合物熔融(即，原料浪费)、或者钾化合物(已熔融)通过将片材(由煅烧期间碳化的材料形成)设置在原料混合物与反应容器或炉接触的区域而浸透反应容器或炉(陶瓷制)的情况。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，可有利地防止例如钾化合物浪费、或者钾化合物通过在片材静置在反应容器(陶瓷制)内形成的凹部底部的状态下引入原料混合物而浸透反应容器(陶瓷制)的情况。
可更有利地防止例如钾化合物浪费、或者钾化合物通过在片材静置在反应容器(陶瓷制)内形成的凹部的整个内壁上的状态下引入原料混合物而浸透反应容器(陶瓷制)的情况。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，通过将原料混合物加热至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧原料混合物。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，最高煅烧温度优选设为超过1000℃且1300℃以下，更优选1100至1250℃，仍更优选1180至1230℃。
当最高煅烧温度控制在上述范围内时，可调整使用根据本发明一个实施方案的制造方法所制造的钛酸钾的晶体大小。
如果最高煅烧温度为1000℃以下，则反应可能不会充分地进行。具有较大晶体大小的钛酸钾可通过升高最高煅烧温度来获得。然而，如果最高煅烧温度超过1300℃，由于必须使用可抵挡如此高温的炉具而可能增加生产成本。此外，由于最高煅烧温度接近于钛酸钾的熔点(六钛酸钾的熔点：1310至1350℃)，所以所得钛酸钾可能熔融(即，可能难以控制所得钛酸钾的形状)。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下，优选10℃/min以下，更优选5℃/min以下。
考虑到效率，升温速度优选控制为1℃/min以上。
可抑制钛酸钾沿纵向(长径方向)生长的情况，并且通过如上所述限定最高煅烧温度和到达最高煅烧温度的升温速度，容易地产生具有沿厚度方向(短径方向)增加长度的柱状晶体。这可减少所得钛酸钾中的纤维状钛酸钾含量。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，原料混合物优选在最高煅烧温度下煅烧10分钟以上，更优选20至60分钟。
可通过在最高煅烧温度下将原料混合物煅烧上述时间来进一步减少所得钛酸钾中的纤维状钛酸钾含量。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，以从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为100℃/min以上的方式冷却煅烧物。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，从最高煅烧温度至500℃的降温速度优选控制为100至200℃/min，更优选100至150℃/min。
可进一步抑制钛酸钾沿纵向(长径方向)生长情况，并且通过如上所述限定从最高煅烧温度的降温速度，容易地产生具有沿厚度方向(短径方向)增加长度的柱状晶体。这可进一步减少所得钛酸钾中的纤维状钛酸钾含量。
包括柱状或粒状钛酸钾晶体的煅烧物可例如通过进行上述煅烧处理来获得。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，将通过煅烧处理获得的煅烧物进行粉碎。
当实施根据本发明一个实施方案的制造方法时，煅烧物可使用与用于混合钛化合物和钾化合物的混合手段类似的粉碎手段进行粉碎。具体地，煅烧物可使用选自冲击式粉碎机(grinders/pulverizers)如振动磨机、振动球磨机、振动棒磨机、球磨机、涡轮磨机、行星式球磨机、锤磨机和针磨机等的一种以上的粉碎手段进行粉碎。
当使用振动棒磨机粉碎煅烧物时，振幅优选设为2至6mm，粉碎(处理)时间优选设为10至120分钟。
通过煅烧处理得到的煅烧物包括沿厚度方向(短径方向)长度增加的柱状钛酸钾晶体。大部分柱状钛酸钾晶体为显示相对高的粘合性的聚集体，并可通过粉碎处理粉碎至期望粒径。
通过粉碎处理得到的粉碎物任选分级或筛分，从而获得具有期望粒径分布的钛酸钾。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾优选具有20至120μm、更优选40至80μm的平均粒径。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾优选具有2至6μm、更优选3至5μm的平均厚度(平均短径)。使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾优选具有3至10μm、更优选4至8μm的平均纵向长度(平均长径)。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾优选具有1至3、更优选1至2的平均纵横比(纵向长度(长径)/厚度(短径))。
注意，本文使用的与钛酸钾相关的术语“平均粒径”是指当使用粒径/形状分布分析仪(“PITA-2”，Seishin Enterprise Co.,Ltd.制)测定约1万个钛酸钾颗粒各自的投影图像的面积、并计算具有与各测定面积相同的面积的圆的直径、使用具有各圆直径的球体确定体积频数分布时，对应于50％累积体积的直径。
本文使用的与钛酸钾相关的术语“平均厚度(平均短径)”和“平均纵向长度(平均长径)”是指当使用粒径/形状分布分析仪(“PITA-2”，Seishin Enterprise Co.,Ltd.制)测定约1万个钛酸钾颗粒各自的投影图像的面积、各颗粒的最大长度(即，各颗粒的投影图像的轮廓线上任意两个点之间的最大长度)测定为长径、以及沿与长径垂直的方向各颗粒的最大长度测定为短径时的算术平均值(个数平均值)。
本文使用的与钛酸钾相关的术语“平均纵横比”是指当约1万个钛酸钾颗粒各自的短径和长径如上测定、且计算各颗粒的长径与短径之比(长径/短径)时的算术平均值。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾中的纤维状钛酸钾含量优选3质量％以下、更优选1质量％以下、仍更优选0.5质量％以下、还更优选0.1质量％以下。
注意，本文使用的术语“纤维状钛酸钾”是指厚度(短径)(如上所述测定)小于3μm、纵向长度(长径)(如上所述测定)大于5μm、且纵横比(长径/短径)(如上所述测定)为3以上的钛酸钾颗粒。
本文使用的术语“钛酸钾中的纤维状钛酸钾含量(质量％)”是指通过下述步骤确定的值：使用粒径/形状分布分析仪(“PITA-2”，Seishin Enterprise Co.,Ltd.制)测定各纤维状钛酸钾(如上所述限定)的投影图像的圆周长度，由圆形截面的圆周与各纤维状钛酸钾的圆周长度相同的球体的体积以及目标钛酸钾的真密度计算各纤维状钛酸钾的质量，通过进行累计质量计算处理来计算纤维状钛酸钾的总质量，并计算纤维状钛酸钾总质量与钛酸钾总质量之比。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾中的柱状/粒状钛酸钾含量优选80至100质量％，更优选90至100质量％，仍更优选95至100质量％，还更优选99.5至100质量％。
注意，本文使用的术语“柱状钛酸钾”是指具有2以上且小于3的(平均)纵横比(长径/短径)(如上所述测定)且具有大致柱状(例如圆柱状、棱柱状、条状、大致圆柱状、大致棱柱状或大致条状)的钛酸钾。
本文使用的术语“粒状钛酸钾”是指具有1以上且小于2的(平均)纵横比(长径/短径)(如上所述测定)且具有大致球状(例如粒状、粉末状、薄片状或块状)的钛酸钾。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾优选由K2O·6TiO2表示的六钛酸钾。钛酸钾可为六钛酸钾和TiO2的混合物、六钛酸钾和另外的钛酸钾(如，四钛酸钾)的混合物、或六钛酸钾、另外的钛酸钾(如四钛酸钾)和TiO2的混合物。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾可为具有上述特定形状(即，柱状)的钛酸钾和粉末状钛酸钾的混合物。使用根据本发明一个实施方案的制造方法可高产量制造具有低纤维状六钛酸钾含量的六钛酸钾。
使用根据本发明一个实施方案的制造方法制造的钛酸钾显示优异的耐热性，且可适当地用作摩擦调整剂等。
由于根据本发明一个实施方案的制造方法使用特定温度曲线煅烧包括钛化合物和钾化合物的原料混合物并粉碎所得煅烧物，可获得具有期望组成、显示优良结晶性并具有高纯度的钛酸钾化合物。
根据本发明一个实施方案的制造方法可仅通过煅烧原料混合物而不在煅烧后进行已知的组分调整处理(如pH调整或酸洗)来简便且廉价地制造期望的钛酸钾(如六钛酸钾)。
因此，根据本发明一个实施方案的制造方法可廉价地制造显示高的热稳定性且具有显著低的纤维状钛酸钾含量的钛酸钾。
实施例
下面借助实施例和比较例进一步描述本发明。注意，本发明不限于下述实施例。
实施例和比较例中，钛酸钾的形状和平均粒径如上所述使用粒径/形状分布分析仪(“PITA-2”，Seishin Enterprise Co.,Ltd.制)测定，纤维状钛酸钾含量如上所述计算，假定钛酸钾的真比重为3.5g/cm3(即，六钛酸钾的真比重)。
实施例1
(1)振动棒磨机(实验室小型振动磨机，由Chuo Kakohki Co.,Ltd.制，内体积：1L，直径：19mm，长度：218mm，464g/棒，不锈钢(SS)制柱状棒介质：11.6kg)装填有350.7g的平均粒径0.8mm的钛氧化物聚集体、109.5g的平均粒径0.5mm的碳酸钾粉末、10.5g的钛粉末、和17g的木屑(木质丸粒)。在添加0.5质量％甲醇后，以5mm振幅和60至80℃的温度处理混合物15分钟，从而获得原料混合物(下文中称作“原料混合物M”)。
(2)5000g原料混合物M(通过重复上述操作获得)放入置于电炉内的陶瓷制反应容器(上部开口)中。经5小时从室温至1000℃加热原料混合物M，加热至1180℃(最高煅烧温度)，并在1180℃下煅烧0.5小时。
注意，从850℃至1000℃的升温速度控制为35℃/min，从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为6℃/min。
(3)经10分钟将煅烧物冷却至100℃，冷却至室温，然后移出。注意，从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为108℃/min。
(4)煅烧物为聚集体颗粒的形式。使用振动棒磨机(实验室小型振动磨机，由ChuoKakohki Co.,Ltd.制)粉碎煅烧物，并使用冲击式粉碎机(“ACM Pulverizer”，由HosokawaMicron Corporation制，设置有分级器)粉碎，从而制造平均粒径为50μm的钛酸钾颗粒。
X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
比较例1
除了从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为5℃/min以外，以与实施例1相同的方式制造平均粒径为10μm的钛酸钾颗粒。
X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
比较例2
除了从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为20℃/min以外，以与实施例1相同的方式制造平均粒径为15μm的钛酸钾颗粒。
X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
实施例2
以与实施例1相同的方式(参见(1))制备的20kg原料混合物M以20kg/时的速度供给至回转窑(其中反应罐(retort)的内壁由氧化铝制成)。回转窑的入口温度设为800℃，最高煅烧温度设为1180℃，回转窑的出口温度设为1000℃。回转窑内的总停留时间设为40分钟，最高煅烧温度下的停留时间设为10分钟。
从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为12.6℃/min，从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为108℃/min。
使用振动棒磨机(“MB-1”，由Chuo Kakohki Co.,Ltd.制)粉碎煅烧物，并使用冲击式粉碎机(“ACM Pulverizer”，由Hosokawa Micron Corporation制，设置有分级器)(以与实施例1相同的方式)粉碎，从而制造平均粒径为60μm的钛酸钾颗粒。X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
实施例3
除了从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为120℃/min(参见实施例1(3))以外，以与实施例1相同的方式制造平均粒径为45μm的钛酸钾颗粒。
X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
实施例4
除了从850℃至1000℃的升温速度控制为25℃/min(参见实施例1(2))以外，以与实施例1相同的方式制造平均粒径为55μm的钛酸钾颗粒。
X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
实施例5
除了原料混合物向回转炉的供给速度从20kg/时改为15kg/时以外，以与实施例2相同的方式制造平均粒径为65μm的钛酸钾颗粒。
X-射线粉末衍射分析证实所得钛酸钾颗粒仅包括六钛酸钾。表1示出所得钛酸钾颗粒的分析结果。
表1中，“钛化合物/钾化合物(摩尔比)”项是指进行反应的原料混合物中钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)(即，基于1mol的钾原子换算的钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数)，“升温速度(℃/min)”项是指从1000℃到最高煅烧温度的升温速度(℃/min)，“降温速度(℃/min)”项是指从最高煅烧温度到500℃的降温速度(℃/min)。
表1
*钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)(即，基于1mol的钾原子换算的钾化合物，钛原子换算的钛化合物的摩尔数)
**纤维状钛酸钾含量为0.5质量％以下的情况评价为“优”，纤维状钛酸钾含量超过0.5质量％且3.0质量％以下的情况评价为“良”，且纤维状钛酸钾含量超过3.0质量％的情况评价为“差”(括号内标记)。
实施例1至5中，显示高的热稳定性并具有显著低的纤维状钛酸钾含量的钛酸钾能够通过将化合物和钾化合物混合、使得钛原子换算的钛化合物的摩尔数与钾原子换算的钾化合物的摩尔数的摩尔比(钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数)为2.7至3.3，以从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下的方式将所得混合物加热至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧所得混合物以获得煅烧物，并以从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为100℃/min以上的方式冷却所得煅烧物，接着粉碎，而简便且廉价地制造(参见表1)。
如表1所示，比较例1中得到的钛酸钾由于从最高煅烧温度至500℃的降温速度低至5℃/min而具有高的纤维状钛酸钾含量，由于从1000℃至最高煅烧温度的升温速度高至20℃/min所以比较例2中得到的钛酸钾也具有高的纤维状钛酸钾含量。
产业上的可利用性
本发明的实施方案可由此简便且廉价地制造显示高的热稳定性且具有显著低的纤维状钛酸钾含量的钛酸钾。

Claims (2)

1.一种钛酸钾的制造方法，其包括：以从1000℃至最高煅烧温度的升温速度控制为15℃/min以下的方式将原料混合物加热升温至超过1000℃的最高煅烧温度来煅烧所述原料混合物从而获得煅烧物，然后以从最高煅烧温度至500℃的降温速度控制为100℃/min以上的方式冷却所述煅烧物，接着对所得冷却物进行粉碎处理，所述原料混合物包括钛化合物和钾化合物，以钛原子换算的钛化合物的摩尔数/钾原子换算的钾化合物的摩尔数表示的摩尔比为2.7至3.3。
2.根据权利要求1所述的钛酸钾的制造方法，其中所述粉碎处理使用振动棒磨机来进行。
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