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Verfahren zur Herstellung faseriger, Wasserunlöslicher Alkalititanate
der Zusammensetzung M,Ti409 oder M2Tis013 Wasserlösliche oder wasserempfindliche
Alkalititanate sind aus dem Schrifttum über Titan bekannt. Diese Titanverbindungen
werden im allgemeinen durch Schmelzen eines Alkalihydroxyds oder -carbonats mit
Titandioxyd hergestellt und haben die Zusammensetzung M2Ti"02"+1, worin M ein Alkalimetall,
wie Natrium oder Kalium, bedeutet und ia gleich. 1, 2 oder 3 ist.
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Untersuchungen auf dem Gebiet der Alkalititanatchemie haben ergeben,
daß wasserunlösliche, fasrige Titanate erhalten werden, wenn man ein Alkalihydroxyd
oder -carbonat, dessen Alkalimetall eine Ordnungszahl von mindestens 11 besitzt,
mit Titandioxyd im wäßrigen Medium oberhalb der kritischen Temperatur und des kritischen
Drucks des Wassers umsetzt. Man erhält Titanate der obigen Formel, in der ia einen
Wert von im wesentlichen 6 hat. Diese Titanate besitzen eine ungewöhnliche Stabilität
gegenüber der Einwirkung von wäßrigen Säure- und Alkalilösungen sowie gegenüber
freien Halogenen. Auf Grund ihres Fasercharakters eignen sie sich zu Verstärkungs-
oder Isolierzwecken, bei denen die Inertheit und die physikalischen Eigenschaften
asbestähnlicher Stoffe erforderlich sind.
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Zur Herstellung der fasrigen Titanate waren bisher besondere Vorrichtungen
notwendig, da bei Drücken in der Größenordnung von 1000 bis 4000 at und bei Temperaturen
von 400 bis 700° C gearbeitet werden mußte.
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Die Erfindung betrifft demgegenüber ein Verfahren, zu dessen Durchführung
keine Hochdruckvorrichtung erforderlich ist, sondern das bei Atmosphärendruck in
einer verhältnismäßig einfachen Vorrichtung kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Die Erfindung ermöglicht ferner, die Alkalititanate mit höherer Geschwindigkeit
herzustellen.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Herstellung von fasrigen, wasserunlöslichen
Alkalititanaten der Zusammensetzung M2 Ti 09 oder M2 Ti6 01@, wobei M ein Alkalimetall
einer Ordnungszahl von mindestens 11 bedeutet, indem man ein Alkalichlorid oder
-fluorid oder ein Gemisch beider bei nicht mehr als 1200° C bis zum Schmelzen erhitzt,
in die Schmelze Titandioxyd oder ein nichtfasriges Alkalititanat der Zusammensetzung
M,Ti"02"+i, d. h. M20 - (Ti 02)" (n = 4 oder 6; M = Alkalimetall mit Ordnungszahl
von mindestens 11) löst, zumindest einen Teil der Schmelze mit gelöstem Titandioxyd
oder nichtfasrigem Alkalititanat gesättigt hält, die Schmelze abkühlt und das auf
diese Weise gebildete fasrige, wasserunlösliche Alkalititanat vom Alkalihalogenid
abtrennt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hält man den
heißesten Teil des geschmolzenen Alkalichlorids oder -fluorids oder das Gemisch
beider Salze auf nicht über 1200° C und einen kühleren Teil der Schmelze auf einer
um mindestens 5° C niedrigeren Temperatur als den heißesten Teil. Zumindest wird
der kühlere Teil der Schmelze mit gelöstem nichtfasrigem Alkalititanat so gesättigt
gehalten, daß in diesem kühleren Teil fasriges Alkalititanat kristallisiert. Durch
Zusatz des entsprechenden Alkalifluorids zum geschmolzenen Alkalichlorid wird die
Geschwindigkeit, mit der sich das fasrige Alkalititanat bildet, erhöht.
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Wenn der Gehalt der Schmelze an Fluorid kleiner als 20% ist, so bildet
sich fasriges Hexatitanat, d. h. 110 - 6Ti02; ist er dagegen größer als 20%, so
bildet sich im allgemeinen fasriges Tetratitanat, d. h. 1I20 # 4Ti02 oder M2Tis09.
In der Praxis arbeitet man mit Schmelzen, die 10 bis 65% Alkalifluorid enthalten;
sie enthalten 10 bis 20% Alkalifluorid für die Herstellung des fasrigen Hexatitanats
und 35 bis 65% für die Herstellung des Tetratitanats. Die fasrigen Titanate werden
nach dem Kühlen der Schmelze von den Alkalihalogeniden vorzugsweise dadurch getrennt,
daß man letztere in Wasser löst. Durch längere Behandlung des fasrigen Tetratitanats
mit heißem Wasser wird sein Alkaligehalt verringert, wobei sich ein anderes fasriges
Produkt ergibt, das sich durch ein unterschiedliches Röntgenbeugungsbild, einen
geringeren Alkaligehalt und überlegene Fasereigenschaften von dem unbehandelten
Titanat unterscheidet. Zur Herstellung der fasrigen Alkalititanate kann man nichtfasrige
Titanate in die Schmelze einführen oder
aber Titandioxyd (Ti 02)
und ein Ausgangsmaterial für das Alkalioxyd (M20), z. B. ein Carbonat (112C0.),
der Schmelze zusetzen. Wenn man nach der letzteren Methode verfährt, so beträgt
das Verhältnis von Titandioxyd zu Allmlioxyd zumindes 1 : 1 und weniger als 12:
1, vorzugsweise liegt es zwischen 2 ; 1 und 8 : 1.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Teile sind Gewichtsteile; die angegebenen Verhältnisse beziehen sich
auf die Moiverhältnisse der Reaktionsteilnehmer. Beispiel 1 Fasrige Kristalle aus
Kaliumhexatitanat (K.0 Ti 02 = 1 : 6), die durch Umsetzen von Kaliumhydroxyd und
Titandioxyd (Molverhältnis 3 : 1) hergestellt waren (1,5stündiges Erhitzen auf 450°
C bei 1000 at in Gegenwart von Wasser), werden bei 1450° C geschmolzen und langsam
abgekühlt.
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Durch diese Schmelz- und Kühlbehandlung wird der Fasercharakter zerstört
und eine zusammenhängende kristalline Masse erhalten, in welcher die Kristalle stabähnliche
Nadeln von bis zu 0,1 mm Länge und etwa 0,1 mm Dicke sind.
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1 Teil dieser nichtfasrigen Kristallmasse wird in 50 Teile geschmolzenes
Kaliumchlorid von 800 bis 850° C eingebracht. Der größte Teil des Kaliumtitanats
verbleibt in der Kaliumchloridschmelze als unlösliche feste Phase. Die Schmelze
wird dann durch Abkühlen verfestigt und in 500 Teile Wasser gegeben:, um das Kaliumchlorid
zu lösen. Die Kaliumtitanatfasern werden in der wäßrigen Lösung suspendiert. Aus
den Flächen, insbesondere den Endflächen der Kaliumhexatitanatnadeln, die in der
Kaliumchloridschmelze und in Wasser ungelöst bleiben, stehen Fasern hervor. Beispiel
2 25 Teile Kaliumchlorid werden durch Erhitzen auf 900 bis i000° C geschmolzen,
worauf man 0,7 Teile haliumcarbonat in der Schmelze löst und im Verlauf von 3 Stunden
in kleinen Anteilen 1,125 Teile Titandioxyd (K2 0 : Ti 02 = 1 : 2,8) zugibt. Zwischen,
den einzelnen Zusätzen wird die Schmelze jeweils kurz auf etwa 1200° C erhitzt.
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Nach vollständigem Zusatz des Titandioxyds kühlt man die Schmelze
langsam auf Raumtemperatur ab und setzt 300 Teile Wasser zu, um das Kaliumchlorid
zu lösen. Der im Wasser unlösliche Anteil (1,328 Teile, Ausbeute 831%) enthält Fasern
von bis zu 0,5 mm Länge und etwa 1 Mikron Dicke. Durch Behandeln dieses Produkts
mit verdünnter Salzsäure (1 Teil H Cl -f- 1 Teil H2 O) bei 100',C bleiben
0,303 Teile (22,8% des wasserunlöslichen Produkts) Fasern des gleichen Röntgenbeugungsbildes
zurück, das die entsprechenden fasrigen Titanate besitzen, die man, wie in der Einleitung
von Beispiel 1 erwähnt, unter Verwendung von Wasser erhält.
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Beispiel 3 Ein Gemisch von 0,659 Teilen Titandioxyd, 0,362 Teilen
85 n/oigem Kaliumhydroxyd (K2 O : Ti 02 = 1:3) und 30 Teilen Kaliumchlorid
wird in einem vertikalen rohrförmigen Gefäß so erhitzt, daß die Temperatur am Boden
1075°C und am Kopf 925° C 1;i Lrägt. Das durch Umsetzung zwischen Kaliumhydroxyd
und Titandioxyd gebildete Kaliumtitanat fällt zum Boden der Schmelze in die heißeste
Zone, und am Kopf des Gefäßes bzw. dem kühlsten Teil der Schmelze bilden sich aus
dem Kaliumtitanat, das sich am Boden der Schmelze löst und zum Kopf des Gefäßes
wandert, stetig Kaliumtitanatfasern. Diese Fasern werden in Abständen von 1 Stunde
abgezogen. Während des Abziehens zeigen die Fasern die Neigung, zu feinen Fäden
zu verspinnen, deren Einzelfasern eine Dicke von etwa 1 Mikron und eine Länge von
3 bis 4 mm aufweisen.
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Das fasrige Produkt wird in Wasser suspendiert, filtriert, mit Wasser
kaliumchloridfrei gewaschen und getrocknet, wodurch man 0,250 Teile einer farblosen
Fasermasse erhält, die 45,03°/o Titan und 13,1% Kalium enthält. Das Röntgenbeugungsbild
ist mit demj enigen des fasrigen Produkts von Beispiel 2 identisch. Beispiel 4 Titandioxyd
und Kaliumcarbonat werden im Molverhältnis 5:1 durch Schmelzen bei 1400°C
zur Reaktion gebracht. Beim Abkühlen erhält man eine farblose Masse nadelähnlicher
nichtfasriger Kristalle. Dieses Material (6,476 Teile) wird zu 100' Teilen geschmolzenes
Kaliumchlorid gegeben, das sich in einem vertikalen rohrförmigen Gefäß befindet
und das so erhitzt wird, daß die Temperatur am Boden des Gefäßes 1090 bis 1115°
C und am Kopf 980 bis 1040° C beträgt.
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In der Schmelze im Kopf -des Gefäßes wachsen stetig fasrige Kristalle,
die im Verlauf von $9 Stunden von Zeit zu Zeit entfernt werden. Der Schmelze wird
Kaliumchlorid zugesetzt, um das in dem entfernten fasrigen Produkt eingeschlossene
Kaliumchlorid zu ersetzen. Das Kaliumchlorid wird von .den Fasern entfernt, indem
man den Hauptanteil bei 850° C auspreßt und den Rest durch 3stündiges Behandeln
in einem Luftstrom bei 1200° C verdampft, wobei 3,98 Teile feiner Fasern zurückbleiben.
Die Fasern enthalten 50,0411/o Titan und 12,50% Kalium. Das Röntgenbeugungsbild,
des Produkts zeigt, d'aß es in der Hauptsache aus K2T1.013 besteht. Beispiel s Das
Verfahren gemäß Beispiel 4 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß man als Ausgangs-Alkaliverbindung
an Stelle des Kaliumtitanats 5 Teile der entsprechenden Natriumverbindung und an
Stelle des Kaliumchlorids Natriumchlorid verwendet. Das gebildete fasrige Produkt
wird im Verlauf von 80 Stunden von Zeit zu Zeit aus der Schmelze entfernt; es neigt
dazu, beim Abziehen aus der Schmelze zu feinen Fäden zu verspinnen. Das fasrige
Produkt wird dann mit Wasser natriumchloridfrei gewaschen und getrocknet; man erhält
3,35 Teile. Beispiel 6 5 Teile gemäß Bei-spiel 4, Absatz 1, hergestelltes nichtfasriges
Kaliumtitanat werden in die heißeste Zone (etwa 11.00° C) einer aus 1.80 Teilen
eines Gemisches von 90 Gewichtsprozent Kaliumchlorid und 100% Kaliumfluorid bestehenden
Schmelze eingeführt.
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In der kühlsten Zone der Schmelze (etwa 850 bis 1050° C) scheiden
sich rasch fasrige Kristalle ab, die 4 Stunden lang kontinuierlich entfernt werden.
Dieses Material wird mit Wasser ausgezogen, gewaschen und
getrocknet;
man erhält 4,55 Teile eines Produkts, das zu 8=1% fasrig und in 4 n-Salzsäure bei
100° C unlöslich ist und das 49,63q/9 Titan und 13,2% Kalium enthält, was einem
K,0 ; Ti 0.,-Verhältnis von 1 :6,1 entspricht. Das fasrige Produkt enthält praktisch
kein Halogen.
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Beispiel 7 Ein Gemisch von praktisch vollständig wasserfreiem Kaliumcarbonat,
Titandioxyd, Kaliumfluorid und Kaliumnchlorid im Molverhältnis 1:6:83:95, was einem
Gewichtsverhältnis von 1 :3,43 :34,3 :50,5 und einem Gewichtsverhältnis KF : K Cl
= 40- : 60 entspricht, wird in einem Platingefäß unter Bildung einer klaren homogenen
Schmelze auf 1050° C erhitzt. Diese Schmelze wird mit einer Geschwindigkeit von
etwa 25° C/Std. abgekühlt, bis eine Faserbildung beginnt, was an dem Auftreten einer
Trübung bei etwa 1000° C zu erkennen ist. Diese Temperatur wird etwa 2 Stunden konstant
gehalten, bis sich die Schmelze durch Faserbildung des Kaliumtitanatbestandteils
in eine feste Masse verwandelt hat, die mit einer Geschwindigkeit von 50° C/Std.
auf etwa 950° C und anschließend rasch auf Raumtemperatur gekühlt wird. Man erhält
80,5 Gewichtsteile einer harten weißen festen Masse, die lange Fasern eingebettet
enthält. Durch Verflüchtigung von Kohlendioxyd, Kaliurnfluo@rid und Kaliumchlorid
gehen zusammen 8,7 Teile verloren. Das Produkt wird 27 Stunden mit etwa 400 bis
500 Teilen, siedendern Wasser behandelt, wobei man das Wasser häufig durch Zufuhr
frischen Wassers ergänzt. Diese Extraktion wird beendet, sobald Ka.1iumchlorid und-fluorid:vollständig
entfernst sind. Das ausgezogene, wasserunlösliche Material wird bei 120° C in einem
Vakuumofen getrocknet; man erhält 4,1 Gewichtsteile einer ma,ttenartigen Fasermasse
von sehr geringer Schüttdichte. Diese Masse kann leicht auseinandergezogen werden,
wobei Einzelfasern von bis zu etwa 3 cm Länge und einem Durchmesser von weniger
als 1 bis zu mehreren Mikron zu erkennen sind. Das Produkt enthält 48,7% Titan.
Sein Röntgenbeuäungsbild ist für die Kristallstruktur charakteristisch, die man
bei Extraktion von K.Ti409 mit Wasser erhält.
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Das wie vorstehend beschrieben erhaltene Produkt beginnt bei etwa
1330° C zu schmelzen, ohne daß es während des Erhitzens auf diese Temperatur irgendwelche
Veränderungen erleidet. Das auf 1330° C erhitzte Produkt besteht, wie sein Röntgenbeugungsbild
zeigt, zum großen Teil aus K,Tis013 und einer kleinen Menge Rutil.
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Arbeitet man nach dem gleichen Verfahren, jedoch ohne Kaliumchlorid,
und mit einem Molverhältnis von K2 C 03 : Ti 02 : K F = 1 :6: 10, so erfolgt
nach einer Anfangstemperatur der Schmelze von 1010° C die Faserbildung bei 970°
C. Man erhält fasriges Kaliumtetratitanat, das nach Ausziehen des Fluorids mittels
Wasser durch sein Röntgenbeugungsbild identifiziert ist.
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Wenn man diesen Versuch mit einem Molverhältnis von K@ 0 : Ti 02 :
K F = 1 : 6 : 5,5 bei einer Temperatur der Schmelze von 1150° C wiederholt, erhält
man, wie das Röntgenbeugungsbild ausweist, als Hauptfaserprodukt Hexatitanat mit
etwas Tetratitanat. Dies zeigt, daß höhere Temperaturen, z. B. 1150° C oder höher,
die Hexatitanatbildung begünstigen.
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Arbeitet man nach dem gleichen Verfahren mit einem Molverhältnis von
K2 C 03 : Ti 02 = 1 : 6 und einer Schmelze,, die neben KCl 25,44 bis 54% KF enthält,
so erhält man bei einer Temperatur von etwa 1000 bis 1020° C nach Abkühlen in jedem
Falle lange Fasern des Tetratitanats, die mit Wasser ausgezogen werden können.
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Variiert man bei einem Molverhältnis von K2C03 T,02 = 1 : 5 die Menge
an KF in der Kaliumhalogenidschmelze von 1000% KF zu 50:50, 39:61 und 33 :67 KF
: KCi, so erhält man in allen Fällen nach Erhitzen auf 1000° C ein fasriges Produkt.
Beispiel 8 Man wiederholt das Verfahren von Beispiel? mit der Ausnahme, daß eine
Beschickung von K.C03, Ti 02,K F und K Cl im Molverhältnis von 1 .6: 48: 32 verwendet
wird. Der Kaliumfluoridgehalt der Schmelze beträgt 54 Gewichtsprozent. Die Beschickung
wird bei 1000° C geschmolzen; die Faserbildung beginnt bei 980° C. Das fasrige Produkt
wird dann 6 Tage mit siedendem Wasser ausgezogen. Die entstehenden Fasern haben
eine Länge von 3 bis 4 mm und enthalten 12,7% Kalium und 48,9% Titan. Beispiel 9
Ein Gemisch von Kaliumfluorid und Titandioxyd im 1@Iolverhältnis von 1 :2,24 wird
in einem Rohr geschmolzen und abgekühlt. Die sich an der Mündung des Rohres bildenden
Faserbündel werden auf Grund ihres Röntgenbeugungsbilde s als Ka,liumhexatitanat
identifiziert. Beispiel 10
50 Teile Kaliumchlorid werden in einem Platingefäß
geschmolzen, das mit der Flamme so erhitzt wird, daß die mit der Schmelze in Kontakt
stehende Bodenfläche des Gefäßes eine Temperatur von 1025 bis 1030°C und die von
der Heizzone am weitesten entfernt liegenden Bezirke der Schmelze eine Temperatur
von 850 bis 860°C aufweisen. Der Schmelze wird 1 Teil Titandioxyd zugesetzt, das
sich zusammenballt und sich am Boden in der heißesten Zone absetzt. Nach etwa 12
Minuten beginnen, vom Titandioxyd ausgehend, nach oben flockige farblose fasrige
Kristalle zu wachsen. Hierauf erfolgt das Wachstum rascher und in recht starkem
Maße. Nach etwa 1 Stunde füllen die Fasern den größten Teil des Volumens der Schmelze
aus; der überwiegende Teil wird mechanisch entfernt, wobei das restliche Titandioxyd
und einige Kristalle des fasrigen Produkts als Impfkristalle zurückbleiben. Dieser
Faserabzug wird im Verlauf von 2 Stunden von Zeit zu Zeit wiederholt. Das isolierte
Produkt, das eingeschlossenes Kaliumchlorid enthält, wird in Wasser dispergiert,
um das Kaliumchlorid zu lösen, filtriert, mit Wasser chloridfrei gewaschen und
getrocknet, wodurch man 0,1 Teile eines feinen fasrigen Produkts erhält, dessen
Röntgenbeugungsbild für Kaliumhexatitanat charakteristisch ist.
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Nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht über die bei verschieden
zusammengesetzten Schmelzen und bei verschiedenen Temperaturen. erhaltenem, Titan:a@te.
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Die Tabelle zeigt, daß die Tetratitanatbildung bei Annäherung des
K2 O: Ti 02 Molverhältnisses an 1: 4 begünstigt wird, während Verhältnisse von 1
:6 bis 1 : 8 die Hexatitanatbildung begünstigen. Bei höheren Temperaturen nimmt
die Menge an Hexatitanat zu. Der letzte Versuch der Tabelle zeigt, daß ein fasriges
Kaliumtitanat gebildet werden kann, bei welchem das Kalium von den Halogeniden abstammen
muß, da keine andere Kaliumquelle verwendet wird.
| Zusammensetzung der Beschickung |
| Gewichtsprozent Temperatur |
| Versuch KF im aus KF bei Beginn Produkt |
| Molverhältnis K2 O : Ti 02 : K F : K Cl Molverhältnis und K
Cl der Faserbildung |
| K2 O : Ti 02 bestehenden |
| Schmelzbad ° C |
| A <0,1:<0,3:12,3:87,6 1:3 10 >1100 Hexatitanat |
| B <0,1 : <0,6 :12,3 :87,6 1 :6 10 >1100 Hexatitanat |
| C 0,115 :0,467 :24,1 :75,3 i 1-4 20 993 Hexa- und |
| Tetratitanat |
| D 0,138:0,558:24,1:75,2 1:4 20 1000 vorwiegend |
| Hexatitanat |
| E 0,301:1,23 :35 :63,5 1:4 I 30 995 Tetratitanat |
| F 0,88 :3,58 :43,1 :52,5 1:-4 40 970 bis Tetratitanat |
| 980 |
| G 0,845:3,44 :61,1:34,6 1:4 58 875 Tetratitanat |
| H 0,804:3,27 :80,3:15,6 1:4 80 795 Tetratitanat |
| 1 1,56 :6,32 :92,1:0 |
| 1:4 100 814 Tetratitanat |
| J 0,688:3,59 :43,2 :52,6 1 :5,2 40 980 Hexa- und |
| Tetratitanat |
| K 0,568:3,64 :43,2 :52,6 1 :6,1 40 985 Hexa- und |
| Tetratitanat |
| L 0,442:3,69 :43,2:52,7 1:8,1 40 995 Hexatitanat |
| M I 0:3,61 :43,5:52,9 0 40 1027 Hexatitanat |
Das Verhältnis von Titan zu Alkalimetall, berechnet als Titandioxyd zu Alkalioxyd,
in der dem geschmolzenen Halogenid zugesetzten Beschickung kann in zweiten Grenzen
schwanken, im allgemeinen beträgt es 1 : 1 bis 12 : 1, vorzugsweise 2 : 1 bis 8
: 1. Das Tetratitanat wird im allgemeinen bei Temperaturen von etwa 1000° C gebildet,
wenn das Verhältnis von All;alioxyd zu Titandioxyd etwa 1 : 1 bis 1 :5, vorzugsweise
et-,va 1 : 4 beträgt. Wenn weniger Alkalimetall anwesend ist, d. h., wenn man mit
Verhältnissen von 1 : 6 bis 1 :8, vorzugsweise etwa 1 : 6 arbeitet, so stellt das
Hexatitanat das Hauptprodukt dar, insbesondere bei Verwendung etwas höherer Temperaturen.
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Als Halogenid wird dasjenige des gleichen Alkaliiiietalls verwendet,
daß in dem Oxyd und dem herzus;ellenden Titanat enthalten ist. Zu den verwendbaren
Alkalihalogeniden gehören somit Natrium-, Kalium-, RuNdium- und Cäsiumchlorid sowie
die entsprechen-Fluoride.
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Die Temperatur des geschmolzenen Halogenics soll s ähr end der Herstellung
des fasrigen Titanats nicht mehr als 1200° C betragen. Wenn man Temperaturen oberhalb
1200' C, insbesondere wesentliche Zeit hindurch, innehält, so erfolgt nicht nur
eine Verdampfung der flüchtigen 11etallhalogenide, sondern auch eine In-?:ibierung
des Wachstums der fasrigen Kristalle. Höhere Temperaturen können jedoch kurzzeitig
zur Herstellung und Lösung nichtfasriger Titanate ange-:-endet werden. Ferner ist
die fasrige Form der hietallhexatitanate bei Temperaturen in der Größenordnung von
14001 C nicht stabil, während sich die Tetratitanate bei niedrigeren Temperaturen
zersetzen. Bevorzugt werden Temperaturen von etwa 750 bis 1150° C. Die niedrigste,
zur Aufrechterhaltung der Schmelze erforderliche Temperatur ist durch das verv:endete
Halogenid bestimmt, sie muß mindestens 600° C betragen und liegt im allgemeinen
über 7001 C. Eine besonders wirksame Methode zur Gewinnung der Alkalititanatfasern
besteht darin, daß man die Temperatur des geschmolzenen Chlorids oder Fluorids oder
Gemische derselben so lenkt, daß eine Zone der Schmelze eine um mindestens 5, vorzugsweise
mindestens 25' C höhere Temperatur als eine kühlere Zone besitzt, um die
Lösung des Titanats im wärmeren Teil zu erlauben. Diese wärmere Lösung des Alkalititanats
bewegt sich auf Grund der Konvektion zur kühleren Zone, in welcher sie mit Alkalititanat
übersättigt wird und dieses in Form fasriger Kristalle ausscheidet. Eine rasche
Umkristallisation wird daher durch große Temperaturunterschiede und hohe Temperaturen
in der heißeren Zone begünstigt, um die höchste Löslichkeit und Lösungsgeschwindigkeit
des nichtfasrigen Alkalititanats zu erzielen. Die höchsten Ausbeuten an fasrigen
Titanaten werden erhalten, wenn man das Metalloxyd und Titandioxvd oder deren Äquivalente
während des Verfahrens y so einführt, daß die Sättigung an nichtfasrigem Titanat
oder seinen Vorläufern in der gesamten Schmelze aufrechterhalten blebt. Optimale
Ausbeuten an fasrigen Alkalititanaten werden in kürzerer Zeit erhalten, wenn die
Halogenidschmelze sowohl Alkalichlorid als auch Alkalifluorid enthält.
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Von den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen fasrigen Metalltitanaten
besitzen die Kaliumtitanate überlegene Fasereigenschaften.
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Die fasrigen Tetratitanate bilden sich nur in Gegenwart eines Alkalifluorids,
enthalten jedoch kein Fluor. Sie sind weniger stabil als das Hexatitanat und gehen
beim Erhitzen auf Temperaturen oberhalb etwa 1100° C in das Hexatitanat über. Ein
Teil des im Kaliumtetratitanat enthaltenen Kaliums kann durch Behandeln mit Wasser,
z. B. 2- bis 100stündiges Behandeln bei 20 bis 100' C entfernt werden, wobei
die höheren Temperaturen wirksamer sind. Das entstehende Tetratitanat kann einen
in bezug auf das Ausgangstetratitanat
sehr geringen Kaliumgehalt,
etwa 60%, aufweisen; so erhält man beispielsweise durch 129tätige Extraktion ein
Titanat mit 9,80/G K und 53,7% Ti. Das extrahierte Tetratitanat ist weniger
temperaturbeständig als die anderen fasrigen Titanate. Durch Erhitzen auf Temperaturen
oberhalb 700° C, insbesondere 900 bis 1000° C, wird es in das Hexatitanat umgewandelt.
Im allgemeinen weist jedoch das extrahierte Tetratitanat eine überlegene Flexibilität
und Faserlänge auf.
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Die fasrigen Alkalititanate, insbesondere die Kaliumtitanate, besitzen
eine gute thermische Stabilität, Inertheit und eine geringe Schüttdichte. Matten
oder Filze aus diesen Fasern können leicht durch Filtration erhalten werden, indem
man z. B. die Fasern in einer viskosen Flüssigkeit, wie Glycerin, suspendiert und
anschließend die Dispersionsflüssigkeit entfernt. Die Katten eignen sich als Filterstoffe,
z. B. zum Entfernen von Feststoffen aus Luft oder von Bakterien aus Lösungen. Sie
stellen auch gute Wärmeisolatoren dar. Kaliumtitanatfasern bewirken eine Erhöhung
der Steifheit und Zerreißfestigkeit, wenn sie in Kunststoff-Schichtkörpern eingearbeitet
werden. Sie eignen sich ebenso als Verstärkungsmittel für Fasern oder Papier. Wenn
man feingemahlenen Fasern Öle, wie Siliconöl, zusetzt, so erhält man als Schmiermittel
geeignete dicke Fette.
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Die fasrigen Alkalititanate sind wasserunlöslich und reagieren im
allgemeinen mit wäßrigen Lösungen von Mineralsäuren, wie Schwefel- oder Salzsäure.
Basen oder Salzen bei Raumtemperatur nicht. Diese Titanate, insbesondere die Hexatitanate,
sind in siedendem 50%igem Ätzalkali unilöslich und werden von Chlor nicht angegriffen.
Sie bilden keine Hydrate. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen fasrigen
Titanate haben im allgemeinen eine asbestähnliche Beschaffenheit. Das Verhältnis
ihrer Länge zu ihrem Durchmesser beträgt mindestens 5 : 1, im allgemeinen 10 : 1,
wobei die Länge im allgemeinen das 10 bis 1000fache des Faserdurchmessers beträgt.
Die Fasern sind biegsam.