ES2384788T3

ES2384788T3 - Titanato de potasio laminar, procedimiento de producción y material de fricción

Info

Publication number: ES2384788T3
Application number: ES00909686T
Authority: ES
Inventors: Hiroshi Ogawa; Shigeo Takahashi; Nobuki Itoi; Kousuke Inada
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: WO2000055093A1; EP1170257A1; DK1170257T3; AU3193000A; ATE556032T1; EP1170257A4; EP1170257B1; US6677041B1

Abstract

0ctatitanato de potasio laminar que tiene un diametro mayor medio de 1 -100 !m y una relacion de aspecto media (diametro mayor medio/diametro menor medio (grosor) ) de 3 - 500 obtenible mediante un procedimiento que incluye las etapas de sumergir el titanato laminar en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 11, 5 pero por debajo de 13 para intercalar iones de potasio y despues realizar la calcinacion.

Description

Titanato de potasio laminar, procedimiento de produccion y material de friccion.

Campo técnico

5 La presente invencion se refiere a octatitanato de potasio laminar, hexatitanato de potasio laminar, tetratitanato de potasio laminar, procedimientos para producirlos y materiales de friccion.

Técnica anterior

El octatitanato de potasio, (K20·STi02), el hexatitanato de potasio (K20·6Ti02) y el tetratitanato de potasio (K20·4Ti02) se producen generalmente en forma de compuestos fibrosos y se usan ampliamente como reforzadores 10 de resina y materiales de friccion por sus propiedades superiores de resistencia de cristal y de aislamiento del calor.

Sin embargo, el octatitanato de potasio, hexatitanato de potasio y tetratitanato de potasio convencionales, debido a su forma fibrosa, sufren de los siguientes problemas: son voluminosos; muestran una escasa fluidez y tienden a trancarse en las paredes de un pasaje de alimentacion durante su fabricacion y terminan bloqueandolo. En la aplicacion de reforzador de resina, muestran rendimientos de refuerzo insuficientes contra la fuerza ejercida en una

15 direccion de torsion. Ademas, en la aplicacion del material de friccion, se ha exigido que se suministren ventajosamente en forma laminar para asegurar un alto efecto en las superficies de friccion.

Sin embargo, el octatitanato de potasio, hexatitanato de potasio y tetratitanato de potasio no se han proporcionado en forma laminar hasta la fecha, debido a su favorecido mecanismo de crecimiento de cristal por el cual se cristalizan en la forma fibrosa.

20 Divulgación de la invención

Es un objetivo de la presente invencion proporcionar octatitanato de potasio laminar, hexatitanato de potasio laminar y tetratitanato de potasio laminar, procedimientos para producirlos y materiales de friccion que los utilizan.

La expresion "titanato de potasio laminar" se usara de aqui en delante de forma colectiva para describir cuestiones comunes al octatitanato de potasio laminar, hexatitanato de potasio laminar y tetratitanato de potasio laminar.

25 El titanato de potasio laminar de la presente invencion se caracteriza por tener un diametro mayor medio de 1 - 100 !m y una relacion de aspecto de 3 - 500.

El procedimiento para producir el titanato de potasio laminar se caracteriza porque el titanato laminar se sumerge en una solucion de hidroxido de potasio y posteriormente se calcina.

Ejemplos de titanatos laminares utiles incluyen aquellos obtenidos sometiendo titanato de magnesio y potasio 30 laminar o titanato de litio y potasio laminar a un tratamiento con acido.

En el procedimiento de produccion de la presente invencion, una temperatura de calcinacion se mantiene preferiblemente dentro del rango de 400 - 700DC, mas preferiblemente dentro del rango de 400 - 650DC, mas preferiblemente dentro del rango de 450 - 650DC, mas preferiblemente dentro del rango de 500 - 650DC para el caso del octatitanato de potasio laminar. En el caso del hexatitanato de potasio laminar, se mantiene preferiblemente

35 dentro del rango de 600 - 800DC. En el caso del tetratitanato de potasio laminar, se mantiene preferiblemente dentro del rango de 700 - 800DC.

El material de friccion de la presente invencion se caracteriza por contener el titanato de potasio laminar como un agente de control de la friccion. Preferiblemente, el titanato de potasio laminar esta contenido en el material de friccion en la cantidad de 3 - 50% en peso.

40 Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una fotomicrografia de octatitanato de potasio laminar producido en el Ejemplo 1 cuando se toma con un microscopio electronico de barrido (a una ampliacion de 5.000X);

la Figura 2 es una fotomicrografia de octatitanato de potasio laminar producido en el Ejemplo 2 cuando se toma con un microscopio electronico de barrido (a una ampliacion de 5.000X);

45 la Figura 3 es una fotomicrografia de hexatitanato de potasio laminar producido en el Ejemplo 5 cuando se toma con un microscopio electronico de barrido (a una ampliacion de 5.000X);

la Figura 4 es un cuadro de difraccion de rayos X de octatitanato de potasio laminar obtenido en el Ejemplo 1;

la Figura 5 es un cuadro de difraccion de rayos X de octatitanato de potasio laminar obtenido en el Ejemplo 2;

la Figura 6 es un cuadro de difraccion de rayos X de hexatitanato de potasio laminar obtenido en el Ejemplo 5; y 10

la Figura 7 es un cuadro de difraccion de rayos X de tetratitanato de potasio laminar obtenido en el Ejemplo 6.

Mejor modo de llevar a cabo la invención

El titanato de potasio laminar de la presente invencion es una sustancia laminar que tiene un diametro mayor medio de 1 -100 !m, preferiblemente 3 -30 !m, y una relacion de aspecto media de 3 -500, preferiblemente 3 -100, mas preferiblemente 5 -20. El diametro mayor medio, como se usa en la presente, se refiere a un denominado diametro medio de particula y su valor se determina mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser. La relacion de aspecto media se refiere a una relacion (diametro mayor medio/diametro menor medio) entre el diametro mayor medio y un diametro menor medio (grosor). La relacion de aspecto media puede determinarse midiendo el diametro menor medio (grosor) usando un microscopio electronico de dispersion y despues calculando su relacion con el diametro mayor medio. En este caso, la medicion se realiza para aproximadamente 20 particulas que tienen grosores apreciables dentro de un campo visual del microscopio electronico de dispersion y despues se calcula una media aritmetica de los diametros menores medidos. Preferiblemente, el diametro menor medio (grosor) esta en el rango aproximado de 50 - 1.000 nm.

El procedimiento para producir titanato de potasio laminar, de acuerdo con la presente invencion, se caracteriza por incluir las etapas de sumergir el titanato laminar en una solucion de hidroxido de potasio para intercalar iones de potasio y despues realizar la calcinacion. El titanato laminar puede obtenerse proporcionando un compuesto desde el cual los aniones presentes entre sus capas pueden desintercalarse por un tratamiento con acido y sometiendo al compuesto a dicho tratamiento con acido. Ejemplos de dichos compuestos incluyen titanato de magnesio y potasio laminar y titanato de litio y potasio laminar. Estos compuestos pueden producirse de acuerdo con dichas tecnicas como se define en la patente de japonesa abierta a inspeccion publica No. Hei 5-2217� 5 y la solicitud de patente japonesa No. Hei 11-158086 presentada por el solicitante de la presente solicitud.

El titanato de magnesio y potasio laminar puede obtenerse combinando fuentes respectivas de titanio, potasio y magnesio, agregando un fundente a los mismos, efectuando una mezcla rigurosa de los mismos y despues logrando la calcinacion de la mezcla a 1.000 - 1.100DC durante 1 - 8 horas.

La fuente de titanio puede elegirse opcionalmente de compuestos que contienen oxido de titanio. Ejemplos especificos de fuentes de titanio incluyen oxido de titanio, minerales de rutilo, torta humeda de hidroxido de titanio y titania hidratada.

La fuente de potasio puede elegirse de compuestos que producen oxido de potasio cuando se exponen al calor. Ejemplos especificos de fuentes de potasio incluyen oxido de potasio, carbonato de potasio, hidroxido de potasio y nitrato de potasio. Entre ellos, se prefiere el carbonato de potasio. Ejemplos de fuentes de magnesio incluyen hidroxido de magnesio, carbonato de magnesio y fluoruro de magnesio.

Como estandar, dichas fuentes de titanio, potasio y magnesio se combinan en la relacion de Ti:K:Mg = 4:2:1 (relacion molar). Sin embargo, se permite que cada fuente varie dentro de una desviacion de aproximadamente 5%. Si la relacion de combinacion se desvia en gran medida del estandar especificado anteriormente, algunas veces se produce la deposicion desfavorable de K2MgTi7016, que es un producto secundario que no es laminar.

Ejemplos de fundentes incluyen cloruro de potasio, fluoruro de potasio, molibdenato de potasio y tungstenato de potasio. Entre ellos, se prefiere el cloruro de potasio.

El fundente se agrega a la materia prima mencionada en la relacion molar (materia prima:fundente) de 3:1 -3:15, preferiblemente 3:3 - 3:10. Se vuelve economicamente ventajoso cuando se agrega una cantidad cada vez menor de fundente. Sin embargo, si su cantidad se reduce excesivamente, la estructura de cristal laminar puede colapsar desfavorablemente.

La calcinacion puede realizarse usando una tecnica opcional, tal como un horno electrico u horno de mufla. Para la produccion en masa, se prefiere usar un procedimiento que implica formar a presion la materia prima preparada en forma de un ladrillo o cilindro y calcinar la materia prima formada en un horno de tunel.

Preferiblemente, la calcinacion se logra a una temperatura entre 1.000 -1.100DC durante 1 -24 horas. La tasa a la cual se eleva o se reduce la temperatura no se especifica particularmente, pero preferiblemente esta en general en el rango de 3 -7DC/min. Se obtiene un producto laminar de mayor tamano con una temperatura de calcinacion en aumento, pero una temperatura de calcinacion que exceda los 1.100DC generalmente es indeseable porque hace que el producto se funda a dicha temperatura y esto afecta su forma. Una mayor duracion de la calcinacion resulta en la obtencion de particulas de mayor tamano.

Despues de la calcinacion, el producto puede someterse a una desintegracion humeda por la cual se tritura y se muele, como por ejemplo, mediante un triturador de mandibula y un molino de puas, y se dispersa en agua para formar una suspension de aproximadamente 5 -10% que se agita posteriormente. Cuando es necesario, el producto desintegrado se clasifica, se filtra y se seca adicionalmente para obtener titanato de magnesio y potasio laminar. Este titanato de magnesio y potasio laminar tiene un diametro mayor medio en el rango de aproximadamente 3 -30 !m y es adecuado para usar como una materia prima de tamano relativamente pequeno para el titanato de potasio

laminar de la presente invencion.

El titanato de litio y potasio puede producirse, por ejemplo, combinando fuentes respectivas de titanio, potasio y magnesio, agregando un fundente a los mismos, efectuando una mezcla rigurosa de los mismos y despues manteniendo la mezcla a 825 - 1.150DC durante 1 -12 horas.

Las fuentes de titanio y potasio aplicables y los fundentes se describieron anteriormente al describir la produccion de titanato de magnesio y potasio.

Las fuentes de litio aplicables pueden elegirse adecuadamente de compuestos que producen oxido de litio cuando se calientan. Ejemplos incluyen carbonato de litio, nitrato de litio y similares.

Como estandar, dichas fuentes de titanio, potasio y magnesio se combinan en la relacion de Ti:K:Mg = 1,73:0,8:0,27 (relacion molar). Sin embargo, se permite que cada fuente varie dentro de una desviacion de aproximadamente 5%. Preferiblemente, se agrega el fundente a una masa unitaria de la materia prima en la relacion de 1 -4 (relacion molar). La adicion del fundente en una cantidad excesivamente pequena resulta en la imposibilidad de obtener un producto laminar. Por otra parte, es economicamente desventajoso cuando se agrega una cantidad excesivamente mayor del fundente.

Las etapas de desintegracion, clasificacion, filtrado y secado pueden efectuarse con los mismos medios que se emplean en la produccion del titanato de magnesio y potasio.

El titanato de litio y potasio resultante tiene un diametro mayor medio en el rango aproximado de 10 -100 !m y es adecuado para usar como una materia prima de tamano relativamente grande para el titanato de potasio laminar de la presente invencion.

Ejemplos de acidos usados para tratar estos compuestos para el desintercalado incluyen acidos minerales tales como acido sulfurico, acido nitrico y acido clorhidrico. Preferiblemente, el tratamiento con acido se logra mediante una agitacion continuada hasta que los aniones presentes entre las capas del compuesto se dejen eluir casi por completo a partir de una solucion de 1 mol/litro (1N) de dicho acido. La agitacion se continua generalmente durante aproximadamente 5 - 8 horas.

El titanato laminar obtenido despues se lava con agua y se transfiere a la siguiente etapa de intercalado de iones de potasio. Una eleccion de condiciones especificas de las etapas que siguen la etapa de intercalado determina el tipo del titanato laminar producido: octatitanato de potasio laminar, hexatitanato de potasio laminar o tetratitanato de potasio laminar. Los casos en los cuales el octatitanato de potasio laminar, hexatitanato de potasio laminar y tetratitanato de potasio laminar se producen pueden describirse por separado a continuacion.

(Produccion de octatitanato de potasio laminar)

El intercalado de iones de potasio puede realizarse del siguiente modo. El titanato laminar obtenido anteriormente se forma en una suspension acuosa de hidroxido de potasio de aproximadamente 1 -30%, preferiblemente aproximadamente 5 -20% y despues se agita. La agitacion se continua mientras que la concentracion de hidroxido de potasio en la suspension se mantiene a un pH de suspension no menor que 11,5 pero por debajo de 13, preferiblemente no menos de 12 pero menor que 13, mas preferiblemente alrededor de 12. Durante la agitacion, puede agregarse hidroxido de potasio, si es necesario, para mantener el pH de la suspension dentro del rango especificado. La agitacion se continua preferiblemente durante 1 hora o mas, mas preferiblemente 5 - 10 horas.

Si el pH excede 13, la produccion secundaria de hexatitanato de potasio puede aumentar en la siguiente etapa. Si el pH cae por debajo de 11,5, la produccion secundaria de titanato de potasio puede aumentar. Por consiguiente, no se desea ningun caso.

Despues de completar el intercalado, la suspension se filtra, se lava con agua y se seca. La calcinacion posterior a una temperatura de 400 -700DC, preferiblemente 400 -650DC, mas preferiblemente 450 -650DC, mas preferiblemente 500 -650DC, resulta en la obtencion de octatitanato de potasio laminar. La calcinacion puede efectuarse en hornos de tunel tales como un horno electrico,horno de mufla y horno rotatorio y hornos de rotacion.

Si la temperatura de calcinacion cae por debajo de 400DC, puede permanecer una humedad en el cristal. Por otra parte, si excede los 700DC, la produccion secundaria de hexatitanato de potasio de oxido de titanio algunas veces puede aumentar. Por consiguiente, no se desea ningun caso.

(Produccion de hexatitanato de potasio laminar)

El intercalado de iones de potasio puede realizarse del siguiente modo. El titanato laminar obtenido anteriormente se forma en una suspension acuosa de hidroxido de potasio de aproximadamente 1 -30%, preferiblemente aproximadamente 5 -20% y despues se agita. La agitacion se continua mientras que la concentracion de hidroxido de potasio en la suspension se mantiene a un pH de suspension no menor que 13,5 pero por debajo de 14, preferiblemente alrededor de 13,75. Durante la agitacion, puede agregarse hidroxido de potasio, si es necesario, para mantener el pH de la suspension dentro del rango especificado. La agitacion se continua preferiblemente

durante 1 hora o mas, mas preferiblemente 5 - 10 horas.

Si el pH excede 14, la produccion secundaria de hexatitanato de potasio y dititanato de potasio puede aumentar en la siguiente etapa. Si el pH esta por debajo de 13,5, la produccion secundaria de titanato de potasio puede aumentar en la siguiente etapa. Por consiguiente, no se desea ningun caso.

Despues de completar el intercalado de iones de potasio, la suspension se filtra, se lava con agua y se seca. La calcinacion posterior a 600 -800DC resulta en la obtencion de hexatitanato de potasio laminar. La calcinacion puede efectuarse en hornos de tunel tales como un horno electrico, horno de mufla y horno rotatorio y hornos de rotacion. La duracion de la calcinacion es de preferiblemente 3 horas o mas.

Si la temperatura de calcinacion cae por debajo de 600DC, una estructura de cristal queda sin cambios en algunos casos para tomar la forma de lepidocrocita, resultando en la imposibilidad de obtener hexatitanato de potasio. Por otra parte, si excede 800DC, algunas veces se producen cristales en columna o fibrosos, en vez de cristales laminares. Por consiguiente, no se desea ningun caso.

(Produccion de tetratitanato de potasio laminar)

El intercalado de iones de potasio puede realizarse del siguiente modo. El titanato laminar obtenido anteriormente se forma en una suspension acuosa de hidroxido de potasio de aproximadamente 1 -30%, preferiblemente aproximadamente 5 -20% y despues se agita. La agitacion se continua mientras que la concentracion de hidroxido de potasio en la suspension se mantiene a un pH de suspension no menor que 14,5 pero por debajo de 16,3, preferiblemente en el rango aproximado de 15,0 -15,5. Durante la agitacion, puede agregarse hidroxido de potasio, si es necesario, para mantener el pH de la suspension dentro del rango especificado. La agitacion se continua preferiblemente durante 1 hora o mas, mas preferiblemente 5 - 10 horas.

Si el pH excede 16,3, la produccion secundaria de dititanato de potasio puede aumentar en la siguiente etapa. Si el pH esta por debajo de 14,5, la produccion secundaria de hexatitanato de potasio puede aumentar en la siguiente etapa. Por consiguiente, no se desea ningun caso.

Despues de completar el intercalado de iones de potasio, la suspension se filtra, se lava con agua y se seca. La calcinacion posterior a 700 -800DC resulta en la obtencion de tetratitanato de potasio laminar. La calcinacion puede efectuarse en hornos de tunel tales como un horno electrico, horno de mufla y horno rotatorio y hornos de rotacion. La duracion de la calcinacion es de preferiblemente 3 horas o mas.

Si la temperatura de calcinacion cae por debajo de 700DC, una estructura de cristal queda sin cambios en algunos casos para tomar la forma de lepidocrocita, resultando en la imposibilidad de obtener tetratitanato de potasio o en la deposicion de dititanato de potasio. Por otra parte, si excede 800DC, algunas veces se producen cristales en columna o fibrosos, en vez de cristales laminares. Por consiguiente, no se desea ningun caso.

En la etapa de intercalado, el hidroxido de potasio puede usarse en forma de un polvo, granulo, solucion acuosa o similar. Ejemplos de formas incluyen un granulo de 85%p y una solucion acuosa de 5 -48%p. La forma del hidroxido de potasio, por ejemplo un polvo, granulo, solucion acuosa u otra forma, puede elegirse adecuadamente dependiendo del valor del pH objetivo de la solucion acuosa.

Por conveniencia para los expertos en la tecnica, las concentraciones de hidroxido de potasio estandares que se necesitan en cada etapa de intercalado para el ajuste a valores deseados de pH se indican a continuacion; pH 12 (1,46 g/l), pH 12,5 (3,0� g/l), pH 13,0 (8,0 g/l), pH 13,5 (30,57 g/l), pH 14 (65, �7 g/l), pH 15 (400 g/l) y pH 16,0 (480 g/l), respectivamente en el rango de temperatura de 18 - 20DC.

En la etapa de intercalado puede realizarse una adicion de hidroxido de potasio (solucion acuosa) o agua, mientras que se monitorea el pH de la suspension, si es necesario, para mantener la suspension dentro del rango de pH deseado.

El titanato de potasio laminar de la presente invencion asi obtenido tiene propiedades fisicas similares a las del titanato de potasio fibroso, excepto por las propiedades derivadas de su forma y sistema de cristal. Como el titanato de potasio fibroso, es un compuesto estable y no toxico.

Tambien como el titanato de potasio fibroso, el titanato de potasio laminar, cuando se incorpora en una resina, sirve para mejorar una resistencia a la tension, a la flexion u otra resistencia mecanica de la resina. Debido a su forma laminar, se espera que el titanato de potasio laminar proporcione otros efectos importantes, incluyendo la mejora de la suavidad de la superficie, la realizacion de propiedades de deslizamiento, construccion de resistencia contra una fuerza ejercida en una direccion de torsion y mejora de la resistencia al impacto �zod. Ademas, se espera que el titanato de potasio laminar ofrezca un efecto marcado cuando se aplica al material de friccion para frenos, que se describira a continuacion.

El material de friccion de la presente invencion se caracteriza por contener el antemencionado titanato de potasio laminar de la presente invencion como un agente de control de la friccion.

El titanato de potasio laminar se incorpora preferiblemente en el material de friccion en la cantidad de 3 -50% en peso. El titanato de potasio laminar, si su cantidad cae por debajo de 3% en peso, puede no mejorar las propiedades de desgaste de friccion. Por otra parte, si su cantidad excede el 50% en peso, no se puede esperar que ninguna mejora adicional de las propiedades de desgaste de friccion resulte en una desventaja economica.

Especificamente, el material de friccion puede comprender, por ejemplo, fibras de base, un agente de control de la friccion y un aglutinante. Para ilustrar una formulacion, se incorporan en el material de friccion 1 -60 partes en peso de fibras de base, 20 - 80 partes en peso de un agente de control de la friccion, 10 -40 partes en peso de un aglutinante y 0 - 60 partes en peso de otros componentes.

Ejemplos de fibras de base incluyen fibras de resina tales como fibras de aramida, fibras de metal tales como fibras de acero y fibras de bronce, fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras ceramicas, lana de roca y pasta de madera. Estas fibras de base pueden someterse a un tratamiento de superficie con un aminosilano, epoxisilano, vinilsilano u otro agente de acoplamiento de silano, agente de acoplamiento de titanato o ester de fosfato para mejorar su dispersabilidad y adhesion a los aglutinantes.

Ademas del titanato de potasio laminar, el material de friccion de la presente invencion puede contener un agente de control de la friccion adicional dentro del rango que no dificulta el efecto de la presente invencion. Ejemplos de dichos agentes de control de la friccion incluyen polvos organicos tales como polvos de goma natural y sintetica, vulcanizada o no vulcanizada, polvo de resina de caju, polvo de resina y polvo de goma; polvos inorganicos tales como negro de carbon, polvo de grafito, disulfuro de molibdeno, sulfato de bario, carbonato de calcio, arcilla, mica, talco, diatomita, antigorita, sepiolita, montmorillonita, zeolita, trititanato de sodio, pentatitanato de sodio y titanato de potasio fibroso; polvos de metal tales como cobre, aluminio, zinc y hierro; y polvos de oxidos tales como alumina, silice, oxido de cromo, oxido de titanio y oxido de hierro.

Ejemplos de aglutinantes incluyen aglutinantes organicos y aglutinantes inorganicos. Ejemplos de aglutinantes organicos incluyen resinas termofraguantes tales como resina de fenol, resina de formaldehido, resina de melamina, resina epoxi, resina acrilica, resina de poliester aromatico y resina de urea; elastomeros tales como goma natural, goma de nitrilo, goma butadieno, goma estireno butadieno, goma de cloropreno, goma de poliisopreno, goma acrilica, goma de alto estireno y copolimero de estireno-propileno-dieno; resinas termoplasticas tales como una resina de poliamida, resina de polifenilensulfuro, resina de polieter, resina de poliimida, resina de polieter eter cetona y resina de poliester cristalina liquida termoplastica. Ejemplos de aglutinantes inorganicos incluyen alumina sol, silice sol y resinas de silicona.

Ademas de los componentes mencionados, el material de friccion de la presente invencion puede contener adicionalmente un inhibidor de herrumbre, lubricante, abrasivo u otro componente, cuando se lo necesita.

El material de friccion de la presente invencion muestra un coeficiente de friccion excelente y estable y resistencia al desgaste en un amplio rango de temperaturas, desde temperaturas bajas a altas. Por consiguiente, su uso para piezas de frenos, por ejemplo revestimientos de embragues, forros de freno y pastillas de freno, incorporados en dispositivos con frenos tales como automoviles, aviones, vehiculos ferroviarios y aparatos industriales no solo mejora y estabiliza sus funciones de freno sino que tambien extiende sus vidas utiles.

Debido a la inclusion del titanato de potasio laminar como un agente de control, el material de friccion de la presente invencion muestra las siguientes acciones y efectos.

1) El agente de control de la friccion, dada su forma laminar, imparte propiedades de desgaste friccional estables al material de friccion;

2) El material de friccion, dada su alta relacion de aspecto, imparte resistencia mejorada al material de friccion;

3) La alta fluidez del agente de control de la friccion facilita la preparacion de una mezcla cruda; y

4) El material de friccion tiene una alta resistencia al calor y un coeficiente de friccion estable en un amplio rango de temperaturas, desde temperaturas bajas a altas.

Ejemplos

La presente invencion se describe a continuacion con mas detalle a traves de los ejemplos.

Ejemplo 1

1. Sintesis de titanato de magnesio y potasio laminar (K0,8Mg0,4Ti1,604)

Se mezclaron rigurosamente 13 �g de oxido de titanio anatasa, 6,06 �g de carbonato de potasio, 2,46 �g de hidroxido de magnesio y 8,48 �g de cloruro de potasio, junto con 3 litros de agua, usando un mezclador Henshel y despues se prenso a una presion de 1 ,6 Mpa (200 �gf/cm2) en compactos similares a ladrillos, cada uno con un peso aproximado de 3 �g.

Estos compactos se colocaron en un camion y se transfirieron a un horno de tunel donde se calcinaron. La calcinacion se llevo a cabo de acuerdo con el siguiente esquema: dichos compactos se calentaron a 1050DC a una tasa de 5DC/min, se mantuvieron a esa temperatura durantetres horas y finalmente se enfriaron hasta la temperatura ambiente a una tasa de 5DC/min.

Los compactos calcinados se trituraron usando un triturador de mandibula, se molieron en tamanos de varios nm y mas pequenos usando un molino de puas, se dispersaron en agua para formar una suspension al 10% y despues se agitaron mediante una pala propulsora durante una hora para efectuar la desintegracion. La suspension se clasifico pasandola a traves de un tamiz de malla 200 (tamano de apertura del tamiz de 75 !m). Las particulas de polvo que quedaron en el tamiz se clasificaron sometiendolas nuevamente a la desintegracion en humedo. Despues de una secuencia de filtrado centrifugo y secado, 15,46 �g de titanato de magnesio y potasio laminar (K0,8Mg0,4Ti1,6-04, un diametro mayor medio de 4,6 Pm y una relacion de aspecto media de aproximadamente 10). Su forma se confirmo a partir de la observacion mediante un microscopio electronico de dispersion (SEM) y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. El diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser.

2.: Desintercalado mediante un tratamiento con acido

La cantidad total de titanato de magnesio y potasio laminar (K0,8Mg0,4Ti1,604) obtenida en la etapa previa se disperso en una solucion preparada dejando 15,68 �g de acido sulfurico al 70% disolverse en 2 �3,52 litros de agua para formar una suspension al 5%. Esta suspension se agito mediante un impulsor durante aproximadamente 5 horas, se filtro, se lavo con agua y se seco. Como resultado, se obtuvieron 11,�7 �g de titanato laminar (H2Ti205). El titanato laminar resultante tuvo casi la misma forma que el titanato de magnesio y potasio laminar. Su forma se confirmo mediante la observacion con SEM y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. Su diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser.

3.: �ntercalado de iones de potasio mediante un tratamiento alcalino

La cantidad total del titanato laminar obtenido en la etapa previa se disperso en 112,2 litros de agua para formar una suspension al 10%. La suspension se agito mediante un impulsor durante aproximadamente 5 horas, tiempo durante el cual se agrego hidroxido de potasio al 85% para mantener consistentemente la suspension a un pH de alrededor de 12. Despues, la suspension se filtro, se lavo con agua y se seco a 110DC durante 2 horas. En total se agregaron 741 g de hidroxido de potasio al 85%.

4.: Sintesis de octatitanato de potasio laminar

Despues, el material resultante se calcino en un horno electrico a 500DC durante 3 horas para obtener 13,36 �g de octatitanato de potasio laminar (un diametro mayor medio de 4,2 !m y una relacion de aspecto media de aproximadamente 10). Su forma se confirmo mediante la observacion con SEM y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. El diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser. El diametro menor medio se determino mediante la observacion con SEM. La Figura 1 es una fotomicrografia SEM del octatitanato de potasio laminar obtenido. La Figura 4 es un cuadro de difraccion de rayos X del octatitanato de potasio laminar obtenido.

Ejemplo 2

Se siguio el procedimiento del Ejemplo 1, excepto que el litio y potasio (K0,8Li0,27Ti1,7304) con un diametro mayor medio de !m y una relacion de aspecto media de aproximadamente 10 se uso como materia prima, para producir octatitanato de potasio laminar. Se encontro que el octatitanato de potasio laminar resultante tenia un diametro mayor medio de ,4 !m y una relacion de aspecto media de aproximadamente 10. Su forma se confirmo mediante la observacion con SEM y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. Su diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser y su diametro menor medio se determino mediante la observacion con SEM. La Figura 2 es una fotomicrografia SEM del octatitanato de potasio laminar obtenido. La Figura 4 es un cuadro de difraccion de rayos X del octatitanato de potasio laminar obtenido.

Ejemplo 3

El titanato de litio y potasio laminar representado por K0,8Li0,2Ti1,804 se convirtio en titanato laminar sometiendolo a un tratamiento con acido mediante acido clorhidrico. Este titanato laminar se disperso en una solucion saturada acuosa de K0H que se ajusto posteriormente a un pH de aproximadamente 12 y se agito durante 2 horas. Despues del aislamiento por filtrado, los solidos aislados se calcinaron a 60DC durante 2 horas. Como resultado, se obtuvo el octatitanato de potasio laminar.

Ejemplo 4

Se mezclaron 20 partes en peso del octatitanato de potasio laminar (con un diametro mayor medio de 50 - 60 !m, un diametro menor medio (grosor) de 0,3 !m y una relacion de aspecto media de aproximadamente 180 -200), 10 partes en peso de fibras de aramida (nombre del producto "Kevlar Pulp" con una longitud de fibra media de 3 mm, fabricado por Toray Co., Ltd.), 20 partes en peso de un aglutinante (resina de fenol) y 50 partes en peso de sulfato de bario. La materia prima mezclada se prenso provisoriamente a una presion de 300 �gf/cm2 a temperatura ambiente durante un minuto, se integro en un molde (a una presion de 150 �gf/cm2 a 170DC durante 5 minutos) y despues se la sometio a un tratamiento de calor (a 180DC durante 3 horas). Despues de retirarlo del molde, el producto se sometio a una maquina abrasiva. Como resultado, se obtuvo una pastilla de freno de prueba A (pieza de prueba ��S D 4411).

Se encontro que el agente de control de la friccion muestra una buena fluidez y permite la preparacion facil de la mezcla cruda.

Ejemplo 5

1. Sintesis de titanato de magnesio y potasio laminar (K0,8Mg0,4Ti1,604)

Se mezclaron rigurosamente 14,73 �g de polvo de oxido de titanio anatasa, 6,38 �g de carbonato de potasio, 2,7� �g de hidroxido de magnesio y 10,03 �g de cloruro de potasio, junto con 2 litros de agua, usando un mezclador Henshel y despues se presionan a una presion de 1�,6 Mpa (200 �gf/cm2) en compactos similares a ladrillos, cada uno con un peso aproximado de 3 �g.

Los compactos calcinados se trituraron usando un triturador de mandibula, se molieron en tamanos de varios nm y mas pequenos usando un molino de puas, se dispersaron en agua para formar una suspension al 10%, y despues se agitaron mediante una pala propulsora durante una hora para efectuar la desintegracion. La suspension se clasifico pasandola a traves de un tamiz de malla 200 (tamano de apertura del tamiz de 75 !m). Las particulas de polvo que quedan en el tamiz se clasificaron sometiendolas nuevamente a la desintegracion humeda. Despues de una secuencia de filtrado centrifugo y secado, 17,80 �g de titanato de magnesio y potasio laminar (K0,8Mg0,4Ti1,604, un diametro mayor medio de 4,6 Pm y una relacion de aspecto media de aproximadamente 10). Su forma se confirmo a partir de la observacion mediante un microscopio electronico de dispersion (SEM) y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. El diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser.

2.: Desintercalado mediante un tratamiento con acido

La cantidad total del titanato de magnesio y potasio laminar (K0,8Mg0,4Ti1,604) obtenida en la etapa previa se disperso en una solucion preparada dejando 36,1 �g de acido sulfurico 35% disolverse en 141,� litros de agua para formar una suspension al 10%. Esta suspension se agito mediante un impulsor durante aproximadamente 5 horas, se filtro, se lavo con agua y se seco. Como resultado, se obtuvieron 12,03 �g de titanato laminar (H2Ti205). El titanato laminar resultante tuvo casi la misma forma que el titanato de magnesio y potasio laminar. Su forma se confirmo mediante la observacion con SEM y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. Su diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser.

3.: �ntercalado de iones de potasio mediante un tratamiento alcalino

La cantidad total del titanato laminar obtenido en la etapa previa se disperso en 114,4 litros de agua para formar una suspension al 10%. La suspension se agito mediante un impulsor durante aproximadamente 5 horas, tiempo durante el cual se agrego hidroxido de potasio al 85% para mantener consistentemente la suspension a un pH de alrededor de 13,75. Despues, la suspension se filtro, se lavo con agua y se seco a 110DC durante 2 horas. En total, se agregaron 6, �g de hidroxido de potasio al 85%.

4.: Sintesis de hexatitanato de potasio laminar

Despues, el resultante se calcino en un horno electrico a 700DC durante 3 horas para obtener 13,87 �g de hexatitanato de potasio laminar (un diametro mayor medio de 4,2 !m y una relacion de aspecto media de aproximadamente 10). Su forma se confirmo mediante la observacion con SEM y su identificacion se realizo mediante analisis de difraccion de rayos X o de fluorescencia de rayos X. Su diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser. El diametro menor medio se determino mediante la observacion con SEM. La Figura 3 es una fotomicrografia SEM del hexatitanato de potasio laminar obtenido. La Figura 6 es un cuadro de difraccion de rayos X del hexatitanato de

potasio laminar obtenido.

Ejemplo 6

El tetratitanato de potasio laminar se produjo usando el titanato laminar obtenido en la etapa 2 del ejemplo 5. Especificamente, 50 g del titanato laminar se dispersaron en 800 ml de una solucion acuosa de hidroxido de potasio al 40%, seguido por 24 horas de agitacion mediante una pala propulsora a 500 rpm. Durante la agitacion, la suspension se mantuvo de forma consistente en un pH de alrededor de 15. Esta suspension se filtro despues mediante un filtro de succion. La torta de filtracion resultante se seco a 110DC y despues se calcino en un horno electrico a 800DC durante 2 horas. La temperatura se elevo a una tasa de 5DC/min. El polvo obtenido se identifico como tetratitanato de potasio mediante analisis de difraccion de rayos X y de fluorescencia de rayos X. Su diametro mayor medio (diametro medio) se determino mediante un analizador de distribucion de tamano de particula de difraccion laser y su diametro menor medio se observo mediante SEM. Los resultados revelaron un diametro mayor medio de 3,5 !m y una relacion de aspecto media de aproximadamente 15 para el polvo obtenido. La Figura 7 es un cuadro de difraccion del tetratitanato de potasio laminar obtenido.

Ejemplo 7

Se mezclaron 20 partes en peso del hexatitanato de potasio laminar obtenido en el Ejemplo 5, 10 partes en peso de fibras de aramida (nombre del producto "Kevlar Pulp" con una longitud de fibra media de 3 mm, fabricado por Toray Co., Ltd.), 20 partes en peso de un aglutinante (resina de fenol) y 50 partes en peso de sulfato de bario. La mezcla cruda resultante se prenso provisoriamente a una presion de 300 �gf/cm2 a temperatura ambiente durante un minuto, se integro en un molde (a una presion de 150 �gf/cm2 a 170DC durante 5 minutos) y despues se la sometio a un tratamiento de calor (a 180DC durante 3 horas). Despues de retirarlo del molde, el producto se sometio a una maquina abrasiva. Como resultado, se obtuvo una pastilla de freno de prueba A (pieza de prueba ��S D 4411).

Ejemplo 8

Se mezclaron 20 partes en peso del tetratitanato de potasio laminar obtenido en el Ejemplo 6, 10 partes en peso de fibras de aramida (nombre del producto "Kevlar Pulp" con una longitud de fibra media de 3 mm, fabricado por Toray Co., Ltd.), 20 partes en peso de un aglutinante (resina de fenol) y 50 partes en peso de sulfato de bario. La mezcla cruda resultante se prenso provisoriamente a una presion de 300 �gf/cm2 a temperatura ambiente durante un minuto, se integro en un molde (a una presion de 150 �gf/cm2 a 170DC durante 5 minutos) y despues se la sometio a un tratamiento de calor (a 180DC durante 3 horas). Despues de retirarlo del molde, el producto se sometio a una maquina abrasiva. Como resultado, se obtuvo una pastilla de freno de prueba A (pieza de prueba ��S D 4411).

Utilidad en la industria

El titanato de potasio laminar de la presente invencion, cuando se incorpora en una resina, sirve para mejorar una resistencia a la tension, a la flexion u otra resistencia mecanica de la resina. Debido a su forma laminar, se espera que el titanato de potasio laminar proporcione otros efectos notables, incluyendo una mejora de la suavidad de la superficie, realizacion de propiedades de deslizamiento, acumulacion de resistencia contra una fuerza ejercida en una direccion de torsion y mejora de la resistencia al impacto �zod. Ademas, el titanato de potasio laminar de la presente invencion, cuando se usa como un material de control de la friccion para la incorporacion en materiales de friccion, muestra una buena fluidez y permite la preparacion facil de la mezcla cruda. Ademas, un material de friccion que contiene dicho titanato de potasio laminar de la presente invencion como un material de control de la friccion muestra una alta resistencia al calor y un coeficiente de friccion estable en un amplio rango de temperaturas, desde temperaturas bajas a altas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

0ctatitanato de potasio laminar que tiene un diametro mayor medio de 1 -100 !m y una relacion de aspecto media (diametro mayor medio/diametro menor medio (grosor)) de 3 -500 obtenible mediante un procedimiento que incluye las etapas de sumergir el titanato laminar en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 11,5 pero por debajo de 13 para intercalar iones de potasio y despues realizar la calcinacion.
2.

El octatitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 1 que tiene un diametro mayor medio de 1 100 !m y una relacion de aspecto media (diametro mayor medio/diametro menor medio (grosor)) de 3 - 100.
3.

Un procedimiento para producir octatitanato de potasio laminar como se define en las reivindicaciones 1 y/o 2 caracterizado porque el titanato laminar se sumerge en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 11,5 pero por debajo de 13 y despues se calcina.
4.

El procedimiento para producir un octatitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 3, caracterizado porque el titanato laminar se prepara sometiendo titanato de magnesio o litio y potasio laminar a un tratamiento con acido.
5.

El procedimiento para producir un octatitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 3 o 4, caracterizado porque la calcinacion se logra a una temperatura de 400 - 700DC.
6.

El procedimiento para producir un octatitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 3 o 4, caracterizado porque la calcinacion se logra a una temperatura de 400 - 650DC.
7.

Un material de friccion caracterizado porque contiene, como agente de control de la friccion, el octatitanato de potasio laminar como se describe en la reivindicacion 1 o 2.
8.

El material de friccion como se define en la reivindicacion 7, caracterizado porque el octatitanato de potasio laminar esta contenido en una cantidad de 3 - 50% en peso.

�. Hexatitanato de potasio laminar que tiene un diametro mayor medio de 1 -100 !m y una relacion de aspecto media (diametro mayor medio/diametro menor medio (grosor)) de 3 -500 obtenible mediante un procedimiento que incluye las etapas de sumergir titanato laminar en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 13,5 pero por debajo de 14 para intercalar iones de potasio y despues realizar la calcinacion.
10.

Un procedimiento para producir hexatitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion �, caracterizado porque el titanato laminar se sumerge en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 13,5 pero por debajo de 14 y despues se calcina.
11.

El procedimiento para producir hexatitanato de potasio laminar como se describe en la reivindicacion 10, caracterizado porque el titanato laminar se prepara sometiendo titanato de magnesio o litio y potasio laminar a un tratamiento con acido.
12.

El procedimiento para producir hexatitanato de potasio laminar como se describe en la reivindicacion 10 u 11, caracterizado porque la calcinacion se logra a una temperatura de 600 - 800DC.
13.

Un material de friccion caracterizado porque contiene, como agente de control de la friccion, el hexatitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion �.
14.

El material de friccion como se define en la reivindicacion 13, caracterizado porque el hexatitanato de potasio laminar esta contenido en una cantidad de 3 - 50% en peso.
15.

Tetratitanato de potasio laminar que tiene un diametro mayor medio de 1 -100 !m y una relacion de aspecto media (diametro mayor medio/diametro menor medio (grosor)) de 3 -500 obtenible mediante un procedimiento que incluye las etapas de sumergir titanato laminar en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 14,5 pero por debajo de 16,3 para intercalar iones de potasio y despues realizar la calcinacion.
16.

Un procedimiento para producir tetratitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 15, caracterizado porque el titanato laminar se sumerge en una solucion de hidroxido de potasio a un pH no menor que 14,5 pero por debajo de 16,3 y despues se calcina.
17.

El procedimiento para producir tetratitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 16, caracterizado porque el titanato laminar se prepara sometiendo el titanato de magnesio o litio y potasio laminar a un tratamiento con acido.
18.

El procedimiento para producir tetratitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 16 o 17, caracterizado porque la calcinacion se logra a una temperatura de 700 - 800DC.

1�. Un material de friccion caracterizado porque contiene, como agente de friccion, el tetratitanato de potasio laminar como se define en la reivindicacion 15.
20. El material de friccion como se define en la reivindicacion 1�, caracterizado porque el tetratitanato de potasio laminar esta contenido en una cantidad de 3 - 50% en peso.