JP2015067508A - レピドクロサイト型チタン酸塩及びその製造方法並びにそれを含有する樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができるレピドクロサイト型チタン酸塩、および優れた耐摩耗性を有する樹脂組成物を提供する。【解決手段】ＴｉＯ６八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、Ｔｉ席の一部がＬｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上で置換され、層間にＬｉを除くアルカリ金属から選ばれる１種または２種以上の金属イオンを有するレピドクロサイト型チタン酸塩であることを特徴としている。【選択図】なし
Description
本発明は、レピドクロサイト型チタン酸塩及びその製造方法並びにそれを含有する樹脂組成物に関する。
各種車両や産業機械などのブレーキシステムに用いられる摩擦材は、摩擦係数が高く安定していること、耐摩耗性が優れていること、ローター攻撃性が低いことが求められている。これらの特性を満足させるために、アスベスト、無機充填材、有機充填材などと、これらを結合するフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂（結合材）からなる樹脂組成物が摩擦材として使用されてきた。しかし、アスベストは発癌性が確認されており、かつ粉塵化し易いため、作業時の吸入による環境衛生上の問題からその使用が自粛されたことから、代替品としてチタン酸カリウム繊維、金属繊維などが使用されてきた。
チタン酸カリウム繊維は、ローターを傷付けないという利点を有している。しかし、高温域での耐摩耗性が十分ではない。そこで、特許文献１では、摩擦調整材として鱗片状のチタン酸マグネシウムカリウム（Ｋ０．２ 〜 ０．７Ｍｇ０．４Ｔｉ１．６Ｏ３．７〜４）を使用することが提案されている。また、特許文献２では、摩擦調整材として鱗片状のチタン酸リチウムカリウム（Ｋ０．５ 〜 ０．７Ｌｉ０．２７Ｔｉ１．７３Ｏ３．８５〜３．９５）を使用することが提案されている。
金属繊維としては、摩擦材の強度補強、放熱効率の向上、耐摩耗性を向上のために、ローター攻撃性が低い銅繊維が使用されている。さらに耐摩耗性を向上させるために銅粉末も多量に用いられている。しかし、銅を含有する摩擦材は、制動時に生成する摩耗粉に銅を含み、河川、湖や海洋汚染などの原因となる可能性が示唆されていることから、北米において銅の使用量が規制されることになった。そこで、特許文献３では、チタン酸リチウムカリウムおよび黒鉛を含有する樹脂組成物を、摩擦材として使用することが提案されている。
しかし、特許文献１、特許文献２、特許文献３で用いられるチタン酸塩は、結晶構造が層状構造であり、樹脂組成物の成形時に層状構造の層間に配位しているアルカリ金属イオンが溶出し、樹脂組成物のマトリックスを構成する熱硬化性樹脂の硬化阻害を起こす問題がある。このことにより、成形温度を高くしたり、成形時間を長くしたりする必要があり、また得られる樹脂組成物が劣化することもある。
本発明の目的は、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができるレピドクロサイト型チタン酸塩、および優れた耐摩耗性を有する樹脂組成物を提供することにある。
本発明は、以下のレピドクロサイト型チタン酸塩、及びその製造方法、並びにそれを含有する樹脂組成物を提供する。
項１ ＴｉＯ６八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、Ｔｉ席の一部がＬｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上で置換され、層間にＬｉを除くアルカリ金属から選ばれる１種または２種以上の金属イオンを有することを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩。
項２ Ｔｉ席の１０〜４０モル％が、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上で置換されたことを特徴とする、項１に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
項３ 前記２種以上の金属イオンが、Ｌｉと、Ｌｉ以外の金属イオンであることを特徴とする、項２に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
項４ 組成式Ａ０．５〜０．７Ｌｉ０．２７−ｘＭｙＴｉ１．７３−ｚＯ３．８５〜３．９５［式中、Ａは、リチウムを除くアルカリ金属、Ｍは、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる１種または２種以上（但し、２種以上の場合は異なる価数のイオンの組み合わせは除く）、ｘとｚは、Ｍが２価金属のとき、ｘ＝２ｙ／３、ｚ＝ｙ／３、Ｍが３価金属のとき、ｘ＝ｙ／３、ｚ＝２ｙ／３、ｙは、０．００４≦ｙ≦０．４］で表わされることを特徴とする、項１〜３のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
項５ 項１〜項４のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩と、熱硬化性樹脂を含有していることを特徴とする樹脂組成物。
項６ 項５に記載の樹脂組成物を含有していることを特徴とする摩擦材。
項７ 項１〜項４のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩を製造する方法であって、原料混合物を焼成する工程と、前記焼成物を酸洗浄する工程と、前記酸洗浄後に焼成する工程とを備えていることを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩の製造方法。
本発明のレピドクロサイト型チタン酸塩は、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができる。本発明の樹脂組成物は、硬化阻害を受けることなく、硬化させることができる。本発明の樹脂組成物は、優れた耐摩耗性を有している。本発明の製造方法によれば、上記本発明のレピドクロサイト型チタン酸塩を効率良く製造することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
本発明のチタン酸塩は、レピドクロサイト型チタン酸塩であり、ＴｉＯ６八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、その層間に金属イオンを有する結晶である。この層は本来電気的に中性であるが、４価のＴｉ席の一部を１価〜３価の金属イオンで置換されることで負に帯電している。これらを層間の金属イオンが補償する形になっている。
Ｔｉ席の一部を置換する金属イオンは、Ｔｉ４＋と同程度のイオン半径を有しているＬｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上であり、好ましくはＴｉ席の１０〜４０モル％が、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上であり、より好ましくはＴｉ席の１０〜３０モル％が、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上で置換されていることがよい。
また、Ｔｉ席の一部を置換する金属イオンは、好ましくはＬｉとＭｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの１種または２種以上であり、より好ましくはＬｉとＭｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの１種または２種以上で、かつ前記選ばれた金属イオンのうちＬｉが２０〜９９モル％であり、さらに好ましくはＬｉとＭｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの１種または２種以上で、かつ前記選ばれた金属イオンのうちＬｉが２０〜９０モル％である（以下、これらを総称して「Ｍ金属」と略記する）。
従来のチタン酸塩はＴｉ席の一部を１種の金属イオンで置換した結晶であるが、本発明のチタン酸塩は、Ｔｉ席の一部を２種以上の金属イオンで置換している。これにより、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができる。熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができる理由について、詳細は明らかではないが、層間のアルカリ金属イオンの溶出を防ぎ、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができるものと考えられる。
層間の金属イオンは、イオン半径が小さいＬｉを除くアルカリ金属であり、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓなどを例示することができ、好ましくはＫがよい（以下、これらを総称して「Ａ金属」と略記する）。また、結晶全体を電気的に中性できる量の金属イオンを層間に有していることが好ましい。
本発明のチタン酸塩は、球状、粒状、板状、柱状、ブロック状、不定形状、複数の凸部を有する形状（アメーバ形状）などの粉末状の非繊維状粒子である。これらの各種粒子形態および粒子サイズは、製造条件、特に原料組成、焼成条件、焼成処理後の粉砕処理条件などにより任意に制御することができる。
樹脂組成物に配合されるチタン酸塩の粉末は、上記各種の粒子形態を有するものを適宜使用することができる。粒子サイズは特に制限されないが、平均粒子径が１〜５０μｍであることが好ましく、１〜２０μｍであることがより好ましい。本発明において平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％の粒子径を意味する。
本発明のチタン酸塩は、例えば、組成式Ａ０．５〜０．７Ｌｉ０．２７−ｘＭｙＴｉ１．７３−ｚＯ３．８５〜３．９５［式中、Ａは、リチウムを除くアルカリ金属、Ｍは、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる１種または２種以上（但し、２種以上の場合は異なる価数のイオンの組み合わせは除く）、ｘとｚは、Ｍが２価金属のとき、ｘ＝２ｙ／３、ｚ＝ｙ／３、Ｍが３価金属のとき、ｘ＝ｙ／３、ｚ＝２ｙ／３、ｙは、０．００４≦ｙ≦０．４］などを例示することができ、そのなかでも組成式Ｋ０．５〜０．７Ｌｉ０．２７−２ｙ／３ＭｇｙＴｉ１．７３−ｙ／３Ｏ３．８５〜３．９５［式中、ｙは、０．００４≦ｙ≦０．２］、式Ｋ０．５〜０．７Ｌｉ０．２７−２ｙ／３ＣｕｙＴｉ１．７３−ｙ／３Ｏ３．８５〜３．９５［式中、ｙは、０．００４≦ｙ≦０．２］、式Ｋ０．５〜０．７Ｌｉ０．２7−ｙ／３ＦｅｙＴｉ１．７３−２ｙ／３Ｏ３．８５〜３．９５［式中、ｙは、０．００４≦ｙ≦０．４］などが好ましい。
本発明のチタン酸塩の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、酸化チタンまたは加熱により酸化チタンを生成する化合物、Ａ金属の酸化物または加熱によりＡ金属の酸化物を生成する化合物、Ｍ金属の酸化物または加熱によりＭ金属の酸化物を生成する化合物を原料とし、これらの原料を混合し、必要に応じて反応の均一化や結晶成長の目的でフラックスを添加し、得られた原料混合物を焼成（１次焼成）し、得られた１次焼成物を酸洗浄した後、さらに焼成（２次焼成）することにより得ることができる。原料の混合割合は、目的とするレピドクロサイト型チタン酸塩の組成式により適宜調整することができる。
加熱により酸化チタンを生成する化合物としては、低次酸化チタンや、酸化チタンの含水物、酸化チタンの水和物、水酸化チタンを使用できる。加熱によりＡ金属の酸化物を生成する化合物としては、Ａ金属の炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩などが使用できるが、これらのなかでも炭酸塩、水酸化物が好ましい。加熱によりＭ金属の酸化物を生成する化合物としては、Ｍ金属の炭酸塩、水酸化物、酸化物、硝酸塩、硫酸塩などが使用できるが、これらのなかでも酸化物、炭酸塩、水酸化物が好ましい。フラックスとしては、塩化カリウム、フッ化カリウム、モリブデン酸カリウム、タングステン酸カリウムなどを例示でき、これらのなかでも塩化カリウムが好ましい。フラックスの添加割合は、上記原料とのモル比（原料：フラックス）で、３：１〜３：１５ 、好ましくは３：３．５〜３：１０の割合とするのがよい。
１次焼成は、電気炉などを用いて行われ、原料混合物を８００〜１１００℃の温度範囲で、１〜２４時間保持することで焼成反応を完結することができる。
酸洗浄は、１次焼成物を適宜サイズに粉砕処理し、得られた粉砕物を水中に分散させて水性スラリーとし、水性スラリーに酸を添加して攪拌することにより行うことができる。水性スラリーの濃度は特に制限はなく、広い範囲から適宜選択できるが、作業性等を考慮すると、１〜３０質量％程度、好ましくは２〜２０質量％程度とすればよい。酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸、酢酸などの有機酸などを例示することができる。酸は必要に応じて２種以上を併用してもよい。水性スラリーに対する酸の添加量は、水性スラリーのｐＨ が７〜１１、好ましくは７〜９になる量とすればよい。なお、水性スラリーのｐＨの測定は、酸を添加し、１〜５時間程度攪拌した後に行う。酸は通常水溶液の形態で使用される。酸水溶液の濃度は特に制限はなく広い範囲から適宜選択できるが、通常１〜９８質量％程度とすればよい。水性スラリーのｐＨを上記所定範囲に調整した後、濾過、遠心分離などにより固形分を該スラリーから分離する。分離された固形分は、必要に応じて、水洗、乾燥することができる。
２次焼成は、電気炉などを用いて行われ、酸洗浄により得られた固形分を、４００〜７００℃ の温度範囲で、１〜２４時間保持することで焼成反応を完結することができる。２次焼成後、得られる粉体を所望のサイズに粉砕したり、篩に通してほぐしてもよい。 以上のようにして、本発明のチタン酸塩を得ることができる。
本発明の樹脂組成物は、前記チタン酸塩と熱硬化性樹脂とを含有していることを特徴とする。熱硬化性樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂のなかから任意のものを適宜選択して用いることができる。例えばフェノール樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ユリア樹脂などを挙げることができ、これらの１種を単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。このなかでもフェノール樹脂が好ましい。本発明のチタン酸塩は、分散性、熱硬化性樹脂との密着性向上などを目的として、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤などにより表面処理を常法に従って施されて使用されてもよい。樹脂組成物における本発明のチタン酸塩の含有量は、特に制限されるものではないが、樹脂組成物全体の３〜３０体積％であることが好ましい。
本発明の樹脂組成物は、耐摩耗性を必要とする製品に使用することができ、特に各種車両や産業機械のブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシングなどの摩擦材に好適に用いることができる。また、本発明の樹脂組成物は、自然環境への配慮の観点から銅粉末、銅繊維などの銅を含有しなくても優れた耐摩耗性を得ることができる。
本発明の樹脂組成物を摩擦材として用いる場合は、必要とする特性に応じて、公知の繊維基材、摩擦調整材などを適宜配合し、常温にて所定圧力で成形し、次いで所定温度にて熱成形し、熱処理及び仕上げ処理することにより摩擦材の成形体に仕上げることができる。
繊維基材としては、アラミド繊維、アクリル繊維などの有機繊維、スチール繊維、銅繊維などの金属繊維；ガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維、生分解性繊維、生体溶解性繊維、ワラストナイト繊維などの無機繊維；炭素繊維；などがあり、これらの１種を単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
摩擦調整材としては、加硫又は未加硫の天然又は合成ゴム、カシューダスト、レジンダストなどの有機粉末；黒鉛、カーボンブラック、二硫化モリブデン、三硫化アンチモン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、タルクなどの無機粉末；銅、アルミニウム、亜鉛、鉄などの金属粉末；アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、酸化クロム、二酸化モリブデン、ケイ酸ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの酸化物粉末；などがあり、これらの１種を単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
＜チタン酸塩の製造＞
チタン酸塩の粒子形状は電界放出型走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｓ−４８００）により確認し、結晶構造はＸ線回折測定装置（リガク社製、ＲＩＮＴ２０００−Ｕｌｔｉｍａ＋）により確認し、組成式はＩＣＰ−ＡＥＳ分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、ＳＰＳ５１００）により確認し、融点は示差熱熱重量同時測定装置（エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、ＥＸＳＴＡＲ６０００ ＴＧ／ＤＴＡ６３００）により測定し、平均粒子径をレーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所社製、ＳＡＬＤ−２１００）により測定した。
チタン酸塩の粒子形状は電界放出型走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｓ−４８００）により確認し、結晶構造はＸ線回折測定装置（リガク社製、ＲＩＮＴ２０００−Ｕｌｔｉｍａ＋）により確認し、組成式はＩＣＰ−ＡＥＳ分析装置（エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、ＳＰＳ５１００）により確認し、融点は示差熱熱重量同時測定装置（エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、ＥＸＳＴＡＲ６０００ ＴＧ／ＤＴＡ６３００）により測定し、平均粒子径をレーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所社製、ＳＡＬＤ−２１００）により測定した。
（実施例１）
酸化チタン５１６．７ｇ、炭酸カリウム２１４．６ｇ、炭酸リチウム１９．４ｇ、水酸化マグネシウム４５．３ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
酸化チタン５１６．７ｇ、炭酸カリウム２１４．６ｇ、炭酸リチウム１９．４ｇ、水酸化マグネシウム４５．３ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
得られた粉砕混合粉５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて９５０℃で４時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
得られた粉砕物２００ｇを脱イオン水８００ｇに分散し２時間攪拌することでスラリーを調製した。これに９８％硫酸５．２ｇを添加して２時間攪拌し、ｐＨを９に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて５００℃で１時間焼成した。
得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、Ｋ０．７Ｌｉ０．１３Ｍｇ０．２Ｔｉ１．６７Ｏ３．９５であることを確認した。また、融点は１２７０℃であり、平均粒子径３．３μｍであった。
図１および図２に得られた粉末のＸ線回折チャートを示した。図２は得られた粉末の（０４１）面に相当する部分の拡大図である。
（実施例２）
酸化チタン５０６．２ｇ、炭酸カリウム２１０．３ｇ、炭酸リチウム１９．０ｇ、酸化銅（ＩＩ）６０．５ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
酸化チタン５０６．２ｇ、炭酸カリウム２１０．３ｇ、炭酸リチウム１９．０ｇ、酸化銅（ＩＩ）６０．５ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
得られた粉砕混合粉５００ｇを、電気炉にて９００℃で４時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
得られた粉砕物２００ｇを脱イオン水８００ｇに分散し２時間攪拌することでスラリーを調製した。これに９８％硫酸５．２ｇを添加して２時間攪拌し、ｐＨを７に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて５００℃で１時間焼成した。
得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、Ｋ０．７Ｌｉ０．１３Ｃｕ０．２Ｔｉ１．６７Ｏ３．９５であることを確認した。また、融点は１１０３℃であり、平均粒子径６．２μｍであった。
（実施例３）
酸化チタン４４５．４ｇ、炭酸カリウム２１０．２ｇ、炭酸リチウム１９．０ｇ、酸化鉄（ＩＩＩ）１２１．５ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
酸化チタン４４５．４ｇ、炭酸カリウム２１０．２ｇ、炭酸リチウム１９．０ｇ、酸化鉄（ＩＩＩ）１２１．５ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
得られた粉砕混合粉５００ｇを、電気炉にて９５０℃で４時間、焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
得られた粉砕物２００ｇを脱イオン水８００ｇに分散し２時間攪拌することでスラリーを調製した。これに９８％硫酸５．２ｇを添加して２時間攪拌し、ｐＨを９に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて５００℃で１時間焼成した。
得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、Ｋ０．７Ｌｉ０．１３Ｆｅ０．４Ｔｉ１．４７Ｏ３．９５であることを確認した。また、融点は１１９３℃であり、平均粒子径２．７μｍであった。
（実施例４）
酸化チタン５３６．１ｇ、炭酸カリウム２１５．８ｇ、炭酸リチウム３５．０ｇ、水酸化マグネシウム９．１ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
酸化チタン５３６．１ｇ、炭酸カリウム２１５．８ｇ、炭酸リチウム３５．０ｇ、水酸化マグネシウム９．１ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
得られた粉砕混合粉５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて９００℃で４時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
得られた粉砕物２００ｇを脱イオン水８００ｇに分散し２時間攪拌することでスラリーを調製した。これに９８％硫酸５．２ｇを添加して２時間攪拌し、ｐＨを９に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて５００℃で１時間焼成した。
得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、Ｋ０．７Ｌｉ０．２４Ｍｇ０．０４Ｔｉ１．７２Ｏ３．９５であることを確認した。また、融点は１２００℃であり、平均粒子径２．８μｍであった。
（比較例１）
酸化チタン５４０．９ｇ、炭酸カリウム２１６．１ｇ、炭酸リチウム３９．０ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
酸化チタン５４０．９ｇ、炭酸カリウム２１６．１ｇ、炭酸リチウム３９．０ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
得られた粉砕混合粉５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて９００℃で４時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
得られた粉砕物２００ｇを脱イオン水８００ｇに分散し２時間攪拌することでスラリーを調製した。これに９８％硫酸５．２ｇを添加して２時間攪拌し、ｐＨを９に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて５００℃で１時間焼成した。
得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、Ｋ０．７Ｌｉ０．２７Ｔｉ１．７３Ｏ３．９５であることを確認した。また、融点は１１９２℃であり、平均粒子径２．４μｍであった。
図１および図２に得られた粉末のＸ線回折チャートを示した。図２は得られた粉末の（０４１）面に相当する部分の拡大図である。
（比較例２）
酸化チタン４９２．９ｇ、炭酸カリウム２１３．２ｇ、水酸化マグネシウム８９．９ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
酸化チタン４９２．９ｇ、炭酸カリウム２１３．２ｇ、水酸化マグネシウム８９．９ｇを振動ミルにて粉砕しながら、１時間混合した。
得られた粉砕混合粉５００ｇをルツボに充填し、電気炉にて１０００℃で４時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
得られた粉砕物２００ｇを脱イオン水８００ｇに分散し２時間攪拌することでスラリーを調製した。これに９８％硫酸５．２ｇを添加して２時間攪拌し、ｐＨを９に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて５００℃で１時間焼成した。
得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、Ｋ０．７Ｍｇ０．４Ｔｉ１．６Ｏ３．９５であることを確認した。また、融点は１２９５℃であり、平均粒子径３．５μｍであった。
図１および図２に得られた粉末のＸ線回折チャートを示した。図２は得られた粉末の（０４１）面に相当する部分の拡大図である。
＜硬化発熱ピーク温度の測定＞
（試験例１〜７）
表１に記載のチタン酸塩１５０ｍｇとフェノール樹脂（住友ベークライト社製、スミライトレジンＰＲ−５００６４）５０ｍｇをメノウ乳鉢で混合した。得られた混合粉体を、示差走査熱量計（エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、ＥＸＳＴＡＲ６０００ ＤＳＣ６２２０）を用い、窒素気流下（５０ｍｌ／ｍｉｎ）で、昇温温度２℃／ｍｉｎで測定を行った。示差走査熱量計のデータから、ＪＩＳ Ｋ６９１０−２００７の方法に準じて硬化発熱ピーク温度を算出した。結果を表１に示した。
（試験例１〜７）
表１に記載のチタン酸塩１５０ｍｇとフェノール樹脂（住友ベークライト社製、スミライトレジンＰＲ−５００６４）５０ｍｇをメノウ乳鉢で混合した。得られた混合粉体を、示差走査熱量計（エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、ＥＸＳＴＡＲ６０００ ＤＳＣ６２２０）を用い、窒素気流下（５０ｍｌ／ｍｉｎ）で、昇温温度２℃／ｍｉｎで測定を行った。示差走査熱量計のデータから、ＪＩＳ Ｋ６９１０−２００７の方法に準じて硬化発熱ピーク温度を算出した。結果を表１に示した。
表１の結果より、試験例１〜４は、試験例５〜６と比べ、硬化発熱ピーク温度が低いことから、本発明のチタン酸塩が熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制していることが分かる。また、試験例７から、比較例１と比較例２のチタン酸塩を混合するのみでは、本発明の効果が得られないことが分かる。
＜摩擦材の製造＞
（実施例５）
実施例１で得られたチタン酸塩１５質量部に、フェノール樹脂（住友ベークライト社製、スミライトレジンＰＲ−５００６４）１２質量部、アラミドパルプとフリクションダストの混合物８質量部、硫酸バリウム２８質量部、無機充填材２６質量部、黒鉛６質量部を配合し、レーディゲミキサーにて混合後、得られた混合物を仮成型（２５ＭＰａ）、熱成型（１５０℃，２０ＭＰａ）を行い、さらに熱処理（１６０〜２１０℃）を行い、ディスクブレーキ用パッドを製造した。ディスクブレーキ用パッドとは、ＪＩＳ Ｄ０１０７の図２０−１５２（番号１５２−４）に記載されている形状のものであり、ディスクブレーキシステムで使用される摩擦材である。
（実施例５）
実施例１で得られたチタン酸塩１５質量部に、フェノール樹脂（住友ベークライト社製、スミライトレジンＰＲ−５００６４）１２質量部、アラミドパルプとフリクションダストの混合物８質量部、硫酸バリウム２８質量部、無機充填材２６質量部、黒鉛６質量部を配合し、レーディゲミキサーにて混合後、得られた混合物を仮成型（２５ＭＰａ）、熱成型（１５０℃，２０ＭＰａ）を行い、さらに熱処理（１６０〜２１０℃）を行い、ディスクブレーキ用パッドを製造した。ディスクブレーキ用パッドとは、ＪＩＳ Ｄ０１０７の図２０−１５２（番号１５２−４）に記載されている形状のものであり、ディスクブレーキシステムで使用される摩擦材である。
（実施例６）
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、実施例２で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、実施例２で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
（実施例７）
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、実施例３で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、実施例３で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
（比較例３）
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、比較例１で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、比較例１で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
（比較例４）
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、比較例２で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
チタン酸塩を実施例１で得られたものに代えて、比較例２で得られたものを使用する以外は実施例５と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
＜摩擦材の評価＞
摩擦材の気孔率はＪＩＳ Ｄ４４１８に基づき測定した。摩擦材の摩耗量は、ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準拠し、ダイナモメーターにより測定した。摩擦後の摩擦材の外観は、実施例６より得られた摩擦材の摩擦面を基準に○とし、クラックの程度や白化した程度を比較し、状態の良いものから◎、○、×で表記した。結果を表２に示した。
摩擦材の気孔率はＪＩＳ Ｄ４４１８に基づき測定した。摩擦材の摩耗量は、ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準拠し、ダイナモメーターにより測定した。摩擦後の摩擦材の外観は、実施例６より得られた摩擦材の摩擦面を基準に○とし、クラックの程度や白化した程度を比較し、状態の良いものから◎、○、×で表記した。結果を表２に示した。
表２の結果より、従来のチタン酸塩を用いた比較例３および比較例４では、摩擦後の外観が悪くなっている。これに対し、本発明のチタン酸塩を用いた実施例５〜７では、摩耗量は同程度であるが、摩擦後の外観が改善されている。表１のように本発明のチタン酸塩を用いると熱硬化性樹脂の硬化阻害が抑制されるため、３次元架橋の度合い、マトリックス強度が向上し、摩擦後の摩擦材の外観が改善するものと考えられる。
Claims (7)
- ＴｉＯ６八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、Ｔｉ席の一部がＬｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上で置換され、層間にＬｉを除くアルカリ金属から選ばれる１種または２種以上の金属イオンを有することを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩。
- Ｔｉ席の１０〜４０モル％が、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる金属イオンの２種以上で置換されたことを特徴とする、請求項１に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
- 前記２種以上の金属イオンが、Ｌｉと、Ｌｉ以外の金属イオンであることを特徴とする、請求項２に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
- 組成式Ａ０．５〜０．７Ｌｉ０．２７−ｘＭｙＴｉ１．７３−ｚＯ３．８５〜３．９５［式中、Ａは、リチウムを除くアルカリ金属、Ｍは、Ｍｇ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｇａ，Ｍｎから選ばれる１種または２種以上（但し、２種以上の場合は異なる価数のイオンの組み合わせは除く）、ｘとｚは、Ｍが２価金属のとき、ｘ＝２ｙ／３、ｚ＝ｙ／３、Ｍが３価金属のとき、ｘ＝ｙ／３、ｚ＝２ｙ／３、ｙは、０．００４≦ｙ≦０．４］で表わされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
- 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩と、熱硬化性樹脂を含有していることを特徴とする樹脂組成物。
- 請求項５に記載の樹脂組成物を含有していることを特徴とする摩擦材。
- 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩を製造する方法であって、原料混合物を焼成する工程と、前記焼成物を酸洗浄する工程と、前記酸洗浄後に焼成する工程とを備えていることを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩の製造方法。
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