JP2766525B2 - 繊維状塩基性硫酸マグネシウムの製造法 - Google Patents

繊維状塩基性硫酸マグネシウムの製造法

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    • C01F5/00Compounds of magnesium
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は繊維状塩基性硫酸マグネシウムの製造方法に
関する。
[従来の技術] 近時、新素材を応用した各種の複合材料や機能製品の
開発が盛んに行われている。就中、無機質短繊維はプラ
スチックや金属の強化材として多用されている。かかる
無機質短繊維の1つに塩基性硫酸マグネシウムがその有
する機能と工業的に安価に得らえるところから注目され
ている。
従来、繊維状の塩基性硫酸マグネシウムの製造方法と
しては、硫酸マグネシウム水溶液に水酸化マグネシウム
または酸化マグネシウムを分散させ、100〜300℃の温度
で水熱反応させる方法が知られている(特開昭56−1493
18号公報、特開平1−126218号公報)。これらの方法は
水熱反応を必須の要件とし、反応の遂行には圧力容器を
使用して実質的には加圧状態の170〜270℃で1〜30時間
の加熱を必要とするものであり、反応工程が非能率的で
あると共に生産規模の拡大が困難でコスト高になるとい
う欠点がある。
[発明が解決しようとする課題] 本発明者らは加圧反応容器の使用を必要としない能率
的な繊維状塩基性硫酸マグネシウムの製造方法につき、
種々研究を行った結果、特定性状の酸化マグネシウム粉
末と可溶性硫酸塩含有水溶液との反応によって得られる
繭状塩基性硫酸マグネシウムを中間原料とし、これに解
繊処理を施すことにより良質の繊維状塩基性硫酸マグネ
シウムが得られることを見出し、本発明を完成した。
[課題を解決するための手段] すなわち、本発明は見掛け比重0.7以上の酸化マグネ
シウム粉末を可溶性硫酸塩含有水溶液中に分散させてMg
Oとして15重量%以下のスラリーを調製し、次いで該ス
ラリーを加熱反応させて繭状塩基性硫酸マグネシウムを
生成せしめ、次いで該繭状生成物に強力剪断力を作用さ
せて解繊することを特徴とする繊維状塩基性硫酸マグネ
シウムの製造法に係る。
以下、本発明について詳述する。
本発明方法で使用する酸化マグネシウム粉末は粒径25
0μm以下、好ましくは100μm以下のものが適当であ
り、どのような化合物から生成したものでもよいが、そ
の見掛け比重が0.7以上であることが必要である。水酸
化マグネシウムや見掛け比重が0.7未満の酸化マグネシ
ウムを使用した場合には、可溶性硫酸塩含有水溶液との
反応が極めて不充分となるばかりでなく、良質の繭状塩
基性硫酸マグネシウム、従って上質の繊維状塩基性硫酸
マグネシウムが得られない。
なお、本発明方法における酸化マグネシウム粉末の見
掛け比重の値は下記の方法によって測定される。すなわ
ち、平均粒径100μm以下の酸化マグネシウム粉末の試
料を対象として、その50gを採取し、内径約26mmのメス
シリンダーに移し、3cmの高さから該メスシリンダーを3
00回落下させた後、酸化マグネシウム粉末の体積V(m
l)を目盛りで読み取り、次式により見掛け比重TDを算
出する。
また、酸化マグネシウム粉末中の不純物成分は塩基性
硫酸マグネシウムの結晶成長を阻害するので、MgOの純
度が95%以上なるべく高いことが好ましい。
現在、製鋼の耐火物として大量に用いられている高純
度マグネシアクリンカーの多くのものは上記要件を具備
しており、本発明方法の原料として好適である。
他方、可溶性硫酸塩としては硫酸マグネシウムまたは
硫酸アンモニウムが挙げられるが、特に硫酸マグネシウ
ムが好ましい。
反応は上記酸化マグネシウム粉末を可溶性硫酸塩含有
水溶液中にMgOとして15重量%以下、好ましくは10重量
%以下、更に好ましくは5重量%以下のスラリー濃度と
なるように分散させて良好な撹拌のもとに60℃以上の温
度に加熱して行う。
このスラリー濃度が15重量%を超えると、反応の進行
につれてスラリーの粘度が著しく増大し、撹拌が困難と
なって均質な繭状生成物が得られない。
加熱温度は多くの場合60〜100℃で充分であるが、所
望により加圧反応器中で100℃以上に加熱して反応を行
わせることも可能である。また、反応時間は少なくとも
0.5時間を要することがよく、多くの場合0.5〜40時間の
範囲、好ましくは3〜24時間である。
本発明方法で使用する可溶性硫酸塩含有水溶液は酸化
マグネシウム粉末MgO成分1モルに対して可溶性硫酸塩
を少なくとも0.2モル、好ましくは0.3〜2モルの割合で
含有するものが適当である。0.2モル未満では反応が不
充分となり、一方、2モルを超えても効果は特に変わら
ない。可溶性硫酸塩含有水溶液中には多少の他の塩類が
存在してもよく、必要に応じて各種の添加剤や界面活性
剤等を存在させることも可能である。
なお、酸化マグネシウム粉末を可溶性硫酸塩含有水溶
液中に分散させる手段としては、酸化マグネシウムの水
性スラリーに硫酸を添加して酸化マグネシウムの一部を
硫酸で溶解し、所定の量的関係となるようなスラリーを
調製する方法も含まれることはいうまでもない。
上記加熱操作により、酸化マグネシウム粉末は可溶性
硫酸塩との反応によって繭状塩基性硫酸マグネシウムに
転換する。
すなわち、繊維状結晶の塩基性硫酸マグネシウムが多
数集合して互いに絡み合って30〜500μmの大きさの均
一な個々のまたは数個の凝集した集合体を構成してお
り、電子顕微鏡下で観察すると恰も蚕の繭のような外観
を以て確認することができる。
粉体としての見掛け比重は、多くの場合、0.1〜0.5で
あり、比表面積は約5〜30m2/gの範囲である。
このような反応によって生成する繭状塩基性硫酸マグ
ネシウムスラリーはそのままあるいはその母液の全部ま
たは一部を水で置換した後、強力剪断力を作用させて繭
状生成物を解砕し、個々の塩基性硫酸マグネシウムの繊
維状結晶に解繊する。
強力剪断力を作用する解砕装置は例えば高速撹拌機、
コロイドミル、超音波装置、ホモジナイザー、衝撃式粉
砕機、ボールミル等が用いられる。
解繊後は必要に応じて未解繊部分や粗粒子の沈降分級
操作などを施した後、常法により固液分離、水洗及び乾
燥等の操作を加して、繊維状塩基性硫酸マグネシウムの
製品として仕上げる。
本発明は係る繊維状塩基性硫酸マグネシウムは5MgO・
MgSO4・8H2Oに近い化学組成を有し、多くの場合、直径
0.1〜5μm、長さ10〜300μm、アスペクト比10〜250
の短繊維状結晶粒子となっており、このものは各種の補
助用フィラーとして有用なものである。
[作用] 本発明に係る製法によれば、見掛け比重が0.7以上の
酸化マグネシウム粉末を可溶性硫酸塩含有水溶液中で加
熱処理することにより、常圧下で塩基性硫酸マグネシウ
ムに転換する。本発明に係る方法において、最初に得ら
れる塩基性硫酸マグネシウムは微細な繊維状の塩基性硫
酸マグネシウムの単結晶が互いに絡み合っていわゆる蚕
の繭のような球状体の構造をもつ。このような生成反応
の機構について詳細は不明であるが、恐らく酸化マグネ
シウム粒子を核として可溶性硫酸塩含有水溶液中で結晶
変態に伴う圧力により一種の湿式ホイスカーの生成がな
されることによるものと推定される。
次いで、前記繭状塩基性硫酸マグネシウムは強力剪断
力を作用させることにより解砕されてこれを構成する微
細な繊維状塩基性硫酸マグネシウムに解繊することがで
きる。
[実 施 例] 以下に実施例を挙げて本発明を更に説明する。
実施例1 水100に硫酸マグネシウム・7水塩12.1kgを溶解さ
せ、次いで見掛け比重1.75のマグネシアクリンカー粉末
2.0kgを分散させてスラリーを得た。このスラリーはMgO
として1.8重量%の酸化マグネシウム粉末を含むもので
あった。次に、該スラリーを約100℃で24時間反応させ
た。
反応終了後、固形分を母液から分離し、水洗し、微細
繊維の集合体である約200μmの均一粒子からなる繭状
塩基性硫酸マグネシウムを得た。
得られた繭状塩基性硫酸マグネシウムの電子顕微鏡写
真を第1図に示す。
この生成物を水60中に分散させホモジナイザーで5
分間、強力剪断処理を施した後、沈降分離によって未解
砕の繭状粒子及び未反応粗粒子を分級除去し、解繊され
た繊維状塩基性硫酸マグネシウムを過により回収し、
常法により乾燥及び粉砕した。
得られた繊維状塩基性硫酸マグネシウムは直径0.2〜
0.5μm、長さ10〜30μm、アスペクト比20〜150の繊維
状粒子からなる嵩高の粉体であり、見掛け比重0.1、BET
法による比表面積12.0m2/gであった。
得られた繊維状塩基性硫酸マグネシウムの電子顕微鏡
写真を第2図に示す。
実施例2 マグネシアクリンカーの代わりに水酸化マグネシウム
を焼成して得られた見掛け比重1.38の酸化マグネシウム
粉末を使用する他は実施例1と同様にして反応させた結
果約100μmの均一粒子からなる繭状塩基性硫酸マグネ
シウムを得た。
この生成物を水80中に分散させホモジナイザーで10
分間強力剪断処理を施した後、沈降分離によって未解砕
の繭状粒子及び未反応粗粒子を分級除去し、解繊された
繊維状塩基性硫酸マグネシウムを過により回収し、常
法により乾燥及び粉砕した。
得られた繊維状塩基性硫酸マグネシウムは直径0.2〜
0.3μm、長さ10〜30μm、アスペクト比33〜150の繊維
状粒子からなる嵩高の粉体であり、見掛け比重0.09、BE
T法による比表面積14.0m2/gであった。
実施例3 水100に硫酸アンモニウム22.2kgを溶解させ、次い
で見掛け比重1.75のマグネシアクリンカー粉末13.7kgを
分散させてスラリーを得た。このスラリーはMgOとして1
0.1重量%の酸化マグネシウム粉末を含むものであっ
た。次に、該スラリーを100℃で24時間反応させた。
反応終了後、固形分を母液から分離し、水洗し、微細
繊維の集合体である約200μmの均一粒子からなる繭状
塩基性硫酸マグネシウムを得た。
この生成物を100中に分散させホモジナイザーで10
分間、強力剪断処理を施した後、沈降分離によって未解
砕の繭状粒子及び未反応粗粒子を分級除去し、解繊され
た繊維状塩基性硫酸マグネシウムを過により回収し、
常法により乾燥及び粉砕した。
得られた繊維状塩基性硫酸マグネシウムは直径0.2〜
0.3μm、長さ5〜20μm、アスペクト比17〜100の繊維
状粒子からなる嵩高の粉体であり、見掛け比重0.14、BE
T法による比表面積14.0m2/gであった。
実施例4 水50に硫酸マグネシウム・7水塩12.1kgを溶解さ
せ、見掛け比重1.75のマグネシアクリンカー粉末2.0kg
を分散させてスラリーを得た。このスラリーはMgOとし
て3.1重量%の酸化マグネシウム粉末含むものであっ
た。次に、該スラリーを圧力容器中180℃で5時間反応
させた。反応終了後、固形分を母液から分離し、水洗
し、微細繊維の集合体である約400μmの均一粒子から
なる繭状塩基性硫酸マグネシウムを得た。得られた繭状
塩基性硫酸マグネシウムの電子顕微鏡写真を第3図に示
す。
この生成物を水60中に分散させホモジナイザーで5
分間、強力剪断処理を施した後、沈降分離によって未解
砕の繭状粒子及び未反応粗粒子を分級除去し、解繊され
た繊維状塩基性硫酸マグネシウムを過により回収し、
常法により乾燥及び粉砕した。
得られた繊維状塩基性硫酸マグネシウムは直径0.2〜
0.4μm、長さ10〜40μm、アスペクト比25〜200の繊維
状粒子からなる嵩高の粉体であり、見掛け比重0.09、BE
T法による比表面積8.0m2/gであった。得られた繊維状塩
基性硫酸マグネシウムの電子顕微鏡写真を第4図に示
す。
[発明の効果] 本発明方法によれば、加圧反応容器せずとも能率的な
繊維状塩基性硫酸マグネシウムの製造方法を提供するこ
とができる。
係る繊維状塩基性硫酸マグネシウムは樹脂用添加剤、
充填剤、難燃剤、断熱材あるいは他の繊維状マグネシウ
ム塩類の製造原料、その他の用途に利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1で得られた繭状塩基性硫酸マグネシウ
ムの電子顕微鏡写真であり、第2図は実施例1で得られ
た繊維状塩基性硫酸マグネシウムの電子顕微鏡写真であ
り、第3図は実施例4で得られた繭状塩基性硫酸マグネ
シウムの電子顕微鏡写真であり、第4図は実施例4で得
られた繊維状塩基性硫酸マグネシウムの電子顕微鏡写真
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01F 5/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】見掛け比重0.7以上の酸化マグネシウム粉
    末を可溶性硫酸塩含有水溶液中に分散させてMgOとして1
    5重量%以下のスラリーを調製し、次いで該スラリーを
    加熱反応させて繭状塩基性硫酸マグネシウムを生成せし
    め、次いで該繭状生成物に強力剪断力を作用させて解繊
    することを特徴とする繊維状塩基性硫酸マグネシウムの
    製造法。
  2. 【請求項2】加熱反応は常圧下60℃以上で反応系の沸点
    以下の温度にて行う請求項1記載の繊維状塩基性硫酸マ
    グネシウムの製造法。
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