JP2885701B2 - アルミナ繊維の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オキシ塩化アルミ
ニウム等のアルミニウム塩とシリカゾルを主原料とする
アルミナ繊維の製造方法、特に空孔や亀裂のない高強度
のアルミナ繊維の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミナ繊維はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を
主成分とし、耐熱性に優れ、また高強度で高弾性率であ
ることから、高温用断熱材や、金属、セラミック、プラ
スチックの繊維強化材などとして利用されている。

【０００３】かかるアルミナ繊維には、主にアルミナか
らなり５重量％前後のシリカ（ＳｉＯ₂）を安定化成分
として含むものと、アルミナ：シリカの重量比が通常７
０：３０〜８０：２０であって、その鉱物組成としてム
ライトを含むか又はムライトを主組成とするものがある
が、その製法において大きく異なるところはない。

【０００４】即ち、アルミナ繊維の製造は、溶融温度が
高いため直接的に作ることは困難であり、一般的にはア
ルミナ源を含む粘稠な紡糸液を用いて繊維状の前駆体を
作製し、これを加熱焼成する方法により製造されてい
る。

【０００５】その製造方法の一つとして、各種類のアル
ミニウム塩、例えばオキシ塩化アルミニウムや乳酸アル
ミニウム等をアルミナ源とし、また粒成長を抑えるため
シリカゾルを添加して粘稠液を調整し、これをスピニン
グ法、ジェット紡糸、遠心力紡糸などの通常の紡糸方法
により紡糸し、得られた前駆体を８００℃以上の温度で
焼成して最終なアルミナ繊維を得る方法がある。

【０００６】また、このアルミナ繊維の製造方法におい
ては、粘稠液の曳糸性を改善して紡糸できるようにする
ため、粘稠液を調整する際に増粘剤を添加することが行
われている。増粘剤としては、例えば、ポリビニルアル
コール、ポリビニルピロリドン、デンプン等が通常使用
されている。しかし、これらの増粘剤を添加しても粘稠
液の曳糸性が十分ではなく、これを紡糸して繊維化する
と、直径が数十μｍから大きいもので数百μｍの太い部
分や球状の部分（いわゆるショット）が生成しやすいと
いう問題があった。

【０００７】これに対して、特開昭６３−８５１１５号
公報には、ポリエチレングリコールを添加した後ポリエ
チレンオキサイドを添加することにより、曳糸性を改善
する方法が提案されている。即ち、この方法では、増粘
剤であるポリエチレンオキサイドがシリカゾルのゲル化
を引き起こすため、その添加に先立って多量（ポリエチ
レンオキサイドの数倍）のポリエチレングリコールを添
加している。そのため、ポリエチレングリコールとポリ
エチレンオキサイドの添加量が多くなってコストが高く
なるうえ、製造されたアルミナ繊維には空孔や亀裂が発
生しやすく、従って強度的な信頼性にかける欠点があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、紡糸用の
粘稠液の増粘のためにポリエチレングリコールとポリエ
チレンオキサイドを使用する従来のアルミナ繊維の製造
方法では、ポリエチレングリコールとポリエチレンオキ
サイドを多量に添加する必要があるため、その操作性及
び経済性の点で問題があり、しかも得られたアルミナ繊
維に空孔や亀裂が発生しやすいという欠点があった。

【０００９】本発明は、この様な現状に鑑み、アルミニ
ウム塩とシリカゾルを主原料とし、増粘剤としてポリエ
チレングリコールとポリエチレンオキサイドを併用する
アルミナ繊維の製造方法において、これら増粘剤の添加
量を低減させると共に、空孔や亀裂がなく、高強度のア
ルミナ繊維を安価に製造する方法を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、主原料としてアルミニウム塩とシリカゾ
ル、及び増粘剤としてポリエチレングリコールとポリエ
チレンオキサイドを含む粘稠液を調整し、この粘稠液を
紡糸して得られた前駆体を加熱処理するアルミナ繊維の
製造方法において、ポリエチレンオキサイドの添加量に
対して０.１〜７.０重量％の尿素を主原料に添加混合し
た後、これにポリエチレングリコールとポリエチレンオ
キサイドを加えて粘稠液を調整することを特徴とするも
のである。

【００１１】

【発明の実施の形態】増粘剤としてポリエチレングリコ
ールとポリエチレンオキサイドを併用するアルミナ繊維
の製造方法において、最終的に得られるアルミナ繊維に
空孔や亀裂が発生する理由を検討した。その結果、ポリ
エチレングリコールとポリエチレンオキサイドを多量に
添加すると、これらが焼成過程で焼失する際にその抜け
跡を完全に埋めることができないため、繊維に空孔が残
ることが判明した。また、その焼失の際に発生する多量
のガスがアルミナ繊維を破壊し、亀裂を生じさせること
も分かった。

【００１２】そこで本発明者らは、紡糸用の粘稠液とし
て必要な粘度及び曳糸性を維持しながら、増粘剤である
ポリエチレングリコール及びポリエチレンオキサイドの
添加量を低減させる方法について研究を重ね、これら増
粘剤の添加前に尿素を添加することが有効であるとの知
見を得て、本発明に至ったものである。

【００１３】即ち、本発明においては、主原料としてア
ルミニウム塩とシリカゾルを含む粘稠液の調整に際し
て、まず尿素を添加した後、ポリエチレングリコールと
ポリエチレンオキサイドを添加するのであり、これによ
りポリエチレングリコールとポリエチレンオキサイドの
添加量を従来よりも低減させながら、紡糸に必要な粘度
と曳糸性を有する粘稠液を得ることができる。

【００１４】しかも、ポリエチレングリコールとポリエ
チレンオキサイドの添加量が少なくなるので、これらが
焼成過程で焼失する際にその抜け跡を完全に埋めること
が可能となり、得られるアルミナ繊維に空孔が残ること
がない。また、その焼失の際に発生するガスも少なく、
従ってアルミナ繊維に亀裂が発生することも防止でき
る。その結果、本発明においては、空孔や亀裂が存在せ
ず、従来よりも高強度なアルミナ繊維を得ることができ
る。

【００１５】尿素の添加量は、ポリエチレンオキサイド
に対して０.１〜７.０重量％の範囲が好ましい。尿素の
添加量がポリエチレンオキサイドに対して０.１重量％
未満の場合、粘稠液の粘性と曳糸性に対して効果がな
く、従って従来と同様に多量のポリエチレングリコール
とポリエチレンオキサイドを添加しなければならない。
また、尿素の添加量が７.０重量％を越えると、粘稠液
の粘度が大きくなり過ぎて繊維化が困難となるからであ
る。

【００１６】また、尿素を添加混合する際の温度は５０
〜７０℃の範囲に保持することが好ましい。この温度範
囲を外れると、尿素の添加による粘稠液の粘性と曳糸性
に対して向上効果が少なくなり、結果的にポリエチレン
グリコールとポリエチレンオキサイドの添加量をあまり
減らすことができなくなるからである。

【００１７】尚、尿素の添加により、ポリエチレングリ
コールとポリエチレンオキサイドの添加量を減らしなが
ら、紡糸に必要な粘度と曳糸性を備えた粘稠液が得られ
る理由は明らかではないが、尿素とポリエチレングリコ
ール及び／又はポリエチレンオキサイドとが反応し、錯
体を生成することによるものと推定される。

【００１８】また、本発明方法においても、ポリエチレ
ンオキサイドとシリカゾルのゲル化を防止するために
は、ポリエチレンオキサイドに対して重量で２.５倍以
上のポリエチレングリコールを添加する必要があるが、
尿素の添加によってポリエチレンオキサイドの添加量を
低減でき、これに伴ってポリエチレングリコールの添加
量も低減することができるのである。

【００１９】次に、本発明によるアルミナ繊維の製造方
法について具体的に説明する。アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）源
であるアルミニウム塩としては、オキシ塩化アルミニウ
ム等の塩基性アルミニウム塩のほか、乳酸アルミニウム
や硫酸アルミニウムのような他のアルミニウム塩を使用
することもできる。シリカ（ＳｉＯ₂）源としては、シ
リカゾルを使用する。高耐熱性の繊維を得るためには、
Ａｌ₂Ｏ₃：ＳｉＯ₂の重量比が９７：３〜８０：２０の
範囲であることが望ましい。

【００２０】これらのアルミニウム塩とシリカゾルを通
常のごとく５０〜７０℃程度の温度で混合し、この混合
液に尿素を添加して１０分間程度撹拌混合した後、ポリ
エチレングリコールとポリエチレンオキサイドをこの順
序に又は同時に添加し混合する。このようにして調整さ
れた粘稠液を、スピニング法による乾式紡糸などの通常
の紡糸法により繊維化し、得られた前駆体を乾燥した
後、加熱焼成することによって、耐熱性に優れ高強度の
アルミナ繊維を製造することができる。

【００２１】

【実施例】実施例１ オキシ塩化アルミニウム（多木化学(株)製、タキバイ
ン、Ａｌ₂Ｏ₃固形分２３.５重量％、塩基度８１％）３
０００ｇと、シリカゾル（日産化学(株)製、ＳＴ−Ｏ、
ＳｉＯ₂固形分２０重量％）１７６ｇとを混合し、次い
でこの混合液を５０℃で撹拌しながら尿素０.０８ｇを
添加し、更に５０℃で３０分間混合した。

【００２２】その後、ポリエチレングリコール（分子量
６０００）４０ｇとポリエチレンオキサイド（分子量３
０万）１４ｇを添加混合し、５０℃で６０分間濃縮し
て、粘度７００ｃｐ及び曳糸性５ｃｍの粘稠液を得た。
尚、曳糸性の測定方法は、断面積０.７８５ｃｍ²のＳＵ
Ｓ製測定棒の底部を液温３０℃の粘稠液の液面に接触さ
せた後、測定棒を引き上げ速度２.８ｃｍ／秒で引き上
げた際の曳糸長として測定した。

【００２３】この粘稠液を通常の遠心スピニング法で紡
糸し、得られた前駆体を２００℃で乾燥し、更に１２０
０℃で１時間の加熱焼成をおこなった。得られたアルミ
ナ繊維の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した
ところ、空孔や亀裂などは認められなかった。この実施
例１で得られたアルミナ繊維のＳＥＭ写真を図１に示し
た。このアルミナ繊維の引張強度は１４０ｋｇ／ｍｍ ²
であった。

【００２４】比較例１ 上記実施例１と同じオキシ塩化アルミニオウム３０００
ｇとシリカゾル１７６ｇを混合し、これに尿素を０.０
１ｇ添加して混合した。その後、この混合液にポリエチ
レングリコール（分子量６０００）８０ｇとポリエチレ
ンオキサイド（分子量３０万）２５ｇを更に添加混合
し、実施例１と同様に濃縮して、粘度６００ｃｐ及び曳
糸性４ｃｍの粘稠液を得た。

【００２５】この粘稠液を通常の遠心スピニング法で紡
糸し、得られた前駆体を実施例１の場合と同様に乾燥及
び加熱焼成した。得られたアルミナ繊維の断面をＳＥＭ
で観察したところ、空孔が確認でき、亀裂のような欠陥
も認められた。この比較例１で得られたアルミナ繊維の
ＳＥＭ写真を図２に示した。また、この比較例１のアル
ミナ繊維の引張強度は５０ｋｇ／ｍｍ ² に過ぎなかっ
た。

【００２６】実施例２ 実施例１と同じオキシ塩化アルミニウム３０００ｇとシ
リカゾル８８１ｇを混合し、次いで撹拌しながら尿素
０.１５ｇを添加して、５０℃で３０分間混合した。こ
の混合液にポリエチレングリコール（分子量６０００）
５０ｇとポリエチレンオキサイド（分子量３０万）１４
ｇを添加混合し、実施例１と同様に濃縮して、粘度８０
０ｃｐ及び曳糸性６ｃｍの粘稠液を得た。

【００２７】この粘稠液を通常の遠心スピニング法で紡
糸し、得られた前駆体を実施例１の場合と同様に乾燥及
び加熱焼成した。得られたアルミナ繊維の断面をＳＥＭ
で観察したところ、空孔や亀裂は認められなかった。こ
の実施例２で得られたアルミナ繊維の引張強度は１４０
ｋｇ／ｍｍ ² であった。

【００２８】比較例２ 上記実施例１と同じオキシ塩化アルミニオウム３０００
ｇとシリカゾル８８１ｇを混合し、これに尿素を１.０
ｇ添加して混合した。その後、この混合液にポリエチレ
ングリコール（分子量６０００）５０ｇとポリエチレン
オキサイド（分子量３０万）１４ｇを更に添加混合し、
実施例１と同様に濃縮することにより、粘度３０００ｃ
ｐの粘稠液が得られた。この粘稠液は、曳糸性が大き過
ぎて測定できず、また通常の遠心スピニング法で紡糸す
ることができなかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、増粘剤としてポリエチ
レングリコールとポリエチレンオキサイドを用いて紡糸
用の粘稠液を調整する際に、尿素の添加によりこれら増
粘剤の添加量を大幅に低減させることができる。従っ
て、これら増粘剤の添加量を少なくした粘稠液を紡糸す
ることにより、空孔及び亀裂のない高強度なアルミナ繊
維を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法により実施例１で得られた空孔や亀
裂のないアルミナ繊維の走査型電子顕微鏡写真（５００
倍）である。

【図２】比較例１で得られた空孔や亀裂を有するアルミ
ナ繊維の走査型電子顕微鏡写真（５００倍）である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主原料としてアルミニウム塩とシリカゾ
   ル、及び増粘剤としてポリエチレングリコールとポリエ
   チレンオキサイドを含む粘稠液を調整し、この粘稠液を
   紡糸して得られた前駆体を加熱処理するアルミナ繊維の
   製造方法において、ポリエチレンオキサイドの添加量に
   対して０.１〜７.０重量％の尿素を主原料に添加混合し
   た後、これにポリエチレングリコールとポリエチレンオ
   キサイドを加えて粘稠液を調整することを特徴とするア
   ルミナ繊維の製造方法。