JP3219859B2

JP3219859B2 - チタン酸カリウムウィスカーおよびそれを含む複合材料

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Publication number: JP3219859B2
Application number: JP22253192A
Authority: JP
Inventors: 秀文原田; 幸嗣工道
Original assignee: Titan Kogyo KK
Current assignee: Titan Kogyo KK
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH0665000A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［従来技術］本発明は、補強材として有用
なチタン酸カリウムウィスカーおよび該ウィスカーによ
り強化された複合材料に係わり、詳細には特定結晶組成
を有するチタン酸カリウムウィスカーおよび熱可塑性樹
脂をマトリックスとして該ウィスカーを含む複合材料に
関する。

【０００２】強化材として、炭化ケイ素ウィスカー、窒
化ケイ素ウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカーお
よびチタン酸カリウムウィスカー等のウィスカーが知ら
れているが、汎用プラスチックスやエンジニアリングプ
ラスチックスの強化材として広く使用されているのはチ
タン酸カリウムウィスカーだけである。これは、チタン
酸カリウムウィスカー以外のウィスカーが余りにも高価
なためである。しかしながら、プラスチックスの強化材
として幅広く使用されている硝子繊維やワラストナイト
の価格に比べるとチタン酸カリウムウィスカーの価格は
高く、これが為にチタン酸カリウムウィスカーを含む複
合材料の用途は著しく限定されている。該複合材料の用
途を広げ、プラスチックスの強化材としてのチタン酸カ
リウムウィスカーの位置づけを更に向上させる為には、
より安価なチタン酸カリウムウィスカーを開発する必要
がある。

【０００３】チタン酸カリウムウィスカーには、層状構
造を有するものとトンネル構造を有するものとがあり、
補強材に適するのはトンネル構造を有するチタン酸カリ
ウムウィスカーとされ、トンネル構造チタン酸カリウム
ウィスカーは一般に層状構造チタン酸カリウムウィスカ
ーから変換する方法で合成されている（公開特許公報昭
５５ー３３７０号公報、昭６０ー１０４５２２号公報、
昭６３−３０４００号公報）。例えば、公開特許公報
昭６３ー３０４００号公報によれば、まず、層状構造チ
タン酸カリウムウィスカーを合成し、この後、該ウィス
カーのカリウムの一部を水中で除去した後に６００℃以
上の温度で加熱することで合成されている。尚、層状構
造を有するチタン酸カリウムウィスカーは吸湿性やカリ
ウムの溶出性が高い（藤木良規、”チタン酸カリウム繊
維の合成に関する研究”、無機材質研究所研究報告書第
３４号、ｐ．２８）。一般に熱可塑性樹脂は水分やアル
カリ成分を嫌う為、層状構造チタン酸カリウムウィスカ
ーを熱可塑性樹脂、特にエンジニアリングプラスチック
スの補強材として利用する試みは特になされなかった。

【０００４】［発明の解決しようとする課題］このよう
に従来のチタン酸カリウムウィスカーは高価な為、該ウ
ィスカーを充填したプラスチックスの価格も必然的に高
く設定せざるを得ず、この為極めて限定した用途でしか
使用されないとの問題点を有していた。そのため安価な
チタン酸カリウムウィスカーの開発が望まれていた。

【０００５】本発明は従来よりも安価なチタン酸カリウ
ムウィスカーおよびこれを含む高性能な複合材料を安価
に提供することを目的とする。

【０００６】［課題を解決するための手段］本発明者ら
は上記の課題を解決する為鋭意研究を行った結果、２θ
＝１０．３〜１０．７°付近（以下、「Ａ回折線」と称
す）および１１．１〜１１．５°付近（以下、「Ｂ回折
線」と称す）にＸ線回折線を有し、かつこれらの両回折
線の強度の比（Ｉ_A／Ｉ_B）が、０．０５〜０．３であ
り、且つ不純物としてのアルミニウムの含有量とニオブ
の含有量がＡｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル比）で０．６以上
であるチタン酸カリウムウィスカーを熱可塑性樹脂の補
強材として使用することが効果的であることを見出し、
本発明を完成させた。

【０００７】前記したように、従来の補強材用チタン酸
カリウムウィスカーはトンネル構造を有したものであ
り、層状構造チタン酸カリウムウィスカーを合成する工
程と該チタン酸カリウムウィスカーの構造をトンネル構
造に変換する工程の２度の高温での加熱処理工程を経て
製造されており、これが為にチタン酸カリウムウィスカ
ーの価格が高くなる。これに対し、本発明のチタン酸カ
リウムウィスカーは層状構造を有しており、トンネル構
造への変換工程を必要としないので、その分安価に製造
することが可能である。

【０００８】本発明のチタン酸カリウムウィスカーは、
層状構造を有してはいるものの、従来の層状構造チタン
酸カリウムウィスカーが持っていた補強材としての欠点
である、高い吸湿性とカリウムの溶出性を克服した強度
の高い補強材用の新しい層状構造チタン酸カリウムウィ
スカーである。

【０００９】本発明のチタン酸カリウムウィスカーは、
Ｋ₂Ｏ・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ組成を有する層状構造チタン
酸カリウムとＫ₂Ｏ・９ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ組成を有する層
状構造チタン酸カリウムウィスカーとの混合相ウィスカ
ーであり、２θ＝１０．３〜１０．７°（ＣｕＫα）付
近のＫ₂Ｏ・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏの主回折線と２θ＝１
１．１〜１１．５°（ＣｕＫα）付近のＫ₂Ｏ・９ＴiＯ
₂・ｎＨ₂Ｏの主回折線との強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）が、０．
０５〜０．３であり、且つ不純物としてのアルミニウム
の含有量とニオブの含有量がＡｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル
比）で０．６以上であることを特徴とする。

【００１０】本発明にかかるチタン酸カリウムウィスカ
ーは代表的には以下の方法で製造される。一般式Ｋ₂Ｏ
・ｎＴiＯ₂（但し、ｎ＝２．５〜４）で示される割合で
配合されたチタン原料化合物とカリウム原料化合物との
混合物を９００〜１１００℃で焼成して塊状のチタン酸
カリウムウィスカーを生成せしめ、次いで該塊状生成物
を水または温水中に浸漬してチタン酸カリウムウィスカ
ーを単一ウィスカーに分離した後、該スラリーの液温を
５０〜６０℃に昇温し、この後、該スラリーに強酸を添
加して該スラリーのｐＨを３０分以内の時間で６〜８に
調整後、濾過、洗浄した後、次いで２５０〜３５０℃で
乾燥すればよい。

【００１１】このチタン酸カリウムウィスカーの製造に
際し、チタン原料化合物としては、二酸化チタン、含水
酸化チタン、ルチル鉱石等を挙げることができ、カリウ
ム原料化合物としては焼成時にＫ₂Ｏを生じる化合物、
例えばＫ₂Ｏ、ＫＯＨ、Ｋ₂ＣＯ₃およびＫＮＯ₃等を挙げ
ることができる。原料化合物中に含まれるニオブはほぼ
全量がチタン酸カリウムウィスカーの結晶格子中に固溶
されるのに対し、原料化合物中のアルミニウムの一部は
カリウムと化合物を形成する為、その一部がチタン酸カ
リウムウィスカーの結晶格子中に固溶されるに止まるの
で、チタン原料化合物中に含まれるアルミニウムとニオ
ブの割合は少なくともＡｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル比）で
０．７以上であることが必要である。

【００１２】ニオブに対するアルミニウムの含有量がＡ
ｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル比）で０．７よりも小さい化合
物を原料として使用する場合には原料化合物にアルミニ
ウム化合物を添加してＡｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル比）で
０．７以上、１．２以下になるように調整すれば良い。
Ａｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル比）が１．２よりも多くなる
ように添加しても、合成されるチタン酸カリウムウィス
カーの特性向上につながらないのみならず、生成するア
ルミン酸カリウムの量が多くなる為に塊状ウィスカーを
単一ウィスカーに分離することが難しくなるので好まし
くない。尚、添加するアルミニウム化合物としては、硫
酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウ
ム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミン
酸塩等を挙げることができる。

【００１３】チタン原料化合物とカリウム原料化合物と
の混合割合は、一般式Ｋ₂Ｏ・ｎＴiＯ₂で示してｎが３
〜４の範囲である。即ち、ｎが２．５よりも小さいと目
的とする四チタン酸カリウムウィスカーが合成されがた
く、また、ｎが４よりも大きいと、初生相として四チタ
ン酸カリウムウィスカー中に六チタン酸カリウムウィス
カーが混在するので、塊状のウィスカーを単一ウィスカ
ーに分離することが困難である。

【００１４】焼成温度は、９００〜１１００℃の範囲が
好ましい。即ち、焼成温度が９００℃より低いと反応が
遅く、得られるチタン酸カリウムウィスカーの長さが短
くなりすぎ、単一ウィスカーへの分離が難しく、束状凝
結物の含有量が多くなる。また、焼成温度が１１００℃
よりも高い場合には塊状のウィスカーを単一ウィスカー
に分離し難くなるため束状凝結物の含有量が多くなり、
補強材として好ましくない。尚、焼成時間は０．５〜４
時間、好ましくは１〜２時間である。

【００１５】塊状焼成物を単一ウィスカーに分離する操
作は、焼成物を適量の水または温水中に投入して１〜５
時間浸漬後、高剪断力を有するミキサーで撹拌すること
によりなされる。該操作終了時のスラリーのｐＨはスラ
リー濃度により異なるが、通常１２〜１３程度であり、
ウィスカーは層状構造の四チタン酸カリウム水和物およ
び二チタン酸カリウム水和物として存在する。層間から
カリウムの一部を除去するため該スラリーに酸を添加す
る。この際に、Ｋ₂Ｏ・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ組成を有する
層状構造チタン酸カリウムとＫ₂Ｏ・９ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ
組成を有する層状構造チタン酸カリウムとの混合相ウィ
スカーを得る為には、該スラリーの温度、使用する酸の
種類、酸の添加量および添加速度等が重要である。すな
わち、該スラリーの温度は５０℃以上、好ましくは５０
〜７０℃であり、使用する酸としては、硫酸、塩酸、硝
酸等の強酸であること、これらの酸の添加量および添加
速度は、該スラリーのｐＨが８〜６になる量を３０分以
内の時間で添加することが本発明のウィスカーを得る為
に重要な要件である。

【００１６】Ｋ₂Ｏ・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ組成を有する層
状構造チタン酸カリウムは、スラリーのｐＨが９以上の
領域で安定な相であるが、この相をウィスカーの結晶体
内部に生成させ、ウィスカー表層部には、スラリーのｐ
Ｈが６〜９で安定なＫ₂Ｏ・９ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ組成を有
する層状構造チタン酸カリウムを生成させるために初生
相の四チタン酸カリウムウィスカーに前記のような条件
で組成変換処理を施す。組成変換処理を施した後、濾
過、洗浄するが、組成変換処理から濾過するまでの時間
は５時間以内であることが望ましい。即ち、この時間が
５時間より長くなるとウィスカー結晶体の内部に存在す
るＫ₂Ｏ・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ相の存在量が徐々に少なく
なるために吸湿性やカリウムの溶出性の高いウィスカー
に変化する。このような構造を有するチタン酸カリウム
ウィスカーの吸湿性やカリウムの溶出性が低下するの
は、Ｋ₂Ｏ・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏ相とＫ₂Ｏ・９ＴiＯ₂・
ｎＨ₂Ｏ相の層間距離の差に起因するものと推察される
が、詳細は不明である。

【００１７】濾過、洗浄後の乾燥温度は２５０〜３５０
℃である。乾燥温度が２５０℃よりも低いと層間に存在
する水の量が多いために補強材として好ましくなく、乾
燥温度を３５０℃より高くしても得られるチタン酸カリ
ウムウィスカーの物性には特に差はなく、製造コストの
点から好ましくない。特に、加熱温度が５００℃を越え
るとトンネル構造を有する六チタン酸カリウムと二酸化
チタンへの分解が始まるためウィスカーの強度が低下す
るとともに、この分解反応に伴って結晶構造中のカリウ
ム成分が結晶表面に析出するので遊離カリウム量が多く
なる。従って、５００℃以上の温度に加熱されたウィス
カーを熱可塑性樹脂の補強材に使用すると該遊離カリウ
ムが樹脂を分解するので好ましくない。

【００１８】尚、Ａ回折線およびＢ回折線は乾燥温度が
高くなるに連れ高角側へ移動する。これは、該両回折線
が層状構造の層間距離に対応しており、乾燥温度の上昇
に連れて層間水の脱水が進行する為である。

【００１９】チタン酸カリウムウィスカー中に含まれる
ニオブおよびアルミニウムの総量は特に規定するもので
はなく、両者のモル比が上記の範囲にあればよい。但
し、前述の説明から分かるように、両者の総量は原料中
に含まれるニオブの量に依存することになる。ちなみ
に、通常使用される原料中に含まれるニオブの量は多い
場合Ｎｂ₂Ｏ₅表示で０．６％であり、この場合にはニオ
ブとアルミニウムの総量は酸化物表示で０．９％程度と
なる。

【００２０】また、チタン酸カリウムウィスカー中に含
まれるニオブおよびアルミニウム以外の不純物の含有量
はできるだけ少ない方が好ましいが、酸化物換算量で１
％以下であれば特に問題はない。すなわち、これらの不
純物含有量が１％よりも多くなると、チタン酸カリウム
ウィスカー中に含まれるアルミニウムとニオブの割合が
Ａｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅（モル比）で０．６以上であって
も、チタン酸カリウムウィスカーの機械的強度が低下す
るのでチタン酸カリウムウィスカーによる強化効果が低
下する。特に原子価が４価以外の元素やＴｉ⁴⁺のイオン
半径と比較して１０％以上異なるイオン半径を有する元
素がチタン酸カリウムウィスカーの結晶構造中に固溶す
る場合にチタン酸カリウムウィスカーの機械的強度が低
下する割合が大きく好ましくない。

【００２１】また、チタン酸カリウムウィスカーの形状
は、平均長が５μｍ以上で且つ平均アスペクト比（平均
長／平均径）が１０以上であることが好ましい。

【００２２】本発明に使用される熱可塑性樹脂として
は、ポリプロピレン、ＡＢＳ、塩化ビニール等の汎用プ
ラスチックスや、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエ
チレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、
ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー等のエンジ
ニアリングプラスチックス、あるいはこれらのアロイ等
をいい、通常用いられる熱可塑性樹脂は何ら問題なく使
用される。

【００２３】チタン酸カリウムウィスカーとプラスチッ
クスとの配合割合は、チタン酸カリウムウィスカーが３
〜５０重量％である。すなわち、チタン酸カリウムウィ
スカーの配合割合が３重量％より小さい場合にはチタン
酸カリウムウィスカーによりプラスチックスを強化する
効果が非常に小さく、逆にチタン酸カリウムウィスカー
の配合割合が５０％を越える範囲においては、成形加工
性が悪くなるだけではなく、複合材料のコストが高くな
るので好ましくない。

【００２４】本発明にかかる複合材料の製造に際して
は、シランカップリング剤等の表面処理剤による処理を
施されているチタン酸カリウムウィスカーを使用する方
が分散性の点で好ましい。この表面処理されたチタン酸
カリウムウィスカーを使用する方法としては、予め表面
処理剤による処理が施されているものを利用する方法
と、チタン酸カリウムウィスカーとプラスチックスとを
混練する際に表面処理剤を添加する方法とがあるが、予
め表面処理剤による処理が施されたチタン酸カリウムウ
ィスカーを使用する方が、処理剤の効果がより大きい。

【００２５】本発明で使用できるシランカップリング剤
としては、例えば、γ−アミノプロピル・トリエトキシ
シラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピ
ル・トリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリン
グ剤、γ−グリシドキシプロピル・トリメトキシシラ
ン、β−（３，４エポキシシクロヘキシル）エチル・ト
リメトキシシラン等のエポキシ系シランカップリング
剤、ビニル・トリメトキシシラン、ビニル・トリエトキ
シシラン、ビニル・トリス（２−メトキシエトキシ）シ
ラン等のビニル系シランカップリング剤、γ−メルカプ
トプロピル・トリメトキシシラン等のメルカプト系シラ
ンカップリング剤およびγ−メタクリロキシプロピル・
トリメトキシシラン等のアクリル系シランカップリング
剤が使用できる。シランカップリング剤の添加量は、チ
タン酸カリウムウィスカーに対し、２．０重量％以下が
好ましい。即ち、表面処理剤の量がこの量を越えるとか
かる効果が既に飽和しているため、多く加える意味がな
い。

【００２６】本発明の複合材料には、複合材料本来の物
性に悪影響を与えない範囲で、その用途、目的に応じて
難燃剤、熱安定剤、滑剤等の各種添加剤の１種または２
種以上を添加することができる。また、所望の物性を付
加する目的で他の充填材を混合使用することができる。
本発明で使用するチタン酸カリウムウィスカーは従来の
市販ウィスカーよりも少ない添加量でプラスチックスの
強度を所望の強度まで向上させることができるだけでは
なく、従来のチタン酸カリウムウィスカー充填では達成
することができなかった高い機械的強度を持つ複合材料
を得ることができる。

【００２７】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明する。以下の実施例は単に例示の為に記すもので
あり、発明の範囲がこれらによって制限されるものでは
ない。

【００２８】実施例１ＴiＯ₂ ３０％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１２９％、Ａｌ₂Ｏ₃
０．０１７％を含むメタチタン酸スラリー４７００ｇ中
にＡｌ₂Ｏ₃として５０ｇ／リットルの硫酸アルミニウム
水溶液１８ｍｌを加えた後２０分間撹拌した。この後炭
酸カリウム粉末７３０ｇを添加混合した後、入口温度２
７０〜２８０℃、出口温度８０〜８５℃の条件で噴霧乾
燥した。次に、該粉末をアルミナ製ルツボに入れ、電気
炉中で昇温速度２００℃／時、焼成温度９４０℃、保持
時間１時間の条件で焼成した後、１５０℃／時の速度で
降温した。この焼成物は、以下で「実施例１で得られた
焼成物」と称される。

【００２９】焼成物をステンレス製容器中１２リットル
の温水に投入して４時間浸漬した後、３０００ｒｐｍで
撹拌を開始し、浴温度を６０℃に調整した。該スラリー
のｐＨは１２．７であった。５Ｎ−塩酸を滴下して該ス
ラリーのｐＨを７まで１５分で低下させた。更に撹拌を
３０分間続けた後、再度該スラリーのｐＨを７に調整し
た。次いで、濾過、洗浄し、３００℃で乾燥した。該チ
タン酸カリウムウィスカーをＸ線回折により同定したと
ころ、２θ＝１０．４°のＡ回折線と２θ＝１１．３°
のＢ回折線の強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）は０．１６であった。
Ｘ線回折図を第１図に示す。走査型電子顕微鏡により該
ウィスカーを観察したところ、平均的な長さは１３μｍ
であり、平均径は０．３μｍであった。また、ＢＥＴ法
により比表面積を測定したところ８．５ｍ²／ｇであっ
た。

【００３０】該チタン酸カリウムウィスカーを化学分析
により調べたところ、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．３５５％、Ａｌ₂Ｏ
₃ ０．０９２％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ０．００６％、ＭｇＯ０．
００８％、ＣａＯ０．０８５％、ＺｎＯ０．０１１
％、Ｐ₂Ｏ₅ ０．００８％、ＳiＯ₂ ０．００６％等の不
純物を含み、ＴiＯ₂／Ｋ₂Ｏ（モル比）は７．６であっ
た。

【００３１】また、粉末Ｘ線回折法により高純度ケイ素
粉末（９９．９％）を内部標準に用いて（６０５）格子
面間隔ｄを求めたところ、１．６７７０Åであった。

【００３２】該ウィスカーを相対湿度８０％の空気中に
１００時間放置した時の吸湿量を調べたところ０．７％
であった。吸湿後のウィスカーをＸ線回折により調べた
が、Ｘ線回折図には特に変化はなかった。また、１００
ミリリットルの純水中に該ウィスカー１０ｇを浸漬し１
０分後の上澄液のｐＨを測定したところ９．３であっ
た。

【００３３】実施例２チタン工業製アナターゼ型酸化チタン（ＫＶ−２００、
Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１５６％、Ａｌ₂Ｏ₃ ０．０７２％）１４
５０ｇと炭酸カリウム７４０ｇとを乾式混合した後、ア
ルミナ製ルツボに入れ、電気炉中で昇温速度１５０℃／
時、焼成温度９５０℃、保持時間１時間の条件で焼成し
た後、１５０℃／時の速度で降温した。

【００３４】焼成物を実施例１と同様な操作により処
理してチタン酸カリウムウィスカーを得た。該チタン酸
カリウムウィスカーをＸ線回折により同定したところ、
２θ＝１０．４°のＡ回折線と２θ＝１１．３°のＢ回
折線の強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）は０．１５であった。走査型
電子顕微鏡により該ウィスカーを観察したところ、平均
的な長さは１３μｍであり、平均径は０．３μｍであっ
た。また、ＢＥＴ法により比表面積を測定したところ
８．６ｍ²／ｇであった。

【００３５】該チタン酸カリウムウィスカーを化学分析
により調べたところ、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１３１％、Ａｌ₂Ｏ
₃ ０．０５５％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ０．００８％、ＭｇＯ０．
００８％、ＣａＯ０．１０１％、ＺｎＯ０．０１１
％、Ｐ₂Ｏ₅ ０．００８％、ＳiＯ₂ ０．００６％等の不
純物を含み、ＴiＯ₂／Ｋ₂Ｏ（モル比）は７．６であっ
た。

【００３６】また、粉末Ｘ線回折法により高純度ケイ素
粉末（９９．９％）を内部標準に用いて（６０５）格子
面間隔ｄを求めたところ、１．６７６９Åであった。

【００３７】該ウィスカーを相対湿度８０％の空気中に
１００時間放置した時の吸湿量を調べたところ０．７％
であった。吸湿後のウィスカーをＸ線回折により調べた
が、Ｘ線回折図には特に変化はなかった。また、１００
ミリリットルの純水中に該ウィスカー１０ｇを浸漬し１
０分後の上澄液のｐＨを測定したところ９．３であっ
た。比較例１ＴiＯ₂ ３０％、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．１２９％、Ａｌ₂Ｏ₃
０．０１７％を含むメタチタン酸スラリー４７００ｇ中
に炭酸カリウム粉末７３０ｇを添加混合した後、入口温
度２７０〜２８０℃、出口温度９０〜９５℃の条件で噴
霧乾燥した。次に、該粉末をアルミナ製ルツボに入れ、
電気炉中で昇温速度２００℃／時、焼成温度９５０℃、
保持時間１時間の条件で焼成下後、１５０℃／時の速度
で降温した。この焼成物は、以下で「比較例１で得られ
た焼成物」と称される。

【００３８】焼成物をステンレス製容器中１２リットル
の温水に投入して４時間浸漬した後、３０００ｒｐｍで
撹拌を開始し、浴温度を６０℃に調整した。該スラリー
のｐＨは１２．７であった。５Ｎ−塩酸を滴下して該ス
ラリーのｐＨを７まで１５分で低下させた。更に撹拌を
３０分間続けた後、再度該スラリーのｐＨを７に調整し
た。次いで、濾過、洗浄し、３００℃で乾燥した。該チ
タン酸カリウムウィスカーをＸ線回折により同定したと
ころ、２θ＝１０．４°のＡ回折線と２θ＝１１．３°
のＢ回折線の強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）は０．１６であった。
走査型電子顕微鏡により該ウィスカーを観察したとこ
ろ、平均的な長さは１４μｍであり、平均径は０．３μ
ｍであった。また、ＢＥＴ法により比表面積を測定した
ところ８．６ｍ²／ｇであった。

【００３９】該チタン酸カリウムウィスカーを化学分析
により調べたところ、Ｎｂ₂Ｏ₅ ０．３５５％、Ａｌ₂Ｏ
₃ ０．０４０％、Ｆｅ₂Ｏ₃ ０．００６％、ＭｇＯ０．
００８％、ＣａＯ０．０８５％、ＺｎＯ０．０１１
％、Ｐ₂Ｏ₅ ０．００８％、ＳiＯ₂ ０．００６％等の不
純物を含み、ＴiＯ₂／Ｋ₂Ｏ（モル比）は７．６であっ
た。

【００４０】また、粉末Ｘ線回折法により高純度ケイ素
粉末（９９．９％）を内部標準に用いて（６０５）格子
面間隔ｄを求めたところ、１．６７８１Åであり、実施
例１のチタン酸カリウムのそれよりも大きい値であっ
た。これは実施例１のチタン酸カリウムの結晶格子の
中にＴｉ³⁺よりもイオン半径の小さいＡｌ³⁺がＴｉ³⁺と
置換固溶した為と考えられる。

【００４１】該ウィスカーを相対湿度８０％の空気中に
１００時間放置した時の吸湿量を調べたところ０．７％
であった。吸湿後のウィスカーをＸ線回折により調べた
が、Ｘ線回折図には特に変化はなかった。また、１００
ミリリットルの純水中に該ウィスカー１０ｇを浸漬し１
０分後の上澄液のｐＨを測定したところ９．３であっ
た。

【００４２】比較例２比較例１の焼成物をステンレス製容器中１２リットル
の温水に投入して４時間浸漬した後、３０００ｒｐｍで
撹拌を開始し、浴温度を６０℃に調整した。該スラリー
のｐＨは１２．７であった。５Ｎ−塩酸を滴下して該ス
ラリーのｐＨを７まで６０分で低下させた。更に撹拌を
３０分間続けた後、再度該スラリーのｐＨを７に調整し
た。次いで、濾過、洗浄し、３００℃で乾燥した。

【００４３】該チタン酸カリウムウィスカーをＸ線回折
により同定したところ、２θ＝１０．４°付近のＫ₂Ｏ
・６ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏの回折線は観察されず、Ｋ₂Ｏ・９
ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏの単一相であった。Ｘ線回折図を第２
図に示す。走査型電子顕微鏡により該ウィスカーを観察
したところ、平均的な長さは１４μｍであり、平均径は
０．３μｍであった。また、ＢＥＴ法により比表面積を
測定したところ８．７ｍ²／ｇであった。

【００４４】該チタン酸カリウムウィスカーを化学分析
により調べたところ、該ウィスカーの組成はＴiＯ₂／Ｋ
₂Ｏ（モル比）で９．０であった。

【００４５】該ウィスカーを相対湿度８０％の空気中に
１００時間放置した時の吸湿量を調べたところ２．３％
であった。吸湿後のウィスカーをＸ線回折により調べた
が、Ｘ線回折図には特に変化はなかった。また、１００
ミリリットルの純水中に該ウィスカー１０ｇを浸漬し１
０分後の上澄液のｐＨを測定したところ９．９であっ
た。

【００４６】比較例３比較例１の焼成物をステンレス製容器中１２リットル
の温水に投入して４時間浸漬した後、３０００ｒｐｍで
撹拌を開始し、浴温度を６０℃に調整した。該スラリー
のｐＨは１２．８であった。５Ｎ−塩酸を滴下して該ス
ラリーのｐＨを９．５まで６０分で低下させた。更に撹
拌を３０分間続けた後、再度該スラリーのｐＨを９．５
に調整した。次いで、濾過、洗浄し、３００℃で乾燥し
た。

【００４７】該チタン酸カリウムウィスカーをＸ線回折
により同定したところ、２θ＝１１．３°付近のＫ₂Ｏ
・９ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏの回折線は観察されず、Ｋ₂Ｏ・６
ＴiＯ₂・ｎＨ₂Ｏの単一相であった。Ｘ線回折図を第３
図に示す。走査型電子顕微鏡により該ウィスカーを観察
したところ、平均的な長さは１４μｍであり、平均径は
０．３μｍであった。また、ＢＥＴ法により比表面積を
測定したところ８．７ｍ²／ｇであった。

【００４８】該チタン酸カリウムウィスカーを化学分析
により調べたところ、該ウィスカーの組成はＴiＯ₂／Ｋ
₂Ｏ（モル比）で６．０であった。

【００４９】該ウィスカーを相対湿度８０％の空気中に
１００時間放置した時の吸湿量を調べたところ１．９％
であった。吸湿後のウィスカーをＸ線回折により調べた
が、Ｘ線回折図には特に変化はなかった。また、１００
ミリリットルの純水中に該ウィスカー１０ｇを浸漬し１
０分後の上澄液のｐＨを測定したところ１０．９であっ
た。

【００５０】比較例４比較例２および３で得られたチタン酸カリウムウィス
カーを種々の割合で混合して、室温で相対湿度８０％の
空気中に１００時間放置した時の吸湿量、１００ミリリ
ットルの純水中に該ウィスカー１０ｇを浸漬し１０分後
の上澄液のｐＨを調べた。結果を第１表に示す。

【００５１】実施例３実施例１、２および比較例１〜３のチタン酸カリウ
ムウィスカー表面に０．７％のγ−グリシドキシプロピ
ル・トリメトキシシランを処理した試料２０重量部とポ
リアセタール樹脂（ポリプラスチックス製、商品名：ジ
ュラコンＭ９０）８０重量部とを、ナカタニ機械製２軸
押出機ＡＳ−３０により２２０℃で溶融、混練してペレ
ットとした。該ペレットを１１０℃で１０時間乾燥した
後、山城精機製作所製ＳＡＶ−３０−３０型射出成形機
により、シリンダー温度２１０℃、金型温度８０℃の条
件で射出成形し、引張強度および曲げ強度測定用試験片
を得た。強度測定結果を第２表に示す。

【００５２】比較例２および３のチタン酸カリウムウ
ィスカーとポリアセタール樹脂とを混練する際には、樹
脂の分解による刺激性のガスが多く発生するとともに、
得られた試験片は黄色を帯びていた。これに対し、実施
例１、２および比較例１のチタン酸カリウムウィス
カーとポリアセタール樹脂とを混練する際のガスの発生
量は、樹脂のみを同一温度で混練した時と特に差はな
く、また得られた試験片の色は白色であった。

【００５３】実施例４実施例１の焼成物をステンレス製容器中１２リットル
の温水に投入して４時間浸漬した後、３０００ｒｐｍで
撹拌を開始し、浴温度を６０℃に調整した。該スラリー
のｐＨは１２．７であった。５Ｎ−塩酸を滴下して該ス
ラリーのｐＨを６．５まで１０分で低下させた。更に撹
拌を３０分間続けた後、再度該スラリーのｐＨを６．５
に調整した。次いで、濾過、洗浄し、３００℃で乾燥し
た。

【００５４】該チタン酸カリウムウィスカーをＸ線回折
により同定したところ、２θ＝１０．４°のＡ回折線と
２θ＝１１．３°のＢ回折線の強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）は
０．１１であった。Ｘ線回折図を第４図に示す。走査型
電子顕微鏡により該ウィスカーを観察したところ、平均
的な長さは１４μｍであり、平均径は０．３μｍであっ
た。また、ＢＥＴ法により比表面積を測定したところ
８．５ｍ²／ｇであった。このウィスカーを化学分析に
より調べたところ純度および組成は実施例１と同じで
あった。

【００５５】比較例５比較例１の焼成物を実施例４と同様な条件で処理し
てチタン酸カリウムウィスカーを得た。

【００５６】該チタン酸カリウムウィスカーをＸ線回折
により同定したところ、２θ＝１０．４°のＡ回折線と
２θ＝１１．３°のＢ回折線の強度比（Ｉ_A／Ｉ_B）は
０．１１であった。Ｘ線回折図を第１図に示す。走査型
電子顕微鏡により該ウィスカーを観察したところ、平均
的な長さは１４μｍであり、平均径は０．３μｍであっ
た。また、ＢＥＴ法により比表面積を測定したところ
８．６ｍ²／ｇであった。このウィスカーを化学分析に
より調べたところ純度および組成は比較例１と同じで
あった。

【００５７】実施例５実施例４および比較例５のチタン酸カリウムウィス
カー表面に０．７％のγ−グリシドキシプロピル・トリ
メトキシシランを処理した試料２０重量部とポリブチレ
ンテレフタレート樹脂（ポリプラスチックス製、商品
名：ジュラネックス２０００）８０重量部とを、ナカタ
ニ機械製２軸押出機ＡＳ−３０により２５０℃で溶融、
混練してペレットとした。該ペレットを１００℃で１０
時間乾燥した後、山城精機製作所製ＳＡＶ−３０−３０
型射出成形機により、シリンダー温度２５０℃、金型温
度７０℃の条件で射出成形し、引張強度および曲げ強度
測定用試験片を得た。強度測定結果を第３表に示す。

【００５８】実施例６実施例４および比較例５のチタン酸カリウムウィス
カー表面に０．６％のγ−グリシドキシプロピル・トリ
メトキシシランを処理した試料２０重量部とナイロン樹
脂（宇部興産製、商品名：ＵＢＥナイロン２０２０Ｂ）
８０重量部とを、ナカタニ機械製２軸押出機ＡＳ−３０
により２８０℃で溶融、混練してペレットとした。該ペ
レットを１００℃で１０時間乾燥した後、山城精機製作
所製ＳＡＶ−３０−３０型射出成形機により、シリンダ
ー温度２８０℃、金型温度８０℃の条件で射出成形し、
引張強度および曲げ強度測定用試験片を得た。強度測定
結果を第４表に示す。

【００５９】実施例７実施例４および比較例５のチタン酸カリウムウィス
カー７重量部とポリプロピレン樹脂（宇部興産製、商品
名：ＵＢＥポリプロＪ７０９ＨＫ）９３重量部とを、ナ
カタニ機械製２軸押出機ＡＳ−３０により２８０℃で溶
融、混練してペレットとした。該ペレットを１００℃で
１０時間乾燥した後、山城精機製作所製ＳＡＶ−３０−
３０型射出成形機により、シリンダー温度２８０℃、金
型温度８０℃の条件で射出成形し、引張強度および曲げ
強度測定用試験片を得た。強度測定結果を第５表に示
す。

【００６０】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られたチタン酸カリウムウィスカ
ーのＸ線回折図である。

【図２】比較例２で得られたチタン酸カリウムウィスカ
ーのＸ線回折図である。

【図３】比較例３で得られたチタン酸カリウムウィスカ
ーのＸ線回折図である。

【図４】実施例１で得られたチタン酸カリウムウィスカ
ーのＸ線回折図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭55−67527（ＪＰ，Ａ) 特開平２−221460（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−51615（ＪＰ，Ａ) 特開平５−221798（ＪＰ，Ａ) 特開平１−301516（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−259627（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−260425（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−226896（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−260796（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−100100（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 C01G 23/00 C08K 7/08 C08L 101/00 ＣＡ（ＳＴＮ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｋ₂Ｏ・６ＴｉＯ₂・ｎＨ₂ＯとＫ₂Ｏ・９
ＴｉＯ₂・ｎＨ₂Ｏとを含み、２θ＝１０．３〜１０．７
°付近、および１１．１〜１１．５°付近にＸ線回折線
を有し、かつ前者の強度の後者の強度に対する比が０．
０５〜０．３であり、不純物としてのアルミニウム含有
量とニオブの含有量がＡｌ₂Ｏ₃／Ｎｂ₂Ｏ₅のモル比で
０．６以上、１．１以下である、層状構造チタン酸カリ
ウムウイスカー。
【請求項２】ウイスカー内部にＫ₂Ｏ・６ＴｉＯ₂・ｎ
Ｈ₂Ｏが、ウイスカーの外層にＫ₂Ｏ・９ＴｉＯ₂・ｎＨ₂
Ｏが主に存在する、請求項１に記載のチタン酸カリウム
ウイスカー。
【請求項３】熱可塑性樹脂と請求項１または２に記載
のチタン酸カリウムウイスカーとを含むことを特徴とす
る複合材料。