JP3229350B2 - Alkali titanate crystal, production method thereof and composite material thereof - Google Patents
Alkali titanate crystal, production method thereof and composite material thereofInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ニューセラミックス材
料として新規な組成を有するチタン酸アルカリ結晶、そ
の製造方法及びこれを用いた複合材料に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alkali titanate crystal having a novel composition as a new ceramic material, a method for producing the same, and a composite material using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】K2 O・nTiO2 で示されるチタン酸
カリウム化合物の中で、n=2,4,6,8のウイスカ
ーなどの結晶が知られているが、nがそれ以外の安定し
た結晶についての報告は従来全く見当たらない。Mar
chandらは文献(Mater.Res.Bul
l.,15,1129(1980))において、K2 O
・8TiO2 の組成からK2 Oリッチ側の組成にずれた
場合、K2 O・4TiO2 とK2 O・8TiO2 の連晶
(Intergrowth)が生成すると報告してい
る。Among the Related Art K 2 O · nTiO potassium titanate compounds represented by 2, the crystal such as whiskers of n = 2, 4, 6, 8 are known, n is stable otherwise No report has ever been found on crystals. Mar
Chand et al. (Material. Res. Bul)
l. , In 15,1129 (1980)), K 2 O
If the offset-the composition of 8TiO 2 the composition of K 2 O rich side, have reported that K 2 O · 4TiO 2 and K 2 O · 8TiO 2 intergrowth (intergrowth) is produced.
【0003】またM2 O・nTiO2 (Mはアルカリ金
属)で表わされるチタン酸アルカリ結晶については、表
1に掲げたように、n=2,3,4,6,8で示す表1
中の〇印で示したものについてそれぞれ報告がある。As shown in Table 1, with respect to alkali titanate crystals represented by M 2 O · nTiO 2 (M is an alkali metal), Table 1 shown by n = 2, 3, 4, 6, 8
There are reports for each of the items marked with a 〇.
【0004】[0004]
【表1】 [Table 1]
【0005】Na2 O・7TiO2 についてはA.D.
Wadsleyら文献(ActaCryst.,B2
4,392(1968))に報告があるが、Na2 O・
6TiO2 とNa2 O・8TiO2 の連晶(Inter
growth)としている。いずれにしても、M2 O・
nTiO2 (Mはアルカリ金属,7.0≦n≦7.8)
としての純然な結晶の報告はない。For Na 2 O.7TiO 2 , A.I. D.
Wadsley et al., ActaCryst., B2
4,392 (1968)), but Na 2 O.
Intergrowth of 6TiO 2 and Na 2 O · 8TiO 2 (Inter
(growth). In any case, M 2 O
nTiO 2 (M is an alkali metal, 7.0 ≦ n ≦ 7.8)
There is no report of pure crystals as.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、これらの
従来知られているチタン酸アルカリ結晶とは異なり、M
2 O・8TiO2 (Mはアルカリ金属)の組成から、M
2 Oリッチ側及びM2 O・6TiO2 からTiO2 リッ
チ側に組成がずれた範囲、すなわち、M2 O・nTiO
2 (7.0≦n≦7.8)の範囲において安定的な結晶
が存在することを見出した。そしてこのような結晶は従
来のM2 O・nTiO2 (n=2,4,6,8)で表わ
されるチタン酸アルカリ結晶とは別異の安定な単一結晶
であって、これら従来のチタン酸アルカリ結晶とは異な
る特性を有することを確認した。形状としては、使用目
的により有用な繊維状板状または不定形等の形状を呈す
るものである。すなわち、上記新規な組成の結晶は、プ
ラスチックや金属等の補強用フィラー、誘電材料等とし
て従来のチタン酸アルカリ結晶とは区別されるものであ
る。本発明はこのような新規な組成を有する結晶を提供
することを目的とするものである。The inventor of the present invention differs from these conventionally known alkali titanate crystals in that M
From the composition of 2 O · 8TiO 2 (M is an alkali metal), M
2 O rich side and M 2 O · 6TiO 2 from a range in which the composition TiO 2 rich side shifted, i.e., M 2 O · nTiO
2 It was found that stable crystals exist in the range of (7.0 ≦ n ≦ 7.8). Such a crystal is a stable single crystal different from the conventional alkali titanate crystal represented by M 2 O · nTiO 2 (n = 2, 4, 6, 8). It was confirmed that it had characteristics different from those of acid-alkali crystals. As the shape, a shape such as a fibrous plate shape or an amorphous shape that is more useful depending on the purpose of use is presented. That is, the crystal having the novel composition is distinguished from the conventional alkali titanate crystal as a reinforcing filler such as plastic or metal, a dielectric material, and the like. An object of the present invention is to provide a crystal having such a novel composition.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、M2 O・nT
iO2 (但し、Mはアルカリ金属、7.2≦n≦7.
8)の組成で表わされる新規なチタン酸アルカリ結晶で
ある。本発明において、アルカリ金属としては、Li,
Na,K,Rb,Csから選ばれた1種以上を用いるこ
とができる。また、このチタン酸アルカリ結晶のアルカ
リサイトを、20モル%以下のアルカリ土類金属で置換
したものも同じ結晶構造を維持することが判明した。本
発明は、アルカリ金属の一部をアルカリ土類金属で置換
した((1−m)M2 O・m(LO))・nTiO2
(但し、Lはアルカリ土類金属、Mはアルカリ金属、0
<m≦0.2、7.0≦n≦7.8)の組成で表わされ
る新規なチタン酸アルカリ結晶も提供する。これらの材
料は、プラスチックや金属等の補強用フィラー、誘電材
料、触媒、イオン導電材等として有利な繊維状、板状不
定形等の形状で利用できる。また、TiO2 のモル比n
が7.0〜7.8の特有の組成を示し、かつ特有の結晶
構造を有するものである。本発明はさらに、これらのチ
タン酸アルカリ結晶を熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、塗
料、無機質材料等に含有させたすぐれた特性を示す複合
材料をも提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing M 2 O · nT.
iO 2 (where M is an alkali metal, 7.2 ≦ n ≦ 7.
It is a novel alkali titanate crystal represented by the composition of 8). In the present invention, as the alkali metal, Li,
One or more selected from Na, K, Rb, and Cs can be used. It was also found that the alkali site of the alkali titanate crystal was replaced with 20 mol% or less of an alkaline earth metal to maintain the same crystal structure. In the present invention, ((1-m) M 2 O · m (LO)) · nTiO 2 in which a part of an alkali metal is substituted with an alkaline earth metal.
(However, L is an alkaline earth metal, M is an alkali metal, 0
The present invention also provides a novel alkali titanate crystal represented by the composition of <m ≦ 0.2, 7.0 ≦ n ≦ 7.8). These materials can be used in the form of fibrous or plate-like irregular shapes that are advantageous as reinforcing fillers such as plastics and metals, dielectric materials, catalysts, ionic conductive materials, and the like. Also, the molar ratio of TiO 2 n
Shows a specific composition of 7.0 to 7.8 and has a specific crystal structure. The present invention further provides a composite material exhibiting excellent properties in which these alkali titanate crystals are contained in a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a paint, an inorganic material, or the like.
【0008】本発明の新規な結晶の製造方法は次のとお
りである。The method for producing a novel crystal of the present invention is as follows.
【0009】第1の製造方法の1例を図7に示した。繊
維状板状または不定形等の層状構造チタン酸アルカリを
出発物質とする。例えばK2 O・2TiO2 ,K2 O・
4TiO2 ,Na2 O・3TiO2 等の層状構造チタン
酸アルカリのスラリー中に目標結晶組成を得るための相
当量の酸(硝酸、塩酸、硫酸等)を加え、余分のアルカ
リを溶出させて、例えばK2 O・nTiO2 ・xH2 O
(但し、7.2≦n≦7.8)のような目的組成物を
得、得られた目的組成物を300〜900℃で加熱脱水
処理し、本発明の結晶を得る。アルカリ土類金属を導入
する場合は、上記スラリー中に所定量の可溶性のアルカ
リ土類塩水溶液、例えばCaイオンを含む水溶液を添加
することによって同じ工程により達成することができ
る。また、出発物質に含まれない異種のアルカリ金属を
導入する場合も同様の操作でによって導入することがで
きる。FIG. 7 shows an example of the first manufacturing method. The starting material is an alkali titanate having a layered structure such as a fibrous plate or amorphous shape. For example, K 2 O.2TiO 2 , K 2 O.
A considerable amount of an acid (nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, etc.) for obtaining a target crystal composition is added to a slurry of a layered structure alkali titanate such as 4TiO 2 , Na 2 O.3TiO 2 to elute excess alkali, For example, K 2 O.nTiO 2 .xH 2 O
(However, 7.2 ≦ n ≦ 7.8) is obtained, and the obtained target composition is heated and dehydrated at 300 to 900 ° C. to obtain the crystal of the present invention. When the alkaline earth metal is introduced, the same step can be achieved by adding a predetermined amount of an aqueous solution of a soluble alkaline earth salt, for example, an aqueous solution containing Ca ions to the slurry. Further, when a different kind of alkali metal not contained in the starting material is introduced, it can be introduced by the same operation.
【0010】第2の製造方法を図8に示した。上記第1
の製造方法と同様に、層状構造チタン酸アルカリを合成
し、そのスラリーに相当量の酸を加え、ほとんどのアル
カリを溶出せしめた層状構造含水酸化チタンを得、これ
に所定量のアルカリを加えてイオン交換させ、脱水する
ことによって、例えばK2 O・nTiO2 (但し、7.
2≦n≦7.8)のような目的組成物を得、以上のよう
にして得られた目的組成物を300〜900℃で焼成
し、本発明の結晶を得る。アルカリ土類金属を導入する
場合は、イオン交換する工程において、アルカリ土類金
属を含む水溶液とアルカリ金属水溶液との混合水溶液を
用いてイオン交換すればアルカリ土類金属とアルカリ金
属の複合組成の結晶を得ることができる。FIG. 8 shows a second manufacturing method. The first
In the same manner as in the production method, a layered structure alkali titanate is synthesized, a considerable amount of acid is added to the slurry, and a layered structure hydrous titanium oxide in which most alkalis are eluted is obtained, and a predetermined amount of alkali is added thereto. For example, K 2 O.nTiO 2 (7.
2 ≦ n ≦ 7.8) is obtained, and the target composition obtained as described above is fired at 300 to 900 ° C. to obtain the crystal of the present invention. In the case of introducing an alkaline earth metal, in the step of ion exchange, if the ion exchange is performed using a mixed aqueous solution of an aqueous solution containing an alkaline earth metal and an aqueous alkali metal solution, a crystal having a composite composition of an alkaline earth metal and an alkali metal is obtained. Can be obtained.
【0011】[0011]
【作用】M2 O・nTiO2 (但し、7.2≦n≦7.
8)の組成で表わされる本発明の結晶の格子定数を測定
したところ、単斜晶系としてa,b,c,βを決定する
ことができた。また、粉末X線回折データを満足に指数
付けすることもでき、従って、結晶構造は単一相として
形成されているこが判った。また、本発明の結晶の特性
は、比誘電率がK2 O・6TiO2 、K2 O・8TiO
2 と比べ著しく高い。また、プラスチックの補強材とし
て利用した場合、優れた補強効果が認められた。これら
の理由は明らかでないが、特異な結晶構造を反映してい
るものと推測される。[Function] M 2 O.nTiO 2 (However, 7.2 ≦ n ≦ 7.
When the lattice constant of the crystal of the present invention represented by the composition 8) was measured, a, b, c, and β could be determined as a monoclinic system. Also, the powder X-ray diffraction data could be satisfactorily indexed, indicating that the crystal structure was formed as a single phase. The crystal of the present invention has a relative dielectric constant of K 2 O.6TiO 2 or K 2 O.8TiO 2 .
Significantly higher than 2 . When used as a plastic reinforcing material, an excellent reinforcing effect was observed. The reasons for these are not clear, but are presumed to reflect a unique crystal structure.
【0012】結晶の形状は、出発物質とする繊維状板状
又は不定形等に合成された層状構造チタン酸アルカリの
形状のまま誘導される。例えば、繊維状K2 O・4Ti
O2を出発物質とすることにより、繊維状のK2 O・n
TiO2 (但し、7.2≦n≦7.8)の結晶を得るこ
とができる。The shape of the crystal is derived in the form of a layered alkali metal titanate synthesized into a fibrous plate or amorphous shape as a starting material. For example, fibrous K 2 O · 4Ti
By using O 2 as a starting material, fibrous K 2 O · n
Crystals of TiO 2 (where 7.2 ≦ n ≦ 7.8) can be obtained.
【0013】次に、このような新規な結晶の製造方法
は、出発物質として利用する層状構造チタン酸アルカリ
のイオン交換、インターカレーション(挿入)、ディイ
ンターカレーション(抽出)といったホスト・ゲスト反
応の特性に注目し、本発明に到達した。すなわち、先行
して層状構造チタン酸アルカリを合成し、これから誘導
すること、目的組成を得るために水溶液中に相当量の鉱
酸又は有機酸を添加すること、及び得られた目的組成物
を加熱処理することから成る工程を技術的特徴とするも
のである。さらに、水溶液中のイオン交換によりアルカ
リ、アルカリ土類金属を導入し、加熱処理することによ
り同一の構造をもつ安定な結晶を製造することができる
ことである。加熱処理の役割は、層間を占有する結晶水
の脱水及び層状構造からの構造変換である。[0013] Next, such a novel crystal production method is based on a host-guest reaction such as ion exchange, intercalation (insertion), and deintercalation (extraction) of a layered structure alkali titanate used as a starting material. Focusing on the characteristics of the present invention, the present invention has been achieved. That is, the layered structure alkali titanate is synthesized in advance, derived therefrom, a considerable amount of a mineral acid or an organic acid is added to an aqueous solution to obtain a target composition, and the obtained target composition is heated. The technical feature is a process consisting of processing. Furthermore, a stable crystal having the same structure can be produced by introducing an alkali or alkaline earth metal by ion exchange in an aqueous solution and performing heat treatment. The role of the heat treatment is to dehydrate the crystal water occupying the interlayer and to convert the structure from the layered structure.
【0014】[0014]
【実施例】〔実施例A〕 以下の工程により本発明のチタン酸アルカリ結晶を製造
し、その特性の測定を行った。EXAMPLES [Example A] The alkali titanate crystals of the present invention were produced by the following steps, and the characteristics thereof were measured.
【0015】(1)出発原料の合成 表2、表3に示した出発原料は次の各手段により合成し
た。(1) Synthesis of Starting Materials The starting materials shown in Tables 2 and 3 were synthesized by the following means.
【0016】(1−1)繊維状K2 O・4TiO2 をモ
リブデン酸カリウムをフラックスとするフラックス法で
合成した。すなわち、二酸化チタン(TiO2 )と炭酸
カリウム(K2 CO3 )を4対1のモル比とし、モリブ
デン酸カリウム(K2 MoO4 )を全成分の50wt%
含む混合物を980℃で30分焼成することにより、長
さ10〜20μm、幅0.2〜0.6μmの繊維状の四
チタン酸カリウム(K2 O・4TiO2 )結晶を得た。(1-1) Fibrous K 2 O.4TiO 2 was synthesized by a flux method using potassium molybdate as a flux. That is, the molar ratio of titanium dioxide (TiO 2 ) to potassium carbonate (K 2 CO 3 ) was 4: 1, and potassium molybdate (K 2 MoO 4 ) was 50 wt% of all components.
The resulting mixture was fired at 980 ° C. for 30 minutes to obtain fibrous potassium tetratitanate (K 2 O.4TiO 2 ) crystals having a length of 10 to 20 μm and a width of 0.2 to 0.6 μm.
【0017】(1−2)板状K2 O・2TiO2 を溶融
法で合成した。二酸化チタン(TiO2 )と炭酸カリウ
ム(K2 CO3 )をモル比で2対1の割合に混合し、1
100℃で30分間溶融後、急冷して長さ100〜70
0μm、幅10〜50μmの板状の二チタン酸カリウム
(K2 O・2TiO2 )結晶を得た。(1-2) Plate-like K 2 O.2TiO 2 was synthesized by a melting method. Titanium dioxide (TiO 2 ) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) are mixed at a molar ratio of 2: 1 and 1
After melting at 100 ° C for 30 minutes, quench and cool to a length of 100-70.
A plate-like potassium dititanate (K 2 O.2TiO 2 ) crystal having a thickness of 0 μm and a width of 10 to 50 μm was obtained.
【0018】(1−3)繊維状含水酸化チタン(H2 T
i4 O9 ・nH2 O)を上記(1−1)で得られた四チ
タン酸カリウムの繊維状結晶から製造した。四チタン酸
カリウムを固体濃度10%になるように、2規定(N)
の塩酸水溶液中に分散させた後、濾過、洗浄を行った。
洗浄は、洗浄水として使用した純水のpHと濾液のpH
が一致するまで、繰り返し行った。濾過物を乾燥し、繊
維状含水酸化チタン(H2 Ti4 O9 ・H2 O)を得
た。形状は4チタン酸カリウムの形状のままである。(1-3) Fibrous hydrous titanium oxide (H 2 T)
i 4 O 9 .nH 2 O) was produced from the fibrous crystals of potassium tetratitanate obtained in (1-1) above. 2N (N) potassium tetratitanate so that the solid concentration becomes 10%
, And filtered and washed.
For washing, the pH of pure water used as washing water and the pH of filtrate
Was repeated until 一致 matches. The filtrate was dried to obtain fibrous hydrous titanium oxide (H 2 Ti 4 O 9 .H 2 O). The shape remains that of potassium tetratitanate.
【0019】(1−4)柱状Na2 O・3TiO2 を焼
成法で合成した。二酸化チタン(TiO2 )と炭酸ナト
リウム(Na2 CO3 )をモル比で3対1の割合に混合
し、850℃で2時間焼成して長さ1〜10μm、幅
0.2〜0.8μmの三チタン酸ナトリウム(Na2 O
・3TiO2 )の柱状結晶を得た。(1-4) Columnar Na 2 O.3TiO 2 was synthesized by a firing method. Titanium dioxide (TiO 2 ) and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) are mixed at a molar ratio of 3 to 1 and baked at 850 ° C. for 2 hours to have a length of 1 to 10 μm and a width of 0.2 to 0.8 μm. Sodium trititanate (Na 2 O
・ 3TiO 2 ) columnar crystals were obtained.
【0020】(1−5)前記(1−1)の手法で得られ
た繊維状の四チタン酸カリウムをボールミルで粉砕し、
不定形の形状を得た。(1-5) The fibrous potassium tetratitanate obtained by the method of the above (1-1) is pulverized with a ball mill,
An irregular shape was obtained.
【0021】(2)実施例の結晶の製造 (2−1)実施例1,2,3,5,6 前記手法で得られた出発原料を、水中に固体濃度5重量
%になるように浸漬して分散させ、6N(規定)塩酸
(HCl)水溶液をそれぞれ目的組成に応じて所定量加
えた。その後、温度23℃で2時間撹拌後濾過した。更
に得られた濾過物を550℃、2時間加熱処理すること
により、実施例1,2,3,5,6の結晶を得た。形状
は出発原料の繊維状、不定形、又は板状の形状のまま誘
導された。(2) Production of Crystals of Examples (2-1) Examples 1, 2, 3, 5, 6 The starting materials obtained by the above method were immersed in water so as to have a solid concentration of 5% by weight. And a predetermined amount of a 6N (normal) hydrochloric acid (HCl) aqueous solution was added according to the desired composition. Thereafter, the mixture was stirred at a temperature of 23 ° C. for 2 hours and filtered. The obtained filtrate was further heated at 550 ° C. for 2 hours to obtain crystals of Examples 1, 2, 3, 5, and 6. The shape was derived as the fibrous, amorphous, or plate-like shape of the starting material.
【0022】(2−2)実施例4 前記(1−4)の手法で得られた繊維状含水酸化チタン
を出発原料として、水中に固体濃度4重量%になるよう
に浸漬して分散させた。8N(規定)の水酸化カリウム
(KOH)を所定量加え、温度25℃で3時間接触させ
た。接触後、濾別し、600℃で1時間加熱処理し、実
施例4の結晶K2 O・7.3TiO2 を得た。(2-2) Example 4 The fibrous hydrous titanium oxide obtained by the method of the above (1-4) was used as a starting material and immersed and dispersed in water to a solid concentration of 4% by weight. . A predetermined amount of 8N (normal) potassium hydroxide (KOH) was added, and the mixture was brought into contact at a temperature of 25 ° C for 3 hours. After the contact, the mixture was separated by filtration and heat-treated at 600 ° C. for 1 hour to obtain the crystal K 2 O.7.3TiO 2 of Example 4.
【0023】(2−3)実施例9 上記(2−2)実施例4で使用した8N(規定)水酸化
カリウム(KOH)水溶液の代わりに、7N(規定)水
酸化カリウム(KOH)と1N(規定)水酸化ナトリウ
ム(NaOH)混液を使用した以外は、実施例4に同じ
処理を行い、実施例9の結晶{0.9K2 O)(0.1
Na2 O)}・7.2TiO2 を得た。(2-3) Example 9 Instead of the 8N (normal) potassium hydroxide (KOH) aqueous solution used in the above (2-2) Example 4, 7N (normal) potassium hydroxide (KOH) and 1N (Normal) The same treatment as in Example 4 was performed except that a mixed solution of sodium hydroxide (NaOH) was used, and the crystals of Example 9 {0.9 K 2 O) (0.1
Na 2 O)} · 7.2 TiO 2 was obtained.
【0024】(2−4)実施例7 実施例1,2,3,5,6に使用した6N塩酸の代わり
に、塩化カルシウム(CaCl2 )を10%溶解させた
6N(規定)塩酸水溶液を使用した以外は、実施例1,
2,3,5,6と同じ処理を行い、実施例7の結晶
{0.9K2 O)(0.1CaO)}・7.4TiO2
を得た。(2-4) Example 7 Instead of the 6N hydrochloric acid used in Examples 1, 2, 3, 5, and 6, a 6N (normal) hydrochloric acid aqueous solution in which 10% of calcium chloride (CaCl 2 ) was dissolved was used. Example 1, except for using
The same processing as in 2, 3, 5, 6 was performed, and the crystal of Example 7 {0.9K 2 O) (0.1CaO)} · 7.4TiO 2
I got
【0025】(2−5)実施例8 実施例1,2,3,5,6と同じ方法で6N(規定)塩
酸水溶液を加えた後、さらに20%塩化マグネシウム六
水塩(MgCl2 ・6H2 O)水溶液を所定量加えた以
外は、実施例1,2,3,5,6と同じ処理を行い、
{(0.8Na2O)(0.2MgO)}・7.6Ti
O2 を得た。(2-5) Example 8 A 6N (normal) hydrochloric acid aqueous solution was added in the same manner as in Examples 1, 2, 3, 5, and 6, and then a 20% magnesium chloride hexahydrate (MgCl 2 .6H) was added. 2 O) The same treatment as in Examples 1, 2, 3, 5, 6 was performed except that a predetermined amount of the aqueous solution was added.
{(0.8Na 2 O) (0.2MgO )} · 7.6Ti
To give the O 2.
【0026】(3)化学組成の決定 以上の生成物を硫酸−硫酸アンモニウム溶液中で、加熱
溶解し、チタンを吸光光度法、アルカリ金属を原子吸光
法、アルカリ土類金属をICP発光分析法で定量して化
学組成をそれぞれ求めた。これらを表2に示した。(3) Determination of Chemical Composition The above product is dissolved by heating in a sulfuric acid-ammonium sulfate solution, and titanium is quantified by absorption spectrophotometry, alkali metal is determined by atomic absorption, and alkaline earth metal is determined by ICP emission spectrometry. Then, the chemical compositions were determined. These are shown in Table 2.
【0027】(4)格子定数の測定 塩化カリウム(KCl)を内部標準とし、X線回折の回
折線より、最小自乗法で格子定数を精密化した。この数
値を表2に示した。なお、K2 O・6TiO2及びK2
O・8TiO2 の格子定数を表3,表4にそれぞれ示し
た。(4) Measurement of Lattice Constant Using potassium chloride (KCl) as an internal standard, the lattice constant was refined by a least square method from X-ray diffraction lines. The values are shown in Table 2. Note that K 2 O · 6TiO 2 and K 2 O
Tables 3 and 4 show the lattice constants of O · 8TiO 2 .
【0028】(5)比誘電率の測定 実施例1〜9で得られた結晶及びK2 O・7TiO2結
晶(参考例)並びに市販のK2 O・6TiO2 及びK2
O・8TiO2 の比誘電率の測定を次のように行った。(5) Measurement of relative permittivity The crystals obtained in Examples 1 to 9, the K 2 O.7TiO 2 crystal (Reference Example), and the commercially available K 2 O.6TiO 2 and K 2
The relative permittivity of O · 8TiO 2 was measured as follows.
【0029】粉体の充填率が0.15になるように圧縮
成形した試料を、120℃で乾燥し、完全に水分を除去
した後、銅製の同心円電極2枚の間にはさみ、相対湿度
を70%に保ち、温度を変えて、1V,1KHzの電場
を印加し、比誘電率を測定した。表5及び図1〜図3に
比誘電率を示した。The sample which was compression-molded so that the filling rate of the powder became 0.15 was dried at 120 ° C. to completely remove water, and then sandwiched between two copper concentric electrodes to adjust the relative humidity. While maintaining the temperature at 70%, the temperature was changed and an electric field of 1 V, 1 KHz was applied to measure the relative dielectric constant. The relative permittivity is shown in Table 5 and FIGS.
【0030】表2〜表4から明らかなように、本発明の
チタン酸アルカリ結晶は、従来のK2 O・6TiO2 や
K2 O・8TiO2 とは明らかに結晶構造が異なるため
に、物理特性も異なることが確認された。例えば従来の
K2 O・6TiO2 やK2 O・8TiO2 に比して格段
に高い比誘電率を示している。なお、表5には従来誘電
材料として代表的なチタン酸バリウムの粉末について同
様に測定した比誘電率の値も参考のために示した。As is apparent from Tables 2 to 4, the alkali titanate crystal of the present invention has a different crystal structure from the conventional K 2 O.6 TiO 2 and K 2 O.8 TiO 2, and thus has a physical property. It was confirmed that the characteristics were also different. For example, it has a significantly higher dielectric constant than conventional K 2 O.6TiO 2 and K 2 O.8TiO 2 . Table 5 also shows, for reference, values of the relative permittivity similarly measured for barium titanate powder, which is a typical conventional dielectric material.
【0031】[0031]
【表2】 [Table 2]
【0032】[0032]
【表3】 [Table 3]
【0033】[0033]
【表4】 [Table 4]
【0034】[0034]
【表5】 [Table 5]
【0035】〔実施例B〕 ポリアセタール樹脂(ポリプラスチック(株)製、商品
名ジュラコンM90)80重量部に対し、本発明のM2
O・nTiO2 (但し7.0≦n≦7.8)20重量部
を加え、190℃で溶融混練してペレット化した。得ら
れたペレットを射出成形機械により(シリンダー温度1
90℃,金型温度80℃)射出成形して、ASTM D
638、1号引張強度試験片及びASTM D790曲
げ強度試験片を作製した。比較のため、市販されている
K2 O・6TiO2 及びK2 O・8TiO2 を用いて上
記同様にして試験片を作製した。強度試験の結果を表6
及び図4〜図6に示す。Example B The M 2 of the present invention was used in an amount of 80 parts by weight of a polyacetal resin (trade name: Duracon M90, manufactured by Polyplastics Co., Ltd.).
20 parts by weight of O.nTiO 2 (where 7.0 ≦ n ≦ 7.8) was added, and the mixture was melt-kneaded at 190 ° C. and pelletized. The obtained pellets are processed by an injection molding machine (cylinder temperature 1
90 ° C, mold temperature 80 ° C) Injection molding and ASTM D
No. 638, No. 1 tensile strength test piece and ASTM D790 bending strength test piece were prepared. For comparison, test pieces were produced in the same manner as above using commercially available K 2 O.6TiO 2 and K 2 O.8TiO 2 . Table 6 shows the results of the strength test.
4 to 6.
【0036】なお、本発明の補強効果を明らかにするた
めに、K2 O・6TiO2 及びK2O・8TiO2 と同
等の形状で比較した。すなわち、・8TiO2 の長さは
10〜20μm、幅は0.2〜0.5μmである。同等
の形状を有す本発明の生成物は、上記実施例Aに示した
実施例2,4,5,6,7,9で得られたものを使用し
た。In order to clarify the reinforcing effect of the present invention, a comparison was made with K 2 O · 6TiO 2 and K 2 O · 8TiO 2 in the same shape. That is, the length of 8TiO 2 is 10 to 20 μm and the width is 0.2 to 0.5 μm. As the product of the present invention having an equivalent shape, the product obtained in Examples 2, 4, 5, 6, 7, and 9 shown in Example A above was used.
【0037】[0037]
【表6】 [Table 6]
【0038】〔実施例C〕 酸化チタン(TiO2 )15重量部、エポキシ系樹脂ワ
ニス45重量部、添加剤及び安定剤1.5重量部、溶剤
7重量部、ポリアミド樹脂ワニス15重量部に実施例A
の3で得られた本発明のK2 O・7.3TiO2 を1
6.5重量部加え、SGIサンドミルで塗料化した。鋼
板に、吹付け塗りを行い、テーバー式耐摩耗性テスト
(砥石CS12,荷重750g,1000回転)を実施
した。結果を表7に示す。[Example C] 15 parts by weight of titanium oxide (TiO 2 ), 45 parts by weight of epoxy resin varnish, 1.5 parts by weight of additives and stabilizers, 7 parts by weight of solvent, and 15 parts by weight of polyamide resin varnish Example A
The K 2 O · 7.3 TiO 2 of the present invention obtained in 3 was
6.5 parts by weight were added, and the mixture was formed into a paint by an SGI sand mill. The steel plate was spray-coated and subjected to a Taber-type abrasion resistance test (grinding stone CS12, load 750 g, 1000 rotations). Table 7 shows the results.
【0039】[0039]
【表7】 [Table 7]
【0040】〔実施例D〕 普通ポルトランドセメント65重量部、水30重量部に
実施例Aの5で得られた本発明のK2 O・7.6TiO
2 を5重量部加え、ミキサーで混練後、24時間脱型、
20℃水中養生を28日行い、強度試験を行った。比較
のため、市販されているK2 O・6TiO2 及びK2 O
・8TiO2 を用いて上記同様に強度試験を行った。結
果を表8に示した。Example D K 2 O.7.6 TiO of the present invention obtained in Example A-5 was added to 65 parts by weight of ordinary Portland cement and 30 parts by weight of water.
2 parts by weight, and after kneading with a mixer, demolding for 24 hours,
Curing in water at 20 ° C. was performed for 28 days, and a strength test was performed. For comparison, commercially available K 2 O.6TiO 2 and K 2 O
· 8TiO 2 was performed using the same way strength test. The results are shown in Table 8.
【0041】[0041]
【表8】 [Table 8]
【0042】以上、説明したように本発明の結晶を繊維
状フィラーとして用いれば、補強材、摩擦材の目的に現
在多く使用されているチタン酸カリウムウイスカー(K
2 O・6TiO2 ,K2 O・8TiO2 )よりその効果
に優れ、好適な複合材料が得られるものである。As described above, if the crystal of the present invention is used as a fibrous filler, potassium titanate whisker (K), which is widely used at present for reinforcing and friction materials, is used.
2 O.6TiO 2 and K 2 O.8TiO 2 ) are more effective and a suitable composite material can be obtained.
【0043】なお近年、チタン酸鉛などのセラミックス
誘電材料とプラスチックやゴム等を複合化した圧電体な
どの研究が盛んに行われている。このような複合材料
は、セラミックス単味では出せない柔軟性を有し、衝
撃、屈曲に強く、成形加工性が良く生産性に優れるとい
った特徴がある。In recent years, researches on a piezoelectric material obtained by combining a ceramic dielectric material such as lead titanate with plastic or rubber have been actively conducted. Such a composite material has such characteristics that it has flexibility that cannot be obtained by simple ceramics, is resistant to impact and bending, has good moldability and is excellent in productivity.
【0044】本発明の結晶を充填した機能性複合材料に
ついてもその例外ではなく、本発明の複合材料は、本実
施例の高強度、高弾性、耐摩耗性等の特性に限定される
ものではない。The functional composite material filled with the crystal of the present invention is no exception, and the composite material of the present invention is not limited to the properties such as high strength, high elasticity, and abrasion resistance of this embodiment. Absent.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上、説明したように、本発明のM2 O
・TiO2 (但し、7.2≦n≦7.8)あるいは(m
LO・(1−m)M2 O)・nTiO2 (但し、Lはア
ルカリ土類金属、Mはアルカリ金属、0<m≦0.2、
7.0≦n≦7.8)の結晶は、従来報告されていない
新規な組成を有する結晶で、特異な比誘電率を有し、サ
ーミスタ、電気粘性流体、アクチュエータ、機能性素子
等として用いることができる。また、繊維状のM2 O・
nTiO2 (但し、7.2≦n≦7.8)あるいは(m
LO・(1−m)M2 O)・nTiO2 (但し、Lはア
ルカリ土類金属、Mはアルカリ金属、0<m≦0.2、
7.0≦n≦7.8)の結晶は、熱可塑性樹脂、熱硬化
性樹脂、塗料、セメント等に混入すると、従来のチタン
酸カリウムの繊維に比べ機械的強度、耐摩耗性に優れる
複合材料が見出された。As described above, as described above, the M 2 O of the present invention is used.
TiO 2 (where 7.2 ≦ n ≦ 7.8) or (m
LO · (1-m) M 2 O) · nTiO 2 (where L is an alkaline earth metal, M is an alkali metal, 0 <m ≦ 0.2,
The crystal of 7.0 ≦ n ≦ 7.8) is a crystal having a novel composition which has not been reported so far, has a specific relative dielectric constant, and is used as a thermistor, an electrorheological fluid, an actuator, a functional element and the like. be able to. In addition, fibrous M 2 O.
nTiO 2 (where 7.2 ≦ n ≦ 7.8) or (m
LO · (1-m) M 2 O) · nTiO 2 (where L is an alkaline earth metal, M is an alkali metal, 0 <m ≦ 0.2,
When the crystal of 7.0 ≦ n ≦ 7.8) is mixed with a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a paint, a cement, or the like, a composite having excellent mechanical strength and abrasion resistance as compared with the conventional potassium titanate fiber is obtained. Material was found.
【図1】チタン酸アルカリの結晶の比誘電率のグラフで
ある。FIG. 1 is a graph of the relative dielectric constant of an alkali titanate crystal.
【図2】本発明の結晶の比誘電率のグラフである。FIG. 2 is a graph of the relative dielectric constant of the crystal of the present invention.
【図3】本発明の結晶の比誘電率のグラフである。FIG. 3 is a graph of the relative dielectric constant of the crystal of the present invention.
【図4】本発明の引張強度のグラフである。FIG. 4 is a graph of tensile strength of the present invention.
【図5】本発明の曲げ強度のグラフである。FIG. 5 is a graph of bending strength of the present invention.
【図6】本発明の曲げ弾性率のグラフである。FIG. 6 is a graph of the flexural modulus of the present invention.
【図7】本発明の結晶の製造方法を示す工程図である。FIG. 7 is a process chart showing a method for producing a crystal of the present invention.
【図8】本発明の結晶の製造方法を示す工程図である。FIG. 8 is a process chart showing a method for producing a crystal of the present invention.
フロントページの続き (72)発明者 舘 義仁 東京都港区芝公園2丁目4番1号 川鉄 鉱業株式会社内 (56)参考文献 Yogyo−kyokai−shi 88[8]1980 p60−66 Solid State Ionic s 42(1990)93−99 東北大学科学計測研究所報告第37巻第 1号115−125(1988) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 23/00 CA(STN)Continuation of front page (72) Inventor Yoshihito Tachi 2-4-1 Shiba Park, Minato-ku, Tokyo Kawatetsu Mining Co., Ltd. (56) References Yogoyo-kyokai-shi 88 [8] 1980 p60-66 Solid State Ionics 42 (1990) 93-99 Report of the Institute of Scientific Measurements, Tohoku University, Vol. 37, No. 1, 115-125 (1988) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C01G 23/00 CA (STN)
Claims (7)
リ金属、7.2≦n≦7.8)の組成で表わされるチタ
ン酸アルカリ結晶。1. An alkali titanate crystal having a composition of M 2 O.nTiO 2 (where M is an alkali metal and 7.2 ≦ n ≦ 7.8).
O2 (但し、Lはアルカリ土類金属、Mはアルカリ金
属、0<m≦0.2、7.0≦n≦7.8)の組成で表
わされるチタン酸アルカリ結晶。2. (mLO · (1-m) M 2 O) · nTi
An alkali titanate crystal represented by the composition of O 2 (where L is an alkaline earth metal, M is an alkali metal, and 0 <m ≦ 0.2, 7.0 ≦ n ≦ 7.8).
結晶を含有させたことを特徴とする複合材料。3. A composite material comprising the alkali titanate crystal according to claim 1 or 2.
し、該層状構造チタン酸アルカリのスラリー中に目標結
晶組成を得る相当量の酸を加え、余分のアルカリを溶出
させて、M2 O・nTiO2 ・xH2 O(但し、Mはア
ルカリ金属、7.0≦n≦7.8)の目的組成物を得、
得られた目的組成物を300〜900℃で熱処理するこ
とを特徴とするチタン酸アルカリ結晶の製造方法。4. A layered structure alkali titanate is used as a starting material, and a considerable amount of an acid for obtaining a target crystal composition is added to a slurry of the layered structure alkali titanate to elute excess alkali to form M 2 O.nTiO. 2. × H 2 O (where M is an alkali metal, 7.0 ≦ n ≦ 7.8) to obtain a target composition,
A method for producing an alkali titanate crystal, comprising subjecting the obtained target composition to a heat treatment at 300 to 900 ° C.
の可溶性のアルカリ土類金属イオン又はアルカリ金属イ
オンの1種以上を加えることを特徴とする請求項4記載
のチタン酸アルカリ結晶の製造方法。5. The method for producing alkali titanate crystals according to claim 4, wherein a predetermined amount of at least one kind of soluble alkaline earth metal ions or alkali metal ions is added to the slurry of alkali titanate.
し、該層状構造チタン酸アルカリのスラリーに相当量の
酸を加え、アルカリを溶出させて層状構造含水酸化チタ
ンを得、この液中に所定量のアルカリを加えてイオン取
り込ませ、M2 O・nTiO2 (但し、Mはアルカリ金
属、7.0≦n≦7.8)の目的組成物を得、該目的組
成物を300〜900℃で熱処理することを特徴とする
チタン酸アルカリ結晶の製造方法。6. Starting from a layered structure alkali titanate, a considerable amount of acid is added to a slurry of the layered structure alkali titanate, and the alkali is eluted to obtain a layered structure hydrous titanium oxide. The target composition of M 2 O.nTiO 2 (where M is an alkali metal, 7.0 ≦ n ≦ 7.8) is obtained by adding an alkali of A method for producing an alkali titanate crystal, which comprises performing a heat treatment.
リ水溶液との混合水溶液を用いて目的イオンを取り込ま
せることを特徴とする請求項6記載のチタン酸アルカリ
結晶の製造方法。7. The method for producing an alkali titanate crystal according to claim 6, wherein the target ions are taken in using a mixed aqueous solution of an aqueous solution containing an alkaline earth metal and an aqueous alkaline solution.
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JP33694291A JP3229350B2 (en) | 1991-12-19 | 1991-12-19 | Alkali titanate crystal, production method thereof and composite material thereof |
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JPH05170439A JPH05170439A (en) | 1993-07-09 |
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