JP3435477B2 - 酸化錫繊維の製造法 - Google Patents

酸化錫繊維の製造法

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正義 鈴江
治恵 溝渕
琢郎 森本
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化錫繊維の製造法に
関する。
【0002】
【従来技術とその課題】近年、複合材料用強化素材とし
て各種ウィスカーが提案されているが、これらウィスカ
ーの繊維長はいずれも100μ前後であり、長繊維と言
えども数mm程度のものが得られず、透明な長繊維とし
てはガラス繊維に頼っているのが現状である。
【0003】一方、酸化錫繊維は強度が高い繊維として
知られているが、長繊維化が困難で、特殊な製造装置が
必要であった。従来、酸化錫繊維の製造法としては、例
えば特開昭50−108183号公報、特公昭58−1
8359号公報、特公昭55−37520号公報等に各
種の方法が記載されている。
【0004】特開昭50−108183号公報に記載の
方法は、気相法により2〜3mmのウィスカーを合成す
る方法である。しかしながら、該方法は特殊な装置を必
要とし、反応管内面にウィスカーが生成することから反
応開始時と反応終了時に反応ガスの流量コントロールが
難しく、生産性に欠けるという欠点があり、しかも得ら
れる繊維長は2〜3mmと短いものである。特公昭58
−18359号公報に記載の方法は、蓚酸錫、アンチモ
ンを含む蓚酸錫を小さな透孔を数箇所あけた炭化珪素の
ルツボに入れ、1350℃で3時間加熱後徐冷すること
により4cm程度の半導電性ウィスカーの合成する方法
である。しかしながら、該方法では蓚酸第一錫を合成す
る前工程が必要であり、更に特殊な反応容器を要するた
めにコスト高になるという欠点がある。また、特公昭5
5−37520号公報に記載の方法は、蓚酸第一錫を入
れたカーボンルツボを蓋付の多孔質ルツボに入れ、10
00〜1500℃に焼成して酸化錫ウィスカーを合成す
る方法である。しかしながら、該方法では、得られる酸
化錫ウィスカーの収率が低く、精々70%程度の収率で
得られるに過ぎない。
【0005】更に特開昭60−54997号公報、同6
1−17421号公報、同61−28017号公報及び
同62−158199号公報には、いずれも錫と銅とを
加熱し、蒸発物から酸化錫繊維を得る技術が開示されて
いるが、この方法では特殊な装置及び高価な原料を必要
とし、しかも得られる繊維の繊維長は3mm程度に過ぎ
ない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、特殊な装置及
び高価な原料を必要とせず、従来法による場合に比し繊
維長が格段に長い導電性酸化錫繊維を高収率で製造し得
る方法を提供することにある。
【0007】 即ち、本発明は、錫化合物、硼素化合物
及び炭素物質からなる混合物、又は錫化合物、周期律表
第IIB族、第VA族及び第VIB族のいずれかの族に属する元
素を含む化合物、硼素化合物及び炭素物質からなる混合
物を密閉容器中で焼成することを特徴とする酸化錫繊維
の製造法に係る。
【0008】本発明において錫化合物としては、酸化錫
の他、加熱焼成により酸化錫になり得る物質である限り
従来公知のものを広く使用でき、例えば金属錫、錫のハ
ロゲン化物、酸化物、水酸化物、硫酸塩、有機酸塩、ア
ルコラート、有機エステル等を挙げることができる。こ
れらは1種単独で又は2種以上混合して使用され得る。
本発明では、反応が容易で且つ入手容易性の観点から酸
化第一錫又はその水和物が好適である。
【0009】本発明において硼素化合物としては、従来
公知のものを広く使用でき、例えば三酸化二硼酸、硼
酸、四硼酸カリウム、四硼酸ナトリウム、四硼酸アンモ
ニウム及びこれらの水和物等が挙げられる。本発明で
は、上記硼素化合物は1種単独で又は2種以上混合して
使用され得る。本発明では、反応が容易で且つ入手容易
性の観点から四硼酸ナトリウム又はその水和物が好適で
ある。
【0010】本発明において炭素物質としては燃焼によ
り一酸化炭素、炭酸ガス、水等に分解するものである限
り従来公知のものを広く使用でき、例えば炭素の他、炭
化水素化合物、炭水化物、アルコール類、エーテル類等
の炭素誘導体を挙げることができる。前記アルコール類
及びエーテル類としては、組成中60重量%以上の炭素
を含有するものが好ましい。本発明では、上記炭素物質
は1種単独で又は2種以上混合して使用され得る。本発
明では、入手容易性及び安定な繊維長を得る観点から炭
素粉末及び炭化水素化合物が好適である。
【0011】上記錫化合物と硼素化合物との混合割合と
しては、原料の種類、反応条件等により異なり一概には
言えないが、一般にSnとBの元素比としてSn/B≦
1となるように両者を混合するのがよい。硼素化合物の
混合量が前記範囲を下回ると、繊維の収率が悪くなり、
また繊維形状も不揃いとなり、長繊維が得られ難くなる
傾向となる。硼素化合物を多量に用いても上記のような
弊害は生じないが、原料が無駄となり、また解繊に多大
の労力を要するので、通常Sn/B=1/2〜1/10
の範囲、好ましくは1/2〜1/5の範囲とするのがよ
い。
【0012】本発明の方法の特徴は、錫化合物及び硼素
化合物に炭素物質を共存させて密閉耐熱容器中で焼成す
ることにある。炭素物質の存在下、密閉された耐熱容器
中で錫化合物と硼素化合物とを加熱、融解させると、驚
くべきことに酸化錫繊維が耐熱容器の器壁や蓋の部分等
の原料融解層から離れた壁面から繊維の生長が生じ、長
さが揃った酸化錫長繊維が原料錫化合物の錫含量に対し
効率よく生成した。この反応機構につき現在解明中であ
るが、まず錫化合物が硼素化合物に溶融し、この過程で
炭素物質が燃焼し、容器内を非酸化系にすると共に内圧
を上昇させ、硼素成分を器壁に押し上げ、容器と蓋との
隙間を塞いで密閉状態とし、硼素成分中に溶融した錫化
合物が非酸化雰囲気で蒸発し易くなり、しかも酸素が適
度に残っているので、溶融硼素成分中に生成した酸化錫
を種結晶として容器空間に結晶生長が生じ、規則性のあ
る酸化錫繊維が生成したものと考えられる。
【0013】本発明において、炭素物質の使用量は特に
限定されるものではないが、錫化合物と硼素化合物との
合計量に対し、通常0.1〜100重量%程度、好まし
くは1〜50重量%程度とするのがよい。炭素物質の使
用量が多すぎると、繊維生長を伴わず直ちに還元され、
不定形の錫化合物又は金属錫が生成するので好ましくな
い。また炭素物質の使用量が少なすぎると、上記本願の
所期の効果が発現されなくなり、好ましくない。
【0014】 本発明で得られる酸化錫繊維は、酸化錫
が有する電気特性を示すが、導電性をより一層改善する
ために、該繊維製造の際にドープ剤を添加することがで
きる。用いられるドープ剤としては、周期律表第IIB
族、第VA族及び第VIB族のいずれかの族に属する元素を
含む化合物を挙げることができる。本発明ではこれらド
ープ剤を1種単独で使用してもよいし、2種以上併用し
てもよい。これらの中でも特にアンチモン及びその化合
物が好適である。アンチモン及びその化合物をドープ剤
として使用すると、青味を帯び、導電性に優れた透明繊
維を得ることができる。上記ドープ剤の使用量として
は、通常Sn元素に対して0.001〜1当量、好まし
くは0.1〜0.5当量とするのがよい。ドープ剤の使
用量が少なすぎると、ドープ効果が不充分であり、逆に
多すぎると、酸化錫繊維の生成が不充分であったり、錫
/ドープ金属/硼素からなる複雑な化合物が副生して導
電性の酸化錫繊維の単離が困難になったりする等の不都
合が生ずる。
【0015】本発明の酸化錫繊維を製造する際に用いら
れる容器としては、溶融状態の硼素化合物に耐える密閉
容器である限り、特に限定はなく、例えば高品位アルミ
ナ、炭化珪素、白金等の素材からなるルツボ等を挙げる
ことができる。
【0016】本発明の酸化錫繊維を製造するに当って
は、上記各成分の均質混合物を単に密閉容器内に設置
し、蓋をして加熱焼成するのみでもよいが、適当な加圧
成型器で10kgf/cm2 程度に加圧成型したものを
用いると、繊維長の整った酸化錫繊維を製造することが
できる。この時、成型助剤が必要であれば、流動パラフ
ィン等の高沸点液状炭素物質を併用するのが有利であ
る。
【0017】本発明では、上記各成分の均質混合物を密
閉容器内に設置し、軽く蓋をして加熱、焼成する。焼成
温度は、低すぎると繊維収率が悪くなり、高すぎると耐
熱容器の選択が困難になるので、通常700〜1500
℃、好ましくは1000〜1300℃とするのがよい。
また焼成時間は、通常30分〜10時間、好ましくは1
〜5時間である。
【0018】本発明では、加熱焼成時には特別の雰囲気
を要せず、常圧下自然状態での加熱が好ましい。例えば
2 雰囲気等にすると還元が進み過ぎ、金属錫を副生し
たり、繊維形状が不揃いとなるが、使用する炭素物質の
量により還元雰囲気下にて加熱焼成することもできる。
【0019】上記の方法で焼成した後、冷却すると、焼
成前に軽く設置された蓋は、硼素成分と考えられる溶融
物が器壁内面を覆い、蓋と容器の隙間を塞ぎ、固着して
容器内部は密閉された状態になっている。そして容器か
ら蓋を取り外すと、容器内面に針状結晶体として酸化錫
繊維が容器壁面から育成した状態で生成し、時には容器
内壁で連続体となっており、非常に長い繊維状酸化錫が
得られる。従って、本発明では、このようにして得られ
た酸化錫繊維を容器内面から掻き取るだけで、長繊維物
を得ることができる。更に使用後の容器に新たに原料成
分を設置して循環利用が可能であり、またこれらの容器
は酸やアルカリを用いて洗浄することもでき、必要なら
中和、濃縮等で硼素成分を回収、再利用することも可能
である。
【0020】
【発明の効果】本発明の方法により次の効果が発現され
る。
【0021】(1)本発明の方法は、均質で繊維長が長
く且つ繊維長の揃った酸化錫繊維の製造に好適なもので
ある。
【0022】(2)反応容器や焼成雰囲気に特別な技術
を要せず、極めて簡便に所望の酸化錫繊維を高収率で製
造することができる。
【0023】(3)本発明の方法によれば、導電性に優
れた酸化錫繊維を得ることができる。しかも本発明の方
法では、ドープ剤が多量に配合されていないので、導電
性が極めて安定しており、環境変化が少ないという利点
を有している。
【0024】(4)出発原料に安価な材料を使用するこ
とができ、しかも密閉容器内の反応であるため、環境汚
染に対する配慮も必要としない。
【0025】
【実施例】以下に実施例及び比較例を掲げて本発明をよ
り一層明らかにする。
【0026】実施例1 酸化第一錫〔試薬、ナカライテスク(株)製〕2g、N
2 4 7 ・10H2 O〔試薬、ナカライテスク
(株)製〕6.4g、活性炭粉末〔試薬、ナカライテス
ク(株)製〕0.7g及び流動パラフィン〔試薬、ナカ
ライテスク(株)製〕1.0gを乳鉢で混合後、径30
mmの成型金型中で厚み10mmになるよう加圧成型し
たものを蓋付のハイアルミナルツボ(上部径50mm、
高さ40mm)に設置したものを電気炉に入れ、室温か
ら1200℃まで1時間を要して昇温し、1200℃で
5時間焼成後、加熱電源を止め、室温まで冷却すると、
ルツボの蓋は容器本体に固着していた。このものに軽く
衝撃を与え、蓋を取り除くと、ルツボ内壁全面に青味を
帯びた透明な繊維が生成しており、長いものはルツボの
両壁に達するものがあり、長さ10〜50mm、径50
〜150μmの形状を示した。
【0027】この時の重量減少は約47%、また酸化錫
繊維として2.05g得られ、90%以上の収率であっ
た。このもののX線分析ではSnO2 とよく一致し、1
00kg加圧下で測定した抵抗値は0.8Ωであった。
【0028】比較例1 実施例1において活性炭及び流動パラフィンを使用せ
ず、実施例1と同様に処理したところ、反応物はルツボ
底部に溶融後固化した状態であった。
【0029】このものに2N塩酸を加え、煮沸、解繊
後、濾別、水洗することにより、淡紫色の微細繊維物
0.8gを得た。X線分析ではSnO2 に類似してお
り、電子顕微鏡観察でも10〜300μmの長さ(径
0.1〜10μm)の繊維長分布の大きな酸化錫繊維で
あった。
【0030】比較例2 実施例1において、実施時予め電気炉をN2 置換を行な
い、焼成中もN2 ガス流入下に実施例1と同様に処理し
たところ、繊維は認められず、金属錫の塊がガラス質の
中に存在していた。また比較例1と同様の方法で塩酸解
繊したが、繊維質は殆んど認められなかった。
【0031】比較例3 蓋のないハイアルミナルツボを用いる以外は実施例1と
同様に処理したところ、生成物は比較例1によるものと
類似のものであり、長繊維のものは得られなかった。
【0032】実施例2〜4 錫化合物、硼素化合物及び炭素物質を下記表1に示す種
類と割合で用いる以外は、実施例1と同様にして酸化錫
繊維を製造した。得られた繊維の収量、形状、外観、導
電性及びX線分析の結果をまとめて表2に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】 実施例5 酸化タングステン(WO3 )0.2gを更に用いる以外
は実施例1と同様に処理して、暗紫色透明の繊維1.8
gを得た。このものをX線分析したところSnO2 であ
り、導電性は0.18Ωであった。
【0035】実施例6 酸化タングステンの代りに酸化アンチモン(Sb
2 3 )0.2gを用いる以外は実施例5と同様に処理
して、帯紫色透明の繊維1.9gを得た。このものをX
線分析したところSnO2 であり、導電性は0.09Ω
であった。
【0036】実施例7 酸化モリブデン(MoO3 )0.2gを更に用いる以外
は実施例1と同様に処理して、暗褐色透明の繊維1.7
gを得た。このものをX線分析したところSnO2 であ
り、導電性は0.15Ωであった。
【0037】実施例8 酸化タングステンの代りに酸化亜鉛(ZnO)を用いる
以外は実施例5と同様に処理して、帯紫色透明の繊維
1.9gを得た。このものをX線分析したところSnO
2 であり、導電性は0.13Ωであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得られた酸化錫繊維の形状を示す電
子顕微鏡写真である。
【図2】実施例1で得られた酸化錫繊維の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52−28498(JP,A) 特公 昭58−18359(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 錫化合物、硼素化合物及び炭素物質から
    なる混合物を密閉容器中で焼成することを特徴とする酸
    化錫繊維の製造法。
  2. 【請求項2】 錫化合物、周期律表第IIB族、第VA族及
    び第VIB族のいずれかの族に属する元素を含む化合物、
    硼素化合物及び炭素物質からなる混合物を密閉容器中で
    焼成することを特徴とする酸化錫繊維の製造法。
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JP5301370B2 (ja) * 2008-07-02 2013-09-25 石原産業株式会社 酸化スズ粒子及びその製造方法
CN106430292B (zh) * 2016-09-21 2018-03-20 浙江大学 一种ZnO@SnO2树枝状异质结构纳米材料及其制备方法

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