JPH02221460A - 六チタン酸カリウム繊維及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮粟上勿且■立１ 本発明は、熱可塑性樹脂、アルミニウム系軽合金及びマ
グネシウム系軽合金等の補強剤として有用な、繊維表面
が二酸化チタンで被覆された六チタン酸カリウム繊維及
びその製造方法に関するものである。

災来豊肢歪 チタン酸カリウム繊維は、一般式に８０・ｎＴｉ０ｔ（
ｎ＝２．４．６）で表されるウィスカーであり、補強材
、断熱材、イオン交換材及び吸着材等幅広い分野で用途
開拓が進められている人工鉱物繊維である。

近年、特に熱可塑性樹脂の補強材料として、その有用な
地位を固めつつある。即ち、チタン酸カリウム繊維で強
化された樹脂は、成形した場合に強度や寸法の異方性が
小さく、表面の平滑性も良い、又小物成形品にした時の
微小部への流動性が他の繊維充填品に比べ良好である。

チタン酸カリウム繊維強化樹脂の具体的用途としてはチ
タン酸カリウムのモース硬度が４という低い値であるこ
とを利用して、相手材を傷つけないとの特徴を有する摺
動部材としての利用が多い、しかしながら、耐摩耗性に
優れた摺動部品という観点からするとチタン酸カリウム
繊維強化樹脂は良好な特性を有しているとは言えない、
即ち、チタン酸カリウムが柔らかすぎる為に相手材の種
類によっては摺動部材自体の摩耗量が多くなるという欠
点を有している。

又最近、チタン酸カリウム繊維は軽合金の補強材に使用
できる無機質繊維の中で、最も安価なウィスカーとして
注目されつつあるが、複合化時に軽合金中の成分元素と
チタン酸カリウム繊維とが反応するとの問題点が指摘さ
れており、軽合金の補強材として利用する為にはチタン
酸カリウム繊維の特性を更に改善することが必要である
。又、軽合金をチタン酸カリウム繊維で強化しても、荷
重が大きい場合の耐摩耗性は殆ど改善されないとされて
いる。

特公昭第５９−４１９２８号公報には、層状構造チタン
酸カリウム繊維の眉間からの全てのカリウムイオンを抽
出した後焼成することにより、チタン酸カリウム繊維よ
りもモース硬度の高いアナターゼ型酸化チタンの繊維が
得られることが開示されているが、この繊維は強度が小
さく、補強材料には適さない。

又、層状構造チタン酸カリウム繊維を酸水溶液で処理し
て、眉間から一部のカリウムイオンを抽出した後焼成す
ることにより、トンネル構造チタン酸カリウムとアナタ
ーゼ型酸化チタンの混合繊維が得られることが知られて
いる。（太田進啓、藤木良規、窯業協会誌、８８［１１
，９−１６，１９８０）これは酸水溶液の濃度と溶出時
間により層状構造チタン酸カリウム繊維の眉間からのカ
リウムイオンの溶出量を制御した後焼成する方法である
が、この方法でトンネル構造チタン酸カリウムとアナタ
ーゼ型酸化チタンの混合繊維を合成すると、繊維径の太
いチタン酸カリウム繊維と繊維径の細いチタン酸カリウ
ム繊維とで組成差が生じ、補強材には不向きなアナター
ゼ型酸化チタン繊維や繊維の芯部に層状構造チタン酸カ
リウムが残存したトンネル構造チタン酸カリウム繊維が
混在する。

（宵’　　　　　　％　　　　　　　ｔこのように、従
来のチタン酸カリウム繊維は熱可塑性樹脂や軽合金の補
強材として用いた場合に耐摩耗性の改善効果が小さいと
の欠点を有しているのみならず、軽合金との複合化時に
軽合金中の成分元素と反応し、チタン酸カリウム繊維が
損傷するとの欠点を有しており、補強材として好ましい
ものではなく、また層状構造チタン酸カリウム繊維から
誘導されるアナターゼ型酸化チタン繊維は強度が小さい
為補強材には適さず、新規な補強材の開発が望まれる。

本発明は従来のチタン酸カリウム繊維のような欠点を持
たず、熱可塑性樹脂や軽合金に優れた耐摩耗性を付与し
うるとともに、軽合金との複合化時にも反応により結晶
が損傷しないチタン酸カリウム繊維を提供することを目
的とする。

ｉ　　　２　　る戸・めの− 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、六チタン酸カリウム繊維の表面を二酸化チタンで
被覆することにより上記の問題を解決できることを発見
し、本発明を完成するに到ったものである。即ち、本発
明は繊維表面が二酸化チタンで被覆されていることを特
徴とする特許タン酸カリウム繊維を提供するものである
。

本発明はさらに、上記六チタン酸カリウム繊維の製造方
法に関する。

本発明者らは、上記六チタン酸カリウム繊維の製造に際
し、チタン原料化合物とカリウム原料化合物とを、一般
式［１０・ｎＴｉ０１（但しｎ＝２〜４）で示される割
合で配合混合した後、焼成することにより得られるチタ
ン酸カリウム繊維を酸水溶液で処理してチタン酸カリウ
ム繊維中のＫｘＯ成分の一部を抽出し、チタン酸カリウ
ム繊維の組成がＴｉ０ｔ／ＫｔＯ（モル比）で６．０に
なるように処理すると、六チタン酸カリウム水和物が得
られ、眉間距離が四チタン酸カリウム水和物の１０．４
人から六チタン酸カリウム水和物の９．７人へと減少す
る。この為六チタン酸カリウム水和物の眉間からのカリ
ウムイオンの抽出速度は四チタン酸カリウム水和物の眉
間からのカリウムイオンの抽出速度よりも大幅に低下し
、この後酸を添加してもカリウムイオンの抽出反応がチ
タン酸カリウム繊維の結晶内部まで容易に進行せずに、
繊維の表層部のカリウムイオンだけを抽出することが可
能となること、更にこの水和物繊維を焼成すると繊維表
面が二酸化チタンで被覆された六チタン酸カリウムの単
結晶繊維が得られ、この生成物中には補強材に不向きな
繊維であるアナターゼ型酸化チタン繊維や繊維の芯部に
層状構造チタン酸カリウムが残存したトンネル構造チタ
ン酸カリウム繊維が混在しないことを発見し、本発明を
完成したものである。

即ち、本発明の方法は、一般式に、Ｏ・ｆｉＴｉｅ、（
但しｎ＝２〜４）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９００−１
２００℃で焼成して塊状のチタン酸カリウム繊維を生成
せしめ、次いで該塊状生成物を水又は温水中に浸漬して
チタン酸カリウム繊維を単繊維に解繊した後、該スラリ
ーに酸を添加してｐｉｔを９．３〜９．７に調整するこ
とにより、チタン酸カリウム繊維の組成がＴｉ（ｈ／に
２０（モル比）で比で６．０になるように組成変換処理
した後、更に酸を添加してＰＨを８．０〜９．１に調整
することにより、チタン酸カリウム繊維の組成がＴｉ０
ｇ／に２Ｏ（モル比）で６．１〜７．０になるように処
理後、６００℃以上に加熱することを特徴とする。

本発明で使用されるチタン原料化合物としては、含水酸
化チタン、二酸化チタン及びルチル絋などを挙げること
ができ、カリウム原料化合物としては焼成時にに１０を
生じる化合物、例えばに２０．　ＫＯＨ。

Ｋ２ＣＯ３及びＫＮＯ３などを挙げることができる。

焼成温度は、９００〜１２００℃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繊維の長さが短い、又焼成温度が１
２００℃より高いと装置の浸食が激しくなり実用的でな
い、尚、焼成時間は１〜１０時間、好ましくは２〜４時
間が適切である。

塊状生成物の解繊毘作は、焼成物を適量の水又は温水中
に投入して１〜５時間浸漬後、攪拌することによりなさ
れる。

解繊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程度でありチタン酸カリウム繊維
は四チタン酸カリウム永和物（Ｘ！０・４ＴｉＯｉ・ｎ
１ｌ２Ｏ）　として存在する。そこでまず、六チタン酸
カリウム水和物（に２０・６ＴｉＯ□／ｎｌｌ□０）を
得る目的で、解繊終了後のスラリーに酸を添加して該ス
ラリーのＩ’ｌｌを９．３〜９．７に調整する０次いで
該六チタン酸カリウム水和物繊維表面層のＫ２Ｏ成分を
抽出して二酸化チタン被覆力チタン酸カリウム繊維を得
る目的で、スラリーに酸を添加して該スラリーのｐＨを
８．０〜９．１に調整する。この時のｐｉｔが８．０よ
りも低い場合は六チタン酸カリウム繊維表面に生成する
二酸化チタンの量が繊維内部に存在する六チタン酸カリ
ウム単結晶に対して多くなりすぎて繊維の弾性が低下し
、熱可塑性樹脂や軽合金との複合化時に繊維が折損し易
くなり好ましくない。

スラリーのｐｉを調整する為に添加する酸としては、硫
酸、塩酸、硝酸、リン酸、酢酸等が使用できる。

組成変換処理を施した後の加熱温度は６００℃以上六チ
タン酸カリウムの溶融点以下ならば特に問題はないが、
工業的な実施を考慮すると７００〜１０００℃の範囲が
好適である。加熱温度が６００℃よりも低い場合にはチ
タン酸カリウム繊維表面に生成した二酸化チタンの結晶
性が悪く、耐摩耗特性の改善効果が小さい。

該二酸化チタン被覆力チタン酸カリウム繊維をチタニウ
ム塩水溶液中に分散し、該スラリーを加温又は該スラリ
ーにアルカリを添加することにより、該二酸化チタン被
覆穴チタン酸カリウム繊維表面に水和酸化チタンの皮膜
を生成させた後、再び６００℃以上に加熱することによ
り六チタン酸カリウム単結晶繊維表面の二酸化チタン層
の厚さを更に厚くして皮膜をより堅固にすることも可能
である。この際のチタニウム塩としては、硫酸チタン、
硫酸チタニル、四塩化チタン等が使用できる。

本発明よる二酸化チタン被覆力チタン酸カリウム繊維は
四チタン酸カリウム単結晶繊維からの誘導体なので、繊
維の表面部に皮膜相として生成した二酸化チタンと繊維
の内部に生成した六チタン酸カリウム単結晶とが緊密な
結合体を形成している。

上記のようにして得られた本発明による二酸化チタン被
覆力チタン酸カリウム繊維は、繊維の表面が六チタン酸
カリウムよりも高いモース硬度を有する二酸化チタンで
被覆されている為耐摩耗性に優れており、熱可塑性樹脂
に耐摩耗性を付与する補強材として有用であるばかりで
なく、Ｉａｗ１表面に存在する二酸化チタンの皮膜が軽
合金との複合化時の六チタン酸カリウム単結晶の損傷を
防ぐ作用をする為軽金属の補強材としても有用である。

皮膜としての二酸化チタンはアナターゼ型、ルチル型の
どちらでも良い。

以下に実施°例をあげて本発明を更に詳細に説明する。

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。

１脂■」 アナターゼ型酸化チタン１４００ｇと炭酸カリウム８０
０ｇ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２００℃／時、保持温度９５０℃１保
持時間２時間の条件で焼成した後、２００℃／時の速度
で降温した。

焼成物をステンレス製容器中１ＯＬの温水に投入して５
時間浸漬した後、５００ｒｐｍで攪拌を開始し、スラリ
ーの温度を６０℃に調整した。４Ｎ−硫酸を滴下してｐ
Ｈを９．５に調整する。この後攪拌を更に続けると四チ
タン酸カリウムの眉間からカリウムイオンが溶出する為
、ρ）が高くなるが、硫酸滴下後、３０分間攪拌を続け
た場合のｐＨの上昇が０．２以下になるまで、３０分間
隔で硫酸を滴下してｐｌ＋を９．５に調整した。この後
更に硫酸を滴下してスラリーのｐＨを８．８に調整した
。

濾過洗浄後、９５０℃で１時間焼成してチタン酸カリウ
ム繊維を得た。この繊維をＸ線回折により同定したとこ
ろ、アナターゼ型酸化チタンと六チタン酸カリウムの２
相部合物であった。又、この繊維を制限視野電子線回折
により調べたところ、各繊維は六チタン酸カリウムの単
結晶であることが分かった。

高周波誘導結合プラズマ発光分析法によりチタン酸カリ
ウム繊維の組成分析を行ったところ、ＴｉＯ□／に８０
（モル比）−６，４であり、走査型電子顕微鏡で繊維を
観察したところ、平均的な繊維長は２０μ信程度であっ
た。

災脂■」 実施例１で得られた六チタン酸カリウム繊維２００ｇを
Ｔｉｅ、とじて４　ｇ／ｌの硫酸チタニル水溶液ｌｌ中
に分散した後、０．８Ｎ−水酸化ナトリウムを滴下して
スラリーのｐｕを６に調整し、六チタン酸カリウム繊維
表面を水和酸化チタンで被覆した。濾過洗Ｉ後、９００
℃で１時間加熱した。得られた繊維をｘｉ回折により同
定したところ、アナターゼ型酸化チタンと六チタン酸カ
リウム繊維の２相部合物であった。高周波誘導結合プラ
ズマ発光分析法によりチタン酸カリウム繊維の組成分析
を行ったところ、Ｔｉ０ｇ／ＫｘＯ（モル比）　＝６．
６であった。

を校旌」 アナターゼ型酸化チタン１４００ｇと炭酸カリウム８０
０ｇ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２００℃／時、保持温度９５０℃、保
持時間２時間の条件で焼成した後、２００℃／時の速度
で降温した。

得られた焼成物をステンレス製溶液中１ＯＬの温水に投
入して５時間浸漬した後、５００ｒｐｍで攪拌を開始し
、スラリーの温度を６０℃に調整した。４Ｎ−硫酸を滴
下してｐｎを９．５に調整した。この後攪拌を更に続け
ると四チタン酸カリウムの眉間からカリウムイオンが溶
出する為、ρＩＩが高くなるが、硫酸滴下後、３０分間
攪拌を続けた場合のｐＨの上昇が０．２以下になるまで
、３０分間隔で硫酸を滴下してｐＨを９．５に調整した
。濾過洗浄後、９５０℃で１時間焼成して、平均的繊維
長２０μ−程度の六チタン酸カリウム繊維の単一相を得
た。

前記実施例１，２及び比較例１で得られたチタン酸カリ
ウム繊維、更に参考例としてアナターゼ、型二酸化チタ
ンをその内部に含有するチタン酸カリウム繊維市販品２
種（大塚化学製ティスモＤ及びティスモＮ）について、
濃塩酸へのカリウム溶出性を、チタン酸カリウム繊維１
ｇを濃塩酸１０〇−中に２０時間浸漬する方法で調べ、
第１表の結果を得た。尚、第１表のカリウムの溶出値は
、チタン酸カリウム繊維中に硫酸カリウムとして含有さ
れているカリウム分を除外した値である。

第　　１　　表 第１表に明らかなように、本発明によるチタン酸カリウ
ム繊維の濃塩酸へのカリウム溶出性は、表面を二酸化チ
タンで被覆していない六チタン酸カリウム繊維及び二酸
化チタンをその内部に含むチタン酸カリウム繊維のそれ
と比較して著しく小さい。

これは、本発明によるチタン酸カリウム繊維の表面が二
酸化チタンの堅固な皮膜で完全に被覆されている為と判
断される。

〔発明の効果〕

本発明による二酸化チタン被覆チタン酸カリウム繊維は
、六チタン酸カリウム繊維表面を六チタン酸カリウム繊
維よりもモース硬度の高い二酸化チタンの堅固な皮膜で
完全に覆った繊維なので、熱可望性樹脂や軽金属に耐摩
耗性を付与する為の補強材として有用である。

（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維表面が二酸化チタンで被覆されていることを特
   徴とする六チタン酸カリウム繊維。 ２、チタン原料化合物とカリウム原料化合物とを、一般
   式Ｋ＿２Ｏ・ｎＴｉＯ＿２（但しｎ＝２〜４）で示され
   る割合で配合混合した後、９００〜１２００℃で焼成し
   て、塊状のチタン酸カリウム繊維を生成せしめ、次いで
   該塊状生成物を水又は温水中に浸漬して単繊維に解繊し
   た後該スラリーに酸を添加してｐＨを９．３〜９．７に
   調整後、更に酸を添加してｐＨを８．０〜９．１に調整
   することにより、チタン酸カリウム繊維の組成がＴｉＯ
   ＿２／Ｋ＿２Ｏ（モル比）で６．１〜７．０になるよう
   に処理した後、６００℃以上に加熱することを特徴とす
   る請求項１記載の繊維表面が二酸化チタンで被覆された
   六チタン酸カリウム繊維の製造方法。 ３、チタン原料化合物とカリウム原料化合物とを、一般
   式Ｋ＿２Ｏ・ｎＴｉＯ＿２（但しｎ＝２〜４）で示され
   る割合で配合混合した後、９００〜１２００℃で焼成し
   て、塊状のチタン酸カリウム繊維を生成せしめ、次いで
   該塊状生成物を水又は温水中に浸漬して単繊維に解繊し
   た後該スラリーに酸を添加してｐＨを９．３〜９．７に
   調整後、更に酸を添加してｐＨを８．０〜９．１に調整
   することにより、チタン酸カリウム繊維の組成がＴｉＯ
   ＿２／Ｋ＿２Ｏ（モル比）で６．１〜７．０になるよう
   に処理した後、６００℃以上に加熱後チタニウム塩水溶
   液中に分散し、該スラリーを加温又は該スラリーにアル
   カリを添加することにより該チタン酸カリウム繊維表面
   にチタニウムの水和酸化物を生じせしめ、再び６００℃
   以上に加熱することを特徴とする請求項１記載の繊維表
   面が二酸化チタンで被覆された六チタン酸カリウム繊維
   の製造方法。