JPH03131600A - ホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明はホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法に関
するものである。

本発明方法によって得られるホウ酸アルミニウムウィス
カーは機械的強度、耐熱性、断熱性、耐薬品性、電気絶
縁性及び中性子線吸収能に優れており、熱可塑性樹脂、
熱硬化性樹脂、セメント、ガラス及び金属等の補強材と
して有用である。

従来の技術 機械的強度、耐薬品性等に優れているホウ酸アルミニウ
ムウィスカーの合成について種々の方法が試みられてお
り、その方法は気相法と溶融剤を用いる液相法とに大別
できる。

気相法に関しては、１０００〜１４００℃にて気体状態
のフン化アルミニウムと酸化ホウ素中に水蒸気を通すこ
とにより、４Ａ１２０３・Ｂ２Ｏ３の組成をもつウィス
カーが得られることが米国特許第３３５０１６６号明細
書に記載されている。

一方液相法に関しては、水酸化アルミニウムと酸化ホウ
素の混合物を１４００℃に加熱することにより３Ａ１２
Ｏ３・Ｂ２Ｏ３及び９＾１２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３の組成をも
つウィスカーが得られることが米国特許第３０８０２４
２号明細書に記載されている。この場合には、過剰の酸
化ホウ素が溶融剤成分としての役割を果たしている。

また米国内務省鉱山局の報告によれば、酸化アルミニウ
ム、四ホウ酸ナトリウム及び塩化リチウムの混合物を１
２００℃に加熱することにより２．５４１２０３・Ｂ２
Ｏ３の組成をもつウィスカーが得られ、酸化アルミニウ
ム、四ホウ酸ナトリウム及び酸化ホウ素の混合物を１４
００″Ｃに加熱することにより４．８Ａｌ□０３・Ｂ２
Ｏ３の組成をもつウィスカーが得られることが知られて
いる。〔ビューロー　オブ　マインズレポート　オブ　
インベスティゲーション’Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｍｉｎ
ｅｓ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｏｆ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏ
ｎｓ　６５７５″（１９６５）〕この場合においても、
過剰の四ホウ酸ナトリウム及び塩化リチウムの混合物あ
るいは過剰の四ホウ酸ナトリウム及び酸化ホウ素の混合
物が溶融剤成分としての役割を果たしており、通常当量
の３倍以上のホウ酸成分が混合され、過剰分の成分が溶
融剤として作用する、内部溶融剤法と呼ばれているもの
である。この方法は大きいウィスカーを得ることが可能
だが、溶解力の強い無水ホウ酸成分が化学量論量よりも
かなり過剰であるため、生成したウィスカーを溶解して
しまい収率が大幅に低下すること、及び反応後糸がガラ
ス状になるためウィスカーの分離が困難であるという、
工業的製法としては致命的な欠点がある。

本発明者等は、既にホウ酸アルミニウムの生成反応に直
接関与しない溶融剤を用いた比較的量産に適する製法を
提案している。（特開昭６３−３１９２９８及び同６３
−３１９２９９号公報参照）発明が解決しようとする課
題 本発明の目的とするところは、さらに収率がよ（、且つ
工業的な規模での製造に適したホウ酸アルミニウムウィ
スカーの製造方法を提供することにある。

またこの種ウィスカーをＦＲＰ、ＦＲＭ、、ＦＲＣの強
化材として用いる場合、そこで要求されるウィスカーの
繊維径はまちまちであり、例えばＦＲＰでは０．５〜１
．Ｏｔｔ　ｍ、　Ｆ　ＲＭでは１．０〜５．０、ＦＲＣ
では０．１〜０．５μｍである。本発明者等が提案した
前記の発明によれば、これらの範囲のホウ酸アルミニウ
ムウィスカーを製造することは可能であるが、目的とす
る大きさに応じてアルミニウム供給成分、無水ホウ酸供
給成分、及び溶融剤成分を選定しなければならず、また
大きいウィスカーを得るためには、内部溶融剤を用いる
必要があり、収率が低下する難点があった。

課題を解決するための手段 本発明者等は、このような事情に鑑み鋭意試験研究を重
ねた結果、原料系に硫酸を添加することにより、所期の
目的が達成できることを見い出し、本発明方法を完遂し
た。

即ち、本発明方法によれば、酸化アルミニウム、水酸化
アルミニウムから選ばれた少なくとも一種のアルミニウ
ム供給成分と、酸化ホウ素、ホウ酸、アルカリ金属ホウ
酸塩の中から選ばれた少なくとも一種の無水ホウ酸供給
成分と、アルカリ金属の硫酸塩及び塩化物から選ばれた
溶融剤成分によって構成される原料系に、硫酸を適量混
合したのち、９００〜１２００℃の温度域で反応し育成
させることにより、ホウ酸アルミニウムウィスカーの結
晶を収率良（得ることができ、且つその際にアルミニウ
ム供給成分、無水ホウ酸供給成分、溶融剤成分及び硫酸
の混合比率をそれぞれ調整することによって、得られる
ホウ酸アルミニウムウィスカーの大きさを制御すること
が可能である。

本発明方法の実施に適するアルミニウム供給成分として
は酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムが代表的なも
のである。また酸化アルミニウム及び水酸化アルミニウ
ムの中間的なもの、即ちベーマイト、ジアスポア、ドー
タイトのようなすキシ水酸化物及びこれらの混合物を用
いることも可能である。

無水ホウ酸供給成分としては、ホウ酸、ビロホウ酸、メ
タホウ酸、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、メ
タホウ酸ナトリウム等及びこれらの塩の水和物並びにＢ
（ＯＣＪｓ）ｘのようなホウ素のアルコキシド化合物が
挙げら、これらは２種以上混合してもかまわない。

溶融剤としてはアルカリ金属の硫酸塩及び塩化物であり
、具体的には硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリ
ウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム及
びこれらの水和物であり、これらは２種以上混合しても
差し支えない。

本発明の実施における原料の混合割合は、アルミニウム
とホウ素のモル比を６：４〜９：２の範囲、アルミニウ
ムとアルカリ金属のモル比を１：１〜１：１０の範囲、
さらにアルミニウムと硫酸のモル比を１０：ｌ〜１：５
の範囲となるようにすべきであり、これによってホウ酸
アルミニウムウィスカーを繊維径０．１〜５μｍ、繊維
長２〜５００μｍに制御が可能である。

ホウ素に対するアルミニウム量が多いほど、また溶融剤
成分が多いほど、大きなウィスカーが得られる。また溶
融剤として硫酸塩を用いた場合には、アルミナ坩堝と硫
酸のモル比が２：３に近いほど、そしてアルミニウム２
モルに対しＸモルの塩化物を用いた場合は、アルミニウ
ムと硫酸のモル比が２：３＋ｘ／２に近いほど大きなウ
ィスカーが得られる。

反応温度は９００〜Ｉ２００℃であり、これより高いと
アルミナが生成し、低いとウィスカーが充分成長しない
。反応及び育成に要する時間は、３０分〜１２時間が適
当である。

生成されたホウ酸アルミニウムウィスカーを単離するに
は、約ＩＮ濃度の熱塩酸、熱硫酸、熱硝酸、熱苛性ソー
ダあるいは熱水等を用いて、溶融材その池水溶性物質を
除去し、十分に水洗をするか、あるいは水不溶の副生成
物がある場合には、残留物からデカンテーシヨン等の処
理でウィスカーを分離したのちに、十分に水洗をすれば
よい。

作用 ９００〜１２００℃の反応温度において、ホウ酸アルミ
ニウムウィスカーを構成する物質の一つであるＡ１□０
．は固体であるので、ウィスカーを均一に育成させるに
は、系全体を液状に近づける必要がある。そのために本
発明方法では原料に硫酸を添加して、反応過程において
　Ｎａ３Ａｌ（ＳＯ４）３　、またはに３ＡＩ　（Ｓ０
４）　３等のトリアルカリアルミニウムトリサルフェー
トを生成せしめる。この生成反応は、酸化アルミニウム
、または水酸化アルミニウムに硫酸を混合し加熱するこ
とにより容易に起こる。

トリアルカリアルミニウムトリサルフェートは、通常７
００″Ｃ付近から溶融が始まり、さらに昇温するに連れ
て、徐々にＡ１□０３とアルカリ金属硫酸塩に再分解し
、１０５０℃付近で反応が完了する。この性質を利用し
て、７００℃付近で全ての原料を液状均一化させること
ができる。さらに昇温しでいく過程で再発生してくるア
ルカリ金属硫酸塩とトリアルカリアルミニウムトリサル
フェートとの共融混合浴が溶融剤の作用を呈し、同時に
発生してくる八１２０：ｌがＢ２Ｏ３と反応し、ウィス
カーとして成長する。このように反応が均一系で進行す
るため、大きくて均一なホウ酸アルミニウムウィスカー
が得られる。

また、アルカリ金属の塩化物も硫酸と反応し容易に硫酸
塩となり、前述と同様にｌ・リアルカリアルミニウムト
リサルフェートを生成し、同じ機構でホウ酸アルミニウ
ムウィスカーが成長する。

以下本発明を参考例、実施例及び比較例によって具体的
に説明する。

実施例 表１に示すような各種アルミニウム供給成分、無水ホウ
酸供給成分、溶融剤成分及び硫酸を計量し、粉砕混合し
て内容ｉｔ　５０　ｍｆｌのアルミナ坩堝に入れ、電気
炉中で毎分１０゛Ｃずつ界温し、１１００℃の温度で４
時間反応させた。

この反応生成物を冷却し、それに１０１００ＯのＩＮ塩
酸を加えて８時間煮沸し、残留フラックス分を溶解除去
したのち、水洗、乾燥して９Ａ１２０３・２Ｂ２０：１
の組成を持つホウ酸アルミニウムウィスカーを得た。

生成したウィスカーの形状及び収率は、表１に記載した
とおりであった。

表１ 発明の効果 本発明方法によれば、従来の方法と比べて収率が高く、
且つウィスカーの大きさが均一でしかも大きさの制御が
可能であり、工業的製法として好適である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムから選ば
   れた少なくとも一種のアルミニウム供給成分と、酸化ホ
   ウ素、ホウ酸、アルカリ金属ホウ酸塩の中から選ばれた
   少なくとも一種の無水ホウ酸供給成分と、アルカリ金属
   の硫酸塩及び塩化物から選ばれた溶融剤成分並びに硫酸
   を均一に混合したのち、９００〜１２００℃の温度域で
   反応、育成させることを特徴とするホウ酸アルミニウム
   ウィスカーの製造方法。
2. （２）アルミニウム供給成分と無水ホウ酸成分をアルミ
   ニウムとホウ素のモル比が６：４ないし９：２の範囲と
   なる割合に混合し、アルミニウム供給成分とフラックス
   成分をアルミニウムとアルカリ金属のモル比が１：１な
   いし１：１０の範囲となる割合に混合し、且つ硫酸をア
   ルミニウムと硫酸のモル比が１０：１〜１：５の範囲と
   なる割合に混合することにより、繊維径０．５〜５μｍ
   、繊維長５〜５００μｍに制御可能な９Ａｌ＿２Ｏ＿３
   ・２Ｂ＿２Ｏ＿３で示される組成をもつ請求項（１）に
   記載のホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法。