JPH04136220A - 高耐候性複合材料用チタン酸カリウム繊維 - 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］ 本発明は自動車用外板等露出構造材として用いられる繊
維強化複合材料、特にポリプロピレン、ポリカーボネー
ト等の熱可塑性樹脂の補強材に使用した場合、極めて優
れた耐候性を示すチタン酸カリウム繊維に係るものであ
る。

「従来の技術］ チタン酸カリウム繊維は一般弐Ｋ　２０　ｎ　Ｔ　ｉＯ
ａ（式中ｎは２．４，６の整数である。）で表さね熱可
塑性樹脂等の補強材、摩擦材および断熱材等広範囲な分
野でその用途が期待される人工鉱物繊維として知られて
いる。

チタン酸カリウム繊維の製造法はすでにいろいろな方法
が提案されているが、大別すれば焼成法フラックス流　
溶融法、水熱法および融体法に分けられる。これらのう
ち、工業的にチタン酸カリウム繊維を製造する方法とし
ては　焼成法　フラックス法および融体法が大規模（Ｉ
Ｌ　　連続化の点で有利であるといわれている。

焼成法は、通常炭酸カリウムと二酸化チタンの混合物を
６００〜１２００℃で一定時間焼成する方法であり、単
繊維結晶の収率を上げるため、融剤として少量の第三成
分（例えばＫＣＩなど）を添加することが好ましいとさ
れている。この焼成法によれば単繊維結晶の収率は良い
が、繊維の結晶性があまり良くなく、また、数ミクロン
といった短繊維しか得られないといった欠点がある。

フラックス法は炭酸カリウムと二酸化チタンの混合物に
融剤として塩化カリウムまたはフン化カリウムを水添す
る方法が一般的に知られており、モリブデン酸カリウム
またはタングステン酸カリウムを融剤として用いる方法
も提案されている。

このフラックス法によると、比較的長い（数ミクロン−
敷十ミクロン）繊維結晶も得ら江　また、単繊維結晶の
収率も良いという利点があるが、融剤としての塩化カリ
ウムやフン化カリウムの使用によって、塩素やフッ素を
含む有害かつ腐食性のガスが多量に発生すること、さら
には解繊工程および水洗工程で出る排液の処理ならびに
融剤の回収装置を必要とし、製造設備が高価につくとい
う問題がある。

融体法は炭酸カリウムと二酸化チタンの混合物を１１０
０℃以上に加熱し溶融したものを急冷固化する方法であ
り、得られる団塊はきわめて繊維質に冨んだものとなる
が、繊維質はニチタン酸カリウム繊維（Ｋ２Ｔ　ｉ２ｏ
も）であり、Ｘ線解析を行うと非晶質で、かつ繊維径も
太く、強度が弱いので利用分野が制限される。

本発明者等はこのような従来法の欠点を克服するために
特開昭６２−２５６７９９号公報において、耐熱性およ
び耐化学性に優丸　機械的強度も高い六チタン酸カリウ
ム繊維を工業的に有利な方法といわれている焼成法によ
り、一般に金属チタン製錬の原料として用いられる酸化
チタン含有鉱石を出発原料として比較的安価に製造する
方法を提案し旭 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながらチタン酸カリウム繊維は前記した通り、プ
ラスチックや軽金属等の補強材としての用途にその将来
性を求められている今１）単に繊維長や繊維径のみにそ
の特性を強調することには偏りがある。マトリックス材
へのなじみや過酷な条件下での耐蝕性、さらには近年ま
すます斯界の要望が高い成形性などの加工性や、成形後
の変形などに耐える安定性などに加えて露出部分の多い
用途においては特に優れた耐候性が欠かせない要件にな
ってくる。

本発明者等は特に今後その利用分野の広い露出部分の多
い構造材としての用途を意識し、優れた耐候性を有する
複合材用として適合するチタン酸カリウム繊維を提供す
べく鋭意研究の給気　本発明に達し、蔽に提案するもの
である。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明の特色とするところは、　（ａ）金属
酸化物としてアルミナ、シリカおよび酸化第二鉄を含有
してなる酸化チタンおよび／または酸化チタン含有鉱石
（以下単に（ａ）成分ということがある。）、（ｂ）酸
化カリウムおよび／または加熱により酸化チタンを生成
するカリウム化合物（以下単に（ｂ）成分ということが
ある。）、（ｃ）チタン粉末および／または水素化チタ
ン粉末（以下単に（ｃ）成分ということがある。）なら
びに（ｄ）アルコール類（以下単に（ｄ）物質というこ
とがある。）を添加混合粉砕し、得られた混合物を８０
０〜１２００℃の温度域で焼成反応することによって得
られた焼成物を、水または温水中において水可溶分を抽
出した後、解繊して得た繊維状物質に中和処理を施し、
更に５００〜９００℃に加熱することによって得られる
高耐候性複合材料用チタン酸カリウム繊維を提供すると
ころにある。

本発明において使用される　（１）成分は、金ｍ酸化物
としてアルミナ、シリカを０．　５〜１．５重量％およ
び酸化第二鉄を１．０〜３．　０重量％の範囲で添加し
た酸化チタンおよび／または酸化チタン含有鉱石である
が、酸化チタン含有鉱石に代えて、アップグレード鉱を
用いることも妨げない。

なお、前記酸化チタン含有鉱石またはアップグレード鉱
を用いる場合は、カリウム成分との反応を容易にするた
めに可能な限り微細化することが好ましい。

本発明において使用される　（ｂ）成分としては酸化カ
リウムまたは加熱によって酸化カリウムを生成するカリ
ウム化合物、具体的にはＫＯＨ，ＫＮＯ２、Ｋ　２ＣＯ
３、ＫＨＣＯ３、Ｋ　２Ｃａ○、などの阜独あるいは混
合物である。

本発明において使用される　（Ｃ）成分は通常市販され
ている微粒のものを使用することもできるが、スポンジ
チタン製造工程より得られる格外品としてのアンダーメ
ツシュ品（−２０メツシユ）のチタン粉末あるいはチタ
ンまたはチタン合金のダライ粉を粉砕して用いるのがコ
スト上有利である。

本発明において使用される　（ｄ）成分として塩メタノ
ール、エタノール、アミルアルコール、アリルアルコー
ル、プロパギルアルコール、エチレングリコール、プロ
ピレングリコール、エリトロール、２−ブテン−１，４
−ジオール、グリセリン、ペンタエリトリット、アラビ
ット、ソルビット、ペプチット、ポリエチレングリコー
ル、ポリプロピレングリコール、ポリグリセリンなどが
挙げられるが、中でもメタノールが好ましい。

本発明においては前記各成分と共に木粉、パルプ粉等の
天然繊維（セルロース類）を繊維成長の促進剤として用
いることも好ましい。

本発明の方法において、前記（ａ）成分と　（ｂ）成分
とを一般式に２０−ｎ　（Ｔ　ｓ　−Ｍ）　０２　　（
ただしｎは２．５〜３．５、Ｍはチタン源の添加剤に使
用される金属酸化物を表す）で示す」１合に混合し、こ
れらの混合物に対して０，１〜１０重量％の（ｃ）成分
０．５〜１．０重量％の（ｄ）成分および１．　０〜１
０重量％の前記セルロース類を添加し、Ｖ型ブレンダー
等の粉体混合機にて混合を行い原料の反応性を向上させ
、その後８ｏＯ℃〜１２００　’Ｃ好ましくは１１００
℃にて１〜３時間焼成を行い繊維状焼成体を形成させる
。次いでこの繊維状焼成体を徐冷して別容器へ移し粉砕
した後、水または温水中で攪拌機により強制的に５〜１
０時間攪拌処理を行い、その後コロイドミルにて解繊を
行う。得られた繊維状物質を中和水洗後濾過し、　１０
０〜２５０℃で乾燥させたものを５００〜９００℃にて
焼成することにより、本発明の目的とするチタン酸カリ
ウム繊維を得る。

なお、得られたチタン酸カリウム繊維をＸ線解析により
同定したところ大チタン酸カリウム（Ｋ２Ｏ・６ＴｉＯ
ｚ）の結晶が確認されたが、アルミナ、シリカ、酸化第
二鉄等のピークは殆ど見られず、大チタン酸カリウム繊
維の結晶の中に取り込まれた形で生成されたものと推定
される。

本発明によって得られたチタン酸カリウム繊維は、複合
材料との混練前にシランカップリング剤によって処理さ
れる。この際使用されるシランカップリング剤としては
アミノ系シランカップリングｉ！ｌＬ　　エポキシ系シ
ランカップリング斉Ｌ　アクリル系シランカップリング
剤等を用いることができ、その添加量はチタン酸カリウ
ム繊維に対し、０゜０５〜３．０を量％の範囲が望まし
い、また、処理方法については従来公知の方法で特に限
定はない。

次いで熱可塑性樹脂と混錬することにより高耐候性の繊
維強化複合材料が形成されるが、この際用いられる熱可
塑性樹脂としてはポリプロピレン、ポリカーボネート、
６−ナイロン、　６ローナイロン、ポリブチレンテレフ
タレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアセター
ル、ポリアクリレート、ポリフェニレンサルファイド、
ポリエーテル、エーテルケトン等のエンジニアリングプ
ラスチックをあげることができ、またこれらの樹脂を組
み合わせたアロイに対しても有効である。

混練の際の組成比は熱可塑性樹脂９５〜５０１量％、好
ましくは９０〜７０重量％であり、本発明によって得ら
札　シランカップリング処理を施したチタン酸カリウム
繊維は５〜５０１！量％、好ましくは１０〜３０重量％
である。熱可塑性樹脂の量が、　５０１ｉ量％以下にな
ると樹脂本来の特性を損なうし、また、チタン酸カリウ
ム繊維の量が５１ｉ量％以下になると補強材としての特
性を損なうと共に耐候性も失うことになる。混練方法は
従来公知の方法を適宜選択して行うことができる。

［作　用コ 本発明の原料配合時に用いるアルミナ、　シリカおよび
酸化第二飢　特にアルミナ、シリカについては従来顔料
用酸化チタンの耐候性を向上させるための表面処理剤と
して知られているが、本発明においては前記三成分を原
料配合時に適当量添加混合することにより、カリウム源
との焼成反応によってチタン酸カリウムの結晶中に取り
込む形となり、通常の表面処理と比較するとより完全な
処理を施したことになる。従ってチタン酸カリウム繊維
に含まれるチタンの活性度を結晶内で抑制させる効果が
働き、結果として優れた耐候性を具現することとなった また、本発明の原料配合時に添加するチタン粉末および
／または水素化チタン粉末は焼成反応時に自ら発熱反応
することにより反応促進剤として均一でかつ、短時間の
焼成反応に寄与する。

さらにアルコール類は混合助剤として均一な混合に作用
し、木粉等のセルロース類は発泡剤的役割を果たし、繊
維成長を促す作用をする。

［実施例および比較例コ 以下、本発明を実施例および比較例によりさらに具体的
に説明する。

〈実施例１〉 市販の顔料用Ｔｉ○２　（ルチルタイプ、未処理品＞ヲ
用ｊＪｌ、、Ａｌ２Ｏ３１，０ｗｔ％、５ｉ０２１．０
ｗｔ％およびＦｅ２０ｍ　２，０ｗｔ％を添加混合した
。次いでに２ＣＯ３粉末をＴ　ｉ　Ｏ２／に２０換算モ
ル比で３＝１の割合となるよう添加して混合した後、該
混合物に対して５．○ＸＶ　ｔ％のＴ１粉末（２０＝品
）、０．５ｗｔ％のメタノールおよび１０．０ｗｔ％の
木粉を添加してＶ型ブレンダーにて約１５分間混合した
。次いで該混合物５００ｇを電気炉に入れ１１００’Ｃ
で３時間の焼成反応を行った。徐冷後該焼成物を取り出
して小割した後、３Ｑの冷水中に浸して８時間攪拌処理
を行いスラリー状とし、該スラリーをデイスパーミル（
ホソカワミクロン社製）によって解繊して繊維状物質を
分離した。

解繊分離したスラリーを１００”の篩によって残渣と繊
維物質とに篩別し、得られた１００”アンダーのスラリ
ーを中和した後、真空濾過法によって濾過することによ
りケーキ状物質を得、該ケーキ状物質を１５０〜２００
”Ｃの温度を保ちつつ乾燥し、さらに８００℃に昇温し
で３０分間熱処理を行った。

かくの如くして得られた繊維は表面が平滑であり、その
繊維径は平均０．　５μｍ、繊維長は平均５０μｍでほ
ぼ整ったものであった。

なお、得られた繊維をＸ線解析により同定したところに
２０・６Ｔｉ０２であることが確認されたが、Ａ　Ｉ　
２０３．５１０２、Ｆｅ２Ｏ３等のピークは殆ど確認さ
れなかった。

次に得られたチタン酸カリウム繊維に対して３−グリシ
ドキシプロピルメトキシシラン（チンソー製）１ｗｔ％
でカップリング処理を施した後、該チタン酸カリウム繊
維を、ポリプロピレン樹脂に対して２０ｗｔ％添加混合
して成形した繊維強化複合材料を得、そのテストピース
をウェーザーメーターにて促進耐候試験を行ったところ
２０００時間以上経過しても複合材に変化が見られなか
つ旭 〈比較例〉 実施例１によって得られたチタン酸カリウム繊維に代え
てアルミナ、シリカおよび酸化第二鉄を使用せずに調製
されたチタン酸カリウム繊維を用いた以外は実施例１と
同様にして実験を行った。

得られたテストピースをウェザ−メーターにより実施例
１と同一条件で促進耐候試験を行ったところ、　７００
時間を経過したところで複合材の表面に劣化現象が見ら
れた。

［発明の効果］ 本発明によって得られるチタン酸カリウム繊維を用いた
複合材料は実施例ならびに比較例からも明らかなように
、従来公知の繊維強化複合材料と比較し、極めて優れた
耐候性を有する。また、複合材そのものの表面が平滑で
あるため、痘装後のツヤが良く、耐候性と相伴って白亜
化現象をも防止することができる。さらに線膨張係数も
安定化し、はぼ鋼板に近い値が得られるため熱によるヒ
ズミが殆ど出ないという特徴も有している。

また、繊維長と繊維径の見　即ちアスペクト比や、捕強
材としての特性は従来公知のものと比較し、全く遜色が
無いため、露出部分の多い自動車外板用その他の構造材
等、幅広い分野での用途に適合し得るものと期待される
。

特許出願人　日本ウィスカー株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）金属酸化物としてアルミナ、シリカおよび
   酸化第二鉄を含有してなる酸化チタンおよび／または酸
   化チタン含有鉱石、（ｂ）酸化カリウムおよび／または
   加熱により酸化カリウムを生成するカリウム化合物、（
   ｃ）チタン粉末および／または水素化チタン粉末ならび
   に（ｄ）アルコール類を添加混合粉砕し、得られた混合
   物を８００〜１２００℃の温度域で焼成反応することに
   よって得られた焼成物を、水または温水中において水可
   溶分を抽出した後解繊して得た繊維状物質に中和処理を
   施し、更に５００〜９００℃に加熱することによって得
   られる高耐候性複合材料用チタン酸カリウム繊維。
2. （２）（ａ）金属酸化物の含有量がアルミナ０．５〜１
   ．５重量％、シリカ０．５〜１．５重量％および酸化第
   二鉄１．０〜３．０重量％となるよう調製された請求項
   （１）記載の高耐候性複合材料用チタン酸カリウム繊維
   。
3. （３）（ｃ）チタン粉末および／または水素化チタン粉
   末の使用量比が１．０〜１０．０重量％である請求項（
   １）記載の高耐候性複合材料用チタン酸カリウム繊維。