JPH0457922A - 六チタン酸カリウム多結晶繊維の製造方法 - 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、六チタン酸カリウム多結晶繊維の製造方法に
関する。

〔従来の技術〕

六チタン酸カリウム繊維［ＫｚＴ　ｉ　ｂｏ　ｌ！〕は
耐摩耗性、耐火・耐熱性、断熱性、補強性等を有する合
成無機繊維であり、各種分野においてアスベスト代替品
として有望視されている。

その代表的な製造法として知られている溶融法は、加熱
により二酸化チタン（ＴｉＯ２）となるチタン化合物と
、加熱により酸化カリウム（Ｋ、Ｏ）となるカリウム化
合物とを、Ｔ　ｉ　Ｏｔ／　Ｋ　ｚ　Ｏｚのモル比が約
２となるように混合して出発原料とし、出発原料混合物
を加熱溶融する工程、加熱溶融物を冷却用金型に注ぎ、
一方向に凝固させることにより、初生絹繊維としてニチ
タン酸カリウム（Ｋ。

Ｏｔ・２ＴｉＯ＊）繊維の集合体である繊維塊を得る工
程、その繊維塊を水等で処理し、繊維同士を分Ｎ（解繊
）すると共にに゛イオンを溶出（脱カリウム）すること
により、六チタン酸カリウム組成を有する水和チタン酸
カリウムの多結晶繊維を得る工程、ついでその水和チタ
ン酸カリウム多結晶繊維を乾燥し、焼成処理に付して六
チタン酸カリウム結晶に構造変換させる工程からなる・
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の製造法により得られる六チタン酸カリウム多
結晶繊維は、繊維径約２０〜５０μ畑・長さ約１００〜
３００μ−と粗大で、しかも繊維形態は不揃いで均質性
に乏しい。これは、加熱溶融物から初生相二チタン酸カ
リウム繊維を生成させる冷却凝固工程での冷却速度が、
金型内に接する部分と、そうでない部分とで異なること
等により初生相繊維の生成・成長が不揃いとなり、その
初生相繊維の形態のバラツキが、その後の脱カリウム・
焼成処理による組成および構造上の変換を経て得られる
最終繊維の形態に強い影響を残すことによる。

従って、繊維径が比較的細く均質性にすぐれた六チタン
酸カリウム多結晶繊維を得るには、加熱溶融物の冷却凝
固工程における冷却速度の精密な制御を必要とするが、
精密な制御を大量生産・連続生産において実施すること
は甚だ困難である。

六チタン酸カリウム繊維の用途によっては、前記のよう
な粗大な形態を有する繊維が有利な場合もあるが、比較
的微細な繊維形態が要求される用途も多い。例えば自動
車等の制動装置におけるディスクパッド等の摺動部材構
成繊維として使用する場合、あるいは耐熱塗料用添加側
として使用する場合等がそうであり、繊維形態の改良に
より更に多方面への用途の拡大が可能となる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、比較的細径
・短寸の繊維形態を有し均質性にすぐれた六チタン酸カ
リウム多結晶繊維の製造方法を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明の六チ
タン酸カリウム多結晶繊維の製造方法は、 加熱により二酸化チタン（ＴｉＯｚ）となるチタン化合
物と、加熱により酸化カリウム（ＫｚＯ）となるカリウ
ム化合物とを、Ｔ　ｉ　Ｏｔ／　Ｋ□０）のモル比が１
．５〜２．５となるように混合した混合物を加熱溶融し
、 加熱溶融物を急冷凝固させることによりニチタン酸カリ
ウム結晶からなる凝固物を得、その凝固物を洗液で処理
することにより、Ｋ゛イオン溶出させると共に微細に分
離させて六チタン酸カリウム組成を有する水和チタン酸
カリウムの多結晶体の粉状物となし、 ついで、上記粉状物を乾燥し焼成処理することにより、
水和チタン酸カリウム結晶を六チタン酸カリウム結晶に
構造変換することを特徴としている。

本発明は、加熱溶融物の冷却凝固工程において、従来の
ような一方向の指向性凝固によりニチタン酸カリウムの
粗大繊維の生成・成長を行わせる製造法と異なって、ニ
チタン酸カリウムを微細に晶出させることとし、その結
晶塊の洗液による分離・脱カリウム処理と焼成処理を行
うことにより、六チタン酸カリウム繊維を、比較的細径
・短寸で均質性の高い多結晶繊維として収得することを
可能としている。その繊維サイズは後記実施例にも示し
たように、直径的５〜１０μｍで、アスペクト比は約４
〜５程度である。

以下、本発明について工程順に説明する。

出発原料を構成する加熱により二酸化チタンとなるチタ
ン化合物としては、精製酸化チタン、合成ルチル、チタ
ンスラグ、または天然ルチルサンドや天然アナターゼサ
ンド等、各種のチタン化合物が用いられる。

チタン化合物に配合されるカリウム化合物は代表的には
炭酸カリウム（Ｋ、ＣＯ，）であり、そのほか、加熱溶
融工程でに、０となるカリウム化合物、例えば水酸化物
、硝酸塩などを使用することもできる。

チタン化合物とカリウム化合物の混合割合を、ＴｉＯ，
／に、０モル比で１．５〜２．５の範囲とするのは、加
熱溶融物の冷却凝固過程での初生相二チタン酸カリウム
結晶を効率良く生成させるためである。

上記出発原料混合物を溶解炉において融点以上の温度（
例えば、１０５０〜１１００°Ｃ）に加熱して溶融させ
、ついでその加熱溶融物を急冷により凝固させる。溶融
物を急冷するのは、ニチタン酸カリウムの粗大繊維の生
成を阻止し、微細結晶として晶出させるためである。そ
の結晶サイズは約１０〜３０μ蒙程度であってよい。こ
の急冷処理は、例えば第１図に示すように、金属製双ロ
ール（３，３）を高速回転させながら、溶解炉または取
鍋（１）からノズル（２）を介して溶融物（Ｍ）を流下
し、ロール間隙を通過させることにより行うことができ
る。

ついで上記急冷凝固物（例えば金属双ロール法により得
られた厚さ０．２〜２■程度のフレーク状凝固物）を洗
液で処理することにより、その凝固物を分離させると共
に、Ｋ゛イオン溶出（脱カリウム）させて、六チタン酸
カリウム組成を有する水和チタン酸カリウムの多結晶粒
子からなる粉状物を回収する。

上記洗液は、水（常温）、熱水（例えば５０〜８０”Ｃ
Ｌまたは酸液、例えば０．０５〜０．３％の硫酸水溶液
、０．２〜１％の酢酸水溶液、０．０５〜０．３％の塩
酸等が使用され、通常は水で十分であるが、酸液を使用
することにより、処理時間の短縮を図ることができる。

また、必要に応じて、ミキサ等による洗液の攪拌操作が
施される。その洗液処理における洗液の使用量、処理時
間等を加減し、洗液中のに゛イオン濃度の測定等を行い
脱カリウム量を制御することにより、ニチタン酸カリウ
ムから、六チタン酸カリウム組成を有する水和チタン酸
カリウムへの組成変換が達成される。

上記洗液処理により得られる水和チタンカリウムの多結
晶粉状物の径は約５〜２０μ■であるのが好ましい、そ
のサイズが微細にすぎると、最終繊維として得られる六
チタン酸カリウム多結晶繊維のサイズが不当に細かくな
り、他方粗大に過ぎると、最終繊維の形態も粗大なもの
となるからである。この多結晶粉状物のサイズの制御の
ために、洗液処理において必要に応じ洗液に攪拌が付加
される。

上記洗液による処理を経て得られる水和チタン酸カリウ
ム多結晶粉状物は、六チタン酸カリウムの組成を有して
いるが、構造的にはその先駆体である初生相二チタン酸
カリウムの結晶構造（ＴｉＯ３三角両雄体の連鎖が積層
した層状構造）のなごりをとどめているので、これを焼
成処理に付して、結晶構造を六チタン酸カリウムのそれ
（ＴｉＯ６八面体の連鎖により形成されたトンネル構造
）に変換する。焼成処理は、温度約８００〜１０５０℃
に適当時間（例えば１〜１０時間）加熱保持することに
より行われ、この焼成処理を経ることにより目的とする
六チタン酸カリウムの多結晶繊維が得られる。

なお、得られた繊維が意図したサイズよりも粗大である
ような場合には、これを水等に懸濁し、ミキサ等で攪拌
して解繊することにより所望の繊維サイズに調節すれば
よい。

〔実施例〕

実１Ｊし＝ （１）出発原料 （１）チタン化合物：天然ルチルサンド（純度９５．６
％、オーストラリア産） （２）カリウム化合物：炭酸カリウム（純度９９゜５％
） （３）　Ｔ　ｔ　ｏｘ／　ＫｚＯ（モル比）：２．０（
ＩＩ）加熱溶融 出発原料混合粉末を白金るつぼに入れ、１１００°Ｃ×
４０分間加熱溶融。

（ＩＩＩ）急冷処理 溶融物を第３図に示すように、金属製双ロール（３，３
）に流下し、フレーク状凝固物を得る。

ロール胴径：８０φ、ロール胴長：１５０ｊ！、ロール
間隔：０．３ｍ、ロール回転数：　１１００ｒｐ。

（ＩＶ）洗液による脱カリウム・分離処理上記凝固物を
１５０倍（重量比）の水に浸漬し、プロペラ攪拌下、８
時間処理。

洗液から回収された水和チタン酸カリウム粉状物は、六
チタン酸カリウム組成を有しくＸ１１回折）、直径５〜
１５μ−の多結晶体である（走査電子顕微鏡）。

（Ｖ）焼成処理 上記粉状物を乾燥後、アルミするつぼに入れ９００°Ｃ
に保持された炉中に３時間保持。

上記工程を経て得られた繊維は六チタン酸カリウム多結
晶繊維である。第１図に繊維の形態（走査型電子顕微鏡
写真）、第２図にＸ線回折結果をを示す。繊維径５〜１
０μ園、長さ２０〜５０μｍ。

裏施■呈 （１）出発原料 実施例１と同じ 〔■］加熱溶融 実施例１と同じ （Ｉ［、ｌ急冷処理 実施例１と同じ双ロール法による。但し、ロール間隔：
０．８ｍ、ロール回転数：　７０ｒｐｍ。

［ＩＶ）洗液による脱カリウム・分離処理フレーク状固
化物を２００倍量（重量比）の水に浸漬し、プロペラ攪
拌下、６時間処理。

洗液から回収された水和チタン酸カリウム粉状物は、六
チタン酸カリウム組成を有する直径５〜２０μ−の多結
晶体である。

〔Ｖ〕焼成処理 上記粉状物を乾燥後、アルミするつぼに入れ、１０００
°Ｃに保持された炉中に５時間保持。

得られた繊維は直径：５〜１５μ■、長さ＝３０〜８０
μ園の六チタン酸カリウム多結晶繊維である。

皇ム■主 ＣＩ）出発原料 実施例１と同じ （ｎ）加熱溶融 実施例１と同じ （Ｉ［Ｉ］急冷処理 実施例１と同じ双ロール法による。但し、ロール間隔：
２腫、ロール回転数：　５０ｒｐ−０（ＩＶ）洗液によ
る脱カリウム・分離処理フレーク状固化物を１５０容量
（重量比）の水に浸漬し、プロペラ攪拌下、８時間処理
。

洗液から回収された水和チタン酸カリウム粉状物は、六
チタン酸カリウム組成を有する直径１０〜３０μ■の多
結晶体である。

（Ｖ）焼成処理 上記粉末を乾燥後、アルミするつぼに入れ、１Ｏｓｏ’
ｃに保持された炉中に３時間保持。

得られた繊維は直径：１０〜２０μ譜、長さ：５０〜１
００μ閣の六チタン酸カリウム多結晶繊維である。

〔参考例−ディスクパッド製作および摩擦試験〕前記実
施例１で得た六チタン酸カリウム多結晶繊維を基材繊維
としてディスクパッド（パッドＡ）を製作し、ダイナモ
チストによる摩擦特性測定結果を、従来の六チタン酸カ
リウム多結晶繊維（後記比較例により製造）を使用した
ディスクパッド（パッドＢ）、およびアスベスト繊維を
使用したディスクパッド（パッドＣ）と比較した。

−゛　　スクパ・ド 基材繊維、結合剤（フェノール樹脂）、および摩Ｓ調整
剤（硫酸バリウム）の混合物（繊維／フェノール樹脂／
硫酸バリウム＝　３０／２０１５０．重量比）を予備成
形（温度：常温、加圧カニ　３００ｋｇｆ／ｄ、加圧時
間＝１分）したのち、金型による結着成形（温度１７０
°Ｃ１加圧力１５０ｋｇｆ／ｃｊ、加圧時間５分）を行
い、成形後１８０℃×３時間の熱処理を施して製作。

摩蓋藍辰条註 ディスク摩擦面：Ｆｅ１２ねすみ鋳鉄、面圧：１０ｋｇ
ｆ／ｃｉｊ、摩擦速度ニアｍ７秒。

第４図（１）に摩擦係数測定結果を、同図〔■〕に摩耗
率（ｃｊ　／　ｋｇｗ）を示す。各図中、ａは供試パッ
ドＡ、ｂは供試パッドＢ、ｃは供試パッドＣの測定結果
である。発明例の繊維を使用した供試パッドＡは、従来
のチタン酸カリウム繊維を用いた供試パッドＢに比し、
摩擦係数が安定し、またアスベスト繊維を使用した供試
パッドＣに比べて摩耗率が低く耐久性にすぐれているこ
とがわかる。

〔比較例〕 従来の溶融法により六チタン酸カリウム繊維を得る。

ＣＩ）出発原料・・・・実施例１と同じ（ＩＩ）加熱溶
融・・・・実施例１と同じ［ｎＩ）冷却処理（一方向凝
固） 溶融物を金属製冷却皿に流し込み底部から冷却し、初生
相であるニチタン酸カリウム繊維の塊状物を得る。

（ＩＶ）脱カリウム・解繊処理 塊状物を、１５０倍量（重量比）の水に浸漬し２４時間
を要して脱カリウム処理することにより、解繊すると共
に六チタン酸カリウム相当組成の水和チタン酸カリウム
に組成変換する。繊維は、直径２０〜５０μｍ、長さ１
００〜３００μ簡の板状晶である（走査電子顕微鏡）。

（Ｖ）熱処理 水洗後、脱水・乾燥し、１０５０°Ｃの炉中に３時間保
持して構造変換させることにより、六チタン酸カリウム
多結晶繊維を得た。第５図にその繊維を示す（走査型電
子顕微鏡写真）。繊維径２０〜５０μｍ、長さ１００〜
３００μ閣。

〔発明の効果〕

本発明によれば、六チタン酸カリウム繊維を、比較的細
径・短寸でバラツキの少ない多結晶繊維として製造する
ことができる。本発明により製造される六チタン酸カリ
ウム多結晶繊維は、摩擦材料、耐熱材料、断熱材料、そ
の他各種の構造部材として好適であり、例えば自動車等
の制動装置の摺動部材構成繊維として使用することによ
り、その摺動面に改良された摩擦特性を付与することが
できる。

また、本発明による六チタン酸カリウム多結晶繊維は、
耐熱塗料添加剤、あるいは光沢顔料等としても有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製造された繊維を示す図面代用顕
微鏡写真（倍率×１０００）、第２図は繊維のＸ線回折
図、第３図は加熱溶融物の急冷処理の例を示す断面説明
図、第４図（Ｉ）（ＩＩ）は摩擦試験結果を示すグラフ
、第５図は従来の六チタン酸カリウム多結晶繊維を示す
図面代用顕微鏡写真（倍率Ｘ１００Ｏ）である。 １：溶解炉（取鍋）、３，３：双ロール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱により二酸化チタン（ＴｉＯ＿２）となるチ
   タン化合物と、加熱により酸化カリウム（Ｋ＿２Ｏ）と
   なるカリウム化合物とを、ＴｉＯ＿２／Ｋ＿２Ｏのモル
   比が１．５〜２．５となるように混合した混合物を加熱
   溶融し、 加熱溶融物を急冷凝固させることにより二チタン酸カリ
   ウム結晶からなる凝固物を得、 その凝固物を洗液で処理することにより、Ｋ＾＋イオン
   を溶出させると共に微細に分離させて六チタン酸カリウ
   ム組成を有する水和チタン酸カリウムの多結晶体の粉状
   物となし、ついで、上記粉状物を乾燥し焼成処理するこ
   とにより、水和チタン酸カリウム結晶を六チタン酸カリ
   ウム結晶に構造変換することを特徴とする六チタン酸カ
   リウム多結晶繊維の製造方法。