JPS6159280B2 - - Google Patents
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Description
本発明は繊維状チタン酸アルカリ金属の製造法
に関する。さらに詳しくは、一般式M2MoO4また
はM2WO4(式中、Mはアルカリ金属である、以
下同様)で示されるモリブデン酸アルカリ金属ま
たはタングステン酸アルカリ金属を触媒に用い、
これに一般式M2O・nTiO2(式中、Mはアルカ
リ金属、nは1〜7である、以下同様)で示され
るチタン酸アルカリ金属に相当する組成を形成し
うるチタン酸アルカリ金属製造原料またはチタン
酸アルカリ金属を70〜95モル%の割合で配合し、
900〜1350℃の温度範囲で加熱溶融し、少なくと
も触媒の溶融液中で繊維状チタン酸アルカリ金属
を反応、育成せしめることを特徴とする繊維状チ
タン酸アルカリ金属の製造法に関する。
従来、繊維状チタン酸アルカリ金属の製造法と
しては、フラツクス法、水熱合成法および焼成法
などが知られている。工業的にはフラツクス法ま
たは焼成法が大規模化、連続化などの点から有利
とされている。しかしながら、焼成法は固相反応
によるため、その製法としては簡単であるが繊維
長の短かい短繊維しかえられないという欠点があ
る。また一方フラツクス法はフラツクスに弗化カ
リ、塩化カリなどのアルカリ金属のハロゲン化合
物を使用するためその蒸気圧がいちじるしく高
く、したがつてその反応温度を高く維持しえず、
前記焼成法でえられるチタン酸アルカリ金属の繊
維長より大きいものが生成しうるとはいえ、なお
実用上多くの難点がある。
本発明者らはフラツクス法における繊維状チタ
ン酸アルカリ金属の生成反応について理論的解明
を行なつた結果、フラツクスとしてタングステン
酸アルカリ金属またはモリブデン酸アルカリ金属
を用い、かつこのフラツクスに一般式M2O・
nTiO2で示されるチタン酸アルカリ金属またはこ
の構成成分であるTiO2およびM2Oの組成を形成
しうる原料(すなわち酸化チタンとアルカリ金属
化合物)を5〜50モル%の範囲で配合し、700〜
1350℃の温度で加熱溶融し、とくにフラツクスの
溶融液中で生成するチタン酸アルカリ金属を育成
することにより、まつたく無公害であり、かつ用
いたフラツクスが回収可能であり、しかも繊維長
の大きな繊維状チタン酸アルカリ金属が連続的に
製造されうることを見出した(特開昭51−122700
号公報参照)。しかしながら、かかる製造法にお
いてはつぎのごとき工業上の問題点がある。すな
わち前記製造法は
(1) 繊維状チタン酸アルカリ金属の育成反応は多
量のフラツクス溶融液中で行なわれるため、該
溶融液の蒸気圧が小さいものの反応容器の腐食
性がいちじるしく大きく、したがつて工業的に
製造するばあいには、その容器材料として適当
なものがなく、新たに開発する必要がある、
(2) 前記フラツクスは高価であるため100%回収
する必要があり、工業的スケールで用いるばあ
いはその回収設備費が巨額となり、したがつて
生産コストに大きく影響をあたえる、
(3) フラツクスが多量のばあいには、反応開始時
に反応が急激におこるため短繊維と長繊維が混
在して生成することが多く、したがつてこれら
の分離が困難となる、
(4) フラツクスが多いと生成した繊維状チタン酸
アルカリ金属を解繊するのに多量の水を要する
ので不利である。
などの解決されなければならない難問を含んでい
る。
そこで本発明者らは叙上の欠点を排除し、繊維
状チタン酸アルカリ金属の工業的製造法を開発す
るべくさらに鋭意研究を重ねた結果、つぎのごと
き新たなチタン酸アルカリ金属の繊維状への成長
反応方法およびその反応を促進するフラツクスの
触媒効果を見出した。すなわちチタン酸アルカリ
金属(M2O・nTiO2)を形成する組成系中で、
もつとも長繊維化する四チタン酸アルカリ金属
(M2O・4TiO2)相を製造するには、初期生成物
としてまず六チタン酸アルカリ金属(M2O・
6TiO2)相を生成せしめ、ついでこの六チタン酸
アルカリ金属とM2O成分とを会合反応せしめて
四チタン酸アルカリ金属を生成させてえられる
が、この反応機構は前記特開昭51−122700号公報
に記載されている溶解−析出反応(すなわち、固
相の酸化チタンと液相中の酸化アルカリ金属との
固−液界面反応により生成したチタン酸アルカリ
金属がフラツクス溶融液中に溶解し、それが析出
して成長する反応)ではなく、つぎの反応式で示
す解離−会合反応であることを究明した。
2M2Ti6O13+M2O3M2Ti4O9
この解離−会合反応は温度、原料組成、触媒の
塩基性の度合などに依存し、一般的に高温では解
離反応が優勢であり、六チタン酸アルカリ金属相
が多量に生成し、また高温から徐冷するばあいに
は会合反応が優勢となり、四チタン酸アルカリ金
属相が生成して長繊維化する。
したがつて前記フラツクスの使用目的はこの反
応を促進するための触媒効果にあるので、フラツ
クスの使用量がきわめて少なくても繊維状チタン
酸アルカリ金属がえられる。また触媒は溶融状態
で使用するときもつとも活性である。
本発明はかかる多くの知見に基づいて完成され
たものである。
本発明の第1の目的は無公害で、かつ回収され
うるフラツクスを用い、反応容器材料も従来のそ
れが使用可能である繊維状チタン酸アルカリ金属
の製造法を提供するにある。本発明の第2の目的
は大規模なフラツクス回収設備を必要とせず、生
産コストの安価な繊維状チタン酸アルカリ金属の
製造法を提供するにある。また本発明の他の目的
は耐熱、断熱材料、プラスチツク強化材料とし
て、とくに有用である長繊維状チタン酸アルカリ
金属の製造法を提供するにある。
すなわち本発明は酸化チタン成分と酸化アルカ
リ金属成分を形成しうるアルカリ金属化合物との
混合物からなりかつその組成が一般式M2O・
nTiO2で示されるチタン酸アルカリ金属の構成成
分である酸化チタンおよび酸化アルカリ金属の構
成組成になるように配合されてなるチタン酸アル
カリ金属製造原料または前記チタン酸アルカリ金
属と触媒として一般式M2MoO4で示されるモリブ
デン酸アルカリ金属または一般式M2WO4で示さ
れるタングステン酸アルカリ金属とをモル%で
70:30〜95:5の割合で混合し、温度900〜1350
℃で反応系を加熱溶融せしめるかまたは少なくと
も触媒成分を溶融せしめ、該溶融混合物中に生成
したチタン酸アルカリ金属とアルカリ金属イオン
との解離−会合反応によりチタン酸アルカリ金属
を単結晶として成長せしめることを特徴とする繊
維状チタン酸アルカリ金属の製造法であつて、か
かる方法を採用することにより叙上の欠点が排除
され、本発明の目的が達成されうるというきわめ
て顕著な効果が奏されうる。
本発明の方法を具体的に説明すれば、前記のご
とく酸化チタン(すなわちTiO2)と酸化アルカ
リ金属(すなわちM2O)を形成しうるアルカリ
金属化合物との混合物からなりかつその組成割合
が一般式M2O・nTiO2で示されるチタン酸アル
カリ金属の構成成分である酸化チタンおよび酸化
アルカリ金属の構成組成になるように配合されて
なるチタン酸アルカリ金属製造原料または前記チ
タン酸アルカリ金属と触媒としてモリブデン酸ア
ルカリ金属またはタングステン酸アルカリ金属と
をモル%で70:30〜95:5の割合で混合し、溶融
温度900〜1350℃、好ましくは1000〜1350℃の範
囲で1〜10時間、好ましくは3〜5時間加熱して
反応系を加熱溶触せしめるかまたは少なくとも触
媒成分を溶融せしめ、該溶融混合物に生成したチ
タン酸アルカリ金属とアルカリ金属イオンとの解
離−会合反応を行なわしめて実施される。
前記チタン酸アルカリ金属とアルカリ金属イオ
ンとの解離−会合反応を行なわしめる手段として
は、たとえば溶融混合物を前記溶融温度の範囲内
のある温度に通常3〜5時間保持する方法、また
は溶融混合物を溶融温度から徐々に900℃程度ま
で徐冷(たとえば4〜20℃/hrの徐冷速度で)す
る方法、蒸発法、溶融物の一部を局所的に冷却す
る方法、溶融物の上下に温度を与える方法あるい
はこれらの組合せによる方法などが採用され、そ
れにより単結晶として目的とする種類のチタン酸
アルカリ金属が生成して長繊維化される。溶融温
度を1350℃より高くすることは熱的に不経済であ
ると共に反応容器材料の選択も困難であり、また
900℃より低いときは触媒としての一般式M2
MoO4で示されるモリブデン酸アルカリ金属また
は一般式M2WO4で示されるタングステン酸アル
カリ金属が溶融しないか、もしくは溶融状態が不
充分であり、解離−会合反応が起こりにくくきわ
めて短い繊維しかえられず、また繊維状チタン酸
アルカリ金属の収率が極度に低下し、いずれも好
ましくない。
本発明においては前記のごとく、チタン酸アル
カリ金属製造原料またはチタン酸アルカリ金属と
前記触媒(すなわちフラツクス)とをモル%で前
者を70〜95の範囲で配合しかつ後者を30〜5の範
囲で配合して用いるのであるが、それにより容器
材料として従来のものが使用でき、また高価なフ
ラツクスの回収も比較的小スケールの設備でよ
く、繊維長の大きな目的とするチタン酸アルカリ
金属の工業的製造が可能であるというきわめて顕
著な効果が奏されうる。触媒の配合量を30モル%
よりも大ならしめるときは反応開始時に反応が急
激におこり、短繊維と長繊維が混在して生成する
現象が表われはじめるなどの難問が生ずることと
なり、また5モル%より小ならしめるときは解離
−会合反応が起こりにくくなり、チタン酸カリウ
ムの繊維長、収率などに影響を与え、いずれも好
ましくない。
本発明で用いる前記一般式M2MoO4またはM2
WO4で示されるモリブデン酸アルカリ金属また
はタングステン酸アルカリ金属としては、アルカ
リ金属がナトリウム、カリウム、ルビジウムまた
はセシウムであるモリブデン酸アルカリ金属また
はタングステン酸アルカリ金属があげられる。
本発明の方法により製造される繊維状チタン酸
アルカリ金属としては、一般式M2O・nTiO2に
おいてアルカリ金属(すなわちM)がナトリウ
ム、カリウム、ルビジウムまたはセシウムであり
かつnが1〜7(好ましくは2〜6)であり、そ
の形状が径0.1〜10μで繊維長が0.01〜5mm程度
の円柱形であつて、工業的に利用できる断熱材、
耐火材として、あるいは顔料、触媒の担体、プラ
スチツク充填材、セメント複合材などとして有効
に使用されうる。
本発明における繊維状チタン酸アルカリ金属の
構成成分である酸化チタンと酸化アルカリ金属を
形成しうるアルカリ金属化合物との使用割合とし
ては、目的とする種類のチタン酸アルカリ金属の
構成成分の組成割合になるように配合された配合
割合が採用されるのであるが、それはチタン酸ア
ルカリ金属の生成における安定性が溶融液中の塩
基度によりいちじるしく影響されるためである。
たとえば酸化チタンが過剰であるばあいもしくは
アルカリ金属化合物が過剰であるばあいには、生
成物の繊維長がいちじるしく低下することとな
り、好ましくない。
本発明に用いるアルカリ金属化合物としては、
たとえばアルカリ金属がナトリウム、カリウム、
ルビジウムまたはセシウムである炭酸塩、水酸化
物または硝酸塩などがあげられ、これらの1種ま
たは2種以上が用いられる。
また一方、繊維状チタン酸アルカリ金属の製造
原料として用いるチタン酸アルカリ金属は、生成
せしめるチタン酸アルカリ金属と同一組成であり
かつ非晶質または結晶質の粉末非繊維状のものが
用いられ、本発明の方法により繊維長の大きな繊
維状チタン酸アルカリ金属に形成される。触媒
(すなわちフラツクス)と粉末非繊維状チタン酸
アルカリ金属との加温溶融は、生成する繊維状チ
タン酸アルカリ金属の溶融温度または分解温度を
上限としかつ触媒の溶融温度を下限としておのず
から決まるが、前記のごとく繊維状六チタン酸ア
ルカリ金属を生成せしめる温度がもつとも重要で
ある。したがつてその好ましい温度は900〜1350
℃の範囲であり、触媒は溶融状態にありかつ溶融
混合物を前記温度範囲のある温度に一定時間保持
するかまたは所定温度まで徐冷して行なわれる。
本発明の方法を工業的に実施するに際しては、
触媒とチタン酸アルカリ金属製造原料または粉末
非繊維状チタン酸アルカリ金属との特定な配合組
成物を所定温度(たとえば1150℃)まで速やかに
加熱し、ついでこれをその温度で一定時間(たと
えば4時間)保持する方法を採用するのがもつと
も容易であり、保持温度を適宜変えることにより
生成される繊維状チタン酸アルカリ金属の繊維長
の大きさを制御することが可能である。
しかしてこの種の合成反応は大型化が困難とさ
れていたが、本発明の方法を採用することにより
大型化が容易となり、工業化が可能となつた。
つぎに実施例および参考例をあげて本発明の方
法を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施
例のみに限定されるものではない。
参考例 1
本参考例は反応式:2K2Ti6O13+K2O
3K2Ti4O9にしたがう解離−会合反応の実証とそ
の反応の温度依存性を調べることを目的としたも
のである。
目的組成のチタン酸カリウムとしてK2O・
4TiO2を生成するべく、TiO2(ルチル型、325メ
ツシユパス)とK2CO3(325メツシユパス)とを
モル比で4:1の割合で混合し、ついでこれと触
媒としてK2MoO4とをモル%で90:10の割合で配
合し、よく振とうして混合した。
この混合物約1gを7mlの白金ルツボにそれぞ
れ充填し、炭化珪素発熱体電気炉(5kW)を用
いて加熱溶融した。この際反応温度はそれぞれ
950℃、1000℃、1050℃および1100℃を、また反
応時間はそれぞれの反応温度について5分、15
分、30分、60分および240分をそれぞれ採用し
た。
ついで前記所定の溶融条件で処理された溶融物
の入つたルツボを大気中にとり出し、冷水を含ん
だ布上で急冷した。ついでこの急冷された試料は
水で触媒を溶解除去してルツボからとり出し、水
洗しついで乾燥したのち粉末X線回折法により生
成物を同定した。いずれの生成物もK2O・
4TiO2とK2O・6TiO2との相の繊維状物であり、
またその混合割合は最強線の相対強度比で求め
た。なお両相は異相であるけれども同じ結晶系お
よび同軸方向へ伸長した繊維形を示して晶癖が同
じであるので、相対強度法が適用できる。
その結果を第1表(解離−会合反応の温度依存
性)に示す。
The present invention relates to a method for producing fibrous alkali metal titanates. More specifically, an alkali metal molybdate or alkali metal tungstate represented by the general formula M 2 MoO 4 or M 2 WO 4 (in the formula, M is an alkali metal, the same applies hereinafter) is used as a catalyst,
In addition, production of an alkali metal titanate that can form a composition corresponding to an alkali metal titanate represented by the general formula M 2 O・nTiO 2 (in the formula, M is an alkali metal, and n is 1 to 7, the same applies hereinafter) Blending raw materials or alkali metal titanates at a ratio of 70 to 95 mol%,
The present invention relates to a method for producing a fibrous alkali metal titanate, which is characterized by heating and melting the fibrous alkali metal titanate in a temperature range of 900 to 1350°C to react and grow the fibrous alkali metal titanate in at least a molten solution of a catalyst. Conventionally, methods for producing fibrous alkali metal titanates include a flux method, a hydrothermal synthesis method, and a calcination method. Industrially, the flux method or the sintering method is considered advantageous in terms of large-scale production and continuous production. However, since the calcination method is based on a solid phase reaction, although it is a simple manufacturing method, it has the disadvantage that only short fibers with a short fiber length can be obtained. On the other hand, the flux method uses alkali metal halogen compounds such as potassium fluoride and potassium chloride for the flux, so its vapor pressure is extremely high, and therefore the reaction temperature cannot be maintained high.
Although fiber lengths larger than those of alkali metal titanate obtained by the above-mentioned calcination method can be produced, there are still many practical difficulties. The present inventors theoretically elucidated the production reaction of fibrous alkali metal titanates in the flux method. As a result, they used an alkali metal tungstate or an alkali metal molybdate as a flux, and the general formula M 2 O was used for this flux.・
A raw material (i.e., titanium oxide and alkali metal compound) capable of forming a composition of alkali metal titanate represented by nTiO 2 or its constituent components TiO 2 and M 2 O is blended in a range of 5 to 50 mol%, and 700 ~
By heating and melting the flux at a temperature of 1350°C and growing the alkali metal titanate produced in the flux melt, it is extremely pollution-free, the flux used can be recovered, and it can be made with a large fiber length. It has been discovered that fibrous alkali metal titanate can be produced continuously (Japanese Patent Application Laid-open No. 122700/1983).
(see publication). However, this manufacturing method has the following industrial problems. That is, the production method described above is as follows: (1) Since the growth reaction of fibrous alkali metal titanate is carried out in a large amount of flux melt, although the vapor pressure of the melt is low, the corrosivity of the reaction vessel is extremely high; In the case of industrial production, there is no suitable material for the container, and a new one must be developed. (3) When a large amount of flux is used, the reaction occurs rapidly at the start of the reaction, causing short fibers and long fibers to separate. (4) If there is a large amount of flux, a large amount of water is required to defibrate the fibrous alkali metal titanate, which is disadvantageous. . There are many difficult questions that need to be solved, such as: Therefore, the present inventors conducted further intensive research in order to eliminate the above-mentioned drawbacks and develop an industrial manufacturing method for fibrous alkali metal titanate. As a result, the following new fibrous alkali metal titanate was developed. We have discovered a growth reaction method and the catalytic effect of flux that promotes the reaction. That is, in the composition system forming alkali metal titanate (M 2 O.nTiO 2 ),
In order to produce an alkali metal tetratitanate (M 2 O.4TiO 2 ) phase which naturally becomes long fibers, an alkali metal hexatitanate (M 2 O.4TiO 2 ) phase is first produced as an initial product.
6TiO 2 ) phase is formed, and then this alkali metal hexatitanate and the M 2 O component are subjected to an association reaction to form an alkali metal tetratitanate. This reaction mechanism is described in the above-mentioned JP-A-51-122700 The alkali metal titanate produced by the dissolution-precipitation reaction described in the publication (i.e., the solid-liquid interface reaction between titanium oxide in the solid phase and the alkali metal oxide in the liquid phase) dissolves in the flux melt, It was determined that this reaction was not a reaction of precipitation and growth, but a dissociation-association reaction shown by the following reaction formula. 2M 2 Ti 6 O 13 +M 2 O3M 2 Ti 4 O 9This dissociation-association reaction depends on the temperature, raw material composition, degree of basicity of the catalyst, etc. Generally, at high temperatures, the dissociation reaction is predominant; When a large amount of an acid alkali metal phase is produced and slow cooling is performed from a high temperature, an association reaction becomes dominant, and an alkali metal tetratitanate phase is produced to form long fibers. Therefore, since the purpose of using the flux is to have a catalytic effect to promote this reaction, fibrous alkali metal titanate can be obtained even if the amount of flux used is extremely small. The catalyst is also more active when used in the molten state. The present invention was completed based on many such findings. A first object of the present invention is to provide a method for producing fibrous alkali metal titanate using a non-polluting and recoverable flux and using conventional reaction vessel materials. A second object of the present invention is to provide a method for producing fibrous alkali metal titanates that does not require large-scale flux recovery equipment and is inexpensive to produce. Another object of the present invention is to provide a method for producing a long fibrous alkali metal titanate which is particularly useful as a heat-resistant, heat-insulating material and a plastic reinforcing material. That is, the present invention comprises a mixture of a titanium oxide component and an alkali metal compound capable of forming an alkali metal oxide component, and whose composition has the general formula M 2 O.
A raw material for producing an alkali metal titanate formed by blending titanium oxide, which is a constituent component of an alkali metal titanate, and an alkali metal oxide represented by nTiO 2 or the alkali metal titanate and a catalyst of the general formula M 2 Alkali metal molybdate represented by MoO 4 or alkali metal tungstate represented by the general formula M 2 WO 4 in mol%.
Mix at a ratio of 70:30 to 95:5 and at a temperature of 900 to 1350.
heating and melting the reaction system at °C or at least melting the catalyst component, and growing the alkali metal titanate as a single crystal through a dissociation-association reaction between the alkali metal titanate and alkali metal ions produced in the molten mixture. By employing this method, the above-mentioned drawbacks can be eliminated and the object of the present invention can be achieved, which is a very remarkable effect. Specifically, the method of the present invention is made of a mixture of titanium oxide (i.e., TiO 2 ) and an alkali metal compound capable of forming an alkali metal oxide (i.e., M 2 O), and whose composition ratio is common. A raw material for producing an alkali metal titanate, or the alkali metal titanate and a catalyst , which are blended to have a constituent composition of titanium oxide and alkali metal oxide, which are the constituent components of the alkali metal titanate represented by the formula M 2 O.nTiO 2 The mixture is mixed with an alkali metal molybdate or an alkali metal tungstate in a ratio of 70:30 to 95:5 (mol%), and the mixture is heated at a melting temperature of 900 to 1350°C, preferably 1000 to 1350°C, for 1 to 10 hours, preferably. This is carried out by heating the reaction system for 3 to 5 hours or melting at least the catalyst component, and then carrying out a dissociation-association reaction between the alkali metal titanate and alkali metal ions produced in the molten mixture. The means for carrying out the dissociation-association reaction between the alkali metal titanate and the alkali metal ions include, for example, a method of holding the molten mixture at a temperature within the range of the melting temperature for usually 3 to 5 hours, or a method of holding the molten mixture at a certain temperature within the range of the melting temperature, or Methods of slow cooling from temperature to around 900℃ (e.g. at a slow cooling rate of 4 to 20℃/hr), evaporation method, method of locally cooling a part of the melt, and methods of cooling the melt at the top and bottom of the melt. A method of giving or a method of combining these methods is adopted, whereby the desired type of alkali metal titanate is produced as a single crystal and made into long fibers. Increasing the melting temperature higher than 1350°C is thermally uneconomical, and it is also difficult to select the material for the reaction vessel.
General formula M2 as a catalyst when lower than 900℃
The alkali metal molybdate represented by MoO 4 or the alkali metal tungstate represented by the general formula M 2 WO 4 does not melt or is in an insufficient molten state, making it difficult for dissociation-association reactions to occur and only extremely short fibers can be obtained. , and the yield of fibrous alkali metal titanate is extremely reduced, both of which are unfavorable. In the present invention, as described above, the raw material for producing alkali metal titanate or the alkali metal titanate and the catalyst (i.e., flux) are mixed in a mole% range of 70 to 95% of the former and 30 to 5% of the latter. As a result, conventional container materials can be used, and expensive flux can be recovered using relatively small-scale equipment, making it possible to use industrial alkali metal titanates with large fiber lengths. A very remarkable effect can be achieved in that manufacturing is possible. The amount of catalyst added is 30 mol%
If it is made larger than 5 mol%, the reaction will occur rapidly at the start of the reaction, and problems such as the phenomenon of short fibers and long fibers mixed together will occur, and if it is made smaller than 5 mol%, The dissociation-association reaction becomes difficult to occur, which affects the fiber length and yield of potassium titanate, both of which are unfavorable. The general formula M 2 MoO 4 or M 2 used in the present invention
Examples of the alkali metal molybdate or alkali metal tungstate represented by WO 4 include alkali metal molybdates or alkali metal tungstates in which the alkali metal is sodium, potassium, rubidium or cesium. The fibrous alkali metal titanate produced by the method of the present invention has a general formula M 2 O.nTiO 2 in which the alkali metal (i.e. M) is sodium, potassium, rubidium or cesium, and n is 1 to 7 (preferably 2 to 6), which has a cylindrical shape with a diameter of 0.1 to 10μ and a fiber length of about 0.01 to 5 mm, and is an industrially usable heat insulating material.
It can be effectively used as a refractory material, a carrier for pigments and catalysts, a plastic filler, a cement composite, etc. In the present invention, the ratio of titanium oxide, which is a component of the fibrous alkali metal titanate, and the alkali metal compound capable of forming an alkali metal oxide is determined according to the composition ratio of the target type of alkali metal titanate. This is because the stability in the production of alkali metal titanates is significantly affected by the basicity in the melt.
For example, if titanium oxide is in excess or if the alkali metal compound is in excess, the fiber length of the product will be markedly reduced, which is undesirable. As the alkali metal compound used in the present invention,
For example, the alkali metals are sodium, potassium,
Examples include carbonates, hydroxides, and nitrates of rubidium or cesium, and one or more of these may be used. On the other hand, the alkali metal titanate used as a raw material for producing the fibrous alkali metal titanate is an amorphous or crystalline powder non-fibrous material that has the same composition as the alkali metal titanate to be produced. By the method of the invention, a fibrous alkali metal titanate having a large fiber length is formed. The heating and melting of the catalyst (i.e., flux) and the powdered non-fibrous alkali metal titanate is naturally determined by setting the upper limit to the melting temperature or decomposition temperature of the fibrous alkali metal titanate to be produced and the lower limit to the melting temperature of the catalyst. As mentioned above, the temperature at which fibrous alkali metal hexatitanate is generated is also important. Therefore, its preferred temperature is 900-1350
℃ range, the catalyst is in a molten state, and the molten mixture is maintained at a certain temperature within the above temperature range for a certain period of time or is slowly cooled to a specified temperature. When implementing the method of the present invention industrially,
A specific composition of a catalyst and an alkali metal titanate production raw material or powdered non-fibrous alkali metal titanate is rapidly heated to a predetermined temperature (for example, 1150°C), and then kept at that temperature for a certain period of time (for example, 4 hours). ) It is easy to adopt the holding method, and it is possible to control the fiber length of the fibrous alkali metal titanate produced by appropriately changing the holding temperature. However, it has been difficult to scale up this type of synthetic reaction, but by employing the method of the present invention, it has become easy to scale up and industrialization has become possible. Next, the method of the present invention will be specifically explained with reference to Examples and Reference Examples, but the present invention is not limited only to these Examples. Reference example 1 This reference example has the reaction formula: 2K 2 Ti 6 O 13 +K 2 O
The purpose of this study was to demonstrate the dissociation-association reaction according to 3K 2 Ti 4 O 9 and to investigate the temperature dependence of the reaction. As potassium titanate with the desired composition, K 2 O.
To produce 4TiO 2 , TiO 2 (rutile type, 325 mesh pass) and K 2 CO 3 (325 mesh pass) were mixed at a molar ratio of 4:1, and then this and K 2 MoO 4 as a catalyst were mixed. They were blended at a ratio of 90:10 (mol%) and thoroughly shaken to mix. Approximately 1 g of this mixture was filled into 7 ml platinum crucibles and heated and melted using a silicon carbide heating element electric furnace (5 kW). At this time, the reaction temperature is
950℃, 1000℃, 1050℃ and 1100℃, and the reaction time was 5 minutes, 15 minutes for each reaction temperature.
minutes, 30 minutes, 60 minutes and 240 minutes, respectively. The crucible containing the melt treated under the predetermined melting conditions was then taken out into the atmosphere and rapidly cooled on a cloth containing cold water. The rapidly cooled sample was then removed from the crucible by dissolving the catalyst with water, washed with water, dried, and the product was identified by powder X-ray diffraction. Both products are K 2 O.
It is a fibrous material of phases of 4TiO 2 and K 2 O・6TiO 2 ,
The mixing ratio was determined by the relative intensity ratio of the strongest line. Although both phases are different phases, they exhibit the same crystal system and fiber shape extending in the coaxial direction and have the same crystal habit, so the relative strength method can be applied. The results are shown in Table 1 (temperature dependence of dissociation-association reaction).
【表】
950℃で5分間加熱して急冷した試料の収率は
約95%(重量%、以下同様)であつた。このもの
は顕微鏡観察で繊維形であり、X線回折で同定し
た結果により第1表のごとくK2O・4TiO2相が
約65%、K2O・6TiO2相が約35%であつた。こ
のような少量のK2MoO4ときわめて短時間の生成
反応においては、溶媒効果による溶解−析出反応
でチタン酸アルカリ金属の生成機構を説明するこ
とはできない。これは固−液界面反応の系で生ず
る解離−会合反応によりよく説明づけることがで
きる。
つぎに合成相と反応温度との関係は、低温ほど
K2O・4TiO2相が安定であり、また高温ほどK2
O・6TiO2相が安定である。とくに低温では反応
時間の経過に伴ない六チタン酸カリウムとK2O
との会合反応が進行する。このことは高温でK2
O・6TiO2相が生成し、その溶融体を低温へ徐冷
すれば会合反応によりK2O・4TiO2相が優勢に
生成することを示している。一定温度下での会合
反応で生成する四チタン酸アルカリ金属相は、一
般的に10〜100μ、なかんづく10〜50μ程度の繊
維長の短い短繊維である。
参考例 2
本参考例は参考例1における解離−会合反応の
温度依存性の知見に基づき四チタン酸カリウム
(K2O・4TiO2)の長繊維化について検討したも
のである。
チタン酸カリウムとしてK2O・4TiO2を生成
するべくTiO2(ルチル型、325メツシユパス)と
K2CO3(325メツシユパス)とをモル比で4:1
の割合で混合し、ついでこれと触媒としてK2
MoO4とをモル%で90:10の割合で配合し、よく
振とうして混合した。
この混合物約25gを50mlの白金ルツボに充填
し、炭化珪素発熱体電気炉(5kW)を用いて加
熱溶融した。この際反応温度は1150℃で反応時間
は4時間を採用した。
ついで前記条件で溶融処理された溶融物の入つ
たルツボを大気中にとり出し、冷水を含んだ布上
で急冷した。この試料は水で触媒を溶解除去して
ルツボからとり出し、水洗ついで乾燥したのち粉
末X線回折法により生成物(生成物Aという)を
同定した。
また一方、前記混合物約25gを50mlの白金ルツ
ボにそれぞれ入れ、前記と同様に溶融処理したの
ち、冷却速度4℃/hrで1100℃(徐冷時間12.5時
間)、1050℃(徐冷時間25時間)、1000℃(徐冷時
間37.5時間)または950℃(徐冷時間50時間)ま
でそれぞれ徐冷し、以下前記同様にして生成物
(それぞれ生成物B、C、DおよびEという)を
それぞれえた。
えられた生成物は前記と同様にして同定した。
その結果を第2表(徐冷過程における会合反応と
繊維の生長の関係)に示す。[Table] The yield of the sample heated at 950° C. for 5 minutes and rapidly cooled was about 95% (weight %, the same applies hereinafter). When observed under a microscope, this material was in the form of fibers, and as shown in Table 1, it was found that approximately 65% of the material was composed of K 2 O.4TiO 2 phase and approximately 35% was K 2 O.6TiO 2 phase. . In such a production reaction with a small amount of K 2 MoO 4 and an extremely short time, the production mechanism of alkali metal titanate cannot be explained by a dissolution-precipitation reaction due to a solvent effect. This can be well explained by the dissociation-association reaction that occurs in the solid-liquid interface reaction system. Next, regarding the relationship between the synthesis phase and reaction temperature, the lower the temperature, the more stable the K 2 O.4TiO 2 phase is, and the higher the temperature, the more stable the K 2 O.
O.6TiO 2 phase is stable. Particularly at low temperatures, potassium hexatitanate and K 2 O
The association reaction with This means that K 2 at high temperatures
This shows that an O.6TiO 2 phase is formed, and when the melt is slowly cooled to a low temperature, a K 2 O.4TiO 2 phase is predominantly formed due to an association reaction. The alkali metal tetratitanate phase produced by the association reaction at a constant temperature is generally short fibers with a fiber length of about 10 to 100μ, especially about 10 to 50μ. Reference Example 2 In this reference example, the formation of long fibers from potassium tetratitanate (K 2 O.4TiO 2 ) was studied based on the knowledge of the temperature dependence of the dissociation-association reaction in Reference Example 1. TiO 2 (rutile type, 325 mesh pass) and K 2 CO 3 (325 mesh pass) were mixed in a molar ratio of 4:1 to produce K 2 O・4TiO 2 as potassium titanate.
and then mix this with K 2 as a catalyst.
MoO 4 was blended in a ratio of 90:10 (mol%) and mixed by shaking well. Approximately 25 g of this mixture was filled into a 50 ml platinum crucible and heated and melted using a silicon carbide heating element electric furnace (5 kW). At this time, the reaction temperature was 1150°C and the reaction time was 4 hours. The crucible containing the melt treated under the above conditions was then taken out into the atmosphere and rapidly cooled on a cloth containing cold water. This sample was taken out from the crucible after dissolving and removing the catalyst with water, washed with water and dried, and the product (referred to as product A) was identified by powder X-ray diffraction. On the other hand, approximately 25 g of the above mixture was placed in a 50 ml platinum crucible and melted in the same manner as above, followed by cooling at a cooling rate of 4°C/hr to 1100°C (12.5 hours slow cooling time) and 1050°C (25 hours slow cooling time). ), respectively, to 1000°C (slow cooling time: 37.5 hours) or 950°C (slow cooling time: 50 hours) to obtain products (referred to as products B, C, D and E, respectively) in the same manner as above. . The product obtained was identified as described above.
The results are shown in Table 2 (relationship between association reaction and fiber growth during slow cooling process).
【表】
第2表から明らかなごとく、高温条件において
まず六チタン酸カリウム相が生成し、徐冷により
会合反応を促進して四チタン酸カリウム相を生成
せしめると長繊維化する。1150℃で4時間保持し
たのち急冷すると、収率は95%以上で生成相が殆
んど六チタン酸カリウムであるが、これを徐冷す
るばあいには会合反応により、四チタン酸カリウ
ム相が生成し、その生成量に比例して平均繊維長
も大きくなることを示している。
一般にモリブデン酸カリウムまたはタングステ
ン酸カリウムを触媒として少量で使用するばあい
は、これらをフラツクスとして多量で使用するば
あいに比べて生成される繊維状チタン酸カリウム
の繊維長は小さい。
実施例 1〜4
チタン酸カリウムとしてK2O・4TiO2を生成
するべくTiO2(ルチル型、325メツシユパス)と
K2CO3(325メツシユパス)とをモル比で4:1
の割合で混合し、ついでこれと触媒としてK2
MoO4とをモル%で第3表に示す割合で配合し、
よく振とうして混合した。
この混合物約50gを100mlの白金ルツボにそれ
ぞれ充填し、炭化珪素発熱体電気炉(5kW)を
用いて1140℃で2時間加熱溶融し、この温度から
1000℃まで冷却速度20℃/hrで徐冷してK2O・
4TiO2の単独相繊維を育成した。
ついでこの溶融物は水で触媒を溶解してルツボ
からとり出した。この繊維を水洗したのち乾燥
し、重量測定して収率を求めると共に粉末X線回
折で合成相を同定した。
その結果を第3表に示す。[Table] As is clear from Table 2, under high temperature conditions, a potassium hexatitanate phase is first formed, and when the association reaction is promoted by slow cooling and a potassium tetratitanate phase is formed, long fibers are formed. When the temperature is kept at 1150°C for 4 hours and then rapidly cooled, the yield is over 95% and the generated phase is mostly potassium hexatitanate. However, when it is slowly cooled, the potassium tetratitanate phase is formed due to the association reaction. is produced, and the average fiber length increases in proportion to the amount produced. Generally, when a small amount of potassium molybdate or potassium tungstate is used as a catalyst, the fiber length of the fibrous potassium titanate produced is smaller than when a large amount of potassium molybdate or tungstate is used as a flux. Examples 1 to 4 TiO 2 (rutile type, 325 mesh pass) and K 2 CO 3 (325 mesh pass) were mixed in a molar ratio of 4:1 to produce K 2 O.4TiO 2 as potassium titanate.
and then mix this with K 2 as a catalyst.
MoO 4 is blended in the proportions shown in Table 3 in mol%,
Shake well to mix. Approximately 50 g of this mixture was filled into each 100 ml platinum crucible, heated and melted at 1140°C for 2 hours using a silicon carbide heating element electric furnace (5 kW), and from this temperature
Slowly cool to 1000°C at a cooling rate of 20°C/hr and
A single phase fiber of 4TiO2 was grown. This melt was then removed from the crucible after dissolving the catalyst with water. The fibers were washed with water and then dried, weighed to determine the yield, and the synthesized phase was identified by powder X-ray diffraction. The results are shown in Table 3.
【表】
第3表から明らかなごとく、生成する繊維状チ
タン酸カリウムの繊維長および収率から勘案し
て、K2MoO4の触媒使用量は5〜10モル%で充分
であり、多量に使用する必要はまつたくない。な
おこの収率は工業的に回収しえたものであつて、
実際の生成量はバルクで95%以上であつた。
しかして繊維状チタン酸アルカリ金属の生長反
応を生成せるチタン酸アルカリ金属とアルカリ金
属イオンとの解離−会合反応に重点をおき(すな
わち、溶融生成物を前記溶融温度の範囲内のある
温度に一定時間保持するかまたは溶融温度から
900℃まで徐々に徐冷する操作手段を採用する)、
かつ触媒として少量のモリブデン酸アルカリ金属
塩またはタングステン酸アルカリ金属塩を使用す
ることにより、反応容器の腐食問題や設備の巨大
化の問題が解消され、また安全性の高い連続操業
が可能であり、しかも低コストの繊維状チタン酸
アルカリ金属がえられ、工業的に有利である。[Table] As is clear from Table 3, in consideration of the fiber length and yield of the fibrous potassium titanate produced, 5 to 10 mol% of K 2 MoO 4 is sufficient as a catalyst; There is no need to use it. Note that this yield can be recovered industrially,
The actual production amount was more than 95% in bulk. Therefore, emphasis is placed on the dissociation-association reaction between the alkali metal titanate and the alkali metal ion, which produces a growth reaction of the fibrous alkali metal titanate (i.e., the molten product is kept at a certain temperature within the range of the melting temperature). Hold time or from melting temperature
Adopting an operating method that gradually cools down to 900℃),
In addition, by using a small amount of alkali metal molybdate or alkali metal tungstate as a catalyst, the problems of corrosion of the reaction vessel and enlargement of equipment can be solved, and highly safe continuous operation is possible. Furthermore, a low-cost fibrous alkali metal titanate can be obtained, which is industrially advantageous.
Claims (1)
成しうるアルカリ金属化合物との混合物からなり
かつその組成が一般式M2O・nTiO2(式中、M
はアルカリ金属、nは1〜7である)で示される
チタン酸アルカリ金属の構成成分である酸化チタ
ンおよび酸化アルカリ金属の構成組成になるよう
に配合されてなるチタン酸アルカリ金属製造原料
または前記チタン酸アルカリ金属と触媒として一
般式M2MoO4(式中、Mは前記に同じ)で示され
るモリブデン酸アルカリ金属または一般式M2
WO4(式中、Mは前記に同じ)で示されるタン
グステン酸アルカリ金属とをモル%で70:30〜
95:5の割合で混合し、温度900〜1350℃で反応
系を加熱溶融せしめるかまたは少なくとも触媒成
分を溶融せしめ、該溶融混合物中に生成したチタ
ン酸アルカリ金属とアルカリ金属イオンとの解離
−会合反応によりチタン酸アルカリ金属を単結晶
として成長せしめることを特徴とする繊維状チタ
ン酸アルカリ金属の製造法。 2 溶融混合物を温度900〜1350℃の範囲内のあ
る温度に一定時間保持することを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の製造法。 3 溶融混合物を溶融温度から900℃まで徐冷す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
製造法。[Scope of Claims] 1 Consists of a mixture of a titanium oxide component and an alkali metal compound capable of forming an alkali metal oxide component, and has a composition having the general formula M 2 O·nTiO 2 (wherein, M
is an alkali metal; An alkali metal molybdate represented by the general formula M 2 MoO 4 (wherein M is the same as above) or a general formula M 2 as an acid alkali metal and a catalyst.
alkali metal tungstate represented by WO 4 (wherein M is the same as above) in mol% of 70:30 to
The mixture is mixed at a ratio of 95:5 and the reaction system is heated to melt at a temperature of 900 to 1350°C, or at least the catalyst component is melted, and the alkali metal titanate and alkali metal ion produced in the molten mixture are dissociated and associated. A method for producing a fibrous alkali metal titanate, which comprises growing the alkali metal titanate as a single crystal through a reaction. 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the molten mixture is maintained at a certain temperature within the range of 900 to 1350°C for a certain period of time. 3. The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the molten mixture is slowly cooled from the melting temperature to 900°C.
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1979
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5617999A (en) | 1981-02-20 |
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