JPS63166715A - マグネシアウィスカ−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］ 本発明はマグネシアウィスカーの製造方法に係り、特に
、窯業製品、プラスチック、金属等の補強材料、ブレー
キライニゲ、クラッチ等の摩擦材、電気絶縁材、保温材
、塗料、紙等の充填材料として使用することにより、こ
れらの製品の強度、靭性等の力学的特性、電気的絶縁性
、耐熱性、熱伝導性等の熱特性、化学的特性等の話特性
を大幅に改善することができる新規構成材料であるマグ
ネシアウィスカーを安価に製造する方法に関する。

［従来の技術］ 窯業製品、プラスチック、金属等の補強材料、ブレーキ
ライニゲ、クラッチ等の摩擦材、電気絶縁材、耐熱材料
、保温材、塗料、紙等の充填材料や補強材料として、従
来より、石綿、ガラス繊維、カーボン繊維、有機化学合
成繊維、無機化学合成繊維、無機質粉体等が知られてお
り、既に実用化されている。

これらのうち、石綿は従来より建築材料や摩擦材の補強
繊維の代表的なものとして広く用いられてきたが、発癌
性物質であるとの認識により、近年その使用規制が厳し
くなり、近い将来には使用禁止になろうとしている。

このため、石綿の代替繊維として、ガラス繊維、カーボ
ン繊維が開発され、ガラス繊維については、特にセメン
ト製品のようなアルカリ性物質に対応させるために、ジ
ルコニウムを含有した耐アルカリガラス繊維が開発され
、使用されつつある。しかしながら、耐アルカリ性とい
えども長期的にはガラスはアルカリ性物質により劣化し
、補強効果は低下するという欠点を有するため、使用範
囲が制限されるという不具合がある。一方、カーボン繊
維はガラス繊維のような欠点はないが、高価なために建
築材料のような低コストを要求される商品には不適当で
ある。

また、ポリアミド系繊維等も特殊用途として使用されて
はいるが、一般には高価なために利用されていない。

その他の有機化学合成繊維においては耐熱性等の面にお
いて十分ではなく、無機化学合成繊維や無機質物体にお
いては靭性、強度等の機械的な特性の面において十分で
はない。

これに対し、最近では宇宙開発技術等の進展により、耐
熱高強度の無機繊維が開発され、今日、Ａｌ１０３％　
Ｃｓ　Ｓ　ｔ　Ｃ％Ｓｉｓ　Ｎ４、ＡＪ２Ｎ等のウィス
カーが複合材料や耐火、断熱材料の構成材料として利用
されつつある。

ウィスカーは、細い繊維状単結晶で、ひげ結晶ともいわ
れる。ウィスカーの特徴は、細いほど結晶の欠陥（転位
など）が非常に少ないことで、螺旋転位の存在ではよじ
れが起きたり、弾性限界が低かったりすることで結晶の
完全性が検出できる。従って、大きな強度をもっことに
なり、このため複合材料における繊維強化材として極め
て有効である。

しかして、従来、ウィスカーの工業的製造方法としては
、一般に、 ■　原料を蒸発させ、過飽和度の低い部分に凝縮させる
方法、 ■　原料を還元し、活性蒸気を発生させ、成長部分へ凝
縮させる方法、 等の高温気相反応による結晶析出法等が提案されている
。

［発明が解決しようとする問題点コ このように、一般にウィスカーの□製造には、高温で高
エネルギーを必要とするため、従来提供されるウィスカ
ーはいずれも高価であり、安価な製造技術の確立が強く
望まれていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、上記実情に鑑み、各種ウィスカーについ
て、耐薬品性、耐熱性、電気的絶縁性、電気伝導性、高
強度性、耐水性等の特性、並びにその製造コスト等の見
地から鋭意検討を重ねた結果、アスペクト比が大きく、
各種特性改善のための充填材料として極めて有効なマグ
ネシアウィスカーを、低温で短時間に、低コストかつ容
易に合成することに成功し、本発明を完成させた。

マグネシアは従来から耐火物材料、電気絶縁材料として
利用されてきているが、電融マグネシアといえども、水
相性であることが最大の欠点であることが指摘されてい
る。本発明は、この水和性の改善について、鋭意研究を
行なった結果、単結晶のマグネシアウィスカーの合成に
成功して完成されたものである。

即ち、本発明は、新規な合成ウィスカーであるマグネシ
アウィスカーを工業的有利に製造する方法を提供するも
のであって、 マグネシウム塩とハロゲン化物との混合溶融塩を水蒸気
雰囲気にて加熱することを特徴とするマグネシアウィス
カーの製造方法、 を要旨とするものである。

以下、本発明につき詳細に説明する。

本発明の方法においては、まずマグぶシウム塩とハロゲ
ン化物との混合溶融塩を調整する。

原料のマグネシウム塩としては、塩化マグネシウム、硫
酸マグネシウム等が挙げられ、これらは１種単独である
いは２種以上併用して用いることができる。また、ハロ
ゲン化物としては、カリウム、リチウム、カルシウム等
のハロゲン化物、例えば塩化カリウム等が挙げられる。

ハロゲン化物についても１種のみであるいは２種以上併
用して用いることができる。

このようなマグネシウム塩とハロゲン化物との混合割合
は特に制限はないが、一般にはマグネシウム塩に対する
ハロゲン化物のモル比が０．５〜５．０の範囲となるよ
うに調合するのが好適である。

これらの混合溶融塩は、原料混合物をシリカ質坩堝等の
耐熱容器に投入して、６５０〜９００℃の温度で１〜６
時間程度加熱溶融させて調製される。

なお、加熱溶融にあたり、空気中の酸素による酸化で、
溶融塩中に等方性ＭｇＯないしＭｇ０ＣＪ２等の粒子が
分解生球するが、生成したＭｇＯ等は溶融塩のデカンテ
ーション等により容易に除去される。

ＭｇＯ等を除去した溶融塩は、シリカ質坩堝等の耐熱容
器に入れて、これをガス流入口及び排出口を有する電気
炉等の加熱炉内に挿入し、６５０〜１０００℃、好まし
くは７００〜９００℃に加熱する。その際炉口部のガス
流入口より水蒸気を流入させながら加熱する。水蒸気の
流入量は、加熱原料１ｋｇ当り５０〜５００　ｍ　ｌＬ
　Ｈ２０／　Ｈｒ程度とし、キャリアーガスとして空気
を５０〜５００ＩＬ／ｍｉｎ流入させるのが好適である
。

このような水蒸気雰囲気における加熱により、マグネシ
アウィスカーが水蒸気流入側の坩堝壁面に析出成長し、
加熱炉排気口からは塩化水素含有空気が排出される。

坩堝壁面に析出成長したマグネシアウィスカーは、マグ
ネシウム塩やハロゲン化物、その地形状の悪い酸化マグ
ネシウム等の不純物が付着しているため、これを水で洗
浄、沈降分離することにより精製する。水洗浄により、
マグネシウム塩やハロゲン化物は水に溶解し、また形状
が悪く、大きいＭｇＯ等は沈降して、マグネシアウィス
カーが上層部に浮遊するため、これを回収することによ
り、容易に高純度マグネシアウィスカーを得ることがで
きる。

本発明においては、製造されるマグネシアウィスカーの
繊維長、繊維径は加熱条件等によっても異なるが、一般
には、繊維長３０μｍ〜６ｍｍ。

繊維径１〜５μｍで、アスペクト比が３０〜３０００前
後のものが得られる。

このように、針状の形態を有し、かつアスペクト比が大
きいマグネシアウィスカーは、その形態上の特性から、
優れた補強効果等の特性改善効果を有する上に、樹脂等
の被充填材料との馴染みが良好で、従来の充填材料と異
なり、充填量の増加と共に、引張強さ、衝撃強さを低下
させることはなく、効果的に力学的特性、熱的特性、電
気的特性等の諸特性を改善することができる。

［作用］ 本発明の方法によるマグネシアウィスカーの生成、成長
のメカニズムの詳細は明らかにされてはいないが、坩堝
内のマグネシウム塩とハロゲン化物との溶融塩は、水蒸
気の共存下で坩堝の壁面でその表面張力の作用により溶
融塩中のマグネシアが上昇し、坩堝の外壁面側へと流出
し、初期の流出物が種結晶となり、この流出が連続的に
進行して、長いウィスカーへと成長するためと考えられ
る。

［実施例］ 以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが
、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限
定されるものではない。

実施例１ 第１表に示すマグネシウム塩とハロゲン化物との混合物
１００ｇをシリカ質坩堝に入れ第１表に示す加熱条件で
加熱して、溶融塩を得た。その際生成した固形物を除去
して、溶融物のみをシリカ質坩堝に投入して、第１表に
示す条件で電気炉内にて少量の水蒸気を炉内に送り込み
続けながら静置して、マグネシアウィスカーを析出、成
長させた。次いで、生成物を水で洗浄し、不純物を分解
して、純粋な針状に成長したマグネシアウィスカーを得
た。

得られたマグネシアウィスカーについて、Ｘ線回折分析
、電子線回折分析を行なった。

その結果、第１図に示すように、Ｘ線回折ではＭｇＯの
ピークのみであり、また第２図に示すように、電子線回
折では入射電子線と幾可学的相関を有する回折写真が認
められたことから、このウィスカーの結晶はＭｇＯ単結
晶であることが確認された。また、生成したマグネシア
ウィスカーの電子顕微鏡写真（Ｘ５００）を第３図に示
す。

実施例２〜１０ 第１表に示す原料、製造条件で実施例１と同様にしてマ
グネシアウィスカーを製造した。

得られたマグネシアウィスカーについてＸ線回折分析、
電子線回折分析及び電子顕微鏡観察を行なったところ、
実施例１と同様の結果が得られ、針状単結晶ＭｇＯウィ
スカーが製造されたことが確認された。

［発明の効果コ 以上詳述した通り、本発明のマグネシアウィスカーの製
造方法は、マグネシウム塩とハロゲン化物との混合溶融
塩を水蒸気雰囲気にて加熱するものであって、従来、高
温度、高エネルギーを要していたウィスカーの製造を、
比較的低温かつ短時間に容易に行なうことを可能とする
ものである。

このため、本発明によれば、マグネシアウィスカーのコ
ストダウンを図ることができる。

しかも得られるマグネシアウィスカーはアスペクト比が
大きく、良好な形態を有するため、各種構成材料の緒特
性改善のための充填材料として、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】 第１図は実施例１で得られたマグネシアウィス代理人　
　　弁理士　　　重　野　　剛−２９（ｄｅｇ） 図面の浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和６２年４月１０日

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マグネシウム塩とハロゲン化物との混合溶融塩を
   水蒸気雰囲気にて加熱することを特徴とするマグネシア
   ウィスカーの製造方法。
2. （２）マグネシウム塩が塩化マグネシウム及び／又は硫
   酸マグネシウムであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。
3. （３）ハロゲン化物がカリウム、リチウム及びカルシウ
   ムのハロゲン化物の１種又は２種以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。