JPS6379800A - チタン酸カリウム繊維の製造方法 - 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、溶融法によるチタン酸カリウム繊維の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

六チタン酸カリウム（Ｋ、０・６ＴｉＯ２）繊維や、四
チタン酸カリウム（Ｋ２Ｏ・４ＴｉＯ２）繊維等に代表
されるチタン酸カリウム繊維（Ｋ２Ｏ・ｎＴｉｏ２）は
、耐熱性、耐摩耗性、補強性等にすぐれた合成無機繊維
である。

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（Ｋ２Ｏ）となるカリウム化
合物とを、Ｔｉ○２／に２０のモル比が約２となるよう
に混合した混合物を原料どし、該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込み、一定の
冷却速度で一方向に凝固させることにより、初生絹繊維
として層状構造を有する結晶質二チタン酸カリウム（Ｋ
２Ｏ・２ＴｉＯ□）繊維の集合体である繊維塊を得る冷
却固化工程、ついで繊維塊を水洗し、ＴｉＯ□／に２０
のモル比が約５となるまでＫ＋イオンを溶出させる水洗
（脱アルカリ）工程、水洗工程を経て回収される水和チ
タン酸カリウム繊維を乾燥し、熱処理する工程、所望に
より更に酸洗および熱処理を行う工程等からなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の溶融法により得られるチタン酸カリウム繊維は一
般に繊維径が約１０〜３０μｍと大きく、かつ繊維形態
（太さ、長さ）が不揃いで均質性に乏しい。これは、加
熱溶融物を冷却用金型内で一方向凝固させて初生相二チ
タン酸カリウム繊維に２０・２ＴｉＯ□）を生成させる
際の冷却速度が、金型内に接する部分と、そうでない部
分とで異なるため、初生絹繊維の形態が不揃いとなり、
その初生絹繊維の形態のバラツキが、その後の水洗・熱
処理等による組成および構造上の変換を経由して得られ
る製品繊維（四チタン酸カリウム繊維、六チタン酸カリ
ウム繊維など）の形態に強い影否を残すことによる。

従って、繊維径が細く、均質性にすぐれたチタン酸カリ
ウム繊維を得るには、加熱溶融物の冷却固化工程におけ
る冷却速度を精密に制御することが必要である。しかし
、加熱溶融物の冷却速度の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。

チタン酸カリウム繊維の用途によっては、前記のように
繊維径の大きいものであっても支障はないが、例えばプ
ラスチックの充填補強材としてすぐれた性能はあまり期
待できない。

本発明は、チタン酸カリウム繊維の用途の拡大多様化を
図るべく、繊維径が細く、均質性にすぐれたチタン酸カ
リウム繊維の改良された製造方法を提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明のチ
タン酸カリウム繊維の製造方法は、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、ＴｉＯ
□／に２０のモル比が１．５〜２．５となるように配合
した混合物の加熱溶融物を急冷してニチタン酸カリウム
微細粒子からなる固化物となし、 該急冷固化物を脱カリウム処理に付してニチタン酸カリ
ウム粒の化学組成が四チタン酸カリウムと六チタン酸カ
リウムの中間組成となるまでＫ＋イオンを溶出させ、 ついで、脱水・乾燥後、熱処理に付して四チタン酸カリ
ウムと六チタン酸カリウムの混合繊維を成長させること
を特徴としている。

本発明方法は、従来法のように一方向凝固により溶融物
から直ちにニチタン酸カリウム繊維を生成させるのでは
なく、初生相二チタン酸カリウムを微細な粒子として析
出させることとしたので、その後の所定の処理工程を経
ることによって、繊維径が細く、かつ長寸の均質性に冨
む繊維が得られる。その繊維径は、おおむね０．５〜２
μｍ、繊維長はおおむね１０〜３０μｍである。また、
本発明によれば、上記混合繊維を更に脱カリウム処理と
熱処理に付すことにより、六チタン酸カリウム単相繊維
゛が得られる。

以下、本発明方法を工程順に説明する。

加熱により二酸化チタンとなるチタン化合物としては、
高純度精製酸化チタン、合成ルチル、チタンスラグまた
は天然ルチルサンド、天然アナターゼサンド等が用いら
れる。上記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（Ｋ２ＣＯ３）であり、その
他、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との混合比は、Ｔ　ｉ　
Ｏ，／　Ｋ、ＯＯ）モＡｖ比テ１．５〜２．５の範囲が
適当である。原料混合物の加熱溶融は、温度：約１０５
０〜１１００℃で行うことができる。

加熱溶融物の急冷処理は、繊維の生成を阻止しニチタン
酸カリウムの微細粒子を析出させるために急冷を行・う
。その急冷処理は、例えば第１図に示すように、金属裂
双ロール（３，３）を高速回転させながら、溶解炉また
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。

上記急冷固化物は、脱カリウム処理に付される。

その脱カリウム処理は水を洗液として行うことができる
。この脱カリウム処理において、ニチタン酸カリウム粒
子の化学組成が、四チタン酸カリウムと六チタン酸カリ
ウムの中間組成となるまでＫ＋イオンを溶出させる。

上記脱カリウム処理を経て得られた水和チタン酸カリウ
ムは、四チタン酸カリウムと六チタン酸カリウムの中間
組成を有しているが、構造的には、処理前のニチタン酸
カリウムの結晶構造のなごりをとどめており、処理前の
粒形状を略そのまま有している。

この水和チタン酸カリウムを、脱水・乾燥後、温度＝９
５０〜１０５０℃に適当時間保持することにより、構造
変換が生じ、もとの粒子をベースとして、四チタン酸カ
リウムと六チタン酸カリウムの混合組成を有する繊維が
成長する。これは、四チタン酸カリウムおよび六チタン
酸カリウムのいずれも、その結晶構造がｂ軸方向に揃い
易い（配向性が高い）ことによる。

上記熱処理を経て得られた混合繊維は、そのままでは繊
維間同士がやや凝集した状態を呈しているが、これを水
に懸濁し、ミキサーで攪拌する解繊処理を施すことによ
り、細径・長寸の均質な混合繊維として回収される。

更に、所望により上記混合繊維を脱カリウム処理と熱処
理に付すことによって、六チタン酸カリウム単相繊維を
得ることができる。その脱カリウム処理は、好ましくは
酸水溶液、例えば濃度０．５〜１％の硫酸水溶液を用い
て行われる。その脱カリウム処理により、混合繊維中の
四チタン酸カリウム相を六チタン酸カリウム組成に変換
し、ついで熱処理を施してその結晶構造を四チタン酸カ
リウムの層状構造から六チタン酸カリウムのトンネル構
造に変換することにより、六チタン酸カリウム単相繊維
が得られる。その熱処理は、好ましくは温度：８００〜
１０００℃に適当時間保持することにより達成される。

なお、六チタン酸カリウム単相繊維の製造を目的とする
場合、上記のように四チタン酸カリウムと六チタン酸カ
リウムの混合繊維の生成工程を経由する方法に代え、ニ
チタン酸カリウムの脱カリウム処理におけるカリウム溶
出を進め、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したのち、熱処理により構造変換さ
せることによって直ちに六チタン酸カリウム単相繊維を
得ることも可能ではある。しかし、この場合に得られる
六チタン酸カリウム繊維は、やや太く不揃いである。細
く均質な六チタン酸カリウム単相繊維を得るためには、
前記のように四チタン酸カリウムと六チタン酸カリウム
の混合繊維を経由することが望ましい。これは、四チタ
ン酸カリウムの分解温度が六チタン酸カリウムのそれよ
り低いので、四チタン酸カリウムが混在していることに
より、熱処理において六チタン酸カリウムの結晶構造（
トンネル構造）への変換が生じ易くなり、その結果、繊
維の単繊維化が促進されることによると考えられる。

〔実施例〕

大践貫土 （１）原料調製 （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）ＴｉＯ□／Ｋ２Ｏ（モル比）：２．０〔■〕加熱
溶融 原料混合粉末を白金るつぼに入れ、１１００℃Ｘ４０分
間加熱。

（１１）急冷処理 溶融物を第１図に示すように、金属製双ロール（３，３
）に流下し、箔片状の固化物を得る。ロール胴径：８０
φ、ロール胴長：１５ＯＮ　、ロール間隔：　０．３　
ｉ舷ロール回転数：　９０ｒｐｍ。

（ＩＶ）脱カリウム処理 固形分に対し、５０倍（重量比）の水を洗液とし、プロ
ペラ攪拌下２４時間洗浄。

回収された水和チタン酸カリウムは、四チタン酸カリウ
ムと六チタン酸カリウムの混合組成を有しくｘ′ｂＡ回
折）、粒径：２〜５μｍの板状晶を有している（走査電
子顕微鏡）。

（Ｖ）熱処理 水和チタン酸カリウム固形分を脱水・乾燥後、アルミす
るつぼに入れ、１０００℃に保持された炉中に１０時間
保持。

（ＶＩ）解繊 熱処理後、１０倍（重量比）の水に懸濁し、ミキサーに
て１５分間を要して解繊し、しかるのち脱水・乾燥。

上記工程を得て四チタン酸カリウムと六チタン酸カリウ
ムの混合相を有する繊維を得た。

繊維形態：直径０．５〜２μｍ、長さ＝１０〜３０μｍ
（針状晶）（走査電子顕微鏡）。

去施糎１ 水和チタン酸カリウム固化物の熱処理（Ｖ）を、１０５
０℃Ｘ５０Ｈｒで行う点を除いて実施例１と同じ条件下
に、四チタン酸カリウムと六チタン酸カリウムの混合繊
維を得た。繊維形態は実施例１のものと略同等である。

大旌貫主 箔片状の急冷固化物を、その固型分に対し４０倍（重量
比）の水に懸濁し、プロペラ攪拌下、２４時間を要して
脱カリウム処理する点を除いて、実施例１と同じ条件下
に、四チタン酸カリウムと六チタン酸カリウムの混合繊
維を得た。その繊維形態は実施例１で得られたものと略
同等である。

去施勇工 前記実施例１で得られた混合繊維を、脱カリウム処理お
よび熱処理に付して六チタン酸カリウム繊維（単相）を
得る。

（Ｔ）脱カリウム処理（二次） 酢酸水溶液（０，０２５Ｎ）を洗液としてこれに混合繊
維を浸漬しく繊維１ｇ／洗液２０ｃｃ）　、約６０分を
要してに′″イオン溶出させる。

（ｎ）熱処理（二次） 脱カリウム処理した繊維を、水洗・乾燥したのち、アル
ミするつぼに入れ、９００℃に設定された炉中に装入し
、約２時間を要して熱処理を完了する。

Ｘ線回折は、得られた繊維が六チタン酸カリウム単相で
あることを示す。その繊維形態は、前記実施例１で得ら
れた混合繊維と殆ど同じである。

止較桝 従来の溶融法により六チタン酸カリウム繊維を得る。

（１）原料調製・・・・実施例１と同じ（ＩＩ）加熱溶
融・・・・実施例１と同じＣＩ［［）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）水洗処理 塊状物を、１００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、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１０〜３０μｍ、長さ５０〜２００μｍ
の板状晶である（走査電子顕微鏡）。

（ｙ　３熱処理 水洗後、脱水・乾燥し、１０５０℃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繊
維を得た。繊維径は１０〜３０μｍ、長さは５０〜２０
０μｍと粗大で、不揃いである。

〔発明の効果〕

本発明の改良された溶融法により得られるチタン酸カリ
ウム繊維は、細径・長寸で、かつ均質性；こすぐれてい
るので、耐熱材、断熱材、１９！擦材、濾過材、補強材
等として、とりわけプラスチックの充填補強材として好
適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱溶融物の急冷処理の例を示す断面説明図で
ある。 １：溶解炉（取鍋）　、３，３：双ロール。

Claims (2)

【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となるように配合した混合物の加熱溶
   融物を急冷して二チタン酸カリウムの微細粒子からなる
   急冷固化物となし、 該急冷固化物を脱カリウム処理に付して二チタン酸カリ
   ウム粒の化学組成が四チタン酸カリウムと六チタン酸カ
   リウムの中間組成になるまでＫ＾＋イオンを溶出し、 ついで脱水・乾燥の後、熱処理に付して、四チタン酸カ
   リウムと六チタン酸カリウムの混合繊維を成長させるこ
   とを特徴とするチタン酸カリウム繊維の製造方法。
2. （２）四チタン酸カリウムと六チタン酸カリウムの混合
   繊維を脱カリウム処理して四チタン酸カリウム相を六チ
   タン酸カリウム組成に組成変換したのち、熱処理により
   構造変換させて六チタン酸カリウム単相繊維を得ること
   を特徴とする上記第１項に記載のチタン酸カリウム繊維
   の製造方法。