WO2015045954A1 - レピドクロサイト型チタン酸塩及びその製造方法並びにそれを含有する樹脂組成物 - Google Patents

レピドクロサイト型チタン酸塩及びその製造方法並びにそれを含有する樹脂組成物 Download PDF

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宏仁 森
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Definitions

  • the present invention relates to a lipidocrosite type titanate, a method for producing the same, and a resin composition containing the same.
  • Friction materials used in brake systems for various vehicles and industrial machines are required to have a high and high coefficient of friction, excellent wear resistance, and low rotor attack.
  • resin compositions comprising asbestos, inorganic fillers, organic fillers, etc., and thermosetting resins (binders) such as phenol resins that bind them have been used as friction materials.
  • asbestos has been confirmed to be carcinogenic and is easily dusted, so its use has been refrained from environmental hygiene problems due to inhalation during work.
  • potassium titanate fiber, metal fiber, etc. Have been used.
  • Patent Document 1 proposes to use scale-like magnesium potassium titanate (K 0.2 to 0.7 Mg 0.4 Ti 1.6 O 3.7 to 4 ) as a friction modifier.
  • Patent Document 2 proposes to use scaly lithium potassium titanate (K 0.5 to 0.7 Li 0.27 Ti 1.73 O 3.85 to 3.95 ) as a friction modifier. Has been.
  • Patent Document 3 proposes to use a resin composition containing lithium potassium titanate and graphite as a friction material.
  • the titanate used in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 has a layered structure in the crystal structure, and the alkali metal ions coordinated between the layers of the layered structure are eluted during molding of the resin composition.
  • An object of the present invention is to provide a lipidocrocite-type titanate capable of suppressing the inhibition of curing of a thermosetting resin and a resin composition having excellent wear resistance.
  • the present invention provides the following lipidocrosite-type titanate, a method for producing the same, and a resin composition containing the same.
  • Item 1 Two or more metal ions selected from Li, Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, and Mn, having a layered structure formed by a chain of TiO 6 octahedrons And a lepidocrocite-type titanate having one or more metal ions selected from alkali metals excluding Li.
  • Item 2 10 to 40 mol% of Ti seats are substituted with two or more metal ions selected from Li, Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, and Mn, Item 1 Repidocrocite-type titanate described in 1.
  • Item 3 The lipidocrocite-type titanate according to Item 2, wherein the two or more metal ions are Li and a metal ion other than Li.
  • the lipidocrocite-type titanate according to any one of Items 1 to 3, which is represented by [4].
  • Item 5 A resin composition comprising the lipidocrocite-type titanate according to any one of Items 1 to 4 and a thermosetting resin.
  • a friction material comprising the resin composition according to Item 5.
  • Item 7 A method for producing a lipidocrocite-type titanate according to any one of Items 1 to 4, wherein the step of firing the raw material mixture, the step of acid cleaning the fired product, and the acid And a step of baking after washing. A method for producing a lipidocrocite-type titanate.
  • the lipidocrocite-type titanate of the present invention can suppress the curing inhibition of the thermosetting resin.
  • the resin composition of the present invention can be cured without being inhibited by curing.
  • the resin composition of the present invention has excellent wear resistance. According to the production method of the present invention, the above-described lipidocrocite-type titanate of the present invention can be efficiently produced.
  • FIG. 1 is an X-ray diffraction chart of powders obtained in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged view of a portion corresponding to the (041) plane in the X-ray diffraction charts of the powders obtained in Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
  • the titanate of the present invention is a lipid docrosite type titanate, which is a crystal having a layered structure formed by a chain of TiO 6 octahedrons and having metal ions between the layers. This layer is inherently electrically neutral, but is negatively charged by substituting a part of the tetravalent Ti site with a monovalent to trivalent metal ion. These are compensated by metal ions between the layers.
  • metal ions selected from Li, Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, and Mn having an ion radius comparable to that of Ti 4+ are substituted for part of the Ti site.
  • 10 to 40 mol% of the Ti site is at least two metal ions selected from Li, Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, and Mn, more preferably the Ti site. It is preferable that 10 to 30 mol% of the above is substituted with two or more metal ions selected from Li, Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, and Mn.
  • the metal ion substituting a part of the Ti site is preferably one or more metal ions selected from Li and Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, Mn, and more preferably.
  • one or more metal ions selected from Li and Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, Mn, and Li is 20 to 99 mol% of the selected metal ions. More preferably, it is Li and one or more metal ions selected from Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga and Mn, and Li is 20 to 90 mol of the selected metal ions. % (Hereinafter collectively referred to as “M metal”).
  • the conventional titanate is a crystal in which a part of the Ti site is substituted with one kind of metal ion, but the titanate of the present invention substitutes a part of the Ti place with two or more kinds of metal ions. .
  • the hardening inhibition of a thermosetting resin can be suppressed.
  • the reason why the inhibition of curing of the thermosetting resin can be suppressed is not clear in detail, but it is considered that the elution of alkali metal ions between layers can be prevented and the inhibition of curing of the thermosetting resin can be suppressed. .
  • the metal ions between the layers are alkali metals other than Li having a small ionic radius, and examples thereof include Na, K, Rb, and Cs, and preferably K is preferable (hereinafter collectively referred to as “A metal”). Abbreviated). Moreover, it is preferable to have the metal ion of the quantity which can electrically neutralize the whole crystal
  • the titanate of the present invention is powdery non-fibrous particles such as a spherical shape, a granular shape, a plate shape, a columnar shape, a block shape, an indefinite shape, and a shape having a plurality of convex portions (amoeba shape).
  • powdery non-fibrous particles such as a spherical shape, a granular shape, a plate shape, a columnar shape, a block shape, an indefinite shape, and a shape having a plurality of convex portions (amoeba shape).
  • the titanate powder blended in the resin composition those having the above-mentioned various particle forms can be used as appropriate.
  • the particle size is not particularly limited, but the average particle diameter is preferably 1 to 50 ⁇ m, and more preferably 1 to 20 ⁇ m.
  • the average particle size means a particle size having an integrated value of 50% in the particle size distribution determined by the laser diffraction / scattering method.
  • Titanate of the present invention for example, a composition formula A 0.5 ⁇ 0.7 Li 0.27-x M y Ti 1.73-z O 3.85 ⁇ 3.95
  • A lithium Alkali metal except M
  • M is one or more selected from Mg, Zn, Ni, Cu, Fe, Al, Ga, Mn (however, in the case of two or more, combinations of ions having different valences are excluded)
  • composition formula K 0.5 to 0.7 Li 0.27-2y / 3 Mg y Ti 1.73-y / 3 O 3.85 to 3.95 wherein, y is, 0.004 ⁇ y ⁇ 0.2], wherein K 0.5 ⁇ 0.7 Li 0.27-2y / 3 Cu y Ti 1 73-y / 3 O 3.85 ⁇ 3.95 [ wherein, y is, 0.004 ⁇ y ⁇ 0.2], wherein K 0.5 ⁇ 0.7 Li 0.27-y / 3 Fe y Ti 1.73-2y / 3 O 3.85 to 3.95 [wherein y is preferably 0.004 ⁇ y ⁇ 0.4].
  • the production method of the titanate of the present invention is not particularly limited.
  • titanium oxide or a compound that generates titanium oxide by heating, an oxide of A metal or a compound that generates an oxide of A metal by heating It can be obtained by using M metal oxide or a compound that generates M metal oxide by heating as a raw material, mixing these raw materials, and adding flux for the purpose of homogenizing reaction and crystal growth as necessary.
  • the raw material mixture obtained is fired (primary firing), and the obtained primary fired product is washed with an acid and then fired (secondary firing).
  • the mixing ratio of the raw materials can be adjusted as appropriate according to the composition formula of the desired lepidochrosite titanate.
  • the compound that generates titanium oxide by heating low-order titanium oxide, hydrated titanium oxide, hydrated titanium oxide, or titanium hydroxide can be used.
  • the compound that forms an A metal oxide by heating carbonates, hydroxides, nitrates, sulfates, and the like of the A metal can be used. Of these, carbonates and hydroxides are preferable.
  • As a compound that generates an M metal oxide by heating carbonates, hydroxides, oxides, nitrates, sulfates, etc. of M metals can be used. Among these, oxides, carbonates, hydroxides can be used. Is preferred.
  • the flux include potassium chloride, potassium fluoride, potassium molybdate, and potassium tungstate. Among these, potassium chloride is preferable. The addition ratio of the flux is 3: 1 to 3: 15%, preferably 3: 3.5 to 3:10 in terms of molar ratio with the above raw materials (raw material: flux).
  • the primary firing is performed using an electric furnace or the like, and the firing reaction can be completed by holding the raw material mixture in the temperature range of 800 to 1100 ° C. for 1 to 24 hours.
  • Acid washing can be performed by pulverizing the primary fired product to an appropriate size, dispersing the obtained pulverized product in water to form an aqueous slurry, adding acid to the aqueous slurry, and stirring.
  • concentration of the aqueous slurry is not particularly limited and can be appropriately selected from a wide range, but considering workability and the like, it may be about 1 to 30% by mass, preferably about 2 to 20% by mass.
  • the acid include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid, and organic acids such as acetic acid. Two or more acids may be used in combination as required.
  • the amount of acid added to the aqueous slurry may be such that the pH of the aqueous slurry is 7 to 11, preferably 7 to 9.
  • the pH of the aqueous slurry is measured after adding an acid and stirring for about 1 to 5 hours.
  • the acid is usually used in the form of an aqueous solution.
  • the concentration of the acid aqueous solution is not particularly limited and can be appropriately selected from a wide range, but is usually about 1 to 98% by mass.
  • the solid content is separated from the slurry by filtration, centrifugation, or the like. The separated solid content can be washed with water and dried as necessary.
  • the secondary firing is performed using an electric furnace or the like, and the firing reaction can be completed by holding the solid content obtained by the acid cleaning in a temperature range of 400 to 700 ° C. for 1 to 24 hours.
  • the obtained powder may be pulverized to a desired size or passed through a sieve. As described above, the titanate of the present invention can be obtained.
  • the resin composition of the present invention contains the titanate and a thermosetting resin.
  • the thermosetting resin any one of known thermosetting resins can be appropriately selected and used.
  • a phenol resin, a formaldehyde resin, a melamine resin, an epoxy resin, an acrylic resin, an aromatic polyester resin, a urea resin, and the like can be given.
  • One of these can be used alone, or two or more can be used in combination.
  • a phenol resin is preferable.
  • the titanate of the present invention may be used after being subjected to surface treatment according to a conventional method with a silane coupling agent, a titanate coupling agent or the like for the purpose of improving dispersibility and adhesion with a thermosetting resin. Good.
  • the content of the titanate of the present invention in the resin composition is not particularly limited, but is preferably 3 to 30% by volume of the entire resin composition.
  • the resin composition of the present invention can be used for products that require wear resistance, and can be particularly suitably used for friction materials such as brake pads, brake linings, and clutch facings of various vehicles and industrial machines. Moreover, the resin composition of this invention can obtain the outstanding abrasion resistance, even if it does not contain copper, such as copper powder and copper fiber, from a viewpoint of consideration to a natural environment.
  • the resin composition of the present invention When used as a friction material, a known fiber base material, friction modifier and the like are appropriately blended according to required properties, molded at a predetermined pressure at room temperature, and then at a predetermined temperature.
  • the molded body of the friction material can be finished by thermoforming, heat treatment and finishing.
  • fiber base materials include organic fibers such as aramid fibers and acrylic fibers, metal fibers such as steel fibers and copper fibers; glass fibers, rock wool, ceramic fibers, biodegradable fibers, biosoluble fibers, wollastonite fibers, etc.
  • organic fibers such as aramid fibers and acrylic fibers
  • metal fibers such as steel fibers and copper fibers
  • Inorganic fiber; carbon fiber; etc., one of these can be used alone or two or more can be used in combination.
  • Friction modifiers include organic powders such as vulcanized or unvulcanized natural or synthetic rubber, cashew dust, resin dust; graphite, carbon black, molybdenum disulfide, antimony trisulfide, barium sulfate, calcium carbonate, clay, mica , Inorganic powders such as talc; metal powders such as copper, aluminum, zinc and iron; oxides such as alumina, silica, magnesia, zirconia (zirconium oxide), chromium oxide, molybdenum dioxide, zirconium silicate, titanium oxide and iron oxide These can be used alone or in combination of two or more.
  • the particle shape of the titanate was confirmed by a field emission scanning electron microscope (S-4800, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and the crystal structure was confirmed by an X-ray diffractometer (RINT2000-Ultima +, manufactured by Rigaku Corporation).
  • the formula was confirmed by an ICP-AES analyzer (SII Nano Technologies, SPS5100), and the melting point was measured by a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement apparatus (SII NanoTechnologies, EXSTAR6000 TG / DTA6300).
  • the particle size was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2100, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • Example 1 516.7 g of titanium oxide, 214.6 g of potassium carbonate, 19.4 g of lithium carbonate, and 45.3 g of magnesium hydroxide were mixed for 1 hour while being pulverized with a vibration mill.
  • the obtained pulverized mixed powder 500 g was filled in a crucible, fired at 950 ° C. for 4 hours in an electric furnace, and the fired product was pulverized by a hammer mill.
  • a slurry was prepared by dispersing 200 g of the obtained pulverized product in 800 g of deionized water and stirring for 2 hours. To this, 5.2 g of 98% sulfuric acid was added and stirred for 2 hours to adjust the pH to 9. The solid content of this slurry was filtered and dried. After drying, the crucible was filled and baked in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
  • the obtained powder was a plate-like lepidocrotite-type layered crystal and was K 0.7 Li 0.13 Mg 0.2 Ti 1.67 O 3.95 .
  • fusing point was 1270 degreeC and average particle diameter was 3.3 micrometers.
  • FIG. 1 and 2 show the X-ray diffraction charts of the powder obtained.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion corresponding to the (041) plane of the obtained powder. *
  • Example 2 506.2 g of titanium oxide, 210.3 g of potassium carbonate, 19.0 g of lithium carbonate, and 60.5 g of copper (II) oxide were mixed for 1 hour while being pulverized with a vibration mill.
  • 500 g of the obtained pulverized mixed powder was fired at 900 ° C. for 4 hours in an electric furnace, and the fired product was pulverized with a hammer mill.
  • a slurry was prepared by dispersing 200 g of the obtained pulverized product in 800 g of deionized water and stirring for 2 hours. To this, 5.2 g of 98% sulfuric acid was added and stirred for 2 hours to adjust the pH to 7. The solid content of this slurry was filtered and dried. After drying, the crucible was filled and baked in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
  • the obtained powder was a plate-like lepidocrotite-type layered crystal and was K 0.7 Li 0.13 Cu 0.2 Ti 1.67 O 3.95 .
  • fusing point was 1103 degreeC and the average particle diameter was 6.2 micrometers.
  • Example 3 445.4 g of titanium oxide, 210.2 g of potassium carbonate, 19.0 g of lithium carbonate, and 121.5 g of iron (III) oxide were mixed for 1 hour while being pulverized by a vibration mill.
  • 500 g of the obtained pulverized mixed powder was baked in an electric furnace at 950 ° C. for 4 hours, and the baked product was pulverized with a hammer mill.
  • a slurry was prepared by dispersing 200 g of the obtained pulverized product in 800 g of deionized water and stirring for 2 hours. To this, 5.2 g of 98% sulfuric acid was added and stirred for 2 hours to adjust the pH to 9. The solid content of this slurry was filtered and dried. After drying, the crucible was filled and baked in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
  • the obtained powder was a plate-like lepidocrotite-type layered crystal and was K 0.7 Li 0.13 Fe 0.4 Ti 1.47 O 3.95 .
  • fusing point was 1193 degreeC and the average particle diameter was 2.7 micrometers.
  • Example 4 536.1 g of titanium oxide, 215.8 g of potassium carbonate, 35.0 g of lithium carbonate, and 9.1 g of magnesium hydroxide were mixed for 1 hour while being pulverized with a vibration mill.
  • the obtained pulverized mixed powder 500 g was filled in a crucible, fired at 900 ° C. for 4 hours in an electric furnace, and the fired product was pulverized by a hammer mill.
  • a slurry was prepared by dispersing 200 g of the obtained pulverized product in 800 g of deionized water and stirring for 2 hours. To this, 5.2 g of 98% sulfuric acid was added and stirred for 2 hours to adjust the pH to 9. The solid content of this slurry was filtered and dried. After drying, the crucible was filled and baked in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
  • the obtained powder was a plate-like lepidocrotite-type layered crystal and was K 0.7 Li 0.24 Mg 0.04 Ti 1.72 O 3.95 .
  • fusing point was 1200 degreeC and the average particle diameter was 2.8 micrometers.
  • the obtained pulverized mixed powder 500 g was filled in a crucible, fired at 900 ° C. for 4 hours in an electric furnace, and the fired product was pulverized by a hammer mill.
  • a slurry was prepared by dispersing 200 g of the obtained pulverized product in 800 g of deionized water and stirring for 2 hours. To this, 5.2 g of 98% sulfuric acid was added and stirred for 2 hours to adjust the pH to 9. The solid content of this slurry was filtered and dried. After drying, the crucible was filled and baked in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
  • the obtained powder was a plate-like lepidocrotite-type layered crystal and was K 0.7 Li 0.27 Ti 1.73 O 3.95 .
  • fusing point was 1192 degreeC and average particle diameter was 2.4 micrometers.
  • FIG. 1 and 2 show the X-ray diffraction charts of the powder obtained.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion corresponding to the (041) plane of the obtained powder.
  • 500 g of the obtained pulverized mixed powder was filled in a crucible, fired at 1000 ° C. for 4 hours in an electric furnace, and the fired product was pulverized with a hammer mill.
  • a slurry was prepared by dispersing 200 g of the obtained pulverized product in 800 g of deionized water and stirring for 2 hours. To this, 5.2 g of 98% sulfuric acid was added and stirred for 2 hours to adjust the pH to 9. The solid content of this slurry was filtered and dried. After drying, the crucible was filled and baked in an electric furnace at 500 ° C. for 1 hour.
  • the obtained powder was confirmed to be K 0.7 Mg 0.4 Ti 1.6 O 3.95 as a plate-like lepidochrosite-type layered crystal. Moreover, melting
  • FIG. 1 and 2 show the X-ray diffraction charts of the powder obtained.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion corresponding to the (041) plane of the obtained powder.
  • Example 5 15 parts by mass of the titanate obtained in Example 1, 12 parts by mass of phenol resin (Sumilite Resin PR-50064, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 8 parts by mass of a mixture of aramid pulp and friction dust, 28 parts by mass of barium sulfate Then, 26 parts by mass of an inorganic filler and 6 parts by mass of graphite were blended, mixed with a Roedige mixer, and the resulting mixture was subjected to temporary molding (25 MPa), thermoforming (150 ° C., 20 MPa), and heat treatment ( 160 to 210 ° C.) to produce a disc brake pad.
  • the disc brake pad has a shape described in FIG. 20-152 (number 152-4) of JIS D0107, and is a friction material used in the disc brake system.
  • Example 6 A disc brake pad was produced in the same manner as in Example 5 except that the titanate was replaced with that obtained in Example 1 and that obtained in Example 2 was used.
  • Example 7 A disc brake pad was produced in the same manner as in Example 5 except that the titanate was replaced with that obtained in Example 1, and that obtained in Example 3 was used.
  • Example 4 A disc brake pad was produced in the same manner as in Example 5 except that the titanate was replaced with that obtained in Example 1, and that obtained in Comparative Example 2 was used.

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Abstract

 熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができるレピドクロサイト型チタン酸塩、および優れた耐摩耗性を有する樹脂組成物を提供する。 TiO八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、Ti席の一部がLi,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上で置換され、層間にLiを除くアルカリ金属から選ばれる1種または2種以上の金属イオンを有するレピドクロサイト型チタン酸塩であることを特徴としている。

Description

レピドクロサイト型チタン酸塩及びその製造方法並びにそれを含有する樹脂組成物
 本発明は、レピドクロサイト型チタン酸塩及びその製造方法並びにそれを含有する樹脂組成物に関する。
 各種車両や産業機械などのブレーキシステムに用いられる摩擦材は、摩擦係数が高く安定していること、耐摩耗性が優れていること、ローター攻撃性が低いことが求められている。これらの特性を満足させるために、アスベスト、無機充填材、有機充填材などと、これらを結合するフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂(結合材)からなる樹脂組成物が摩擦材として使用されてきた。しかし、アスベストは発癌性が確認されており、かつ粉塵化し易いため、作業時の吸入による環境衛生上の問題からその使用が自粛されたことから、代替品としてチタン酸カリウム繊維、金属繊維などが使用されてきた。
 チタン酸カリウム繊維は、ローターを傷付けないという利点を有している。しかし、高温域での耐摩耗性が十分ではない。そこで、特許文献1では、摩擦調整材として鱗片状のチタン酸マグネシウムカリウム(K0.2 ~ 0.7Mg0.4Ti1.63.7~4)を使用することが提案されている。また、特許文献2では、摩擦調整材として鱗片状のチタン酸リチウムカリウム(K0.5 ~ 0.7Li0.27Ti1.733.85~3.95)を使用することが提案されている。
 金属繊維としては、摩擦材の強度補強、放熱効率の向上、耐摩耗性を向上のために、ローター攻撃性が低い銅繊維が使用されている。さらに耐摩耗性を向上させるために銅粉末も多量に用いられている。しかし、銅を含有する摩擦材は、制動時に生成する摩耗粉に銅を含み、河川、湖や海洋汚染などの原因となる可能性が示唆されていることから、北米において銅の使用量が規制されることになった。そこで、特許文献3では、チタン酸リチウムカリウムおよび黒鉛を含有する樹脂組成物を、摩擦材として使用することが提案されている。
国際公開WO2002/010069号パンフレット 国際公開WO2003/037797号パンフレット 国際公開WO2012/066968号パンフレット
 しかし、特許文献1、特許文献2、特許文献3で用いられるチタン酸塩は、結晶構造が層状構造であり、樹脂組成物の成形時に層状構造の層間に配位しているアルカリ金属イオンが溶出し、樹脂組成物のマトリックスを構成する熱硬化性樹脂の硬化阻害を起こす問題がある。このことにより、成形温度を高くしたり、成形時間を長くしたりする必要があり、また得られる樹脂組成物が劣化することもある。
 本発明の目的は、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができるレピドクロサイト型チタン酸塩、および優れた耐摩耗性を有する樹脂組成物を提供することにある。
 本発明は、以下のレピドクロサイト型チタン酸塩、及びその製造方法、並びにそれを含有する樹脂組成物を提供する。
 項1 TiO八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、Ti席の一部がLi,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上で置換され、層間にLiを除くアルカリ金属から選ばれる1種または2種以上の金属イオンを有することを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩。
 項2 Ti席の10~40モル%が、Li,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上で置換されたことを特徴とする、項1に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
 項3 前記2種以上の金属イオンが、Liと、Li以外の金属イオンであることを特徴とする、項2に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
 項4 組成式A0.5~0.7Li0.27-xTi1.73-z3.85~3.95[式中、Aは、リチウムを除くアルカリ金属、Mは、Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる1種または2種以上(但し、2種以上の場合は異なる価数のイオンの組み合わせは除く)、xとzは、Mが2価金属のとき、x=2y/3、z=y/3、Mが3価金属のとき、x=y/3、z=2y/3、yは、0.004≦y≦0.4]で表わされることを特徴とする、項1~3のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
 項5 項1~項4のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩と、熱硬化性樹脂を含有していることを特徴とする樹脂組成物。
 項6 項5に記載の樹脂組成物を含有していることを特徴とする摩擦材。
 項7 項1~項4のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩を製造する方法であって、原料混合物を焼成する工程と、前記焼成物を酸洗浄する工程と、前記酸洗浄後に焼成する工程とを備えていることを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩の製造方法。
 本発明のレピドクロサイト型チタン酸塩は、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができる。本発明の樹脂組成物は、硬化阻害を受けることなく、硬化させることができる。本発明の樹脂組成物は、優れた耐摩耗性を有している。本発明の製造方法によれば、上記本発明のレピドクロサイト型チタン酸塩を効率良く製造することができる。
図1は、実施例1、比較例1及び比較例2で得られた粉末のX線回折チャートを示す図である。 図2は、実施例1、比較例1及び比較例2で得られた粉末のX線回折チャートにおける(041)面に相当する部分の拡大図である。
 以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
 本発明のチタン酸塩は、レピドクロサイト型チタン酸塩であり、TiO八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、その層間に金属イオンを有する結晶である。この層は本来電気的に中性であるが、4価のTi席の一部を1価~3価の金属イオンで置換されることで負に帯電している。これらを層間の金属イオンが補償する形になっている。
 Ti席の一部を置換する金属イオンは、Ti4+と同程度のイオン半径を有しているLi,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上であり、好ましくはTi席の10~40モル%が、Li,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上であり、より好ましくはTi席の10~30モル%が、Li,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上で置換されていることがよい。
 また、Ti席の一部を置換する金属イオンは、好ましくはLiとMg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの1種または2種以上であり、より好ましくはLiとMg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの1種または2種以上で、かつ前記選ばれた金属イオンのうちLiが20~99モル%であり、さらに好ましくはLiとMg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの1種または2種以上で、かつ前記選ばれた金属イオンのうちLiが20~90モル%である(以下、これらを総称して「M金属」と略記する)。
 従来のチタン酸塩はTi席の一部を1種の金属イオンで置換した結晶であるが、本発明のチタン酸塩は、Ti席の一部を2種以上の金属イオンで置換している。これにより、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができる。熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができる理由について、詳細は明らかではないが、層間のアルカリ金属イオンの溶出を防ぎ、熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制することができるものと考えられる。
 層間の金属イオンは、イオン半径が小さいLiを除くアルカリ金属であり、Na,K,Rb,Csなどを例示することができ、好ましくはKがよい(以下、これらを総称して「A金属」と略記する)。また、結晶全体を電気的に中性できる量の金属イオンを層間に有していることが好ましい。
 本発明のチタン酸塩は、球状、粒状、板状、柱状、ブロック状、不定形状、複数の凸部を有する形状(アメーバ形状)などの粉末状の非繊維状粒子である。これらの各種粒子形態および粒子サイズは、製造条件、特に原料組成、焼成条件、焼成処理後の粉砕処理条件などにより任意に制御することができる。
 樹脂組成物に配合されるチタン酸塩の粉末は、上記各種の粒子形態を有するものを適宜使用することができる。粒子サイズは特に制限されないが、平均粒子径が1~50μmであることが好ましく、1~20μmであることがより好ましい。本発明において平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値50%の粒子径を意味する。
 本発明のチタン酸塩は、例えば、組成式A0.5~0.7Li0.27-xTi1.73-z3.85~3.95[式中、Aは、リチウムを除くアルカリ金属、Mは、Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる1種または2種以上(但し、2種以上の場合は異なる価数のイオンの組み合わせは除く)、xとzは、Mが2価金属のとき、x=2y/3、z=y/3、Mが3価金属のとき、x=y/3、z=2y/3、yは、0.004≦y≦0.4]などを例示することができ、そのなかでも組成式K0.5~0.7Li0.27-2y/3MgTi1.73-y/33.85~3.95[式中、yは、0.004≦y≦0.2]、式K0.5~0.7Li0.27-2y/3CuTi1.73-y/33.85~3.95[式中、yは、0.004≦y≦0.2]、式K0.5~0.7Li0.27-y/3FeTi1.73-2y/33.85~3.95[式中、yは、0.004≦y≦0.4]などが好ましい。
 本発明のチタン酸塩の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、酸化チタンまたは加熱により酸化チタンを生成する化合物、A金属の酸化物または加熱によりA金属の酸化物を生成する化合物、M金属の酸化物または加熱によりM金属の酸化物を生成する化合物を原料とし、これらの原料を混合し、必要に応じて反応の均一化や結晶成長の目的でフラックスを添加し、得られた原料混合物を焼成(1次焼成)し、得られた1次焼成物を酸洗浄した後、さらに焼成(2次焼成)することにより得ることができる。原料の混合割合は、目的とするレピドクロサイト型チタン酸塩の組成式により適宜調整することができる。
 加熱により酸化チタンを生成する化合物としては、低次酸化チタンや、酸化チタンの含水物、酸化チタンの水和物、水酸化チタンを使用できる。加熱によりA金属の酸化物を生成する化合物としては、A金属の炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩などが使用できるが、これらのなかでも炭酸塩、水酸化物が好ましい。加熱によりM金属の酸化物を生成する化合物としては、M金属の炭酸塩、水酸化物、酸化物、硝酸塩、硫酸塩などが使用できるが、これらのなかでも酸化物、炭酸塩、水酸化物が好ましい。フラックスとしては、塩化カリウム、フッ化カリウム、モリブデン酸カリウム、タングステン酸カリウムなどを例示でき、これらのなかでも塩化カリウムが好ましい。フラックスの添加割合は、上記原料とのモル比(原料:フラックス)で、3:1~3:15 、好ましくは3:3.5~3:10の割合とするのがよい。
 1次焼成は、電気炉などを用いて行われ、原料混合物を800~1100℃の温度範囲で、1~24時間保持することで焼成反応を完結することができる。
 酸洗浄は、1次焼成物を適宜サイズに粉砕処理し、得られた粉砕物を水中に分散させて水性スラリーとし、水性スラリーに酸を添加して攪拌することにより行うことができる。水性スラリーの濃度は特に制限はなく、広い範囲から適宜選択できるが、作業性等を考慮すると、1~30質量%程度、好ましくは2~20質量%程度とすればよい。酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸などの無機酸、酢酸などの有機酸などを例示することができる。酸は必要に応じて2種以上を併用してもよい。水性スラリーに対する酸の添加量は、水性スラリーのpH が7~11、好ましくは7~9になる量とすればよい。なお、水性スラリーのpHの測定は、酸を添加し、1~5時間程度攪拌した後に行う。酸は通常水溶液の形態で使用される。酸水溶液の濃度は特に制限はなく広い範囲から適宜選択できるが、通常1~98質量%程度とすればよい。水性スラリーのpHを上記所定範囲に調整した後、濾過、遠心分離などにより固形分を該スラリーから分離する。分離された固形分は、必要に応じて、水洗、乾燥することができる。
 2次焼成は、電気炉などを用いて行われ、酸洗浄により得られた固形分を、400~700℃ の温度範囲で、1~24時間保持することで焼成反応を完結することができる。2次焼成後、得られる粉体を所望のサイズに粉砕したり、篩に通してほぐしてもよい。
 以上のようにして、本発明のチタン酸塩を得ることができる。
 本発明の樹脂組成物は、前記チタン酸塩と熱硬化性樹脂とを含有していることを特徴とする。熱硬化性樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂のなかから任意のものを適宜選択して用いることができる。例えばフェノール樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ユリア樹脂などを挙げることができ、これらの1種を単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。このなかでもフェノール樹脂が好ましい。本発明のチタン酸塩は、分散性、熱硬化性樹脂との密着性向上などを目的として、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤などにより表面処理を常法に従って施されて使用されてもよい。樹脂組成物における本発明のチタン酸塩の含有量は、特に制限されるものではないが、樹脂組成物全体の3~30体積%であることが好ましい。
 本発明の樹脂組成物は、耐摩耗性を必要とする製品に使用することができ、特に各種車両や産業機械のブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシングなどの摩擦材に好適に用いることができる。また、本発明の樹脂組成物は、自然環境への配慮の観点から銅粉末、銅繊維などの銅を含有しなくても優れた耐摩耗性を得ることができる。
 本発明の樹脂組成物を摩擦材として用いる場合は、必要とする特性に応じて、公知の繊維基材、摩擦調整材などを適宜配合し、常温にて所定圧力で成形し、次いで所定温度にて熱成形し、熱処理及び仕上げ処理することにより摩擦材の成形体に仕上げることができる。
 繊維基材としては、アラミド繊維、アクリル繊維などの有機繊維、スチール繊維、銅繊維などの金属繊維;ガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維、生分解性繊維、生体溶解性繊維、ワラストナイト繊維などの無機繊維;炭素繊維;などがあり、これらの1種を単独または2種以上を組み合わせて使用することができる。
 摩擦調整材としては、加硫又は未加硫の天然又は合成ゴム、カシューダスト、レジンダストなどの有機粉末;黒鉛、カーボンブラック、二硫化モリブデン、三硫化アンチモン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、タルクなどの無機粉末;銅、アルミニウム、亜鉛、鉄などの金属粉末;アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア(酸化ジルコニウム)、酸化クロム、二酸化モリブデン、ケイ酸ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの酸化物粉末;などがあり、これらの1種を単独または2種以上を組み合わせて使用することができる。
 以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
 <チタン酸塩の製造>
 チタン酸塩の粒子形状は電界放出型走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、S-4800)により確認し、結晶構造はX線回折測定装置(リガク社製、RINT2000-Ultima+)により確認し、組成式はICP-AES分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、SPS5100)により確認し、融点は示差熱熱重量同時測定装置(エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、EXSTAR6000 TG/DTA6300)により測定し、平均粒子径をレーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所社製、SALD-2100)により測定した。
 (実施例1)
 酸化チタン516.7g、炭酸カリウム214.6g、炭酸リチウム19.4g、水酸化マグネシウム45.3gを振動ミルにて粉砕しながら、1時間混合した。
 得られた粉砕混合粉500gをルツボに充填し、電気炉にて950℃で4時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
 得られた粉砕物200gを脱イオン水800gに分散し2時間攪拌することでスラリーを調製した。これに98%硫酸5.2gを添加して2時間攪拌し、pHを9に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて500℃で1時間焼成した。
 得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、K0.7Li0.13Mg0.2Ti1.673.95であることを確認した。また、融点は1270℃であり、平均粒子径3.3μmであった。
 図1および図2に得られた粉末のX線回折チャートを示した。図2は得られた粉末の(041)面に相当する部分の拡大図である。 
 (実施例2)
 酸化チタン506.2g、炭酸カリウム210.3g、炭酸リチウム19.0g、酸化銅(II)60.5gを振動ミルにて粉砕しながら、1時間混合した。
 得られた粉砕混合粉500gを、電気炉にて900℃で4時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
 得られた粉砕物200gを脱イオン水800gに分散し2時間攪拌することでスラリーを調製した。これに98%硫酸5.2gを添加して2時間攪拌し、pHを7に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて500℃で1時間焼成した。
 得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、K0.7Li0.13Cu0.2Ti1.673.95であることを確認した。また、融点は1103℃であり、平均粒子径6.2μmであった。 
 (実施例3)
 酸化チタン445.4g、炭酸カリウム210.2g、炭酸リチウム19.0g、酸化鉄(III)121.5gを振動ミルにて粉砕しながら、1時間混合した。
 得られた粉砕混合粉500gを、電気炉にて950℃で4時間、焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
 得られた粉砕物200gを脱イオン水800gに分散し2時間攪拌することでスラリーを調製した。これに98%硫酸5.2gを添加して2時間攪拌し、pHを9に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて500℃で1時間焼成した。
 得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、K0.7Li0.13Fe0.4Ti1.473.95であることを確認した。また、融点は1193℃であり、平均粒子径2.7μmであった。
 (実施例4)
 酸化チタン536.1g、炭酸カリウム215.8g、炭酸リチウム35.0g、水酸化マグネシウム9.1gを振動ミルにて粉砕しながら、1時間混合した。
 得られた粉砕混合粉500gをルツボに充填し、電気炉にて900℃で4時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
 得られた粉砕物200gを脱イオン水800gに分散し2時間攪拌することでスラリーを調製した。これに98%硫酸5.2gを添加して2時間攪拌し、pHを9に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて500℃で1時間焼成した。
 得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、K0.7Li0.24Mg0.04Ti1.723.95であることを確認した。また、融点は1200℃であり、平均粒子径2.8μmであった。
 (比較例1)
 酸化チタン540.9g、炭酸カリウム216.1g、炭酸リチウム39.0gを振動ミルにて粉砕しながら、1時間混合した。
 得られた粉砕混合粉500gをルツボに充填し、電気炉にて900℃で4時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
 得られた粉砕物200gを脱イオン水800gに分散し2時間攪拌することでスラリーを調製した。これに98%硫酸5.2gを添加して2時間攪拌し、pHを9に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて500℃で1時間焼成した。
 得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、K0.7Li0.27Ti1.733.95であることを確認した。また、融点は1192℃であり、平均粒子径2.4μmであった。
 図1および図2に得られた粉末のX線回折チャートを示した。図2は得られた粉末の(041)面に相当する部分の拡大図である。
 (比較例2)
 酸化チタン492.9g、炭酸カリウム213.2g、水酸化マグネシウム89.9gを振動ミルにて粉砕しながら、1時間混合した。
 得られた粉砕混合粉500gをルツボに充填し、電気炉にて1000℃で4時間焼成し、焼成物をハンマーミルにて粉砕した。
 得られた粉砕物200gを脱イオン水800gに分散し2時間攪拌することでスラリーを調製した。これに98%硫酸5.2gを添加して2時間攪拌し、pHを9に調整した。このスラリーの固形分を濾別、乾燥した。乾燥後、ルツボに充填し、電気炉にて500℃で1時間焼成した。
 得られた粉末は、板状のレピドクロサイト型層状結晶で、K0.7Mg0.4Ti1.63.95であることを確認した。また、融点は1295℃であり、平均粒子径3.5μmであった。
 図1および図2に得られた粉末のX線回折チャートを示した。図2は得られた粉末の(041)面に相当する部分の拡大図である。
 <硬化発熱ピーク温度の測定>
 (試験例1~7)
 表1に記載のチタン酸塩150mgとフェノール樹脂(住友ベークライト社製、スミライトレジンPR-50064)50mgをメノウ乳鉢で混合した。得られた混合粉体を、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製、EXSTAR6000 DSC6220)を用い、窒素気流下(50ml/min)で、昇温温度2℃/minで測定を行った。示差走査熱量計のデータから、JIS K6910-2007の方法に準じて硬化発熱ピーク温度を算出した。結果を表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1の結果より、試験例1~4は、試験例5~6と比べ、硬化発熱ピーク温度が低いことから、本発明のチタン酸塩が熱硬化性樹脂の硬化阻害を抑制していることが分かる。また、試験例7から、比較例1と比較例2のチタン酸塩を混合するのみでは、本発明の効果が得られないことが分かる。
 <摩擦材の製造>
 (実施例5)
 実施例1で得られたチタン酸塩15質量部に、フェノール樹脂(住友ベークライト社製、スミライトレジンPR-50064)12質量部、アラミドパルプとフリクションダストの混合物8質量部、硫酸バリウム28質量部、無機充填材26質量部、黒鉛6質量部を配合し、レーディゲミキサーにて混合後、得られた混合物を仮成型(25MPa)、熱成型(150℃,20MPa)を行い、さらに熱処理(160~210℃)を行い、ディスクブレーキ用パッドを製造した。ディスクブレーキ用パッドとは、JIS D0107の図20-152(番号152-4)に記載されている形状のものであり、ディスクブレーキシステムで使用される摩擦材である。
 (実施例6)
 チタン酸塩を実施例1で得られたものに代えて、実施例2で得られたものを使用する以外は実施例5と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
 (実施例7)
 チタン酸塩を実施例1で得られたものに代えて、実施例3で得られたものを使用する以外は実施例5と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
 (比較例3)
 チタン酸塩を実施例1で得られたものに代えて、比較例1で得られたものを使用する以外は実施例5と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
 (比較例4)
 チタン酸塩を実施例1で得られたものに代えて、比較例2で得られたものを使用する以外は実施例5と同様にして、ディスクブレーキ用パッドを製造した。
 <摩擦材の評価>
 摩擦材の気孔率はJIS D4418に基づき測定した。摩擦材の摩耗量は、JASO C427に準拠し、ダイナモメーターにより測定した。摩擦後の摩擦材の外観は、実施例6より得られた摩擦材の摩擦面を基準に○とし、クラックの程度や白化した程度を比較し、状態の良いものから◎、○、×で表記した。結果を表2に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2の結果より、従来のチタン酸塩を用いた比較例3および比較例4では、摩擦後の外観が悪くなっている。これに対し、本発明のチタン酸塩を用いた実施例5~7では、摩耗量は同程度であるが、摩擦後の外観が改善されている。表1のように本発明のチタン酸塩を用いると熱硬化性樹脂の硬化阻害が抑制されるため、3次元架橋の度合い、マトリックス強度が向上し、摩擦後の摩擦材の外観が改善するものと考えられる。

Claims (7)

  1.  TiO八面体の連鎖により形成される層状構造を有し、Ti席の一部がLi,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上で置換され、層間にLiを除くアルカリ金属から選ばれる1種または2種以上の金属イオンを有することを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩。
  2.  Ti席の10~40モル%が、Li,Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる金属イオンの2種以上で置換されたことを特徴とする、請求項1に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
  3.  前記2種以上の金属イオンが、Liと、Li以外の金属イオンであることを特徴とする、請求項2に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
  4.  組成式A0.5~0.7Li0.27-xTi1.73-z3.85~3.95[式中、Aは、リチウムを除くアルカリ金属、Mは、Mg,Zn,Ni,Cu,Fe,Al,Ga,Mnから選ばれる1種または2種以上(但し、2種以上の場合は異なる価数のイオンの組み合わせは除く)、xとzは、Mが2価金属のとき、x=2y/3、z=y/3、Mが3価金属のとき、x=y/3、z=2y/3、yは、0.004≦y≦0.4]で表わされることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩。
  5.  請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩と、熱硬化性樹脂を含有していることを特徴とする樹脂組成物。
  6.  請求項5に記載の樹脂組成物を含有していることを特徴とする摩擦材。
  7.  請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のレピドクロサイト型チタン酸塩を製造する方法であって、原料混合物を焼成する工程と、前記焼成物を酸洗浄する工程と、前記酸洗浄後に焼成する工程とを備えていることを特徴とするレピドクロサイト型チタン酸塩の製造方法。
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