JPH0159215B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐熱性、断熱性、耐化学性及び補強性
の優れたルチル−プリデライト−六チタン酸カリ
ウム複合繊維の製造法に関する。更に詳しくは天
然産のルチルサンドまたはアナターゼサンドをそ
のまま使用し、その中に含まれている不純物を有
効成分として活用して優れた特性を持つルチル−
プリデライト−六チタン酸カリウム複合繊維を製
造する方法に関する。

従来、耐熱性、断熱材として繊維状六チタン酸
カリウムK₂Ti₆O₁₃が知られている。これはフラ
ツクス法、メルト法、徐冷焼成法などによつて製
造されているが、これらのいずれの方法において
も、原料である二酸化チタンは、例えばイルメナ
イト鉱石を硫酸法あるいは塩素法の処理によつて
製造された99％以上の高純度のものが使用されて
きた。従つて原料コストが高くなる欠点があつ
た。

本発明の目的は低廉な耐熱性、断熱材を提供せ
んとするものである。

本発明者らは、天然産のルチルサンド、アナタ
ーゼサンドの組成について検討した結果、それに
含有されている主要固溶不純物はFe₂O₃、Al₂O₃、
CrO₃であり、これらはプリデライトK_x（M_x〓
Ti_8-x）O₁₆（ただし、ＭはFe、Al、Cr、Gaを、
ｘは1.5＜ｘ＜２を表わす）のM〓席を占有する成
分となるものであることが分つた。

そこで、これらの天然産の不純物含有のもの
を、不純物を除去することなく、炭酸カリウムと
K₂O・ｎ（Ti・Ｍ）O₂（ただし、ｎは1.5〜2.5、Ｍ
は含有不純物金属を表わす）の割合に混合して使
用したところ、従来の高純度二酸化チタンと同様
に調和溶融し、該溶融体を結晶化して層状構造を
有する繊維状物となる。そしてこの層間を占有す
るK₂O成分を抽出した後、熱処理すると、ルチル
−プリデライト−六チタン酸カリウム複合繊維が
得られることを究明し得た。この知見に基いて本
発明を完成した。

本発明の要旨は、 一般式（Ti、Ｍ）O₂（ただし、Ｍは含有不純物
金属を表わす）で示される天然産のルチルサンド
またはアナターゼサンドと、酸化カリウムまたは
加熱によつて酸化カリウムを生成するカリウム化
合物あるいはこれらの混合物とを、一般式K₂O・
ｎ（Ti、Ｍ）O₂（ただし、ｎは1.5〜2.5、Ｍは前記
と同じ）で示す割合に混合し、これら混合物を加
熱して溶融体を生成し、該溶融体から二チタン酸
カリウム（K₂O・2TiO₂）と同じ層状構造の結晶
体からなる繊維状物を冷却固化により形成させ、
次いで該繊維状物中のK₂O成分の一部を抽出した
後、800℃以上溶融温度未満で熱処理することを
特徴とする方法である。

本発明において使用する天然産のルチルサンド
は漂砂鉱床から砂状に得られ、約95％のTiO₂品
位であり、不純物として、Fe₂O₃、Al₂O₃、
Cr₂O₃、SiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂、V₂O₅、などが含
まれ、その含有量は例えば、Fe₂O₃0.6％、
ZrO₂0.7％、SiO₂0.6％、Cr₂O₃0.3％、V₂O₅0.7％、
Nb₂O₅0.3％、Al₂O₃0.4％である。これらの不純
物の特にFe₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃などがプリデライ
トの構成成分として有効に活用し得られる。アナ
ターゼサンドもほぼ同様な組成成分を有してい
る。

ルチルサンド等の原料はカリウム成分と反応し
易いことが望ましいため粒度を細かくして使用す
ることが好ましい。

本発明において用いるカリウム成分としては、
K₂O、また加熱によりK₂Oを生成するカリウム化
合物、例えば、KOH、K₂CO₃、KHCO₃、などの
単独あるいは混合物が挙げられる。

天然産のルチルサンドと前記カリウム成分と
を、一般式、K₂O・ｎ（TiM）O₂（ｎ、Ｍは前記
と同じ）を生成する割合に混合して、これを1100
℃に加熱溶融し、この溶融体を冷却固化すると、
層状構造を有する結晶性繊維状物が得られる。

前記一般式ｎが1.5より小さい割合に混合する
と、層状構造のものができなくなり、ｎが１では
繊維化しない。またｎが2.5より大きくなると、
溶融点が高くなるばかりでなく、K₂Ti₄O₉組成の
チタン酸カリウムが生成し、繊維の分離ができな
くなる。従つて、ｎの値は1.5〜2.5、好ましくは
２であることが必要である。

繊維形成方法としては、(1)溶融紡糸方法、例え
ばガラス繊維成形用の各種の方法と同様な方法。
(2)溶融体を別容器に流出させる方法。(3)溶融るつ
ぼの底を急冷する方法。(4)蒸気吹付法によりプツ
シングから流出する溶融体に高圧蒸気を吹付ける
方法が挙げられる。

冷却固化により繊維状に成形すると、結晶学的
に層状構造を有する結晶質のチタン酸カリウムの
繊維状物となる。これを水、温水、沸とう水で処
理すると、層間に占有するカリウム成分が抽出す
る。この処理は沸とう水で２〜３時間処理する方
法が好ましい。カルシウム成分の一部を抽出した
後、800℃以上に加熱すると、層状構造からトン
ネル構造に変換し、ルチル−プリデライト−六チ
タン酸カリウムの結晶性のよい複合繊維となる。
加熱温度は800℃以上であることが必要であるが、
溶融温度（ルチル：1840℃、プリデライト：約
1500℃、六チタン酸カリウム：1370℃）以下で、
好ましくは約1000℃である。

実施例 １ 天然産ルチルサンド（オーストラリヤの
Associated Minerals Consolidated Limited）
のNS−grade（TiO₂95.9％、主要不純物：
Fe₂O₃0.6％、ZrO₂0.7％、SiO₂0.6％、Cr₂O₃0.3
％、V₂O₅0.7％、Nb₂O₅0.3％、Al₂O₃0.4％であつ
た。）の粒度100〜60μｍのものを使用した。

該ルチルサンドとK₂CO₃粉末をモル比で２：
１の割合で混合した。この混合物６ｇを30ml白金
るつぼで1100℃で30分加熱して溶融させた。この
溶融体の入つているるつぼを水冷している鉄板の
上に置いて底部を急冷固化することによつて繊維
を形成させた。この繊維はK₂O・２（Ti、Ｍ）O₂
（ただし、ＭはFe等の金属）の組成の結晶体であ
つた。

るつぼを１の冷水中に２時間浸漬して繊維を
分離し、該繊維を更に１の水で、洗浄した。次
いで１の沸とう水中に30分間浸漬して脱カリウ
ム処理を行い、よく水洗して120℃で乾燥させた。
該乾燥物を1000℃で１時間加熱処理した。

得られた繊維は、２〜５mmの長さで、直径0.01
〜0.2mmであつた。これをＸ線粉末回析したとこ
ろ、結晶のよいルチル・プリデライト、六チタン
酸カリウムの混合相であつた。

混合各相の室温における熱伝導率はルチル
0.104（Ｗ・cm^-1・K^-1）、プリデライト例えば
K₂Al₂Ti₆O₁₆組成では0.029（Ｗ・cm^-1・K^-1）、六
チタン酸カリウム0.037（Ｗ・cm^-1・K^-1）でいず
れも小さい値を示し、複合相となつても熱伝導率
は0.020（Ｗ・cm^-1・K^-1）で小さく、断熱特性に
優れたものである。

この混合相の各相の割合は、カリウム量、不純
物量で変化し、原料が同じであれば、脱カリウム
処理を制御することにより一定割合にすることが
できる。

なお、天然産アナターゼも同様にして複合繊維
が得られる。

本発明の方法によると、従来の繊維状二チタン
酸カリウムを製造する場合におけるように高純度
のチタン原料を使用せず、天然産のルチルサンド
またはアナターゼをそのまま使用するので原料費
が約1/10と安価となり、しかも天然原料中に含ま
れる不純物を反応させてプリデライト相を形成さ
せ、ルチル−プリデライト−六チタン酸カリウム
の結晶性のよい複合繊維の耐熱性の優れたものと
なし得た優れた効果を有する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一般式（Ti、Ｍ）O₂（ただし、Ｍは含有不純
   物金属を表わす）で示される天然産のルチルサン
   ドまたはアナターゼサンドと、酸化カリウムまた
   は加熱によつて酸化カリウムを生成するカリウム
   化合物あるいはこれらの混合物とを、一般式
   K₂O・ｎ（Ti、Ｍ）O₂（ただし、ｎは1.5〜2.5、Ｍ
   は前記と同じ）で示す割合に混合し、これら混合
   物を加熱して溶融体を生成し、該溶融体から二チ
   タン酸カリウム（K₂O・2TiO₂）と同じ層状構造
   の結晶体からなる繊維状物を冷却固化により形成
   させ、次いで該繊維状物中のK₂O成分の一部を抽
   出した後、800℃以上溶融温度未満で熱処理する
   ことを特徴とするルチル−プリデライト−六チタ
   ン酸カリウム複合繊維の製造法。