JPH0426599A - ホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法 - 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 本発明はホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法に関
するものである。

本発明方法によって得られるホウ酸アルミニウムウィス
カーは機械的強度、耐熱性、断熱性、耐薬品性、電気絶
縁性及び中性子線吸収能に優れており、熱可塑性樹脂、
熱硬化性樹脂、セメント、ガラス及び金属等の補強材と
して有用である。

従来の技術 機械的強度、耐薬品性等に優れているホウ酸アルミニウ
ムウィスカーの合成について種々の方法が試みられてお
り、その方法は気相法と溶融剤を用いる液相法とに大別
できる。

気相法に関しては、１０００〜１４００°Ｃにて気体状
態のフッ化アルミニウムと酸化ホウ素中に水蒸気を通す
ことにより、４ＡＩ２Ｏ３・Ｂ２０．の組成をもつウィ
スカーが得られることが米国特許第３３５０１６６号明
細書に記載されている。

一方液相法に関しては、水酸化アルミニウムと酸化ホウ
素の混合物を１４００’Ｃ５こ加熱することにより３Ａ
１２０．・Ｂ２０．及び９ＡＩｚ（ｈ・Ｂ２Ｏ３の組成
をもつウィスカーが得られることが米国特許第３０８０
２４２号明細書に記載されている。この場合には、過剰
の酸化ホウ素が溶融剤成分としての役割を果たしている
。また米国内務省鉱山局の報告ムこよれば、酸化アルミ
ニウム、四ホウ酸ナトリウム及び塩化リチウムの混合物
を１２００°Ｃに加熱することにより２゜５Ａｌ□ＯＪ
−ＢＺＯ，の組成をもつウィスカーが得られ、また酸化
アルミニウム、四ホウ酸ナトリウム及び酸化ホウ素の混
合物を１４００’Ｃに加熱することにより４．８Ａｂ（
ｈ・Ｂ２０．の組成をもつウィスカーが得られることが
知られている。（ビューロー　オブマインズ　レポート
　オブ　インベスティゲーション１ｌＢｕｒｅａｕ　ｏ
ｆ　Ｍｉｎｅｓ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｏｆ　Ｉｎｖｅｓｔｉ
ｇａｔｉｏｎｓ６５７５”＜１９６５）　）この場合に
おいても、過剰の四ホウ酸ナトリウム及び塩化リチウム
の混合物あるいは過剰の四ホウ酸ナトリウム及び酸化ホ
ウ素の混合物が溶融剤成分としての役割を果たしており
、通常当量の３倍以上のホウ酸成分が混合され、過剰分
の成分が溶融剤として作用する、内部溶融側法と呼ばれ
ているものである。この方法は大きいウィスカーを得る
ことが可能だが、溶解力の強い無水ホウ酸成分が化学量
論量よりもかなり過剰であるため、生成したウィスカー
を溶解してしまい収率が大幅に低下すること及び反応後
糸がガラス状になるためウィスカーの分離が困難である
という、工業的製法としては大きな欠点がある。

本発明者等は、特開昭６１３１９２９８号公報及び同６
３−３１９２９９号公報において、ホウ酸アルミニウム
の生成反応に直接関与しない溶融剤を用いる製法により
、これらの問題が解決しうることを提案した。

発明が解決しようとする課題 本発明の目的とするところは、さらに収率が高く且つ工
業的な規模における製造に通したホウ酸アルミニウムウ
ィスカーの製造方法を提供するにある。

また、この種のウィスカーをＦＲＰ、ＦＲＭ、ＦＲＣの
強化材として用いる場合、そこで要求されれるウィスカ
ーの繊維径はまちまちであり、例えばＦＲＰでは０．５
〜１．０　ｐｍ、Ｆ　ＲＭでは１．０〜５．０、ＦＲＣ
では０．１〜０．５　μｍである。

本発明者等が明らかにした前述の特許出願シこよれば、
これらの範囲のホウ酸アルミニウムウィスカーを製造す
ることは可能であるが、この場合目的とする大きさに応
してアルミニウム供給成分、無水ホウ酸供給成分及び溶
融剤成分を選定しなければならない。また大きいウィス
カーを得るためには内部溶融剤の力を借りる必要があり
、収率が低下してしまうという難点があった。

課題を解決するための手段 本発明者等は、このような事情に鑑み鋭意試験研究を重
ねた結果、アルカリ金属のアルミン酸塩及び硫酸を用い
ることにより、所期の目的が達成できることを見出し、
本発明方法を完遂した。

即ち本発明方法によれば、アルカリ金属のアルミン酸塩
から選ばれた少なくとも一種のアルミニウム供給成分と
、酸化ホウ素、ホウ酸、アルカリ金属ホウ酸塩の中かろ
選ばれた少なくとも一種の無水ホウ酸供給成分と、アル
カリ金属の硫酸塩及び塩化物から選ばれた溶融剤成分で
構成される原料系に、硫酸を適量混合したのち９００〜
１２００’Ｃの温度域で反応することにより、ホウ酸ア
ルミニウムウィスカーの結晶が育成され、そしてアルミ
ニウム供給成分、無水ホウ酸供給成分、溶融剤成分及び
硫酸の混合比率を所定の範囲に調整することによって、
得られるホウ酸アルミニウムウィスカーの大きさを高収
率で制御することが可能である。

本発明方法の実施に適するアルミニウム供給成分として
はアルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム等であり
、これらは２種以上混合してもかまわない。

無水ホウ酸供給成分としては、ホウ酸、ピｃ７ホウ酸、
メタホウ酸、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウム、
メタホウ酸ナトリウム等及びこれらの塩の水和物並びに
Ｂ（ＯＣＪｓ）　３のようなホウ素のアルコキント化合
物が挙げら、これらは２種以上混合してもかまわない。

溶融剤としては、アルカリ金属の硫酸塩及び塩化物であ
り、具体的には硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カ
リウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム
及びこれらの水和物であり２種以上混合してもかまわな
い。

これらの混合割合は、アルミニウムとホウ素のモル比を
６：４〜９：２の範囲、アルミニウムとアルカリ金属の
モル比を１：１〜工：１０の範囲、更にアルミニウムと
硫酸のモル比を２：１〜１：５の範囲とすることにより
、ホウ酸アルミニウムウィスカーを繊維径０．２〜５μ
ｍ、繊維長２〜２００μｍに制御することが可能である
。

ホウ素に対するアルミニウム量が多いほど、溶融剤成分
が多いほど、大きなウィスカーが得られる。また溶融剤
として、硫酸塩を用いた場合はアルミニウムと硫酸のモ
ル比が２：３に近いほど、そしてアルミニウム２モルに
対しＸモルの塩化物を用いた場合は、アルミニウムと硫
酸のモル比が２　：　３　＋　ｘ　／　２に近いほど大
きなウィスカーが得られる。

反応温度は９００〜１２００’Ｃであり、これより高い
とアルミナが生成し、低いとウィスカーが十分成長しな
いため不適切である。時間は３０分〜１２時間でよい。

育成されたホウ酸アルミニウムウィスカーを単離するに
は、約ＩＮ濃度の熱塩酸、熱硫酸、熱硝酸、熱苛性ソー
ダあるいは熱水等を用いて、溶融材その池水溶性物質を
除去し、十分に水洗をするか、あるいは水不溶の副生成
物がある場合には、残留物からデカンテーション等の処
理でウィスカーを分離したのちに、十分に水洗をすれば
よい。

作用 ９００〜１２００’Ｃの反応温度において１．ホウ酸ア
ルミニウムウィスカーを構成する物質の一つであるＡｌ
２Ｏ２は固体であるので、ウィスカーを均一に育成させ
るには、系全体を液状に近づける必要がある。そのため
に本発明方法ではアルミン酸ナトリウム（ＮａＡｌＯｚ
）　、アルミン酸カリウム（にＡｌ０ｚ）と硫酸を反応
させＮａ、、ＡＩ　（５０４）　ｙまたはに３ＡＩ　（
Ｓ０４）　３等のトリアルカリアルミニウムトリサルフ
ェートを生成ゼしめる。

トリアルカリアルミニウムトリサルフェートは通常７０
０°Ｃ付近から溶融が始まり、さらに昇温しでいくに連
れて、徐々にＡｌ２Ｏ３とアルカリ金属硫酸塩に再分解
し、１０５０°Ｃ付近で反応が完了する。

この性質を利用して、７００°Ｃ付近で全ての原料を液
状均一化させることができる。さらに昇温しでいく過程
で再発生してくるアルカリ金属硫酸塩と１−リアルカリ
アルミニウムトリサルフェートとの共融混合浴が溶融剤
の作用を呈し、同時に発生してくるＡｌｚＯｉがＢ２Ｏ
３と反応し、ウィスカーとして成長する。このように反
応が均−系で進むために、大きくて均一なホウ酸アルミ
ニウムウィスカーが得られる。

またアルカリ金属の塩化物も硫酸と反応し容易に硫酸塩
となり、前述と同様にトリアルカリアルミニウムトリサ
ルフェートを生成し、同し機構でホウ酸アルミニウムウ
ィスカーが成長する。

実施例１〜７ 表に示すような各種アルミニウム供給成分、無水ホウ酸
供給成分、溶融剤成分及び硫酸を計量、粉砕、混合した
ものを、内容量５０Ｉ！ｔ１のアルミナ坩堝に入れ、電
気炉中で毎分ｉｏ’ｃずつ昇温し、１１００°Ｃの温度
で４時間反応させた。この反応物を冷却し、それに１０
００ｄのＩＮ塩酸を加えて８時間煮沸し、残留フラック
ス分を溶解除去したのち、水洗、乾燥して９Ａ１□０．
・２ＢｚＯｚを持つホウ酸アルミニウムウィスカーをを
得た。このウィスカーの形状及び収率は次表に示したと
おりであり、高収率でウィスカーを所定の大きさに制御
することが可能であった。

／′ ／ 似下余白） 発明の効果 本発明方法によれば、従来の方法と比ベテ収率が高く、
且つウィスカーの大きさが均一であり、しかもその大き
さの制御が可能であり、工業的製法として好適である。

特許出願人　四国化成工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルカリ金属のアルミン酸塩から選ばれた少なく
   とも一種のアルミニウム供給成分と、酸化ホウ素、ホウ
   酸、アルカリ金属ホウ酸塩の中から選ばれた少なくとも
   一種の無水ホウ酸供給成分とアルカリ金属の硫酸塩及び
   塩化物から選ばれた溶融剤成分並びに硫酸を均一に混合
   したのち、９００〜１２００℃の温度域で反応させて育
   成するホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法。
2. （２）アルミニウム供給成分と無水ホウ酸成分をアルミ
   ニウムとホウ素のモル比が６：４ないし９：２の範囲と
   し、アルミニウム供給成分とフラックス成分をアルミニ
   ウムとアルカリ金属のモル比が１：１ないし１：１０の
   範囲とし、アルミニウムと硫酸のモル比を２：１〜１：
   ５の範囲とし、繊維径０．２〜５μｍ、繊維長５〜５０
   ０μｍの所定範囲にあり、且つ９Ａｌ＿２Ｏ＿３・２Ｂ
   ＿２Ｏ＿３で示される組成をもつ請求項（１）に記載の
   ホウ酸アルミニウムウィスカーの製造方法。