JPS6364998A - 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（Ｋ２Ｏ・６　Ｔ　ｉ　Ｏｘ）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（−に、０・ｎＴｉ
ｏｔ）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溶融法と称される方法が知ら
れている（特公昭５４−１９２３９号、特開昭５８−１
５８６８８号）。溶融法は、加熱により二酸化チタン（
Ｔ　ｉ　Ｏ□）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、Ｔｉｏ
ｔ／ＫｚＯのモル比が約２となるように混合した混合物
を原料とし、該原料混合物を加熱溶融する工程、加熱溶
融物を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（Ｋ２Ｏ
・２　Ｔ　ｉＯＸ）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、Ｔｉ０ｚ／ＫｚＯ
のモル比が約６となるまでに０イオンを？容出させる水
洗（脱カリウム）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Ｍ
（太さ、長さ）が不揃いで均質性に乏しい。これは、原
料の加熱溶融物を一方向凝固させて結晶質の初生相二チ
タン酸カリウム繊維（Ｋ２Ｏ・２ＴｉＯ□）を生成させ
る際の冷却速度が、生成する初生相の形態に大きく影響
し、冷却速度のわずかな不均一性により、初生絹繊維の
形態が不揃いとなり易いこと、更に、その初生相結晶質
繊維の形態が、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
に強い影響を残すことによる。

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（Ｔ　ｉ　Ｏ□）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、
Ｔ　ｉ　Ｏｔ　／　Ｋ　ｔｏ　：２．５〜５　（モル比
）に混合した混合物を加熱溶融したのち、その溶融物を
急冷し、ついでその急冷固化物を熱処理することにより
、四チタン酸カリウム繊維、または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生成させることを特
徴としている。

本発明方法において、原料の加熱溶融物を急冷して得ら
れる固化物は、Ｘ線的には非晶質相（ガラス）と六チタ
ン酸カリウム（Ｋ２Ｏ・６ＴｔＯ□）相とからなる。六
チタン酸カリウム相は、この段階では繊維形態をなして
いない。

本発明方法は、従来法のように加熱溶融物から直ちに繊
維を生成させる製造法と異なり、一旦急冷し、その急冷
固化物を熱処理に付して繊維を成長させることとしてい
るので、繊維径が細く均質な繊維を得ることができる。

また、本発明方法は、原料のＴ　ｉ　Ｏｚ　　−ＫｚＯ
（モル比）を２．５〜５に調整することとしたので、従
来方法におけるような水洗（脱カリウム）工程を簡略化
することができ、急冷固化物を熱処理することにより直
ちに四チタン酸カリウム繊維、または四チタン酸カリウ
ムと六チタン酸カリウムの混合繊維が得られ、必要に応
じこれに所定の脱カリウム処理と熱処理とを施すことに
よ、す、六チタン酸カリウム単相繊維が得られる。

その繊維は、おおむね直径０．２〜２μｍ、長さ１０〜
３０μｍである。

以下、本発明方法について工程順に詳しく説明する。

加熱により二酸化チタン（ＴｉＯ２）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、ある
いは天然ルチルサンド、天然アナターゼサンド、チタン
スラグ等を用いることができる。また、加熱により酸化
カリウム（Ｋ　ｚ　Ｏ）となるカリウム化合物は、代表
的には炭酸カリウム（ＫｚＣＯ３）であるが、その池水
酸化物、硝酸塩等を使用することもできる。

原料の調製において、 チタン化合物とカリウム化合物とを、ＴｉＯｚ／に２０
のモル比が２．５〜５となるように混合することとした
のは、その混合比において加熱溶融物の急冷固化物に水
洗等の脱カリウム処理を加えることなく、該急冷固化物
を熱処理することにより直ちに四チタン酸カリウム繊維
、または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ができるからである。この場合
、上記モル比を２．５〜５の範囲内において、約３．３
以下に調節すると、四チタン酸カリウム単相繊維を得る
ことができ、それより高いモル比に調節すると四チタン
酸カリウムと六チタン酸カリウムの混合繊維を得ること
ができる。

上記原料の加熱溶融処理は、温度：　１２００〜１５０
０℃において行うことができる。

加熱溶融物の冷却工程においては急冷を行う。

急冷速度は、好ましくは１０″″℃／秒以上である。

その急冷処理は、例えば第１図〜第４図に示す方法によ
り行うことができる。第１図は金属製双ロール（３，３
）を高速回転させながら、溶解炉ないしは取鍋（１）の
ノズル（２）から溶融物（Ｍ）を流下し、ロール間隙を
通過させることにより、箔片状の急冷固化物を得るよう
にした例である。また、第２図は、金属製回転盤（４）
の高速回転下に、その上面に溶融物（Ｍ）を流下し、回
転盤（４）との接触および遠心力による周囲への飛散に
より、比較的細粒の急冷固化物を回収するようにした例
である。この場合に、ノズル（５）から冷媒（例えば、
液体窒素）を吹付けることは、溶融物の冷却速度を高め
るための補助手段として有効である。

なお、回転盤（４）は、第３図（１）に示すような球面
を有するもの、同図（ＩＩ）のように唐傘状のもの、あ
るいは同図ＣＩ［［）に示すごとき播鉢状のものなどを
用いることができる。更に、第４図は、回転円筒容器（
９）を高速回転させながら、遠心力により容器内に形成
された水層（１０）に溶融物（Ｍ）をノズル（８）から
射出して比較的細粒の急冷固化物を得るようにした例で
ある。

急冷により得られる固化物の形状・サイズは、急冷方法
により異なるが、粗大なものと比較的細かいものとが混
在する固化物の場合は、両者を分別しておくことにより
、熱処理で得られる繊維の形態をより均質化することが
できる。第２図に示す急冷方法により溶融物を急冷する
場合には、回転盤（４）の回転による遠心力を利用し、
生成する固化物の粗大なのもと細かいものとを、それぞ
れ容器（６）と（７）に分別回収することができる。

急冷により得られた固化物は、ついで繊維を生成させる
ための熱処理に付される。急冷固化物が粗大な形状を有
するものである場合には、熱処理に先立って、ディスク
ミル等の粉砕手段により、細粒化（例えば、１０μｍ以
下）しておくことが、熱処理において多数の細い繊維を
生成させ、かつ成長を促進させるのに効果的である。そ
の熱処理は、好ましくは、温度：９００〜１１００℃に
適当時間（例えば、３０分以上）保持することにより達
成される。この熱処理により、細粒・長寸の四チタン酸
カリウム繊維、または四チタン酸カリウムと六チタン酸
カリウムの混合繊維が得られる。

更に、上記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１％の酢酸水溶液を用いて行われる。その脱カリ
ウム処理により、四チタン酸カリウムを六チタン酸カリ
ウム相当の組成に変換し、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：４００〜９００℃に適当時間（例えば、３
０分以上）保持することにより達成される。

〔実施例〕

実施例１ （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．
５９苓） （３）ＴｉＯ□／に、Ｏ（モル比：＋：ａ、ＯＣＩり加
熱溶融 原料粉末混合物を白金るつぼ内で、１３００℃×３０分
間加熱溶融。

〔■〕急冷処理 加熱溶融物を第１図に示すように、金属製双ロール（３
，３）に流下し、箔片状の急冷固化物を回収。

（ＩＶ）急冷固化物粉砕 上記急冷固化物をディスクミルにより６分間を要して粉
砕、粉砕後の粒度：１〜１０μｍ　。

ＣＶｌ熱処理 粉砕した固化物をアルミするつぼに入れ、１０００℃に
設定された炉中に装入し、３０分間保持する。

得られた繊維は、直径０．２〜２μｍ、長さ１０〜３０
、ｕｍである。第５図は、その繊維のＸ線回折チャート
である。４Ｔは四チタン酸カリウムを意味する。これよ
り、繊維は四チタン酸カリウムであることがわかる。第
７図に走査型電子顕微鏡による繊維形態を示す。

大土±１ 原料の、ＴｉＯ２／ＫｔＯモル比を４．５にし、溶融温
度が１４５０℃となるように調製した点を除いて、実施
例１と同じ工程を経て四チタン酸カリウムと六チタン酸
カリウムの混合熱維を得た。繊維径は０．２〜２μｍ１
長さは１０〜３０μｍである。

去施貫主 前記実施例１で得られた四チタン酸カリウム繊維を、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。

（１）脱カリウム処理 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゛イオンを溶出させる。

（ＩＩ）熱処理 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。

第６図に、得られた繊維のＸ線回折チャートを示す。図
中、６Ｔは六チタン酸カリウムを意味する。得られた繊
維は六チタン酸カリウム単相であることを示している。

その繊維形態は、前記実施例で得られた繊維と殆ど同じ
である。

１且±１ 前記実施例２で得られた混合繊維を、実施例３と同じ脱
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）を得た。その繊維形態は、実施例３の混合
繊維と殆ど同じである。

北較勇 従来の溶融法により六チタン酸カリウム繊維（単相）を
製造する。

Ｎｌ原料調製 （１）チタン化合物・・・・実施例１と同じ（２）カリ
ウム化合物・・・・実施例１と同じ（３）　　Ｔ　ｉ　
Ｏｘ　／　Ｋ２Ｏ（モル比）：２（ｌ加熱溶融 原料混合粉末を白金るつぼに入れ、１１００℃×４０分
間加熱溶融。

（１）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。

（■〕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
。ｖＡ維は、直径１０〜３０μｍ、長さ５０〜２００μ
ｍの板状晶である、第８図に、走査型電子顕微鏡による
繊維形態を示す。

（Ｖ）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、かつ均質性にすぐれている
ので、耐熱材、断熱材、摩擦材、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。

また、本発明方法は、原料調製におけるＴ　ｉ　Ｏ。

／ＫｚＯ（モル比）を高めているので、従来法の必須工
程である水洗工程が不要であり、従ってそれだけ工程が
面素で、かつ水洗に伴うカリウム分のロスが少なくなり
原料コストが節減され、繊維の収率も高い。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は加熱溶融物の急冷固化法の例を示す断
面説明図、第５図、第６図は繊維のＸ線回折チャート、
第７図、第８図は繊維の形状を示す図面代用顕微鏡写真
である。 １：溶解炉（取鍋）、３，３：双ロール、４：回転盤、
５：冷媒ノズル、９：容器、１０：水層。

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：２．
   ５〜５（モル比）に混合した混合物を加熱溶融したのち
   、急冷し、その急冷固化物を熱処理することにより、四
   チタン酸カリウム繊維、または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生成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繊維、または四チタン酸カリ
   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を六チタン酸カリウムに変換し
   たのち、熱処理することにり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。