(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物からセラミックスウイスカーを分離する方法において、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物を水に分散させて得られる縣濁液に、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材を投入し、攪拌させて固体炭素を該吸着材に吸着させ、除去することを特徴とするセラミックスウイスカーの分離方法。
【請求項２】
親油性有機液体が液体パラフィン、アマニ油、オリーブ油から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のセラミックスウイスカーの分離方法。
【請求項３】
吸油性材料が繊維状の素材の集合体であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のセラミックスウイスカーの分離方法。
【請求項４】
吸油性材料がポリプロピレン系樹脂から成るものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセラミックスウイスカーの分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セラミックスウイスカーの分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックスウイスカーは、微細できわめて欠陥の少ない単結晶であり、その機械的強度は理論値に近いことから、プラスチックス、金属、セラミックスなどの複合材料の強化材として注目されている。なかでも、非酸化物系、特に、炭化物系、窒化物系セラミックスウイスカーは、耐熱性、耐食性に優れているため各種用途への展開が期待されている。
本発明者らは先に、高純度の炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーを簡単な装置できわめて容易に製造する方法を提案した（特願平７−３５４０１、特願平７−１３９９１３）。これらの方法は、有機珪素高分子化合物と固体炭素を含有する多孔質体を不活性ガス及び窒素ガス雰囲気中で加熱することにより、炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーを効率よく生成させるものである。
これら固体状の炭素材料が共存する条件下でのウイスカー生成方法においては、ウイスカー生成後に残留する固体状の炭素材料を除去しなければならない。
例えば、炭化珪素ウイスカーの代表的な製造方法として、珪素源であるＳｉＯ2 粉末と炭素源であるカーボンブラックの混合物を不活性ガス雰囲気下で、１５００〜２０００℃の間で加熱反応させる方法がある（特開昭６１−２６６００）。この方法においては、未反応のカーボンブラックを７５０℃で酸化除去することにより、炭化珪素ウイスカーを分離している。しかしながら、この方法で用いている酸化除去には多大なエネルギーが必要とされ、経済的に不利であるという欠点がある。
【０００３】
一方、窒化珪素ウイスカーの製造方法として、籾殻その他の炭素及び珪素を含む薄肉多孔性原料を１３００〜１４５０℃に加熱しながら窒素ガスを流通させ、窒化珪素ウイスカーを成長させる方法がある（特公昭６０−３７０７８）。この方法は、焼成物を灯油と水との混合液に入れて撹拌した後、静置し、ウイスカーを水中に、他の成分を灯油中に分離させるというものである。しかしながら、この分離方法で用いられる灯油は、揮発性の高い可燃性液体であるため、取り扱いに危険性を伴うという問題点がある。
【０００４】
また、未反応の炭素成分と生成した炭化珪素ウイスカーを分離する方法として、反応生成物を比重１．２０以上のハロゲン化炭化水素から選択された親油性有機質液体と水に分散させて炭化珪素ウイスカーを水相側に、未反応の炭素成分をハロゲン化炭化水素相に移行分離する方法が開示されている（特開昭６０−２６４３９８）。この方法を、発明者らが先に提案した炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーに適用して、固体炭素とウイスカーの分離を試みた。この結果、水相とハロゲン化炭化水素が分離した時点では、上層に位置する水相では、水とウイスカーとの比重差により、ウイスカーが沈降し、水相底部に溜まる傾向があった。一方、下層に位置するハロゲン化炭化水素相では、多くの未反応の炭素成分は沈降するものの、未反応の炭素成分の一部は水相とハロゲン化炭化水素相との界面に集まる傾向があった。このようにして二液相界面にウイスカーと未反応の炭素成分が混在する結果となり、効率よく両者を分離することができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごとき問題を解消し、より簡便な、そして、より低コストでの運用が可能なセラミックスウイスカーの分離方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物からのセラミックスウイスカーの分離方法を確立すべく鋭意検討を行った。その結果、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物を水に分散させて得られる縣濁液に、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材を投入し、攪拌させて固体炭素を吸着材に吸着させることにより極めて容易にセラミックスウイスカーを分離精製できることを見いだし本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明によれば、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物からセラミックスウイスカーを分離する方法において、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物を水に分散させて得られる縣濁液に、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材を投入し、攪拌させて固体炭素を該吸着材に吸着させ、除去することを特徴とするセラミックスウイスカーの分離方法が提供され、またより好ましくは、親油性有機液体が液体パラフィン、アマニ油、オリーブ油から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とするセラミックスウイスカーの分離方法が提供され、また、より好ましくは、吸油性材料が繊維状の素材の集合体であることを特徴とするセラミックスウイスカーの分離方法が提供され、また、より好ましくは、吸油性材料がポリプロピレン系樹脂から成るものであることを特徴とするセラミックスウイスカーの分離方法が提供される。
【０００８】
本発明のセラミックスウイスカーの分離方法は、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカー、窒化アルミニウムウイスカー等、固体状の炭素材料が共存する条件下で製造される全てのセラミックスウイスカーの製造段階において適用が可能である。
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において用いられる吸着材はセラミックスウイスカーと固体炭素の混合物を水に分散させて得られる懸濁液から固体炭素を吸着、除去するために用いられる。そして該吸着材は吸油性材料に親油性有機液体を吸着させることによって得られる。従って、吸油性材料に要求される要件として、親油性有機液体を効率的に吸着できることが挙げられる。このためには単位重量当たり、より多くの親油性有機液体を吸着できることが望ましい。この意味から繊維質の集合体（不織布状のもの、織布状のもの）、多孔質体、フィルム状のものが用いられ、これらのうちでも、繊維質の集合体がより好適に用いられる。また、上記した吸油性材料として用いられる繊維質の集合体の素材としては、合成樹脂系、天然系がいずれも使用可能である。合成樹脂系のものとしては、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。また、天然系のものとしては、カポック、ピートモス、綿、パルプなどが挙げられる。これらの素材は、吸着させる親油性有機液体に応じ適宜選定すればよいが、ポリプロピレン樹脂から成るものが、親油性有機液体の吸着性能が良好であること、更には、比較的安価で入手しやすいことから特に好ましい。これらの吸油性材料の形状は特に限定しないが、一般的に吸油性材料として用いられている粒状、シート状、バルク状、ロール状、マット状、袋状などのものを用いることができる。
【００１０】
本発明に用いられる親油性有機液体としては、グリセライドを主成分とする動植物油脂、石油や石炭から得られる液状炭化水素等が使用可能である。また、親油性有機液体の比重が１未満であると、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材は、固体炭素を吸着した後でも水中に沈みにくく、水面に浮いた状態となるため、水中に分散したウイスカーとの分別が容易となり好ましい。これらの要件を満たすものとして具体的には、流動パラフィン、アマニ油、オリーブ油などが挙げられる。吸油性材料に対する親油性有機液体の吸着量は、吸油性材料と親油性有機液体との組み合わせにより適宜選定すればよいが、特に吸油性材料１００重量部に対し親油性有機液体４００〜６００重量部を使用することが好ましい。
【００１１】
一方、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材の使用量は、除去する固体炭素の量に応じて適宜選定すればよいが、使用量が少なすぎると固体炭素が完全に吸着せず分散液中に固体炭素が残留する恐れがあり好ましくない。逆に多すぎても、使用量に比例した吸着効果が得られなくなり好ましくない。この意味から、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物１００重量部に対し、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材を５００〜１０００重量部用いるのが好ましい。
【００１２】
以下、本発明の手順を具体的に説明する。
まず、炭化珪素ウイスカー、或いは、窒化珪素ウイスカー等のウイスカーと固体炭素の混合物を良く解した後、水を加える。次いで、撹拌器などを使用し、水中に撹拌分散させる。このようにして得られる懸濁液に、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られた吸着材を投入し、引き続き激しく撹拌する。しばらく撹拌を続けると、固体炭素は吸油性材料に吸着される。一方、ウイスカーは吸油性材料に吸着されることなく水中に分散したままとなる。こうして吸着材に吸着した固体炭素を吸着材ごと取り除いてやると、懸濁液中にはウイスカーが残存する。最後に懸濁液中に残存したウイスカーを濾別などの手段により回収する。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物から、セラミックスウイスカーのみを容易に分離回収することができる。固体炭素はそれ自身の有する親油性により、吸油性材料に親油性有機液体を吸着させて得られる吸着材に選択的に吸着される。一方、ウイスカーは親水性を有しているため吸着材に吸着されることなく固体炭素と効率よく分別される。また、親油性有機液体として比重が１未満のものを用いることにより、吸着材は固体炭素を吸着した後も水面に浮いた状態となり、懸濁液中に分散して残存しているウイスカーからの分別をより容易に行うことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
［実施例１］
ポリカルボシラン及びミルド炭素繊維を含有するＷ／Ｏ型エマルジョンから得られた多孔質体を、窒素ガス雰囲気中５５０℃で４時間加熱処理した後、さらに、アルゴンガス雰囲気中１３００℃で５時間加熱処理を行ない炭化珪素ウイスカー及びミルド炭素繊維を含有する反応生成物を得た。この炭化珪素ウイスカー及びミルド炭素繊維を含有する反応生成物５ｇを良く解した後、水３００ｇを加えプロペラ型撹拌羽根の付いた撹拌器を用いて水中に撹拌分散させた。次いで、ポリプロピレン製の吸油性材料（縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ１ｍｍ）５ｇに液体パラフィン３０ｇを吸着させて得られた吸着材を投入し、引き続き激しく撹拌した。しばらく撹拌を続けると、ミルド炭素繊維は吸着材に吸着され、炭化珪素ウイスカーは吸着材に吸着されることなく水中に分散したままであった。水面に浮いているミルド炭素繊維が吸着した吸着材を取り除いた後、残った分散液体を濾過して炭化珪素ウイスカーを回収した。回収した炭化珪素ウイスカーを走査型電子顕微鏡で観察したところミルド炭素繊維はほとんど含まれていなかった。
【００１６】
［実施例２］
実施例１と同様にして炭化珪素ウイスカー及びミルド炭素繊維を含有する反応生成物を得た。次いで、疎水性有機液体としてアマニ油２０ｇを用いる以外は実施例１と同様にして炭化珪素ウイスカーを回収した。回収した炭化珪素ウイスカーを走査型電子顕微鏡で観察したところミルド炭素繊維はほとんど含まれていなかった。
【００１７】
［実施例３］
ポリカルボシラン及びミルド炭素繊維を含有するＷ／Ｏ型エマルジョンから得られた多孔質体を、窒素ガス雰囲気中１４００℃で５時間加熱処理を行ない窒化珪素ウイスカー及びミルド炭素繊維を含有する反応生成物を得た。この窒化珪素ウイスカー及びミルド炭素繊維を含有する反応生成物５ｇを良く解した後、水３００ｇを加えプロペラ型撹拌羽根の付いた撹拌器を用いて水中に撹拌分散させた。次いで、ポリプロピレン製の吸油性材料（縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ１ｍｍ）５ｇにオリーブ油２０ｇを吸着させて得られた吸着材を投入し引き続き激しく撹拌した。しばらく撹拌を続けると、ミルド炭素繊維は吸着材に吸着され、窒化珪素ウイスカーは吸油性材料に吸着されることなく水中に分散したままであった。水面に浮いているミルド炭素繊維が吸着した吸着材を取り除いた後、残った分散液体を濾過して窒化珪素ウイスカーを回収した。回収した窒化珪素ウイスカーを走査型電子顕微鏡で観察したところミルド炭素繊維はほとんど含まれていなかった。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、セラミックスウイスカーと固体炭素の混合物からセラミックスウイスカーを、容易にかつ効率的に分離精製することができる。更に、本発明によれば、多大なエネルギーを要する酸化除去、あるいは、揮発性の高い可燃性液体である灯油を用いることなく、経済的にしかも安全にセラミックスウイスカーを分離精製することができる。このように、本発明のセラミックスウイスカーの分離方法はセラミックウイスカー工業において好適に用いられるものである。