(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次粒子の平均短径が５μｍ以下、比表面積が７ｍ２／ｇ未満の八チタン酸カリウムであって、水可溶性Ｋ＋イオン含有量が０．０５重量％以下であることを特徴とするチタン酸カリウム。
【請求項２】
請求項１記載のチタン酸カリウムを１重量％以上含有することを特徴とするプラスチック基複合材料。
【請求項３】
通常のチタン酸カリウムの触媒作用で劣化を起こすプラスチックにチタン酸カリウム粉体を配合するに当たり、請求項１記載のチタン酸カリウム粉体を用いることを特徴とするプラスチック基複合材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、チタン酸カリウム、チタン酸カリウムを含有するプラスチック基複合材料及びプラスチック基複合材料の製造方法に関し、特にチタン酸カリウムを配合したとき配合材の触媒作用の影響を受けやすく、その作用により劣化や変色を起こすポリマーへも配合することが可能なチタン酸カリウム及びこれを配合するプラスチック基複合材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
チタン酸カリウムは、一般式Ｋ２Ｏ・ｎＴｉＯ２（ｎ＝２，４，６，８）で示される複合酸化物である。プラスチックの補強材として、いわゆるウィスカーと呼ばれる微小繊維が工業材料として普及している。繊維形状に限らず、チタン酸カリウムはその高い白色度と隠蔽力、高赤外線反射能、低熱伝導率、耐摩耗性等の物質特性から、機能性フィラーとしての応用も期待されている。
【０００３】
また、従来、１次粒子の平均短径が５μｍ以下、すなわち繊維径が５μｍ以下のものには比表面積が７〜１１ｍ２／ｇのチタン酸カリウムが知られている（例えば、非特許文献１〜４参照。）。
【０００４】
これに対し、本発明者らは、先に、１次粒子の平均短径が５μｍ以下でかつ比表面積が７ｍ２／ｇ未満、すなわち４〜６ｍ２／ｇのチタン酸カリウムを製造し発表した（例えば、非特許文献５参照。）。
【０００５】
敏感なプラスチックにチタン酸カリウムを複合化した場合、ポリマー自身の特性を劣化させてしまうことがあり、その原因が、チタン酸カリウム中の遊離カリウムによるものであるとの考えの下に、水又は酸で遊離カリウムを減ずる技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｐ．Ｇ．Ｌｉｎｓｅｎ  ａｎｄ  Ｒ．Ｆ．Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，
２７ｔｈ  Ａｎｎ．  Ｔｅｃｈ．  Ｃｏｎｆ．  Ｓｏｃ．
Ｐｌａｓｔ．Ｉｎｄ．，  １１−Ｄ，１（１９７２）
【非特許文献２】
セラミックス、１９、２０２（１９８４）
【非特許文献３】
ＢＯＵＮＤＡＲＹ，１、１５（１９８７）
【非特許文献４】
工業材料、２９、４４（１９８１）
【非特許文献５】
ゼオライト、９、１０７（１９９２）
【特許文献１】
特開昭６２−１２９３４６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
チタン酸カリウムは、あらゆるプラスチックに配合が可能というわけではない。敏感なプラスチックにチタン酸カリウムを複合化した場合、変色、分子量低下、加水分解、粘度変化、熱安定性の低下、熱分解、モールドデボジット等の現象を生じ、ポリマー自身の特性を劣化させてしまう。
【００１３】
特開昭６２−１２９３４６号公報は、この原因が、チタン酸カリウム中の遊離カリウムによるものであるとの考えの下に、水又は酸で遊離カリウムを減ずる技術を提案している。しかし、本発明者らの研究によれば、遊離カリウムを減らすことで効果は見られるものの、本質的なものではないことが分かった。
【００１４】
本発明者はチタン酸カリウムの触媒作用に注目して、敏感なプラスチックに対してもポリマーの特性を劣化させることなく、配合可能なチタン酸カリウムについて種々研究を重ね、比表面積が７ｍ２／ｇ未満のチタン酸カリウムが適正であることを知見し、本発明を完成するに到った。本発明はこのような技術を是供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、敏感なプラスチックの特性を劣化させないチタン酸カリウムについて鋭意検討した結果、チタン酸カリウムの表面が触媒活性な場合に、ポリマーの熱分解を促進することが判り、ＢＥＴ法によるチタン酸カリウムの比表面績値が重要であることを見出した。
【００１６】
このようなチタン酸カリウムの最適な特性を有するものとして、本発明は、一次粒子の平均短径が５μｍ以下、比表面積が７ｍ２／ｇ未満の八チタン酸カリウムであって、水可溶性Ｋ＋イオン含有量が０．０５重量％以下であることを特徴とするチタン酸カリウムを提供するものである。
【００１７】
上記チタン酸カリウムは高白色度プラスチック基複合材料用として優れている。
【００１８】
このチタン酸カリウムは、従来のチタン酸カリウムを水熱処理し、比表面積が７ｍ２／ｇ未満で、水可溶性Ｋ＋イオンの少ないチタン酸カリウムを製造することができる。ここで水熱処理とは高温高圧の水の存在下で行われる鉱物の合成又は変質反応を起す処理をいう。
【００１９】
また、本発明のプラスチック基複合材料は、上記のチタン酸カリウムを１重量％以上含有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のプラスチック基複合材料の製造方法は、通常のチタン酸カリウムの触媒作用で劣化を起こすプラスチックにチタン酸カリウム粉体を配合するに当たり、比表面積値を７ｍ２／ｇ未満に調整したチタン酸カリウム粉体を用いることを特徴とするものである。さらに、比表面積値を７ｍ２／ｇ未満に調整し、かつ水可溶性Ｋ＋イオン含有量が０．０５重量％以下のチタン酸カリウム粉体を用いると一層好適である。
【００２１】
【作用】
本発明では、ＢＥＴ法による比表面積が７ｍ２／ｇ未満のチタン酸カリウム粉体を用いることが必須である。ＢＥＴ法による比表面積が７ｍ２／ｇ以上では、上記劣化抑制効果が乏しい。下限は、限定されない。
【００２２】
なお、ＢＥＴ法とは不活性気体の低温物理吸着による単分子層吸着量を求めて比表面積を算出する方法である。
【００２３】
比表面積７ｍ２／ｇ未満のチタン酸カリウムは、比表面積７ｍ２／ｇ以上のチタン酸カリウムを加熱あるいは水熱処理することによって得ることができる。また、チタン酸カリウムの製造過程で焼成時間を延長し、もしくは焼成温度を上げることでも製造可能である。
【００２４】
本発明のチタン酸カリウムは、このようにして得られた、比表面積７ｍ２／ｇ未満のチタン酸カリウムに、水洗、乾燥の工程を加え、水可溶性Ｋ＋イオンを除去して得られるものである。このとき水可溶性Ｋ＋イオン含有量は０．０５重量％以下とする。Ｋ＋イオン含有量が０．０５重量％を越えると劣化防止効果が向上しない。水可溶性Ｋ＋イオンを０．０５重量％以下に水洗するにあたり１次粒子の平均短径が５μｍ以下であるとき、比表面積が７ｍ２／ｇ以上では、膨大な水洗用の水を必要とするのに対し比表面積が７ｍ２／ｇ未満であれば、少ない水量で達成できるため、設備、コスト上有利となる。
【００２５】
水熱処理によれば、水可溶性Ｋ＋イオンの除去と比表面積値が同時に満足されるので工程上有利である。
【００２６】
本発明による比表面積７ｍ２／ｇ未満のチタン酸カリウムは、表面の触媒活性が抑制されているため、敏感なポリマーの特性を劣化させない。
【００２７】
さらに、水可溶性Ｋ＋イオンを除去した本発明のチタン酸カリウムは、分解を誘発するラジカルを発生しないため、非常に敏感なポリマーへの適応も可能となるものである。
【００２８】
比表面積値と水可溶性Ｋ＋イオンの除去の程度については、プラスチックの種類による影響の受けやすさと複合材の目的とする特性の範ちゅうで選択される。
【００２９】
チタン酸カリウム粉体の形状については、ウイスカー、繊維状、柱状、フレーク状、球状、不定形などの制約を受けずに適用される。また、粒子径としては、プラスチックの配合材として、細かいものの方が好ましく、平均短径が５μｍ以下のものが選ばれる。
【００３０】
本発明のチタン酸カリウムをプラスチックに配合する場合、目的に応じ、ガラス繊維、ガラスフレーク、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、ワラストナイト、ビーズ等のフィラーと併用することも可能であり、また、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、染料、顔料、滑剤、難燃剤、難燃助剤、帯電防止剤、離型剤等の添加剤を添加してもよい。
【００３１】
本発明のチタン酸カリウムの適用プラスチックは、限定されるものではなく、全てのプラスチック種に配合可能である。その際、プラスチックとの接着力や複合材料の耐水性等の改善のために、シランカップリング、チタネートカップリング等の表面処理をチタン酸カリウムに施すことも必要に応じ行える。
【００３２】
尚、通常のチタン酸カリウムの触媒作用で劣化を起こすプラスチックとしては、ポリカーボネート，ポリアセタール，ポリエステル，ポリフェレンサルファイド，ポリアリーレンサルファイド，ポリスルフォン，ウレタン，ポリエーテルイミド，ポリアミド，液晶ポリマー，ポリスチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート等及びそれらのアロイ等が挙げられる。
【００３３】
【実施例】
〔実施例〕
平均繊維径０．４μｍ，平均繊維長１８μｍの形状を有する白色のＫ２Ｏ・８ＴｉＯ２ウィスカーを水熱処理することで比表面積が小さく、水可溶性Ｋ＋イオンの少ないチタン酸カリウムを得た。更に、１．０％のエポキシ系シランカップリングの表面処理を施し、混練押出機を用いポリカーボネートに２０重量％配合したペレットを作製した。ペレットの外観は、白色の光沢のある状態で得られ、分子量低下はなかった。尚、分子量の測定は、溶液粘度法によるもので未使用ポリカーボネートの分子量は２１，２００であった。
【００３４】
比較のために、処理のないものについても同様の試験を行ったが、色が変色し、分子量が著しく低下していることでポリカーボネートの特性が劣化していることが判る。
【００３５】
【表１】
0003887426.tif 000002
【００３６】
〔参考例〕
炭酸カリウムと酸化チタンをＴｉＯ２／Ｋ２Ｏ＝６のモル比に調合、混合した原料を表２に示す温度で焼成することによって柱状白色のＫ２Ｏ・６ＴｉＯ２を得た。
【００３７】
このチタン酸カリウムを混練押出機を用いポリアセタールに２０重量％配合のペレットを作製した。比較例ではペレット作製時の臭気の発生があった。
【００３８】
さらに射出成形した試験片を色差計でハンター白色度を測定した。実施例によればポリアセタールを劣化させることがないため、臭気の発生を伴なわずに白いペレットを得ることができる。
【００３９】
【表２】
0003887426.tif 000003
【００４０】
〔参考例〕
平均繊維径０．５μｍ，平均繊維長２０μｍのＫ２Ｏ・６ＴｉＯ２ウィスカーを表３に示す処理を施すことで比表面積と水可溶性Ｋ＋イオンの異なるチタン酸カリウムを得た。尚、比表面積の測定は、Ｎ２によるＢＥＴ法で求めた。
【００４１】
水可溶性Ｋ＋イオンは、チタン酸カリウムを４００倍の煮沸水溶液中に加え、溶出したカリウムイオンを原子吸光分析法により測定し算出したものである。
【００４２】
複合化は、芳香族液晶性ポリエステル系ポリマーに、チタン酸カリウムを３０重量％の配合になるよう、混練押出機にて混練し、ペレットを得、射出成形機にて試験片を作成し、ＡＳＴＭ試験法に準じ引張強度とアイゾット衝撃強度を測定した。実施例にみられるように、複合材料の機械的強度が比較例に比し高いことは、ポリマーの劣化が生じていないためである。
【００４３】
【表３】
0003887426.tif 000004
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、チタン酸カリウムを複合化した場合、変色、分子量低下、加水分解、粘度変化、熱安定性の低下、熱分解、モールドデボジット等の現象を生ずるような、チタン酸カリウムの触媒作用に対して敏感なプラスチックに対してその特性を劣化させることなく、配合可能な技術を確立することができた。