JPS627227B2

JPS627227B2 -

Info

Publication number: JPS627227B2
Application number: JP57224476A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Araya
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1982-12-21
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1987-02-16
Also published as: JPS59115343A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はチタン酸カリウム繊維で強化した樹脂
に係わり、特に該繊維表面にアルカリイオンの溶
出を防止する金属酸化膜を被覆したことを特徴と
する繊維強化樹脂に関する。

本発明の目的は、アルカリイオンの溶出を防止
したチタン酸カリウム繊維を低コストに提供する
ことにより、あらゆる種類の樹脂とりわけアルカ
リイオンに対して分解反応を生じ易い樹脂に対し
ても該繊維を適用可能とするところにある。

本発明の他の目的は、上記した本発明からなる
チタン酸カリウム繊維を高電気絶縁性を要求する
樹脂への配合を可能とするものである。

従来、樹脂の強度向上の代表的方法として樹脂
中にガラス繊維、炭素繊維、マイカ、アルミナ繊
維、炭化ケイ素繊維、芳香族ナイロン繊維などの
強化繊維を単一もしくは複合充填することが行な
われている。中でもガラス繊維は価格が安い、強
化効率が比較的良いなどから各方面に用いられて
いる。しかしながらガラス繊維を樹脂中に分散す
ると流動性の低下、強度及び収縮率の異方性の増
加、成形品表面の荒れ、加工機とか金型の摩耗の
増加等欠点も多い。一方、炭素繊維は低摩擦摩耗
化、高弾性率化、導電化などの向上が期待出来る
が、異方性、表面の荒れはガラス繊維と同様の欠
点であるし、価格も非常に高く限定した用途にし
か使用出来ない。他の強化材についても物性、価
格面で一長一短があり使用拡大は困難なのが現状
である。この様な各強化繊維の欠点を改良し得る
ものとしてチタン酸カリウム繊維がある。チタン
酸カリウム繊維は一般式K₂O.nTiO₂で示されｎの
異なる各種のものが合成されている。その中で代
表的化合物はK₂O.bTiO₂で現在樹脂の強化用とし
て検討されている。チタン酸カリウム繊維の特徴
は非常に繊維サイズが小さくしかもその割には繊
維長が長い。代表的なものとしてテイスモ―Ｄ
（商品名・大塚化学薬品(株)製）は繊維径0.2〜0.5
μｍ、平均繊維長10〜20μｍで高アスペクト比
（繊維径／繊維長）である。又、機械的強度につ
いては引張強度は700Kg／mm²以上、弾性率は28000
Kg／mm²以上と推定されている。耐熱性も融点が
1300〜1350℃と非常に高い。一方価格的にもエン
ジニアリングプラスチツクとほぼ同程度であり複
合化による価格アツプは一般的には許容できる範
囲のものである。この様なチタン酸カリウム繊維
で強化した樹脂は成形品にした場合強度、寸法の
異方性は比較的小さく、表面の平滑性も良い。又
小物成形品にしたときの微小部への充填流動性も
他の強化繊維に比べ良い。この様に比較的バラン
スのとれた強化繊維であるがその応用は限定され
たものである。前記した様にチタン酸カリウム繊
維は一般式K₂O.nTiO₂で示されるが構成元素であ
るカリウム（ｋ）は若干溶出性である。たとえば
チタン酸カリウムを水中に分散した場合水の水素
イオン濃度（PH）は７〜９と弱アルカリ性とな
る。この性質はチタン酸カリウム繊維を加水分解
され易い樹脂への複合化をさまたげるものであ
る。又、チタン酸カリウム繊維を配合した樹脂は
イオン性不純物をきらう用途に適用しづらい。

本発明は上記した様なチタン酸カリウム繊維の
欠点を改良すべく鋭意研究した結果得られたもの
である。

すなわち本発明はチタン酸カリウム繊維の表面
を緻密な金属酸化膜で皮覆しカリウムの拡散溶出
を防止したのち、その皮膜上にさらにシランカツ
プリング処理を施こすことによつて、従来のチタ
ン酸カリウム繊維の有する欠点を完全に解決した
ものである。固体表面に金属酸化膜を皮覆するに
は各種の方法が実用されている。例えば蒸着、ス
パツタリング、イオンプレーテイングなどの真空
中での物理的方法が一般的である。チタン酸カリ
ウム繊維のような極微細な針状粉末に金属酸化膜
を形成するには上記した方法では非常に困難であ
る。本発明では金属アルコラートの分解反応によ
り金属酸化膜を形成することを特徴としている。
金属アルコラートは常温では低粘度液体から粘ち
よう液まで各種合成可能で、式(1)および式(2)に示
されるように加水分解反応による脱アルコールと
熱分解反応による脱水縮合反応によつて金属酸化
物を生成する。

Ｍ（OR）ｎ＋nH₂O→Ｍ（OH）ｎ＋nROH (1) Ｍ（OH）ｎ→MOn＋nH₂O (2) Ｍ：金属元素金属アルコラートは通常有機溶媒に適当な濃度
に溶解され処理溶液として使用される。処理方法
は被処理品を溶液中に浸漬後引き上げ加熱乾燥す
る溶液中に浸漬後溶媒のみ蒸発させたのち加熱乾
燥する溶液をスプレー塗布したのち加熱乾燥す
る。加熱した被処理品にスプレー塗布する、加熱
した被処理品を金属アルコラート蒸気中で処理す
るなど各種の量産的方法が選択出来る。

使用される金属アルコラートは分解反応によつ
て酸化皮膜するものであれば全て本発明に用いる
ことが出来る。代表的な化合物としてはテトラメ
トキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライ
ソブトキシシランなどのテトラアルキルオキシシ
ラン類、テトラプロポキシチタン、テトラプトキ
シチタン、テトラ２―エチルヘキシルチタンなど
のテトラアルキルオキシチタン類およびテトラア
ルキルオキシスズ類、テトラアルキルオキシジル
コニウム類、トリアルキルオキシインジウム類な
どが挙げられる。それらは単独もしくは混合した
状態で用いる。有機溶媒はメタノール、エタノー
ルイソプロパノールなどのアルコール類、アセト
ンメチルエチルケトン、メチルイソプチルケトン
などのケトン類、酢酸メチル、酢酸エチルなどの
エステル類および多価アルコール、芳香族溶媒な
どの単独もしくは混合した状態で用いることが出
来る。処理液成分として上記した成分以外に反応
を促進するための各種触媒を用いることも良い。
例えばギ酸、酢酸などの有機カルボン酸、塩酸、
硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸、塩化スズ、塩
化アルミニウムなどの金属塩化物などである。処
理液の濃度は処理方法によつて各濃度が用いられ
るが、一般的には金属アルコラート分として
0.1wt％〜50wt％で、好ましくは0.5wt％〜20wt
％の範囲である。0.1wt％以下では反応後の皮膜
厚が薄くてアルカリイオンの溶出防止効果が小さ
く50wt％以上では皮膜が厚くなり過ぎクラツク
が生じて処理効果はなくなる。加熱温度はチタン
酸カリウムの融点以内であれば特に限定するもの
ではないが、一般的には50℃〜800℃の範囲であ
れば良く好ましくは100℃〜600℃である。50℃以
下であれば緻密な皮膜が得られないし、800℃以
上ではチタン酸カリウム繊維のマトリツクスから
カリウムイオンが皮膜中に熱拡散し処理の効果は
弱くなつてしまう。この様にして得られる金属酸
化膜の厚みは100Å〜１μｍ、好ましくは300Å〜
0.2μｍの範囲で使用される。

以上の方法で処理されたチタン酸カリウム繊維
は、樹脂との濡れ性の改良のために公知であるシ
ランカツプリング剤などを用いたカツプリング処
理を施すことが出来る。カツプリング処理皮膜の
厚みは一般的には単分子層レベル〜500Å程度で
あるがこの範囲に限定されるものではない。

以下に実施例を述べながら本発明をさらに説明
する。

実施例１チタン酸カリウム繊維テイスモ―Ｄ（大塚化学
薬品(株)）１Kgを下記組成の処理液に撹拌しながらテトラメトキシシラン 200ml 酢酸 10ml イソプロピルアルコール２常温浸漬５分間し、過剰の処理液を口別し、処理
品を密閉容器内で80℃の熱風で撹拌しながら加熱
乾燥した。そのあと500℃で１時間静置状態で焼
成した。この繊維を二軸混練押出機（PCM―30
池貝鉄工(株)）を用いポリカーボネート（パンラ
イトレー1225L 帝人化成(株)）に20wt％配合した
ペレツトを作製した。ペレツトは白色外観を示し
光沢のある状態で得られた。分子量を溶液粘度法
で測定したところ未使用ポリカーボネートがＭ＝
22300に対し、ペレツトはＭ＝21600であり顕著な
分子量低下はなかつた。

実施例２チタン酸カリウム繊維テイスモ―D1Kgを撹拌
しながら下記組成の処理液を全量噴霧した。

テトラメトキシシラン 100ml テトラブトキシチタン 20ml トリクロルトリフルオロエタン１その後400℃２時間焼成した。この繊維を実施
例１と同様にポリカーボネートに30wt％配合し
たペレツトを作製したが、外観、分子量とも異常
なかつた。

比較例１チタン酸カリウム繊維テイスモ―Ｄを全く表面
処理をしない状態で実施例１と同様ポリカーボネ
ートに対し20wt％配合したペレツトを作製し
た。ペレツトは外観が濃い黄白色となり表面は荒
れたものが得られた。分子量を測定したところ未
使用ポリカーボネートがＭ＝22600に対し、ペレ
ツトはＭ＝12400と極端な分子量の低下が見られ
た。

実施例３実施例１と同様の処理を施こしたチタン酸カリ
ウム繊維にさらにγ―グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン（SH6040 トーレシリコン製）
の1.0wt％イソプイパノール＋0.1wt％酢酸溶液を
スプレーし、130℃１時間燥成した。処理品を２
軸混練押出機（PCM―30）を用いポリカーボネ
ート（Ｌ―1225L）に30wt％配合したペレツトを
作製した。この材料の曲げ強さは1850Kg／cm²で、
実施例１で得た材料の曲げ強さ1620Kg／cm²に対し
て向上しておりカツプリング処理による強化効率
の向上が確認された。ポリカーボネート単体では
曲げ強度は910Kg／cm²だつた。

上記実施例で本発明の具体例を一部述べたが、
金属アルコラートの種類、処理液組成、処理方法
適用樹脂などは実施例の範囲に限定されるもので
はない。

本発明によつてチタン酸カリウム繊維をあらゆ
る樹脂に配合することが可能となつた。特に加水
分解の生じ易い樹脂例えばポリカーボネートにも
物性低下を生じさせることなく配合でき、成形外
観を重要視する外装部品例えば時計用ケース、カ
メラケース、VTRケースなどに応用出来る。又
高寸法精度を要求する分野にも応用可能である。
又、金属アルコラートの分解反応により金属酸化
膜が得られるので製造も容易で多量に処理可能と
なり量産性に適している。又、膜厚が均一で、且
つ審着性のよい金属酸化膜が得られるのである。
さらに、金属酸化膜は絶縁物であるので絶縁性を
必要とするようなICのモールド材などにも適用
できるものである。又、金属酸化膜とシランカツ
プリング処理との最適の組み合わせにより最大の
効果を発揮して樹脂の機械的強度をさらに向上さ
せる効果を有している。

Claims

【特許請求の範囲】

１チタン酸カリウム繊維で強化した繊維強化樹
脂において、前記チタン酸カリウム繊維の表面が
金属アルコラートを加水分解反応したのち熱分解
反応によつて形成された金属酸化膜で被覆され、
さらにシランカツプリング処理されていることを
特徴とする繊維強化樹脂。