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JP2009114051A - Hollow powder, method for producing the same, and friction material comprising the same - Google Patents

Hollow powder, method for producing the same, and friction material comprising the same Download PDF

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JP2009114051A JP2008248079A JP2008248079A JP2009114051A JP 2009114051 A JP2009114051 A JP 2009114051A JP 2008248079 A JP2008248079 A JP 2008248079A JP 2008248079 A JP2008248079 A JP 2008248079A JP 2009114051 A JP2009114051 A JP 2009114051A
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titanate
potassium
alkali
body powder
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JP2008248079A
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Japanese (ja)
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Naomichi Hori
直通 堀
Nobuo Uejima
伸夫 上島
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Toho Titanium Co Ltd
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Toho Titanium Co Ltd
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide hollow powder, a method for producing the same, and a friction material comprising the same. <P>SOLUTION: A titanium compound and an alkali metal compound are mixed and fired, the resulting alkali titanate and an inorganic oxide powder (e.g., zircon) having Mohs hardness of 6-8 are dispersed in a solvent to form slurry, and this slurry is spray-dried and heat-treated, whereby hollow powder can be produced in which alkali titanate particles having a shape such as the shape of a rod, a column or a cylinder and inorganic oxide particles are united. When this hollow powder is used as a friction material, its wear resistance can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はチタン酸アルカリと無機酸化物からなる中空体粉末に関し、特に、棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有するチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度6〜9の無機酸化物粒子が結合してなる中空体粉末およびその製造方法、並びにこれを含む摩擦材に関する。   The present invention relates to a hollow powder composed of alkali titanate and an inorganic oxide, and in particular, alkali titanate particles having a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular and / or plate-like shape, and Mohs hardness of 6-9. The present invention relates to a hollow body powder formed by bonding inorganic oxide particles, a manufacturing method thereof, and a friction material including the same.

チタン酸アルカリは、自動車、鉄道車両、航空機及び産業機械類等における制動装置を構成するブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフェージング等の摩擦摺動部材用の摩擦材として有用な材料として知られている。従来、このよう摩擦材としては、アスベスト(石綿)を有機系または無機系の結合剤に分散させ結着成形させた摩擦材が使用されていた。しかしながら、アスベスト(石綿)は、耐熱性等の摩擦摩耗特性が不十分であるとともに、発癌性等の環境衛生上の問題を有することから、ここ数年、代替品の開発が強く要望されており、これが緊急の課題となっている。   Alkali titanate is known as a material useful as a friction material for friction sliding members such as brake linings, disk pads, and clutch fading that constitute braking devices in automobiles, railway vehicles, aircraft, industrial machinery, and the like. Conventionally, as such a friction material, a friction material in which asbestos (asbestos) is dispersed in an organic or inorganic binder and formed by binding has been used. However, asbestos (asbestos) has insufficient friction and wear characteristics such as heat resistance, and has environmental health problems such as carcinogenicity, so there has been a strong demand for the development of alternatives in recent years. This is an urgent issue.

このような要望に対し、繊維状のチタン酸カリウムなどのチタン酸アルカリを基材繊維又は摩擦調整剤として用いた摩擦材が提案されている。特にチタン酸カリウム繊維はアスベスト(石綿)のような発癌性を持たず、耐熱性に優れ、フェード現象の防止や摩擦特性の熱安定性向上に有効であるという優れた特性を有している。特に、一般式KO・nTiO(nは1〜12の整数)で示されるチタン酸カリウムの中で、nが6又は8の6チタン酸カリウム繊維又は8チタン酸カリウム繊維は、トンネル構造の結晶構造を有し、これを含有する摩擦材は特に耐熱性等に優れた特性を有している。 In response to such a demand, a friction material using an alkali titanate such as fibrous potassium titanate as a base fiber or a friction modifier has been proposed. In particular, potassium titanate fibers do not have carcinogenic properties such as asbestos, have excellent heat resistance, and have excellent characteristics that are effective in preventing fade phenomenon and improving the thermal stability of friction characteristics. In particular, among the potassium titanates represented by the general formula K 2 O · nTiO 2 (n is an integer of 1 to 12), the potassium 6 titanate fiber or the 8 potassium titanate fiber in which n is 6 or 8 has a tunnel structure. The friction material containing the above crystal structure has particularly excellent heat resistance and the like.

しかしながら、従来のチタン酸カリウム繊維は平均繊維径が0.1〜0.5μm、平均繊維長が10〜20μmのものが多く、世界保健機構(WHO)で推奨されている範囲(吸入性繊維とするWHOファイバー:平均短径が3μm以下、平均繊維長が5μm以上及びアスペクト比が3以上の繊維状化合物以外)には含まれていない。   However, many conventional potassium titanate fibers have an average fiber diameter of 0.1 to 0.5 μm and an average fiber length of 10 to 20 μm, and are recommended by the World Health Organization (WHO) (inhalable fibers and WHO fibers to be used: other than fibrous compounds having an average minor axis of 3 μm or less, an average fiber length of 5 μm or more, and an aspect ratio of 3 or more.

また、従来のチタン酸アルカリ繊維あるいはチタン酸アルカリウィスカーの製造方法は複雑であるといった問題もある。例えばチタン酸カリウムの場合では、酸化チタンなどのチタン化合物と炭酸カリウムなどのカリウム化合物を配合し焼成反応させ、その後水中に浸漬させ解繊し、さらに酸により中和しカリウム成分を調整し乾燥させて製造される。特に、耐熱性に優れる6チタン酸カリウム及び8チタン酸カリウムは、トンネル構造を有するためウィスカー状又は繊維状に結晶を成長させることが難しく、先ず層状結晶構造を有する2チタン酸カリウム又は4チタン酸カリウム繊維を合成し、その後pH調整した後、再度焼成してトンネル構造の結晶に変換し、さらに得られた繊維状物を解繊分級するなどの特別な工程を経る必要がある。このため製造コストが高くなり、製造されるチタン酸カリウムが高価な材料になってしまうという問題がある。さらに工業化されているチタン酸カリウム繊維は嵩比重が小さく、流動性に劣り、製造工程において供給不足を生じたり、供給路の壁などに付着して閉塞させたり等の問題点を有している。また摩擦材の製造時には原材料との均一混合が困難であり、均質な摩擦材を得ることが難しく、品質管理の点でも問題が残されている。   Further, there is a problem that the conventional method for producing alkali titanate fibers or alkali titanate whiskers is complicated. For example, in the case of potassium titanate, a titanium compound such as titanium oxide and a potassium compound such as potassium carbonate are mixed and fired, then immersed in water for defibration, and further neutralized with acid to adjust the potassium component and dry. Manufactured. In particular, potassium 6 titanate and potassium 8 titanate, which are excellent in heat resistance, have a tunnel structure, so that it is difficult to grow crystals in a whisker shape or a fiber shape. First, potassium dititanate or tetratitanate having a layered crystal structure. It is necessary to synthesize potassium fibers and then adjust the pH, and then calcination again to convert them into tunnel-structure crystals, and to pass through special steps such as defibrating the obtained fibrous material. For this reason, there is a problem that the manufacturing cost increases, and the manufactured potassium titanate becomes an expensive material. Furthermore, potassium titanate fibers that have been industrialized have low bulk specific gravity, poor fluidity, shortage of supply in the manufacturing process, and problems such as blocking and adhering to the walls of the supply path. . In addition, when the friction material is manufactured, it is difficult to uniformly mix with the raw materials, and it is difficult to obtain a uniform friction material, and there is still a problem in terms of quality control.

これらの問題を解消するため、繊維状ではなく層状・板状の形状を有し、長径10〜500μm、短径(厚み)50〜1000nmのチタン酸カリウムが開示されている(例えば特許文献1参照)。このチタン酸カリウムは繊維形状を有していない。しかし、かかるチタン酸カリウムでは、これを摩擦調整剤として摩擦材に含有させる場合、取扱性や流動性が十分で有るとは言えない。またこれらチタン酸カリウムの製造方法は依然複雑であり、製造コストが高く経済的なメリットを享受することができていないのが現状である。   In order to solve these problems, potassium titanate having a layered / plate-like shape instead of a fibrous shape and having a major axis of 10 to 500 μm and a minor axis (thickness) of 50 to 1000 nm is disclosed (for example, see Patent Document 1). ). This potassium titanate does not have a fiber shape. However, such potassium titanate cannot be said to have sufficient handleability and fluidity when it is contained in a friction material as a friction modifier. Moreover, the manufacturing method of these potassium titanates is still complicated, and the present condition is that the manufacturing cost is high and economical merit cannot be enjoyed.

特開2000−265157号公報JP 2000-265157 A

本発明の目的は、上述のような問題点に鑑み、熱安定性が高い上、摩擦材用の基材繊維及び/又は摩擦調整材として優れた主に棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有するチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度6〜9の無機酸化物粒子とが結合してなる中空体粉末及びその製造方法、並びにこれを含有する摩擦材を提供することにある。   The object of the present invention is mainly in the form of a rod, a column, a column, a strip, excellent as a base material fiber for friction material and / or a friction modifier, in view of the above-mentioned problems. Provided are a hollow body powder obtained by combining alkali titanate particles having a granular and / or plate-like shape and inorganic oxide particles having a Mohs hardness of 6 to 9, a production method thereof, and a friction material containing the hollow body powder. There is.

かかる実情において、本発明者らが鋭意検討を行った結果、従来のチタン酸アルカリとは異なる形状を有した、主に棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有したチタン酸アルカリ化合物粒子が無機酸化物粒子と結合してなる中空形状の殻からなる中空体粉末が取扱性、流動性に優れ、これを摩擦調整材として用いた際に優れた耐熱性を示すこと、及びこの中空体粉末を簡単かつ安価に製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。   In such a situation, as a result of intensive studies by the present inventors, a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular and / or plate-like shape having a shape different from that of a conventional alkali titanate is obtained. Hollow body powder consisting of hollow shell made by combining alkali titanate compound particles with inorganic oxide particles has excellent handling and fluidity, and has excellent heat resistance when used as a friction modifier. It has been shown that this hollow body powder can be produced easily and inexpensively, and the present invention has been completed.

即ち、本発明の中空体粉末は、棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有するチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度6〜9(6以上9以下)の無機酸化物粒子とが結合した中空体の殻からなる。このチタン酸アルカリ粒子の形状は、平均短径3μm以上10μm以下、平均アスペクト比1.5以上10以下、またはチタン酸アルカリの平均短径が1μm以上3μm以下、平均長径が3μm以上5μm以下とすることが好ましい。また、かかる中空体粉末の平均粒子径(外径)は20乃至200μmとすると良い。このような形状とすることで取扱性が向上し、摩擦材として調整する際の流動性に優れた材料となる。また特に、本発明の中空体粉末を構成するチタン酸アルカリ粒子がチタン酸カリウムの場合には、摩擦材として有用な6チタン酸カリウムの単相、又は4チタン酸カリウムと6チタン酸カリウムの混相にすると良い。また、本発明の中空体粉末を構成する無機酸化物は、チタン酸アルカリ粒子に対して、1重量%〜3重量%(1重量%以上3重量%以下)含めると良い。この結果、このような中空体粉末を摩擦材として含有してなる摩擦材はその気孔率を上げることができ、耐フェード性、耐鳴き性等に優れた摩擦性能を実現することができる。   That is, the hollow body powder of the present invention comprises an alkali titanate particle having a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular and / or plate-like shape, and an inorganic oxidation having a Mohs hardness of 6 to 9 (6 to 9). It consists of a shell of a hollow body combined with physical particles. The alkali titanate particles have an average minor axis of 3 μm to 10 μm, an average aspect ratio of 1.5 to 10 or an alkali titanate average minor axis of 1 μm to 3 μm, and an average major axis of 3 μm to 5 μm. It is preferable. The average particle diameter (outer diameter) of the hollow body powder is preferably 20 to 200 μm. With such a shape, the handleability is improved, and the material has excellent fluidity when adjusted as a friction material. In particular, when the alkali titanate particles constituting the hollow body powder of the present invention are potassium titanate, a single phase of potassium hexatitanate useful as a friction material, or a mixed phase of potassium titanate and potassium titanate is useful. It is good to make it. In addition, the inorganic oxide constituting the hollow body powder of the present invention is preferably contained in an amount of 1 to 3% by weight (1 to 3% by weight) with respect to the alkali titanate particles. As a result, a friction material containing such a hollow body powder as a friction material can increase its porosity, and can realize friction performance excellent in fade resistance, squeal resistance, and the like.

また、このような本発明の中空体粉末は、平均粒径が0.1mm以上10mm以下の凝集体又は造粒体のチタン化合物及びアルカリ金属化合物を混合する工程と、この混合により得られた混合物を焼成させてチタン酸アルカリを製造する工程(第1の工程)と、このようにして得られたチタン酸アルカリと、モース硬度6〜9の無機酸化物粉末とを溶媒に分散させスラリーを形成する工程と、このスラリーを噴霧乾燥させる工程と、この噴霧乾燥させて得られた粉末を熱処理する工程(第2の工程)とを少なくとも含む方法により製造することができる。   In addition, the hollow body powder of the present invention includes a step of mixing an aggregate or granulated titanium compound and an alkali metal compound having an average particle size of 0.1 mm or more and 10 mm or less, and a mixture obtained by this mixing. A slurry is formed by dispersing the alkali titanate (first step) obtained by firing the above and the alkali titanate thus obtained and inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6 to 9 in a solvent. And a step of spray drying the slurry, and a step of heat-treating the powder obtained by spray drying (second step).

そして、本発明ではチタン化合物とアルカリ金属化合物を混合する工程を振動ロッドミルにより行うことを特徴とする。振動ロッドミルにより混合することでチタン化合物とアルカリ金属化合物が他の方法により混合する場合に比べ均一に混合することができる。この結果、第1の工程により未反応のチタン化合物を含まない所望組成のチタン酸アルカリを製造することができる。特に摩擦材として好ましい6チタン酸カリウムの単相や4チタン酸カリウムと6チタン酸カリウム混相のチタン酸カリウムを製造することができる。   In the present invention, the step of mixing the titanium compound and the alkali metal compound is performed by a vibrating rod mill. By mixing with a vibrating rod mill, the titanium compound and the alkali metal compound can be mixed more uniformly than in the case of mixing by other methods. As a result, an alkali titanate having a desired composition that does not contain an unreacted titanium compound can be produced by the first step. In particular, a potassium hexatitanate single phase preferable as a friction material or a potassium titanate mixed with potassium tetratitanate and potassium hexatitanate can be produced.

この第1の工程における混合物の焼成温度は、アルカリ金属化合物がカリウム化合物の場合、800℃以上1300 ℃以下で行うと良い。一般にこの焼成温度を高くすることで平均短径及び平均長さ(平均長径)の長い(大きい)チタン酸カリウムを製造することができる。また、この焼成温度とともに、焼成処理の際の昇温速度を調整することでも得られるチタン酸カリウム粒子の形状(短径及び長径)を調整することができる。即ち、昇温速度を0.5℃〜2℃/分とし、焼成温度を1000〜1300℃とすると、平均短径3μm以上10μm以下、平均アスペクト比(長径/短径)が1.5から10のチタン酸カリウムを得ることができる。また、昇温速度を2℃〜5℃/分とし、焼成温度を1000〜1300℃とすると、平均短径が1μm以上3μm以下、平均長径が3μm以上5μm以下のチタン酸カリウムを得ることもできる。   The firing temperature of the mixture in the first step is preferably 800 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower when the alkali metal compound is a potassium compound. In general, by increasing the firing temperature, potassium titanate having a long (large) average minor axis and an average length (average major axis) can be produced. In addition to the firing temperature, the shape (minor axis and major axis) of the potassium titanate particles obtained can also be adjusted by adjusting the heating rate during the firing process. That is, when the temperature rising rate is 0.5 ° C. to 2 ° C./min and the firing temperature is 1000 ° C. to 1300 ° C., the average minor axis is 3 μm or more and 10 μm or less, and the average aspect ratio (major axis / minor axis) is 1.5 to 10. Of potassium titanate can be obtained. Moreover, when the temperature rising rate is 2 ° C. to 5 ° C./min and the firing temperature is 1000 to 1300 ° C., potassium titanate having an average minor axis of 1 μm to 3 μm and an average major axis of 3 μm to 5 μm can be obtained. .

さらに、第2の工程における噴霧乾燥後の熱処理工程は750℃以上1300℃以下で行うと良い。かかる温度の熱処理を行うことで、第1の工程により得られたチタン酸アルカリ粒子と無機酸化物粒子が結合した中空体構造の殻からなるチタン酸アルカリの中空体粉末を製造することができる。この中空体粉末は、750℃以上1300℃以下の熱処理により隣接するチタン酸アルカリ粒子同士が焼結または融着により結合しているため、破壊強度が比較的高い(2.0kg/cm以上)。従って、これを摩擦材として他の成分と混合する際、中空体粉末を構成するチタン酸アルカリ粒子を分離することなく混合することができる。この結果、成型体の気孔率を上げることができ、耐フェード性、耐鳴き性等に優れた摩擦性能を実現することができる。 Further, the heat treatment step after spray drying in the second step is preferably performed at 750 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. By performing the heat treatment at such a temperature, a hollow body powder of alkali titanate composed of a shell having a hollow body structure in which the alkali titanate particles obtained by the first step and the inorganic oxide particles are combined can be produced. This hollow body powder has relatively high fracture strength (2.0 kg / cm 2 or more) because adjacent alkali titanate particles are bonded by sintering or fusion by heat treatment at 750 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. . Therefore, when this is mixed as a friction material with other components, the alkali titanate particles constituting the hollow body powder can be mixed without separation. As a result, the porosity of the molded body can be increased, and friction performance excellent in fade resistance, squeal resistance, and the like can be realized.

以下、本発明にかかる中空体粉末の製造方法について詳細に説明する。本発明の中空体粉末の製造方法は、凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物を混合し、得られた混合物を焼成させてチタン酸アルカリ粒子を製造する第1の工程と、このチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度6〜9の無機酸化物粉末とを溶媒に分散させスラリーを形成し、これを噴霧乾燥させた後、熱処理する第2の工程とを少なくとも含む。   Hereinafter, the manufacturing method of the hollow body powder concerning this invention is demonstrated in detail. The hollow body powder production method of the present invention comprises a first step of producing an alkali titanate particle by mixing an aggregate or granulated titanium compound and an alkali metal compound, and firing the obtained mixture. It includes at least a second step in which alkali titanate particles and inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6 to 9 are dispersed in a solvent to form a slurry, which is spray-dried and then heat-treated.

そこで、まず以下に本発明の第1の工程におけるチタン酸アルカリの製造方法について説明する。本発明の第1の工程で用いるチタン化合物は、例えば、二酸化チタン、亜酸化チタン、オルトチタン酸又はその塩、メタチタン酸又はその塩、水酸化チタン、ペルオクソチタン酸又はその塩などを、単独あるいはこれらを2種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも好ましくは二酸化チタンである。これはアルカリ金属化合物との混合性及び反応性に優れ、また安価な為である。その結晶形としてはルチル型あるいはアナターゼ型が好ましい。特に、ルチル型二酸化チタンを用いた場合、得られるチタン酸アルカリの結晶が大きくなり好ましい。   Therefore, first, a method for producing an alkali titanate in the first step of the present invention will be described below. Examples of the titanium compound used in the first step of the present invention include titanium dioxide, titanium suboxide, orthotitanic acid or a salt thereof, metatitanic acid or a salt thereof, titanium hydroxide, peroxotitanic acid or a salt thereof, and the like. Or these can be used in combination of 2 or more types. Among these, titanium dioxide is preferable. This is because it is excellent in miscibility and reactivity with the alkali metal compound and is inexpensive. The crystal form is preferably a rutile type or anatase type. In particular, when rutile type titanium dioxide is used, the resulting alkali titanate crystals are preferable.

本発明では、これらチタン化合物の凝集体又は造粒体を原料として用いる。その中でも、特に二酸化チタンの凝集体(顆粒を含む)又は造粒体が好ましく、その平均粒径は好ましくは0.1mm以上、より好ましくは0.5〜10mm、さらに好ましくは0.5〜1mmである。これは平均粒径が小さすぎるとアルカリ金属化合物との混合の際、均一に混合できず、またより均一に混合するため振動ミルなどの粉砕エネルギーの大きいミルで混合した場合、固着して混合が困難になる為である。また大きすぎると均一混合が困難となり、効率が悪くなる為である。ただし、10mmを超える大きな凝集体、造粒体であっても、解砕、粉砕により10mm以下とすることで、本発明のチタン化合物の凝集体又は造粒体として用いることができる。   In the present invention, aggregates or granules of these titanium compounds are used as raw materials. Among these, an aggregate (including granules) or a granulated body of titanium dioxide is particularly preferable, and the average particle size is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.5 to 10 mm, and further preferably 0.5 to 1 mm. It is. If the average particle size is too small, it cannot be uniformly mixed with the alkali metal compound, and in order to mix more uniformly, when mixed with a mill having a high pulverization energy such as a vibration mill, it is fixed and mixed. This is because it becomes difficult. On the other hand, if it is too large, uniform mixing becomes difficult and the efficiency becomes poor. However, even a large aggregate or granulated body exceeding 10 mm can be used as an aggregate or granulated body of the titanium compound of the present invention by making it 10 mm or less by crushing and pulverizing.

ここで、本発明における凝集体とは、一次粒子が凝集した二次粒子、二次粒子が凝集した三次粒子、又は/及びそれ以上のn次粒子が凝集したn+1次粒子(nは3以上の整数)などの粗大粒子(顆粒を含む)を形成したものを言い、平均粒径が0.1mm以上10mm以下の比較的大きなものを言う。一方、平均粒径が数μm程度(大きくても20μm程度)の二酸化チタン粉末や二酸化チタン粉末の凝集体など、通常1次粒子が単分散することが困難な為に二次粒子を形成しているようなものは含まない。但し、本発明の凝集体は、かかる二酸化チタン粉末を微量含んでいるもの(均一混合に支障を生じない程度の微量含んでいるもの)であっても良い。本発明において好ましく用いられる酸化チタン凝集体のSEM写真を図1に、また従来の市販の酸化チタン粉末(顔料用)のSEM写真を図2に示す。   Here, the aggregate in the present invention is a secondary particle in which primary particles are aggregated, a tertiary particle in which secondary particles are aggregated, and / or an n + 1 primary particle in which more n-order particles are aggregated (n is 3 or more). An integer) or the like formed with coarse particles (including granules), and an average particle diameter of 0.1 mm or more and 10 mm or less. On the other hand, since the primary particles are usually difficult to monodisperse, such as titanium dioxide powder having an average particle size of about several μm (at most about 20 μm) or aggregates of titanium dioxide powder, secondary particles are formed. It does not include such things. However, the agglomerate of the present invention may contain a small amount of such titanium dioxide powder (a small amount that does not hinder uniform mixing). FIG. 1 shows an SEM photograph of a titanium oxide aggregate preferably used in the present invention, and FIG. 2 shows an SEM photograph of a conventional commercially available titanium oxide powder (for pigment).

なお、本発明におけるチタン化合物の凝集体又は造粒体の平均粒径とはJISK0069の化学製品のふるい分け試験方法に従って測定した値をいう。また、本明細書中において、凝集体又は造粒体の平均粒径と言った場合、特にことわりが無い限り本方法により測定したものである。   In addition, the average particle diameter of the aggregate or granulated body of the titanium compound in the present invention refers to a value measured according to a JISK0069 chemical product screening test method. Further, in this specification, the average particle diameter of the aggregate or granule is measured by this method unless otherwise specified.

この二酸化チタンの凝集体は、硫酸チタンや硫酸チタニルから製造されるもの(硫酸法酸化チタン)、四塩化チタンを気相で酸化あるいは加水分解して製造されるもの(気相法酸化チタン)、あるいは四塩化チタン水溶液あるいはアルコキシチタンを中和または加水分解して製造することができる。特に、通常、これらは顔料用酸化チタンなどの最終製品とする前の製造工程において、凝集粒子の粉砕、解砕あるいは分級等して粒度調整を行い粗大粒子を除去するが、本発明では、この処理前の中間製品、所謂クリンカーを原料とすることが好ましい。即ち、これらクリンカーは本発明の好ましいチタン化合物の凝集体であり、該凝集体を原料とすることで、アルカリ金属化合物との粉砕混合の際に混合物の固着を抑制して均一混合することが可能となる。その結果原料の成分調整等の処理を経ずに所望のチタン酸アルカリを製造することが可能となる。   This aggregate of titanium dioxide is produced from titanium sulfate or titanyl sulfate (sulfuric acid method titanium oxide), produced by oxidizing or hydrolyzing titanium tetrachloride in the gas phase (gas phase method titanium oxide), Alternatively, it can be produced by neutralizing or hydrolyzing a titanium tetrachloride aqueous solution or alkoxy titanium. In particular, in general, in the production process before making a final product such as titanium oxide for pigment, coarse particles are removed by adjusting the particle size by pulverizing, pulverizing or classifying the aggregated particles. It is preferable to use an intermediate product before treatment, so-called clinker. That is, these clinker is a preferred aggregate of the titanium compound of the present invention, and by using the aggregate as a raw material, it is possible to uniformly mix the mixture by suppressing sticking of the mixture during pulverization and mixing with the alkali metal compound. It becomes. As a result, it is possible to produce a desired alkali titanate without undergoing treatment such as component adjustment of the raw material.

また、チタン化合物の凝集体の替わりに、チタン化合物の造粒体を用いても良い。かかる造粒体は、市販の微粒酸化チタンをスプレードライにより造粒したり、バインダーを添加して混練し造粒したりすること等により製造できる。このようなチタン化合物の造粒体を原料として用いることで、振動ミルなどの粉砕エネルギーの大きい機械的な混合手段を採用しても、振動ミルの内壁への付着や固着などが抑制できる。この結果、上述の凝集体のチタン化合物と同様、チタン化合物とアルカリ金属化合物を比較的均一に混合することができる。   Further, instead of the aggregate of titanium compound, a granulated body of titanium compound may be used. Such a granulated body can be produced by granulating commercially available fine titanium oxide by spray drying, adding a binder, kneading and granulating, or the like. By using such a granulated body of a titanium compound as a raw material, even if a mechanical mixing means such as a vibration mill with a high pulverization energy is employed, adhesion or sticking to the inner wall of the vibration mill can be suppressed. As a result, the titanium compound and the alkali metal compound can be mixed relatively uniformly as in the above-described aggregate titanium compound.

本発明の第1の工程において、チタン酸アルカリを製造する際の原料の混合比率は、アルカリ金属化合物が焼成反応後生成するチタン酸アルカリ(MO・nTiO:Mはアルカリ金属)を1モルとしたとき、凝集体又は造粒体のチタン化合物はチタン原子として0.5〜10モル、好ましくは1〜8モルであり、アルカリ金属化合物はアルカリ金属原子として1〜3モル、好ましくは1.5〜2.5モルである。特に、4チタン酸カリウムを製造する場合には、焼成反応した後生成する4チタン酸カリウム(KO・4TiO)を1モルとしたとき、二酸化チタン凝集体又は造粒体はチタン原子として3.5〜4.5モル、好ましくは3.8〜4.2モル、特に好ましくは4.0モルであり、カリウム化合物はカリウム原子として1.8〜2.2モル、好ましくは1.9〜2.1モル、特に好ましくは2モルである。6チタン酸カリウムを製造する場合には、焼成反応した後生成する6チタン酸カリウム(KO・6TiO)を1モルとしたとき、二酸化チタン凝集体又は造粒体はチタン原子として5.5〜6.6モル、好ましくは5.8〜6.2モル、特に好ましくは6.0モルであり、カリウム化合物はカリウム原子として1.8〜2.2モル、好ましくは1.9〜2.1モル、特に好ましくは2モルである。この際、後述するように凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物の混合物に、金属チタン粉あるいは水素化チタン粉を添加する場合、金属チタン粉あるいは水素化チタン粉は酸化され二酸化チタンとなるため、金属チタン粉あるいは水素化チタン粉は上記凝集体又は造粒体のチタン化合物のチタン源として含め、混合比率を調整する必要がある。 In the first step of the present invention, the mixing ratio of the raw materials when producing the alkali titanate is 1 for the alkali titanate (M 2 O · nTiO 2 : M is an alkali metal) produced by the alkali metal compound after the firing reaction. In terms of mole, the aggregate or granulated titanium compound is 0.5 to 10 moles, preferably 1 to 8 moles as titanium atoms, and the alkali metal compound is 1 to 3 moles, preferably 1 as alkali metal atoms. .5 to 2.5 moles. In particular, when potassium tetratitanate is produced, when 1 mole of potassium tetratitanate (K 2 O · 4TiO 2 ) produced after the calcination reaction is 1 mole, the titanium dioxide aggregate or granule is used as a titanium atom. It is 3.5 to 4.5 mol, preferably 3.8 to 4.2 mol, particularly preferably 4.0 mol, and the potassium compound is 1.8 to 2.2 mol, preferably 1.9, as a potassium atom. -2.1 mol, particularly preferably 2 mol. In the case of producing potassium 6 titanate, the titanium dioxide aggregate or granulated product is used as a titanium atom when the amount of potassium 6 titanate (K 2 O · 6TiO 2 ) produced after the baking reaction is 1 mol. 5 to 6.6 mol, preferably 5.8 to 6.2 mol, particularly preferably 6.0 mol, and the potassium compound is 1.8 to 2.2 mol, preferably 1.9 to 2, as a potassium atom. .1 mol, particularly preferably 2 mol. At this time, as described later, when adding metal titanium powder or titanium hydride powder to a mixture of titanium compound and alkali metal compound in an aggregate or granulation, the metal titanium powder or titanium hydride powder is oxidized and titanium dioxide. Therefore, it is necessary to adjust the mixing ratio by including the metal titanium powder or titanium hydride powder as a titanium source of the titanium compound in the aggregate or granulated body.

本発明では、このように原料比を調整するだけで、第1の工程で得られるチタン酸アルカリの組成を制御することができる。従来の方法では、チタン化合物とアルカリ金属化合物を反応する際、反応性が低くアルカリ金属化合物がロスするため、アルカリ金属化合物を理論量よりも過剰に使用していた。しかしながら本発明の方法では、目的とするチタン酸アルカリとほぼ同じ理論量のチタン化合物とアルカリ金属化合物を混合した混合物を原料とし、これを焼成反応することによって目的とする組成のチタン酸アルカリ粒子を得ることができる。   In the present invention, the composition of the alkali titanate obtained in the first step can be controlled simply by adjusting the raw material ratio. In the conventional method, when the titanium compound and the alkali metal compound are reacted, the alkali metal compound is used in excess of the theoretical amount because the reactivity is low and the alkali metal compound is lost. However, in the method of the present invention, a mixture of a titanium compound and an alkali metal compound having a theoretical amount substantially the same as the target alkali titanate is used as a raw material, and this is subjected to a baking reaction to obtain alkali titanate particles having the target composition. Obtainable.

本発明における混合方法としては、乾式混合法又は湿式混合法のいずれも採用することができるが、工程簡略化の観点から乾式混合法が好ましい。但し、混合の際に用いられる混合手段としては、従来のV型ブレンダー、ボールミル等の手段では凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物を十分均一に混合できない。このため、振動ミル、振動ロッドミル、振動ボールミル、ビーズミル、ターボミル、遊星ボールミルなどの機械的粉砕手段を採用することが望ましい。特に好ましくは、粉砕メディアとして棒状のロッドを充填した振動ロッドミルが好ましい。振動ロッドミルでは、凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物を粉砕しながら混合することで、ロッド間のある程度粒径の大きい粉末を粉砕する一方、ボールミルのようにより細かい粉末を過粉砕することが少ない。特に酸化チタンは、元来、表面に存在する水酸基のため付着性が強く、また粒径が小さくなるほど比表面積も大きくなる。このため、過粉砕されると振動ミル内部に粉砕物が固着され易くなるが、本発明ではこのような粉砕物の固着が抑制され、他の混合方法に比べ均一な粉砕混合が可能となる。特に、上述したようなチタン化合物の凝集体等として二酸化チタンの凝集体又は造粒体を原料として用い、これを振動ロッドミルによって粉砕混合した場合、二酸化チタンの粗大粒子を粉砕して解砕し、ある程度微細な1次粒子などの過粉砕が抑制される。この結果、二酸化チタンのミル内部における固着が抑制され、均一混合することができる。一方、二酸化チタン顔料等の粉末を原料とすると微細な一次粒子までが過粉砕され易く、固着し易くなり均一混合が困難である。また、イルメナイト等のチタン鉱石を原料とする場合にはチタン酸アルカリの組成制御が困難となるため、純粋な二酸化チタンを用いるのが好ましい。   As a mixing method in the present invention, either a dry mixing method or a wet mixing method can be adopted, but the dry mixing method is preferable from the viewpoint of simplifying the process. However, as a mixing means used for mixing, a conventional V-type blender, ball mill, or the like cannot sufficiently uniformly mix the titanium compound and the alkali metal compound in the aggregate or granulated body. For this reason, it is desirable to employ mechanical grinding means such as a vibration mill, a vibration rod mill, a vibration ball mill, a bead mill, a turbo mill, and a planetary ball mill. Particularly preferred is a vibrating rod mill filled with rod-shaped rods as grinding media. In the vibrating rod mill, the titanium compound and the alkali metal compound in the aggregate or granulated material are mixed while being pulverized to pulverize a powder having a large particle size between the rods, while excessively pulverizing a finer powder like a ball mill. There are few things. In particular, titanium oxide has strong adhesion due to the hydroxyl groups originally present on the surface, and the specific surface area increases as the particle size decreases. For this reason, when it is excessively pulverized, the pulverized material is easily fixed inside the vibration mill. However, in the present invention, such pulverized material is prevented from being fixed, and uniform pulverization and mixing can be performed as compared with other mixing methods. In particular, when using titanium dioxide aggregate or granulated material as a raw material as an aggregate of titanium compound as described above, and pulverizing and mixing with a vibrating rod mill, the coarse particles of titanium dioxide are pulverized and crushed. Overpulverization of primary particles that are fine to some extent is suppressed. As a result, sticking of titanium dioxide inside the mill is suppressed, and uniform mixing can be achieved. On the other hand, when a powder such as a titanium dioxide pigment is used as a raw material, fine primary particles are easily over-pulverized, easily fixed, and uniform mixing is difficult. In addition, when titanium ore such as ilmenite is used as a raw material, it is difficult to control the composition of alkali titanate, and therefore it is preferable to use pure titanium dioxide.

なお、本発明において、「均一」との表記は、本発明における凝集体又は造粒体のチタン化合物を原料としない場合、例えば二酸化チタン粉末等の顔料を原料とし、これをアルカリ金属化合物と混合した場合と比べ均等に原料が分散していることを表す。もしくは、本発明における振動ミル、特に振動ロッドミルにより混合した場合、従来のV型ブレンダーやボールミル等により混合した場合と比べて均等に原料が分散していることを表す。   In the present invention, the expression “uniform” refers to the case where the aggregate or granulated titanium compound in the present invention is not used as a raw material, for example, a pigment such as titanium dioxide powder is used as a raw material, and this is mixed with an alkali metal compound. This shows that the raw material is evenly dispersed as compared with the case of the above. Alternatively, it indicates that the raw material is dispersed more uniformly when mixed by a vibration mill in the present invention, particularly by a vibration rod mill, as compared with the case of mixing by a conventional V-type blender or ball mill.

また、振動ミル、特に振動ロットミルにてチタン化合物とアルカリ金属化合物を粉砕・混合する場合、アルコール類を適量添加することが望ましい。アルコールの添加量としては、チタン化合物とアルカリ金属化合物、また後述する凝集防止剤などの添加剤を含め、全ての粉砕物の重量に対し対して0.1〜3.0重量%、さらには0.3〜1.0重量%とすることが好ましい。また、粉砕・混合の際、ミル内部の温度を添加するアルコール類の沸点以上で行い、アルコールを気化させながら粉砕混合することが好ましい。これによりミル内部におけるチタン化合物の付着や固着を抑制でき、チタン化合物の凝集体とアルカリ金属化合物がより均一に分散した混合物を得ることができる。なお、アルコール類としてはメタノール、エタノール、アミルアルコール、アリルアルコール、プロパギルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、エリトロール、2−プテン−1,4−ジオール、グリセリン、ペンタエリトリット、アラビット、ソルビット、ペプチット、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリセリンなどが挙げられる。これらのなかでも沸点の比較的低いメタノールおよびエタノールが好ましい。   Further, when a titanium compound and an alkali metal compound are pulverized and mixed in a vibration mill, particularly a vibration lot mill, it is desirable to add an appropriate amount of alcohol. The amount of alcohol added is 0.1 to 3.0% by weight with respect to the weight of all pulverized products, including titanium compounds and alkali metal compounds, and additives such as anti-agglomeration agents to be described later. It is preferable to set it as 3 to 1.0 weight%. Further, it is preferable that the pulverization and mixing be performed at a temperature equal to or higher than the boiling point of the alcohol to which the temperature inside the mill is added, and the pulverization and mixing be performed while the alcohol is vaporized. Thereby, adhesion and adhesion of the titanium compound inside the mill can be suppressed, and a mixture in which the aggregate of the titanium compound and the alkali metal compound are more uniformly dispersed can be obtained. Alcohols include methanol, ethanol, amyl alcohol, allyl alcohol, propargyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, erythrol, 2-ptene-1,4-diol, glycerin, pentaerythritol, arabit, sorbit, peptide. , Polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyglycerin and the like. Of these, methanol and ethanol having a relatively low boiling point are preferred.

さらに、振動ミルなどの混合容器内でのチタン化合物の凝集や固着を抑制するため、凝集防止剤や潤滑剤などの添加剤を添加しても良い。添加剤としては、チタン化合物とアルカリ金属化合物混合物を焼成する際に、分解、燃焼あるいは気化し、生成したチタン酸アルカリ中に残存しないものが好ましい。このような添加剤としては、セルロース類、脂肪酸類、糖類、穀物物、尿素類、ポリマーなどが挙げられる。具体的には、メチルセルロース、リグニン、木粉、パルプ粉、天然繊維粉、ステアリン酸、ステアリン酸アンモニウム、ソルビタンジステアレート、キシロース、ブドウ糖、ガラクトース、ショ糖、澱粉、デキストリンなどの糖類、小麦粉、大豆粉、米粉、糖、尿素、ビウレア、セミカルバジッド、炭酸グアニジン、アミノグアニジン、アゾジカルボンアミド、アクリル樹脂粉、ポリプロピレン粉末、ポリエチレン粉末、ポリスチレン粉末などが挙げられるが、とりわけ固体状でかつ粉末状である木粉、パルプ粉、天然繊維粉が好ましい。   Furthermore, an additive such as an anti-agglomeration agent or a lubricant may be added to suppress aggregation and adhesion of the titanium compound in a mixing container such as a vibration mill. The additive is preferably an additive that does not remain in the generated alkali titanate by decomposition, combustion, or vaporization when the titanium compound and alkali metal compound mixture is fired. Examples of such additives include celluloses, fatty acids, saccharides, cereals, ureas, polymers, and the like. Specifically, sugars such as methylcellulose, lignin, wood powder, pulp powder, natural fiber powder, stearic acid, ammonium stearate, sorbitan distearate, xylose, glucose, galactose, sucrose, starch, dextrin, wheat flour, soybean Powder, rice flour, sugar, urea, biurea, semicarbazide, guanidine carbonate, aminoguanidine, azodicarbonamide, acrylic resin powder, polypropylene powder, polyethylene powder, polystyrene powder, etc. Some wood powder, pulp powder and natural fiber powder are preferred.

また、本発明における混合方法として、湿式混合法を用いる場合、溶媒としては純水、アルコールやアセトン、MEK、THF等の通常の有機溶媒等が用いられるが、混合粉末の分散性を向上させて均一に混合させるために、界面活性剤や分散剤を併用することが好ましい。   As a mixing method in the present invention, when a wet mixing method is used, pure water, a normal organic solvent such as alcohol, acetone, MEK, or THF is used as the solvent, but the dispersibility of the mixed powder is improved. In order to mix uniformly, it is preferable to use a surfactant and a dispersant in combination.

また、凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物の混合物に、必要により、さらに金属チタン粉あるいは水素化チタン粉を含ませてもよい。この場合、チタン化合物中のチタン原子1モルに対して0.01〜0.2モル、さらには0.03〜0.1モルとすることが好ましい。このように金属チタン粉あるいは水素化チタン粉を配合すると、反応容器内での焼成時に同時に燃焼して反応容器内部の温度分布の発生を抑制し、反応をより均一に行うことができ、結果として目的とする組成のチタン酸アルカリを得ることができる。   Further, if necessary, the mixture of the aggregate or granulated titanium compound and alkali metal compound may further contain metal titanium powder or titanium hydride powder. In this case, it is preferable to set it as 0.01-0.2 mol with respect to 1 mol of titanium atoms in a titanium compound, Furthermore, it is preferable to set it as 0.03-0.1 mol. When titanium titanium powder or titanium hydride powder is blended in this way, it can be burned at the same time in the reaction vessel to suppress the occurrence of temperature distribution inside the reaction vessel, and the reaction can be performed more uniformly. An alkali titanate having a desired composition can be obtained.

なお、本発明のアルカリ金属化合物としては、カリウム、ナトリウム及びリチウム化合物から選択される1種又は2種以上の金属であることが好ましい。特に、摩擦調整剤として有用なチタン酸カリウムの原料であるカリウム化合物が好ましい。また、リチウムイオン二次電池の電極材料として有用なチタン酸リチウムの原料であるリチウム化合物も好ましく用いられる。これらのアルカリ金属化合物としては、その炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩などであり、焼成反応において溶融するものが好ましく、特に炭酸塩または水酸化物が好ましい。これらは、チタン化合物との焼成反応において、溶融あるいは分解し、反応が起き易く、また分解した後も炭酸ガスや水などが生成するのみで製品中に不純物が残存せず好ましい。チタン酸カリウムを製造する場合、カリウム化合物としては、酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カリウム、シュウ酸カリウムなどが用いられ、好ましくは炭酸カリウムが用いられる。これらのカリウム化合物は単独もしくは2種以上組み合せて用いることができる。チタン酸ナトリウムを製造する場合、ナトリウム化合物として、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、シュウ酸ナトリウムなどが用いられ、好ましくは炭酸ナトリウムである。チタン酸リチウムを製造する場合、炭酸リチウム、水酸化リチウムであり、炭酸リチウムが好ましい。また、本発明においては、チタン酸カリウムを製造する場合、酸化チタンなどのチタン化合物と炭酸カリウムなどのカリウム化合物を混合して焼成反応を行う。この場合、炭酸リチウムなどのリチウム化合物をカリウム化合物に混合することによって、得られるチタン酸カリウムの形状が制御され好ましい。また、マグネシウム化合物やバリウム化合物などのアルカリ土類金属化合物を添加することによっても繊維状の結晶の生成を抑制でき好ましい。   The alkali metal compound of the present invention is preferably one or more metals selected from potassium, sodium and lithium compounds. In particular, a potassium compound which is a raw material of potassium titanate useful as a friction modifier is preferable. Moreover, a lithium compound which is a raw material of lithium titanate useful as an electrode material for a lithium ion secondary battery is also preferably used. These alkali metal compounds are carbonates, hydroxides, oxalates and the like, and those that melt in the firing reaction are preferred, and carbonates or hydroxides are particularly preferred. These are preferable because they are easily melted or decomposed in the calcination reaction with the titanium compound, and the reaction easily occurs, and carbon dioxide gas, water, etc. are generated after the decomposition, and no impurities remain in the product. When producing potassium titanate, potassium oxide, potassium carbonate, potassium hydroxide, potassium oxalate, or the like is used as the potassium compound, and potassium carbonate is preferably used. These potassium compounds can be used alone or in combination of two or more. When producing sodium titanate, sodium carbonate, sodium hydroxide, sodium oxalate, or the like is used as the sodium compound, preferably sodium carbonate. When manufacturing lithium titanate, they are lithium carbonate and lithium hydroxide, and lithium carbonate is preferable. In the present invention, when potassium titanate is produced, a titanium compound such as titanium oxide and a potassium compound such as potassium carbonate are mixed to perform a baking reaction. In this case, the shape of the obtained potassium titanate is preferably controlled by mixing a lithium compound such as lithium carbonate with the potassium compound. In addition, addition of an alkaline earth metal compound such as a magnesium compound or a barium compound is also preferable because the formation of fibrous crystals can be suppressed.

上記のようにして得られた凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物の均一混合物を、焼成してチタン化合物とアルカリ金属化合物を反応させる。これにより棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状のチタン酸アルカリが得られる。焼成は反応容器内で行うか、あるいはこの混合物にバインダーなどを添加して成型体を形成してこれを直接焼成する。反応性や得られるチタン酸アルカリの形状を考慮すると、反応容器に混合物全体を充填して焼成することが好ましい。   The uniform mixture of the aggregate or granulated titanium compound and alkali metal compound obtained as described above is fired to react the titanium compound and the alkali metal compound. Thereby, a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular and / or plate-like alkali titanate is obtained. Firing is carried out in a reaction vessel, or a binder is added to the mixture to form a molded body, which is directly fired. In consideration of the reactivity and the shape of the alkali alkali titanate obtained, it is preferable to fill the reaction vessel with the entire mixture and to fire.

焼成のための反応容器としてはセラミックス製が好ましく、アルミナ等の通常のセラミックス材料からなるものであって、上記混合物を載置又は装入したときに混合物との間になるべく空気が侵入し難い形状のものが用いられる。具体的には、円筒状物、凹部を有する円柱状物、凹部を有する方形状物、皿状物、等が挙げられる。このうち、円柱状物又は方形状物であってこれらの一部に形成された凹部がある程度の深さを有するものは、焼成において空気中の酸素の侵入を防止するため好ましい。   The reaction vessel for firing is preferably made of ceramics and is made of a normal ceramic material such as alumina, and when the above mixture is placed or charged, it is difficult for air to enter between the mixture. Is used. Specific examples include a cylindrical object, a columnar object having a recess, a rectangular object having a recess, a dish-like object, and the like. Among these, a cylindrical or rectangular object having a certain depth of recesses formed in a part of these is preferable in order to prevent infiltration of oxygen in the air during firing.

また、上記セラミックス製反応容器に上記混合物を充填するに当たり、セラミックス製反応容器と混合物との間の少なくともセラミックス製反応容器の底部に、炭化する材質からなるシート材を介在させることが好ましい。このように、シート材を介在させることにより、焼成時に混合物中のアルカリ金属化合物が溶融して、アルカリ金属化合物がロスしたり、セラミックス製反応容器に溶融したアルカリ金属化合物が浸透したりすることを回避できる。また、これらのシート材は、少なくともセラミックス製反応容器の凹部が形成する内壁部における前記混合物との接触部に介在させると、カリウム化合物のロスや、セラミックス製反応容器への浸透をより確実に回避できるためより好ましい。さらに、これらのシート材は、セラミックス製反応容器の凹部が形成する内壁部全体に介在させると、アルカリ金属化合物のロスや、セラミックス製反応容器への浸透を略完全に回避できるため特に好ましい。   Further, when filling the ceramic reaction vessel with the mixture, it is preferable to interpose a sheet material made of carbonized material at least at the bottom of the ceramic reaction vessel between the ceramic reaction vessel and the mixture. In this way, by interposing the sheet material, the alkali metal compound in the mixture melts at the time of firing, and the alkali metal compound is lost or the molten alkali metal compound penetrates into the ceramic reaction vessel. Can be avoided. Moreover, when these sheet materials are interposed at least in the inner wall portion formed by the concave portion of the ceramic reaction vessel in contact with the mixture, the loss of potassium compounds and the penetration into the ceramic reaction vessel can be avoided more reliably. It is more preferable because it is possible. Furthermore, it is particularly preferable that these sheet materials are interposed in the entire inner wall portion formed by the concave portion of the ceramic reaction vessel because the loss of the alkali metal compound and the penetration into the ceramic reaction vessel can be avoided almost completely.

炭化する材質からなるシート材は、焼成したときに炭化し、且つ、最終的に焼失すると共に、焼成時に軟化物又は流動物を生成しない材質のものが用いられ、具体的には、紙、天然繊維、樹皮又は熱硬化性樹脂が用いられる。例えば、紙の場合には、炭化し難く軟化する塩化ビニール等のようなものが張り合わされていない通常の紙が用いられ、いわゆる未晒クラフト紙、両更晒クラフト紙、片艶晒などの包装用紙、段ボール原紙、新聞用紙、上質紙、中質紙、再生紙、書籍用紙、キャストコート紙、アート紙、PPC用紙などの情報用紙等が用いられる。また、天然繊維としては、例えば綿、麻、絹等が用いられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等が用いられる。シート材の形状は、シート、織布、不織布又は袋とする。   The sheet material made of carbonized material is carbonized when fired and finally burned out, and is made of a material that does not generate softened or fluidized material when fired. Fiber, bark or thermosetting resin is used. For example, in the case of paper, ordinary paper that is hard to be carbonized and softened such as vinyl chloride that is softened is used, and so-called unbleached kraft paper, double-bleached kraft paper, packaging such as single gloss bleach Information paper such as paper, cardboard base paper, newspaper paper, high-quality paper, medium-quality paper, recycled paper, book paper, cast-coated paper, art paper, PPC paper, and the like are used. Moreover, as natural fiber, cotton, hemp, silk, etc. are used, for example. Moreover, as a thermosetting resin, a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin etc. are used, for example. The shape of the sheet material is a sheet, a woven fabric, a non-woven fabric, or a bag.

焼成温度はチタン酸アルカリの種類また結晶形により焼成温度は異なるが、チタン酸カリウムの場合、通常800〜1300℃、好ましくは1000〜1300℃である。得られるチタン酸カリウムの形状は、この焼成温度を調整することで制御でき、焼成温度をより高温で行うことでより大きなチタン酸カリウムを得ることができる。但し、800℃より低いと十分に反応が進まない。また、1300℃を超えるような高温で焼成するにはそれに耐え得る炉が必要であり、高コストとなる上、チタン酸カリウムの融点と近くなり、溶融し形状も制御が困難となるため1300℃以下での焼成が好ましい。また、チタン酸リチウムにおいてスピネル型の結晶構造を有するLiTi12の場合、通常800〜1000℃、好ましくは850〜950℃である。またLiTiOの場合には、通常950〜1450℃、好ましくは950〜1200℃である。6チタン酸ナトリウムの場合、通常400〜900℃、好ましくは500〜800℃である。また焼成時間は、前記温度範囲で1〜10時間、好ましくは2〜5時間である。焼成反応後、常温まで冷却するが、昇温速度は、室温から前記焼成温度まで0.5〜20℃/分、好ましくは1〜10℃/分の速度で行う。冷却速度は前記焼成温度から300℃まで0.5〜10℃/分、好ましくは1〜5℃/分の比較的遅い冷却速度で行うと良い。このように焼成温度、昇温速度及び冷却速度を調整することにより、本発明のチタン酸アルカリを得ることができる。特に、本発明のチタン酸カリウムの製造法では、このような焼成温度、比較的低速の昇温速度及び比較的低速の冷却速度にすることにより、チタン酸カリウムの粒子成長が促進され、より短径の大きい棒状、柱状または板状の結晶を得ることができる。中でも、焼成温度及び昇温速度を調整することにより、得られるチタン酸カリウムの形状、特に平均短径の長さを制御することができる。例えば、焼成温度を1000℃〜1300℃、昇温速度を0.5〜2℃/分とすると、平均短径3μm以上10μm以下のチタン酸カリウムを得ることができる。ここで、焼成温度については温度が高いほど、昇温速度については速度が遅いほど、得られるチタン酸カリウムの平均短径は大きくなる。なお、昇温速度を2℃/分より速くすると、特に、昇温速度を2℃から5℃/分とすると、平均短径が1μm以上3μm以下のチタン酸カリウムを得ることもできる。 The firing temperature varies depending on the type and crystal form of the alkali titanate, but in the case of potassium titanate, it is usually 800 to 1300 ° C, preferably 1000 to 1300 ° C. The shape of the obtained potassium titanate can be controlled by adjusting the firing temperature, and larger potassium titanate can be obtained by performing the firing temperature at a higher temperature. However, when the temperature is lower than 800 ° C., the reaction does not proceed sufficiently. Further, firing at a high temperature exceeding 1300 ° C. requires a furnace capable of withstanding it, which is expensive and close to the melting point of potassium titanate, making it difficult to control the shape and 1300 ° C. The following firing is preferred. In the case of Li 4 Ti 5 O 12 having a spinel crystal structure in lithium titanate, the temperature is usually 800 to 1000 ° C., preferably 850 to 950 ° C. In the case of Li 2 TiO 3 is also usually 950 to 1,450 ° C., preferably from 950 to 1200 ° C.. In the case of 6 sodium titanate, the temperature is usually 400 to 900 ° C, preferably 500 to 800 ° C. Moreover, baking time is 1 to 10 hours in the said temperature range, Preferably it is 2 to 5 hours. Although it cools to normal temperature after a baking reaction, a temperature increase rate is 0.5-20 degree-C / min from room temperature to the said baking temperature, Preferably it carries out at the rate of 1-10 degree-C / min. The cooling rate may be from 0.5 to 10 ° C./min, preferably from 1 to 5 ° C./min, from the firing temperature to 300 ° C., preferably at a relatively slow cooling rate. Thus, the alkali titanate of this invention can be obtained by adjusting a calcination temperature, a temperature increase rate, and a cooling rate. In particular, in the method for producing potassium titanate according to the present invention, by using such a firing temperature, a relatively slow temperature increase rate and a relatively slow cooling rate, the growth of potassium titanate particles is promoted and shortened. A rod-like, columnar or plate-like crystal having a large diameter can be obtained. Especially, the shape of the obtained potassium titanate, especially the length of an average minor axis can be controlled by adjusting a calcination temperature and a temperature increase rate. For example, when the firing temperature is 1000 ° C. to 1300 ° C. and the rate of temperature rise is 0.5 to 2 ° C./min, potassium titanate having an average minor axis of 3 μm or more and 10 μm or less can be obtained. Here, the average minor axis of the obtained potassium titanate increases as the temperature increases with respect to the firing temperature and as the rate of temperature increase decreases. It should be noted that when the temperature rising rate is higher than 2 ° C./min, in particular, when the temperature rising rate is 2 ° C. to 5 ° C./min, potassium titanate having an average minor axis of 1 μm or more and 3 μm or less can be obtained.

以上のようにして得られたチタン酸アルカリは、必要に応じて機械的に解砕または粉砕する。特に長径が5μm以上の繊維状のチタン酸カリウムが含まれている場合については、これを解砕し、5μm未満とすることが好ましい。ここで、機械的に解砕または粉砕する手段は公知の手段を採用することができ、振動ミル、振動ボールミル、ビーズミル、ターボミル、遊星ボールミルなどが用いられる。   The alkali titanate obtained as described above is mechanically crushed or pulverized as necessary. In particular, when fibrous potassium titanate having a major axis of 5 μm or more is contained, it is preferable that this be crushed to be less than 5 μm. Here, known means can be adopted as the means for mechanically crushing or crushing, and a vibration mill, a vibration ball mill, a bead mill, a turbo mill, a planetary ball mill, and the like are used.

また必要に応じて解砕または粉砕後のチタン酸アルカリを分級または篩別しても良い。特に繊維状のチタン酸カリウムを含む場合には短径が3μm未満(または、場合により1μm未満)のもの、あるいは粉末状のものを除去するため、分級または篩別することが好ましい。   Moreover, you may classify or sieve the alkali titanate after crushing or grinding | pulverization as needed. In particular, when fibrous potassium titanate is included, classification or sieving is preferably performed in order to remove those having a minor axis of less than 3 μm (or less than 1 μm in some cases) or powders.

以上、本発明の第1の工程におけるチタン酸アルカリの製造工程では、凝集体又は造粒体のチタン化合物とアルカリ金属化合物を粉砕して均一混合した後、焼成反応を行うので、結晶性、純度が高い所望の組成のチタン酸アルカリ化合物が得られる。特にチタン酸カリウムの製造において従来焼成反応後に行っていた、pH調整や酸洗浄などによる成分調整を行わずとも、目的とする4チタン酸カリウム、6チタン酸カリウム、又はこれらの混合物を直接焼成反応によって製造することができる。このような本発明の方法で得られたチタン酸カリウムは、平均短径(又は平均厚み)が3.0〜10μmであり、平均アスペクト比(長径/短径)が1.5〜10である棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有する。平均短径は走査型電子顕微鏡写真の画像解析によって測定したものであり200個程度についてその粒子径を測定し、それを平均した値をいう(以下記載の実施例における平均短径、平均長さ(平均長径)も同様にして測定したものである)。平均アスペクト比は、同様に走査型電子顕微鏡で平均短径と平均長さ(平均長径)を測定し、その比率を算出することによって求めたものである。なお、上記のチタン酸カリウムを、機械的に解砕または粉砕し、アスペクト比が3未満、好ましくは2.5未満に調整することも好ましい態様である。   As mentioned above, in the manufacturing process of the alkali titanate in the 1st process of this invention, since the titanium compound and alkali metal compound of an aggregate or a granulated body are grind | pulverized and mixed uniformly, after baking reaction, crystallinity, purity An alkali titanate compound having a high desired composition can be obtained. In particular, in the production of potassium titanate, the target potassium titanate, 6 potassium titanate, or a mixture thereof can be directly subjected to the firing reaction without adjusting the components such as pH adjustment and acid washing, which has been conventionally performed after the firing reaction. Can be manufactured by. The potassium titanate obtained by such a method of the present invention has an average minor axis (or average thickness) of 3.0 to 10 μm and an average aspect ratio (major axis / minor axis) of 1.5 to 10. It has a rod shape, columnar shape, columnar shape, strip shape, granular shape and / or plate shape. The average minor axis was measured by image analysis of a scanning electron micrograph, and the particle diameter was measured for about 200 particles, and the average was obtained (the average minor axis and average length in the examples described below). (Average major axis) was also measured in the same manner). Similarly, the average aspect ratio is obtained by measuring the average minor axis and the average length (average major axis) with a scanning electron microscope and calculating the ratio. In addition, it is also a preferred embodiment that the above potassium titanate is mechanically crushed or pulverized and the aspect ratio is adjusted to less than 3, preferably less than 2.5.

上記チタン酸カリウムの形状は、焼成温度の他、昇温速度を調整することによって、平均短径1〜3μmのものを得ることも可能である。この場合には、平均短径が3μm以下と短いが、必要により解砕または粉砕等することで、平均長径を3μm〜5μmとすることができ、WHO推奨の範囲内にあるチタン酸カリウムを得ることができる。   As for the shape of the potassium titanate, it is possible to obtain an average minor axis of 1 to 3 μm by adjusting the heating rate in addition to the firing temperature. In this case, the average minor axis is as short as 3 μm or less, but if necessary, the average major axis can be made 3 μm to 5 μm by crushing or grinding, and potassium titanate within the WHO recommended range is obtained. be able to.

次に、この第1の工程により得られたチタン酸アルカリ粉末を用いて中空体粉末を製造する第2の工程を以下に説明する。   Next, the 2nd process of manufacturing a hollow body powder using the alkali titanate powder obtained by this 1st process is demonstrated below.

まず、上記の通り第1の工程により得られたチタン酸アルカリ、即ち、主に棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状のチタン酸カリウムなどのチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度6〜9の無機酸化物粉末とを、バインダーなどと共に溶媒中に分散させ、攪拌することで、チタン酸アルカリ粒子と無機酸化物粒子のスラリーを作製する。   First, alkali titanate particles obtained by the first step as described above, that is, alkali titanate particles such as mainly rod-like, columnar, cylindrical, strip-like, granular and / or plate-like potassium titanate, and Mohs A slurry of alkali titanate particles and inorganic oxide particles is prepared by dispersing an inorganic oxide powder having a hardness of 6 to 9 in a solvent together with a binder and stirring the mixture.

ここでモース硬度6〜9の無機酸化物粉末としては、例えばMgO(モース硬度:約6),SiO(モース硬度:約7),Cr(モース硬度:約6.5),Fe(モース硬度:約6),ZrO(モース硬度:約7.5),ZrSiO(ジルコン)(モース硬度:約7.5),溶融アルミナ(モース硬度:約9)等が挙げられる。無機酸化物粉末のモース硬度が6〜9の範囲より低い硬度では、チタン酸アルカリ金属結晶(例えば、六チタン酸カリウムのモース硬度:約3〜4)との複合効果を十分に発現できず、またそれより高い硬度の粒子では、摩擦材等に適用した場合の対面損傷性が高くなるからである。複合粒子を構成する無機酸化物粒の材種は必ずしも1種に限定されず、所望により2種以上の無機酸化物粒子を混在させても良い。 Here, examples of the inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6 to 9 include MgO (Mohs hardness: about 6), SiO 2 (Mohs hardness: about 7), Cr 2 O 3 (Mohs hardness: about 6.5), Fe 3 O 4 (Mohs hardness: about 6), ZrO 2 (Mohs hardness: about 7.5), ZrSiO 4 (Zircon) (Mohs hardness: about 7.5), fused alumina (Mohs hardness: about 9), etc. It is done. When the Mohs hardness of the inorganic oxide powder is lower than the range of 6 to 9, the combined effect with an alkali metal titanate crystal (for example, Mohs hardness of potassium hexatitanate: about 3 to 4) cannot be sufficiently exhibited, In addition, particles having a higher hardness increase the face-to-face damage when applied to a friction material or the like. The number of inorganic oxide particles constituting the composite particles is not necessarily limited to one, and two or more inorganic oxide particles may be mixed as desired.

また、モース硬度6〜9の無機酸化物粉末の含有量(2種以上の無機酸化物粒が混在する場合はその合計量)は、0.5〜20重量%とする。含有量がこれに満たないと、無機酸化物粒を複合した効果が十分に発現されず、他方20重量%を超えると、チタン酸アルカリ金属結晶の特性が弱められ、また摩擦材等に適用した場合においては対面損傷性の悪化をきたすからである。特に、含有量を1〜3重量%、特に1〜2重量%とすると対面損傷性が良好となり好ましい。無機酸化物粒の粒径は、平均粒径1〜10μmであるのが好ましい。粒径が1μmに満たない微細粒子では、例えば摩擦材等の用途での摩擦係数の向上効果が少なく、他方10μmを超える粗大粒子では、対面損傷性の悪化を招くからである。   The content of the inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6 to 9 (the total amount when two or more inorganic oxide particles are mixed) is 0.5 to 20% by weight. If the content is less than this, the effect of combining the inorganic oxide particles is not sufficiently exhibited. On the other hand, if the content exceeds 20% by weight, the characteristics of the alkali metal titanate crystals are weakened and applied to friction materials and the like. In some cases, the face-to-face damage is deteriorated. In particular, when the content is 1 to 3% by weight, particularly 1 to 2% by weight, the face-to-face damage is good, which is preferable. The average particle size of the inorganic oxide particles is preferably 1 to 10 μm. This is because fine particles having a particle size of less than 1 μm have little effect of improving the coefficient of friction in applications such as friction materials, and coarse particles exceeding 10 μm, on the other hand, cause deterioration in face-to-face damage.

さらに、バインダーとしては有機高分子、例えば、ゼラチン、デキストリン、澱粉、アラビアゴム、セルロース系高分子、ポリビニルアルコール、ポリビニールアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリビニールピロリ丼(PVP)、ヘキサプロピルセルロース(HPC)、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。また、溶媒としては有機溶剤、水を用いることができるが、取扱が容易である水が好ましい。さらに、必要に応じて、その他の界面活性剤などの添加材を加えても良い。なお、スラリーのチタン酸アルカリとバインダーの合計濃度は10から75重量%程度が好ましい。この合計濃度が10重量%未満の場合、チタン酸アルカリの中空体粉末の生産効率が低下するため好ましくない。また、この合計濃度が75重量%を超えるとスラリーの粘度が高くなり、粒径(外径)が200μm以下の中空体粉末を得にくくなり、また、その粒径分布も広くなり過ぎて好ましくない。   Further, organic polymers such as gelatin, dextrin, starch, gum arabic, cellulosic polymers, polyvinyl alcohol, polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl pyrrole (PVP), hexa Propyl cellulose (HPC), phenol resin, epoxy resin, or the like can be used. Moreover, although an organic solvent and water can be used as a solvent, the water which is easy to handle is preferable. Furthermore, you may add other additives, such as surfactant, as needed. The total concentration of alkali titanate and binder in the slurry is preferably about 10 to 75% by weight. When the total concentration is less than 10% by weight, the production efficiency of the alkali titanate hollow body powder is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the total concentration exceeds 75% by weight, the viscosity of the slurry becomes high, and it becomes difficult to obtain a hollow body powder having a particle size (outer diameter) of 200 μm or less, and the particle size distribution becomes too wide. .

その後、この作製したチタン酸アルカリと無機酸化物とのスラリーを噴霧乾燥機により噴霧乾燥する。例えば、ディスク回転式の噴霧乾燥機を使用して噴霧乾燥する場合には、高速回転するディスク上にこのスラリーが供給され、遠心力によりこのスラリーが噴霧されて液滴となり、この液滴を200℃から800℃の高温で乾燥する。この際、液滴内部において水分の気化が生じる。そのとき、液滴内部の粒子は、水分の気化とともに液滴の外側に押しやられ、チタン酸アルカリ粒子と無機酸化物粒子で構成された殻からなる球状中空体の粉末が得られる。なお、噴霧乾燥機としてはディスク回転式の他、圧力ノズル式、二流体ノズル式、超音波ノズル式等種々の形態のものを使用することができる。このうち、圧力ノズル式はスラリーに高圧をかけてノズルから噴霧する方法である。また、二流体ノズル式はスラリーを圧縮空気やスチームと一緒に噴霧する方法である。   Thereafter, the produced slurry of alkali titanate and inorganic oxide is spray-dried by a spray dryer. For example, when spray drying is performed using a disk rotary spray dryer, the slurry is supplied onto a disk that rotates at high speed, and the slurry is sprayed into droplets by centrifugal force. Dry at a high temperature of from 800C to 800C. At this time, moisture is vaporized inside the droplet. At that time, the particles inside the droplets are pushed to the outside of the droplets along with the vaporization of moisture, and a spherical hollow body powder composed of a shell composed of alkali titanate particles and inorganic oxide particles is obtained. In addition to the disk rotating type, various types of spray dryers such as a pressure nozzle type, a two-fluid nozzle type, and an ultrasonic nozzle type can be used. Among these, the pressure nozzle method is a method in which high pressure is applied to the slurry and sprayed from the nozzle. The two-fluid nozzle method is a method in which slurry is sprayed together with compressed air or steam.

なお、噴霧乾燥して得られる中空体粉末の径(外径)は、ディスクの回転数やノズルの口径により調整することができる。通常、ディスクの回転数が大きいほど、ノズルの口径が小さいほど得られる粒子の径は小さくなる。このため、得られるチタン酸アルカリの中空体粉末の平均径(外径)を20から200μm、好ましくは50から150μmに調整すると良い。このように調整することで取扱が容易となる。また特に、この範囲のチタン酸カリウム粒子と無機酸化物粒子とからなる中空体粉末は摩擦調整剤として好適である。   The diameter (outer diameter) of the hollow body powder obtained by spray drying can be adjusted by the number of rotations of the disk and the nozzle diameter. In general, the larger the number of revolutions of the disk, the smaller the diameter of the particles obtained as the nozzle diameter decreases. For this reason, the average diameter (outer diameter) of the obtained alkali titanate hollow body powder is adjusted to 20 to 200 μm, preferably 50 to 150 μm. By adjusting in this way, handling becomes easy. In particular, a hollow powder composed of potassium titanate particles and inorganic oxide particles in this range is suitable as a friction modifier.

次に、噴霧乾燥して得られた中空体の粉末を熱処理する。この際、チタン酸アルカリが、チタン酸カリウム粉末の場合には熱処理温度を750℃以上1300℃以下で行うのが好ましい。チタン酸ナトリウムの場合には450℃以上900℃以下で行うのが好ましい。また、チタン酸リチウムの場合には850℃以上1200℃以下で行うのが好ましい。 かかる温度で熱処理することで、互いに隣接したチタン酸アルカリ粒子間同士が接触部で焼結または融着により結合する。図4は、このようにして作製したチタン酸カリウムとモース硬度6〜9の無機酸化物粒子との中空体粉末の走査型電子顕微鏡写真である。この図から解るように、棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状又は/及び板状の形状を有する隣接するチタン酸カリウム粒子が互いに焼結または融着により結合して内部に空洞を有する球状形状の中空体粉末が得られる。   Next, the powder of the hollow body obtained by spray drying is heat-treated. In this case, when the alkali titanate is potassium titanate powder, the heat treatment temperature is preferably 750 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. In the case of sodium titanate, it is preferably performed at 450 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. Moreover, in the case of lithium titanate, it is preferable to carry out at 850 degreeC or more and 1200 degrees C or less. By performing heat treatment at such a temperature, adjacent alkali titanate particles are bonded together by sintering or fusion at the contact portion. FIG. 4 is a scanning electron micrograph of a hollow body powder of potassium titanate thus prepared and inorganic oxide particles having a Mohs hardness of 6 to 9. As can be seen from this drawing, adjacent potassium titanate particles having a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular, and / or plate-like shape are bonded to each other by sintering or fusion to form a spherical shape having a cavity inside A hollow powder having a shape is obtained.

この中空体粉末は、隣接するチタン酸アルカリ粒子間と、チタン酸アルカリ粒子とモース硬度6〜9の無機酸化物粒子間とが結合してなる球状の殻構造から構成される。また、チタン酸アルカリ粒子とモース硬度6〜9の無機酸化物は、それぞれ独立して存在していてもよいし、接触界面で互いに拡散・焼結していてもよい。また、中空体粉末の破壊強度は2.0kg/cm以上であることが好ましい。かかる強度とすることで、他の材料と混合する際、流動性が良く、かつ、この殻を構成するチタン酸アルカリ粒子と無機酸化物粒子の各々が分離(分散)することなく混合することができる。このため、後述するように、この中空体粉末を摩擦材として他の成分と配合する際、例えばブレーキパッド等に成型する際の混合工程において、中空体粉末を構成するチタン酸アルカリ粒子と無機酸化物粒子を分離(分散)することなく、かつこの中空体粉末を比較的均一に分散(混合)できる。この結果、成型体の気孔率を上げることができ、耐フェード性、耐鳴き性等に優れた摩擦性能を実現することができる。 This hollow body powder is composed of a spherical shell structure formed by bonding between adjacent alkali titanate particles and between alkali titanate particles and inorganic oxide particles having a Mohs hardness of 6 to 9. In addition, the alkali titanate particles and the inorganic oxide having a Mohs hardness of 6 to 9 may be present independently, or may be diffused and sintered with each other at the contact interface. The breaking strength of the hollow body powder is preferably 2.0 kg / cm 2 or more. By setting such strength, when mixed with other materials, the fluidity is good, and the alkali titanate particles and the inorganic oxide particles constituting the shell can be mixed without being separated (dispersed). it can. For this reason, as will be described later, when this hollow body powder is blended with other components as a friction material, for example, in the mixing process when molding into a brake pad or the like, alkali titanate particles constituting the hollow body powder and inorganic oxidation The hollow body powder can be dispersed (mixed) relatively uniformly without separating (dispersing) the product particles. As a result, the porosity of the molded body can be increased, and friction performance excellent in fade resistance, squeal resistance, and the like can be realized.

なお、本発明における中空体粉末とは、粒子が内部空間を覆った殻構造を言う。例えば、風船状、ピンポン玉状などが挙げられる。この中空体粉末は、粒子によって完全に覆われた殻構造を有する必要はなく、部分的に裂け目、隙間、空隙及び/又は欠落を有する中空体粉末も含む。その平均径(外径)は20μmから200μmとするのが好ましい。かかる粒径とすることで取扱が容易となり、かつ、摩擦調整材として使用するに適したものとなる。なお、ここでの平均径とは、走査型電子顕微鏡写真の画像解析によって200個程度についてその径を測定し、それを平均した値を言う。   In addition, the hollow body powder in the present invention refers to a shell structure in which particles cover an internal space. For example, a balloon shape, a ping-pong ball shape, etc. are mentioned. This hollow body powder does not need to have a shell structure completely covered with particles, and also includes hollow body powders that partially have tears, gaps, voids, and / or gaps. The average diameter (outer diameter) is preferably 20 μm to 200 μm. Handling with such a particle size makes it easy to handle and suitable for use as a friction modifier. In addition, an average diameter here means the value which measured the diameter about 200 pieces by the image analysis of a scanning electron micrograph, and averaged it.

以上のように、本発明の第2の工程における中空体粉末の製造方法では、上記第1の工程により得られたチタン酸アルカリ粒子とモース硬度6〜9の無機酸化物粉末とを溶媒中に分散させスラリーを形成し、これを噴霧乾燥し、さらに熱処理することで、棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有する内部に空洞を有する中空体粉末を容易に製造することができる。この中空体粉末は他の成分と配合して成型体を形成する際、その形状のため流動性が良く比較的均一に分散でき、また、得られる成型体の気孔率も向上させることができる。この結果、この中空体粉末を構成するのがチタン酸カリウム粒子と無機酸化物である場合には、これを摩擦材として用いると、この摩擦材の耐熱性や耐フェード性などを向上させることができる。   As described above, in the method for producing a hollow body powder in the second step of the present invention, the alkali titanate particles obtained in the first step and the inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6 to 9 are contained in a solvent. By dispersing and forming a slurry, spray drying this, and further heat-treating, a hollow body powder having a hollow shape inside a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular and / or plate-like shape can be easily obtained Can be manufactured. When this hollow body powder is blended with other components to form a molded body, it can be dispersed relatively uniformly because of its shape, and the porosity of the resulting molded body can be improved. As a result, when the hollow body powder is composed of potassium titanate particles and an inorganic oxide, using this as a friction material can improve the heat resistance and fade resistance of the friction material. it can.

ここで、チタン酸アルカリの摩擦材中の配合量は、3.0〜50重量%とすることが好ましい。3.0重量%未満であると、摩擦摩耗特性の改善効果を発現させることができない場合があり、50重量%を超えると、摩擦摩耗特性の効果改善はそれ以上期待できないため経済的に不利となるためである。   Here, the blending amount of the alkali titanate in the friction material is preferably 3.0 to 50% by weight. If the amount is less than 3.0% by weight, the effect of improving the friction and wear characteristics may not be exhibited. If the amount exceeds 50% by weight, no further improvement in the effect of the friction and wear characteristics can be expected, which is economically disadvantageous. Because it becomes.

本発明の摩擦材の具体例としては、例えば基材繊維、摩擦調整剤及び結合剤からなる摩擦材を例示することができる。該摩擦材中の各成分の配合割合としては、基材繊維1〜60重量部、摩擦調整剤(チタン酸カリウムなどのチタン酸アルカリを含め)20〜80重量部、結合剤10〜40重量部、その他の成分0〜60重量部を例示できる。   As a specific example of the friction material of the present invention, for example, a friction material comprising a base fiber, a friction modifier and a binder can be exemplified. As a mixing ratio of each component in the friction material, 1 to 60 parts by weight of a base fiber, 20 to 80 parts by weight of a friction modifier (including alkali titanate such as potassium titanate), and 10 to 40 parts by weight of a binder. And 0 to 60 parts by weight of other components.

基材繊維としては、例えばアラミド繊維等の樹脂系繊維、スチール繊維、黄銅繊維等の金属繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ロックウール、木質パルプ及びチタン酸カリウム繊維等を挙げられる。これらの基材繊維は、分散性及び結合剤との密着性向上のために、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤あるいはリン酸エステル等の表面処理剤を施して用いても良い。   Examples of the base fiber include resin fibers such as aramid fibers, metal fibers such as steel fibers and brass fibers, carbon fibers, glass fibers, ceramic fibers, rock wool, wood pulp, and potassium titanate fibers. These base fibers may be used after being subjected to a surface treatment agent such as a silane coupling agent, a titanate coupling agent, or a phosphate ester in order to improve dispersibility and adhesion with a binder.

本発明の摩擦材における摩擦調整剤としては、本発明の中空体粉末に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、他の摩擦調整剤を併用してもよい。例えば、加硫または未加硫の天然、合成ゴム粉末、カシュー樹脂粉末、レジンダスト、ゴムダスト等の有機物粉末、カーボンブラック、黒鉛粉末、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、クレー、マイカ、タルク、ケイソウ土、アンチゴライト、セピオライト、モンモリロナイト、ゼオライト、あるいは銅、アルミニウム、亜鉛、鉄等の金属粉末等が挙げられる。   As the friction modifier in the friction material of the present invention, in addition to the hollow powder of the present invention, other friction modifiers may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, organic powder such as vulcanized or unvulcanized natural, synthetic rubber powder, cashew resin powder, resin dust, rubber dust, carbon black, graphite powder, molybdenum disulfide, barium sulfate, calcium carbonate, clay, mica, talc, Examples thereof include diatomaceous earth, antigolite, sepiolite, montmorillonite, zeolite, or metal powders such as copper, aluminum, zinc and iron.

結合剤としては、フェノール樹脂、メラニン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、DAP(ジアリルフタレート)樹脂、ユリア樹脂等の熱硬化性樹脂、天然ゴム、二トリルゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリイソプレンゴム、高分子エラストマー等のゴム又はエラストマー、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂及び熱可塑性液晶性樹脂等の熱可塑性樹脂等の有機質結合剤及びアルミナゾル、シリカゾル等の無機質結合剤を例示できる。   As binders, thermosetting resins such as phenol resin, melanin resin, epoxy resin, acrylic resin, DAP (diallyl phthalate) resin, urea resin, natural rubber, nitrile rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, chloroprene rubber, poly Examples thereof include rubbers such as isoprene rubber and polymer elastomers, elastomers, polyamide resins, polyphenylene sulfide resins, organic resins such as thermoplastic resins such as polyimide resins and thermoplastic liquid crystalline resins, and inorganic binders such as alumina sol and silica sol.

本発明の摩擦材には、前記各成分に加えて、必要に応じて防錆剤、潤滑剤、研削剤等の成分を配合することができる。本発明の摩擦材の製造に際しては、特に制限はなく、従来公知の摩擦材の製造方法に準じて適宜製造することができる。   In addition to the above components, the friction material of the present invention may contain components such as a rust inhibitor, a lubricant, and an abrasive as necessary. There is no restriction | limiting in particular in the case of manufacture of the friction material of this invention, According to the manufacturing method of a conventionally well-known friction material, it can manufacture suitably.

本発明にかかる摩擦材の製造方法の一例として、基材繊維を結合剤中に分散させ、摩擦調整剤及び必要に応じて配合されるその他の成分を組み合わせて配合することで摩擦材組成物を調整し、次いで金型中に該組成物を投入し加圧加熱して結着成形する方法が例示できる。   As an example of the method for producing a friction material according to the present invention, a base material fiber is dispersed in a binder, and a friction material composition is blended by combining a friction modifier and other components blended as necessary. An example is a method in which the composition is adjusted, and then the composition is put into a mold and heated under pressure to perform binder molding.

また、別の一例として、結合剤を二軸押出機にて溶解混練し、サイドポッパーから基材繊維、摩擦調整剤及び必要に応じて配合されるその他の成分を組み合わせて配合し、押出成形後、所望の形状に機繊加工する方法が例示できる。   As another example, the binder is dissolved and kneaded in a twin-screw extruder, and the side fiber is combined with the base fiber, the friction modifier, and other components blended as necessary, and after extrusion molding. An example of the method for machine-fiber processing into a desired shape can be given.

また、さらに別の一例として、摩擦材組成物を水等に分散させ抄き網上に抄き上げ、脱水してショート状に抄造した後、プレス機にて加熱加圧し結着成形し、得られた摩擦材を適宜切削・研磨加工して所望の形状とする方法を例示できる。   As yet another example, the friction material composition is dispersed in water, etc., and is made on a papermaking net, dehydrated and made into a short shape, and then heated and pressed with a press machine to form a binder. An example is a method of appropriately cutting and polishing the obtained friction material to obtain a desired shape.

本発明に係る中空体粉末の製造方法はその製造工程を簡略化でき、コスト的に有利である。また、本発明に係る中空体粉末の製造方法は容易に球状の中空体粉末を製造することができる。そして、これら製法により製造されるチタン酸カリウム粒子は繊維形状のものが少なく棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状あるいは板状等の特定形状を有する。また、中空体粉末は内部が空洞の殻構造の形状を有しており、流動性等の点で優位である。さらに、特に中空体粉末を構成するのがチタン酸カリウム粒子と無機酸化物粒子である場合には、これを摩擦材として用いた場合、低温から高温域までの広い温度範囲にわたって安定し優れた摩擦係数と耐摩耗性を有する。このため、この中空体粉末は、自動車,鉄道車両,航空機,各種産業用機器類等に用いられる制動部材用材料、例えば、クラッチフェージング用材料及びブレーキライニングやディスクパッド等のブレーキ用材料として好適である。   The method for producing a hollow body powder according to the present invention can simplify the production process and is advantageous in terms of cost. Further, the hollow body powder production method according to the present invention can easily produce a spherical hollow body powder. And the potassium titanate particle manufactured by these manufacturing methods has a specific shape, such as a rod shape, a column shape, a column shape, a strip shape, a granular shape, or a plate shape, with few fiber shapes. Further, the hollow body powder has a hollow shell structure inside, which is advantageous in terms of fluidity. Furthermore, in particular, when the hollow body powder is composed of potassium titanate particles and inorganic oxide particles, when used as a friction material, the friction is stable over a wide temperature range from low temperature to high temperature. Has modulus and wear resistance. For this reason, the hollow body powder is suitable as a brake member material used in automobiles, railway vehicles, aircraft, various industrial devices, etc., for example, a material for clutch fading, and a brake material such as a brake lining and a disk pad. is there.

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって本発明はこれに制限されるものではない。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, this is merely an example, and the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
平均粒径0.8mmの凝集体の酸化チタン(図1)8.7kgと粉末状炭酸カリウム2.7kg、チタン粉末447gおよび木屑897gを、内容積250リットル、直径19mm、長さ1430mm、3200g/ロッド、SS製の円柱状ロッドメディア3010kgを充填した振動ミル(中央化工機社製、商品名FV250)に充填し、さらにメタノール65g添加して、振幅8mm、振動数1000回/分、内温80℃で15分粉砕処理し混合物を得た。得られた混合物500gを上部が開放されたセラミックス製反応容器内に充填し、これを電気炉に入れ、12時間かけて室温から1050℃に昇温し、その後1000〜1100℃の範囲で5.5時間焼成した。その後、13時間かけて室温まで冷却し、常温まで冷却した後該焼成物を取り出した。この焼成物、即ち凝集状のチタン酸カリウムのSEM写真を図3に示す。かかる焼成物は凝集状であるため、この焼成物を解砕機(ホソカワミクロン社製、タービュライザ TX−8)で解砕し所望形状の焼成物Sを得た(第1の工程)。
Example 1
Aggregate titanium oxide (FIG. 1) 8.7 kg, powdered potassium carbonate 2.7 kg, titanium powder 447 g and wood chips 897 g with an internal volume of 250 liters, a diameter of 19 mm, a length of 1430 mm, 3200 g / Rod, filled into a vibration mill (manufactured by Chuo Kako Co., Ltd., trade name FV250) filled with 3010 kg of cylindrical rod media made of SS, added with 65 g of methanol, amplitude 8 mm, frequency 1000 times / minute, internal temperature 80 A mixture was obtained by pulverizing at 15 ° C. for 15 minutes. 500 g of the obtained mixture was filled in a ceramic reaction vessel having an open top, placed in an electric furnace, heated from room temperature to 1050 ° C. over 12 hours, and then in the range of 1000 to 1100 ° C. Baked for 5 hours. Then, it cooled to room temperature over 13 hours, and after cooling to normal temperature, this baked product was taken out. FIG. 3 shows an SEM photograph of this fired product, that is, aggregated potassium titanate. Since this baked product is agglomerated, this baked product was pulverized with a crusher (manufactured by Hosokawa Micron Corporation, Turbulizer TX-8) to obtain a baked product S having a desired shape (first step).

このようにして得られた焼成物Sは棒状、柱状及び/又は円柱状であった。また、その平均短径は3.0μm、平均長さ(平均長径)は5.9μm、平均アスペクト比は2.0であった(図3参照)。また、X線回折でこの焼成物を分析したところ6チタン酸カリウムの単相結晶であり、未反応の酸化チタンは含まれていなかった。このように、本発明の製造方法では簡便な方法により所望の組成のチタン酸カリウムを製造でき、かつその形状はWHOで推奨されている範囲(平均短径が3μm以下、平均繊維長が5μm以上及びアスペクト比が3以上の繊維状化合物以外)に含まれるものが多数を占めるものであった。   The fired product S thus obtained was rod-shaped, columnar and / or cylindrical. The average minor axis was 3.0 μm, the average length (average major axis) was 5.9 μm, and the average aspect ratio was 2.0 (see FIG. 3). Further, when the fired product was analyzed by X-ray diffraction, it was a single-phase crystal of potassium titanate and did not contain unreacted titanium oxide. Thus, in the production method of the present invention, potassium titanate having a desired composition can be produced by a simple method, and the shape is a range recommended by WHO (average minor axis is 3 μm or less, average fiber length is 5 μm or more. And other than the fibrous compound having an aspect ratio of 3 or more).

次に得られたこの焼成物Sを10kg、ジルコン(ZrSiO,モース硬度:約7.5)を0.3kg、エチルセルロース系バインダー(商品名:セルナWN405、中京油脂株式会社製)0.2kg、及び添加剤として特殊ポリカルボン酸アンモニウム塩(商品名:KE−511、互応化学工業株式会社製)0.1kgを、水10kgの溶媒中に攪拌して分散させ、焼成物Sのスラリーを作製した。このスラリーをディスクタイプの乾燥機にて、噴霧乾燥を行った。その際、噴霧乾燥の条件は、アトマイザーの回転数10000rpm、熱風温度250℃で行った。次に噴霧乾燥して得られた粉末を電気炉に入れ、900℃、2時間で熱処理を行った(第2の工程)。このようにして得られた中空体粉末の走査型電子顕微鏡写真を図4に示す。得られた中空体粉末の大きさ(外径)は50から100μmであった。また、異なる視野の中空体粉末の電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Microanalyzer)が付帯した走査電子顕微鏡によるZr像を図5に示す。この図中、黒い部分がジルコンの存在部分を表している。この図から解るように、ジルコンが比較的均等に分散した中空体粉末が得られていることがわかる。この中空体の破壊強度を硬度計(株式会社藤原製作所 デジタル硬度計KHT−40N型)で測定したところ、3.8kg/cmであった。また、中空体のSEM観察より、中空体粉末を構成する隣接するチタン酸カリウム粒子は接触部で完全に結合していた。 Next, 10 kg of the obtained fired product S, 0.3 kg of zircon (ZrSiO 4 , Mohs hardness: about 7.5), 0.2 kg of ethyl cellulose binder (trade name: Celna WN405, manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd.), Then, 0.1 kg of special polycarboxylic acid ammonium salt (trade name: KE-511, manufactured by Kyoyo Chemical Industry Co., Ltd.) as an additive was stirred and dispersed in a solvent of 10 kg of water to prepare a slurry of fired product S. . This slurry was spray-dried with a disk-type dryer. At that time, spray drying was performed at an atomizer rotation speed of 10000 rpm and a hot air temperature of 250 ° C. Next, the powder obtained by spray drying was placed in an electric furnace and heat-treated at 900 ° C. for 2 hours (second step). A scanning electron micrograph of the hollow body powder thus obtained is shown in FIG. The size (outer diameter) of the obtained hollow body powder was 50 to 100 μm. Further, FIG. 5 shows a Zr image obtained by a scanning electron microscope attached with an electron probe microanalyzer (EPMA) of hollow body powder having different visual fields. In this figure, the black part represents the presence part of zircon. As can be seen from this figure, a hollow body powder in which zircon is relatively uniformly dispersed is obtained. It was 3.8 kg / cm < 2 > when the fracture strength of this hollow body was measured with the hardness meter (Fujiwara Manufacturing Co., Ltd. digital hardness meter KHT-40N type). Moreover, from the SEM observation of the hollow body, the adjacent potassium titanate particles constituting the hollow body powder were completely bonded at the contact portion.

さらに、得られた中空体粉末15重量部、アラミド繊維(商品名:「ケブラーパルプ」、長さ3.0mm、東レ・デュポン株式会社製)3重量部、結合剤(フェノール樹脂)10重量部、有機添加剤(カシューダスト)9重量部、黒鉛潤滑剤10重量部、銅粉末8重量部、及び硫酸バリウム30重量部をミキサー(アイリッヒ社製、アイリッヒインテンシブミキサー)で十分に混合して金型に充填し、結着成型(加圧力:300kgf/cm、温度150℃、5分間)を行った。成型後、離型して熱処理(160℃で1時間保持後、210℃で5時間保持)を施した。その後、研磨加工を行い本発明の摩擦材を得た。なお、有機添加剤、潤滑剤は、通常摩擦材に添加されるものを使用した。得られた摩擦材の気孔率を測定した。また、摩擦材について、JASO C 406「乗車用ブレーキ装置ダイナモメータ試験法」による摩擦性能試験を行い、摩擦係数、対面損傷性を測定した。対面損傷性は、試験後の相手材の摩擦面の肉眼観察による磨耗状況を対比したものである(◎:摩擦損傷が極めて軽微、○:軽微、△:やや多い)。これらの測定結果を表1に示す。 Further, 15 parts by weight of the obtained hollow body powder, 3 parts by weight of aramid fiber (trade name: “Kevlar pulp”, length: 3.0 mm, manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.), 10 parts by weight of a binder (phenol resin), Die by thoroughly mixing 9 parts by weight of organic additive (cashew dust), 10 parts by weight of graphite lubricant, 8 parts by weight of copper powder, and 30 parts by weight of barium sulfate with a mixer (Eirich Intensive Mixer, manufactured by Eirich) Then, binding molding (pressing force: 300 kgf / cm 2 , temperature 150 ° C., 5 minutes) was performed. After molding, the mold was released and subjected to heat treatment (held at 160 ° C. for 1 hour and then held at 210 ° C. for 5 hours). Then, the grinding | polishing process was performed and the friction material of this invention was obtained. In addition, the organic additive and the lubricant that were normally added to the friction material were used. The porosity of the obtained friction material was measured. In addition, the friction material was subjected to a friction performance test by JASO C 406 “Brake device dynamometer test method for riding” to measure the friction coefficient and the face damage. The face-to-face damage property is a comparison of the state of wear by visual observation of the friction surface of the mating material after the test (◎: very little friction damage, ○: light, Δ: somewhat high). These measurement results are shown in Table 1.

(比較例1)
実施例1のジルコン(ZrSiO,モース硬度:約7.5)を0kg(無添加)とした以外は、実施例1と同様に中空体粉末を作製した。得られた中空体粉末の大きさ(外径)は50から100μmであった。この中空体の破壊強度を硬度計(株式会社藤原製作所 デジタル硬度計KHT−40N型)で測定したところ、3.8kg/cmであった。また、中空体のSEM観察より、中空体粉末を構成する隣接するチタン酸カリウム粒子は接触部で完全に結合していた。得られた中空体粉末を用い、実施例1と同様にして摩擦材を作製し、実施例1と同様にその磨耗係数等を測定した。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A hollow body powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of zircon (ZrSiO 4 , Mohs hardness: about 7.5) in Example 1 was changed to 0 kg (no addition). The size (outer diameter) of the obtained hollow body powder was 50 to 100 μm. It was 3.8 kg / cm < 2 > when the fracture strength of this hollow body was measured with the hardness meter (Fujiwara Manufacturing Co., Ltd. digital hardness meter KHT-40N type). Moreover, from the SEM observation of the hollow body, the adjacent potassium titanate particles constituting the hollow body powder were completely bonded at the contact portion. Using the obtained hollow body powder, a friction material was produced in the same manner as in Example 1, and its wear coefficient and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
実施例1のジルコン(ZrSiO,モース硬度:約7.5)を無添加として中空体粉末を製造し、替わりに、摩擦材を作製する際に、ジルコン(ZrSiO,モース硬度:約7.5)を0.75重量部加えた以外は実施例1と同様にして摩擦材を作製し、実施例1と同様にその磨耗係数等を測定した。その結果を表1に示す。実施例1は少ないジルコン添加量で、比較例2と同様の摩擦係数が得られている。
(Comparative Example 2)
A hollow body powder was produced without adding the zircon of Example 1 (ZrSiO 4 , Mohs hardness: about 7.5). Instead, when producing a friction material, zircon (ZrSiO 4 , Mohs hardness: about 7. A friction material was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.75 parts by weight of 5) was added, and its wear coefficient and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. In Example 1, the same friction coefficient as in Comparative Example 2 was obtained with a small amount of added zircon.

(実施例2)
実施例1のジルコン(ZrSiO,モース硬度:約7.5)を0.1kgとした以外は、実施例1と同様に中空体粉末を作製した。この中空体の破壊強度を硬度計(株式会社藤原製作所 デジタル硬度計KHT−40N型)で測定したところ、3.8kg/cmであった。また、中空体のSEM観察より、中空体粉末を構成する隣接するチタン酸カリウム粒子は接触部で完全に結合していた。得られた中空体粉末を用い、実施例1と同様に摩擦材を作製し、実施例1と同様にその磨耗係数等を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 2)
A hollow body powder was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of zircon (ZrSiO 4 , Mohs hardness: about 7.5) in Example 1 was changed to 0.1 kg. It was 3.8 kg / cm < 2 > when the fracture strength of this hollow body was measured with the hardness meter (Fujiwara Manufacturing Co., Ltd. digital hardness meter KHT-40N type). Moreover, from the SEM observation of the hollow body, the adjacent potassium titanate particles constituting the hollow body powder were completely bonded at the contact portion. Using the obtained hollow body powder, a friction material was produced in the same manner as in Example 1, and its wear coefficient and the like were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

表1からわかるように、本発明の中空体粉末ではジルコンを添加していることで、ジルコンを含まない中空体粉末(比較例1)より、これらを摩擦材とした場合に、高い摩擦係数を維持し、摩耗量を低下させることができる。また特に、ジルコンの添加量を調整することで、高い摩擦係数を維持したまま良好な対面損傷性を得ることができる。なお、ジルコンに代えて溶融アルミナ(モース硬度:約9)を用いた場合においても同様の効果が確認されている。   As can be seen from Table 1, by adding zircon in the hollow body powder of the present invention, a higher friction coefficient is obtained when these are used as friction materials than hollow body powder not containing zircon (Comparative Example 1). It can be maintained and the amount of wear can be reduced. In particular, by adjusting the amount of zircon added, good face-to-face damage can be obtained while maintaining a high friction coefficient. In addition, the same effect is confirmed also when using fused alumina (Mohs hardness: about 9) instead of zircon.

(実施例3)
また、実施例1の(第1の工程)の焼成パターンを、「7時間かけて室温から1050℃に昇温し、その後1000〜1100℃の範囲で5.5時間焼成した。その後、8時間かけて室温まで冷却し、常温まで冷却した」と変更した以外は、実施例1と同様にして焼成物を得た。かかる焼成物は短径が3μm以下で長径が5μm以上の繊維状のチタン酸カリウムを多く含む凝集体であったため、この焼成物を解砕し、所望形状(WHOで推奨されている範囲の形状)の焼成物(棒状、柱状又は/及び円柱状、平均短径:1.9μm、平均長さ(平均長径)4.1μm、平均アスペクト比2.3)を得た。この焼成物を、実施例1と同様に摩擦係数等の試験を行った結果、上記表1と同様の効果が確認された。
(Example 3)
Further, the firing pattern of Example 1 (first step) was “heated from room temperature to 1050 ° C. over 7 hours, and then fired in the range of 1000 to 1100 ° C. for 5.5 hours. Thereafter, 8 hours. The product was cooled to room temperature and then cooled to room temperature. " Since the fired product was an agglomerate containing a large amount of fibrous potassium titanate having a minor axis of 3 μm or less and a major axis of 5 μm or more, the fired product was crushed to obtain a desired shape (a shape in the range recommended by WHO). ) (Bar shape, columnar shape and / or columnar shape, average minor axis: 1.9 μm, average length (average major axis) 4.1 μm, average aspect ratio 2.3). This fired product was tested for the coefficient of friction and the like in the same manner as in Example 1. As a result, the same effect as in Table 1 was confirmed.

本発明にかかる凝集体の酸化チタンの走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the titanium oxide of the aggregate concerning this invention. 市販の顔料用酸化チタンの走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of a commercially available titanium oxide for pigment. 本発明の第1の工程により得られたチタン酸カリウムの走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of potassium titanate obtained by the first step of the present invention. 本発明にかかるチタン酸アルカリ粒子とモース硬度6〜8の無機酸化物粒子との中空体粉末の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of the hollow body powder of the alkali titanate particle concerning this invention, and the inorganic oxide particle of Mohs hardness 6-8. 異なる視野の中空体粉末の電子線マイクロアナライザ(EPMA:Electron Probe Microanalyzer)が付帯した走査電子顕微鏡によるZr像である。It is a Zr image by the scanning electron microscope attached to the electron beam microanalyzer (EPMA: Electron Probe Microanalyzer) of the hollow body powder of a different visual field.

Claims (16)

棒状、柱状、円柱状、短冊状、粒状及び/又は板状の形状を有するチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度6〜9の無機酸化物粒子が結合した中空体形状の殻からなる中空体粉末。   A hollow body powder comprising a hollow body-shaped shell in which alkali titanate particles having a rod-like, columnar, columnar, strip-like, granular and / or plate-like shape and inorganic oxide particles having a Mohs hardness of 6 to 9 are combined. 前記チタン酸アルカリ粒子の形状が、平均短径3μm以上10μm以下、平均アスペクト比が1.5以上10以下である請求項1に記載の中空体粉末。   The hollow body powder according to claim 1, wherein the alkali titanate particles have an average minor axis of 3 μm to 10 μm and an average aspect ratio of 1.5 to 10. 前記チタン酸アルカリの平均短径が1μm以上3μm以下、平均長径が3μm以上5μm以下である請求項1に記載の中空体粉末。   The hollow body powder according to claim 1, wherein the alkali titanate has an average minor axis of 1 µm to 3 µm and an average major axis of 3 µm to 5 µm. 前記中空体粉末の平均粒子径が20乃至200μmである請求項1乃至3のいずれかに記載の中空体粉末。   The hollow body powder according to any one of claims 1 to 3, wherein an average particle diameter of the hollow body powder is 20 to 200 µm. 前記チタン酸アルカリ粒子が6チタン酸カリウムの単相又は4チタン酸カリウム及び6チタン酸カリウムの混相からなる請求項1乃至4のいずれかに記載の中空体粉末。   The hollow body powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the alkali titanate particles are composed of a single phase of potassium hexatitanate or a mixed phase of potassium tetratitanate and potassium titanate. 前記モース硬度6〜9の無機酸化物粒子の含有量が、前記チタン酸アルカリ粒子に対して1〜3重量%である請求項1乃至5のいずれかに記載の中空体粉末。   The hollow body powder according to any one of claims 1 to 5, wherein a content of the inorganic oxide particles having a Mohs hardness of 6 to 9 is 1 to 3 wt% with respect to the alkali titanate particles. 請求項1乃至6のいずれかに記載の中空体粉末を摩擦調整材として含有してなる摩擦材。   A friction material comprising the hollow powder according to any one of claims 1 to 6 as a friction modifier. 平均粒径が0.1mm以上10mm以下の凝集体又は造粒体のチタン化合物及びアルカリ金属化合物を混合する工程と、該混合により得られた混合物を焼成させてチタン酸アルカリを製造する工程と、得られたチタン酸アルカリと、モース硬度6〜9の無機酸化物粉末を溶媒に分散させスラリーを形成する工程と、該スラリーを噴霧乾燥させる工程と、該噴霧乾燥させて得られた粉末を熱処理する工程と、を少なくとも含む中空体粉末の製造方法。   A step of mixing an aggregate or granulated titanium compound and an alkali metal compound having an average particle size of 0.1 mm or more and 10 mm or less, a step of firing the mixture obtained by the mixing and producing an alkali titanate, Dispersing the obtained alkali titanate and inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6-9 in a solvent to form a slurry, spray-drying the slurry, and heat-treating the powder obtained by spray-drying A process for producing a hollow body powder comprising at least the step of: 前記チタン化合物とアルカリ金属化合物を混合する工程を振動ロッドミルにより行う請求項8に記載の中空体粉末の製造方法。   The method for producing a hollow body powder according to claim 8, wherein the step of mixing the titanium compound and the alkali metal compound is performed by a vibration rod mill. 前記チタン化合物が酸化チタン、前記アルカリ金属化合物がカリウム化合物であり、前記混合物を焼成させてチタン酸アルカリを製造する工程を800℃以上1300℃以下で行う請求項8又は9に記載の中空体粉末の製造方法。   The hollow body powder according to claim 8 or 9, wherein the titanium compound is titanium oxide and the alkali metal compound is a potassium compound, and the step of producing the alkali titanate by baking the mixture is performed at 800 ° C or higher and 1300 ° C or lower. Manufacturing method. 前記焼成が、昇温速度0.5℃から2℃/分、焼成温度1000℃から1300℃でなされることを特徴とする請求の範囲第10項に記載のチタン酸アルカリの製造方法。   The method for producing an alkali titanate according to claim 10, wherein the baking is performed at a temperature rising rate of 0.5 ° C to 2 ° C / min and a baking temperature of 1000 ° C to 1300 ° C. 前記焼成が、昇温速度2 ℃から5℃/分、焼成温度1000℃から1300℃でなされることを特徴とする請求の範囲第10項に記載のチタン酸アルカリの製造方法。   The method for producing an alkali titanate according to claim 10, wherein the baking is performed at a temperature rising rate of 2 ° C to 5 ° C / min and a baking temperature of 1000 ° C to 1300 ° C. 前記噴霧乾燥させ得られた粉末の熱処理を750℃以上1300℃以下で行う請求項10乃至12のいずれかに記載の中空体粉末の製造方法。   The manufacturing method of the hollow body powder in any one of Claims 10 thru | or 12 which heat-processes the powder obtained by making it spray-dry at 750 degreeC or more and 1300 degrees C or less. 前記チタン化合物が酸化チタンであり、前記アルカリ金属化合物がカリウム、ナトリウム及びリチウムから選択される少なくとも1種からなる化合物である請求項8又は9に記載の中空体粉末の製造方法。   The method for producing a hollow body powder according to claim 8 or 9, wherein the titanium compound is titanium oxide, and the alkali metal compound is a compound composed of at least one selected from potassium, sodium and lithium. 前記チタン酸アルカリが6チタン酸カリウムの単相又は4チタン酸カリウム及び6チタン酸カリウムの混相からなる請求項8乃至13のいずれかに記載の中空体粉末の製造方法。   The method for producing a hollow body powder according to any one of claims 8 to 13, wherein the alkali titanate comprises a single phase of potassium hexatitanate or a mixed phase of potassium tetratitanate and potassium hexatitanate. 前記モース硬度6〜9の無機酸化物粉末の含有量が、前記チタン酸アルカリに対して1〜3重量%である請求項8乃至15のいずれかに記載の中空体粉末の製造方法。   The method for producing a hollow body powder according to any one of claims 8 to 15, wherein a content of the inorganic oxide powder having a Mohs hardness of 6 to 9 is 1 to 3 wt% with respect to the alkali titanate.
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