일반기술

융제법에 의한 티탄산칼륨 섬유의 제조방법

본 기술은 융제법에 의한 티탄산칼륨 섬유의 제조방법에 관한 것이다.티탄산칼륨의 제조방법으로는 소성법, 용융법, 수열법 또는 융제법이 있으며 융제법은 이산화티탄과 탄산칼륨의 혼합물에 KCl-KF계, K2O-B2O3계, K2MoO4 또는 K2WO4계 등의 융제를 첨가하여 용융 반응시킴으로써 티탄산칼륨 섬유를 얻는 방법이다. 이 방법은 비교적 장섬유가 얻어지고 수율도 높은 이점이 있지만 KCl-KF계 용제를 사용하는 경우에는 높은 휘발성과 염소 및 불소를 포함하는 부식성 가스가 발생하는 단점이 있고, K2O-B2O3계 용제를 사용하는 경우에는 높은 점도로 인하여 티탄산칼륨 섬유의 분리가 어려우며, K2MoO4 또는 K2WO4계 등의 융제를 사용하는 경우에는 휘발이 없고 융제의 분리가 용이하지만 가격이 높은 단점이 있다.따라서 본 기술에서는 값싼 원료를 대상으로하여 낮은 반응온도에서 짧은 시간 반응시키며, 직접 출발원료로부터 육티탄산칼륨 섬유를 제조하므로 수율이 높고 융제를 회수하여 생산원가를 줄임으로써 경제적인 티탄산칼륨 섬유를 제조하였다.티탄산칼륨 섬유의 제조방법은 (1)티탄 산화물 및 탄산칼륨을 3:1 내지 7:1의 혼합몰비로 혼합하고 얻어진 혼합물에 대해 20 내지 80몰%의 비율로 융제를 혼합하는 단계, (2)얻어진 혼합물을 소성시켜 티탄산칼륨을 결정화하는 단계, (3)결정화된 반응생성물을 냉각하는 단계, (4)냉각된 생성물을 해섬처리하는 단계로 이루어진다.본 기술의 융제법에 의한 티탄산칼륨 섬유는 섬유경이 0.2 내지 1.0마이크로미터, 길이가 10 내지 20마이크로미터, /D비가10.0 내지 20이며, X선 회절분석의 동정 결과, K2Ti6O13단독상 섬유로 확인되었다. 이렇게 제조된 섬유는 내화 단열재, 플라스틱, 세라믹 또는 경금속의 보강재 또는 마찰재료 등, 섬유의 용도로 유용하게 사용될 수 있다본 기술의 티탄 산화물의 공급원으로는 시약용 이산화티탄, 공업용 이산화티탄 및 Ti2O를 함유하는 자연광물 루타일과 부르카이 등을 사용할 수 있다. 또한 이산화티탄과 탄산칼륨의 혼합물비(Ti2O/K2O)는 3내지 7의 범위이며, 바람직한 몰비는 6이다. 이는 가열 용융몰의 반응생성물인 초생상인 육티탄산칼륨으로 얻음으로써, 생산수율을 높일 수 있다.사용되는 융제는 K2WO4, K2MoO4, KCl 또는 K2P2O7 등이 있으며 특히 K2WO4, K2MoO4를 사용한다.제조방법은 티탄 산화물과 탄산칼륨 및 융제를 균일하게 혼합한 후, 혼합물을 전기로 등과 같은 통상의 가열로에서 800 내지 1,200도, 특히 1,000 내지 1,100도의 온도로 1 내지 7시간 가열, 용융시킨다. 가열온도와 시간은 결정의 길이 및 직경에 많은 영향을 미치기 때문에 온도와 시간을 조절하여 원하는 성상의 결정을 얻을 수 있다.반응이 끝난 후 원료는 티탄산칼륨의 결정으로 되며 이어서 이 결정 생성물을 냉각시킨다. 이 때, 냉각은 서냉시키는 것이 바람직하며, 서냉의 온도와 시간은 결정의 크기에 영향을 미치므로 서냉속도를 조절하여 원하는 성상의 섬유결정을 얻을 수 있다. 바람직한 서냉 속도는 0.5도/hr 내지 10도/hr 범위이다.냉각된 생성물은 해섬처리에 의해서 융제의 회수, 결정의 해섬 및 탈알칼리가 이루어진다. 해섬처리는 반응 생성물을 냉수, 비등수 또는 유기용매에서 침출하여 교반하는 것이며, 전형적으로는 비등수에서 3 내지 10시간 교반함으로써 이루어진다. 해섬 조작에 의해 결정은 안정한 섬유상을 갖게 되고, 공정중에 증발된 양을 제외한 95% 이상의 융제가 회수된다. 따라서 고가의 융제를 재사용함으로써 원가의 절감을 도모할 수 있으며 침출여액을 그대로 원료용액에 재사용하여 순환시킬 수 있으므로 매우 큰 원가의 절감을 가져올 수 있다