JPH0212899B2

JPH0212899B2 -

Info

Publication number: JPH0212899B2
Application number: JP25343486A
Authority: JP
Inventors: Yukito Muraguchi
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1990-03-29
Also published as: JPS63107876A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は通気性多孔体及びその製造方法に係
り、特に珪質蝋石、石灰石、粘土という天然の安
価な原料を用い、焼成反応中に生ずるガラス相及
び固相反応を利用して得ることができる、細孔径
が均一な高特性通気性多孔体及びその製造方法に
関する。

［従来の技術］セラミツクの通気性多孔体は、その通気性や材
料の化学的安定性を利用して、従来より、食品工
業、水処理、養殖業等の広範な分野において、フ
イルターやエアレーシヨン部材として実用されて
いる。

従来より提供されているセラミツクス多孔体の
製造方法を、その原理により分類すると次のよう
なものが挙げられる。

焼成前空隙の利用ポリウレタンフオーム原料中にセラミツク
原料を混合しておき、フオーム化してから焼
成し、樹脂成分を除去する。

ポリウレタンフオームにセラミツクスラリ
ーをコーテイングして焼成する。

粒状樹脂をパツクしておき、生じた空間に
セラミツクスラリーを流し込み焼成する。

焼成過程の空隙の利用溶化開始前に焼結を止める。

焼成あるいは揮発物質を添加して焼成す
る。

粒子径分布の調整された骨材粒子に少量の
ガラス質フラツクス、結合材を添加して焼成
する。

珪藻土等の多孔質原料を結合材と混合して
焼成する。

ガラス分相利用（多孔質ガラス）ゾルーゲル法（シリカゲル等）結晶内空隙の利用（ゼオライト等）これらの製造方法により生成される多孔体のお
およその細孔半径範囲を示すと第１図のようにな
る。

［発明が解決しようとする問題点］従来の多孔体の製造方法のうち、焼成過程の
空隙を利用する方法は、細孔半径0.3〜50μｍ程度
の多様な用途を有する多孔体の製造に最適である
が、この方法のうち、は高い空隙率が得られ難
く、得られる多孔体は材質的に脆く、細孔が不規
則になり易い傾向がある。また、の方法は安く
多孔体を作るには良い方法であるが、この方法に
より得られる多孔体も細孔の大きさが不規則で脆
いものになり易い。の方法もまた工業的に有利
な方法とはいえないことから、従来においては、
大部分のものはの方法により製造されている。

しかしながら、の方法は、骨材（磁器質シヤ
モツト、アルミナ、チタニア、炭化珪素等）の平
均粒子径、粒子径分布を調整し、できる限り少量
のガラス質フラツクス（焼成中に骨材を結合する
もの）と粘土等の結合材を混合して焼成する必要
があるため、製造工程数が多く、低コストで効率
的に多孔体を製造することができないという欠点
がある。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は細孔径が均一で安価に製造することが
できる通気性多孔体及び、このような多孔体を、
における原料粒度分布幅を狭くするための分級
操作を必要とせず、かつ、ガラス質フラツクス
や、燃焼物質（例えばおが屑など）を用いること
なく、安価な天然原料を用い、焼成反応中に生ず
るガラス相及び焼結反応を利用して製造する方法
を提供するものであつて、 SiO₂70〜88重量％、CaO5〜23重量％及び
Al₂O₃5〜15重量％を含むことを特徴とする通気
性多孔体、及び珪質蝋石、石灰石及び粘土を、SiO₂70〜88重
量％、CaO5〜23重量％及びAl₂O₃5〜15重量％と
なるように配合して成形し、1000℃以上で焼成す
ることを特徴とする通気性多孔体の製造方法、を要旨とするものである。

即ち、本発明はCaO−Al₂O₃−SiO₂系タイル素
地について、次のような研究を行つた結果完成さ
れたものである。

CaO−Al₂O₃−SiO₂系の代表的な陶磁器として
は陶器質タイルがある。この素地のおおよその組
成はSiO₂58〜75重量％、Al₂O₃13〜25重量％、
CaO5〜９重量％（組成範囲を第２図のＩに示す）
で、原料は蝋石（パイロフイライト質、カオリン
質、Al₂O₃約13重量％以上）、石灰石及び粘土で
ある。第２図のの範囲の一例として、SiO₂73
重量％、Al₂O₃20重量％、CaO7重量％組成の調
合（以下「Ａ調合」と称す）のみかけ気孔率、収
縮率を第３図に示す。また、第２図のＩの範囲外
のものの例として、珪質蝋石（パイロフイライト
質、カオリン質、Al₂O₃約13重量％以下）、石灰
石、粘土を用いたSiO₂74重量％、Al₂O₃12重量
％、CaO14重量％組成の調合（以下「Ｂ調合」と
称す）の収縮率、みかけ気孔率を第３図に合せて
示す。第４図ａ，ｂにはＡ、Ｂ各調合のＸ線回折
パターンを、第５図ａ，ｂにはＡ，Ｂ各調合の細
孔径分布を各焼成温度に示す。

これら第３〜５図を考察することにより、次の
ようなことが分る。

即ち、第３図より、Ｂ調合の方が1200℃以下で
気孔率が大きく収縮率が小さい。

第４図よりＡ，Ｂ調合共にすでに1000℃ではゲ
ーレナイト（2CaO・Al₂O₃・SiO₂）、ワラストナ
イト（CaO・SiO₂）、アノルサイト（CaO・
Al₂O₃・2SiO₂）、が生成しており、Ａ調合では焼
成温度が高くなるにつれ、ゲーレナイト、ワラス
トナイトが消失してゆき、アノルサイトが多量に
生成されていく。同時にムライト（3Al₂O₃・
2SiO₂）、クリストバライト（SiO₂）も多くなつ
ていく。一方、Ｂ調合では、ゲーレナイト、ワラ
ストナイト、アノルサイトが生成するのはＡ調合
と同様であるが、ワラストナイト生成量が多く、
一度生成されたこれら鉱物が焼成温度が高くなる
につれ、減少していく傾向がある。

なお、第４図ａ，ｂ中の各記号は以下のものを
示す。

Ｑ……クオーツ、Ｃ……カルサイト、Ｆ……フ
エルスパー、Ｍ……ムライト、Ｐ……パイロフイ
ライト、Ｇ……ゲーレナイト、Cr……クリスト
バライト、Ｗ……ワラストナイト、α−Ｗ……α
−ワラストナイト、Ａ……アノルサイト。

一般に、Ａ調合のような、第２図のの範囲の
組成では、ゲーレナイト、ワラストナイトが生成
して消失する過程で、一時膨張が生じ、気孔率が
大きくなり、収縮率が小さくなることが知られて
いる（内装陶器質タイルではこの性質を利用して
寸法精度を良くしている）が、Ｂ調合でも同様に
一時膨張が生じ気孔率が大きくなつている。そし
て、第５図より、焼成温度が高くなるにつれ、細
孔径が大きくなるが、Ｂ調合はＡ調合に比べ、細
孔半径が大きくなるにつれ細孔径分布が均一にな
つていくという特徴があることが分る。

即ち、Ｂ調合では石灰石（CaCO₃）の分解で
生じたCaOとパイロフイライト、カオリン鉱物の
分解で生じたAl₂O₃、SiO₂成分と反応して生じる
ゲーレナイト、ワラストナイト、アノルサイトが
消失することにより、第２図のＥ点で示される共
融反応により、部分的に低融点の液相が生じ、こ
れが珪質蝋石中のクオーツ（石英（SiO₂）、一部
クリストバライトへ転移）粒子を結合したため
に、細孔径の非常に均一な多孔体が形成されたも
のと推定される。逆にＡ調合では、反応生成物で
あるアノルサイトが多量に残つているため、共融
反応が生じ難く、細孔径分布の不規則なものにな
つたと考えられる。

本発明者は、Ｂ調合のような傾向にある範囲を
求めるために、珪質蝋石、石灰石、粘土を用いて
種々の組成の調合試験をした結果、次のような知
見を得た。

(i) 第２図でＥ点に近い組成では1100℃以上で共
融反応が急激に進み気孔率が小さくなる。

(ii) Ｄ点に近い組成では、高気孔率のものは得ら
れたが、細孔径が均一になり難く、また脆いも
のとなり易い。

(iii) Ｆ点に近い組成では、気孔率が小さく気孔率
が均一になり難い。

(iv) SiO₂に近くなると、高気孔率は得られるも
のの脆くなり易い。

以上の知見をもとに、種々検討を重ねた結果、
SiO₂70〜88重量％、CaO5〜23重量％及びAl₂O₃5
〜15重量％、特に、気孔率、細孔の均一性、脆さ
の面からみて、SiO₂70〜80重量％、CaO10〜23
重量％、Al₂O₃5〜15重量％、即ち第２図のに
示す範囲が最もよい範囲となることを見出した。

従つて、本発明の通気性多孔体の成分組成は、
SiO₂70〜88重量％、CaO5〜23重量％及びAl₂O₃5
〜15重量％に限定され、その細孔直径は0.3〜50μ
ｍの極めて均一なものである。

しかして、このような本発明の通気性多孔体
は、天然原料で安価に供給される、珪質蝋石、好
ましくはパイロフイライト質及び／又はカオリン
質でAl₂O₃含量約13重量％以下のもの、石灰石及
び粘土を出発原料としてSiO₂70〜88重量％、
CaO5〜23重量％及びAl₂O₃5〜15重量％の組成物
とし、必要に応じて有機性バインダー等の成形助
剤を添加して常法により成形し、この成形体を
1000℃以上で焼成することにより、焼成反応中に
生ずる液相と固相反応により細孔径の均一な通気
性多孔体として容易に製造することができる。

ところで、多孔体の細孔径は、出発原料の粒子
径及び粒子径分布と密接な関連がある。本発明者
による試験の結果、珪質蝋石の粒度分布と石灰石
の粒度分布が近い程、焼成体の細孔径が均一にな
る傾向があることが分つた。従つて、珪質蝋石粒
度分布と石灰石粒度分布を任意の粒度にすること
で所望の一定の細孔径の多孔体が得られることに
なる。本発明の方法で用いる出発原料によれば通
常のボールミル細磨で得られたものを分級操作等
をすることなしにそのまま使用して、所望の粒度
のものとすることができる。

［実施例］以下実施例について説明する。

実施例１本発明の方法により多孔体の製造を行つた。用
いた原料の粒度分布を沈降法セデイグラフにより
測定した結果を第６図ａ〜ｃに示す。

珪質蝋石は、ボールミルの細磨時間を６時間
（第６図ａの）、９時間（同）及び９時間細磨
したものを撹拌式ミルで更に６時間細磨したもの
（同）を用いた。石灰石についてもボールミル
６時間細磨（第６図ｂの）、９時間細磨（同）
及び９時間細磨したものを撹拌式ミルで更に６時
間細磨したもの（同）を用いた。

粘土は、水ひ蛙目粘土（市販品。第６図ｃの
）とこれに撹拌式ミルで６時間細磨したもの
（同）を用いた。

第７図に示す粒径分布の原料を用い、珪質蝋石
70.2重量％、石灰石22.1重量％、粘土7.7重量％の
割合で、泥漿混合後、乾燥し、PVA0.7重量％添
加して含水率７重量％で300Kgｆ／cm²にてプレス
成形した。焼成は電気炉で７℃／分で昇温し、第
７図に示す最高温度に１時間保持して行い、その
後炉内自然冷却した。

多孔体の組成は、CaO14.0重量％、SiO₂74重量
％、Al₂O₃12重量％である。

得られた多孔体の細孔分布を第７図に示す。

また、これらの多孔体の単位面積、単位厚さ当
りの空気透過量を第８図に示す。

第７図及び第８図より、本発明によれば、安価
な原料を用いて、均一な細孔径を有する通気性の
高い多孔体を製造することができることが明らか
である。

実施例２珪質蝋石−石灰石−粘土の1200℃焼成体
の片面に珪質蝋石−石灰石−粘土の泥漿を
含浸させ、1000℃で再焼成して、２層構造の多孔
体を製造した。

第９図に、得られた２層構造多孔体の空気透過
量、含浸させた珪質蝋石−石灰石−粘土１
層の1000℃焼成体及び母材となる珪質蝋石−石
灰石−粘土の1200℃の焼成体の空気透過量を
示す。

第９図より、本発明によれば２層構造とするこ
とにより、同じ細孔径でもより低圧損の多孔体が
得られることが明らかである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の通気性多孔体は、
SiO₂70〜80重量％、CaO5〜23重量％及びAl₂O₃5
〜15重量％を含む、例えば、細孔直径0.3〜50μｍ
の極めて均一な細孔直径を有し、通気性の高い多
孔体であつて、フイルターあるいはエアレーシヨ
ン用部材として極めて有用である。

しかして、このような本発明の通気性多孔体
は、珪質蝋石、石灰石及び粘土の安価な天然原料
を用いる本発明の方法により、低コストで効率的
に製造することができる。

なお、本発明に係る多孔体は、焼成によりクリ
ストバライトを生成するため、材質的に200℃以
上の高温領域では使用できず、常温使用とする
が、食品工業、水処理、養殖業等の分野でのフイ
ルター、あるいはエアレーシヨン用部材として
は、何ら支障はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法により製造される多孔体の細孔
半径範囲を示す図、第２図はCaO−Al₂O₃−SiO₂
系相平衡図、第３図はＡ調合及びＢ調合のみかけ
気孔率及び収縮率と焼成温度との関係を示すグラ
フ、第４図ａ，ｂは各々Ａ調合及びＢ調合の粉末
Ｘ線回折パターンを示す図、第５図ａ，ｂは各々
Ａ調合及びＢ調合の細孔径分布を示すグラフ、第
６図ａ，ｂ及びｃは各々実施例１で用いた原料の
粒度分布を示すグラフ、第７図は実施例１で得ら
れた多孔体の細孔分布を示すグラフ、第８図は実
施例１で得られた多孔体の空気透過量を示すグラ
フ、第９図は、実施例２で得られた２層構造多孔
体及び各層構成多孔体の空気透過量を示すグラフ
である。

Claims

【特許請求の範囲】１ SiO₂70〜88重量％、CaO5〜23重量％及び
Al₂O₃5〜15重量％を含むことを特徴とする通気
性多孔体。２多孔体の細孔直径が0.3〜50μｍであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の通気性
多孔体。３珪質蝋石、石灰石及び粘土を、SiO₂70〜88
重量％、CaO5〜23重量％及びAl₂O₃5〜15重量％
となるように配合して成形し、1000℃以上で焼成
することを特徴とする通気性多孔体の製造方法。