JPH02233551A - ハニカム状セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利ｍ分野 本発明は寸法精度に優れたハニカム状セラミックスを生
産性よく製造する方法に関し、本発明によって得られる
ハニカム状セラミックスは触媒担体用基体あるいはその
他一般構造材として使用される。

従来の技術 従来、触媒担体用基体としては一般に押出成形かラ１８
たハニカム状セラミックスが広く用いられており、この
製造方法は、一般にセラミックス粉末に、適当量の成形
助剤と水とを加え、混練し、押出成形後、非常に長時間
をかけた乾燥、焼成工程を経て得るものであった。

発明が解決しようとする課題 従来の製造方法では押出成形後、風乾するのが一般的で
あった。そのために必要条件として、セラミックス粉末
としてすべり性に優れたものを選び、混練後の成形材料
にはできるだけ添加する水分量を減らし堅めで調合する
様努めてきた。

しかし、現実には押出成形後の風乾中に発生するある程
度の型くずれは仕方のないことと考えられてきた。

したがって、このような従来の製造方法では、ハニカム
状セラミックスに優れた寸法精度を維持させながら、短
時間に生産するのは困難であり、そのため生産コストの
低減を図るのも困難であうた。

課題を解決するための手段 本発明は上記問題点を解消するために、原料となる無機
材料粉末に、ある温度以上になるとゲル化する性質を有
する結合剤を添加し、ハニカム状に押出成形した後、前
記結合剤がゲル化する温度以上であるとともに、界面活
性剤を含んでなる熱水中に浸漬し、ハニカム構造体を保
形させ、その後、乾燥、焼成することを特徴とする。

また、結合剤はメチルセルロース、ヒドロキシプロピル
メチルセルロースよりなる群から選ぶのが好ましい。

また、ハニカム構造体の乾燥には誘電加熱を使用すると
良く、さらにハニカム構造体の乾燥を貫通孔側から温風
を送りながら、誘電加熱を併用して行うとよい。

また、ハニカム構造体がＳｔｏ２　８０〜９０ｗｔ％＋
　　Ａｌｔｏ３　５〜１８ｗｔ％、Ｔ　ｌ　０２　　２
〜８ｗｔ％、Ｋ２０　０．４〜１。５ｗｔ％の組成を有
することが好ましい。

作　　　用 上記構成によると、結合剤がゲル化する温度以上にした
熱水中に、押出成形したハニカム構造体を直ちに浸漬し
、結合剤をゲル化させることにより、ハニカム構造体に
ある程度の機械的強度が得られ、型くずれ等の問題を回
避できる。しかし、この時、ハニカム構造体の開口率が
小さかったり、長さが長かったりすると、結合剤をゲル
化させるのに時間を要してしまい、ハニカム構造体の格
子に歪み、型くずれ等を発生させてしまう。したがって
、この結合剤のゲル化を促進させるために熱水中に界面
活性剤を添加すると、ハニカム構造体と水との湿潤性、
浸透性が改善される。その結果、ハニ゛カム構造体を熱
水中に投入すると瞬時に含水し、結合剤のゲル化速度を
速めることができ、ハニカム構造体の保形性を向上させ
ることができる。

また、寸法精度に優れたハニカム状セラミックスを得る
ことができる。

また、成形材料中に使用する結合剤にセルロース系のメ
チルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース
よりなる群から選ばれたものを使用すると、押出成形の
成形性、可塑性にも効果を発揮しながら、本発明の目的
とするゲル化工程という点においても約６０〜θ０゜Ｃ
という広い範囲においてゲル化温度を選択でき、ゲル化
させるための媒体とし．でも水という安価なものを使用
できるので生産コスト低減にも有効である。

また、乾燥に誘電加熱を使用すると、次のような特徴が
ある。

中加熱効率が高く、乾燥時間の短縮ができる。

●複雑な形状のものでも比較的均一な乾燥ができる。

●電波による加熱であるからエネルギー制御に遅れがな
い。

●被乾燥物のみ昇温し炉壁を加熱することがない。

したがって、本発明の目的とするハニカム構造体のよう
な複雑な形状のものでも、結合剤のゲル化により、ハニ
カム構造体を保形させた後、均一な乾燥が短時間で実行
でき、生産性が向上する。

本発明で用いる無機材料粉末としては、シリカ、アルミ
ナ、チタニア、ジルコニア、カオリン、タルク、ムライ
ト、アルカリあるいはアルカリ土類のチタン酸塩、コー
ジライト、炭化珪素、窒化珪素等を用いることができる
。しかし、乾燥方法に誘電加熱方式を使用する場合には
誘電体損失係数の小さな無機材料粉末（例えば溶融シリ
カ）を主成分とすることが好ましい。その理由は、誘電
加熱でハニカム構造体中の水分にマイクロ波が選択的に
吸収、加熱され、蒸発した後も、ハニカム構造体が部分
的に異常加熱される事がないので、乾燥が均一に行われ
、ハニカム構造体に亀裂、ひび割れが生じにくいためで
ある。

したがって、本発明の目的とする触媒担体用基体あるい
はその他一般構造材として使用するために必要な機械的
強度を宵するハニカム状セラミックスを製造するために
は、ハ二カム構造体がＳＩＯｓ　　８０”９０ｗｔ％＋
　　ＡｌｅＯａ　　５〜１８ｗｔ％、Ｔｉｅ２　２〜６
ｗｔ％１　Ｋ２０　　０．４〜１．５　Ｗ　ｔ　％の組
成を育することが好ましい。この組成のセラミックスは
耐熱衝撃性と機械的強度の両面に優れており、またＳ　
ｉ　Ｃｈを主成分としているので誘電加熱方式を使用し
てもハニカム構造体に亀裂、ひび割れをおこすことなく
製造できる。

本発明で用いる結合剤はある温度以上になると急激にゲ
ル化するものである。具体的には、セルロースエーテル
系のもので、メチルセルロース、メチルエチルセルロー
ス、ヒドロキシブ口ピルメチルセルロース等があげられ
る。これらは冷水には溶けて粘ちょうな溶液となるが、
熱水には溶けずゲル化する性質を持ったものである。た
とえば、メトローズ８０ＳＨ−４０００　（信越化学工
業、商品名）の場合、室温の水には溶けるが、６０℃以
上ではゲル化がおこる。これにより、ハニカム構造体の
保形性が維持される。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１） 再水和性アルミナを１０重量部、溶融シリカを８５重量
部、チタン酸カリウムを５重量部と結合剤としてメトロ
ーズ６０ＳＨ−４０００　（信越化学工業、商品名）を
７重量部混合し、その後適最の水を加え湿式混練した後
、ハニカム状に押出成形し、１０５ｍｍφ、長さ１　６
　３　ｍ　ｆｆｈ　　セル密度が３００セル／ｉｎ２（
セルピッチ１．　　５ｍｍ＋　　リブ厚０．２０ｍｍ）
の第１図に示すようなハニカム構造体を得た。その後、
第２図に示す工程に基づいて、アニオン系界面活性剤（
ジ拳オクチル●スルホ●コハク酸ナトリウム）が０．１
ｗｔ９Ａ含まれる９０℃の熱水中に１分間浸漬し、結合
剤（メトローズ８０ＳＨ−４０００）をゲル化させた。

ここで、結合剤をゲル化させるのに必要な所用時間の目
安としてはハニカム構造体を熱水中に浸漬し、気泡が出
なくなるまでと考えた。

その後、ハニカム構造体を熱水から引き上げ、約１５０
℃の温風を０．　　５　ｋ　ｇ／．ｃ　ｍ”で送り、格
子中に残留している余分な水分を除去した。その後、１
２０℃、２時間の熱処理を行い、充分な乾燥が行われた
後、ハニカム構造体を徐々に１２００℃まで焼成して１
時間ホールドし、ハニカム状セラミックスを得た。

その結果、ハニカム状セラミックスには型くずれなく、
優れた寸法精度を維持させることができた。

さらに、本実施例では界面活性剤としてアニオン系界面
活性剤（ジ●オクチル●スルホ拳コハク酸ナトリウム）
を使用したが、特にこれに限．字されることな《、カチ
オン系、ノニオン系のものでも同様な効果が確認された
。しかし、添加量を最も少なくして効果を発揮できるの
はアニオン系界面活性剤であった。また、添加量はそれ
ぞれの場合によって異なるが、大体０．１〜２．Ｏｗｔ
％含まれる熱水中であれば本発明の効果が期待できた。

また、上記実施例１の場合には、結合剤を５〜１０重量
部添加するのが望ましいことがわかった。

その理由は、結合剤が５重量部以下では熱水中でゲル化
させても充分な強度が得られない。また、１０重量部以
上添加してもほとんど差はなく、製造コストの点からも
好まし《ない。

また、ハニカム構造体を浸漬する熱水の温度は結合剤の
有するゲル化温度によって異なるが、大体結合剤の有す
るゲル化温度よりも少な《でも１０℃以上高温の熱水に
浸漬させないと充分な機械的強度の得られないことがわ
かった。

（比較例１） 実施例１と同様なハニカム構造体を押出成形で得た後、
９０℃の熱水中に４分間浸漬し、結合剤（メトローズ８
０ＳＨ−４０００．）をゲル化させた。その後、ハニカ
ム構造体を熱水から引き上げ、約１５０℃の温風を０．
５ｋｇ／ｃｍ２で送り、格子中に残留している余分な水
分を除去した。その後、１２０℃、２時間の熱処理を行
い、充分な乾燥が行われた後、徐々に１２００゜Ｃまで
焼成して１時間ホールドし、ハニカム状セラミックスを
得た。

その結果、ハニカム状セラミックスには中心部に格子の
歪みを生じた。その理由としては、本ハニカム構造体の
ようなセル密度が高く、長さの長いものの場合、結合剤
をゲル化させるのに時間がかかりすぎ、なかなか中心部
まで熱水が浸入して行きにくいためと考えられる。

（比較例２） 実施例１と同様なハニカム構造体を押出成形で得た後、
１２０℃、２時間の熱処理を行い、充分な乾燥が行われ
た後、徐々に１２００℃まで焼成して１時間ホールドし
、ハニカム状セラミックスを得た。

その結果、ハニカム状セラミックスにはかなり型くずれ
があった。具体的には、乾燥時に自重で下部の径が少し
大きくなっていた。また、下部ハニカム格子にも少し格
子のよれが生じていた。

（実施例２） 実施例１と同様なハニカム構造体を押し出し成形で得た
後、アニオン系界面活性剤（ジ●オクチル●スルホ舎コ
ハク酸ナトリウム）が０．１ｗｔ％含まれる９０゜Ｃの
熱水中に１分間浸漬し、結合剤（メトローズ８０８Ｈ−
４０００）をゲル化させた。その後、ハニカム構造体を
熱水から引き上げ、約１５０℃の温風を０．５ｋｇ／ｃ
ｍ’で送り、格子中に残留している余分な水分を除去し
た。その後、出力１．６ｋｗ，２４５０ＭＨ．のき電加
熱装置で８分間乾燥を行い、充分な乾燥が行われた後、
ハニカム構造体を徐々に１２００℃まで焼成して１時間
ホールドし、ハニカム状セラミックスを得た。

その結果、ハニカム状セラミックスには型くずれなく、
優れた寸法精度を維持させることができた。また、本実
施例では乾燥に誘電加熱を使用することにより、実施例
１における乾燥時間を大幅に短縮できた。

（実施例３） 実施例１と同様なハニカム構造体を押し出し成形で得た
後、アニオン系界面活性剤（ジ●オクチノレ会スノレホ
●コハク酸ナトリウム）が０．１ｗｔ％含まれる９０℃
の熱水中に１分間浸漬し、結合剤（メトローズ８０ＳＨ
−４０００）をゲル化させた。その後、ハニカム構造体
を熱水から引き上げ、約１６０゜Ｃの温風を０。５ｋｇ
／ａｍ’で送り、格子中に残留している余分な水分を除
去した。その後、出力１．５ｋｗ１　２４５０ＭＨ．の
誘電加熱装置で、貫通孔側から約１２０℃の温風を送り
ながら５分間乾燥を行い、充分な乾燥が行われた後、ハ
ニカム構造体を徐々に１２００℃まで焼成して１時間ホ
ールドし、ハニカム状セラミックスを得た。

れのなく、優れた寸法精度を維持させることができた。

また、本実施例では乾燥に誘電加熱と温風を併用するこ
とにより、実施例２よりもさらに乾燥時間を短縮できた
。

発明の効果 本発明によれば、ある温度以上になるとゲル化する結合
剤を用い、熱水中に界面活性剤を含ませたことにより、
従来問題となっていた型くずれを解決でき、寸法精度に
優れたハニカム状セラミックスを生産性よく製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の製造方法にて得られたハニ
カム状セラミックスの外観図、第２図は同実施例１の製
造工程図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）原料となる無機材料粉末に、ある温度以上になる
   とゲル化する性質を有する結合剤を添加し、ハニカム状
   に押出成形した後、界面活性剤を含み前記結合剤がゲル
   化する温度以上の、熱水中に浸漬し、ハニカム構造体を
   保形させ、その後、乾燥、焼成することを特徴とするハ
   ニカム状セラミックスの製造方法。
2. （２）結合剤がメチルセルロース、ヒドロキシプロピル
   メチルセルロースよりなる群から選ばれたものであるこ
   とを特徴とする請求項１記載のハニカム状セラミックス
   の製造方法。
3. （３）ハニカム構造体の乾燥に誘電加熱を使用すること
   を特徴とする請求項１または２記載のハニカム状セラミ
   ックスの製造方法。
4. （４）ハニカム構造体の乾燥を、貫通孔側から温風を送
   りながら誘電加熱を併用して行うことを特徴とする請求
   項３記載のハニカム状セラミックスの製造方法。
5. （５）ハニカム構造体が、ＳｉＯ＿２８０〜９０ｗｔ％
   ，Ａｌ＿２Ｏ＿３５〜１８ｗｔ％、ＴｉＯ＿２２〜６ｗ
   ｔ％、Ｋ＿２Ｏ０．４〜１．５ｗｔ％の組成を有するこ
   とを特徴とする請求項１、２、３または４記載のハニカ
   ム状セラミックスの製造方法。