JPH05285929A - 中空状成形物の乾燥方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】無機粉体の中空状成形物の新規な乾燥方法を提
供する。 【構成】無機粉体の中空状成形物の成形後、該成形物の
中空部に強制的に通気することを特徴とする無機粉体成
形物の乾燥方法。 【効果】簡便であり、確実にひび割れ等のない完全な乾
燥成形物が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機粉体の中空状成形
物の新規な乾燥方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、セラミックス等の中空状成形物
は、種々の用途に応用されている。例えば、セラミック
スハニカム成形物は触媒担体やフィルターなど様々な用
途に利用されている。また、管状セラミックス成形物は
熱電対用の管や発熱体の保護管などの用途に利用されて
いる。

【０００３】セラミックスや活性炭などのような無機粉
体の中空状成形物は、原料に水を加えて練合または分散
し、しかる後成形および乾燥し、必要に応じて焼結して
製品とされている。

【０００４】中空状成形物の場合、この乾燥工程におい
て、室温下あるいは、乾燥機中で乾燥を行なうと、成形
物の外壁の表面からの水分の蒸発速度に比べて、成形物
の内壁の表面からの水分の蒸発が遅く、成形物の外壁
と、内部で乾燥速度のアンバランスを生じ、ひび割れを
生じる原因となっていた。

【０００５】従って、ひび割れなどの損傷が生じ易い中
空状成形物の乾燥に際しては、低温で緩慢に水分を蒸発
させるとか、成形物をビニール等で覆うなどして水分の
蒸発をコントロールしながら乾燥を行うことが必要とさ
れていた。

【０００６】また、乾燥初期の急激な乾燥を抑制するた
め、高温高湿下で乾燥する方法もある（新材料成形加工
事典，８４〜８７頁，「新素材成形加工事典」編集委員
会編，(株)産業調査会材料情報センター発行）。

【０００７】しかし、この方法を用いても、ひび割れの
少ない乾燥成形物を得ることはできなかった。また、乾
燥時間が非常に長くなってしまう。

【０００８】更には、熱凝固性多糖類を無機粉体に配合
し、成形物を加熱して熱凝固性多糖類を凝固させ、次い
でこれを乾燥する方法も提案されている（特開平３-１
３１５６２）。しかし、この方法においては、熱凝固性
多糖類が凝固するために、水分の蒸発を押さえる工程が
必要となる。

【０００９】前述のような従来方法では、未だ十分に乾
燥成形物のひび割れを防止することができていない。

【００１０】また、このような従来法では、乾燥工程に
かなり厳密な条件設定を施さなければ、乾燥成形物が生
産できない。このため、作業性、生産効率が悪くなった
り、得られる乾燥成形物によっては十分な注意をしても
なお、十分な乾燥が不可能なものもあった。

【００１１】また、成形物の特性上不利となるにも拘ら
ず、ひび割れしないように多くのバインダーを使用する
ことが必要であるなど不利益を余儀なくされていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】簡便な方法により、確
実にひび割れ等のない完全な乾燥成形物が得られるよう
な無機粉体の中空状成形物の乾燥方法の開発が望まれて
いた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、無機粉体の
中空状成形物について鋭意検討を行ない、無機粉体を中
空状に成形した後に、該成形物の空隙へ強制的に空気を
通気したところ、その後の高温での急速な乾燥に付して
も乾燥成形物は、ひび割れなどの損傷が生じにくいとい
う知見を得、更に検討を重ね、本発明を完成するに至っ
た。

【００１４】すなわち、本発明は無機粉体の中空状成形
物の成形後、該成形物の中空部に強制的に通気すること
を特徴とする無機粉体成形物の乾燥方法に関する。

【００１５】本発明における中空状成形物とは、管状成
形物、ハニカム状成形物、連通孔を有するフォームな
ど、中空部を有する成形物のことを指す。また、成形物
の両端が開口しているものでも、一方の端面だけが開口
しているものでもよい。特に本発明乾燥方法は、両端が
開口しているものに適している。とりわけ、開孔率２０
〜９５％のハニカム状成形物に特に有効である。該ハニ
カム孔の形状は、三角、四角等の多角形や円形など、任
意のものであって良い。

【００１６】また、該中空部とは、管状成形物の管内の
空隙部やハニカム状成形物のセル孔の空隙部などを指
す。

【００１７】また、成形物の原料は無機粉体であれば、
特に制限されるものではないが、主として工業用セラミ
ックス粉体や活性炭などが対象となる。

【００１８】工業用セラミックス粉体としては、シリ
カ、アルミナ、チタニア、マグネシア、フェライト、合
成コージェライト、ジルコニア、酸化ジルコニウム、ム
ライト、スピネル、チタン酸バリウム、ゼオライトなど
の酸化物、炭化ケイ素、炭化ホウ素等の炭化物、窒化ケ
イ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の窒化物、ホウ
化ジルコニウム、ホウ化チタン等のホウ化物、カオリ
ン、タルク、セピオライト、ヒドロキシアパタイトなど
を挙げることができる。

【００１９】ゼオライトのように乾燥の速いものの成形
物の乾燥に、本発明乾燥法は特に有効である。

【００２０】このようなゼオライトは、特に限定され
ず、天然ゼオライトおよび合成ゼオライトのいずれであ
ってもよい。また、二種以上を混合して使用しても良
い。このような天然ゼオライトとしては、チャバサイト
型、天然モルデナイト型、クリノプチロライト型、エリ
オナイト型等が挙げられる。合成ゼオライトとしてはＡ
型（水澤化学工業(株)製シルトンＢ^TM、ミズカシーブス
４Ａ^TM等）、Ｘ型（水澤化学工業(株)製ミズカシーブス
Ｘ^TM等）、Ｙ型（水澤化学工業(株)製ミズカシーブスＹ
^TM等）、合成モルデナイト型、ハイシリカ型（ＭＦＩ型
等）のいずれの型のものも用いられる。更には、Ｓｉ／
Ａｌ原子比や構造の異なるもの、また、他元素から構成
されるゼオライト等も用いることができる。

【００２１】また、無機粉体の成形用コンパウンドを調
整する際に添加するバインダーとしては、通常、使われ
るもので良い。

【００２２】例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニ
ルブチラール、ポリエチレングニコール、セルロース誘
導体などの合成樹脂類、アルギン酸、アラビアゴム、デ
キストリン、カードラン、パラミロンなどの天然多糖
類、粘土、カオリンなどの無機物質などが使用される。

【００２３】これらバインダーは通常、無機粉体に対し
て、１〜５０重量部使用される。

【００２４】例えば、ゼオライトをハニカム状に成形し
た際には、バインダー添加量が３０重量％より多い場合
には通常の乾燥方法でも比較的ひび割れが少ないが、１
〜３０重量％の場合には乾燥工程でひび割れが生じ易く
なる。

【００２５】通常、前記の無機粉体にバインダーと適量
の水を加え、無機粉体のコンパウンドを調製し、次にこ
れをハニカム状や管状等の所望の形状に成形する。

【００２６】成形方法は、特に限定されるものではない
が、コンパウンド調製に水を使用する場合には、成形方
法として、押出し成形、射出成形などを適用することが
できる。

【００２７】このようにして得られた成形物を本発明乾
燥方法に付すことによって、割れのない乾燥成形物が得
られる。具体的には、無機粉体成形物の成形後、該中空
状成形物の中空部へ強制的に通風すればよい。この工程
により、成形物内部（内壁）の乾燥が促進されるため、
成形物外表面と内部との乾燥速度の差が少なくなり、乾
燥初期に発生する成形物のひずみが抑えられ成形物の強
度も保たれる。この初期の乾燥が成形物の強度に大きく
影響し、このようにして得られた成形物はその後の乾燥
工程においても、ひび割れなどの損傷が生じにくい。

【００２８】この強制的に通風する方法は特に限定され
ない。具体的には、強力なファンの付いた乾燥機中に、
中空状成形物を風の向きと孔の向きが同じになるように
置く方法、ドライヤーや、コンプレッサーの風の吹き出
し口に、中空状成形物を置く方法などができる。また、
真空ポンプ等により中空部に存在する空気を吸引する方
法も適用できる。

【００２９】この際に、空気の出口を絞り通風を制御す
る方法や、中空状成形物の外壁部分のみを合成樹脂フィ
ルムや水で湿らせた不織布等でラップする方法によっ
て、中空状成形物の内部セル部分（内壁）のみに、通風
させることが好ましい。この方法によると、中空状成形
物全体に通風・乾燥する方法よりも、短時間で、ひび割
れのない乾燥成形物が得られる。

【００３０】通気させる空気は通常の大気や温風または
熱風であってもよい。通常の作業場条件下、例えば、室
温、通常の湿度の条件下の空気を用いることができる。
具体的には、温度は０℃より高く１５０℃以下、好まし
くは５〜１２０℃で、相対湿度（Ｒ.Ｈ.）は８０％以下
が良い。更に好ましくは７０％以下がよい。

【００３１】風量は成形物の孔を空気が通過するだけあ
れば良く、乾燥する成形物の形状や大きさ等によって適
宜決められる。例えば、成形物の両端が開口しているも
のの場合には、一方の開口端から他方の開口端へ空気が
通過すればよい。また、一方の端面のみ開口している場
合には、開口端の方から圧空を吹き付ける方法や中空部
に存在している空気を吸引する方法などにより、成形物
の中空部の空気を流通させればよい。

【００３２】成形物の乾燥は、本発明乾燥方法によって
乾燥成形物を得るまで完全に乾燥してもよいが、一方、
完全に乾燥してしまう必要はなく、乾燥による成形物の
初期収縮が終了するまででも良い。一般に、恒率乾燥期
終了程度まで初期乾燥すれば足りる。この初期収縮は無
機粉体の種類によって異なるので、使用される原料に応
じて、適宜、通気時間は定めればよい。

【００３３】この初期乾燥程度で通気を終了する場合に
は、その初期乾燥後、完全な乾燥成形物を得るために、
高温での静置乾燥、室温での自然乾燥など通常の乾燥方
法を用いれば良い。例えば、初期乾燥後、直ちに１１５
℃の乾燥機中に入れると、１〜２時間で成形物の乾燥を
行うことができる。

【００３４】更に成形物を乾燥後、必要により、焼結
し、所望の無機粉体焼結物を得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、中空状成形物を乾燥さ
せる際に、空気を成形物内壁に通風させることにより乾
燥時の成形物のひび割れが簡便に防止できる。

【００３６】この方法により、従来、特に、乾燥工程が
困難で手間がかかるとされていたハニカム状成形物が効
率良く簡便に製造することが可能である。

【００３７】

【実施例】

［製造例-１］ゼオライトハニカム成形物の製造 ７００グラム（固形分）のハイシリカ型合成ゼオライト
粉末（水澤化学工業（株）製ミズカシーブスＥＸ-１２
２^TM）に、５０グラム（固形分）のベントナイト粉末
（水澤化学工業（株）製ベンクレイ^TM）、５０グラムの
ガラス繊維（日本板硝子（株）製、マイクログラスチョ
ップドストランド^TMＲＥＳ０１５）及び２００グラム
（固形分）の木節粘土（丸尾カルシウム製）を加えた。
更に、１２.５グラムのカードラン（武田薬品工業
（株）製）及び３１.３グラムのヒドロキシプロピルメ
チルセルロース（２重量％水溶液の２０℃における粘
度：約２８,０００センチポイズ）および６.２グラムの
ポリエチレングリコール（三洋化成工業（株）製，マク
ロゴール６０００^TM）を加え、この混合物を卓上二軸混
練機で約１時間、乾式混合した。

【００３８】次いで、この混合物に蒸留水を水総量が４
４０グラムとなるように加えて、減圧下（約１００〜７
００mmHg）に約１時間、混練した。この混練において、
混練機のジヤケツトには１０℃の冷水を循環させ、混練
物を冷却した。

【００３９】このようにして得られた混練物をポリエチ
レン袋に入れ、約３〜５日間、室温乃至４０℃で熟成し
た。次に、これを押出成形機（本田鐵工社製ＤＥ-３５
型）に装填し、減圧下に混練して、ゼオライト成形用混
練固体組成物を得た。

【００４０】次に、ハニカム成形用金型を、上記押出成
形機に装着し、これを用いて、上記混練組成物をたて３
０mm×よこ３０mm、セル数３００個／平方インチの角柱
型ハニカム状に押出成形した。

【００４１】次にこれを長さ４０mmに切断し、ハニカム
状成形物を得た。

【００４２】［実施例-１］製造例-１で得られたゼオラ
イトハニカム成形物のセル孔に、２.５kグラム/cm²、
Ｒ.Ｈ.：０％、２４℃の圧空を３０秒間通風した。この
圧空はノズルを絞り、セル孔の内壁のみに接するように
し、ハニカム外壁には接し無いように行った。

【００４３】その後、該ハニカム成形物を、２４℃、
Ｒ.Ｈ.：４３％の条件下に２４時間の自然乾燥に付し
て、乾燥成形物を得た。

【００４４】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００４５】［実施例-２］製造例-１で得られたゼオラ
イトハニカム成形物のセル孔に、２.５kグラム/cm²、
Ｒ.Ｈ.：０％、２４℃の圧空を３０秒間通風した。この
圧空による通風はノズルを絞り、セル孔の内壁のみに接
するようにし、ハニカム外壁には接し無いように行っ
た。

【００４６】その後、該ハニカム成形物を、１１５℃、
Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間の加熱乾燥に付して、乾
燥成形物を得た。

【００４７】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００４８】［実施例-３］製造例-１で得られたゼオラ
イトハニカム成形物のセル孔に、Ｒ.Ｈ.：３％、８０℃
の温風を１２０秒間通風した。この温風による通風はセ
ル孔およびハニカム外壁に接するようにして行った。

【００４９】その後、該ハニカム成形物を、１１５℃、
Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間の加熱乾燥に付して、乾
燥成形物を得た。

【００５０】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００５１】［実施例-４］製造例-１で得られたゼオラ
イトハニカム成形物のセル孔に、Ｒ.Ｈ.：３％、８０℃
の温風を３０秒間通風した。この際、ハニカム成形物の
開口端をふさがないようにし、その外壁のみを合成樹脂
フィルムでラップし、温風が主にセル孔の内壁に接する
ようにして行った。

【００５２】その後、該ハニカム成形物を、ラップした
まま、１１５℃、Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間の加熱
乾燥に付して、乾燥成形物を得た。

【００５３】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００５４】［実施例-５］製造例-１で得られたゼオラ
イトハニカム成形物のセル孔に、Ｒ.Ｈ.：３％、８０℃
の温風を３０秒間通風した。この温風による通風は、ノ
ズルを絞り、セル孔の内壁のみに接するようにし、ハニ
カム外壁には接し無いように行った。

【００５５】その後、該ハニカム成形物を、１１５℃、
Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間の加熱乾燥に付して、乾
燥成形物を得た。

【００５６】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００５７】［実施例-６］実施例１〜５で得られた乾
燥成形物を電気炉（(株)モトヤマ製、SUPER BURN SB-20
25D型）内で、７００℃、２時間の焼成を行ったとこ
ろ、いずれも新たなひび割れ等は発生せず、良好な焼成
物が得られた。

【００５８】［比較例-１］製造例-１で得られたハニカ
ム成形物を、２４℃、Ｒ.Ｈ.：４３％の条件下に２４時
間の自然乾燥に付して、乾燥成形物を得た。

【００５９】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００６０】［比較例-２］製造例-１で得られたハニカ
ム成形物を、１１５℃、Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間
の加熱乾燥に付して、乾燥成形物を得た。

【００６１】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００６２】［比較例-３］製造例-１で得られたハニカ
ム成形物の開口端をふさがないようにし、その外壁を合
成樹脂フィルムでラップし、１１５℃、Ｒ.Ｈ.：１％の
条件下に２時間の加熱乾燥に付して、乾燥成形物を得
た。

【００６３】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表１〕に示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】［製造例-２］アルミナハニカム成形物の
製造 ２,５００グラム（固形分）のアルミナ（昭和電工(株)
製、AL-160SG-4）に１２５グラムのセラミックス成形用
バインダー（武田薬品工業(株)製，ビオポリー^TMＰ-
１）を加え、この混合物を卓上二軸混練機で約１時間、
乾式混合した。

【００６６】次いで、この混合物に蒸留水を５００グラ
ムとなるように加えて、減圧下（約１００〜７００mmH
g）に約１時間、混練した。この混練において、混練機
のジャケットには１０℃の冷水を循環させ、混練物を冷
却した。

【００６７】このようにして得られた混練物をポリエチ
レン袋に入れ、約３〜５日間、室温ないし４０℃で熟成
した。次に、これを押出成形機（本田鉄工社製DE-35
型）に装填し、減圧下に混練して、アルミナ成形用混練
固体組成物を得た。

【００６８】次に、ハニカム成形用金型を、上記押出成
形機に装着し、これを用いて、上記混練組成物を、たて
３０ｍｍ×よこ３０ｍｍ、セル数３００個／平方インチ
の角柱型ハニカム状に押出成形した。

【００６９】継ぐに、これを長さ４０ｍｍに切断し、ハ
ニカム状成形物を得た。

【００７０】［実施例-７］製造例-２で得られたアルミ
ナハニカム成形物のセル孔に、Ｒ.Ｈ.：３％、８０℃の
温風を３０秒間通風した。

【００７１】その後、該ハニカム成形物を、１１５℃、
Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間の加熱乾燥に付して、乾
燥成形物を得た。

【００７２】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表２〕に示す。

【００７３】［実施例-８］実施例-７で得られた乾燥成
形物を電気炉（(株)モトヤマ製、SUPER BURN SB-2025D
型^TM）内で、１,６００℃、２時間の焼成を行ったとこ
ろ、いずれも新たなひび割れ等は発生せず、良好な焼成
物が得られた。

【００７４】［比較例-４］製造例-２で得られたハニカ
ム成形物を、１１５℃、Ｒ.Ｈ.：１％の条件下に２時間
の加熱乾燥に付して、乾燥成形物を得た。

【００７５】上記と同様にして、５個の乾燥成形物を作
成した。その割れ特性を〔表２〕に示す。

【００７６】

【表２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機粉体の中空状成形物の成形後、該成形
   物の中空部に強制的に通気することを特徴とする無機粉
   体成形物の乾燥方法。
2. 【請求項２】中空状成形物がハニカム状成形物である請
   求項１記載の乾燥方法。