JPH0971482A - 多孔質セラミックス成形用スラリ−、及びそれを用いた多孔質セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質セラミックスは気孔径や気孔率が非常
に問題視され、そのコントロ−ルには合成樹脂粒子が一
般に使用されるが、脱脂時間等を考慮すると、特に発泡
ポリスチレン粒子が好ましいため多用されている。しか
しながら、発泡ポリスチレン粒子は比重が小さく軽いた
め、セラミックス・スラリ−中への均一分散が非常に困
難で分離しやすい。また、ブロック状や塊状の厚いも
の、大きいものの多孔体を得る方法は非常に難かしいも
のである。 【解決手段】 セラミックス粉末１００重量部、水再分
散性樹脂粉末１〜２０重量部、水硬性セメント５〜２５
重量部、所要量の水、及びセラミックス粉末と水硬性セ
メントの合計体積の５０〜３００体積％の合成樹脂粒子
を混合せしめることにより多孔質セラミックス成形用ス
ラリ−を生成する。また、このスラリ−を所要形状に成
形して焼成することにより多孔質セラミックスを製造す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質セラミック
ス成形用スラリ−、及びそれを用いた多孔質セラミック
スの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、多孔質セラミックスは、各種
のフィルタ−担体、吸音材、あるいは軽量耐火物等に有
用であり、既に数多くのものが実用化されている。そし
て、かかる多孔質セラミックスを製造するさいには、 所要形状のウレタンフォ−ムにセラミックス・スラリ
−を含浸せしめて焼成する方法 所要粒径の合成樹脂粒子や合成樹脂発泡粒子を圧縮手
段、有機溶剤処理手段、加熱処理手段、あるいは接着剤
塗付手段等により所要形状のおこし状に固め、これにセ
ラミックス・スラリ−を充填固化して焼成する方法（特
開昭５０−７５６０８号公報、特開昭６０−２５１１８
２号公報、特開平１−１５３５８０号公報、特開平６−
２２７８７４号公報参照） セラミックス・スラリ−に発泡樹脂粒子を混合して所
要形状に成形し、加熱手段により含有発泡樹脂粒子を除
去せしめたのち焼成せしめる方法（特開平６−２２７８
７３号公報参照） 坏土に発泡樹脂粒子を混合せしめ、所要形状に成形し
て焼成せしめる方法等が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多孔質セラ
ミックスにおいては、気孔径や気孔率が非常に問題視さ
れるものである。そして、そのコントロ−ルには合成樹
脂粒子が一般に使用されるが、脱脂時間等を考慮すると
特に発泡樹脂粒子、この中でも発泡ポリスチレン粒子が
好ましいため多用されている。しかしながら、かかる発
泡ポリスチレン粒子は、比重が小さく軽いため、セラミ
ックス・スラリ−中への均一分散が非常に困難であるの
みならず、分離しやすいものである。また、ブロック状
や塊状の厚いもの、あるいは大きいものの多孔体を得る
方法は非常に難かしいものである。

【０００４】このため、前記やの方法の場合には、
工程が非常に複雑化し、しかも、大量、かつ安定的な製
造が困難である。また、前記及びの方法の場合に
は、スラリ−の含浸を確実になし得るべくスラリ−粘度
の低下、吸引、圧力注入等が必要であり、ひいては、作
業が非常に煩雑化し、特に厚みのあるものや大版状のも
のは大層な作業を伴うのみならず、成形体の乾燥性や乾
燥収縮性等の面において問題を具有するものである。

【０００５】さらに、前記の方法の場合には、坏土に
流動性がないため発泡樹脂粒子を大量、かつ簡単に混入
することが困難であって、混練時に発泡樹脂粒子に不要
な圧力がかかり、その結果、成形体にクラックが入ると
いう欠点を有するものである。

【０００６】このため、セラミックス・スラリ−に有機
バインダ−として水溶性や水分散性の合成樹脂を配合せ
しめ、成形体の強度向上を図る方法が提案されている。
しかしながら、石膏型など水吸収性の型を使用する場合
には、型中に水分と共に吸収され、その効果が減殺され
るのみならず、型と成形体とが一体固化して脱型が困難
となるおそれがあるものである。また、乾燥時には水分
の表面移動に伴って合成樹脂分も成形体表層部に凝集す
る傾向があり、凝集した合成樹脂による表面皮膜を生
じ、ひいては、内部の乾燥の遅れや乾燥性の差異による
割れ、クラック等を生起せしめるのみならず、内部強度
の大幅な低下を生起せしめやすいものである。これは、
肉厚なもの程、また、促進乾燥を行う程生起しやすいも
のである。そして、かかる合成樹脂の表面皮膜は、焼成
時において有機物の燃焼によるガスによってセラミック
スが割れやすくなるという問題を生起せしめやすいもの
であり、そのため、焼成前の脱脂工程に時間がかかるの
が一般的であった。

【０００７】本発明者は、上記従来の問題点を解決する
ために鋭意研究を行った結果、水再分散性樹脂粉末をセ
ラミックス粉末に配合せしめることにより安定的に均一
分散せしめた多孔質セラミックス成形用スラリ−を生成
せしめることができ、これにより、また、水硬性セメン
トの併用とも相まって強度が大幅に向上せしめられると
共に成形体の乾燥に対して顕著な効果を奏し、成形・乾
燥・脱型、また必要により脱脂を極めて迅速、かつ確実
に行って肉厚のある大版形状の多孔質セラミックスを簡
単に、しかも大量に製造することが出来ることを見出
し、本発明を完成するに至ったものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この出願の第１の発明
は、セラミックス粉末１００重量部、水再分散性樹脂粉
末１〜２０重量部、水硬性セメント５〜２５重量部、所
要量の水、及びセラミックス粉末と水硬性セメントの合
計体積の５０〜３００体積％の合成樹脂粒子を混合せし
めてなることを特徴とする多孔質セラミックス成形用ス
ラリ−である。この出願の第２の発明は、上記の多孔質
セラミックス成形用スラリ−を所要形状に成形して、焼
成せしめることを特徴とする多孔質セラミックスの製造
方法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明におけるセラミックス粉末
としては、長石、珪石、陶石、カオリン、粘土、燐酸カ
ルシウムなど公知の天然無機陶磁器用原料、アルミナ、
ジルコニア、シリカ、フェライト、コ−ジライト、炭化
珪素、窒化珪素、各種の焼却灰、フライアッシュ、ある
いはサイアロンなど公知の人工無機原料を所要メッシュ
に粉末化して使用する。そして、かかるセラミックス粉
末原料は単独で、あるいは、必要に応じて適宜配合して
使用することが出来る。

【００１０】本発明で使用される合成樹脂粒子として
は、目的とする粒子径のものが得られる大きさ、例え
ば、粒径０．１mm〜５mm、好ましくは０．２mm〜３mmで
あって、脱脂時、及び又は焼成時に燃焼して空隙となり
得るものであればよい。例えば、ポリスチレン系樹脂、
ポリエチレン系、ポリプロピレン系等のポリオレフィン
系樹脂、ポリメタクリル酸樹脂等の樹脂からなる粒子が
挙げられ、これら樹脂粒子は発泡樹脂粒子であってもよ
い。中でも、少量の樹脂で同じ大きさの孔を設けられる
ことにより、経済性、その後の脱脂時、及び又は焼成時
の燃焼に係る時間が少なくなるという点から発泡樹脂粒
子が好ましい。具体的には発泡ポリスチレン系や発泡ポ
リメタクリル系粒子、例えば、三菱化学ビ−エ−エスエ
フ株式会社製のスチロボ−ル（登録商標）、エレンボ−
ル（登録商標）、クリアボ−ル（登録商標）等を発泡処
理したものである。これらの粒子は未発泡のまま使用す
ることができるが、通常発泡剤として有機溶剤を含有す
るため、６０℃〜１００℃に加熱すると発泡する。この
ため、単にセラミックス粉末と混合して成形体を生成せ
しめたさいには、乾燥や焼成時の昇温中に膨張して成形
体にクラックが発生し、焼成体に悪影響をおよぼすた
め、徐々に時間をかけて乾燥や焼成を行うと共に、有機
溶剤の除去が必要となる。さらに、有機溶剤を除去せし
めても焼成時に昇温すると分解ガスが多量に発生し、そ
の圧力でもって焼成体にクラックが発生するおそれがあ
り、長時間の脱脂を行ってかかるガス圧を低下せしめる
必要があるものである。そのため、予めある程度発泡さ
せたものを用いるのが好ましい。

【００１１】かかる合成樹脂粒子は、セラミックス粉末
と水硬性セメントの合計体積の５０体積％〜３００体積
％、好ましくは１００体積％〜３００体積％配合せしめ
る。セラミックス粉末と水硬性セメントの合計体積に対
する合成樹脂粒子の体積が５０体積％未満の場合には軽
量性が不十分となり、また、３００体積％を越える場合
には成形体の強度や焼成体の強度が低下するのみなら
ず、乾燥・焼成時の強度が不十分となってクラックなど
を発生せしめやすいものである。

【００１２】水再分散性樹脂粉末は、セラミックス粉末
に混合して使用することにより、その乾燥効果とバイン
ダ−効果とでもって強度が大幅に向上せしめられると共
に、成形体の乾燥に対して顕著な効果を奏する。

【００１３】かかる水再分散性樹脂粉末としては、ポリ
酢酸ビニル、酢酸ビニル共重合体、あるいはアクリル樹
脂系のエマルジョンを噴霧乾燥することによって得られ
る、所謂水再分散性樹脂粉末を使用する。そして、かか
る水再分散性樹脂粉末のガラス転移温度は、好適な造膜
形成の面から−５℃以上が好ましく、−５℃未満の場合
には凝集して付着しやすく、また、逆にガラス転移温度
が高くなりすぎると造膜形成が不充分となりやすいた
め、好ましくは０〜２０℃である。なお、高めのガラス
転移温度を有する水再分散性樹脂を用いる場合には、乾
燥温度を高くして時間をかけたり、あるいは可塑剤や造
膜助剤を加えるとよい。また、セラミックス粉末に対す
る水再分散性樹脂粉末の添加量は、セラミックス粉末の
種類、水再分散性樹脂粉末の種類、製造されるべき焼結
体の特性等によって異なるが、通常は１〜２０重量部、
好ましくは１．５〜１０重量部である。かかる水再分散
性樹脂粉末の添加量がセラミックス粉末に対して１重量
部未満の場合には、成形体の機械的強度が不充分となっ
て焼成時にクラックを発生しやすく、また、２０重量部
をこえる場合には、機械的強度に問題ないが成形時の型
への付着が生じて脱型が困難となるのみならず、セラミ
ックス粉末の特性を減殺せしめやすいものである。

【００１４】これら水再分散性樹脂粉末は、住友化学工
業株式会社製のスミカフレックス（登録商標）ＲＰ−１
００Ｓ、ＲＰ−１１０、三菱化学ビ−エ−エスエフ株式
会社製のアクロナ−ル（登録商標）ＤＳ−６０２９、Ｄ
Ｓ−６０３１、ヘキスト合成株式会社製のモビニル（登
録商標）ＤＭ２００、ＤＭ２８９、８４３、ＳＡ、Ｅ４
５等の商品名で市販されている。なお、かかる水再分散
性樹脂粉末の製造方法については、特開昭４７−８１８
８号公報、特開昭５９−１９９７０３号公報、特開平６
−２４８２０号公報等に開示されている。

【００１５】水硬性セメントとしては、アルミナセメン
ト、ポルトランドセメント、その他水硬性無機バインダ
−を使用し、特にポルトランドセメントが価格的な面か
ら好ましい。そして、かかる水硬性セメントは、セラミ
ックス・スラリ−を成形するさいの乾燥性を良好にせし
めると共に、成形体の強度を大幅に向上せしめるもので
ある。なお、水硬性セメントを使用すると、その水硬性
のために３０分〜３時間で硬化するため、セラミックス
・スラリ−の貯蔵や供給面である程度の制約をうける反
面、早い段階で強度の向上が可能となり、特に厚みのあ
るものの内部乾燥性に優れている。水硬性セメントの使
用量は、セラミックス粉末１００重量部に対して５〜２
５重量部、好ましくは６〜２０重量部である。かかる水
硬性セメントの配合量がセラミックス粉末１００重量部
に対して５重量部未満の場合には成形体の乾燥効果が小
さく、また、２５重量部を越える場合には乾燥性が良好
である反面、焼成後における強度への悪影響が大きくな
るものである。

【００１６】その他、セラミックス粉末に対して、例え
ば約１５〜４５重量％となるように所要量の水が添加さ
れるのが好ましい。なお、かかる水のほか、苛性ソ−
ダ、珪酸ソ−ダ、水ガラス、リン酸エステル等の無機解
膠剤、ジエチルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、ピリ
ジン、ポリアクリル酸塩などの有機解膠剤、ステアリン
酸、オレイン酸、ナフテン酸等の粉砕助剤、その他、分
散剤、湿潤剤、減水剤、流動化剤、高性能流動化剤、乳
化剤等を必要に応じて添加せしめることが出来る。

【００１７】本発明のセラミックス・スラリ−は、前記
したセラミックス粉末、水再分散性樹脂粉末、合成樹脂
粒子、水硬性セメント、及び水をボ−ルミ−ルやチュ−
ブミルなど公知の粉砕機中で混合、調製される。水再分
散性樹脂粉末を用いることにより、用いない場合に生じ
ていた問題点、即ち、合成樹脂粒子を均一に混合させに
くいという問題を解決するのみならず、分離を生じるこ
となく非常に安定的に均一分散して適正粘度のセラミッ
クス・スラリ−を好適に調製することができる。特に、
水硬性セメント及び合成樹脂粒子以外の成分を予め混合
しておき、使用前に水硬性セメントと合成樹脂粒子を添
加して本発明のセラミックス・スラリ−を調製するのが
貯蔵性、生産性の点から望ましい。

【００１８】生成したセラミックス・スラリ−は、鋳込
成形、押出し成形、型への流し込み、コテ塗布、あるい
はバコ−タ−塗工等により所定の形状に成形する。次い
で、室温、又は加熱により乾燥硬化せしめる。この際、
薄いもので３時間以上、厚いもので６時間以上放置せし
める。しかるのち、脱型し、更に乾燥させる。かかる乾
燥は８０℃前後で１２時間行うとよい。本発明のもの
は、特に厚手のものに効果的であり、１cm〜３０cm、好
ましくは１．５cm〜２０cmであり、ブロック状、塊状の
ものも容易に生成することが出来る。

【００１９】成形体の焼成は、一般的な昇温速度である
平均１５０℃／hrで７００℃〜１５００℃に昇温せしめ
て焼成する。このさい、特別な脱脂工程は必要とされ
ず、必要な場合には１５０℃まで２hr、４００℃まで４
hrかけて脱脂を行い、その後１５０℃／hrで７００〜１
５００℃まで昇温し焼成する。これは、成形体の強度が
大きいこと、及び成形体の表層に樹脂の層がないために
分解ガス圧の影響を受けにくく、ひいては、分解ガス圧
の揮散がスム−ズになしうるものと推測される。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を示すが、本発明
はこれに限定されるものではない。

【００２１】実施例１〜９、および比較例１〜４ 表１に示す配合割合に基づき、セラミックス原料にアク
リル樹脂系水再分散性樹脂粉末（商品名：アクロナ−ル
ＤＳ−６０３１、ガラス転移点１０℃、三菱化学ビ−エ
−エスエフ株式会社製）、解膠剤、および一次水（２２
重量部）を添加してボ−ルミルにより粉砕混合して一次
スラリ−を調製した。次いで、調製した一次スラリ−に
ポルトランドセメント、発泡樹脂粒子、および粘度調整
の為の二次水を加え、混練機で３０分間にわたって強制
混練して二次スラリ−を調製した。しかるのち、かかる
二次スラリ−を縦４０mm、横４０mm、深さ１００mmの樹
脂型に流しこんで成形し、所要時間後に脱型して８０℃
下で１２hr乾燥せしめた。そして、得られた成形体につ
いて目視によるワレを検査すると共に、三点曲げ強度試
験法により曲げ強度を測定した。その結果を表２に示
す。次いで、昇温速度１５０℃／hrで１２００℃に昇温
して焼成せしめた。得られた焼成体についても、目視に
よるワレを検査すると共に、曲げ強度、および気孔率を
測定した。その結果を併せて表２に示す。

【００２２】比較例５ 表１に示す配合割合に基づき、セラミックス原料にアク
リル樹脂系樹脂水性分散液（商品名：アクロナ−ルＹＪ
−３０４２Ｄ、ガラス転移点２℃、三菱化学ビ−エ−エ
スエフ株式会社製）、解膠剤、及び水２４重量部を添加
してボ−ルミルにより粉砕混合して一次スラリ−を調製
した。次いで、調製した一次スラリ−にポルトランドセ
メント及び発泡樹脂粒子を加え、混練機で３０分強制混
練して二次スラリ−を調製した。以下、実施例と同様に
操作して成形を行った。

【００２３】

【発明の効果】本発明は上述のように構成されているか
ら、水再分散性樹脂粉末をセラミックス粉末に配合せし
めることにより水再分散性樹脂粉末と発泡樹脂粒子を安
定的に均一分散せしめた多孔質セラミックス成形用スラ
リ−を生成せしめることができ、これにより、水硬性セ
メントの併用とも相まって強度が大幅に向上せしめられ
ると共に、成形体の乾燥に対して顕著な効果を奏し、成
形・乾燥・脱型、また必要により脱脂を極めて迅速、か
つ確実に行って肉厚のある大版形状の多孔質セラミック
スを簡単に、しかも大量に製造することが出来る。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックス粉末１００重量部、水再分散
   性樹脂粉末１〜２０重量部、水硬性セメント５〜２５重
   量部、所要量の水、及びセラミックス粉末と水硬性セメ
   ントの合計体積の５０〜３００体積％の合成樹脂粒子を
   混合せしめてなることを特徴とする多孔質セラミックス
   成形用スラリ−。
2. 【請求項２】請求項１記載の多孔質セラミックス成形用
   スラリ−を所要形状に成形し、焼成せしめることを特徴
   とする多孔質セラミックスの製造方法。