JPS5884162A - セラミツク製多孔質成形体及びその製造法 - 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】 本発明は、非多孔性無機物質を主原料とするセラミック
製多孔質成形体及びその製造法に関するものである。

近年多孔性無機物質の用途開発が急速に展開され、濾過
材、吸着材、吸音材、断熱材、触媒担体等の分野を中心
にして広範囲に使用されている。

この様な広範な分野への適用が検討される様になると、
素材のままの形状では取扱いの便や作用効果に対する影
響等の面において間軸が生じ、ベレット状、ビーズ状、
リング状、−にはハニカム状等に成形して使−用するこ
とが多くなった。これらの成形体は夫々の用途に応じて
最通のものが選択されるが、ガス体等の反応において用
いられる触媒担体の様に、圧損を嫌う用途ではハニカム
状のものが賞月されている。ところがハニカム構造体は
製造技術の面から見て大きな制約を受けており、ダイス
や成形ローブの加工技術そのものに限界があるから、あ
る程度以上の微細構造は得られない０例えばダイスを用
いる成形手段ではセルウオールの厚さは約１００＃Ｉが
限界であり、又ローラ成形手段でも５０μ以下とするこ
とは困難であり、結局七Ｍ数についても１平方インチ当
ｖ１０００室程度が限界とされている。この様なところ
からベレット状又はビーズ状が再注目され、これら成形
体にバインダーを加えてプレス成形したものが注目を集
めている。この様なプレス成形品には極めてＩ！ｉｋ＃
Ｉな空隙が存在しており、例えば触媒担体として用いた
ときの有効表面積がハニカム構造体に比べて相当広いと
いう利点を発揮する。ところがベレット自体の成形段階
及び２次成形段階の２度に亘ってバインダーを使用する
必要があり、製品の多孔質性に一＊１−与えるだけでな
く機械的強度に急影響を与えるという懸念もめる。又通
常の手段では、一旦成形したベレツ）ｔ−粉砕し篩い別
けしてからプレス成形を行なっているので、成形操作だ
けでも２倍必要であり、加工コストが高騰するという欠
点もめった。

本発明者等はこれらの事情に着目し、成形操作を一段で
行なうことができると共に、へ二カム構造体を陵駕し且
つ上記圧縮成形体に匹敵する様な＠細空隙構造を有する
多孔質成形体の製法會確立すべく研究を進めてきた。そ
の結果、多孔性無機物質を線状に押出成形してこれを所
定形状に集積させ、これを乾燥・焼成する方法を採用す
れば上記の目的が達成できることを知り、先に特許出願
を行なった。この先願発明によって得られる成形体は、
素材自体に無数の！＆細孔が内在すると共に線状押出物
同士の間にもｗ／ｉ＃ｔＩｌな空隙が無数に形成されて
いるので、全体として極めて良質の多孔質成形体となる
。

ところがその後の研究の結果、王妃先願発明によつ°Ｃ
得られる特長、殊に線状押出物同士の間に無数の＠相な
空隙が形成されるという特徴を利用すれば非多孔性無機
物質全素材とするセラミック製多孔質成形体においても
濾過材等への利用が可能であるという事実が確認された
。即ちセラミック製多孔質成形体としては、セラミック
ウール、セラミックフオーム或いはセラミック粒の圧縮
成形体等が知られて−るが、セフミツフラーＶは強度が
乏しく、またセフミックフオームは孔径の小さなものが
作り難く強度も乏しいという問題があり、また上記圧縮
成形体は前述の多孔性無機物質圧縮成形体の場合と同様
に成形操作が煩雑であると共に、バインダー総使用量の
増加によって強度面或いは使用温度の面で用途が制限さ
れるという問題があった。しかしながら、前記先願発明
の構成を非多孔性無機物質を素材とするセラミック製多
孔質成形体の製法に適用すれば、従来のセラミック成形
体を陵駕する強度を有すると共に、上記圧縮成形体に匹
敵するｗｋ細空隙構造を有する新しいセラミック製多孔
質成形体管得ることができる。

即ち本発明に係るセラミック製多孔質成形体とは、非多
孔性無機物質を素材とする線状押出物を所定形状に集積
させた焼結体であって、その全体形状即ち外径について
は任意に設肚すればよい。

またこの新酸形体を製造する方法として最適の手段は、
非多孔性無機物質の粉粒体にバインダーを添加混練し、
これを押出ダイスに設けたノズルから線状に押出すと共
に所定形状の成形ダイス内に充填し、乾燥及び焼結する
ことを骨子とするものであるが、上記成形ダイスとして
は任意の形状が利用され、選択された成形ダイス内の形
状に応じた集積塊が得られる。この様にして成形後乾燥
及び焼結して得られる焼結体は、線状押出物同士の間に
無数のａｍな空隙が残されており、前記セラミック粒の
圧縮成形体に比べて優れた表面性状をボす、尚成形体の
空隙率ｔｉ！に高めたいときは混練物中に適量の気孔形
成剤を添加すればよい、しかも前述ＥＥ＃成形体の様に
大量のバインダーｔ−便用する必要がなく、且つ製造装
置及び操作が簡単でよく生産コストを低く抑えることが
できる。

本発明成形体の素材として用いられる非多孔性無機物質
としては、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化
物、或いはその他の各種金属酸化物（例えばＡｇ２０ｓ
％５ｉｎ２、ｚｒｏ２、ＴｉＯ□等）等の酸化物を含む
非多孔性のものが挙げられ、使用目的に応じて任意に選
定すればよいが、各種溶融金属の濾過や高温排ガスの浄
化等の用途に適用する場合は、耐熱性及び耐熱衝撃性が
高く且つ化学的安定性の優れたムフイ）　（８Ａｅ２０
゜−２ＳｉＯ，）、コフンダム（ａ−Ａ１２０３人コー
ジェ１イト（２Ａ＃２０３−２Ｍｇ０−５Ｓｉ０２）等
が最も適している。この様な非多孔性無機物質は一般に
粉粒体として入手することができ、これを線状に押出す
に当ってはこれに水を加えて混練し適度の粘性を持たせ
る必要があるが、水だけでは不十分なときは他に適当な
バインダーを追加すればよい。

この場合の選択基準としては焼成工程で燃焼し残留分を
桟さないものであるか否かをチェックがインドにするこ
とが推奨され、かかる基準からすれば有機バインダーを
便用することが望まれるが、特に好適なものとしては殿
粉、小麦粉、ＣＭＣ。

ＰＶＡ等が挙げられ、これらは単独で配合してもよく或
いは２櫨以上を併用してもよい、尚バインダーの配合率
は、乾燥重量で８６−（対全混練物ン以Ｆとするのが好
ましく、この値を越えると焼結製品の強度が低下してく
るので推奨できない。

そしてこれらの混合・混練手段につめても制限はなく公
知の装置及びａｍ器を利用すればよいが、線状物の押出
しに当ってスクリュ一式押出成形機を用いる場合は、該
成形機のスクリューを利用して混練することもできる。

こうして混練された素材ｌま、上記スクリュ一式押出成
形機又は１ランジヤ一式挿出成形機等を用い、線状物の
押出しを行なう、この場合上記成形機の吐出部には、ｌ
〜数個のノズＡ／をｇ設した吐出ダイスが利用され、該
ノズルの断面形状又は断面積に応じた形状及び太さの線
状物が押出される。尚ノズルを工夫し中空状の線状物と
すれば、最終製品ヲ更に軽量化することができる。第１
図は断面円形のノズル１７に多数形成し友吐出ダイス２
から、多数本の線状物８が押出されている状況を示し、
吐出ダイス２の前方には成形ダイス４が配置されている
ので、上起線状物８は成形ダイス４内に充填収納される
。そして成形ダイス４＃′ｉ有限の鋳型であるから、上
記押出物８は自由方向に折り曲げられながら集積され、
ダイス４が充満されたときに押出しを停止する。面図に
示した成形ダイス４の中央部には突杆５を形成している
ので、成形された集積塊６は円筒型となる。尚参考写真
１．２は突杆５のない成形ダイス４′ＩＩ−用いて成形
した中実集積塊の焼結後の外観写真である。又図の成形
装置では線状物８會重力の作用方向に押出してい友が、
水平方向に押出す装置を使用する場合であっても、成形
ダイス４内への線状物８の充填完了をもって押出し停止
時期とするので、実質的には特段の不都合にない、得ら
れた集積塊は過当な方法で乾燥し、更に焼結に付して製
品とするが、乾燥及び焼結の条件についても本発明は制
限を設けておらず、素材やバインダーの種類、集積塊の
形状や大きさ等を考慮して最適の条件を定めればよい、
こうして得られる焼結製品は、線状押出物同士の間に形
成される無数の微細空隙を有するものであるが、糸状押
出物強度は、その断面積に比例して増大する。従って第
１図に示す成形方法において、糸状押出物断面積が増大
するに連れ、該押出物、曲げ強度も増大することから、
糸間隔即ち空隙が増大する。

しかして、第１図の成形ダイス内への充填に際して微細
空隙を得る為には、糸状押出物の曲げ強度に抗して充填
圧縮力を増大する必要があり、結果として糸状押出物は
多くの個所で折損することとなる。このことは、糸状押
出物の成形体としての表面剥離強度、或いは圧壊強度を
低下せしめ、また成形体としての通気抵抗（圧損）の面
でも、糸状押出物断面積が大きいことは成形体表面の開
口部を減少させる為、通気抵抗（圧損）は増大すること
となる。

本発明者は、以上の■成形体としての強度、■通気抵抗
、■濾過性能等全勘案した結果、糸状押出物断面積Ｆｉ
ｓｏｍ２以下において工業的に良好な結果が得られるこ
とを見い出している。もつとも線状押出物の断面形状（
円形、楕円形、半円形、三日月形、矩形、菱形、花弁形
、星形等）、集積塊の大きさ、集積塊の形状更には線状
押出物の詰め込み密度等に応じて最適断面積を選択すべ
きである。尚線状押出物は乾燥及び予熱によって多少縮
むので、吐出ダイスの設計に当ってはノズル径をやや大
きめにしておくのがよい。

−Ｅ配線状物の押出に当っては、吐出ダイスに只１つの
ノズｌＶｆ設けて行なうこともできるが、生産性を考慮
すると、２以上のノズ／Ｌ／′１に設けて同時に複数の
線状物を押出すことが推奨され、この場合はノズル毎に
断面形状及び／又は断面積の異なった線状物を押出すこ
とができ、用途に応じた製品構成にすることができる。

又集積塊の形状としては、第１図において、線状押出物
全目出方向に折り曲げて形成したものを例示したが、第
２図に示す様に集束ダイス４ａ内へ引き込んで束ねる様
に成形し、適当長さに切断したものや、或いは第１図に
おいて吐出ダイス２又は成形ダイス４のいずれか一方を
回転させながら押出しを行ない、線状押出物を巻回方向
に折り曲げて第８図に示す様な形状にしたものであって
もよい。

本発明は以上の様に構成されているので、ａｍな空隙を
無数に内在する焼結製品が極めて簡単に製造でき、その
取扱い性は極めて良好であると共に、該焼結製品の耐熱
性、耐熱衝撃性及び化学的安定性も極めて優れており、
溶融金属の濾過材やＷＪ編ガスの浄化用吸着材、高温反
応用触媒担体の様な高温条件への適用範囲を大幅に拡大
し得ることになった。

次に本発明の実施例を示す。

第１表に示す組成の原料素材を水と共に混練した後、ノ
ズＩし数がｌθ個／　１ｎｃｈ　、ノズル断面積が０．
５０關の吐出ダイスを用いて線状に押出しながら成形ダ
イスに充填し、５０ＷφＸ５０厘ｌの円柱状成形体を得
た。この成形体を乾燥した後、素材に応じた最適の温度
で５時間焼結してセラミック製多孔質成形体ｔ−得た。

この多孔性成形体の濾過材としての゛性能を第１表に一
括して示す、尚濾過性能は、ＪＩＳ　Ｚ　８９０１の試
験用ダストを用い、これｔ−溶媒に懸濁させて前記多孔
質成形体を通過させ、通過液中に含まれる粒子の最大粒
径（μｍ）をもってｆ過能力とじた。

また圧損は、風速２１１１７秒のときの圧損（ＭＡｇ）
で示した。

第　　　１　　　表 ◆寮験例４で使用した原料・素材はコージェライト

【図面の簡単な説明】 第１図は製造方法を示す概略断面図、第２図は要部概略
断面図、第８図は製品の一例を示す見取り図である。 出願人　　株式会社神戸製鋼所 奮ｙ 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （υ非多孔性無機物質からなる線状押出物を所定形状の
   集積塊とし、乾燥・焼結してなり、線状押出物同士の間
   に無数の微細な空隙を有するものであることを特徴とす
   るセラミック製多孔質成形体。 （２、特許請求の範囲第１項において、線状押出物の断
   面積が８０Ｍ１以下である多孔質成形体。 （３）特許請求の範囲第１項において、線状押出物の断
   面形状が中空である多孔質成形体。 （４）特１ｆｆ−請求の範囲第１〜８項いずれかにおか
   て、異なった断面形状及び／又は断面積の線状押出物か
   らなる集積塊として形成された多孔質成形体。 （５）特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにおいて、
   集積塊が線状押出物を束ねたものである多孔質成形体。 （６）特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにおいて、
   集積塊が線状押出物を自由方向に折り曲げて形成したも
   のでるる多孔質成形体。 （１）特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにおいて、
   集積塊が線状押出物を巻回方向に折り曲げて形成したも
   のである多孔質成形体。 （８）特許請求の範囲第１〜７項のいずれかにおいて、
   集積塊が厚内円筒状である多孔質成形体。 （９）非多孔性無機物質の粉粒体にバインダーを加えて
   混練し、これｔ＊出ダイスに設けたノズルから線状に押
   出すと共に所定形状の成形ダイス内に充填し、該ダイス
   内の形状に応じた集積塊を形成した後、乾燥及び焼結す
   ることを特徴とするセラミック製多孔質成形体の製造法
   。 （１Ｇ特許請求の範囲第９項において、全混練物中のバ
   インダー含有率を、乾燥重量で８６−以下とする多孔質
   成形体の製造法。 ａ１特許請求の範囲第９又は１０項において、多数のノ
   ズルを介して同時に多数の線状押出物を押出する多孔質
   成形体の製造法。 （２）特許請求の範囲第１１項において、異なった断面
   形状及び／又は断面積のノズルから押出しを行なう多孔
   質成形体の製造法。 （至）特許請求の範囲第１１又は１２項にνいて、線状
   押出物音束ねて集積する多孔質成形体の製造法。 α尋特許請求の範囲第９〜１２項のいずれかにおいて、
   線状押出物を成形ダイス空間内へ自由方向に折り曲けな
   がら充填する多孔質成形体の製造法。 （至）特許請求の範囲第９〜１２項のいずれかにおいて
   、吐出ダイスを回転させながら、線状押出物を成形ダイ
   ス内に充填する多孔質成形体の製造法。 Ｑ１特許請求の範囲第９〜１！！項のいずれかにおいて
   、成形ダイス全回転させながら、線状押出物全成形ダイ
   ス内に充填する多孔質成形体の製造法。