JPS6022667B2 - セラミツク基材の成形法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック基材の成形法に関する。

従来セラミック基材の成形法としては、■たとえばアル
ミナ，コージェライト，ステアタィト等Ｚのセラミック
素材と熱可塑性樹脂を混合し、加熱下に成形して冷却す
る方法、■セラミック素材とウレタン樹脂とを溶媒の存
在下に混合し成形後直ちに水と接触させて硬化させる方
法、■セラミック素材に木節粘土および水を混合して水
練り成形し、自然乾燥する方法、■前記■の成形法にお
いて乾燥を凍結時におこなう方法、が知られている。し
かしながら前記■および■の方法においては、使用溶媒
の処理、成形品を競結する際の糠ガスの処理が厄介であ
り、また■の方法は乾燥に時間がかかるため成形した後
乾燥するまでに成形物が変形するという欠点を有する。

■の方法は乾燥中の成形物の変化を抑えることができる
が、乾燥に長時間を要するという点で十分満足のいくも
のではない。本発明らはこれら従来法の欠点を克服する
ため種々研究した結果、前記■の方法において従来セラ
ミック成形に全く用いられていない山皮をセラミック素
材と混合して成形すると冷凍下での乾燥時間が著しく短
縮できることを見いだした。

すなわち本発明は、セラミック基材を水練り成形した後
凍結して乾燥するセラミック基材の成形法において、固
形分に換算して少なくとも２％が山皮であるセラミック
基材を用いることを特徴とするセラミック基材の成形法
である。本発明においてセラミック基材とはセラミック
成形品を製造するに際し、水と混合して水練り成形する
原料を意味する。

このセラミック基材の固形分は通常山皮単独もしくは山
皮とセラミック素材および／または焼成によりセラミッ
クに変りうるものの混合物であるが、必要によりさらに
副成分として結合剤，潤滑剤，離型剤などを含んでいて
もよい。前記山皮は、表面に多数の活性水素基を有する
粘土鉱物の総称であって通常マウンテンレザー、０マウ
ンテンコルク、マウンテンウッドなどと呼ばれているも
のである。

これには、含水マグネシウム・シリケートの１種である
セピオラィト、含水マグネシウム・アルミナ・シリケー
トの１種であるアタパルジアイトが含まれる。パイプに
用し、ら５れる海泡石や、制酸剤としてのマグネシュー
ム・トリシリケートも山皮の一種である。本発明に用い
られる山皮は、粉末状のものでもよく、また水や有機溶
媒に分散させた分散液またはペースト状のものでもよい
。

前記セラミック素材はそれ自体がセラミックであるもの
を意味し、その例としては、たとえばコージエライト，
ステアタイト，フオルステライト，ジルコニャ，アルミ
ナ，チタン酸バリウム，フェライト類，ムラィト，スピ
ネル類，黒鉛，活性炭，シリコンナイトラィド，シリコ
ンなどがあげられる。

またセラミック素材にかえて焼成により暁結してセラミ
ックになるものを用いてもよく、この例としてはたとえ
ばカオリン，パイロフィラィト，ベントナィト，木節粘
土等の粘土類、ドロマィト，マグネサィト，炭酸カルシ
ューム等の炭酸塩、ブルーサィト，バィェラィト等の水
酸化物等があげられる。これらのセラミック素材，焼成
によりセラミックになるものは単独もしくは二種以上を
混合して用いることができる。セラミック基材中の副成
分は従釆のセラミック成形法において結合剤，潤滑剤，
離型剤として用いられていることをそのまま用いること
ができる。

結合剤としては、たとえばカルボキシメチルセルｏース
（ＣＭＣ），メチルセルロース，エチルセルロース，ラ
テツクス，ポリビニルアルコ−ル，ィソバン（ィソブチ
レンと無水マレィン酸の共重合物〉，澱粉，カゼイン酸
塩，アルギン酸ェステルなどの天然物等が、潤滑剤とし
てはたとえばエチレングリコール，ポリエチレングリコ
ール，グリセリン，トリメチロ−ルプロ／ゞン，ポリプ
ロピレングリコ−ル等が、隣型剤としてはたとえばワセ
リン，パルミチン酸，オレィン酸，ステアリン酸やこれ
らの塩やェステル額等があげられる。セラミック基材の
合固形分は山皮のみでもよいが、山皮とセラミック素材
および／または焼成によりセラミックになるものとの混
合物でもよく、さらに必要により副成分を含んでいても
よい。

山皮とセラミック素材および／または焼成によりセラミ
ックになるものさらに必要により副成分との混合物を用
いる場合、その混合物中固形分に換算してその２％以上
が山皮である必要があるが、通常山皮が５〜５の重量％
であるのが好ましい。セラミック基材中の山皮の量が所
定量より少ないと成形後の乾燥に時間がかかり本発明の
目的とする効果が得られない。本発明において用いられ
るセラミック基材は必要により、結合剤，潤滑剤，離型
剤などの副成分を含んでいてもよいが、これらの副成分
の量が多すぎると成形物に悪影響を及ぼすため、基材中
の固形分に換算して結合剤，潤滑剤，離型剤等副成分の
混入量は大くても合計３５重量％以下にするのがよい。
セラミック基材を成形するに際しては、成形時の基材の
物性および成形後の成形物の目的とする物性等を考慮し
てその水分量を調節するのがよい。一般に成形物中の気
孔率を高めようとするときは水分量を多くすればよいが
、多すぎると基材が液状になり粘度が低すぎて成形不能
となる。

また逆に水分量を少なくすると気孔率が低く密度の高い
ものが得られるが、少なすぎると粘度が高くなり成形不
能となる。水分量は通常１〜８０重量％、好ましくは８
〜４の重量％とするのがよい。なお水に代えて水とアル
コール類，ケトン類等水と有機溶媒との混合溶媒を用い
てもよい。セラミック基材を調整する際、各成分の混合
手段はどのようなものでもよいが、山皮が粉末、ペース
ト、分散液のいずれの形でも存在しうるので、そのいず
れかの形のものに他の成分の粉末、ペーストを適宜の手
段で加えればよい。

得られた組成物が粉末状である場合には、これに４０〜
８０％程度の水や有機溶剤（たとえば、メタノール，エ
タノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチル
ケトンなどのケトン類、ジメチルアセトアミド、ジメチ
ルホルムアミドなどのアミド類、メチレンクロリド、ト
リクレンなどの塩素系溶剤）を加えてよく練る可塑性に
なるので、鋳込み、押し出し等任意の形成手段を用いて
成形することができる。また、一且、山皮の水分散液を
作り、これに他の成分の粉末を加えて共分散させ、これ
に曳糸性高分子凝集剤を添加して分散質を凝集沈澱させ
、沈澱物のみを採取して水分８０％以下の泥状可塑物と
してもよい。

山皮の水分散液の調製に際しては、一般に粒蓬約１０の
仏〜５肋の山皮が用いられ、山皮の濃度は通常０．００
１〜５の重量％、好ましくは０．１〜５重量％である。

この水分散液は、山皮を水中に入れ、適宜の手段で鷹梓
混合すればよいが、あらかじめたとえば、過酸化水素、
グリコール類、グリセリン、糠類などの多価アルコール
類を山皮に作用させておくと容易に水に分散することが
ある。また、水の代りに湯を用いたり、アルコール類、
ケトン類などの親水性有機溶媒を加えておいてもよい。
分散に際しては、どのような混合方法を用いてもよいが
、山皮濃度が１％以下の分散液については、たとえば高
速ミキサーを用い、５％以上の高濃度の場合は三本ロー
ルを用いたり、１−５％の中濃度の場合は製紙用クレー
分散機のような蝿拝と練り込みが同時に行なわれるよう
な分散法、Ｚあるいは回転した２枚の砥石の間をくぐら
せるスピードラインミルやアジターを用いにることがで
きる。前記曳糸性高分子凝集剤としては、アニオン系ポ
リマー（例、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリＺアクリ
ルアミドなどの部分加水分解物の塩、マレィン酸共重合
物の塩）、カチオン系ポリマー（例、ポリビニールピリ
ジン塩酸塩、ビニールピリジン共重合物の塩、ポリアク
リルアミドの部分加水分解物）、ノニオン系ポリマー（
例、ジアリ２ルジメチルアンモニウムクロリド系ポリマ
ー、ポリアクリルアミド、ポリビニールアルコール）あ
るいは卵白、ト。

ロアオィ、オクラの実の粘液などの一般にフチンと云は
れる天然の曳糸性高分子もあげられる。これらは、水あ
るいは有機溶剤な２どに熔解させて液状にした場合、糸
を曳く程度に粘鋼であればよく、その分子量は５０００
以上、好ましくは１０，０００〜５００×１ぴである。
これらのうち、特にアクリルソーダなどのアニオン系ポ
リマー、ポリエチレンオキサィドなどの３ノニオン系ポ
リマーおよびトロロアオイなどが好ましい。曳糸性高分
子凝集剤の添加量は、山皮の乾燥重量の約０．０００１
％〜５０％である。この凝集剤は粉状であってもよく、
あらかじめ有機溶剤に溶かした液状のものであってもよ
い。また、溶剤に３溶け易くするために、必要に応じて
前処理をしてもよい。その例としては、たとえばポリエ
チレンオキサィドを水に溶解しやすくするために、ィソ
プロパノールなどのアルコール類で処理した後、水に溶
解させるなどがあげられる。このようにして得られるセ
ラミック基材の水練物は、たとえば鋳込み成形、ろくろ
成形、押出し成形等常法によって目的とする形に成形さ
れる。

また紙状の組成物を得たい場合は、一且山皮およびセラ
ミック素材および／または焼成によりセラミックになる
ものの分散液を調製し、必要によりこれに他の副成分の
粉末を加えて共分散させ、パルプ状にしたのちこれを抄
紙すれば紙状の組成物が得られる。このようにして成形
された成形物はついで凍結して乾燥させる。

成形物の変形を防ぐためには成形後直ちに急冷して凍結
するのがよい。急冷凍結する方法としては液体窒素，液
体空気，液化ァンモニャ，ドライアイス，ドライアイス
寒剤等食品工業等で用いられている冷凍乾燥に用いられ
る方法があげられる。手軽な方法としてはたとえば液体
窒素を上部より噴射する方法、成形物をアルコール’ア
セトン，エーテル等にとかしたドライアイス寒剤中に投
入する方法などがあげられる。乾燥は成形物が凍結状態
にあれば成形物を冷却しながら行なう必要はなく、絹霧
を防げば十分である。通常は成形物を乾燥空気中に放置
しておけばよいが、乾燥を早めるためには減圧下に行な
う０のがよい。また乾燥が進んで成形物が変形しなくな
れば加溢して成形物の温度を上げてもよい。たとえばセ
ラミックハニカムや薄い板状、柱状，棒状等のものにつ
いてはセラミック基材の水分，成形物の厚み、山皮の含
有量等によって一概に云え夕ないが、十分冷却した後乾
燥空気を送ることによって変形しない程度に乾燥するこ
とができる。本発明の方法によって得られるセラミック
成形物は、必要により、焼成してもよい。この焼成はセ
ラミック成形品を製造するための従釆法によつ０て行な
うことができる。本発明によれば、成形物の乾燥時間が
短か〈、またセラミック基材中の水分を９９％と非常に
多くしても成形可能であり気孔率の高い成形物を得るこ
ともできる。

また山皮は焼成によりステアタィタト，フオルステラィ
ト，コージェラィト等になるため本発明の目的物を焼成
して糠結せしめたものは従来のセラミック成形品に比べ
て物理的強度が大である。以下に実施例を記載して本発
明をより具体的に０説明する。

実施例 １ 山皮９部，コージェラィトシャモット５碇部，ポリエチ
レンオキサィド１の部および水４碇部を均一に混合して
セラミック基村Ａをつくる。

別に木節粘土１坊部，コージェラィトシャモツト５礎郭
および水４唯部を均一に混合してセうミック基材Ｂをつ
くる。各々を押出成形して直径５肋の細長い柱状にし、
液体窒素の中に落して凍結し環境温度２０ｑｏで＊６仇
肋Ｈｇの減圧条件下に放置した。このときの経時による
温度変化および水分量の変化はつぎのとおりである。上
記の結果より、山皮を１０％含むセラミック基材Ａは冷
温を保っている時間が長く、水分の乾燥も木節粘土を含
むセラミック基材Ｂの約倍の早さで乾燥される。

なお上記実験においてセラミック基材Ａは変形が全くみ
られないまま乾燥されたが、セラミック基材Ｂは乾燥開
始１００分後に変形がみられた。実施例 ２ 窒化珪素６３部，山皮３部，カオリン３部，ポリエチレ
ンオキサィド０．５部，グリセリン０．５部および水３
礎部をよく混練して可塑性のある水練性のセラミック基
材（水分３５重量％）を作る。

これを土練機に入れて押出し厚さ１側直径３仇長さ５弧
のシリンダーを成形し、た）、ちに液体窒素でこれを凍
らせ、ついで乾燥した窒素ガスを送ってシリンダーのま
わりを約一１ｏｏ０に保つ。約３０分後には水分が１０
％以下になり、シリンダーのどの直径を測っても３肌士
０．１伽で変形はみられなかった。そのま）炉内に入れ
１０００ｏｏにまで昇温し約２時間焼成するとカオリン
と山皮で焼結した窒化珪素の肉薄のシリンダーが得られ
た。実施例 ３ コージェラィト・シャモット５の兆 山皮５部，水酸化
アルミ４部，メチルセルロース１部および水４の部をよ
く混練してコージェラィト質のセラミック基村（水分４
の重量％）を作る（試料１）。

一方、コージェラィト・シャモット５の部，木節粘土１
碇部および水４疎部をよく混練してセラミック基材（水
分４の重量％）を作る（試料２）。各試料を注射器に入
れた後これを押し出して直径１脇の細い榛を作る。これ
をたゞちに寒剤の中に入れ，て冷凍し、この冷凍榛を５
伽間隔の二つの支点上に横にねかして棒のたれる様子を
観察した。施した処理は下表の通りであり、この処理で
棒がたれ曲らなかった時は○、わずかでも曲った時は×
、成形物を１２００ｑｏで焼結させた後始めて曲りが観
測されたものは△とした。なお各処理後サンプルは１２
００つ０で焼成するとコージェラィト質の細い棒に暁結
し、１２００ｑｏに熱したものを水につけても割れたり
、くだけたりする事はなく、細い棒状を保っていた。

実施例 ４ 精製された山皮を３０％を含有する水分散液５０■に２
５％アンモニャ水１．錐ｒを加えた後、これにッーフェ
ラィト４５餅を入れてよく混練する。

これにクラレ製水溶性高分子ィソバン１０を２５釘加え
、さらに水を１０ｃｃ程度加えて再び鹿糠し、一夜放置
してセラミック基材（水分３５重量％）をつくる。これ
を土鏡機で厚さ５柵，直径３弧，高さ１弧のりング状物
に成形し液体窒素中に入れて十分冷却後、乾燥空気を１
時間送って水分を８％以下にし、８５０００で４時間焼
結すると山皮で凝結したフェラィトリングが得られる。
この電磁石中に入れて磁化させると磁石が得られる。こ
の成形物においても変形はみられなかった。実施例 ５ 精製された山皮３０％を含有する水分散液を常温にて土
糠機に入れて押出し、直径５側の円柱を成形した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ セラミツク基材を水練り成形した後凍結して乾燥す
   るセラミツク基材の成形法において、固形分に換算して
   少なくとも２％が山皮であるセラミツク基材を用いるこ
   とを特徴とするセラミツク基材の成形法。