JPS6342805A - スリツプキヤステイング方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、疎水性粉末を含むスリップ（泥漿）を鋳込ん
で成形体を得るためのスリップキャスティング方法に係
わり、特に疎水性粉末を親木化処理して高濃度のスリッ
プを作成する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

スリップキャスティングとは粉末に媒液、分散剤を加え
て懸濁させ、流動性をもったスリップとし、これを石膏
などの媒液を吸収する鋳型に流し込んで成形する方法で
ある。わが国では約１００年の歴史をもつ方法であり、
主に洗面所、便所などの衛生陶器や食器の生産に使われ
てきた。この方法は鋳型を製作することができる限り、
どんな複雑な形状のものでも作ることができ、特別の設
備が不要なため、設備費が少なくて済み、しかも均一で
精度の高い製品を得ることができる等の特徴があること
から、近年、セラミックスの成形にも適用され、複雑形
状品の製造に効果を発揮している。

スリップキャスティングにおける技術ポイントは、均質
で緻密な成形体を得るために高濃度・低粘性で経時変化
の少ないスリップを如何に作るかにあり、原料粉末に合
わせて媒液・分散剤などを選定する必要がある。

通常、粉末の表面は酸化物粉末はもちろん非酸化物粉末
も大気中の酸素や水分の影響を受けて薄い酸化層を形成
し、これがさらに水分と反応して表面水酸基（宇津木ら
ｒ粉末冶金Ｊ　３２．４３（１９８５））で覆われてい
ると考えられており、媒液として、高性能、低コストで
安全性の高い水を使用することができ、適当な分散剤を
選択することにより高品質な成形体を得ることができる
。

非酸化物粉末に分類される黒鉛や窒化硼素は鱗片状化合
物で、いずれも耐熱性、潤滑性、高熱伝導性、溶融金属
・スラグに対する耐食性に優れ、潤滑剤、敲形剤、溶融
金属容器などへの需要が多い。

黒鉛または窒化硼素は前述のような優れた性質を有して
いるが、その粉末表面は不活性で常態では酸素や水と反
応し難く、水に分散させることが非常に困難である。

このため、これらの粉末との濡れ性の良い有機溶媒と効
果的な分散剤との種々の組み合わせを選択し、スリップ
キャスティングを試みたが、水を媒液とする他の粉末の
場合と比べて分散性が低く、高濃度・低粘性のスリップ
が得られないため、スリップキャスティングにより実用
可１＠な成形体を得ることはほとんど不可能であった。

一方、スリップキャスティング以外の技術分野において
は、窒化硼素粉末の分散の場合、特開昭５５−２９５０
６　（アルミニウム等のダイカスト用高温金型離型剤組
成物及びその使用方法）等に例を見るように、カルボキ
シメチルセルロースやりゲニンスルホン酸ソーダ等の分
散剤を用いて水に窒化硼素粉末を分散せしめたことを特
徴とする離型剤組成物が開示されているが、その粉末濃
度は５〜２０重量％と低く、高濃度化した場合は粘性が
高くなってスリップキャスティングへ適用することは困
難であり、スリップキャスティングを可能にするために
は、さらに高性能の分散剤が必要である。

また窒化硼素と他の粉末との複合材成形体を得る場合に
おいても窒化硼素粉末の分散は重要な技術ポイントであ
り、従来技術では窒化硼素粉末の分散が不十分であるた
め、期待したほどの複合効果が得られないという問題が
あった。

さらに黒鉛等のカーボン粉末の場合は、特開昭５８−１
７３１３８　（プラスチ−２り添加剤及びその製造方法
）などに示されるように、カーボン等の顔料粒子表面に
フミン酸塩および／またはその誘導体塩類を吸着せしめ
たことを特徴とするプラスチック添加剤が開示されてお
り、アミン酸塩の効果として、顔料粒子表面への吸着に
よる分散性の向上および凝集の防出が挙げられているが
、その実施例からも明らかなように、フミン酸塩処理に
よりカーボン粒子は分散するものの、その粘性が高く１
５０メツシユの篩を通過させるために分散液中のカーボ
ン粒子濃度を８〜９重量％にまで薄める必要があり、ス
リップキャスティングへ適用するには程遠いスリ−２ブ
粘度であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように従来技術では窒化硼素や黒鉛のような
疎水性粉末に関し、その高濃度・低粘性スリップを得る
ことはほとんど不可濠であった。

本発明はこのような実情に鑑み、水を媒液とする低粘性
・高濃度のスリップを作成し、高品質のスリップキャス
ティングを可悌にする方法を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は疎水性粉末の表面に、表面水酸基と同様の働き
をする親木基を付着せしめ、さらにアルカリ性水溶液中
で機能する分散剤を用いることにより、上記問題点を解
決するもので疎水性粉末表面にフミン酸またはフミン酸
塩を付着処理した後、該処理粉末をアルカリ性水溶液中
で機能する熱分解性分散剤を用いて水中に分散させて高
濃度のスリップを作成し、これを鋳型に注入することを
特徴とするスリップキャスティング方法である。

〔作用〕

グラファイト、窒化硼素などのような表面水酸基を有し
ない疎水性粉末に公知の分散剤を適用した場合、粉末表
面に親木基を付着せしめることはできても高儂度令低粘
性のスリップを作成することは困難であった０本発明者
らはこの解決策を種々検討した結果、下記（１）、（２
）の２つの条件を具備させることにより本発明を完成し
た。

（１）疎水性粉末表面に親木基を付着せしめる処理と該
処理粉末を分散し、高濃度中低粘性スリップを作成する
工程を分離する。

（２）疎水性粉末表面に親木基を付着せしめる処理剤お
よび該処理粉末を水に分散せしめるための分散剤は相互
にその機Ｉ＠を阻害しない組み合わせとし、いずれも成
形後の焼成により焼失し成形体の特性に悪影響を及ぼさ
ないもの、すなわちそのほとんどが有機物等の熱分解性
物質で構成されていることが望ましい。

の２つの条件を具備することである。

すなわち、前述の特開昭５８−１７３１３８に開示され
たフミン酸塩は、疎水性粉末表面に付着してこれに親水
性を付与するものの、この処理粉末から作成したスリッ
プはアミン酸塩の分散走が低いので粘性は高い、そこで
フミン酸塩の親水基付与機能を生かし、あらたに水分散
能力の大きい分散剤を用いることにより高濃度争低粘性
スリップを作成した。

未発ＩＪＩで使用するフミン酸は、石炭化度の低い泥炭
、亜炭などの若年炭類からアルカリ水溶液で抽出され酸
でコロイド状沈殿として析出するフミン酸、または若年
炭類を硝酸その他の酸化剤により酸化処理したものから
アルカリ水溶液で抽出され酸でコロイド状沈殿として析
出する再生アミン酸等である。これらフミン酸または再
生フミン酸（以下両者をフミン酸と総称する）は酸不溶
、アルカリ可溶の無定形高分子有機酸と定義される。

このフミン酸は親水基として機能するカルボキシル基や
フェノール性水酸基が多数結合した芳香核の多縮合環状
の物質であり、概ね無水灰換算Ｃ：５０〜６０重景％ Ｈ：　３〜９重量％ Ｎ：　ｌ〜　５重量％ Ｓ：　０〜２重量％ ０：３０〜４０重量％ の組成を持ち、平均分子量は１０３〜１０６である。

本発明においては上記の如きフミン酸の代りにナトリウ
ム塩、カリウム塩、アンモニウム塩など水溶性のフミン
酸塩を使用してもよい。

以下、本発明を代表的疎水性粉末である窒化硼素粉末を
例に具体的数値を参照しながら詳細に述べる。

まず、フミン酸またはフミン酸塩水溶液を作る。

この偏度は１〜２０重量％とし、溶液のｐＨを８〜１１
、好ましくは８．５〜１０の範囲に調整する。このｐＨ
調整にはアルカリ金属水酸化物やアンモニウム塩を用い
ればよく、フミン酸塩と同じ陽イオンを持つものでなく
てもよい。

次にこのアルカリ性アミン酸またはフミン酸塩水溶液１
００重量部に窒化硼素粉末３０〜１０００重量部を添加
し、粉砕能力を有する攪拌機、例えばボールミルやミキ
サーなどを用いて十分混合し、均一な分散懸濁液を作る
。この時窒化硼素粉末の表面にはフミン酸またはフミン
酸塩が吸着し、フミン酸分子中のカルボキシル基やフェ
ノール性水酸基が水分子と濡れることにより粉末同士の
反発を大きくして粘性低下には十分ではないものの、水
中への分散を可能にしているものと考えられる。

この窒化硼素粉末を分散懸濁させたフミン酸またはアミ
ン酸塩水溶液をドラムドライヤやスプレードライヤ、ま
たは凍結乾燥法などを用いて乾燥し、粉末表面にアミン
酸またはフミン酸塩類、すなわち親木基を付着せしめた
窒化硼素粉末を得る。

このようにして得た該処理粉末から常法によりアルカリ
性で機能する分散剤を用いて、高濃度中低粘性のスリッ
プを作成し、これを鋳型に注入することにより、高密度
のスリップキャスティングが可能になる。

アルカリ性で機能する分散剤としては、親水性を示すセ
ラミラックスや顔料粉末の分散に有効なことが知られて
いる陰イオン系の分散剤、具体的にはポリカルボン酸塩
やポリアクリル酸塩が好適であり、処理粉末の性状に適
したものを選択・使用すればよい。

なお、乾燥前の懸濁液中の窒化硼素粉末表面には親木基
が付着しているので、あらかじめ粉末濁度を調整してお
き、前述の分散剤を用いて低粘性スリップを作成するこ
とにより、乾燥工程を経ずにスリップキャスティングを
行うこともできる。

次に、本発明の具体的数値の設定理由について述べる。

まず親水基付着処理溶液のＰＨは、アミン酸がアルカリ
可溶であり、窒化硼素粉末の分散効果を安定に維持でき
るｐＨ範囲として設定され、８〜１１、好ましくは８．
５〜１０に調整することが望ましい。

フミン酸またはフミン酸塩濃度および窒化硼素粉末濃度
は処理効率および攪拌機の催力によって決まり、フミン
醋酸偏度が１重量％未満では粉末の量・粒度・粒形状に
もよるが、通常数ミクロンの大きさの粉末の表面に付着
する親木基が減少するだけでなく、乾燥コストも高くな
る。またアミン酸濃度を２０重量％より高めると粘性が
増し、粉末の処理早が減り、処理時間が長くなり好まし
くない。

ところでこの高濃度フミン酸水溶液の粘性低Ｆのために
ノニオン系および／またはアニオン系界面活性剤を用い
る方法が特開昭５６−１０４８９８に開示されているが
、この低粘性フミン酸水溶液で処理した窒化硼素粉末を
用いて作成したスリップの粘性低ドはネト分であり、好
ましくな！１）。

−・力、フミン酸またはフミン酸塩が粉末表面を被覆す
るために必要な量は、おおよそ１−１０ｍｇ／ゴとされ
ており、このイダｉをモ均粒径０．５〜５１Ｌｍ、比表
面積５〜５０ｒｎ’／ｇ（７）窒化ＪＡ素素粉へ適用す
ると、粉末１ｇ当りのフミン酸またはアミン酸塩の必、
Ａｉ　１．１：は５〜５００　ｍ　ｇとなる。

従って重連のフミン酸またはフミン酸塩を１〜２０玉早
％含む処理液１００屯場部に対する窒化硼素粉末の驕と
して２〜４０００重量部得られるが、処理液：七に対し
粉末が少量の場合は処理効率が低重すること、また粉末
を多着に加えると均一な分散懸濁液を得にくいことなど
、経済性、作業性を考慮し、３０〜１０００重着が好適
な粉末添加量範囲として選択される。

以上のようにアミン酸濃度、窒化硼素粉人混合着の好ま
しい範囲が設定される。また窒化硼素以外の粉末の場合
にも、はぼ前記設定値の範囲で処理が回置である。

〔実施例〕

実施例１ アンモニア水にてｐ　Ｈ８，５〜９．０に調整したフミ
ン酸アンモニウム塩（株式会社チルナイト製）３重量％
の水溶液を作成し、このフミン酸塩溶液１００重湯部に
対し、モ均粒径５μｍ以下、純度９５屯量％の窒化硼素
粉末５０屯２５部を加え、ナイロンポットおよびナイロ
ンポールにて３時間混合した後、脱水乾燥して処理粉末
とした。

この処理粉末１００重量部を木６０　Ｉ′！（Ｆ、）部
に投入してスリップを作成し、ポリカルボン酸アンモニ
ウム塩を分散剤とし、アンモニア水にてＰＨを８．５〜
９．０に調整し粘度を測定した。その結果を第１図に示
す。

最も低い粘度を示すポリカルボン酸アンモニウム塩の添
加量６重量％の条件で外径３０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、肉
厚５ｍｍのルツボ形状成形用の石膏型にスリップキャス
ティングし、１０５℃で乾燥した後、成形体密度が１．
４ｇ／ｃｒｎ’（理論密度の約６４％）の成形体を得た
。

比較例として未処理の窒化硼素粉末でスリップを作成し
たが、ポリカルボン酸アンモニウム塩を用いても低粘性
のスリップにするには粉末１００重量部に対して水１２
０重量部以上にする必要があり、その結果スリップ濃度
が低くなってしまうため、成形体を得ることはできなか
った。

実施例２ 実施例１と同様の方法により窒化硼素粉末のスリップを
作成し、別に作成した窒化珪素粉末を６０重量％含むス
リップに窒化硼素／窒化珪素の重量比が２０／８０．４
０／６０になるように混合してスリップキャスティング
によりルツボを成形した。

１０５℃乾燥後の成形体について密度を測定し、各粉末
の密度を荷重平均した値に対する相対密度を算出すると
、それぞれ６５％、６３％であった。

実施例３ 実施例１と同様の方法により純度９９．５重量％の黒鉛
粉末を６０重量％含むスリップを作成し、ルツボを成形
した。得られた成形体の１０５℃乾燥後の密度は１．３
ｇ／ｃｒｎ’であり、これは理論密度の約６２％であっ
た。

〔発明の効果〕

ｌ）疎水性粉末をフミン酸処理し、さらに分散剤を用い
ることにより、水を媒液とするスリップキャスティング
が可能になり、高品質、低コスト、高安全性の成形体を
得ることができる。

２）、Ｂｉｉ水性粉末をフミン酸処理し、さらに分散剤
を用いることにより、水を媒液とする他の粉末との混合
スリップキャスティングが可能になり、複合材成形体の
品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は窒化硼素６０重量％の水を媒液とするスリップ
の粘性における本発明の効果（ｐ　Ｈ８，５〜９．ＯＢ
型粘度計使用）を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　疎水性粉末表面にフミン酸またはフミン酸塩を付着
   処理した後、該処理粉末を、アルカリ性水溶液中で機能
   する熱分解性分散剤を用いて水中に分散させて高濃度の
   スリップを作成し、これを鋳型に注入することを特徴と
   するスリップキャスティング方法。