AT407155B - Hydrophobe/hydrophile block-copolymere als polymere binder für keramische verfahren - Google Patents

Description

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   Es wird ein Verfahren zum Binden von keramischen Materialien in wässrigen Medien offenbart Das Verfahren verwendet hydrophobe/hydrophile Block-Copolymere zum Binden von verschiede- nen Klassen von keramischen Materialien 
Keramische Materialien werden gewöhnlich hergestellt, indem pulverisierte Keramikoxide wie Bittererde, Tonerde, Titanerde und Zirkoniumerde zusammen mit Additiven wie Dispergiermitteln und Bindern in einem Brei gemischt werden Der Brei kann zerstäubungsgetrocknet werden, um keramische Teilchen herzustellen Die Teilchen werden in einer Aggregatstruktur, grüne Keramik ("green ceramic") genannt, mit einer gewünschten Form geformt und danach werden sie einer strengen Wärmebehandlung unterworfen, die bekannt ist als Sintern Der Sinterprozess wandelt die gebrannte Keramik in eine kohäsive gebrannte Keramik   ("fired   ceramic") um,

   die eine nahezu monolithische polykristalline Keramikphase hat. 



   Der Binder dient dazu, um die Keramikteilchen der grünen Keramik nach dem Formen in der gewünschten Form zu halten Dieser Binder kann auch zum Schmieren dienen, wahrend die Teilchen gepresst werden Vorzugsweise verbrennt der Binder oder verdampft während des Sinterprozesses vollständig, so dass keine Spur des Binders in der gebrannten Keramik verbleibt. 



  Bei der Ausfuhrung dieser Funktion beeinflussen die Binder wesentlich die Eigenschaften der gebrannten Keramik, die abschliessend hergestellt wird. 



   In der kommerziellen Praxis werden in weitem Umfang Poly-(vinylalkohole) als keramische Binder verwendet Zusätzlich sind Polyethylenoxid und Ethylenvinylacetat Copolymere als Binder für teilchenförmige Stoffe wie körniges Kieselgel verwendet worden 
In den US-PSen 5,358,911, 5,487,855 und 5,525,665 sind z.B. polymere Binder, die im wesentlichen hydrolisierte Copolymere enthalten, die aus Monomeren mit Ester oder Amid als funktionellen Gruppen hergestellt wurden, Polyvinylformamid oder ein Copolymer von Vinylalkohol und   Vinylamin   geoffenbart 
Das Zerstäubungstrocknen ist ein Verdunstungsprozess, in dem einem Brei, der eine Flüssig- keit und einen im wesentlichen nicht-fluchtigen Feststoff enthält, Flüssigkeit entzogen wird.

   Die Flüssigkeit wird in einer extrem kurzen Retensionszeit, in der Grössenordnung von ungefähr 3 bis ungefähr 30 Sekunden, durch direkten Kontakt mit einem Trockenmedium, gewöhnlich Luft, ver- dampft Die vorrangigen Kontrollfaktoren in einem   Zerstäubungstrocknungsprozess   sind Teilchen- grösse, Teilchengrössenverteilung, Teilchenform, Breidichte, Breiviskosität, Temperatur, Verweilzeit und Produktfeuchte 
Die Viskosität des Breis muss geeignet sein für die Handhabung und das Zerstäubungs- trocknen Obwohl die Bedingungen der Ausrüstung zum Zerstäubungstrocknen angepasst werden können, um mit einer Vielzahl von Viskositäten umzugehen,

   führen Breis höherer Viskosität im allgemeinen zu grösseren Teilchen 
Die mit der Technik Vertrauten kennen den in der Herstellung von Keramikmaterialen verwendeten Zerstäubungsprozess und werden in der Lage sein, die Kontrollfaktoren beim Zerstäubungstrocknen bestmöglich zu optimieren. Alternativ können die Zerstäubungstrocknungs- oder Trockenpressprozesse ersetzt werden durch andere wohlbekannte Formungsmethoden wie Granulieren, Streifengiessen ("tape casting") und Schlammgiessen ("slip casting") 
Zerstäubungstrocknen des Breis liefert im wesentlichen trockene,   rieselfahige,   pulverisierte Teilchen, die die Keramik, sowie den Binder und die oben beschriebenen optionalen Stoffe enthalten.

   Die trockenen Teilchen sind Körnchen, die im allgemeinen eine kugelartige Form haben und einen effektiven Durchmesser von etwa 50 - 300 um Typischerweise sind ungefähr 0,5 % bis ungefähr 8 % des Binders, basierend auf dem Trockengewicht des Keramikpulvers, in den trockenen Partikeln vorhanden. 



   Beim Granulieren wird eine Mischung aus trockenem Pulver oder Pulvern gemischt oder gerollt, im allgemeinen in einer tonnenförmigen Vorrichtung Wasser und/oder eine   Bmdelösung   wird in das gemischte Pulver eingesprüht, was zu einer Aggregation der kleinen Teilchen in grössere Kömchen führt Die Grösse der Körnchen wird gesteuert durch die Menge an Material, das in die Pulver gesprüht wird, und die Geschwindigkeit, mit der es eingesprüht wird Die granulierten Pulver können auf eine gewünschte Grösse gesiebt werden und vor dem Sintern in einem Pressvorgang in Form gepresst werden Alternativ können die Körnchen selbst das erwünschte Produkt sein und können direkt gesintert werden. 



   Streifengiessen wird allgemein verwendet, um dünne Substrate für die Elektronikindustrie 

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 herzustellen In dem Verfahren wird ein dicker Keramikbrei hergestellt, der Keramikpulver, Disper- giermittel und Bindemittel enthält Dieser Brei wird auf eine glatte Oberfläche wie ein Mylar oder eine Plastikfolie gegossen und die Dicke wird kontrolliert, indem die Folie unter einer Klinge durchgeführt wird, welche die Breioberfläche glättet und uberschüssiges Material abschabt Der Breistreifen wird zu einem plastischen Zustand getrocknet und geschnitten und je nach Be- stimmung geformt Die Menge an vorhandenen Bindern beim Streifengiessen ist sehr hoch, typischerweise in der Grössenordnung von 15-20 Gewichtsprozent der Keramikpulvermasse 
Beim Wirbelbettzerstäubungstrocknen werden kleine Saat".

   Teilchen in einer Säule geladen und heisse Luft wird von unten in das Saatpulver geblasen, wodurch die Teilchen in der Saule sus- pendiert werden. Ein Keramikbrei wird von oben auf die Saatteilchen gesprüht, wodurch sie wachsen. Wenn die Teilchen eine ausreichende Grösse erreicht haben, werden sie aus dem Trockner gehoben, während weitere Saatteilchen eingebracht werden Dieses Verfahren kann Pulver fur weitere Formungszwecke darstellen oder das Pulver selbst kann das erwunschte Produkt sein, in diesem Fall würde es gesintert, um die endgültige Keramik herzustellen. 



   Die trockenen Teilchen werden verdichtet, um eine aggregierte, grüne Keramikstruktur zu erzeugen. Vorzugsweise werden die Teilchen verdichtet durch Pressen in Formen mit einem Innenvolumen, das annähernd der gewünschten Form für das endgültige Keramikprodukt ent- spricht, alternativ werden die Teilchen verdichtet durch Rollverdichten oder andere wohlbekannte Verdichtungsmethoden. Die zerstäubungsgetrocknete Mischung aus Pulver, Binder und optionalen Tensiden und Schmiermitteln ist relativ rieselfähig, so dass sie in die Pressformen eintreten kann und sich eng ihrer Form anpasst. 



   Innerhalb der Formen werden die trockenen Teilchen einem Druck ausgesetzt, der sich typischerweise im Bereich von ungefähr 2000 bis ungefähr 50000 psi bewegt. Das Pressen der Teilchen liefert eine Aggregatstruktur, grüne Keramik genannt, die ihre Form behält, nachdem sie aus der Form entfernt wurde. 



   Eine   Formtechnik,   die für zerstäubungsgetrocknetes oder granuliertes Material verwendet wird, ist Rollverdichtung, auch bezeichnet als Rollpressen. Diese Technik verwendet ein trockenes Pulver und zermahlt es in einem kontinuierlichen Verfahren zwischen zwei Rollen Dieses Verfahren liefert Keramikfolien von verschiedenen Breiten und Dicken Diese Folien können in Form geschnitten und gesintert werden, um den endgültigen Keramikkörper herzustellen. Das Verfahren wird allgemein angewandt, um Keramiksubstrate für die Elektronikindustrie herzustellen 
Trockenpressen beinhaltet das Füllen einer gebildeten Form mit zerstäubungsgetrocknetem oder granuliertem Pulver, das dann bei hohen Drücken gepresst wird. Das Pressen geschieht durch bewegliche Kolben am Kopf und/oder Fuss des Formhohlraumes.

   Das Verfahren kann verwendet werden, um ziemlich komplexe Geometrien in einem einzigen Formungsschritt zu erzeugen. Der resultierende Keramikkörper wird aus der Form ausgeworfen und gesintert, um ein endgültiges Keramikprodukt herzustellen. 



   Isostatisches Pressen ähnelt dem Trockenpressen dann, dass ein Keramikpulver in einen Formhohlraum gepresst wird. Beim isostatischen Pressen jedoch besteht die gesamte oder ein Teil der Formwand aus einem flexiblen Material Nach dem Befüllen des Formhohlraumes mit einem Pulver wird die Form in eine Flüssigkeitsdruckkammer eingetaucht und druckbeaufschlagt, um die Form zusammenzudrucken und das Pulver zu verdichten Anders als beim Trockenpressen sind keine beweglichen Teile involviert Isostatisches Pressen wird im allgemeinen benutzt bei grossen oder sehr langen Teilen, um ein Reissen oder Blättern des endgültigen keramischen grünen Körpers zu minimieren 
Strangpressen beinhaltet das Drücken eines konzentrierten plastischen Breis durch eine Öffnung Die Öffnung hat die Grösse und die Form des gewünschten Keramikkörpers Dieses Verfahren wird im allgemeinen verwendet,

   um Keramikröhren oder ähnlich geformte Teile herzustellen. Der verwendete Brei wird aus trockenen Pulvern, die mit Wasser, organischen 
Bindern und Schmiermitteln und einem Koagulator gemischt werden, hergestellt Dieser Brei wird gewöhnlich in einer Filterpresse oder einer ähnlichen Vorrichtung vorgetrocknet, um über- schüssiges Wasser zu entfernen und den Brei zu einem plastischen Material zu verdicken Das Material wird dann durch eine Presse stranggepresst, die entweder kolbenbetrieben oder schraubenbetrieben ist.

   Das stranggepresste Material wird der Länge nach geschnitten, getrocknet und gesintert 

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Schütteln ("jiggering") wird allgemein verwendet in der mit der sogenannten "Weissen Ware" befassten Industrie ("white ware industry"), um einen strang- oder filtergepressten Keramikbrei zu formen Typischerweise wird ein Teil des plastischen Breis auf ein rotierendes Rad aufgebracht und durch Rollen und/oder Messerklingen in die gewünschte Geometrie geformt.

   Dieser Körper wird dann getrocknet und gesintert 
Eine andere Keramikformmethode, die für Teile einer komplexen Form verwendet wird, ist das Schlammgiessen Beim Schlammgiessen wird ein konzentrierter Keramikbrei (Schlamm) in eine Form mit der Innenform des gewünschten Keramikkörpers gegossen Der Brei muss hoch- konzentriert sein, um ein Absetzen von Teilchen und/oder ein übermässiges Schrumpfen während des Trocknens zu verhindern Gleichzeitig muss der Schlamm flüssig genug sein,

   um vollständig die Form auszufüllen und ein Entweichen von Luftblasen zu erlauben Die Anwesenheit eines polymeren Binders steigert die Stärke des Giesskörpers und verhindert damit ein Brechen beim Entfernen der Form und beim Handhaben des Körpers vor dem Sintern 
Ein Erwärmen der Aggregatstruktur treibt flüchtige Materialien wie Wasser aus und brennt organische Materialien wie Binder oder Tenside weg. Ist eine hinreichend hohe Temperatur erreicht, fangen die Teilchen der Aggregatstruktur an zu schmelzen, aber sie schmelzen nicht vollständig und lagern sich aneinander an, um ein relativ starkes, gebranntes Keramikmaterial zu reproduzieren, das im wesentlichen die gewünschte Form hat 
Der Brei wird z. B zerstäubungsgetrocknet, um im wesentlichen trockene Teilchen herzustellen, die das Polymer enthalten.

   Die Teilchen werden vorzugsweise gepresst, um eine aggregierte grüne Keramikstruktur zu liefern, und erwärmt, um ein gebranntes Keramikmaterial zu liefern. Alternativ können die Teilchen in eine aggregierte grüne Keramikstruktur geformt werden durch Rollver- dichtung oder andere wohlbekannte Verfahren 
In den US-PSen 4,158,688, 4,158,689, 4,568,502 und 4,364,783 sind   thermoplasti@@he   Block- Copolymerbinder offenbart Diese Elastomere müssen jedoch erhitzt werden, um mit den Fest- stoffpartikeln gemischt werden zu können. 



   In den US-PSen 5,200,456 und 5,292,591 ist ein Verfahren geoffenbart zum Stabilisieren der Dispersionen von Metalloxid und/oder Russ in Wasser beim Vorhandensein eines Dispergiermittels, das ein Block-Copolymer ist, das wenigstens einen Block einer Ammoniumgruppe mit (Meth)acrylat enthält 
Andere mögliche Verwendungen fur die hier beschriebenen Block-Copolymere bestehen im Verwenden der Polymere als Binder in umhüllenden Gussformen ("investment casting shells"), als wasserreduzierende Hilfsmittel in der Herstellung von Gipswandtafeln oder als Dispergiermittel für Metalloxide und/oder Russ 
Die US-PS 5,324,770 offenbart polymere Dispergiermittel, die Block-Copolymere von Alkylenoxiden wie Ethylenoxid und Propylenoxid sind. Jedoch sind in der Referenz nur hydrophobe Blocke offenbart.

   Im Gegensatz dazu sind hier Block-Copolymer-Keramikbinder, die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Blockeinheiten enthalten, beschrieben. Die US-PS 5,643,996 offenbart Dispergiermittel/Binder, die Block-Copolymere von Einheiten von Methacrylsäure und Alkylmethacrylat sind, wo der Alkylrest 1 - 8 Kohlenstoffatome umfassen kann Andere keramische Binder sind in den JP 602 383 47A, 631 592 50A und 505 871 1A offenbart Keine dieser Referenzen offenbart jedoch die hier beschriebenen Block-Copolymere 
Obwohl kommerziell erhältliche Binder für viele Anwendungen befriedigend sind, besteht ein Bedarf an verbesserten Bindern, die eine noch grössere Stärke und/oder Gründichte ("green density")

   in grünen Keramikmaterialien liefern Eine grössere Gründichte reduziert das Brechen bei der Handhabung der grünen Keramiken und liefert im allgemeinen gebrannte Keramiken höherer Qualität 
Vorzugsweise sind die verbesserten Binder billiger und vielseitiger als bisher bekannte Binder. 



  Der Wert einer Erhöhung der Dichte besteht darin, dass das zu geringerem Schrumpfen, geringerer Verziehung und insgesamt einer Verbesserung der Uniformität der physikalischen Eigenschaften führt. 



   Es wird ein Verfahren zum Binden von keramischen Materialien in wässrigen Lösungen offenbart Das Verfahren verwendet hydrophobelhydrophile Block-Copolymere zum Binden verschiedener Klassen von Keramikmaterialien. 



   Die vorliegende Erfindung stellt ein ungebranntes keramisches Vorläufermaterial bereit, 

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 dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mischung umfasst aus: a) einem Keramikpulver, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tonerde, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Bleioxid, Zirkonium- oxid, Titaniumoxid, Speckstein, Bariumtitanat, Bleizirkonattitanat, Bleicherde, Ferrit, Yttriumoxid, Zinkoxid, Wolframcarbid, Sialon, Neodymoxid und Kombinationen daraus und b) einem wasserlöslichen Block-Copolymer mit hydrophoben und hydrophilen Mer-Einheiten, wobei die hydrophilen Mer-Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Oxy- alkylaten, Acrylsäure und Methacrylsäure, und wobei die hydrophoben Mer-Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Styrol,

   Methylmethacrylat und Butylmethacrylat 
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren bereit zur Herstellung eines Keramik- materials, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst: a) Mischen eines Keramikpulvers mit einer   Wässrigen   Lösung, die ein wasserlösliches Block- Copolymer enthält, um einen Brei herzustellen, wobei das wasserlösliche Block-Copolymer hydro- phobe und hydrophile Mer-Einheiten umfasst, wobei die hydrophilen Mer-Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Oxyalkylaten und Methacrylsäure und wobei die hydrophoben Mer- Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Styrol, Methylmethacrylat und Butylmethacrylat, b) Trocknen des Breis in einem Verfahren, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Filterpressen, Flüssigbettzerstäubungstrocknen, Zerstäubungstrocknen und Streifengiessen,

   um Teilchen herzustellen, die das Block-Copolymer enthalten; c) Verdichten der Teilchen in einem Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Trockenpressen, Strangpressen, isostatisches Pressen, Schütteln und Schlammgiessen, um eine Aggregatstruktur zu erzeugen ;   d) Erhitzen der Aggregatstruktur, um ein gebranntes Keramikmaterial herzustellen   
Die Information im folgenden Absatz betrifft jeden Aspekt dieser Erfindung Die hydrophilen 
Oxyalkylat-Mer-Einheiten können Ethylenoxide sein.

   Weiterhin können die hydrophoben Mer-Ein- heiten Styrole sein, wenn die hydrophilen Mer-Einheiten Ethylenoxide sind Alternativ können die hydrophilen Mer-Einheiten Ethylenoxide sein und die hydrophoben Mer-Einheiten können Me- thylmethacrylate sein Die hydrophilen Mer-Einheiten können auch Ethylenoxide sein und die hydrophoben Mer-Einheiten können Butylmethacrylat sein Wenn die hydrophilen Mer-Einheiten Methacrylatsäuren sind, können die hydrophoben Einheiten Methylmethacrylate sein Das wasserlösliche Block-Copolymer kann ein Molekulargewicht von ungefähr 1000 bis ungefähr 200000 haben. Vorzugsweise kann das wasserlösliche Block-Copolymer ein Molekulargewicht von ungefähr 5000 bis ungefahr 50000 haben.

   Das Material kann weiterhin ein zweites wasserlösliches 
Block-Copolymer enthalten Weiterhin kann das Material ferner ein Polyethylenglykol, einen 
Polyvinylalkohol oder ein Polyethylenoxid umfassen. Das wasserlösliche Block-Copolymer kann ungefähr 0,1 Gewichtsprozent bis ungefähr 15 Gewichtsprozent des gesamten Keramikmaterials betragen. Weiterhin kann das wasserlösliche Block-Copolymer ungefähr 1 Gewichtsprozent bis ungefähr 5 Gewichtsprozent des gesamten Keramikmaterials betragen. 



   Für die Ausführung dieses Verfahrens können die Teilchen durch Granulieren hergestellt werden, und der Schritt des Verdichtens der Teilchen, um eine Aggregatstruktur zu erzeugen, kann ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Trockenpressen und isostatisches Pressen. 



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf polymere Binder zum Herstellen von keramischen 
Materialien. Das Verfahren kann verwendet werden, um aus Keramikpulvem gebrannte Keramik- materialien herzustellen. Geeignete Pulver enthalten, sind aber nicht begrenzt auf Aluminiumoxid, 
Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Bleioxid, Zirkonium- oxid, Titaniumoxid und Neodymoxid. Aluminiumoxid wird zur Zeit bevorzugt. Das Pulver kann eine gewichtsgemittelte Medianteilchengrösse im Bereich von ein paar   Nanometem   bis zu ungefähr einem halben Millimeter haben Pulver mit einer Mediangrösse im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 10  m werden bevorzugt. 



   In einem Aspekt wird das Keramikpulver mit einer wässngen Lösung gemischt, die ein Polymer enthalt, um einen Brei herzustellen Vorzugsweise wird die Losung unter der Verwendung von deionisiertem Wasser hergestellt Der Brei kann auch Schmiermittel und Tenside enthalten wie 
Dispergiermittel und Schaumverhinderungsmittel. 



   Es ist auch berücksichtigt, dass die Eigenschaften, ohne auf diese beschränkt zu sein, einer 

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 Keramik wie Grundichte, Oberflächenqualität oder Mahleigenschaften wie gewünscht verändert werden können, indem das Verhältnis der verschiedenen Monomeren im Copolymer angepasst wird, der Grad der Hydrolyse eines Copolymers und das Molekulargewicht des in der Binder- zusammensetzung verwendeten Polymers 
Wie hier verwendet, beinhalten "Keramikmaterialien" Ferrite. 



   Der hier verwendete Begriff Bleicherde bezeichnet Materialien, die in der Herstellung von 'Weisser Ware" verwendet werden Beispiele sind u a. Kaolin- und Kugelbleicherde. 



   Die einzige Begrenzung beim Molekulargewicht der Block-Copolymere besteht darin, dass sie ein Molekulargewicht haben, das Wasserlöslichkeit erlaubt. 



   Die folgenden Beispiele werden vorgelegt, um bevorzugte Ausführungsformen und den Nutzen der Erfindung zu beschreiben, und bedeuten keine Begrenzung der Erfindung, ausser es wird in den beigefügten Ansprüchen erwahnt Beispiel 1 
Es wurde ein Copolymer getestet als Binder für Tonerdeteilchen vom Typ, wie sie gewöhnlich zur Herstellung von Keramikmaterialien verwendet werden 
Der Schlamm wurde wie folgt hergestellt- 1500 g Schlamm wurde mit 80 Gewichtsprozent Tonerdepulver (99,5 % calciniertes alpha-Tonerdeoxid, erhältlich von Alcan, CA 90 LSB Alumina) in Wasser unter Verwendung von 0,25 Gewichtsprozent (Polymer/Pulver) des Polymer- dispergiermittels hergestellt Jedem so hergestellten Schlamm wurde die zu testende Polymer- aufbereitung hinzugefügt zu einem Gesamtgrad von 4,0 Gewichtsprozent (Polymer/Pulver).

   Dann wurde jeder Binder enthaltende Schlamm bei 800 U/min für eine Stunde propellergemischt. Für jede notwendige Verdünnung wurde deionisiertes Wasser hinzugefügt, um den tabellierten Pulverfeststoffgrad zu erreichen 
Der gemahlene Brei wurde in einem Yamato   DL-41   Laborzerstäubungstrockner zerstäubangs- getrocknet Die Trocknungsbetnebsbedingungen waren.

   250 C Luft-Einlasstemperatur, Zerstäu- bungsluftwert eingestellt auf 1,2, Breizufuhrpumpwert eingestellt auf 5 und Trocknungs- luftzufuhrrate 0,7 m3/min Es wurde ein Trockenpulver hergestellt, das zurückgewonnen, gesiebt und über Nacht in einer Kammer mit 20 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert wurde 
Das gesiebte Pulver wurde in 9 Presslinge gepresst in einer Carver-Laborpresse, drei davon bei 340 atm (5000 pounds/square inch) Druckkraft, drei bei 1020 atm (15000 pounds/square inch) Druckkraft und drei bei 1700 atm (25000 pounds/square inch) Druckkraft Die Presslinge hatten ungefähr 28,7 mm Durchmesser und 5-6 mm Höhe.

   Die Ausmasse und Gewichte der Presslinge wurden gemessen und die Presslinge wurden zerdrückt, um die erforderliche Kraft, um sie zu brechen, zu bestimmen Die diametrale Presskraft ("diametral compression strength", DCS) für jeden der Presslinge wurde aus der Bruchkraft und den Pressling-Ausmassen bestimmt Die mittlere diametrale Druckkraft in Megapascal für jeden Satz von drei Presslingen wird unten in Tabelle I auf gelistet 
Die diametrale Presskraft für einen Grünkörper ("green body") ist aus folgenden Gründen bei keramischen Anwendungen wichtig Die grundlegende Funktion des Binders besteht darin, die verdichtete Form nach dem Pressen zusammenzuhalten Das zur Bestimmung der geeigneten "Grunkraft" ("green strength")

   verwendete Verfahren ist die diametrale Presskraft oder DCS eines Binderquerschnittes über seinen Durchmesser Die DCS ist tatsächlich ein Mass für die Bruchfestigkeit. Die Masseinheit für die Drucktoleranz ist das Megapascal (Mpa) Typische Werte fur DCS von "grünen" Teilen bewegen sich im Bereich von 0,3 bis 3,0 Mpa.

   Da ein höherer DCS-Wert auf einen effizienteren Binder verweist, zeigt Tabelle I, dass die Polymere der vorliegenden Erfindung effizienter sind als eine herkömmliche Aufbereitung 
Da eine grössere Dichte wünschenswerter ist, illustrieren die Resultate aus Tabelle I, dass die Polymere der vorliegenden Erfindung auch in dieser Hinsicht vorteilhafter sind, wie durch die Zahlen angezeigt, die höher sind als im Fall der konventionellen Aufbereitung A 

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Tabelle I Vergleichende Grünkörperleistung 
 EMI6.1 
 
<tb> Polymere <SEP> Aufbereitung
<tb> 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Druck <SEP> (1bs) <SEP> Diametrale <SEP> Presskraft <SEP> für <SEP> Grunkörper <SEP> (Mpa)
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 5000 <SEP> 0,234 <SEP> 0,340 <SEP> 0,373 <SEP> 0,223 <SEP> 0,181
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 15000 <SEP> 0,427 <SEP> 0,

  529 <SEP> 0.613 <SEP> 0,360 <SEP> 0,240
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 25000 <SEP> 0,464 <SEP> 0,629 <SEP> 0,707 <SEP> 0,438 <SEP> 0,293
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Pressling-Gründichte <SEP> (g/cc)
<tb> 
<tb> 
<tb> 5000 <SEP> 2 <SEP> 3743 <SEP> 2 <SEP> 4307 <SEP> 2 <SEP> 4181 <SEP> 2 <SEP> 4023 <SEP> 2 <SEP> 4677 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 15000 <SEP> 2,5304 <SEP> 2,5728 <SEP> 25665 <SEP> 2,5368 <SEP> 2,5818
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 25000 <SEP> 2 <SEP> 5537 <SEP> 2 <SEP> 6244 <SEP> 2 <SEP> 6087 <SEP> 2 <SEP> 5932 <SEP> 2 <SEP> 6330 <SEP> 
<tb> 
 A = herkömmliche Polyethylenglykol-Aufbereitung, PEG 3400, erhältlich von Aldrich Chemical Company, Mitwaukee, Wisconsin B = Polymethylmethacrylat-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VP ME 1030, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia C = Polystyrol-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VP SE 1030,

   erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia D = Polybutylmethaycrylat-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VPBE 1030, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia E = Anionisches Polystyrol-Block-Polethylenoxid-Copolymer SE 1010A, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia. 



  Beispiel 2 Das in Beispiel 1 beschriebene experimentelle Verfahren wurde verwendet, um die Ergebnisse aus Tabelle 11 zu erhalten 
Tabelle ll 
 EMI6.2 
 
<tb> Polymere <SEP> Aufbereitung
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E
<tb> 
<tb> Druck <SEP> (PSl) <SEP> Diametrale <SEP> Presskraft <SEP> für <SEP> Grünkörper <SEP> (Mpa)
<tb> 
 
 EMI6.3 
 
 EMI6.4 
 
<tb> 15000 <SEP> 0,8240 <SEP> 0,5294 <SEP> 0,6133 <SEP> 0.3604 <SEP> 0,2401
<tb> 
 
 EMI6.5 
 
 EMI6.6 
 
<tb> Druck <SEP> (PSl) <SEP> Pressling-Grundichte <SEP> (g/cc)
<tb> 5000 <SEP> 1,7187 <SEP> 2,4307 <SEP> 2,4181 <SEP> 2,4023 <SEP> 2 <SEP> 4677 <SEP> 
<tb> 
<tb> 15000 <SEP> 2,1172 <SEP> 2,5728 <SEP> 2,5665 <SEP> 2.5368 <SEP> 2,5818
<tb> 
<tb> 25000 <SEP> 2 <SEP> 3249 <SEP> 2 <SEP> 6244 <SEP> 2,6087 <SEP> 2 <SEP> 5932 <SEP> 2 <SEP> 6330 <SEP> 
<tb> 
 A = 4,0 Gewichtsprozent Polyvinylacetat,

   zu 88 % hydrolysiert zu Polyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, Pennsylvania B = Polymethylmethacrylat-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VP ME 1030, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia. 



  C = Polystyrol-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VP SE 1030, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia. 



  D =   Polybutylmethacrylat-Block-Polyethylenoxid-Copolymer   VPBE 1030, erhältlich von Gold- schmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia 
 EMI6.7 
 Chemical Corporation, Hopewell, Virginia. 

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  Beispiel 3
Das in Beispiel 1 beschriebene experimentelle Verfahren wurde verwendet, um die Resultate aus Tabelle 111 zu erhalten. Die hydrophoben/hydrophilen Block-Copolymere (D) dieser Erfindung wurden verglichen mit denen in der US-PS 5,324,770 (C) offenbarten hydrophoben Block-Copolymere, und die Resultate zeigen die Überlegenheit der hier beschriebenen Block-Copolymere. 



   Tabelle 111 
 EMI7.1 
 
<tb> Block-Copolymere <SEP> als <SEP> Programmadditive
<tb> 
<tb> 
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Druck <SEP> (PSl) <SEP> Diametrale <SEP> Presskraft <SEP> für <SEP> Grünkörper <SEP> (Mpa)
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 5000 <SEP> 0,1550 <SEP> 0,2060 <SEP> 0,3638 <SEP> 0,5670
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 15000 <SEP> 0,8240 <SEP> 0,5560 <SEP> 1.0156 <SEP> 1,1319
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 25000 <SEP> 1,6760 <SEP> 0,7030 <SEP> 1,3857 <SEP> 1,4341
<tb> 
 
 EMI7.2 
 
 EMI7.3 
 
<tb> 5000 <SEP> 1,1787 <SEP> 2,1709 <SEP> 2.0984 <SEP> 2,1805
<tb> 15000 <SEP> 2,1172 <SEP> 2,4054 <SEP> 2.2998 <SEP> 2,3553
<tb> 
<tb> 25000 <SEP> 2,3249 <SEP> 2,4758 <SEP> 2.3880 <SEP> 2,4183
<tb> 
 A = 4,0 Gewichtsprozent Polyvinylacetat, zu ungefähr 88 % hydrolysiert zu Polyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, Pennsylvania B = 2,

  0 Gewichtsprozent Polyvinylacetat, zu ungefähr 88 % hydrolysiert zu Polyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, Pennsylvania, und 2,0 Gewichtsprozent einer herkömm- lichen Polyethylenglykol-Aufbereitung PEG 3400, erhältlich von Aldnch Chemical Company, Milwaukee, Wisconsin C = 2,0 Gewichtsprozent Polyvinylacetat, zu ungefahr 88 % hydrolysiert zu Polyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, Pennsylvania, + 2,0 Gewichtsprozent Copoly(ethylenoxid - Propylenoxid)Ether verkettet mit (1,2-Ethandiolnitrilo) -tetrakis[Propanol] D = 2,0 Gewichtsprozent Polyvinylacetat, zu ungefähr 88 % hydrolysiert zu Potyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, Pennsylvania + 2,0 Gewichtsprozent Polybutylmethacrylat- Block-Polyethylenoxid-Copolymer VPBE 1030, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell,

   Virginia Beispiel 4 
Es wurden unter Verwendung der Standardverfahren die Brookfield-Viskositäten bestimmt, nachdem dem Schlamm die Binderpolymere hinzugefugt wurden Daher zeigt Tabelle IV an, dass die ausgeführten polymeren Programme, wenn sie einem Keramikschlamm hinzugefügt wurden, zu einer geringeren Schlammviskosität führten als ein herkömmliches Aufbereitungsprogramm In vielen Keramikherstellungsverfahren sind die Effizienz und Qualität des Verfahrens durch die Schlammviskosität begrenzt Ein Schlammviskositätswert, der niedriger ist als der herkömmlicher Aufbereitungsprogramme, kann ausgenutzt werden, um die Gewichtsprozent an Pulver pro Einheit Schlamm anzuheben, wodurch die Verfahrensproduktivität verbessert wird. 



   Tabelle IV 
Resultierende Schlammviskosität nach Hinzufügung von 4.0 Gewichtsprozent Binder 
 EMI7.4 
 
<tb> Polymere <SEP> Aufbereitung' <SEP> Brookfield <SEP> Viskosität <SEP> (cP)
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> A <SEP> 223
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> B <SEP> 28
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> C <SEP> 13
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> D <SEP> 16
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> h <SEP> ¯ <SEP> 43
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 A = 4,0 Gewichtsprozent Polyvinylacetat, zu ungefähr 88 % hydrolysiert zu Polyvinylalkohol, erhältlich von Air Products, Allentown, Pennsylvania. 



  B = Polymethylmethacrylat-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VP ME 1030, erhältlich von Gold- schmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia. 



  C = Polystyrol-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VP SE 1030, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia D = Polybutylmethacrylat-Block-Polyethylenoxid-Copolymer VPBE 1030, erhaltlich von Gold- schmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia E = Anionisches Polystyrol-Block-Polethylenoxid-Copolymer SE 1010A, erhältlich von Goldschmidt Chemical Corporation, Hopewell, Virginia.

Claims (17)

1 Jeder Schlamm auf 61,5 Gewichts-% A12O3-Pulver hergestellt An der Zusammensetzung, der Durchführung und der Anordnung des Verfahrens der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung können Änderungen vorgenommen werden, ohne dass man das Konzept und den Rahmen der Erfindung verlässt, wie es in den beigefugten Ansprüchen beschrieben ist PATENTANSPRÜCHE: 1 Ungebranntes keramisches Vorläufermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mischung umfasst aus:

a) einem Keramikpulver, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tonerde, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Bleioxid, Zirkoniumoxid, Titaniumoxid, Speckstein, Bariumtitanat, Bleizirkonatzitanat, Bleicherde, Ferrit, Yttriumoxid, Zinkoxid, Wolframcarbid, Sialon, Neodymoxid und Kombinationen daraus und b) einem wasserlöslichen Block-Copolymer mit hydrophoben und hydrophilen Mer-Ein- heiten, wobei die hydrophilen Mer-Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Oxyalkylaten, Acrylsäure und Methaaylsaure, und wobei die hydrophoben Mer- Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Styrol, Methylmethacrylat und Butylmethacrylat

2 Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen Oxyalkylat-Mer- Einheiten Ethylenoxide sind

3 Material nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen Mer-Einheiten Ethylenoxide sind und die hydrophoben Mer-Einheiten individuell ausgewählt werden aus Styrolen, Methylmethacrylaten und Butylmethacrylaten.

4 Matenal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen Mer-Einheiten Methacrylsäuren sind und die hydrophoben Mer-Einheiten Methylmethacrylate

5. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Block- Copolymer ein Molekulargewicht von ungefähr 1000 bis ungefähr 200000 hat

6 Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein zweites wasserlösliches Block-Copolymer enthält

7. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin entweder ein Polyethylenglykol, einen Polyvinylalkohol oder ein Polyethylenoxid enthält.

8. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Block- Copolymer ungefähr von 0,1 bis ungefähr 15 Gewichtsprozent des gesamten Keramikmaterials beträgt

9 Verfahren zur Herstellung eines Keramikmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte umfasst- a) Mischen eines Keramikpulvers mit einer wässrigen Lösung, die ein wasserlösliches Block-Copolymer enthält, um einen Brei herzustellen, wobei das wasserlösliche Block- Copolymer hydrophobe und hydrophile Mer-Einheiten umfasst, wobei die hydrophilen Mer- Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Oxyalkylat und Methacrylsäure und wobei die hydrophoben Mer-Einheiten ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Styrol, Methylmethacrylat und Butylmethacrylat, <Desc/Clms Page number 9> b) Trocknen des Breis in einem Verfahren, das ausgewählt wurde aus der Gruppe,

bestehend aus Filterpressen, Flüssigbettzerstaubungstrocknen, Zerstaubungstrocknen und Streifengiessen, um Teilchen herzustellen, die das Block-Copolymer enthalten, c) Verdichten der Teilchen in einem Verfahren, das aus der Gruppe ausgewählt wurde, bestehend aus Trockenpressen, Strangpressen, isostatisches Pressen, Schütteln und Schlammgiessen, um eine Aggregatstruktur zu erzeugen; und d) Erhitzen der Aggregatstruktur, um ein gebranntes Keramikmaterial herzustellen

10 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen durch Granulieren hergestellt werden und der Schritt des Verdichtens der Teilchen, um eine Aggregatstruktur zu erzeugen, ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Trockenpressen und isosta- tisches Pressen.

11 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen Oxyalkylat-Mer- Einheiten Ethylenoxide sind

12 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen Mer-Einheiten Ethylenoxide sind und die hydrophoben Einheiten individuell ausgewählt wurden aus Styrolen, Methylmethacrylaten und Butylmethacrylaten

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophilen Mer-Einheiten Methacrylsäuren sind und die hydrophoben Mer-Einheiten Methylmethacrylate

14 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Block- Copolymer ein Molekulargewicht von ungefähr 1000 bis ungefähr 200000 hat.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein zweites wasserlösliches Block-Copolymer enthält.

16 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin entweder ein Polyethylenglykol, einen Polyvinylalkohol oder ein Polyethylenoxid enthalt

17 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Block- Copolymer ungefähr 0,1 bis ungefähr 15 Gewichtsprozent des gesamten Keramikmaterials beträgt