JP2001145910A - セラミック成形方法および成形用バインダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックのプレス成形において、成形用バ
インダーとしてＰＶＡを用いた場合は成形体の強度が低
く、強度を上げるためにはＰＶＡの添加量を多くする必
要があるが、ＰＶＡを多量に添加したスラリーはその粘
度が高くなって移送などの操作がしにくく、かつ、噴霧
乾燥時の乾燥効率が低くなるため生産効率が落ちてしま
いコストが上昇するという問題があった。 【解決手段】 成形用バインダーとして澱粉または澱粉
化工品を用い、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が
１．０％以上５．０％以下で、プレス成形した成形体を
乾燥する工程をもつセラミック成形方法、あるいは、プ
レス成形前に噴霧乾燥した成形用粉体に水分を吸湿させ
る工程およびプレス成形した成形体を乾燥する工程をも
つセラミック成形方法、あるいは、成形用バインダーと
してＰＶＡ、および、澱粉または澱粉化工品とを混合し
て使用し、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が０．
５％以上５．０％以下で、プレス成形した成形体を乾燥
する工程をもつセラミック成形方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック成形方
法および成形用バインダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックの成形方法の一つに、セラミ
ック粉末と成形用バインダーと水との混合物からなるス
ラリーを噴霧乾燥した後、得られた成形用粉体をプレス
して成形体（グリーン体）を得るというプレス成形方法
がある。

【０００３】プレス成形方法は、他の成形方法と比較す
ると成形用バインダーの添加量が少なく、成形コストが
低くできるという特徴がある。また、成形用バインダー
としては一般的にポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡ
と略す）などの合成高分子が使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成形用
バインダーとしてＰＶＡを用いた場合は成形体の強度が
低く、強度を上げるためにはＰＶＡの添加量を多くする
必要がある、という問題がある。

【０００５】また、ＰＶＡを多量に添加したスラリーは
その粘度が高くなって移送などの操作がしにくくなり、
かつ、噴霧乾燥時の乾燥効率が低くなるため生産効率が
低くなり、コストが上昇するという問題があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点を考慮し
てなされたものであり、生産効率の高いセラミック成形
方法および成形用バインダーを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、検討を重ね
た結果、成形用バインダーとして澱粉または澱粉化工品
を用い、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が１．０
％以上５．０％以下で、プレス成形した成形体を乾燥す
る工程をもつセラミック成形方法、あるいは、成形用バ
インダーとして澱粉または澱粉化工品を用い、かつ、プ
レス成形前に噴霧乾燥した成形用粉体に水分を吸湿させ
る工程およびプレス成形した成形体を乾燥する工程をも
つセラミック成形方法、あるいは、成形用バインダーと
してＰＶＡに澱粉または澱粉化工品を併用して使用し、
かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が０．５％以上
５．０％以下で、プレス成形した成形体を乾燥する工程
をもつセラミック成形方法、を用いると成形体の強度が
高く、かつ、生産効率が高いことを見いだし、この知見
に基づいて本発明を完成するに至った。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明における成形用バインダー
の、澱粉または澱粉化工品は、より具体的には、デキス
トリン化、低粘度化、アルケニルコハク酸エステル化お
よびヒドロキシアルキル化からなる群より選ばれる一種
以上の化工を行った澱粉化工品であることを特徴とす
る。

【０００９】本発明における成形用バインダーの、澱粉
または澱粉化工品の原料は特に制限はないが、具体的に
は、コーンスターチ、ワキシコーンスターチ、ハイアミ
ロースコーンスターチ、タピオカ澱粉、馬鈴薯澱粉、甘
藷澱粉、サゴ澱粉、小麦澱粉などが挙げられる。

【００１０】本発明における成形用バインダーの、ＰＶ
Ａの鹸化度や重合度は特に制限はないが、具体的には、
鹸化度８５％、重合度５００のものなどが挙げられる。
また、場合によっては、灰分を０．１％未満に減らした
ものを用いてもよい。

【００１１】本発明における成形用バインダーは、冷水
可溶性のものはセラミック粉体と直接混合することが可
能である。溶解に加熱が必要なものは、単独の水スラリ
ーを作製した後そのスラリーを加熱して溶解させたり、
お湯に投入して溶解させて、その溶液をセラミック粉体
と混合する。

【００１２】本発明のセラミック成形用バインダーにお
いて、その添加量（ＰＶＡに澱粉または澱粉化工品を併
用する場合はその全量）はセラミック粉体に対して０．
５〜１０％の範囲、より好ましくは１〜５％の範囲が好
ましい。バインダーの添加量が１０％より大きい場合は
粘度が高くなり、かつ噴霧乾燥の効率が低くなる。０．
５％未満であると成形用バインダーを添加しても成形体
の強度があまり向上せず本発明の効果が得られず好まし
くない。

【００１３】本発明のセラミック成形方法において、使
用できるセラミック粉体には特に制限はないが、具体的
には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウ
ム、酸化チタニウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウ
ム、酸化ニオブ、チタン酸バリウム、窒化ケイ素などが
挙げられる。

【００１４】セラミック粉体の粒径は０．１〜３０００
μｍの範囲である。セラミック粉末の粒径は小さいほど
焼結性が良いので有利であるが、粉砕工程に多大な時間
と機械力が必要なためコストが高くなり実用上好ましく
ない。実用上好ましい平均粒径の範囲は０．５〜５０μ
ｍである。

【００１５】本発明におけるセラミック成形方法におけ
る添加剤は、分散剤の他に、必要であるならば酸化防止
剤、流動剤、解膠剤、界面活性剤、離型剤などの添加剤
を適宜加えてもよい。

【００１６】本発明のセラミック成形用バインダーとセ
ラミック粉体、水、添加剤の混合方法に特に制限はない
が、スラリーを全体に均一としセラミック粉体を完全に
分散させるためには、ボールミルやビーズミル等が好ま
しい。

【００１７】スラリーを噴霧乾燥する方法は、従来と同
様に行ってよい。しかし、本発明における成形用バイン
ダーは、ＰＶＡのみを成形用バインダーとして使用した
場合と比較すると乾燥が容易なため、乾燥温度を高くし
すぎない注意が必要である。

【００１８】成形用バインダーとして澱粉または澱粉化
工品を用い、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体をそのまま
プレス成形する場合は、成形用粉体の水分が１．０〜
５．０％の範囲、より好ましくは１．５〜３．５％であ
ることが好ましい。１．０％以下であると成形体の強度
があまり向上せず本発明の効果が得られず好ましくな
い。５．０％以上であると成形用粉体の流動性が著しく
悪くなり成形性が悪化して好ましくない。

【００１９】成形用バインダーとして澱粉または澱粉化
工品を用い、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体に水分を吸
湿させる場合は、成形用粉体の粒径を変えない事が必要
である。このため、スプレー等で成形用粉体に水を噴霧
する方法は、成形用粉体が複粒を作る可能性があるため
好ましくない。一定量の水蒸気を含んだ空気を成形用粉
体に接触させ、徐々に吸湿させる方法が好ましい。ま
た、吸湿時には結露が起こらないように温度管理に注意
する必要がある。

【００２０】吸湿させた成形用粉体の水分は１．０〜
５．０％の範囲、好ましくは１．５〜３．５％であるこ
とが好ましい。１．０％以下であると成形体の強度があ
まり向上せず本発明の効果が得られず好ましくない。
５．０％以上であると成形用粉体の流動性が著しく悪く
なり成形性が悪化して好ましくない。

【００２１】成形用バインダーとしてＰＶＡに澱粉また
は澱粉化工品を併用して使用する場合、ＰＶＡに澱粉ま
たは澱粉化工品を配合する割合は特に制限はないが、Ｐ
ＶＡ：澱粉または澱粉化工品が、９０：１０〜１０：９
０の範囲で使用することができる。ＰＶＡが９０以上の
場合は、ＰＶＡのみを成形用バインダーとして使用した
場合とあまり変わらず、本発明の効果が少ない。

【００２２】ＰＶＡに澱粉または澱粉化工品を配合する
方法は特に制限はない。粉体の状態で配合して一緒に溶
解させてもよいし、別々に溶解させてセラミック粉体に
添加してもよい。

【００２３】成形用バインダーとしてＰＶＡに澱粉また
は澱粉化工品を併用する場合、成形用粉体の水分範囲が
０．５〜５．０％、好ましくは０．５〜３．０％のもの
が使用できる。０．５％以下であると成形体の強度があ
まり向上せず本発明の効果が得られず好ましくない。ま
た、５．０％以上であると成形用粉体の流動性が著しく
悪くなり成形性が悪化して好ましくない。

【００２４】成形用バインダーとしてＰＶＡに澱粉また
は澱粉化工品を併用して使用する場合は、ＰＶＡのみを
成形用バインダーとして使用した場合よりも、噴霧乾燥
時の乾燥効率が高くなり、成形体の強度が高いという相
乗効果がある。また、成形用粉体の流動性も高くなる。

【００２５】本発明によって得られた成形用粉体のプレ
ス成形の方法および圧力については、従来と同様に行っ
てよい。

【００２６】プレス成形した成形体を乾燥する工程で
は、乾燥する方法に特に制限はない。６０℃程度に加熱
して乾燥しても良いし、室温で風乾しても良い。

【００２７】以下、実施例にて本発明を具体的に説明す
るが、まず、実施例中で用いる原材料および評価方法に
ついて説明する。

【００２８】１．処方（以下、配合量は注釈がない限り
重量部で表示する。） １）セラミック粉体：平均粒径０．６μｍの酸化アルミ
ニウム粉体、６００部 ２）成形用バインダー：表１に記載のバインダー、表２
に記載の配合量 ３）用水：イオン交換水、２４０部 ４）分散剤：ポリカルボン酸アンモニウム水溶液、７．
２部 上記４つを配合し、ボールミルにて２２時間混合した
後、イオン交換水にて容量で１．５倍に希釈し、噴霧乾
燥した。成形用バインダーは必要があれば水溶液にして
配合した。バインダーの乾燥条件を表２に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表２において、乾燥量とは一定時間当たり
に乾燥することができた成形用粉体の量（重量部）を表
す。成形用バインダーの配合量が同じ場合、比較製造例
に比べ製造例は乾燥量が多く、生産効率が高いことを表
している。

【００３２】２．物性評価方法 噴霧乾燥した成形用粉体を、そのまま、もしくは２５
℃、７０％ＲＨの恒温恒湿内の棚に静置して吸湿させた
後、所定量を金型に入れて７００Ｋｇ／ｃm²のプレス圧
で直方体のサンプルに成形し、５０℃で４時間乾燥させ
た。放冷後、サンプルをスパン巾３０ｍｍ、試験速度
０．５ｍｍ／ｍｉｎで曲げ強度を測定した。結果を表３
に示す。

【００３３】比較例１〜９が成形用バインダーとして澱
粉または澱粉化工品を用い成形用粉体の水分が１％未満
の場合の結果、比較例１０が成形用バインダーとして澱
粉または澱粉化工品を用い成形用粉体の水分が５％より
多い場合の結果、比較例１１〜１５がＰＶＡのみを成形
用バインダーで使用した場合の結果を、それぞれ表す。

【００３４】

【表３】

【００３５】比較例１〜９は極めて曲げ強度が低いこと
がわかる。比較例１０は実施例と同等の曲げ強度を示し
たが、成形用粉体の流動性が極めて悪く、かさも非常に
大きくなったため、プレスでの成形が困難であった。比
較例１１〜１５は比較例１〜９よりは曲げ強度が高い
が、成形用バインダーの配合量が同じ場合では実施例に
比べ曲げ強度が劣ることがわかる。また、実施例は比較
例１１〜１５と比べ成型用粉体の水分が多いが、成形用
粉体の流動性は同等もしくはそれ以上であり、プレスで
の成形が容易であった。

【００３６】

【発明の効果】成形用バインダーとして澱粉または澱粉
化工品を用い、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が
１．０％以上５．０％以下で、プレス成形した成形体を
乾燥する工程をもつセラミック成形方法、あるいは、プ
レス成形前に噴霧乾燥した成形用粉体に水分を吸湿させ
る工程およびプレス成形した成形体を乾燥する工程をも
つセラミック成形方法、あるいは、成形用バインダーと
してＰＶＡに澱粉または澱粉化工品を併用して使用し、
かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が０．５％以上
５．０％以下で、プレス成形した成形体を乾燥する工程
をもつことを特徴とするセラミック成形方法により、成
形体の強度が高く、生産効率が高くなった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金原 陽子 大阪府大阪市淀川区三津屋北３丁目３番29 号 日澱化学株式会社内 (72)発明者 宮本 大樹 大阪府和泉市あゆみ野２丁目７番１号 大 阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 久米 秀樹 大阪府和泉市あゆみ野２丁目７番１号 大 阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 西川 義人 大阪府和泉市あゆみ野２丁目７番１号 大 阪府立産業技術総合研究所内 Ｆターム(参考） 4G030 GA14 GA16 GA18 PA25 4G054 AA05 BA02 BA62

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック粉体、成形用バインダー、
   水、分散剤等の添加剤を混合したスラリーを噴霧乾燥
   し、得られた成形用粉体をプレスして成形体を作製する
   セラミック成型方法において、成形用バインダーとして
   澱粉または澱粉化工品を用い、かつ、噴霧乾燥した成形
   用粉体の水分が１．０％以上５．０％以下であり、プレ
   ス成形した成形体を乾燥する工程をもつことを特徴とす
   るセラミック成形方法。
2. 【請求項２】 セラミック粉体、成形用バインダー、
   水、分散剤等の添加剤を混合したスラリーを噴霧乾燥
   し、得られた成形用粉体をプレスして成形体を作製する
   セラミック成形方法において、成形用バインダーとして
   澱粉または澱粉化工品を用い、かつ、プレス成形前に噴
   霧乾燥した成形用粉体に水分を吸湿させる工程およびプ
   レス成形した成形体を乾燥する工程をもつことを特徴と
   するセラミック成形方法。
3. 【請求項３】 セラミック粉体、成形用バインダー、
   水、分散剤等の添加剤を混合したスラリーを噴霧乾燥
   し、得られた成形用粉体をプレスして成形体を作製する
   セラミック成形方法において、 噴霧乾燥した成形用粉体の水分が１．０％以上５．０％
   以下であり、プレス成形した成形体を乾燥する工程をも
   つセラミック成形方法において、あるいはプレス成形前
   に噴霧乾燥した成形用粉体に水分を吸湿させる工程およ
   びプレス成形した成形体を乾燥する工程をもつセラミッ
   ク成形方法において、 セラミック成形用バインダーが、澱粉に、デキストリン
   化、低粘度化、アルケニルコハク酸エステル化およびヒ
   ドロキシアルキル化からなる群より選ばれる一種以上の
   化工を行った澱粉化工品であるセラミック成形用バイン
   ダー。
4. 【請求項４】 セラミック粉体、成形用バインダー、
   水、分散剤等の添加剤を混合したスラリーを噴霧乾燥
   し、得られた成形用粉体をプレスして成形体を作製する
   セラミック成形方法において、成形用バインダーとして
   ポリビニルアルコールに澱粉または澱粉化工品を併用し
   て使用し、かつ、噴霧乾燥した成形用粉体の水分が０．
   ５％以上５．０％以下であり、プレス成形した成形体を
   乾燥する工程をもつことを特徴とするセラミック成形方
   法。
5. 【請求項５】 セラミック粉体、成形用バインダー、
   水、分散剤等の添加剤を混合したスラリーを噴霧乾燥
   し、得られた成形用粉体をプレスして成形体を作製する
   セラミック成形方法において、セラミック成形用バイン
   ダーが、ポリビニルアルコールに、澱粉にデキストリン
   化、低粘度化、アルケニルコハク酸エステル化およびヒ
   ドロキシアルキル化からなる群より選ばれる一種以上の
   化工を行った澱粉化工品を配合したものであるセラミッ
   ク成形用バインダー。