JP2001146481A - セラミック組成物の調製方法 - Google Patents

セラミック組成物の調製方法

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JP2001146481A JP2000305853A JP2000305853A JP2001146481A JP 2001146481 A JP2001146481 A JP 2001146481A JP 2000305853 A JP2000305853 A JP 2000305853A JP 2000305853 A JP2000305853 A JP 2000305853A JP 2001146481 A JP2001146481 A JP 2001146481A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】グリーン体を調製するために用いられるスラリ
ーの取り扱い特性を減じることなくセラミック組成物に
配合される、望ましい添加剤を提供すること。 【解決手段】(a)ミネラルマトリックス物質、および
ポリマー添加剤を含む水性セラミックスラリーを生成す
ること;(b)水性セラミックスラリーを脱水して、ミ
ネラルマトリックス物質−ポリマー添加剤複合体を生成
すること;(c)ミネラルマトリックス物質−ポリマー
添加剤複合体を圧密することで、グリーン体を生成する
こと;ならびに(d)グリーン体を焼結すること;を含
む、セラミック組成物の調製方法であり、該ポリマー添
加剤が、重合単位として、アクリル酸、メタアクリル
酸、ならびにそれらのアルカリ金属塩およびアンモニウ
ム塩の1つ以上から選択される酸含有モノマーを含むポ
リマーの1つ以上から選択され;およびポリマー添加剤
が水性セラミックスラリーに添加された後、少なくとも
24時間、水性セラミックスラリーが、特定の範囲内の
粘度を維持する調製方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、セラミック製品の生成におい
て、増大した可塑性、密度、および強度を提供するポリ
マー添加剤の使用に関する。特に、本発明には、選ばれ
たポリマー添加剤をミネラルマトリックス物質(min
eral matrix material)と一緒に
使用して、衛生陶器製品で使用されるような、グリーン
強度が改良され、廃棄物副生物へのロスが減じられるセ
ラミックグリーン体(green body)を提供す
ることが含まれる。加えて、選ばれたポリマー添加剤
は、ハイソリッド(high solid)のセラミッ
ク粒子スラリーが選択される範囲内に制御可能な粘度を
有するように調製されることを可能にすることで、グリ
ーン体生成の前の加工工程における取り扱いを容易にす
る。
【0002】セラミック物質は、典型的には、粉末のセ
ラミック酸化物(ceramicoxide)を水性ス
ラリー中で、分散剤およびバインダーといった加工助剤
と一緒に混合することで調製される。スラリーが、セラ
ミック粒子を生成するために脱水された後、粒子は、所
望の形状を有する「グリーン体」へ凝集され(圧密さ
れ)ることができ;別法では、スラリーを、グリーン体
を生成するために成形と脱水が一緒に起こるようにされ
た型に、充填することができる。グリーン体は熱処理
(焼結)に供され、グリーン体は、様々な製品の使用に
十分な強度および耐久性を有する「焼成セラミック(f
ired ceramic)」に転換され、製品として
は、例えば、クロマトグラフィーのメディア(medi
a)、粉砕助剤(grinding aid)、研磨
剤、触媒、吸着剤、食卓用食器具、タイル、電子部品
(electronic component)、建設
部材、機械部品、ならびに、特に、流し(sink)、
スパ(spa)、バスルームの備品(fixtur
e)、衛生陶器および建築物製品が挙げられる。
【0003】グリーン体の特性は、一般に、最終セラミ
ック製品の特性に影響を及ぼす。グリーン体のグリーン
密度が小さすぎるなら、硬度および靱性といった製品の
機械的性質が減じられる。グリーン強度が小さすぎるな
ら、グリーン体を生成するのが困難あるいは不可能にな
る。すなわち、十分なグリーン密度およびグリーン強度
を有するセラミックグリーン体を提供することが望まし
い。グリーン密度は、加工中に、セラミック物質がいか
によく圧密されるかによって決定される。
【0004】セラミック粒子における可塑性が欠如する
ことにより、グリーン体の硬度は増大する。増大した強
度は、グリーン体生成の間、粒子の圧密性を減じ、それ
ゆえに、圧密後のグリーン体の密度を小さくする。小さ
なグリーン密度は、焼結後の小さい密度をもたらし、最
終セラミック製品の機械的強度を減じる。
【0005】一般的な可塑剤が、グリーン体の特性を改
良するために用いられ、これらとしては、水、エチレン
グリコール、ポリエチレングリコール、グリセロール、
フタル酸ジブチルおよびフタル酸ジメチルが挙げられる
(James S. Reed、Principles
of Ceramic Processing、Se
cond Ed.、John Wiley and S
ons、p204、New York、1995)。こ
れらの可塑剤は、水溶性または水不溶性のどちらかであ
る。水不溶性の可塑剤は、水ベースのセラミックスラリ
ーへ混合するのが困難である。水溶性の可塑剤は、湿度
の変化に過敏、すなわち、吸湿性であるので、あまり望
まれない。すなわち、これらの水溶性可塑剤を用いる方
法によって生成されたセラミックグリーン体は、湿度変
化により、圧密、グリーン密度、グリーン強度、収縮、
およびダイ粘着(die sticking)に、ばら
つきを生じる(Whitmanらによる、「Humid
ity Sensitivity of Dry Pr
ess Binders、」 Paper No.SX
VIIb−92−94、96th Annual Me
eting ofthe American Cera
mic Society、 Indianapoli
s、 IN、 April 25、1994)。加え
て、前記の可塑剤は、小さい分子または非常に低分子量
のポリマーであるので、加工中にセラミック粉末に対
し、ほとんどまたは全く接着しない。これらのタイプの
可塑剤と共に加工されたセラミックグリーン体は、強度
が減じられる。
【0006】圧密性を増大させ、セラミックグリーン体
のグリーン密度およびグリーン強度を増大させるための
1つの方法は、加工助剤としてバインダーを用いること
である。米国特許第5,487,855号は、セラミッ
ク物質で使用するための、エステルまたはアミド官能基
を有するモノマーから生成された、水溶性の加水分解さ
れたコポリマーをベースにしたバインダーを開示してい
る。米国特許第5,908,889号は、セラミック物
質のためのバインダーとして、縮合重合によって生成さ
れる水溶性のポリアミドの使用を開示している。それら
は水溶性であるので、これらのバインダーは、湿度の変
化に過敏であるという不利な点を有し、加工中に特性に
ばらつきを引き起こす可能性がある。
【0007】米国特許第4,968,460号は、アク
リレートエステルポリマーを含む、セラミック物質のた
めのバインダーとして有用なエマルションポリマーを何
種類か開示している。グリーン体が、電子ビーム照射、
X線照射、紫外線、50℃から200℃の熱処理、また
は熱および圧力の組み合わせといったエネルギー処理工
程に供される際に、これらのバインダーは、セラミック
グリーン体に、増大したグリーン強度およびグリーン密
度を提供するが;追加の処理は、セラミックグリーン体
の生成のための時間およびコストを増大させる。
【0008】本発明は、特に、スラリー貯蔵、スラリー
移動、噴霧乾燥、スリップキャスティング(slip
casting)またはフィルタープレス(filte
rpressing)を含む加工工程において、制御さ
れた粘度を有するセラミック粒子スラリーを提供する特
定のポリマー添加物を使用することでセラミック組成物
の調製における先行技術の添加剤の使用を含む課題を解
決し、グリーン体を調製するために用いられるスラリー
の取り扱い特性(handling propert
y)を減じることなくセラミック組成物に配合される、
望ましい添加剤を提供することを目的とする。
【0009】本発明は、以下の方法を提供する。 (a)水性セラミックスラリーの重量を基準にして45
から85重量%のミネラルマトリックス物質、およびミ
ネラルマトリックス物質の重量を基準にして0.05か
ら10重量%のポリマー添加剤を含む水性セラミックス
ラリーを生成すること; (b)噴霧乾燥、スリップキャスティングおよびフィル
タープレスの1つ以上から選択される方法によって、水
性セラミックスラリーを脱水して、ミネラルマトリック
ス物質−ポリマー添加剤複合体を生成すること; (c)ミネラルマトリックス物質−ポリマー添加剤複合
体を圧密することで、グリーン体を生成すること;なら
びに (d)グリーン体を焼結すること;を含む、セラミック
組成物の調製方法であり、該ポリマー添加剤が、重合単
位として、ポリマーの重量を基準にして、0.1から2
0重量%の、アクリル酸、メタアクリル酸、ならびにそ
れらのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩の1つ以上
から選択される酸含有モノマーを含むポリマーの1つ以
上から選択され;およびポリマー添加剤が水性セラミッ
クスラリーに添加された後、少なくとも24時間、水性
セラミックスラリーが、0.15パスカル・秒より大き
く1.5パスカル・秒より小さい粘度を維持する、調製
方法。
【0010】本発明は、さらに以下の方法を提供する。 (a)水性セラミックスラリーの全重量を基準にして4
5から85重量%のミネラルマトリックス物質を含む水
性セラミックスラリーを生成すること;および、(b)
ミネラルマトリックス物質の重量を基準にして0.05
から10重量%のポリマー添加剤を水性セラミックスラ
リーに添加すること;を含む、水性セラミックスラリー
の安定化方法であり、該ポリマー添加剤が、重合単位と
して、ポリマーの重量を基準にして、0.1から20重
量%の、アクリル酸、メタアクリル酸、ならびにそれら
のアルカリ金属塩およびアンモニウム塩の1つ以上から
選択される酸含有モノマーを含むポリマーの1つ以上か
ら選択され;およびポリマー添加剤が水性セラミックス
ラリーに添加された後、少なくとも24時間、水性セラ
ミックスラリーが、0.15パスカル・秒より大きく
1.5パスカル・秒より小さい粘度を維持する、安定化
方法。
【0011】本発明方法は、衛生陶器ならびにバスルー
ムおよびキッチンの備品といった、製品の製造において
使用するのに適した幅広いセラミック組成物の調製に有
用である。グリーン体組成物の配合において選ばれたポ
リマー添加剤を使用することで、ハイソリッドのセラミ
ックスラリーの(粘度および混合物の均一さ(mixt
ure homogeneity)といった)レオロジ
ー的性質の安定化および制御ができ、このようにして、
完成セラミック品に改良された強度および性能を提供す
ると同時に、セラミックスラリーが妨げられずに移動し
加工されることを見いだした。
【0012】本明細書では、用語「アルキル(メタ)ア
クリレート」は、相当するアクリレートまたはメタアク
リレートエステルのいずれかを意味する;同様に、用語
「(メタ)アクリル」は、アクリル酸またはメタアクリ
ル酸、およびエステルまたはアミドといった相当する誘
導体のいずれかを意味する。本明細書では、他に記載が
ない限り、すべてのパーセントは、関係するポリマーま
たは組成物の全重量を基準にした、重量パーセント
(%)で表されることを意味する。本明細書では、用語
「コポリマー」は、2つ以上の異なったモノマーの単位
を含むポリマー組成物を意味する。本明細書で用いられ
る「エマルション−形態のポリマー」は、エマルション
重合技術によって調製される水不溶性のポリマーを意味
する。本明細書で用いられる「ガラス転移温度」または
「Tg」は、該温度またはそれより上の温度においてガ
ラス状のポリマーがポリマー鎖のセグメントの運動(s
egmental motion)を行う温度を意味す
る。
【0013】本発明方法で用いられるのに適したポリマ
ー添加剤は、典型的には−50℃から+90℃、好まし
くは−50℃から+50℃の範囲内のTgを有する。ポ
リマーのTgは、例えば、示差熱量測定(DSC)を含
む様々な手法によって測定されることができる。
【0014】本発明において有用なポリマー添加剤は、
典型的には30,000から2,000,000、好ま
しくは50,000から1,000,000、より好ま
しくは100,000から500,000の重量平均分
子量(M)を有する。重量平均分子量は、含まれるポ
リマー組成物にとって適切な既知のポリマースタンダー
ドを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィー
(GPC)分析に基づいている。
【0015】理論により拘束されることを望まないが、
本発明の場合に、0.1から20%のアクリル酸または
メタアクリル酸モノマー単位を含むポリマーは、得られ
たグリーン体組成物において向上された強度を提供し、
同時に、セラミック製品生成の様々な工程を通して加工
を容易にする、制御され有利なレオロジー的性質を有す
るセラミック粒子スラリーを提供することができると信
じている。
【0016】ポリマー添加剤は、重合のために知られて
いる任意の公知の方法:バルク、懸濁、溶液またはエマ
ルション重合技術で調製されることができる。水不溶性
ビニルポリマーが特に好ましく;中間体および得られた
グリーン体組成物の加工中の湿度に過敏でないので、エ
マルション−生成ポリマーであることが特に好ましい。
【0017】本発明方法で有用な好適なポリマー添加剤
としては、(C−C22)アルキル(メタ)アクリレ
ートエステルから形成されるアクリルポリマーおよびコ
ポリマーが挙げられ、(C−C22)アルキル(メ
タ)アクリレートエステルとしては、例えば、メチルア
クリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレー
ト、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、
イソブチルアクリレート、sec−ブチルアクリレー
ト、t−ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、
ネオペンチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘ
プチルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオク
チルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、
デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラウリ
ルアクリレート、ボルニルアクリレート、イソボルニル
アクリレート、ミリスチルアクリレート、ペンタデシル
アクリレート、ステアリルアクリレート、メチルメタア
クリレート、エチルメタアクリレート、プロピルメタア
クリレート、イソプロピルメタアクリレート、ブチルメ
タアクリレート、イソブチルメタアクリレート、ヘキシ
ルメタアクリレート、オクチルメタアクリレート、イソ
オクチルメタアクリレート、デシルメタアクリレート、
イソデシルメタアクリレート、ラウリルメタアクリレー
ト、ボルニルメタアクリレート、イソボルニルメタアク
リレート、ミリスチルメタアクリレート、ペンタデシル
メタアクリレート、ステアリルメタアクリレート、エイ
コシルメタアクリレート、およびベヘニルメタアクリレ
ートが挙げられる。好ましい、(メタ)アクリレートエ
ステルとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレ
ート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリ
レート、メチルメタアクリレート、ブチルメタアクリレ
ート、イソデシルメタアクリレート、およびラウリルメ
タアクリレートが挙げられる。
【0018】本発明において有用なポリマー添加剤は、
重合単位として、0.1から20%、典型的には20%
より少ない、好ましくは0.5から15%、より好まし
くは1から10%、最も好ましくは2から5%の、アク
リル酸、メタアクリル酸、ならびにそれらのアルカリ金
属塩およびアンモニウム塩の1つ以上から選択される酸
含有モノマーを1つ以上含む。アクリル酸またはメタア
クリル酸モノマー単位に加えて、10%までの、イタコ
ン酸、マレイン酸、フマル酸、ならびにそれらの(例え
ば、ナトリウムおよびカリウムといった)アルカリ金属
塩およびアンモニウム塩といった他の酸含有モノマーが
存在することができる。好ましい酸含有モノマーは、ア
クリル酸ならびに相当するそれらのアルカリ金属塩およ
びアンモニウム塩である。
【0019】本発明において有用なポリマー添加剤は、
任意に、重合単位として、0から70%、好ましくは1
5から65%の、1つ以上のビニルまたはビニリデンモ
ノ芳香族モノマーを含む。好適なビニルまたはビニリデ
ンモノ芳香族モノマーとしては、例えば、スチレン、お
よび1つ以上の(C−C)アルキル基、ヒドロキシ
ル基、塩素原子または臭素原子で芳香環上が置換された
スチレンが挙げられる。ビニルまたはビニリデンモノ芳
香族モノマーが、スチレン、α−メチルスチレン、クロ
ロスチレン、またはビニルフェノールであることが好ま
しく、スチレンであることがより好ましい。
【0020】本発明において有用な好適なポリマー添加
剤は、重合単位として、約10%までの1つ以上の他の
共重合可能なモノマーを含むことができる。好適な他の
共重合可能なモノマーとしては、例えば、ブタジエン、
アクリロニトリル、エチレン、ビニルアセテート、ヒド
ロキシアルキル(メタ)アクリレート、(C−C
エチレン性不飽和カルボン酸のアミド、1つまたは2つ
の(C−C)アルキル基で窒素上が置換された(C
−C)エチレン性不飽和カルボン酸のアミド、アク
リルアミド、メタアクリルアミド、およびN−メチロー
ル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
【0021】本発明のポリマー添加剤が、例えば、重合
単位として、(i)25から98%の1つ以上の(C
−C22)アルキル(メタ)アクリレートモノマー、
(ii)0.1から20%の、アクリル酸およびメタア
クリル酸の1つ以上から選択される酸含有モノマー、
(iii)0から10%の1つ以上のメタアクリル酸以
外の(C−C)エチレン性不飽和カルボン酸、なら
びに(iv)0から70%の1つ以上の不飽和ビニルま
たはビニリデンモノ芳香族モノマーを含むポリマーを含
むのが好ましい。ポリマー添加剤が、ポリマーを基準に
して、重合単位として、(i)30から80%の1つ以
上の(C−C)アルキル(メタ)アクリレートモノ
マー、(ii)1から10%の、アクリル酸およびメタ
アクリル酸の1つ以上から選択される酸含有モノマー、
ならびに(iii)15から65%の1つ以上の不飽和
ビニルまたはビニリデンモノ芳香族モノマーを含むの
が、より好ましい。酸含有モノマーがアクリル酸であ
り、不飽和ビニルまたはビニリデンモノ芳香族モノマー
がスチレンであるのが好ましい。
【0022】本発明方法で有用な原料(raw)ミネラ
ルマトリックス物質としては、例えば、シェール、石器
クレー(stoneware clay)、タイルクレ
ー(tile clay)、クルードボーキサイト、ク
ルード藍晶石、ナチュラルボールクレー(natura
l ball clay)、ベントナイト、ボールクレ
ー、カオリン、焼成カオリン、精製(refined)
ベントナイト、パイロフィライト、タルク、長石、シリ
カ、あられ石閃長岩、ウォラストナイト、リチア輝石、
ガラス砂、フリント(石英)、藍晶石、ボーキサイト、
ジルコン、ルチル、クロム鉱石、ドロマイト、アルミ
ナ、ジルコニア、ジルコネート(zirconat
e)、チタニア、チタネート、コージーライト、酸化
鉄、フェライトおよびカオリナイトが挙げられる。好適
なミネラルマトリックス物質は、石器クレー、タイルク
レー、ナチュラルボールクレー、ボールクレー、長石、
シリカ、フリントおよびフェライトの1つ以上から選択
される。
【0023】任意に、原料ミネラルマトリックス物質
は、様々な目的のために公知のアジュバント、例えば、
分散剤、不活性充填剤、顔料、および(噴霧乾燥助剤、
滑剤および離型剤といった)加工助剤と混合することが
できる。
【0024】典型的には、分散剤は、例えば水性スラリ
ーといった分散媒に、ミネラルマトリックス物質を、分
配するおよび懸濁するのに用いられる。分散剤が用いら
れる際に、水性スラリー混合物は、ミネラルマトリック
ス物質の重量を基準にして、0.01から2%、好まし
くは0.1から1%のアニオン性分散剤を含む。好適な
アニオン性分散剤としては、例えば、ポリアクリル酸、
アクリル酸/マレイン酸コポリマー、ラウリルスルフェ
ート、ドデシルベンゼンスルホネート、ピロホスフェー
ト(pyrophosphate)、ならびにアンモニ
ウムおよび(カリウムおよびナトリウムといった)アル
カリ金属の塩といったそれらの水溶性の塩が挙げられ
る。
【0025】公知の顔料(着色剤)には、(例えば、カ
ドミウム、クロム酸塩(chromate)、紺青、コ
バルトブルー、および群青といった)無機のミネラルが
含まれる。加えて、これらの同じ公知のアジュバント
が、セラミック組成物の生成における後の工程、例え
ば、粒状物質混合物の生成の間、脱水工程または圧密工
程の一部で、都合よく加えられることができる。
【0026】任意のアジュバントが存在する際に、任意
のアジュバントの量は、典型的には、ミネラルマトリッ
クス物質の重量を基準にして、0.05から50%、好
ましくは0.1から20%、より好ましくは0.5から
10%の、分散剤、不活性充填剤、顔料および加工助剤
の1つ以上から選択されるアジュバントである。
【0027】セラミック組成物は、原料ミネラルマトリ
ックス物質を(ボールミリングまたは攪拌といった)公
知の手段で、微細な粉末の形状に転換し、典型的には、
スラリーの形態で、混合物を提供するために(ポリアク
リレートの塩またはピロリン酸ナトリウムといった)公
知の分散剤の存在下で粉末のマトリックス物質を水中に
分散させることで生成されることができ;任意に、この
混合物の調製において、無機の顔料添加剤を含むことが
できる。スラリー混合物は、典型的には、スラリー混合
物の全重量を基準にして、45から85%、好ましくは
50から80%、より好ましくは60から75%のミネ
ラルマトリックス物質を含む。典型的には、その後スラ
リーは、(機械的攪拌、混練、ボールミリングといっ
た)任意の公知の混合方法によって、ポリマー添加剤と
混合される。スラリー混合物は、典型的には、ミネラル
マトリックス物質の全重量を基準にして、0.05から
10%、好ましくは0.1から5%、より好ましくは
0.2から3%、最も好ましくは0.5から2%のポリ
マー添加剤を含む。得られたスラリー混合物を、脱水す
るために、噴霧乾燥ユニット、スリップキャスト型(s
lipcast mold)またはフィルタープレス装
置へ移動し、続いて、グリーン体へと圧密することがで
きる。スラリー混合物を、スリップキャスト型へ移動
し、続いて、排水させおよび剛化(stiffenin
g)させることでグリーン体を生成するのが好ましい。
【0028】スリップキャスト工程は、例えば、スパ、
カウンタートップ、バスルームの備品、キッチンの備品
および衛生陶器といった完成品としての使用に適した所
望の成形された製品形状でグリーン体を生成する。
【0029】脱水されたセラミックスラリーの圧密に有
用な、追加の好適な方法には、例えば、乾式プレス、ア
イソタクティックプレス、押出、および機械ろくろ成形
(jiggering)が挙げられる。
【0030】グリーン体は、典型的には加圧条件下(典
型的には少なくとも3.5メガパスカル(MPa)(5
00psi(平方インチあたりのポンド))、より好ま
しくは13.8MPa(2,000psi)から345
MPa(50,000psi)で成形(圧密)され、任
意に残留水分を取り除くために乾燥工程に供され、そし
て、その後、(典型的には、1100℃から1500℃
の)窯の中で焼成工程に供され、セラミック製品を生成
する。
【0031】本発明のいくつかの態様は、以下の実施例
で詳細に説明される。すべての比、部およびパーセント
(%)は、他に記載がない限り、重量基準で示され、な
らびに、用いられるすべての試薬は、他に記載がない限
り、良質の市販品である。
【0032】実施例1−セラミック混合物スラリーの調
製の手順 6.0のpH(20−25℃)を有する、ミネラルマト
リックス物質(ボールクレー、フェライトおよびフリン
ト)の水性スラリー(74%固形分)を、セラミックグ
リーン体を調製するための出発物質(スラリーA)とし
て用いた。スラリーAの開始粘度を、20−25℃およ
び32℃(90°F)で測定した:それぞれ、スピンド
ル4、1分当たりの回転(rpm)が60で、1.40
00パスカル・秒(Pa・s)または1400センチポ
アズ(cP);および、スピンドル3、100rpm
で、0.806Pa・sまたは806cPであった。粘
度は、ブルックフィールドのプログラムできるレオメー
ター(Brookfieldprogrammable
Rheometer)を用いて測定した。
【0033】水性スラリーの5つのサンプルを、ミネラ
ルマトリックス物質の重量を基準にして、0.1%の分
散剤(ポリアクリル酸、アンモニウム塩)で各々処理
し、ボールミリングで24時間混合し、その後pHおよ
び粘度を測定した:平均pHは、6.2;20−25℃
(スピンドル3、60rpm)における平均粘度は、
0.396(±0.033)Pa・s;32℃(スピン
ドル3、100rpm)における平均粘度は、0.26
2(±0.024)Pa・sであった。
【0034】実施例2−スラリーの安定性の評価(流動
性) 5つのポリマー添加剤を、実施例1に記載されたセラミ
ック粒子スラリーの粘度の安定化および制御における効
果に関して評価した。ポリマー添加剤は、混合されたラ
ウリル硫酸ナトリウムおよびエトキシル化されたオクチ
ルフェノール界面活性剤(6%)を含むポリマー添加剤
3以外は、(ポリマー固形分を基準にして)0.1−2
%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム界面活性剤
を含む水性エマルション(45−55%のポリマー固形
分)として提供された。 ポリマー1:85%のブチルアクリレート、12%のメ
チルメタアクリレート、1.6%のメタアクリル酸、1
%のエチレンウレアメタアクリレート(ethylen
eureamethacrylate)のエマルション
ポリマー(Tg=−26℃)。 ポリマー2:65%のブチルアクリレート、34%のメ
チルメタアクリレート、0.8%のメタアクリル酸のエ
マルションポリマー。 ポリマー3:96%のエチルアクリレートおよび4%の
メチロール化アクリルアミドのエマルションポリマー。 ポリマー4:33%のエチルヘキシルアクリレート、6
3%のスチレン、4%のアクリル酸のエマルションポリ
マー(Tg=+40℃)。 ポリマー5:76%のブチルアクリレート、19%のス
チレン、3.5%のアクリル酸および1.5%のイタコ
ン酸のエマルションポリマー。
【0035】実施例1に記載したように、分散剤を含む
5つの異なった水性セラミックスラリーサンプルを、ミ
ネラルマトリックス物質の重量を基準にして、0.5%
のポリマー添加剤(ポリマー1−5)で処理した。14
7グラムのスラリーA(実施例1)と0.3グラムの分
散剤溶液(35%水性溶液)を合わせ、続いてボールミ
リングすることで、セラミックスラリーサンプルを調製
した。その後、スリップ(slip)サンプルは、1.
0−1.2グラムのポリマー添加剤エマルション(45
−55%水性エマルション)をボールミリングされたス
ラリーに添加し、続いて、24時間ローリング攪拌混合
(rolling agitationmixing)
することで調製され、その後、pHおよび粘度を測定し
た。平均pHは、分散剤を含むオリジナルのセラミック
スラリーと変わらなかった;粘度のデータは、表Iにま
とめた。
【0036】
【表1】
【0037】セラミックスラリーの流動性は、典型的に
は、スラリーをオリジナルの状態から最終完成セラミッ
ク物品へ転換する間、スラリーの十分な取り扱いおよび
加工性を与えるために、周囲温度(20−25℃)で
0.15パスカル・秒より大きく1.5Pa・sより小
さい(150から1500cP)粘度によって特徴づけ
られている。さまざまな量の(グリーン体の強度および
他の取り扱い特性を改良するためのバインダーといっ
た)添加剤を含むスラリーが、好ましくは0.2から
1.0Pa・s(200から1000cP)、より好ま
しくは0.3から0.6Pa・s(300から600c
P)の粘度を有し;粘度が、周囲温度および高温、例え
ば32℃(90°F)で、上記の範囲内にあることが好
ましい。本発明の目的のため、粘度は、60rpmの剪
断速度、スピンドル3または4、20−25℃;および
100rpm、スピンドル4、32℃で測定された。
【0038】例えば、セラミックスラリーは、典型的に
は、製造プロセスの次の工程(噴霧乾燥、スリップキャ
スト型またはフィルタープレスユニット)へ供給される
際に、混合または貯蔵ユニットで維持され;この段階で
のスラリーの粘度が長い時間(少なくとも24時間、好
ましくは少なくとも48時間、より好ましくは少なくと
も1週間)維持され、このようにして、スラリーのポン
プ移送および移動が容易になるのが望ましい。
【0039】グリーン体の特性を改良するためにバイン
ダーとして使用される添加剤の存在がセラミックスラリ
ーの取り扱い特性に、著しい影響を及ぼさないことが望
ましい。表Iから、ポリマー添加剤2、4、および5が
これらの要求を満たす(これらすべては、重合されたア
クリル酸またはメタアクリル酸モノマー単位を含む)
が、ポリマー添加剤1および3は(どちらも、重合され
たアクリル酸モノマー単位を含まない)、スラリーと相
溶性がない(スラリー3のゲル化)か、またはペースト
またはグルーの粘度と類似した非常に高い粘度を生じる
ことが分かる。
【0040】3つのポリマー添加剤を、添加剤の量を増
やして(ミネラルマトリックス物質の重量を基準にし
て、0.75−1.0%)、さらに評価し;粘度のデー
タを表IIにまとめた。ポリマー添加剤2の使用量の増
加は望ましくない粘度をもたらすが、重合されたアクリ
ル酸単位を含む2つのポリマー添加剤(4および5)
は、オリジナルスラリーの粘度(20−25℃で約0.
4Pa・s(400cP)および32℃で0.26Pa
・s(260cP))を著しく増加させることなく、こ
れらの増加した量でセラミック組成物中に均質混合させ
ることができる。このことは、(グリーン体の特性を改
良するためのバインダーとして有用な)これらのポリマ
ー添加剤が、添加剤を含むセラミックスラリーの加工性
にマイナスの影響を及ぼすことなく、セラミック組成物
製造プロセスにうまく組み込まれることができることを
例示する。
【0041】
【表2】
【0042】ポリマー添加剤4および5を含むセラミッ
ク粒子スラリーは、スリップキャスティングによってさ
らに加工され、ポリマー添加剤を含まないセラミック粒
子スラリーを基準にして、より増大したグリーン体の強
度および耐久性を示すことができる。ポリマー添加剤4
および5に基づくグリーン体の強度および耐久性の増大
は、完成セラミック品の生産におけるスリップキャス
ト、焼成、仕上げ工程の間、廃棄物副生物へのロスを減
じる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B28C 7/00 C04B 35/00 D

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)水性セラミックスラリーの重量を
    基準にして45から85重量%のミネラルマトリックス
    物質、およびミネラルマトリックス物質の重量を基準に
    して0.05から10重量%のポリマー添加剤を含む水
    性セラミックスラリーを生成すること; (b)噴霧乾燥、スリップキャスティングおよびフィル
    タープレスの1つ以上から選択される方法によって、水
    性セラミックスラリーを脱水して、ミネラルマトリック
    ス物質−ポリマー添加剤複合体を生成すること; (c)ミネラルマトリックス物質−ポリマー添加剤複合
    体を圧密することで、グリーン体を生成すること;なら
    びに (d)グリーン体を焼結すること;を含む、セラミック
    組成物の調製方法であり、該ポリマー添加剤が、重合単
    位として、ポリマーの重量を基準にして、0.1から2
    0重量%の、アクリル酸、メタアクリル酸、ならびにそ
    れらのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩の1つ以上
    から選択される酸含有モノマーを含むポリマーの1つ以
    上から選択され;およびポリマー添加剤が水性セラミッ
    クスラリーに添加された後、少なくとも24時間、水性
    セラミックスラリーが、0.15パスカル・秒より大き
    く1.5パスカル・秒より小さい粘度を維持する、調製
    方法。
  2. 【請求項2】工程(b)および(c)が、スラリーをス
    リップキャスト型へ移すこと、ならびにスリップキャス
    ト型中で排水させ剛化させることでグリーン体を生成す
    ることを含む、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】ミネラルマトリックス物質が、石器クレ
    ー、タイルクレー、ナチュラルボールクレー、ボールク
    レー、長石、シリカ、フリントおよびフェライトの1つ
    以上から選択される、請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】ポリマー添加剤が、重合単位として、
    (i)25から98%の1つ以上の(C−C22)ア
    ルキル(メタ)アクリレートモノマー、(ii)0.1
    から20%の、アクリル酸、メタアクリル酸、ならびに
    それらのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩の1つ以
    上から選択される酸含有モノマー、(iii)0から1
    0%の1つ以上のメタアクリル酸以外の(C−C
    エチレン性不飽和カルボン酸、ならびに(iv)0から
    70%の1つ以上の不飽和ビニルまたはビニリデンモノ
    芳香族モノマーを含む、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】ポリマー添加剤が、重合単位として、
    (i)30から80%の1つ以上の(C−C)アル
    キル(メタ)アクリレートモノマー、(ii)1から1
    0%の、アクリル酸、メタアクリル酸、ならびにそれら
    のアルカリ金属塩およびアンモニウム塩の1つ以上から
    選択される酸含有モノマー、(iii)15から65%
    の1つ以上の不飽和ビニルまたはビニリデンモノ芳香族
    モノマーを含む、請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】水性セラミックスラリーの粘度が、0.3
    から0.6パスカル・秒である、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】ミネラルマトリックス物質の重量を基準に
    して0.2から3重量%のポリマー添加剤を添加するこ
    とを含む、請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】水性セラミックスラリーが、ミネラルマト
    リックス物質の重量を基準にして0.01から2重量%
    のアニオン性分散剤をさらに含む、請求項1記載の方
    法。
  9. 【請求項9】60から75重量%のミネラルマトリック
    ス物質を含む水性セラミックスラリーを生成することを
    含む、請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】(a)水性セラミックスラリーの全重量
    を基準にして45から85重量%のミネラルマトリック
    ス物質を含む水性セラミックスラリーを生成すること;
    および、 (b)ミネラルマトリックス物質の重量を基準にして
    0.05から10重量%のポリマー添加剤を水性セラミ
    ックスラリーに添加すること;を含む、水性セラミック
    スラリーの安定化方法であり、該ポリマー添加剤が、重
    合単位として、ポリマーの重量を基準にして、0.1か
    ら20重量%の、アクリル酸、メタアクリル酸、ならび
    にそれらのアルカリ金属塩およびアンモニウム塩の1つ
    以上から選択される酸含有モノマーを含むポリマーの1
    つ以上から選択され;およびポリマー添加剤が水性セラ
    ミックスラリーに添加された後、少なくとも24時間、
    水性セラミックスラリーが、0.15パスカル・秒より
    大きく1.5パスカル・秒より小さい粘度を維持する、
    安定化方法。
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