JP2001259323A - セラミックス多孔質フィルターの製造方法 - Google Patents

セラミックス多孔質フィルターの製造方法

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JP2001259323A
JP2001259323A JP2000077075A JP2000077075A JP2001259323A JP 2001259323 A JP2001259323 A JP 2001259323A JP 2000077075 A JP2000077075 A JP 2000077075A JP 2000077075 A JP2000077075 A JP 2000077075A JP 2001259323 A JP2001259323 A JP 2001259323A
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slurry
film
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porous
zirconium oxychloride
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Makoto Takegawa
誠 竹川
Tatsuya Hishiki
達也 菱木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多孔質基材上に多孔質膜を低温焼結で被覆す
るに当たり、膜の乾燥速度を速く、スラリーのpHを制
御することなく、しかも多孔質膜にクラックが発生しな
いセラミックス多孔質フィルターの製造方法を提供す
る。 【解決手段】 オキシ塩化ジルコニウムを出発原料とし
熱処理によりZrO2になるものを骨材粒子の結合材と
して使用し、骨材粒子と結合材を含有する成膜用スラリ
ーを形成した後、成膜用スラリーを多孔質基材上に付着
させて層を形成し、次いで熱処理することにより、多孔
質基材上にセラミックス膜を形成するセラミックス多孔
質フィルターの製造方法である。成膜用スラリーが、少
なくとも分散剤、骨材粒子、及びオキシ塩化ジルコニウ
ムを含み、かつ、それらの添加が、分散剤、骨材粒子、
オキシ塩化ジルコニウムの順序で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、セラミックス多
孔質フィルターの製造方法に係り、更に詳しくは、スラ
リー作製時の原料添加を特定順序としたセラミックス多
孔質フィルターの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来から、多孔質基材上に多孔質膜が
被覆されたセラミックス多孔質フィルターが知られてお
り、水浄化システム等に利用されている。このようなセ
ラミックス多孔質フィルターは、多孔質基材上に多孔質
膜を形成する際に、一般に少なくとも1200℃以上の
温度で焼結することを必要とする。この方法で得られる
多孔質フィルターは実用上優れた性能を有するが、加熱
温度が比較的高いために経済的、コスト的に問題があ
る。
【0003】 そこで、近年になり、より低温度で加熱
焼結する技術が提案されてきており、例えば、特公平6
−67460号公報には、多孔質支持体上に、多孔質で
無機質の分離膜を低温焼結で形成することが記載されて
おり、また、無機材料としてオキシ塩化ジルコニウムを
使用することも開示されている。
【0004】 また、特開平11−235509号公報
には、オキシ塩化ジルコニウムをバインダーとして低温
焼結するZrO2系セラミックス膜が被覆されたフィル
ターが開示され、また、膜強度の発現および膜のクラッ
ク防止にはスラリーのpHを限られた範囲に調整しなけ
ればならないことが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記
したオキシ塩化ジルコニウムを使用する低温焼結膜にお
いては、乾燥時にクラックが発生しやすいため、乾燥速
度を相当遅くする必要がある。また、膜へのクラック防
止のためには、スラリーpHの厳密な制御が必要であ
る。
【0006】 したがって、本発明は上記した従来技術
の課題を解決するためになされたもので、その目的とす
るところは、多孔質基材上に多孔質膜を低温焼結で被覆
するに当たり、膜の乾燥速度を速く、またスラリーのp
Hを制御することなく、しかも、多孔質膜にクラックが
発生しないセラミックス多孔質フィルターの製造方法を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、オキシ塩化ジルコニウムを出発原料とし熱処理によ
りZrO2になるものを骨材粒子の結合材として使用
し、該骨材粒子と該結合材を含有する成膜用スラリーを
形成した後、該成膜用スラリーを多孔質基材上に付着さ
せて層を形成し、次いで熱処理することにより、多孔質
基材上にセラミックス膜を形成するセラミックス多孔質
フィルターの製造方法において、前記成膜用スラリー
が、少なくとも分散剤、骨材粒子、及びオキシ塩化ジル
コニウムを含み、かつ、それらの添加が、分散剤、骨材
粒子、オキシ塩化ジルコニウムの順序で行われることを
特徴とするセラミックス多孔質フィルターの製造方法、
が提供される。本発明において、上記成膜用スラリーの
作製は80℃以上の加熱温度で行うことが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】 以下、本発明を詳しく説明す
る。本発明では、オキシ塩化ジルコニウムを出発原料と
し、熱処理によりZrO2になるものを骨材粒子の結合
材として使用する。そして、この結合材と骨材粒子を混
合して成膜用スラリーを形成した後、この成膜用スラリ
ーを多孔質基材上に付着させて被覆層を形成する。次い
で、この被覆層を低温にて熱処理することにより、多孔
質基材上にセラミックス膜を形成することにより、セラ
ミックス多孔質フィルターを製造する方法である。そし
て、本発明においては、成膜用スラリーとして、少なく
とも分散剤、骨材粒子、及びオキシ塩化ジルコニウムを
含み、かつ、成膜用スラリー作製時の添加順序を、分散
剤、骨材粒子、オキシ塩化ジルコニウムの順で行うこと
に特徴を有する。
【0009】 本発明では、このように、成膜用スラリ
ー作製時の原料添加順序を特定としたことにより、スラ
リーのpHを特に制御せず、膜の乾燥速度を速くして、
多孔質基材上に被覆層を形成することができる。しか
も、多孔質膜の膜表面は平滑度に優れ、クラックが発生
しないセラミックス多孔質フィルターを得ることができ
る。
【0010】 本発明においては、成膜用スラリーは、
少なくとも分散剤、骨材粒子、及びオキシ塩化ジルコニ
ウムを含んでおり、これらは水に添加混合されて成膜用
スラリーを構成する。そして、本発明では、この成膜用
スラリーを作製する際の原料添加を、水に対し、分散
剤、骨材粒子、オキシ塩化ジルコニウムの順序で行うも
のである。また、成膜用スラリーを作製する際は、80
℃以上の加熱温度で行うことが、クラック抑制効果がよ
り向上し、望ましい。
【0011】 成膜用スラリー作製時の添加順序を上記
以外の順序で行う場合、分散剤が凝集して分散性が悪化
したり、得られる多孔質膜にクラックが発生する。例え
ば、オキシ塩化ジルコニウム等の強酸性下に分散剤を添
加すると、分散剤が凝集し、分散性の良いスラリーが得
られない。また、本発明で用いる分散剤としては、強酸
性下で効果を有するものが好ましく、例えば、日本純薬
株式会社製のポリアクリル酸系分散剤(商品名:ジュリ
マー)を挙げることができる。
【0012】 本発明において、セラミック多孔質膜に
使用する骨材粒子としては特に限定されず、Al23
ZrO2、TiO2、Al23・SiO2(ムライト)等
が適用できる。もちろんこれらの混合物等も適用でき
る。また、その平均粒子径は0.1〜10μmの範囲と
することが望ましい。
【0013】 次に、多孔質膜が被覆される多孔質基材
としては、多孔質のセラミックスからなるもので、その
材質としては、 Al23、ZrO2、TiO2、Al2
3・SiO2(ムライト)等が適用でき、特に限定はされ
ない。また、多孔質基材の形状も特に限定はなく、平板
状、円筒状およびハニカム状等に適用できる。
【0014】 なお、成膜用スラリーには、必要に応じ
て成形用の有機バインダーを適宜添加しても構わない。
また、多孔質基材上へ成膜用スラリーを被覆する成膜方
法としては、特に限定されないが、ディッピング法や濾
過成膜法等が好ましく適用することができる。
【0015】 本発明は、オキシ塩化ジルコニウムを出
発原料とし、熱処理によりZrO2になるものを結合材
として用いており、したがって、成膜用スラリーを多孔
質基材上に付着させた後の熱処理は、オキシ塩化ジルコ
ニウムがZrO2に転換する温度である450〜600
℃で行われる。より好ましい熱処理温度は、450〜5
50℃である。
【0016】
【実施例】 次に、本発明を実施例により更に具体的に
説明する。(実施例)下記の条件で、Al23からなる
多孔質基材表面上にセラミックス多孔質膜を形成した。
【0017】多孔質基材チューブ状多孔質基材 Al23粒子からなり、水銀圧入法で測定した平均細孔
径が10μmで、外径10mm、内径7mm、長さ10
00mmの円筒状のものを用いた。
【0018】多孔質膜の作製 (1)成膜用スラリー調製 作製法:成膜用スラリーを構成する原料の添加量は下記
の通りとした。 オキシ塩化ジルコニウム 6重量% (溶媒重量に対し
て) ジュリマー(分散剤) 1重量%(Al23 重量に
対して) Al23 (骨材粒子、平均粒子径0.3μm) 3重
量%(溶媒重量に対して)
【0019】・混合物A:水、ウェランガムを混合して
混合物Aとした。 ・混合物B:表1に示すように、水、ジュリマー、Al
23、オキシ塩化ジルコニウムの順序で混合して混合物
Bとした。 この混合物Aと混合物Bを混合して、成膜用スラリーと
した。
【0020】(2)濾過成膜 成膜方法としては、濾過成膜法を採用し、図1に示すよ
うな真空チャンバ6、貯蔵槽8、スラリーポンプ7、フ
ランジ2,3、配管10等からなる装置により実施し
た。
【0021】 多孔質基材1は、多孔質基材1の外周面
側と貫通孔17内部とが気密的に隔離されるように貫通
孔17の両開口端をO−リング4、フランジ2、3、ボ
ルト5により固定した後、貯蔵槽8内のスラリー9をス
ラリーポンプ7により2Kg/cm2の吐出圧で貫通孔
17内に30秒間連続的に送液した。なお、多孔質基材
1に成膜されず貫通孔17内を通過したスラリー9は、
配管10を通過して貯蔵槽8に循環される。11,14
はバルブで、13が減圧機である。
【0022】 その後、スラリー9の送液を継続しなが
ら真空チャンバ6内を0.1atm以下の真空条件と
し、多孔質基材1の外周面側と貫通孔17内部との間に
濾過差圧を付与することにより、貫通孔17内のスラリ
ーを多孔質基材1の外周面側から減圧吸引し成膜を行っ
た。この場合における濾過差圧は、圧力計15で示され
る貫通孔17内のスラリー9の圧力と圧力計16で示さ
れる真空チャンバ6内の雰囲気圧力との差圧となる。
【0023】 成膜終了後、貫通孔17内の遊離のスラ
リーを排出し、0.1atm以下の真空条件で減圧吸引
を継続することにより、成膜層及び基材細孔内に含まれ
る水分を減圧脱水し、成膜体とした。
【0024】乾燥 上記のようにして多孔質基材上にスラリーを成膜した
後、80℃にて乾燥した。 焼成 乾燥後、大気処理用の電気炉を使用し、温度550℃で
4時間熱処理(焼成)した。
【0025】膜厚評価 得られたセラミックス多孔質膜について、以下のように
その評価を行った。膜内クラックの有無:試料長手方向
に20分割し、その各々の任意の領域(500μm四
方)を走査型顕微鏡にて観察し、長さ50μm以上のク
ラックの有無を調べた。クラックの程度は次のように評
価した。500μm四方面において、クラックの発生数
が1個以下が◎、クラックの発生数が1〜4個が○、ク
ラックの発生数が5個以上が×とした。得られた結果を
表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】(考察)No.1、7〜10は本発明の添
加順序でスラリーを作製したので、分散性のよいスラリ
ーが得られ、また、得られたセラミックス多孔質膜につ
いてクラックの発生が生じなかった。また、No.9〜
10より、スラリー作製時の加熱温度が80℃以上で
は、クラック抑制効果がさらに高いことがわかる。
【0028】 一方、No.4〜6の結果から、分散剤
の添加前にオキシ塩化ジルコニウムを添加すると、分散
剤が凝集するため、分散性の良いスラリーを得られない
ことがわかる。さらに、No.2、3から、分散剤→骨
材の順に添加していないため、クラックが発生してい
る。
【0029】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、スラリーのpHを特に制御せず、膜の乾燥速度を速
くして、多孔質基材上に被覆層を形成することができ
る。しかも、多孔質膜の膜表面は平滑度に優れ、クラッ
クが発生しないセラミックス多孔質フィルターを得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 濾過成膜法に使用する装置の例を示す概略図
である。
【符号の説明】
1…多孔質基材、2,3…フランジ、4…O−リング、
5…ボルト、6…真空チャンバ、7…スラリーポンプ、
8…貯蔵槽、9…スラリー、10…配管、11,14…
バルブ、13…減圧機、15,16…圧力計、17…貫
通孔。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オキシ塩化ジルコニウムを出発原料とし
    熱処理によりZrO2になるものを骨材粒子の結合材と
    して使用し、該骨材粒子と該結合材を含有する成膜用ス
    ラリーを形成した後、該成膜用スラリーを多孔質基材上
    に付着させて層を形成し、次いで熱処理することによ
    り、多孔質基材上にセラミックス膜を形成するセラミッ
    クス多孔質フィルターの製造方法において、前記成膜用
    スラリーが、少なくとも分散剤、骨材粒子、及びオキシ
    塩化ジルコニウムを含み、かつ、それらの添加が、分散
    剤、骨材粒子、オキシ塩化ジルコニウムの順序で行われ
    ることを特徴とするセラミックス多孔質フィルターの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記成膜用スラリーの作製が、80℃以
    上の加熱温度で行われる請求項1記載のセラミックス多
    孔質フィルターの製造方法。
JP2000077075A 2000-03-17 2000-03-17 セラミックス多孔質フィルターの製造方法 Withdrawn JP2001259323A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007094267A1 (ja) * 2006-02-16 2007-08-23 Ngk Insulators, Ltd. セラミック多孔質膜の製造方法
US7361272B2 (en) 2005-11-07 2008-04-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Anisotropic porous material

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