JP2002292616A - ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

ハニカム構造体の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形性に優れるハニカム構造体を、高い生産
性で製造することができ、かつ成形装置への負荷を低減
することができるハニカム構造体の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 粒状セラミックス原料に、少なくとも、
水と分散剤とを添加、混練して坏土を得、該坏土を押出
成形するハニカム構造体の製造方法である。分散剤を、
中和度５８％以上１００％未満の脂肪酸塩を主成分とす
るものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明はハニカム構造体の
製造方法に関する。より詳しくは、成形性、生産性に優
れ、かつ成形装置への負荷を低減することができるハニ
カム構造体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 近年、ハニカム構造体の製造方法とし
て、連続押出成形装置を用いる方法が用いられている。
この連続押出成形装置を用いる方法は、粒状セラミック
ス原料に、水等の分散媒と、結合剤等の添加物とを添加
したセラミックス原料素地を、連続押出成形装置に投入
し、２軸スクリュー等で、原料素地を搬送しながら混練
する工程と、この混練工程により得られる坏土を押出成
形する工程を連続して行うものであり、極めて高い生産
性を期待できるものである。
【０００３】 しかし、このような製造方法では、比較
的大きな粘性を有するセラミックス原料素地が、混練の
際に装置から大量の機械エネルギーを受け、原料素地中
に大量の熱が発生するため、混練の際に、セラミックス
原料素地中の結合剤がゲル化してセラミックス原料素地
の硬化が起こり、混練ムラによる成形不良、場合によっ
ては、装置の停止を余儀なくされる、という問題が指摘
されている。
【０００４】 これに対して、所定の粘度を有するゲル
型結合剤を用いることにより、結合剤のゲル化温度をよ
り高温化してセラミックス原料素地の硬化を抑制した、
２軸スクリュー式連続押出成形装置を用いた製造方法が
提案されている（特公平６−３５１２６号公報）。
【０００５】 しかしながら、この製造方法は、セラミ
ックス原料素地中に発生する圧力を何ら低減するもので
はない為、成形装置への負荷が大きく、混練翼、口金の
摩耗、損傷等や、消費電力の増大を招く等の問題があっ
た。また、この製造方法は、セラミックス原料素地を、
高い粘度を維持しながら混練するものであるため、連続
押出成形装置のように短時間で混練を行う場合には、セ
ラミックス原料素地中の各成分を完全に均一化すること
はできず、混練ムラによる成形不良を生じるという問題
があった。
【０００６】 これに対して、エマルジョン化したワッ
クス、或いは、さらに脂肪酸エステルや脂肪酸石鹸を含
有する成形助剤を添加したセラミックス原料素地を混
練、押出成形することにより、得られる成形体の保形性
を維持しつつ、坏土の流動性を向上させて原料素地に負
荷される圧力を低減する方法が提案されている（特開平
７−１３８０７６号公報）。
【０００７】 しかし、この製造方法では、成形助剤に
よる原料素地中に負荷される圧力を低減する効果が充分
なものではなかったため、成形時における坏土の流動性
を向上させて、成形体の外形の傷やハニカム構造のセル
（リブ形状）の変形等を防止するために、水又は分散剤
を比較的多量に添加する必要があった。この結果、得ら
れる成形体の保形性が充分ではなく、自重によりハニカ
ム構造が変形する場合があり、結局、最終的に得られる
ハニカム構造体の成形性が必ずしも充分ではなかった。
【０００８】 この際、成形体の保形性を向上させるた
めに、水又は分散剤の添加量を少なくすることも考えら
れるが、坏土の流動性が不充分となるため、成形時に、
成形体の外形が傷付いたり、ハニカム構造のセル（リブ
形状）が変形する等、やはり最終的に得られるハニカム
構造体の成形性が低下してしまうとともに、成形装置へ
の負荷が増大することになる。
【０００９】 また、この製造方法では、短時間の混練
工程により、セラミックス原料素地中の各成分を均一に
することができなかったため、混練工程と押出し工程を
連続して行い、混練工程が短時間に設定される連続押出
成形装置を用いた際には、依然、混練ムラによる成形不
良を生じるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、このよう
な問題に鑑み、成形性に優れるハニカム構造体を、高い
生産性で製造することが可能となり、かつ成形装置への
負荷を低減することができるハニカム構造体の製造方法
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】 本発明者らは、検討の
結果、中和度を特定の範囲に限定した脂肪酸塩を主成分
とする分散剤を添加することにより、上述の目的を達成
できることを知見し、本発明を完成させた。
【００１２】 即ち、本発明によれば、粒状セラミック
ス原料に、少なくとも水と分散剤とを添加、混練して坏
土を得、得られた坏土を押出成形するハニカム構造体の
製造方法であって、分散剤が、中和度５８％以上１００
％未満、好ましくは中和度５８％以上９９％未満、より
好ましくは中和度７１％以上９５％未満、特に好ましく
は中和度７７％以上９０％未満の脂肪酸塩を主成分とす
ることを特徴とするハニカム構造体の製造方法が提供さ
れる。
【００１３】 本発明においては、このような分散剤
を、粒状セラミックス原料１００重量部に対し、０．１
〜２重量部（固形分換算値）添加することが好ましい。
【００１４】 また、本発明においては、粒状セラミッ
クス原料が、コーディエライト化原料を主成分とするこ
とが好ましい。また、粒状セラミックス原料に、少なく
とも水と分散剤とを添加したセラミックス原料素地を、
連続押出成形装置に投入し、セラミックス原料素地を混
練する工程と、混練工程により得られる坏土を押出成形
する工程とを連続して行うことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を、
具体的に説明する。本発明のハニカム構造体の製造方法
は、粒状セラミックス原料に、少なくとも、中和度を５
８％以上１００％未満とした脂肪酸塩を主成分とする分
散剤と、水とを添加、混練して坏土を得、得られた坏土
を押出成形するものである。
【００１６】 本発明に用いられる粒状セラミックス原
料としては、特に制限はないが、例えば、ケイ素、チタ
ン、ジルコニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化
アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、
ムライト、コーディエライト化原料、チタン酸アルミニ
ウム、サイアロン、カオリン、タルク、水酸化アルミニ
ウム、溶融シリカ、又は石英等を一種単独で又は二種以
上含有するものを挙げることができる。
【００１７】 また、粒状セラミックス原料は、これら
のセラミックスに、例えば、銅、アルミニウム、鉄、ニ
ッケル等の金属を混合したものであってもよい。
【００１８】 本発明で用いられる分散剤は、中和度５
８％以上１００％未満、好ましくは中和度５８％以上９
９％未満の脂肪酸塩、より好ましくは中和度７１％以上
９５％未満の脂肪酸塩、特に好ましくは中和度７７％以
上９０％未満の脂肪酸塩を主成分とするものである。
【００１９】 中和度が５８％未満であると、分散剤
が、粒状セラミックス原料やバインダーに作用せずに、
分散剤同士で凝集してしまうため、坏土を押出成形す
る際にセラミックス原料素地に負荷される圧力、及びセ
ラミックス原料素地中に発生する熱を低減する効果、
押出成形装置への負荷を低減する効果、並びに迅速な
均一化を促進する効果が低下してしまう。一方、中和度
が１００％以上であると、遊離した金属イオン（塩基部
分）の比率が高くなり、分散剤を、粒状セラミックス原
料やバインダーから引き離して存在させようとするため
に、やはり上述した効果が低下してしまう。
【００２０】 ここで、中和度とは、分散剤中に存在す
る全脂肪酸の当量を１００％とした際の、分散剤中に存
在する対イオンの当量の比率を意味する。
【００２１】 分散剤は、例えば、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム等の所望の塩基部分を含む水酸化物の水
溶液を所定の濃度で調整し、この水溶液を攪拌しなが
ら、溶液温度を、所望の脂肪酸塩の脂肪酸部分に相当す
る脂肪酸の融点（ＪＩＳ Ｋ−００６５による方法で測
定）以上に設定し、その後、水酸化物の水溶液に、所望
の脂肪酸塩の脂肪酸部分に相当する脂肪酸を投入、攪拌
して調製する。この際、混合する水酸化物の水溶液と脂
肪酸の含有量は、水酸化物中の塩基と脂肪酸とが、それ
ぞれ固形分換算値で、所望の中和度の値に対応する当量
比となるように調製する。
【００２２】 分散剤の主成分として用いる脂肪酸塩
は、飽和脂肪酸塩、若しくは不飽和脂肪酸塩のいずれで
もよく、又、直鎖脂肪酸塩、若しくは分枝脂肪酸塩のい
ずれでもよい。但し、本発明における分散剤としては、
炭素数が、８〜２２の脂肪酸塩が好ましく、炭素数が、
１０〜１８の脂肪酸塩がより好ましい。具体的には、例
えば、脂肪酸の部分が、カプリル酸、カプリン酸、ラウ
リン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、
アラキン酸、ベヘニン酸、パルミトレイン酸、オレイン
酸、エライジン酸、リノール酸、リノレン酸、エルカ
酸、又はリシノール酸等である脂肪酸塩が好ましい。
【００２３】 炭素数が８〜２２の脂肪酸塩であると、
セラミックス原料素地との混練が容易となり、かつより
大きな分散効果を得ることができる。
【００２４】 また、脂肪酸塩の塩基部分としては、例
えば、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシ
ウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属、又はアンモ
ニア等を挙げることができる。中でも、セラミックス原
料素地に負荷される圧力及びセラミックス原料素地中に
発生する熱の低減効果がより大きいとともに、セラミッ
クス原料素地を混練する際に、素地中の各成分をより迅
速に均一化することができる点で、脂肪酸塩の塩基部分
がナトリウム、又はカリウムである脂肪酸塩が好まし
い。尚、脂肪酸部分及び塩基部分は、いずれも分散剤中
では、解離してイオンとして存在する。
【００２５】 本発明に用いられる分散剤は、必要に応
じて、例えば、エチレングリコール、ジプロピレングリ
コール、グリセリン等の湿潤剤、高級アルコールのアル
キレンオキサイド付加物、ソルビタンエステル、ソルビ
タンエステルのアルキレンオキサイド付加物、多価アル
コールエステル、多価アルコールのアルキレンオキサイ
ド付加物、多価アルコールエステルのアルキレンオキサ
イド付加物等の非イオン性界面活性剤を含有させること
ができる。但し、これら脂肪酸塩以外の成分は、分散剤
中０〜８０質量％の範囲で含有させることが好ましく、
０〜５０質量％の範囲で含有させることがより好まし
い。
【００２６】 本発明においては、このような分散剤
を、粒状セラミックス原料１００重量部に対し、０．１
〜２重量部（固形分換算値）添加することが好ましく、
０．１〜１重量部（固形分換算値）添加することがより
好ましい。
【００２７】 分散剤の添加量がこの範囲であれば、分
散剤とセラミックス原料素地との親和性が良好なため、
セラミックス原料素地中の各成分を短時間の混練により
均一に分散することができるとともに、坏土を押出成形
する際にセラミックス原料素地に負荷される圧力の低
減、及びセラミックス原料素地中に発生する熱の低減に
ついて充分な効果を得ることができ、成形装置へ過大な
負荷をかけることなく短時間の混練により成形性の高い
ハニカム構造体を得ることができる。
【００２８】 本発明で分散媒として用いられる水は、
粒状セラミックス原料１００重量部に対して、２５〜３
５重量部添加することが好ましく、２８〜３２重量部添
加することがより好ましい。
【００２９】 本発明においては、その他必要に応じ
て、結合剤、結晶成長助剤、造孔材等の添加物を用いる
ことができる。
【００３０】 結合剤としては、例えば、ヒドロキシプ
ロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセ
ルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロ
ース、若しくはカルボキシルメチルセルロース等の水溶
性セルロース誘導体、又はポリビニルアルコール等を挙
げることができる。
【００３１】 また、結晶成長助剤としては、例えば、
マグネシア、シリカ、イットリア、酸化鉄等を挙げるこ
とができ、造孔剤としては、例えば、グラファイト、小
麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレ
ート等を挙げることができる。
【００３２】 本発明における混練、及び押出成形の方
法としては、例えば、真空土練機を用いて混練してシリ
ンダー状の坏土とした後、この坏土をラム式押出成形機
で押出成形してハニカム構造の成形体を得る方法を挙げ
ることができる。
【００３３】 但し、本発明では、前述した通り、坏土
を押出成形する際にセラミックス原料素地に負荷される
圧力、及びセラミックス原料素地中に発生する熱を低減
する効果が大きく、かつ混練の際にセラミックス原料素
地中の各成分を迅速に均一化することができるため、こ
れら特性に対する要請が高い２軸スクリュー式等の連続
押出成形装置を用い、この連続押出成形装置に、粒状セ
ラミックス原料と分散剤と水と必要に応じて用いられる
添加剤とからなるセラミックス原料素地を投入し、セラ
ミックス原料素地を混練する工程と、混練工程により得
られる坏土を押出成形する工程を連続して行うことが好
ましい。これにより、極めて高い生産性でハニカム構造
体を製造することができる。
【００３４】 本発明においては、押出成形後の工程に
ついて特に制限はなく、通常、用いられている条件で、
乾燥、焼成を行えばよい。
【００３５】
【実施例】 以下、本発明について、実施例により、更
に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら
限定されるものではない。
【００３６】１．評価方法 各実施例及び比較例について、以下の方法により、トル
クピーク値低下度、及びハニカム構造の成形体の成形性
を求め、セラミックス原料素地中に生じる圧力の低減効
果、及びハニカム構造体の成形性を評価した。
【００３７】（トルクピーク値低下度）各実施例、及び
比較例で用いた原料バッチを、混練翼にトルクメーター
を取り付けたバンバリー型混練機により混練し、混練し
た際に混練機の混練翼に負荷されるトルク値を、経時的
に測定した。また、分散剤を添加しないこと以外は、各
実施例及び比較例と同様の原料バッチを用い、原料バッ
チを混練した際に混練機の混練翼に負荷されるトルク値
を経時的に測定した。
【００３８】 この際、トルク値は、図１に示すよう
に、分散剤を添加した場合及び添加しない場合のいずれ
でも、原料バッチの混練開始直後、急激に増大し、短時
間でピーク値となり、その後は、徐々に低下し、一定時
間経過すると、略一定値となる。
【００３９】 一方、トルク値は、分散剤を添加した場
合が、添加しない場合に比べ、全体的に低値となり、ピ
ーク値で最もトルク値の低下度が顕著となる。
【００４０】 そこで、分散剤を添加した場合と添加し
ない場合のトルクピーク値から、下記に示す一般式
（１）により、トルクピーク値の低下度（ΔＴ）を求
め、この低下度の大きさで、セラミックス原料素地中に
生じる圧力の低減効果を評価した。
【００４１】
【数１】ΔＴ＝（Ｔb−Ｔa）／Ｔb×１００…（１）
【００４２】 「一般式（１）中、Ｔaは、分散剤を添
加したセラミックス原料素地を用いた際の、混練時のト
ルクピーク値であり、Ｔbは、分散剤を添加しないセラ
ミックス原料素地を用いた際の、混練時におけるトルク
ピーク値である。」
【００４３】（成形性）各実施例及び比較例で得られた
ハニカム構造の成形体について、外形を肉眼で観察し
て、ハニカム構造体の成形性について評価した。評価
は、以下の基準により行った。 ○：ハニカム構造のセル（リブ形状）に全く変形が認め
られなかった。 △：ハニカム構造のセル（リブ形状）に小さな変形が認
められた。 ×：ハニカム構造のセル（リブ形状）に大きな変形が認
められた。
【００４４】２．実施例及び比較例 （実施例１）まず、タルク３９質量％、カオリン１５質
量％、仮焼カオリン１５質量％、アルミナ８質量％、水
酸化アルミニウム１７質量％、シリカ質量６％からなる
粒状コーディエライト化原料を用い、この粒状コーディ
エライト化原料１００重量部に対し、結合剤としてヒド
ロキシプロピルメチルセルロース５重量部と、分散媒と
して水２７重量部と、分散剤として中和度６０％のラウ
リン酸カリウム０．６重量部（固形分換算値）とを混合
し、セラミックス原料素地を調製した。
【００４５】 この際、分散剤は、４０質量％の水酸化
カリウム水溶液を攪拌しながら、溶液温度を、ラウリン
酸の融点（ＪＩＳ Ｋ−００６５による方法で測定）よ
り高い４７℃に設定し、その後、水酸化カリウム水溶液
１６．８重量部（固形分換算値）にラウリン酸を１００
重量部投入、攪拌して、中和度６０％の分散剤を調製し
た。
【００４６】 次いで、得られたセラミックス原料素地
を、２軸スクリュー式連続押出成形装置に投入し、原料
素地の混練と得られる坏土の押出しを連続的に行って押
出成形し、ハニカム構造の成形体を製造した。用いた脂
肪酸の中和度とトルクピーク値低下度について、表１及
び図２にまとめて示した。
【００４７】（実施例２〜８及び比較例１〜６）粒状コ
ーディエライト化原料に、分散剤として添加するラウリ
ン酸カリウムの中和度を、それぞれ７０、７５、８０、
８５、９０、９５、９７、４０、５５、１００、１１
５、１２０、１３０％に調製したこと以外は、実施例１
と同様にしてハニカム構造の成形体を製造した。用いた
脂肪酸の中和度とトルクピーク値低下度について、表１
及び図２にまとめて示した。
【００４８】（実施例９〜１５及び比較例７〜１４）表
２に示す分散剤を用いたこと以外は、実施例１と同様に
してハニカム構造の成形体を製造した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【表２】
【００５１】３．評価結果 （実施例１〜８及び比較例１〜６）実施例１〜８及び比
較例１〜６は、表１に示すように、粒状コーディエライ
ト化原料に分散剤として添加したラウリン酸カリウムの
中和度を４０〜１３０％まで所定の間隔で変化させたこ
と以外は同一の条件で、脂肪酸塩の中和度とトルクピー
ク値低下度との関係を検討したものであるが、図２に示
すように、中和度５７％付近、中和度１００％付近で、
トルクピーク値低下度に急激な変化が認められ、中和度
を５８％以上１００％未満の範囲で調製した実施例１〜
８では、トルクピーク値低下度が２２．４〜３３．６％
と原料素地中に負荷される圧力の低減効果が大きいこと
が認められた。
【００５２】 また、面白いことに、中和度７０％付
近、及び中和度９０％付近で、トルクピーク値低下度
に、更に急激な変化が認められ、中和度を７１％以上９
５％未満の範囲で調製した実施例３〜６では、トルクピ
ーク値低下度が２７．６〜３３．６％と原料素地中に負
荷される圧力の低減効果がより大きいことが認められ、
更に中和度を７７％以上９０％未満の範囲で調製した実
施例４、５では、トルクピーク値低下度が３２．０％、
３３．６％と原料素地中に負荷される圧力の低減効果が
特に大きいことが認められた。
【００５３】 これに対して、分散剤として用いたラウ
リン酸カリウムの中和度を５７％未満とした比較例１、
２では、トルクピーク値低下度が１５．２％以下と原料
素地中に負荷される圧力の低減効果が小さいことが認め
られた。同様に、分散剤として用いたラウリン酸カリウ
ムの中和度を１００％以上に大きくした比較例３〜６で
は、トルクピーク値低下度が１４．４％以下と原料素地
中に負荷される圧力の低減効果が小さいことが認められ
た。
【００５４】（実施例９〜１５及び比較例７〜１４）実
施例９〜１５及び比較例７〜１４は、脂肪酸塩の脂肪酸
部分と塩基部分を変更したこと以外は同一の条件で、脂
肪酸塩の中和度と、トルクピーク値低下度、及び成形性
との関係を検討したものであるが、脂肪酸塩の脂肪酸部
分と塩基部分を変更した場合であっても、脂肪酸塩の中
和度を５７％以上１００％未満の範囲で調製した実施例
９〜１５では、トルクピーク値低下度が２２〜３０％と
原料素地中に負荷される圧力の低減効果が大きいことが
認められた。また、各実施例で得られた成形体の中に
は、一部に小さな変形が認められたものもあったが、い
ずれも略良好な成形性が認められた。なお、原料素地中
に負荷される圧力の低減効果が大きい程、成形性も良好
となる傾向があり、両者間には、相関関係が認められ
た。
【００５５】 これに対して、脂肪酸塩の中和度を５７
％未満、又は１００％以上の大きな値で調製した比較例
７〜１４では、トルクピーク値低下度が１８％以下と原
料素地中に負荷される圧力の低減効果が小さいことが認
められた。また、いずれの比較例でも、得られた成形体
に変形が認められ、しかも、殆どの比較例で、得られた
成形体に大きな変形が認められた。
【００５６】
【発明の効果】 以上説明した通り、本発明によれば、
成形性に優れるハニカム構造体を、高い生産性で製造す
ることができ、かつ成形装置への負荷を低減して装置の
耐久期間を向上することができるハニカム構造体の製造
方法を提供することができる。特に、本発明では、原料
に負荷される圧力及び原料中に発生する熱の低減効果が
大きく、かつ原料中の各成分を迅速に均一化することが
できるため、連続押出成形装置を用いる際に、特に好適
なハニカム構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明における効果を測定するためのトルク
ピーク値低下度算出用の一般式（１）を求める際に用い
た試験結果を示すグラフである。
【図２】 異なる中和度の脂肪酸塩を主成分とする分散
剤を用いた際の、中和度とトルクピーク値低下度の関係
を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 洋一 和歌山県和歌山市湊1334 花王株式会社研 究所内 Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA36 AA37 CA10 GA14 GA16 GA21 4G054 AA05 AB09 BD19

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粒状セラミックス原料に、少なくとも、
    水と分散剤とを添加、混練して坏土を得、該坏土を押出
    成形するハニカム構造体の製造方法であって、 該分散剤が、中和度５８％以上１００％未満の脂肪酸塩
    を主成分とすることを特徴とするハニカム構造体の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 該分散剤を、該粒状セラミックス原料１
    ００重量部に対し、０．１〜２重量部（固形分換算値）
    添加する請求項１に記載のハニカム構造体の製造方法。
  3. 【請求項３】 該粒状セラミックス原料に、更に、水溶
    性セルロース誘導体からなるバインダーを添加する請求
    項１又は２に記載のハニカム構造体の製造方法。
  4. 【請求項４】 該粒状セラミックス原料が、コーディエ
    ライト化原料を主成分とする請求項１〜３のいずれか一
    項に記載のハニカム構造体の製造方法。
  5. 【請求項５】 粒状セラミックス原料に、少なくとも水
    と分散剤とを添加したセラミックス原料素地を、連続押
    出成形装置に投入し、該セラミックス原料素地を混練す
    る工程と、該混練工程により得られる坏土を押出成形す
    る工程とを連続して行う請求項１〜４のいずれか一項に
    記載のハニカム構造体の製造方法。
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