JP2004142978A - 多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体 - Google Patents
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Abstract
【課題】成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得る多孔質ハニカム構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とし、その坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得、そのハニカム成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、その仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得る。
【選択図】 なし
【解決手段】少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とし、その坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得、そのハニカム成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、その仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得る。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、集塵用のフィルタとして好適に用いられる、多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体に関し、詳しくは、高気孔率の多孔質ハニカム構造体を製造するに際し、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得る多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学、電力、鉄鋼、産業廃棄物処理をはじめとする様々な分野において、公害防止等の環境対策、高温ガスからの製品回収等の用途で用いられる集塵用のフィルタとして、耐熱性、耐食性に優れるセラミックからなる多孔質ハニカム構造体が用いられている。例えば、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の高温、腐食性ガス雰囲気下において使用される集塵用フィルタとして、セラミックからなる多孔質ハニカム構造体が好適に用いられている。
【０００３】多孔質ハニカム構造体を用いた集塵用フィルタの例としては、例えば、図１に示すように、多孔質ハニカム構造体２１の複数のセル２３の入口側端面Ｂと出口側端面Ｃとを互い違いに目封じ部２２によって目封じした構造のものが挙げられる。このような構造の多孔質ハニカム構造体によれば、被処理ガスＧ１を入口側端面Ｂからセル２３に導入すると、パティキュレートが隔壁２４において捕捉される一方、多孔質の隔壁２４を透過して隣接するセル２３に流入した処理済ガスＧ２が出口側端面Ｃから排出されるため、被処理ガスＧ１中のパティキュレートが分離された処理済ガスＧ２を得ることができる。
【０００４】特に、近年にあっては、集塵用フィルタの処理能力を向上させる必要から、上記のような多孔質ハニカム構造体の中でも、圧力損失が低い、高気孔率の多孔質ハニカム構造体が求められている。このような高気孔率の多孔質ハニカム構造体の製造方法としては、コージェライト化原料、水の他、バインダ（メチルセルロース等の有機バインダ）及び造孔剤（グラファイト等の有機物質）等を混練し、可塑性とした可塑性原料（本明細書に言う「坏土」と同義）を成形し、乾燥し、焼成する多孔質ハニカムフィルタの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような製造方法によれば、成形体を焼成する際に、バインダや造孔剤が焼失して気孔が形成されるため、高気孔率の多孔質ハニカム構造体を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１９３１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような製造方法において、より高気孔率の多孔質ハニカム構造体を製造することを目的として、多量のバインダ及び造孔剤を坏土に含有せしめた場合には、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、極端な場合には、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまうという問題があった。
【０００７】本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得る多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、成形に供する坏土中にコロイド粒子を含有せしめることによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下の多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体を提供するものである。
【０００９】［１］ 少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とし、前記坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得、前記ハニカム成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、前記仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得ることを特徴とする多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１０】［２］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部の前記コロイド粒子を含有してなるものである上記［１］に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１１】［３］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当する前記アルカリ金属源を含有してなるものである上記［１］又は［２］に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１２】［４］ 前記骨材粒子原料が、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものである上記［１］〜［３］のいずれかに記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１３】［５］ 少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有する坏土によって構成され、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形されてなることを特徴とするハニカム成形体。
【００１４】［６］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部の前記コロイド粒子を含有してなるものである上記［５］に記載のハニカム成形体。
【００１５】［７］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当する前記アルカリ金属源を含有してなるものである上記［５］又は［６］に記載のハニカム成形体。
【００１６】［８］ 前記骨材粒子原料が、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものである上記［５］〜［７］のいずれかに記載のハニカム成形体。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の多孔質ハニカム構造体の製造方法の実施の形態を具体的に説明する。
【００１８】本発明者は、本発明の多孔質ハニカム構造体の製造方法を開発するに際し、まず、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう理由を検討した。その結果、第１の理由として、成形体を焼成する際に、多量のバインダ及び造孔剤が燃焼して発熱することによって、焼成中の成形体が急激に温度上昇し、大きな熱応力が発生すること、第２の理由として、焼成前の成形体においては、坏土に含まれているバインダがゲル状となり、成形体の機械的強度を維持する補強剤としての機能を果たしているものの、成形体を焼成する際に、その補強剤として機能していたバインダが焼失してしまい、焼成中の成形体の機械的強度が急激に低下するという現象が起こること、そして、第３の理由として、この現象は、造孔剤が焼失した後の高気孔率な構造においては、より顕著なものとなること、等が考えられた。
【００１９】そこで、本発明においては、成形に供する坏土に、バインダの焼失後においても補強剤として機能するような物質を別途添加することとした。具体的には、成形に供する坏土に、例えば、シリカゾルのようなコロイド粒子を含有せしめることとした。コロイド粒子は、比較的低い温度で脱水縮合反応等により硬化するため、バインダの焼失後においても補強剤として機能し、成形体（ひいては、多孔質ハニカム構造体）の機械的強度の低下を防止することができる。従って、多量のバインダ及び造孔剤が燃焼して発熱することによって、焼成中の成形体が急激に温度上昇し、大きな熱応力が発生した場合でも、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生する事態を有効に防止することができる。また、造孔剤が焼失した後の高気孔率な構造においても、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまうという事態を有効に防止することが可能である。
【００２０】▲１▼ 第１工程（坏土の調製）
本発明の製造方法においては、まず、少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とする。
【００２１】骨材粒子は、多孔質ハニカム構造体（焼結体）の主たる構成成分となる粒子であり、骨材粒子原料はその原料となる物質である。本発明における骨材粒子原料としては、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものであることが、耐熱性を向上させるという観点から好ましい。
【００２２】本明細書に言う「コージェライト化原料」とは、焼成によりコージェライトに変換される物質を意味し、例えば、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ等を、焼成後の組成がコージェライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）となるように混合したもの等が挙げられる。また、金属珪素は、セラミックではないが、例えば、炭化珪素と金属珪素を骨材粒子原料とするＳｉ−ＳｉＣ焼結体の構成物質となる場合等がある。
【００２３】有機バインダは、焼成前の成形体（坏土）においてゲル状となり、成形体の機械的強度を維持する補強剤としての機能を果たす添加剤である。従って、バインダとしては、成形体（坏土）においてゲル化し得る有機高分子、例えば、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を好適に用いることができる。
【００２４】造孔剤は、成形体を焼成する際に焼失して気孔を形成させることによって、気孔率を増大させ、高気孔率の多孔質ハニカム構造体を得るための添加剤である。従って、造孔剤としては、成形体を焼成する際に焼失する有機物質、例えば、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、又はポリエチレンテレフタレート等が挙げられるが、中でも、発泡樹脂からなるマイクロカプセル（アクリル樹脂系マイクロカプセル等）を特に好適に用いることができる。発泡樹脂からなるマイクロカプセルは、中空であることから少量の添加で高気孔率の多孔質ハニカム構造体を得られることに加え、焼成時の発熱が少なく、熱応力の発生を低減することができるという利点がある。
【００２５】コロイド粒子は、比較的低い温度で脱水縮合反応等により硬化して、バインダの焼失後においても骨材粒子同士を結合する補強剤として機能する添加剤である。コロイド粒子としては、成形体を焼成する際に焼失しない無機物質からなるコロイド粒子、例えば、シリカゾル、アルミナゾル、金属アルコキシド、水ガラス等が挙げられる。これらのコロイド粒子の中から、使用するバインダや造孔剤の燃焼温度と比較して、硬化温度が低いものを選択して用いることが好ましい。また、添加するコロイド粒子は、狙いとする焼結体組成に適合するように、添加量、組成を選択し、出発原料の一部として使用されることが好ましい。
【００２６】上記コロイド粒子の含有量としては、成形に供する坏土が、骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部のコロイド粒子を含有してなるものであることが好ましく、０．２〜５．０質量部のコロイド粒子を含有してなるものであることがより好ましく、０．４〜２．０質量部のコロイド粒子を含有してなるものであることが特に好ましい。
【００２７】コロイド粒子の含有量を上記範囲内とすることにより、仮焼及び本焼成の工程において、得られた仮焼体が少なくとも０．０１ｋｇ／ｃｍ２以上の強度を有するものとなり、仮焼体（ひいては多孔質ハニカム構造体）にクラックが発生したり、或いは、仮焼体（ひいては多孔質ハニカム構造体）が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止することができる（なお、上記の強度の測定法については、実施例の項で詳細に説明する）。一方、コロイド粒子の含有量が上記範囲未満であると、バインダの焼失後において、仮焼体の機械的強度を維持する効果が不十分となる点において、上記範囲を超えると、仮焼体の機械的強度を維持する効果は発揮されるものの、コロイド粒子が仮焼体（ひいては多孔質ハニカム構造体）の気孔を埋めてしまい、気孔率が低下する点において、好ましくない。
【００２８】本発明における坏土には、少なくとも、上記骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有することが必要であるが、骨材粒子原料が珪素を含むもの（コージェライト化原料、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、金属珪素等）である場合には、アルカリ金属源を含有させることが好ましい。アルカリ金属源は坏土中の水分に溶解すると水酸化物となり、珪素を含む骨材粒子原料の表面に不可避的に存在するシリカと反応してアルカリ珪酸ガラス（水ガラス）を形成する（下記反応式（１）参照）。このアルカリ珪酸ガラスがバインダの焼失後においても補強剤として機能し、成形体（ひいては、多孔質ハニカム構造体）の機械的強度の低下を防止することができる。
２ＫＯＨ＋ＳｉＯ２ → Ｋ２Ｏ・ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ …（１）
【００２９】アルカリ金属源としては、水と反応してアルカリ金属イオンを放出し得る物質であれば特に限定されず、酸化物、水酸化物をはじめとするアルカリ金属の無機塩、脂肪酸塩等のアルカリ金属の有機塩が挙げられる。アルカリ金属の種類は特に限定されないが、カリウムやナトリウムであることが好ましい。
【００３０】上記アルカリ金属源の含有量としては、成形に供する坏土が、骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものであることが好ましく、０．０２〜５質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものであることがより好ましく、０．０３〜１質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものであることが特に好ましい。
【００３１】上記坏土には、必要に応じて、この他の添加剤を含有させてもよい。例えば、分散媒である水への分散を促進するための分散剤（界面活性剤）等を含有させることも可能である。分散剤としては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を挙げることができる。
【００３２】上記骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子等は、例えば、真空土練機等により混合し、混練することによって、適当な粘度の坏土に調製する。
【００３３】▲２▼ 第２工程（成形・乾燥）
次いで、上述のように調製した坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得る。
【００３４】本明細書に言う「ハニカム状」とは、例えば、図２に示す多孔質ハニカム構造体１のように、極めて薄い隔壁４によって区画されることによって、流体の流路となる複数のセル３が形成されている形状を意味する。ハニカム成形体の全体形状については特に限定されるものではなく、例えば、図２に示すような円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状を挙げることができる。また、ハニカム成形体のセル形状（セルの形成方向に対して垂直な断面におけるセル形状）についても特に限定はされず、例えば、図２に示すような四角形セルの他、六角形セル、三角形セル等の形状を挙げることができる。
【００３５】成形の方法は、特に限定されるものではなく、押出成形、射出成形、プレス成形等の従来公知の成形法を用いることができるが、中でも、上述のように調製した坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法等を好適に用いることができる。乾燥の方法も特に限定されず、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥法を用いることができるが、中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥とマイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。
【００３６】上述のようにして得られた本発明のハニカム成形体は、少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有する坏土によって構成され、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形されてなるハニカム成形体であり、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得るという効果を発揮するものである。特に、坏土を、骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部のコロイド粒子を含有してなるものとすることによって、その効果はより大きいものとなる。
【００３７】▲３▼ 第３工程（仮焼）
更に、上述のようにして得られたハニカム成形体を仮焼（脱脂）することによって仮焼体とする。仮焼とは、成形体中の有機物（バインダ、造孔剤、分散剤等）を燃焼させて除去する操作を意味するが、本発明の製造方法においては、コロイド粒子の脱水縮合反応等による硬化も同時に行われる。一般に、バインダの燃焼温度は１６０℃程度、造孔剤の燃焼温度３００℃程度であるので、仮焼温度は２００〜１０００℃程度とすればよい。仮焼時間は特に限定されないが、通常は、１〜１０時間程度である。
【００３８】▲４▼ 第４工程（本焼成）
最後に、上述のようにして得られた仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得る。本焼成とは、仮焼体中の骨材粒子原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するための操作である。焼成条件（温度・時間）は、骨材粒子原料の種類により異なるため、使用する骨材粒子原料の種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を骨材粒子原料として用いる場合には、１４１０〜１４４０℃の温度で、３〜７時間焼成することが好ましい。
【００３９】
【実施例】以下、気孔率６０％という高気孔率の多孔質ハニカム構造体を製造した実施例、及び比較例により、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。なお、以下に示す実施例、及び比較例における骨材粒子原料の平均粒子径については、ストークスの液相沈降法を測定原理とし、Ｘ線透過法により検出を行う、Ｘ線透過式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所製セディグラフ５０００−０２型等）により測定した５０％粒子径の値を使用した。
【００４０】
［ハニカム成形体の製造］
（実施例１）
骨材粒子原料として、平均粒子径が３３．０μｍの炭化珪素粉８０質量部、及び平均粒子径が４．０μｍの金属珪素粉２０質量部の合計１００質量部を用意した。そして、この骨材粒子原料１００質量部に対して、コロイド粒子として、シリカゾル１．２質量部（固形分換算）を、アルカリ金属源として、ラウリン酸カリウム０．３質量部を添加し、更に、有機バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔剤として澱粉、及び適当量の水を添加して、真空土練機により混合し、混練して坏土を調製した。
【００４１】上記の坏土を後述するセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法により、ハニカム状に成形した後、熱風乾燥とマイクロ波乾燥とを組み合わせた乾燥方法により乾燥して、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体の全体形状は、端面（セル開口面）形状が３５ｍｍ×３５ｍｍの正方形、長さが１５２ｍｍであり、セル形状は約１．１５ｍｍ×１．１５ｍｍの正方形セル、隔壁の厚さが３１０μｍ、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ２（３００セル／平方インチ）、総セル数が５７６セルのものであった。
【００４２】
（実施例２，３）
コロイド粒子の添加量を、０．１質量部（実施例２）、１０．０質量部（実施例３）としたことを除いては、実施例１と同様にしてハニカム成形体を得た。
【００４３】
（実施例４）
骨材粒子原料として、平均粒子径が６．０μｍのアルミナ粉９８質量部、及び平均粒子径が５．０μｍのシリカ粉２質量部の合計１００質量部を用意した。そして、この骨材粒子原料１００質量部に対して、コロイド粒子として、アルミナゾルを１．５質量部（固形分換算）を添加し、更に、有機バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔剤として澱粉、分散剤（界面活性剤）としてエチレングリコール及び適当量の水を添加して、真空土練機により混合し、混練して坏土を調製した。
【００４４】上記の坏土を後述するセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法により、ハニカム状に成形した後、熱風乾燥と誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法により乾燥して、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体の全体形状は、端面（セル開口面）形状が５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、長さが５０ｍｍであり、セル形状は約２．１ｍｍ×２．１ｍｍの正方形セル、隔壁の厚さが４４０μｍ、セル密度が約１５．５セル／ｃｍ２（１００セル／平方インチ）、総セル数が４００セルのものであった。
【００４５】
（比較例１）
コロイド粒子及びアルカリ金属源を添加しないことを除いては、実施例１と同様にしてハニカム成形体を得た。
【００４６】
（比較例２）
コロイド粒子の添加量を、１５．０質量部としたことを除いては、実施例１と同様にしてハニカム成形体を得た。
【００４７】
［仮焼］
上記実施例１〜４、及び比較例１〜２のハニカム成形体は、大気雰囲気中、約４００℃で５時間、仮焼（脱脂）することによって、仮焼体を得た。
【００４８】
［本焼成］
上記実施例１〜３、及び比較例１〜２の仮焼体は、アルゴン雰囲気中、約１４５０℃で２時間、焼成することによって、多孔質ハニカム構造体を得た。また、実施例４の仮焼体は、大気雰囲気中、約１６５０℃で２時間、焼成することによって、多孔質ハニカム構造体を得た。
【００４９】
［評価］
上記実施例１〜４、及び比較例１〜２の仮焼体、及び多孔質ハニカム構造体については、▲１▼仮焼体の強度、▲２▼仮焼体の状態、▲３▼多孔質ハニカム構造体の気孔率を以下に示す方法により評価した。
【００５０】
▲１▼ 仮焼体の強度
ＪＩＳ Ｒ １６０８に記載された「ファインセラミックスの圧縮強さ試験方法」に準拠して測定した。具体的には、まず、実施例１〜４、及び比較例１〜２で調製した坏土を用いて、各実施例、比較例と同一のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有し、一辺が３５ｍｍのハニカム構造の立方体を押出成形し、各実施例、比較例と同一の乾燥方法、仮焼方法により乾燥、仮焼して、試験片を作製した。次いで、図３に示すように、加圧板３２により、試験片３１を、そのセル３１ａ形成方向に向かって圧力を加え、圧縮強度を測定することにより、仮焼体の強度を評価した。なお、圧縮強度は、ハニカム構造の立方体を中実体とみなし、最大荷重を３５×３５（ｍｍ２）で除することにより算出した。その結果を表１に示す。
【００５１】
▲２▼ 仮焼体の状態
仮焼体におけるクラックの発生の有無、及び仮焼体の自重による崩壊の有無を目視で観察することにより、仮焼体の状態を評価した。その結果を表１に示す。
【００５２】
▲３▼ 多孔質ハニカム構造体の気孔率
水銀圧入法で多孔質ハニカム構造体の気孔率を測定することにより、多孔質ハニカム構造体の気孔率を評価した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
［結果］
実施例１〜４の仮焼体は、少なくとも０．０１ｋｇ／ｃｍ２以上の強度を有するものであり、比較例１の仮焼体と比較して、著しく強度が向上していた。また、実施例１〜４の仮焼体はいずれも、クラックの発生や自重による崩壊は認められなかった。更に、実施例１〜４の多孔質ハニカム構造体は、比較例１の多孔質ハニカム構造体と同等の気孔率が維持されており、気孔率の低下は認められなかった。
【００５５】これに対し、比較例１の仮焼体は、強度が０．００５ｋｇ／ｃｍ２しかなく、著しく強度の低いものであった。また、比較例１の仮焼体は、自重による崩壊を防止することができなかった。
【００５６】また、比較例２の仮焼体は、２０．０ｋｇ／ｃｍ２の強度を有するものであり、比較例１の仮焼体と比較して、著しく強度が向上し、クラックの発生や自重による崩壊は認められなかったものの、比較例２の多孔質ハニカム構造体は、比較例１の多孔質ハニカム構造体と比較して大幅に気孔率が低下した。即ち、目的とする高気孔率（気孔率６０％）の多孔質ハニカム構造体を得ることはできなかった。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の多孔質ハニカム構造体の製造方法は、成形に供する坏土にコロイド粒子を含有せしめることとしたので、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質ハニカム構造体を用いた集塵用フィルタの例を示す模式図である。
【図２】多孔質ハニカム構造体の例により、「ハニカム状」を説明する模式図である。
【図３】仮焼体の強度の評価方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１，２１…多孔質ハニカム構造体、３，２３…セル、４，２４…隔壁、２２…目封じ部、３１…試験片、３１ａ…セル、３２…加圧板、Ｂ…入口側端面、Ｃ…出口側端面、Ｇ１…被処理ガス、Ｇ２…処理済ガス。
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、集塵用のフィルタとして好適に用いられる、多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体に関し、詳しくは、高気孔率の多孔質ハニカム構造体を製造するに際し、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得る多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学、電力、鉄鋼、産業廃棄物処理をはじめとする様々な分野において、公害防止等の環境対策、高温ガスからの製品回収等の用途で用いられる集塵用のフィルタとして、耐熱性、耐食性に優れるセラミックからなる多孔質ハニカム構造体が用いられている。例えば、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等の高温、腐食性ガス雰囲気下において使用される集塵用フィルタとして、セラミックからなる多孔質ハニカム構造体が好適に用いられている。
【０００３】多孔質ハニカム構造体を用いた集塵用フィルタの例としては、例えば、図１に示すように、多孔質ハニカム構造体２１の複数のセル２３の入口側端面Ｂと出口側端面Ｃとを互い違いに目封じ部２２によって目封じした構造のものが挙げられる。このような構造の多孔質ハニカム構造体によれば、被処理ガスＧ１を入口側端面Ｂからセル２３に導入すると、パティキュレートが隔壁２４において捕捉される一方、多孔質の隔壁２４を透過して隣接するセル２３に流入した処理済ガスＧ２が出口側端面Ｃから排出されるため、被処理ガスＧ１中のパティキュレートが分離された処理済ガスＧ２を得ることができる。
【０００４】特に、近年にあっては、集塵用フィルタの処理能力を向上させる必要から、上記のような多孔質ハニカム構造体の中でも、圧力損失が低い、高気孔率の多孔質ハニカム構造体が求められている。このような高気孔率の多孔質ハニカム構造体の製造方法としては、コージェライト化原料、水の他、バインダ（メチルセルロース等の有機バインダ）及び造孔剤（グラファイト等の有機物質）等を混練し、可塑性とした可塑性原料（本明細書に言う「坏土」と同義）を成形し、乾燥し、焼成する多孔質ハニカムフィルタの製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような製造方法によれば、成形体を焼成する際に、バインダや造孔剤が焼失して気孔が形成されるため、高気孔率の多孔質ハニカム構造体を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１９３１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような製造方法において、より高気孔率の多孔質ハニカム構造体を製造することを目的として、多量のバインダ及び造孔剤を坏土に含有せしめた場合には、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、極端な場合には、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまうという問題があった。
【０００７】本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得る多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、成形に供する坏土中にコロイド粒子を含有せしめることによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。即ち、本発明は、以下の多孔質ハニカム構造体の製造方法、及びハニカム成形体を提供するものである。
【０００９】［１］ 少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とし、前記坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得、前記ハニカム成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、前記仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得ることを特徴とする多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１０】［２］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部の前記コロイド粒子を含有してなるものである上記［１］に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１１】［３］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当する前記アルカリ金属源を含有してなるものである上記［１］又は［２］に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１２】［４］ 前記骨材粒子原料が、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものである上記［１］〜［３］のいずれかに記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
【００１３】［５］ 少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有する坏土によって構成され、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形されてなることを特徴とするハニカム成形体。
【００１４】［６］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部の前記コロイド粒子を含有してなるものである上記［５］に記載のハニカム成形体。
【００１５】［７］ 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当する前記アルカリ金属源を含有してなるものである上記［５］又は［６］に記載のハニカム成形体。
【００１６】［８］ 前記骨材粒子原料が、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものである上記［５］〜［７］のいずれかに記載のハニカム成形体。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の多孔質ハニカム構造体の製造方法の実施の形態を具体的に説明する。
【００１８】本発明者は、本発明の多孔質ハニカム構造体の製造方法を開発するに際し、まず、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう理由を検討した。その結果、第１の理由として、成形体を焼成する際に、多量のバインダ及び造孔剤が燃焼して発熱することによって、焼成中の成形体が急激に温度上昇し、大きな熱応力が発生すること、第２の理由として、焼成前の成形体においては、坏土に含まれているバインダがゲル状となり、成形体の機械的強度を維持する補強剤としての機能を果たしているものの、成形体を焼成する際に、その補強剤として機能していたバインダが焼失してしまい、焼成中の成形体の機械的強度が急激に低下するという現象が起こること、そして、第３の理由として、この現象は、造孔剤が焼失した後の高気孔率な構造においては、より顕著なものとなること、等が考えられた。
【００１９】そこで、本発明においては、成形に供する坏土に、バインダの焼失後においても補強剤として機能するような物質を別途添加することとした。具体的には、成形に供する坏土に、例えば、シリカゾルのようなコロイド粒子を含有せしめることとした。コロイド粒子は、比較的低い温度で脱水縮合反応等により硬化するため、バインダの焼失後においても補強剤として機能し、成形体（ひいては、多孔質ハニカム構造体）の機械的強度の低下を防止することができる。従って、多量のバインダ及び造孔剤が燃焼して発熱することによって、焼成中の成形体が急激に温度上昇し、大きな熱応力が発生した場合でも、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生する事態を有効に防止することができる。また、造孔剤が焼失した後の高気孔率な構造においても、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまうという事態を有効に防止することが可能である。
【００２０】▲１▼ 第１工程（坏土の調製）
本発明の製造方法においては、まず、少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とする。
【００２１】骨材粒子は、多孔質ハニカム構造体（焼結体）の主たる構成成分となる粒子であり、骨材粒子原料はその原料となる物質である。本発明における骨材粒子原料としては、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものであることが、耐熱性を向上させるという観点から好ましい。
【００２２】本明細書に言う「コージェライト化原料」とは、焼成によりコージェライトに変換される物質を意味し、例えば、タルク、カオリン、アルミナ、シリカ等を、焼成後の組成がコージェライトの理論組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）となるように混合したもの等が挙げられる。また、金属珪素は、セラミックではないが、例えば、炭化珪素と金属珪素を骨材粒子原料とするＳｉ−ＳｉＣ焼結体の構成物質となる場合等がある。
【００２３】有機バインダは、焼成前の成形体（坏土）においてゲル状となり、成形体の機械的強度を維持する補強剤としての機能を果たす添加剤である。従って、バインダとしては、成形体（坏土）においてゲル化し得る有機高分子、例えば、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を好適に用いることができる。
【００２４】造孔剤は、成形体を焼成する際に焼失して気孔を形成させることによって、気孔率を増大させ、高気孔率の多孔質ハニカム構造体を得るための添加剤である。従って、造孔剤としては、成形体を焼成する際に焼失する有機物質、例えば、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、又はポリエチレンテレフタレート等が挙げられるが、中でも、発泡樹脂からなるマイクロカプセル（アクリル樹脂系マイクロカプセル等）を特に好適に用いることができる。発泡樹脂からなるマイクロカプセルは、中空であることから少量の添加で高気孔率の多孔質ハニカム構造体を得られることに加え、焼成時の発熱が少なく、熱応力の発生を低減することができるという利点がある。
【００２５】コロイド粒子は、比較的低い温度で脱水縮合反応等により硬化して、バインダの焼失後においても骨材粒子同士を結合する補強剤として機能する添加剤である。コロイド粒子としては、成形体を焼成する際に焼失しない無機物質からなるコロイド粒子、例えば、シリカゾル、アルミナゾル、金属アルコキシド、水ガラス等が挙げられる。これらのコロイド粒子の中から、使用するバインダや造孔剤の燃焼温度と比較して、硬化温度が低いものを選択して用いることが好ましい。また、添加するコロイド粒子は、狙いとする焼結体組成に適合するように、添加量、組成を選択し、出発原料の一部として使用されることが好ましい。
【００２６】上記コロイド粒子の含有量としては、成形に供する坏土が、骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部のコロイド粒子を含有してなるものであることが好ましく、０．２〜５．０質量部のコロイド粒子を含有してなるものであることがより好ましく、０．４〜２．０質量部のコロイド粒子を含有してなるものであることが特に好ましい。
【００２７】コロイド粒子の含有量を上記範囲内とすることにより、仮焼及び本焼成の工程において、得られた仮焼体が少なくとも０．０１ｋｇ／ｃｍ２以上の強度を有するものとなり、仮焼体（ひいては多孔質ハニカム構造体）にクラックが発生したり、或いは、仮焼体（ひいては多孔質ハニカム構造体）が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止することができる（なお、上記の強度の測定法については、実施例の項で詳細に説明する）。一方、コロイド粒子の含有量が上記範囲未満であると、バインダの焼失後において、仮焼体の機械的強度を維持する効果が不十分となる点において、上記範囲を超えると、仮焼体の機械的強度を維持する効果は発揮されるものの、コロイド粒子が仮焼体（ひいては多孔質ハニカム構造体）の気孔を埋めてしまい、気孔率が低下する点において、好ましくない。
【００２８】本発明における坏土には、少なくとも、上記骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有することが必要であるが、骨材粒子原料が珪素を含むもの（コージェライト化原料、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、金属珪素等）である場合には、アルカリ金属源を含有させることが好ましい。アルカリ金属源は坏土中の水分に溶解すると水酸化物となり、珪素を含む骨材粒子原料の表面に不可避的に存在するシリカと反応してアルカリ珪酸ガラス（水ガラス）を形成する（下記反応式（１）参照）。このアルカリ珪酸ガラスがバインダの焼失後においても補強剤として機能し、成形体（ひいては、多孔質ハニカム構造体）の機械的強度の低下を防止することができる。
２ＫＯＨ＋ＳｉＯ２ → Ｋ２Ｏ・ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ …（１）
【００２９】アルカリ金属源としては、水と反応してアルカリ金属イオンを放出し得る物質であれば特に限定されず、酸化物、水酸化物をはじめとするアルカリ金属の無機塩、脂肪酸塩等のアルカリ金属の有機塩が挙げられる。アルカリ金属の種類は特に限定されないが、カリウムやナトリウムであることが好ましい。
【００３０】上記アルカリ金属源の含有量としては、成形に供する坏土が、骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものであることが好ましく、０．０２〜５質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものであることがより好ましく、０．０３〜１質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものであることが特に好ましい。
【００３１】上記坏土には、必要に応じて、この他の添加剤を含有させてもよい。例えば、分散媒である水への分散を促進するための分散剤（界面活性剤）等を含有させることも可能である。分散剤としては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を挙げることができる。
【００３２】上記骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子等は、例えば、真空土練機等により混合し、混練することによって、適当な粘度の坏土に調製する。
【００３３】▲２▼ 第２工程（成形・乾燥）
次いで、上述のように調製した坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得る。
【００３４】本明細書に言う「ハニカム状」とは、例えば、図２に示す多孔質ハニカム構造体１のように、極めて薄い隔壁４によって区画されることによって、流体の流路となる複数のセル３が形成されている形状を意味する。ハニカム成形体の全体形状については特に限定されるものではなく、例えば、図２に示すような円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状を挙げることができる。また、ハニカム成形体のセル形状（セルの形成方向に対して垂直な断面におけるセル形状）についても特に限定はされず、例えば、図２に示すような四角形セルの他、六角形セル、三角形セル等の形状を挙げることができる。
【００３５】成形の方法は、特に限定されるものではなく、押出成形、射出成形、プレス成形等の従来公知の成形法を用いることができるが、中でも、上述のように調製した坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法等を好適に用いることができる。乾燥の方法も特に限定されず、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥法を用いることができるが、中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥とマイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。
【００３６】上述のようにして得られた本発明のハニカム成形体は、少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有する坏土によって構成され、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形されてなるハニカム成形体であり、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止し得るという効果を発揮するものである。特に、坏土を、骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部のコロイド粒子を含有してなるものとすることによって、その効果はより大きいものとなる。
【００３７】▲３▼ 第３工程（仮焼）
更に、上述のようにして得られたハニカム成形体を仮焼（脱脂）することによって仮焼体とする。仮焼とは、成形体中の有機物（バインダ、造孔剤、分散剤等）を燃焼させて除去する操作を意味するが、本発明の製造方法においては、コロイド粒子の脱水縮合反応等による硬化も同時に行われる。一般に、バインダの燃焼温度は１６０℃程度、造孔剤の燃焼温度３００℃程度であるので、仮焼温度は２００〜１０００℃程度とすればよい。仮焼時間は特に限定されないが、通常は、１〜１０時間程度である。
【００３８】▲４▼ 第４工程（本焼成）
最後に、上述のようにして得られた仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得る。本焼成とは、仮焼体中の骨材粒子原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するための操作である。焼成条件（温度・時間）は、骨材粒子原料の種類により異なるため、使用する骨材粒子原料の種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を骨材粒子原料として用いる場合には、１４１０〜１４４０℃の温度で、３〜７時間焼成することが好ましい。
【００３９】
【実施例】以下、気孔率６０％という高気孔率の多孔質ハニカム構造体を製造した実施例、及び比較例により、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。なお、以下に示す実施例、及び比較例における骨材粒子原料の平均粒子径については、ストークスの液相沈降法を測定原理とし、Ｘ線透過法により検出を行う、Ｘ線透過式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所製セディグラフ５０００−０２型等）により測定した５０％粒子径の値を使用した。
【００４０】
［ハニカム成形体の製造］
（実施例１）
骨材粒子原料として、平均粒子径が３３．０μｍの炭化珪素粉８０質量部、及び平均粒子径が４．０μｍの金属珪素粉２０質量部の合計１００質量部を用意した。そして、この骨材粒子原料１００質量部に対して、コロイド粒子として、シリカゾル１．２質量部（固形分換算）を、アルカリ金属源として、ラウリン酸カリウム０．３質量部を添加し、更に、有機バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔剤として澱粉、及び適当量の水を添加して、真空土練機により混合し、混練して坏土を調製した。
【００４１】上記の坏土を後述するセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法により、ハニカム状に成形した後、熱風乾燥とマイクロ波乾燥とを組み合わせた乾燥方法により乾燥して、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体の全体形状は、端面（セル開口面）形状が３５ｍｍ×３５ｍｍの正方形、長さが１５２ｍｍであり、セル形状は約１．１５ｍｍ×１．１５ｍｍの正方形セル、隔壁の厚さが３１０μｍ、セル密度が約４６．５セル／ｃｍ２（３００セル／平方インチ）、総セル数が５７６セルのものであった。
【００４２】
（実施例２，３）
コロイド粒子の添加量を、０．１質量部（実施例２）、１０．０質量部（実施例３）としたことを除いては、実施例１と同様にしてハニカム成形体を得た。
【００４３】
（実施例４）
骨材粒子原料として、平均粒子径が６．０μｍのアルミナ粉９８質量部、及び平均粒子径が５．０μｍのシリカ粉２質量部の合計１００質量部を用意した。そして、この骨材粒子原料１００質量部に対して、コロイド粒子として、アルミナゾルを１．５質量部（固形分換算）を添加し、更に、有機バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔剤として澱粉、分散剤（界面活性剤）としてエチレングリコール及び適当量の水を添加して、真空土練機により混合し、混練して坏土を調製した。
【００４４】上記の坏土を後述するセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法により、ハニカム状に成形した後、熱風乾燥と誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法により乾燥して、ハニカム成形体を得た。得られたハニカム成形体の全体形状は、端面（セル開口面）形状が５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形、長さが５０ｍｍであり、セル形状は約２．１ｍｍ×２．１ｍｍの正方形セル、隔壁の厚さが４４０μｍ、セル密度が約１５．５セル／ｃｍ２（１００セル／平方インチ）、総セル数が４００セルのものであった。
【００４５】
（比較例１）
コロイド粒子及びアルカリ金属源を添加しないことを除いては、実施例１と同様にしてハニカム成形体を得た。
【００４６】
（比較例２）
コロイド粒子の添加量を、１５．０質量部としたことを除いては、実施例１と同様にしてハニカム成形体を得た。
【００４７】
［仮焼］
上記実施例１〜４、及び比較例１〜２のハニカム成形体は、大気雰囲気中、約４００℃で５時間、仮焼（脱脂）することによって、仮焼体を得た。
【００４８】
［本焼成］
上記実施例１〜３、及び比較例１〜２の仮焼体は、アルゴン雰囲気中、約１４５０℃で２時間、焼成することによって、多孔質ハニカム構造体を得た。また、実施例４の仮焼体は、大気雰囲気中、約１６５０℃で２時間、焼成することによって、多孔質ハニカム構造体を得た。
【００４９】
［評価］
上記実施例１〜４、及び比較例１〜２の仮焼体、及び多孔質ハニカム構造体については、▲１▼仮焼体の強度、▲２▼仮焼体の状態、▲３▼多孔質ハニカム構造体の気孔率を以下に示す方法により評価した。
【００５０】
▲１▼ 仮焼体の強度
ＪＩＳ Ｒ １６０８に記載された「ファインセラミックスの圧縮強さ試験方法」に準拠して測定した。具体的には、まず、実施例１〜４、及び比較例１〜２で調製した坏土を用いて、各実施例、比較例と同一のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有し、一辺が３５ｍｍのハニカム構造の立方体を押出成形し、各実施例、比較例と同一の乾燥方法、仮焼方法により乾燥、仮焼して、試験片を作製した。次いで、図３に示すように、加圧板３２により、試験片３１を、そのセル３１ａ形成方向に向かって圧力を加え、圧縮強度を測定することにより、仮焼体の強度を評価した。なお、圧縮強度は、ハニカム構造の立方体を中実体とみなし、最大荷重を３５×３５（ｍｍ２）で除することにより算出した。その結果を表１に示す。
【００５１】
▲２▼ 仮焼体の状態
仮焼体におけるクラックの発生の有無、及び仮焼体の自重による崩壊の有無を目視で観察することにより、仮焼体の状態を評価した。その結果を表１に示す。
【００５２】
▲３▼ 多孔質ハニカム構造体の気孔率
水銀圧入法で多孔質ハニカム構造体の気孔率を測定することにより、多孔質ハニカム構造体の気孔率を評価した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
［結果］
実施例１〜４の仮焼体は、少なくとも０．０１ｋｇ／ｃｍ２以上の強度を有するものであり、比較例１の仮焼体と比較して、著しく強度が向上していた。また、実施例１〜４の仮焼体はいずれも、クラックの発生や自重による崩壊は認められなかった。更に、実施例１〜４の多孔質ハニカム構造体は、比較例１の多孔質ハニカム構造体と同等の気孔率が維持されており、気孔率の低下は認められなかった。
【００５５】これに対し、比較例１の仮焼体は、強度が０．００５ｋｇ／ｃｍ２しかなく、著しく強度の低いものであった。また、比較例１の仮焼体は、自重による崩壊を防止することができなかった。
【００５６】また、比較例２の仮焼体は、２０．０ｋｇ／ｃｍ２の強度を有するものであり、比較例１の仮焼体と比較して、著しく強度が向上し、クラックの発生や自重による崩壊は認められなかったものの、比較例２の多孔質ハニカム構造体は、比較例１の多孔質ハニカム構造体と比較して大幅に気孔率が低下した。即ち、目的とする高気孔率（気孔率６０％）の多孔質ハニカム構造体を得ることはできなかった。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の多孔質ハニカム構造体の製造方法は、成形に供する坏土にコロイド粒子を含有せしめることとしたので、成形体を焼成する際に、多孔質ハニカム構造体にクラックが発生したり、或いは、多孔質ハニカム構造体が自重によって崩壊してしまう事態を有効に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】多孔質ハニカム構造体を用いた集塵用フィルタの例を示す模式図である。
【図２】多孔質ハニカム構造体の例により、「ハニカム状」を説明する模式図である。
【図３】仮焼体の強度の評価方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１，２１…多孔質ハニカム構造体、３，２３…セル、４，２４…隔壁、２２…目封じ部、３１…試験片、３１ａ…セル、３２…加圧板、Ｂ…入口側端面、Ｃ…出口側端面、Ｇ１…被処理ガス、Ｇ２…処理済ガス。
Claims (8)
- 少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を混合し、混練することによって坏土とし、前記坏土を流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形し、乾燥することによってハニカム成形体を得、前記ハニカム成形体を仮焼することによって仮焼体とした後、前記仮焼体を本焼成することによって多孔質ハニカム構造体を得ることを特徴とする多孔質ハニカム構造体の製造方法。
- 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部の前記コロイド粒子を含有してなるものである請求項１に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
- 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものである請求項１又は２に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
- 前記骨材粒子原料が、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の多孔質ハニカム構造体の製造方法。
- 少なくとも、セラミック又は金属からなる骨材粒子原料、水、有機バインダ、造孔剤、及びコロイド粒子を含有する坏土によって構成され、流体の流路となる複数のセルを有するハニカム状に成形されてなることを特徴とするハニカム成形体。
- 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して０．１〜１０質量部の前記コロイド粒子を含有してなるものである請求項５に記載のハニカム成形体。
- 前記坏土が、前記骨材粒子原料１００質量部に対して、アルカリ金属換算で０．０１〜１０質量部に相当するアルカリ金属源を含有してなるものである請求項５又は６に記載のハニカム成形体。
- 前記骨材粒子原料が、コージェライト化原料、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、リチウムアルミニウムシリケート、炭化珪素、窒化珪素、及び金属珪素からなる群より選択された少なくとも１種の成分を含み、かつ、前記成分の質量の合計が前記骨材粒子原料の全質量に対し５０質量％以上を占めるものである請求項５〜７のいずれか一項に記載のハニカム成形体。
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