JP2009242220A - 無機粉末成形体の製造方法 - Google Patents

無機粉末成形体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】混練に大きな力を要することなく、酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末、水および水溶性セルロース誘導体と混練しながらダイから押出して無機粉末成形体を製造しうる方法を提供する。
【解決手段】本発明の製造方法は、酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末、水および該無機粉末100質量部あたり0.1質量部〜5質量部の水溶性セルロース誘導体を、前記無機粉末100質量部あたり1質量部〜5質量部のショ糖脂肪酸エステルと混合して成形材料とし、該成形材料を混練しながらダイから押出して成形することを特徴とする。通常、酸化チタン粉末の結晶型はルチル型、BET比表面積は5〜30m2/g、粒子径は0.1〜10μm、中心粒子径は0.5〜1μm、重装かさ密度は0.2〜0.5g/cm3である。
【選択図】なし

Description

本発明は、無機粉末成形体の製造方法に関し、詳しくは酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末を押出成形により成形して成形体を製造する方法に関する。
酸化チタン粉末を含む無機粉末を成形して得られる無機粉末成形体は、これを焼成することにより触媒担体などを製造するための中間体として有用であり、その製造方法として、特許文献1〔特開2007−297230号公報〕には、無機粉末として酸化チタン粉末および20質量%以上の酸化アルミニウム粉末用い、この無機粉末を水および水溶性セルロース誘導体と混練しながらダイから押出して成形する方法が開示されている。
特開2007−297230号公報
しかし、無機粉末が酸化チタン粉末を主成分とするものである場合には、かかる従来の製造方法では、混練に大きな力を要するという問題があった。
そこで本発明者は、混練に大きな力を要することなく、酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末、水および水溶性セルロース誘導体と混練しながらダイから押出して無機粉末成形体を製造しうる方法を開発するべく鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち本発明は、酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末、水および該無機粉末100質量部あたり0.1質量部〜5質量部の水溶性セルロース誘導体を、前記無機粉末100質量部あたり1質量部〜5質量部の親水度9以上のショ糖脂肪酸エステルと混合して成形材料とし、該成形材料を混練しながらダイから押出して成形することを特徴とする無機粉末成形体の製造方法を提供するものである。
本発明の製造方法によれば、混練に大きな力を要することなく、酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末を水および水溶性セルロース誘導体と混練し、ダイから押出して、無機粉末成形体を製造することができる。
〔無機粉末〕
本発明の製造方法に適用される無機粉末は、酸化チタン粉末を主成分とするものであり、100質量%、即ち全量が酸化チタン粉末であってもよいし、酸化チタン粉末の含有量が90質量%以上で、例えば酸化アルミニウム粉末などのような酸化チタン粉末以外の無機粉末を10質量%以下で含むものであってもよい。
〔酸化チタン粉末〕
酸化チタン粉末としては通常、結晶型がルチル型のものが用いられる。酸化チタン粉末のBET比表面積は通常5m2/g〜30m2/g、好ましくは10m2/g〜20m2/gであり、粒子径は通常0.1μm〜10μm、好ましくは0.2μm〜5μmであり、中心粒子径は通常0.4μm〜1μm、好ましくは0.5μm〜0.8μmであり、重装かさ密度は通常0.2g/cm3〜0.8g/cm3、好ましくは0.3g/cm3〜0.6g/cm3である。
〔水〕
水の使用量は、容易に混練し、ダイから押出して成形することができる程度であればよく、特に限定されるものではないが、成形材料を構成する全固形分の吸液率に対して通常は60%〜100%、好ましくは65%〜95%である。成形材料を構成する全固形分の吸液率は、JIS K6221(1992)「ゴム用カーボンブラック試験法」に記載の吸油量の試験方法(B法)に準拠してカーボンブラックに代えて成形材料を構成する全ての固形分を、DPB(フタル酸ジブチル)に代えて純水をそれぞれ用いて測定される。
〔水溶性セルロース誘導体〕
水溶性セルロース誘導体とは、セルロースから導かれる誘導体であって水溶性のものであり、その1%水溶液についてB型粘度計により測定した粘度が250mPa・s〜1000mPa・sのものが好ましく使用される。このような水溶性セルロース誘導体としては、例えばユケン工業(株)から市販されている「セランダーYB−152A」、信越化学(株)から市販されている「65SH−1000」などが挙げられる。
〔ショ糖脂肪酸エステル〕
ショ糖脂肪酸エステルとは、ショ糖と脂肪酸、例えばステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、オレイン酸、ラウリン酸とのエステル化合物であって、例えばショ糖ステアリン酸エステル、ショ糖パルミチン酸エステル、ショ糖パルミチン酸エステル、ショ糖ミリスチン酸エステル、ショ糖オレイン酸エステル、ショ糖ラウリン酸エステルなどが挙げられる。
ショ糖脂肪酸エステルは、親水度9以上、好ましくは13以上のものが用いられ、比較的低い圧力でダイから押出しができる点で、好ましくは15.5以下である。
かかるショ糖脂肪酸エステルとしては、例えば三菱化学フーズ(株)から市販されている「S−970」(ショ糖ステアリン酸エステル、親水度9)、「S−1170」(ショ糖ステアリン酸エステル、親水度11)、「S−1570」(ショ糖ステアリン酸エステル、親水度15)、「S−1670」(ショ糖ステアリン酸エステル、親水度16)、「P−1570」(ショ糖パルミチン酸エステル、親水度15)、「M−1695」(ショ糖ミリスチン酸エステル、親水度16)、「O−1570」(ショ糖オレイン酸エステル、親水度15)、「L−1695」(ショ糖ラウリン酸エステル、親水度16)などが挙げられる。
〔成形材料〕
本発明の製造方法では、かかる無機粉末を水、水溶性セルロース誘導体、ショ糖脂肪酸エステルと混合して成形材料とする。
水溶性セルロース誘導体の使用量は、酸化チタン粉末100質量部あたり0.1質量部〜5質量部、好ましくは3質量部以下である。水溶性セルロース誘導体の使用量が0.1質量部未満では、ダイから押出されても成形体としての形状を維持しにくくなり、5質量部を超えると、ダイから押出す際に過大な圧力を要するようになる。
ショ糖脂肪酸エステルの使用量は、酸化チタン粉末100質量部あたり1質量部〜5質量部、好ましくは3質量部以下である。ショ糖脂肪酸エステルの使用量が1質量部未満では、本発明の効果が十分なものとならず、5質量部を超えると、ダイから押出されても成形体としての形状を維持しにくくなる。
また、添加剤と共に混合してもよい。添加剤としては、例えば酸化チタンゾルなどの無機バインダー、グリセリンなどが挙げられる。
〔混練〕
本発明の製造方法では、かかる成形材料を混練する。混練方法としては、例えば一軸混練押出機、二軸混練押出機などの通常の混練押出機を用いる通常の方法が挙げられる。
〔成形〕
混練押出機により混練されることにより、成形材料は、混練押出機に取付けられたダイから、そのまま押出されて、成形される。ダイとしては通常の成形に用いるものを使用することができ、目的とする成形体の形状に応じて適宜選択される。
このようにして成形材料を押出すことにより、目的の無機粉末成形体を得ることができる。得られた無機粉末成形体は通常、乾燥される。
かくして得られた無機粉末成形体の形状は特に限定されるものではなく、例えば円柱状であってもよいし、中空の筒状であってもよい。
〔無機粉末成形焼成体〕
本発明の製造方法により得られた無機粉末成形体は、例えば、これを焼成することにより無機粉末成形焼成体とすることができる。焼成温度は通常500℃〜1000℃である。焼成により得られた無機粉末成形焼成体は、例えば触媒を担持するための担体として有用である。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。
なお、用いた酸化アルミニウム粉末および得られた成形体の評価方法は以下のとおりである。
(1)粒子径
レーザー散乱式粒度分布計〔Honey Well社製「μトラックHRA(X−100)」〕にて粒子径分布を求めて最小粒子径および最大粒子径を測定した。
(2)中心粒子径
上記で求めた粒子径分布から、質量(重量)基準で累積質量%ヒストグラムを求め、質量百分率50%に相当する径〔D50〕として求めた。
(3)BET比表面積
比表面積測定装置〔マウンテック社製、「Macsorb Model−1201」〕を用いて窒素吸着法により求めた。
(4)重装かさ密度
ホソカワミクロン社製「パウダテスタ Type−E」を用いて測定した。
(5)水溶性セルロース誘導体の粘度
純水99質量部に水溶性セルロース誘導体1質量部を60℃で溶解させたのち冷却し、B型粘度計を用いて26℃で測定した。
(6)吸液率
各実施例および比較例で用いたと同じ酸化チタン粉末、水溶性セルロース、ショ糖ステアリン酸エステルおよびチタニアゾルを各実施例および比較例におけると同じ質量比で混合し、得られた混合物について、JIS K6221(1992)「ゴム用カーボンブラック試験方法」に記載の吸油量の試験方法(B法)に準拠して、カーボンブラックに代えて上記で得た混合物を、DBP(フタル酸ジブチル)に代えて純水をそれぞれ用いて測定を行い、DBPの使用量に代えて上記で用いた純水およびチタニアゾルに含まれる水分の合計量を用いて、成形材料を構成する全固形分の吸液率を算出した。
実施例1
酸化チタン粉末〔昭和タイタニウム社製「F−1R」、ルチル型、BET比表面積16m2/g、最小粒子径0.3μm、最大粒子径3μm、中心粒子径0.6μm、重装かさ密度0.35g/cm3〕100質量部、水溶性セルロース誘導体〔ユケン工業社製「セランダーYB−152A」、粘度320mPa・s、粉末状〕1質量部およびショ糖ステアリン酸エステル〔三菱化学フーズ社製「S−1570」、親水度15、粉末状〕2質量部を混合し、これに純水23.3質量部およびチタニアゾル〔堺化学社製「CSB」、固形分40質量%、水分60質量%〕12.5質量部を加えて酸化チタン粉末成形材料を得た。この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.368g/gであり、この成形材料の液充満度は77%であった。
上記で得た成形材料を一軸混練押出機〔宮崎鉄工社製「MP−30」、スクリュー径30mm〕に供給速度0.2kg/分で連続的に供給しながら、上記混練押出機に取付けたダイから連続的に押出して、直径3mmの円柱状の成形体を得た。この混練押出機〔MP−30〕には、混練に要する力が過大となると、運転を停止する安全装置が装備されている。混練中、混練に要する力が過大となることはなく、安全装置の作動により運転が停止することはなかった。
比較例1
ショ糖ステアリン酸エステル〔S−1570〕を用いず、純水の使用量を24.5質量部とした以外は実施例1と同様に操作して成形材料を得、成形体を得ようとしたが、混練中に、混練に要するトルクが過大となり、安全装置が作動して運転停止となる現象が頻発した。なお、この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.391g/gであり、この成形材料の液充満度は77%であった。
実施例2
水溶性セルロース誘導体〔セランダーYB−152A〕の使用量を2質量部とし、純水の使用量を25.1質量部とした以外は実施例1と同様に操作して成形材料を得、成形体を得た。この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.389g/gであり、この成形材料の液充満度は77%であった。混練中、混練に要する力が大きくなることはなく、安全装置の作動により運転が停止することはなかった。
比較例2
ショ糖ステアリン酸エステル〔S−1570〕を用いず、純水の使用量を26.7質量部とした以外は実施例2と同様に操作して成形材料を得、成形体得ようとしたが、混練中に、混練に要するトルクが過大となり、安全装置が作動して運転停止となる現象が頻発した。なお、この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.417g/gであり、この成形材料の液充満度は77%であった。
比較例3
水溶性セルロース誘導体〔セランダーYB−152A〕を使用せず、純水の使用量を24.1質量部とした以外は実施例1と同様に操作して成形材料を得、成形体を得ようとしたが、混練に要するトルクが過大となり、安全装置が作動して運転停止となった。なお、この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.382g/gであり、この成形材料の液充満度は77%であった。
実施例3
水溶性セルロース誘導体〔セランダーYB−152A〕の使用量を0.5質量部とし、純水の使用量を24.5質量部とした以外は実施例1と同様に操作して成形材料を得、成形体を得た。この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.371g/gであり、この成形材料の液充満度は80%であった。混練中、混練に要する力が大きくなることはなく、安全装置の作動により運転が停止することはなかった。
実施例4
ショ糖ステアリン酸エステル〔S−1570〕に代えてショ糖ステアリン酸エステル〔三菱化学フーズ社製「S−1170」、親水度11、粉末状〕2質量部を用いた以外は実施例3と同様に操作して、成形材料を得、成形体を得た。この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.371g/gであり、この成形材料の液充満度は80%であった。混練中、混練に要する力が大きくなることはなく、安全装置の作動により運転が停止することはなかった。
実施例5
ショ糖ステアリン酸エステル〔S−1570〕に代えてショ糖ステアリン酸エステル〔三菱化学フーズ社製「S−1670」、親水度16、粉末状〕2質量部を用いた以外は実施例3と同様に操作して、成形材料を得、成形体を得た。この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.371g/gであり、この成形材料の液充満度は80%であった。混練中、混練に要する力が大きくなることはなく、安全装置の作動により運転が停止することはなかったが、押出しに要する圧力は実施例3および実施例4と比較して高い圧力を示した。
比較例4
ショ糖ステアリン酸エステル〔S−1570〕に代えてショ糖ステアリン酸エステル〔三菱化学フーズ社製「S−570」、親水度5、粉末状〕2質量部を用いた以外は実施例3と同様に操作して、成形材料を得、成形体を得ようとしたが、混練に要するトルクが過大となり、安全装置が作動して運転停止となった。なお、この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.371g/gであり、この成形材料の液充満度は80%であった。
比較例5
ショ糖ステアリン酸エステル〔S−1570〕に代えてショ糖ステアリン酸エステル〔三菱化学フーズ社製「S−770」、親水度5、粉末状〕2質量部を用いた以外は実施例3と同様に操作して、成形材料を得、成形体を得ようとしたが、混練に要するトルクが過大となり、安全装置が作動して運転停止となった。なお、この成形材料を構成する全固形分の吸液率は0.371g/gであり、この成形材料の液充満度は80%であった。

Claims (3)

  1. 酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末、水および該無機粉末100質量部あたり0.1質量部〜5質量部の水溶性セルロース誘導体を、前記無機粉末100質量部あたり1質量部〜5質量部の親水度9以上のショ糖脂肪酸エステルと混合して成形材料とし、該成形材料を混練しながらダイから押出して成形することを特徴とする無機粉末成形体の製造方法。
  2. 酸化チタン粉末の結晶型がルチル型であり、BET比表面積が5m2/g〜30m2/gであり、粒子径が0.1μm〜10μmであり、中心粒子径が0.4μm〜1μmであり、重装かさ密度が0.2g/cm3〜0.8g/cm3である請求項1に記載の製造方法。
  3. 酸化チタン粉末を主成分とする無機粉末、水および該無機粉末100質量部あたり0.1質量部〜5質量部の水溶性セルロース誘導体を、前記無機粉末100質量部あたり1質量部〜5質量部のショ糖脂肪酸エステル類と混合してなる無機粉末成形材料。
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