JP2011201724A - Porous alumina sintered compact and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軽量でありながら優れた機械的強度を有し、更に通気性を有する多孔質アルミナ焼結体及びその製造方法に関するものである。
なお、本明細書及び特許請求の範囲においては、ほぼ１００％がアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ2 Ｏ3 ）である多孔質焼結体のみならず、アルミナ以外に数％〜十数％の無機酸化物・炭素等の不純物を含む多孔質焼結体をも「多孔質アルミナ焼結体」というものとする。
The present invention relates to a porous alumina sintered body that is lightweight but has excellent mechanical strength and air permeability, and a method for producing the same.
In addition, in the present specification and claims, not only the porous sintered body in which almost 100% is alumina (aluminum oxide: Al 2 O 3 ), but also several percent to tens of percent inorganic oxidation other than alumina. A porous sintered body containing impurities such as materials and carbon is also referred to as a “porous alumina sintered body”.
多孔質アルミナ焼結体は、高純度のものは電子部品の焼成用のセッタやセパレータ（天板）或いは触媒保持体等に応用することができ、また通気性に優れたものは真空チャック等の吸着用治具や不純物濾過用のフィルタ等に応用することができる、広い用途を有する製品である。
そのため、従来から多孔質アルミナ焼結体の製造方法について、数多くの技術が開発されてきたが、これらの製造技術の大部分は、
（１）アルミナ粉末をバインダ等と混合して成形し、この成形体を焼結して多孔質アル ミナ焼結体を得るもの、
（２）アルミニウム金属を陽極酸化して多孔質アルミナを得るもの、
（３）水酸化アルミニウムのゾルを出発原料として多孔質アルミナを得るもの、
の三種類に大別することができる。
A porous alumina sintered body having a high purity can be applied to a setter, separator (top plate) or catalyst holder for firing electronic components, and a material having excellent air permeability such as a vacuum chuck. It is a product with a wide range of applications that can be applied to adsorption jigs and filters for impurity filtration.
For this reason, many techniques have been developed in the past for producing porous alumina sintered bodies, but most of these production techniques are
(1) Alumina powder is mixed with a binder and molded, and the molded body is sintered to obtain a porous alumina sintered body.
(2) Anodized aluminum metal to obtain porous alumina,
(3) Obtaining porous alumina using aluminum hydroxide sol as a starting material,
It can be roughly divided into three types.
これらの製造技術のうち、上記（１）に分類される方法においては、焼結体の性能が原料となるアルミナ粉末の製造履歴に支配されるため原料の管理を厳しくしなければならず、また純度の高い焼結体を得るためには１７００℃〜１９００℃の高温で焼結させる必要があることから、製造コストが高くなる。
また、上記（２）に分類される方法においては、厚さのある多孔質アルミナを得ることが困難である。
更に、上記（３）に分類される方法としては、例えばベーマイトゾルに有機バインダ等の添加物を加え、テープ成形によりグリーンシートを作製し、これを焼結することによって製造できるが、このようにして製造した多孔質アルミナ焼結体は強度が非常に弱く、薄いものでは取扱いの際に簡単に割れてしまい、フィルタ等として実用化するのが困難であった。
Among these manufacturing techniques, in the method classified as (1) above, since the performance of the sintered body is governed by the manufacturing history of the alumina powder as the raw material, the raw material must be strictly controlled, Since it is necessary to sinter at a high temperature of 1700 ° C. to 1900 ° C. in order to obtain a sintered body with high purity, the manufacturing cost becomes high.
Moreover, in the method classified into said (2), it is difficult to obtain porous alumina with thickness.
Furthermore, as a method classified into the above (3), for example, an additive such as an organic binder can be added to boehmite sol, a green sheet can be produced by tape molding, and this can be produced by sintering. The porous alumina sintered body produced in this manner has a very low strength, and if it is thin, it is easily cracked during handling, making it difficult to put it into practical use as a filter or the like.
そこで、このような問題を解決するために、特許文献１においては、ベーマイトゾルに有機バインダとともにガラス粉末を混合して焼結させることを特徴とする多孔質アルミナセラミックスの製造方法について開示している。これによって、得られる多孔質アルミナセラミックスの気孔率や気孔径を変化させることなく、ハンドリング強度を向上させることができるとしている。
しかし、この製造方法においては、アルミナセラミックスを多孔質とするために有機バインダを多量に配合しているため、有機バインダが燃焼する時に発生するガスは環境を汚染する恐れがあり、またベーマイトゾルにガラス粉末を混合したものを有機バインダとともにスラリー化する必要があるために、製造工程が複雑になってしまう。
In order to solve such problems, Patent Document 1 discloses a method for producing porous alumina ceramics characterized in that boehmite sol is mixed with an organic binder and glass powder and sintered. . Thus, the handling strength can be improved without changing the porosity and pore diameter of the resulting porous alumina ceramics.
However, in this manufacturing method, a large amount of organic binder is blended to make alumina ceramic porous, so that the gas generated when the organic binder burns may contaminate the environment, and the boehmite sol Since it is necessary to slurry a mixture of glass powder together with an organic binder, the manufacturing process becomes complicated.
そこで、このような問題を解決するために、特許文献２においては、水硬性アルミナ粉末と、酸化アルミニウム粉末及び／または酸化アルミニウム水和物粉末からなる混合粉末を、バインダを用いることなく、水と混練して成形して得られる含水成形体を乾燥・焼成してなることを特徴とするアルミナ多孔質セラミックス及びその製造方法について開示している。これによって、有機バインダを使わなくても成形体強度に優れ、水硬性アルミナの粒子径と混練する水量を調整するだけで開気孔率を１０％〜８０％の所定の範囲に調節することができるアルミナ多孔質セラミックスが得られるとしている。 Therefore, in order to solve such a problem, in Patent Document 2, a mixed powder composed of hydraulic alumina powder and aluminum oxide powder and / or aluminum oxide hydrate powder is mixed with water without using a binder. The present invention discloses an alumina porous ceramic characterized by drying and firing a hydrous molded product obtained by kneading and molding, and a method for producing the same. Accordingly, the strength of the molded body is excellent without using an organic binder, and the open porosity can be adjusted to a predetermined range of 10% to 80% only by adjusting the particle diameter of hydraulic alumina and the amount of water to be kneaded. Alumina porous ceramics are obtained.
しかしながら、上記特許文献２に記載の技術においては、水硬性アルミナという特殊な素材を大量に使用するため製造コストが高くなり、また水硬性アルミナは吸湿するだけで硬化してしまうので取扱いが難しく、更に水硬性アルミナの粒子径と混練する水量の調整だけでは得られる気孔径の範囲が０．２μｍ〜２０μｍという狭い範囲内に限定され、多孔質セラミックスとして応用できる分野が狭い分野に限られてしまうという問題点があった。 However, in the technique described in Patent Document 2, the production cost is high because a large amount of a special material called hydraulic alumina is used, and hydraulic alumina is hard to handle because it hardens only by absorbing moisture. Furthermore, only by adjusting the particle diameter of the hydraulic alumina and the amount of water to be kneaded, the range of pore diameters obtained is limited to a narrow range of 0.2 μm to 20 μm, and the fields that can be applied as porous ceramics are limited to narrow fields. There was a problem.
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであって、軽量でありながら優れた機械的強度を有し取扱い易く、かつ、通気性を有し、複雑な製造工程を経ることなく低コストで製造でき、焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができる多孔質アルミナ焼結体及びその製造方法の提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and is lightweight, has excellent mechanical strength, is easy to handle, has air permeability, and does not undergo complicated manufacturing processes. An object of the present invention is to provide a porous alumina sintered body that can be manufactured at a low cost and can control the pore size and porosity in the sintered body in a wide range, and a method for manufacturing the same.
請求項１に係る多孔質アルミナ焼結体は、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子と有機バインダ及び／または無機バインダとを含有し、これらが均一に混合された混合物を、常温でプレス成形し、非酸化雰囲気において１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結してなるものである。 The porous alumina sintered body according to claim 1 contains aluminum fine particles, zeolite fine particles, an organic binder and / or an inorganic binder, and a mixture in which these are uniformly mixed is press-molded at room temperature, and a non-oxidizing atmosphere. And sintered at a temperature within the range of 1200 ° C to 1800 ° C.
ここで、「ゼオライト（zeolite）」とは、結晶中に微細孔を持つアルミノケイ酸塩の総称であり、一般式 Ｍx/n ［（ＡｌＯ2 ）x（ＳｉＯ2 ）y］・ωＨ2 Ｏ で表される。但し、Ｍはナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム等の周期表のＩＡ族及びIIＡ族の元素、n は陽イオンＭの価数、ωは単位格子あたりの水分子数、x，y は単位格子あたりの四面体の全個数である（塩川二朗・監修「カーク・オスマー化学大辞典」７００頁〜７０１頁，１９８８年９月２０日丸善株式会社発行）。
「ゼオライト微粒子」としては、天然ゼオライトまたは合成ゼオライトを微粉砕してなるものを用いることができる。
Here, “zeolite” is a general term for aluminosilicates having fine pores in the crystal, and is represented by the general formula Mx / n [(AlO 2 ) x (SiO 2 ) y] · ωH 2 O Is done. Where M is an element of Group IA and IIA of the periodic table such as sodium, potassium, magnesium, calcium, n is the valence of cation M, ω is the number of water molecules per unit cell, and x and y are per unit cell (The Kirk Osmer Chemical Dictionary, pages 700-701, published by Maruzen Co., Ltd., September 20, 1988).
As the “zeolite fine particles”, those obtained by finely pulverizing natural zeolite or synthetic zeolite can be used.
天然ゼオライトとしては、アミサイト、アンモニウム白榴石、方沸石、バレル沸石、菱沸石系、斜プチロル沸石系、ダキアルディ沸石系、エリオン沸石系、フェリエ沸石系、グメリン沸石系、輝沸石系、レビ沸石系、十字沸石系、束沸石系等がある（１９９７年、国際鉱物学連合（ＩＭＡ）の小委員会による分類）。
また、合成ゼオライトとしては、Ａ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、オメガ型ゼオライト、ＺＳＭ−５等がある（塩川二朗・監修「カーク・オスマー化学大辞典」７０１頁，１９８８年９月２０日丸善株式会社発行）。
これらのうち、菱沸石系、斜プチロル沸石系、エリオン沸石系、及びレビ沸石系のモルデナイトは、天然に多量に存在しかなり純度も高く、低コストで入手できることから、原材料として好ましい。
Natural zeolites include amicite, ammonium leucite, calcite, barrel zeolite, chabazite, clinoptilolite, dachialdiite, erionite, ferrierite, gmelinite, pyroxenite, levite There are systems, zeolitic systems, zeolitic systems, etc. (1997, classification by the International Mineralogical Union (IMA) subcommittee).
Synthetic zeolites include A-type zeolite, X-type zeolite, Y-type zeolite, L-type zeolite, omega-type zeolite, ZSM-5 and the like (Jiroshi Shiokawa, supervised “Kirk Osmer Chemistry Dictionary” page 701, (Issued on Mar. 20, 1988 by Maruzen Co., Ltd.).
Of these, chabazite, clinoptilolite, erionite, and levite mordenites are preferred as raw materials because they exist in large amounts in nature and are highly pure and available at low cost.
また、「有機バインダ及び／または無機バインダ」とは、有機バインダのみを単独で用いても良いし、無機バインダのみを単独で用いても良く、有機バインダと無機バインダの両方を併用しても良いという意味である。 In addition, the “organic binder and / or inorganic binder” may be an organic binder alone, an inorganic binder alone, or both an organic binder and an inorganic binder. It means that.
ここで、「有機バインダ」としては、合成樹脂、澱粉、合成糊、砂糖等を使用することができ、これらの有機バインダを二種類以上混合して用いることもできる。
また、合成樹脂には熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂等を用いることができ、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂、イソシアネート樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂等を用いることができ、更にこれらの合成樹脂を二種類以上混合して用いることもできる。
また、「無機バインダ」としては、セメント等の水硬性材料やρ−アルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ・ｎＨ2 Ｏ：ｎ≒０．５）、ケイ酸ナトリウム、水溶性アルカリケイ酸、（株）ジャパンナノコート製のシリカバインダ、グランデックス（株）製のシリカバインダである汎用バインダＦＪ２９４等を単独で、または混合して用いることができる。
Here, as the “organic binder”, synthetic resin, starch, synthetic glue, sugar and the like can be used, and two or more kinds of these organic binders can be mixed and used.
Synthetic resins include thermoplastic resins and thermosetting resins. As thermoplastic resins, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyvinyl acetate, acrylic resins, etc. can be used. As the curable resin, a phenol resin, an epoxy resin, a polyol resin, an isocyanate resin, a melamine resin, a urea resin, an unsaturated polyester resin, an alkyd resin, or the like can be used, and two or more of these synthetic resins are used in combination. You can also.
“Inorganic binders” include hydraulic materials such as cement, ρ-alumina (Al 2 O 3 .nH 2 O: n≈0.5), sodium silicate, water-soluble alkali silicic acid, Japan Co., Ltd. A silica binder made of nanocoat, a general-purpose binder FJ294 which is a silica binder made by Grandex Co., Ltd., or the like can be used alone or in combination.
更に、「常温」とは、ＪＩＳ Ｚ ８７０３で規定されるように、２０℃±１５℃（５℃〜３５℃）の範囲内の温度をいう。
また、「非酸化雰囲気」とは、本明細書及び特許請求の範囲においては、一酸化炭素（ＣＯ）ガス中や水素（Ｈ2 ）ガス中のような還元雰囲気のみでなく、広く酸化性でない雰囲気を意味するものとし、窒素（Ｎ2 ）ガス中やアルゴン（Ａｒ）ガス中、更には密閉空間内で活性炭等の炭素粉中に埋める方法等も含むものとする。
Furthermore, “normal temperature” refers to a temperature within a range of 20 ° C. ± 15 ° C. (5 ° C. to 35 ° C.) as defined in JIS Z 8703.
In addition, the term “non-oxidizing atmosphere” is not limited to a reducing atmosphere such as carbon monoxide (CO) gas or hydrogen (H 2 ) gas in the present specification and claims. It means an atmosphere, and includes a method of filling in carbon powder such as activated carbon in nitrogen (N 2 ) gas, argon (Ar) gas, and further in a sealed space.
請求項２に係る多孔質アルミナ焼結体は、請求項１の構成において、前記混合物は、更に有機化合物粉を含有するものである。
ここで、「有機化合物」とは、『炭素の酸化物や金属の炭酸塩など少数の簡単なもの以外のすべての炭素化合物の総称。』（長倉三郎他・編「岩波理化学辞典（第５版）」１３９２頁，１９９８年２月２０日株式会社岩波書店発行）であり、「有機化合物粉」としては、１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度まで昇温して焼結する過程で焼失するものであれば良く、具体的には、大鋸屑（おがくず）や間伐材のチップ、小径木、製材端材、樹皮等の木屑を粉砕機で微粉砕した所謂「木粉」や、椰子殻粉、熱硬化性樹脂の粒子、紙や合成繊維を微粉砕したもの等がある。
木粉の原料としては、スギ等の樹皮を混合することが好ましい。
The porous alumina sintered body according to claim 2 is the structure of claim 1, wherein the mixture further contains an organic compound powder.
“Organic compounds” as used herein is a generic term for all carbon compounds other than a few simple compounds such as carbon oxides and metal carbonates. (Saburo Nagakura et al., Edited by “Iwanami Rikagaku Dictionary (5th edition)”, page 1392, published by Iwanami Shoten Co., Ltd. on February 20, 1998), and “organic compound powder” is in the range of 1200 to 1800 ° C. Any material that burns away in the process of raising the temperature to the internal temperature and sintering, specifically, sawdust, thin wood chips, small-diameter wood, sawn timber, bark, etc. So-called “wood flour”, coconut shell powder, thermosetting resin particles, paper or synthetic fiber finely pulverized, and the like.
As a raw material of wood flour, it is preferable to mix bark such as cedar.
請求項３に係る多孔質アルミナ焼結体は、請求項２の構成において、前記アルミニウム微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が２０μｍ〜１００μｍの範囲内、より好ましくは４０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、前記ゼオライト微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３μｍ〜１２０μｍの範囲内、より好ましくは１０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、前記有機化合物粉はふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満、より好ましくは１５０μｍ未満、更に好ましくは９０μｍ未満であるものである。
ここで、「レーザ回折・散乱法によって測定した中位径」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いてレーザ回折・散乱法によって得られた粒度分布において積算重量％が５０％となる粒子径（Ｄ50）をいう。
また、「ふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満」とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に規定される試験用ふるいのうち、第１部：金属製網ふるい（ＪＩＳ Ｚ ８８０１−１）に規定される公称目開き２５０μｍのふるいを通過する粒子径をいう。
The porous alumina sintered body according to claim 3 is the structure of claim 2, wherein the aluminum fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 20 μm to 100 μm, more preferably 40 μm to 80 μm. The zeolite fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 3 μm to 120 μm, more preferably in the range of 10 μm to 80 μm, and the organic compound powder is a particle by a sieve test method. The diameter is less than 250 μm, more preferably less than 150 μm, and still more preferably less than 90 μm.
Here, the “median diameter measured by the laser diffraction / scattering method” is a particle whose cumulative weight% is 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method using a laser diffraction particle size distribution measuring device. This refers to the diameter (D 50 ).
In addition, “the particle diameter by the sieve test method is less than 250 μm” means that, among the test sieves specified in JIS Z 8801, the nominal size specified in Part 1: Metal mesh sieve (JIS Z 8801-1) The particle diameter passing through a sieve with an opening of 250 μm.
請求項４に係る多孔質アルミナ焼結体は、請求項１乃至請求項３の何れか１つの構成において、前記プレス成形の圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ2 〜３５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内、より好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ2 〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内であるものである。 Porous alumina sintered body according to claim 4, in any one of the configuration of claim 1 to claim 3, wherein the pressure of press molding is in the range of 50kg / cm 2 ~350kg / cm 2 , more preferably are those in the range of 100kg / cm 2 ~300kg / cm 2 .
請求項５に係る多孔質アルミナ焼結体は、請求項１乃至請求項４の何れか１つの構成において、前記アルミニウム微粒子と前記ゼオライト微粒子、または前記アルミニウム微粒子と前記ゼオライト微粒子と前記有機化合物粉とを均一に混合する手段、及びこれらの混合物を有機バインダ及び／または無機バインダと均一に混合する手段として、精密分散混合機を用いるものである。
ここで、「精密分散混合機」としては、周速２０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の範囲内の高速攪拌分散機等を始めとする精密分散混合機を用いることができる。このような高速攪拌分散機としては、例えば、ホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）等がある。
The porous alumina sintered body according to claim 5 is the structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the aluminum fine particles and the zeolite fine particles, or the aluminum fine particles, the zeolite fine particles, and the organic compound powder. As a means for uniformly mixing the mixture and a means for uniformly mixing the mixture with the organic binder and / or the inorganic binder, a precision dispersion mixer is used.
Here, as the “precision dispersion mixer”, a precision dispersion mixer such as a high-speed stirring dispersion machine having a peripheral speed in the range of 20 m / second to 30 m / second can be used. As such a high-speed stirring disperser, for example, there is a horizontal turbulizer (registered trademark) manufactured by Hosokawa Micron Corporation.
請求項６に係る多孔質アルミナ焼結体は、請求項１乃至請求項５の何れか１つの構成において、前記アルミニウム微粒子１００重量部に対して、前記ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内、より好ましくは４０重量部〜６０重量部の範囲内で、前記有機バインダ及び／または無機バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内、より好ましくは４重量部〜８重量部の範囲内で混合するものである。 The porous alumina sintered body according to claim 6 is the structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the zeolite fine particles are 30 parts by weight to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles. Within the range, more preferably within the range of 40 parts by weight to 60 parts by weight, the organic binder and / or the inorganic binder within the range of 3 parts by weight to 10 parts by weight, more preferably within the range of 4 parts by weight to 8 parts by weight. Are mixed in the inside.
請求項７に係る多孔質アルミナ焼結体は、請求項１乃至請求項６の何れか１つの構成において、前記有機バインダ及び／または無機バインダとして合成樹脂バインダを用いて、該合成樹脂バインダは、イソシアネート樹脂単独、またはポリオール樹脂及びイソシアネート樹脂であるものである。
ここで、「イソシアネート樹脂」とは、分子中に−Ｎ＝Ｃ＝Ｏというイソシアネート基を有する高分子化合物である。また、「ポリオール樹脂」として具体的には、ポリオキシエチレングリセルエーテル、ポリオキシプロピレングリセルエーテル、ポリオキシブチレングリセルエーテル等を用いることができる。
The porous alumina sintered body according to claim 7 is the structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the synthetic resin binder is used as the organic binder and / or the inorganic binder, Isocyanate resin alone or polyol resin and isocyanate resin.
Here, the “isocyanate resin” is a polymer compound having an isocyanate group of —N═C═O in the molecule. Specific examples of the “polyol resin” include polyoxyethylene glycerether, polyoxypropylene glycerether, polyoxybutylene glycerether, and the like.
請求項８に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、アルミニウム微粒子と、ゼオライト微粒子とを均一に混合して焼結原料混合物とする焼結原料混合工程と、前記焼結原料混合物を有機バインダ及び／または無機バインダと均一に混合してバインダ混合物とするバインダ混合工程と、前記バインダ混合物をプレス金型に充填して常温でプレス成形し、プレス成形体とするプレス成形工程と、前記プレス成形体を非酸化雰囲気において１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結する焼結工程とを具備するものである。 The method for producing a porous alumina sintered body according to claim 8 includes a sintering raw material mixing step in which aluminum fine particles and zeolite fine particles are uniformly mixed to form a sintering raw material mixture, and the sintering raw material mixture is used as an organic binder. And / or a binder mixing step in which the binder mixture is uniformly mixed with an inorganic binder, a press molding step in which the binder mixture is filled into a press mold and press-molded at room temperature to form a press-molded body, and the press molding And a sintering step of sintering the body at a temperature in the range of 1200 ° C. to 1800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
請求項９に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、請求項８の構成において、前記焼結原料混合物は、更に有機化合物粉を含有するものである。 The method for producing a porous alumina sintered body according to claim 9 is the structure of claim 8, wherein the sintering raw material mixture further contains an organic compound powder.
請求項１０に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、請求項９の構成において、前記アルミニウム微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が２０μｍ〜１００μｍの範囲内、より好ましくは４０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、前記ゼオライト微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３μｍ〜１２０μｍの範囲内、より好ましくは１０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、前記有機化合物粉はふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満、より好ましくは１５０μｍ未満、更に好ましくは９０μｍ未満であるものである。 The method for producing a porous alumina sintered body according to claim 10 is the structure of claim 9, wherein the aluminum fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 20 μm to 100 μm, more preferably 40 μm. The zeolite fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 3 μm to 120 μm, more preferably in the range of 10 μm to 80 μm, and the organic compound powder is subjected to a sieving test. The particle diameter by the method is less than 250 μm, more preferably less than 150 μm, and still more preferably less than 90 μm.
請求項１１に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、請求項８乃至請求項１０の何れか１つの構成において、前記プレス成形工程におけるプレス成形の圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ2 〜３５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内、より好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ2 〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内であるものである。 The method for producing a porous alumina sintered body according to claim 11 is the structure according to any one of claims 8 to 10, wherein the pressure of the press molding in the press molding step is 50 kg / cm 2 to 350 kg / cm. in 2, more preferably in the range of those in the range of 100kg / cm 2 ~300kg / cm 2 .
請求項１２に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、請求項８乃至請求項１１の何れか１つの構成において、前記焼結原料混合工程及び前記バインダ混合工程においては、精密分散混合機を用いて混合するものである。 The method for producing a porous alumina sintered body according to claim 12 is the structure according to any one of claims 8 to 11, wherein a precision dispersion mixer is used in the sintering raw material mixing step and the binder mixing step. Used to mix.
請求項１３に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、請求項８乃至請求項１２の何れか１つの構成において、前記アルミニウム微粒子１００重量部に対して、前記ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内、より好ましくは４０重量部〜６０重量部の範囲内で、前記有機バインダ及び／または無機バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内、より好ましくは４重量部〜８重量部の範囲内で混合するものである。 The method for producing a porous alumina sintered body according to claim 13 is the structure according to any one of claims 8 to 12, wherein the zeolite fine particles are added in an amount of 30 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles. Within the range of parts by weight, more preferably within the range of 40 parts by weight to 60 parts by weight, the organic binder and / or inorganic binder within the range of 3 parts by weight to 10 parts by weight, more preferably 4 parts by weight to 8 parts by weight. Within a range of parts.
請求項１４に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、請求項８乃至請求項１３の何れか１つの構成において、前記有機バインダ及び／または無機バインダとして合成樹脂バインダを用いて、該合成樹脂バインダは、イソシアネート樹脂単独、またはポリオール樹脂及びイソシアネート樹脂であるものである。 A method for producing a porous alumina sintered body according to claim 14 is the method according to any one of claims 8 to 13, wherein a synthetic resin binder is used as the organic binder and / or inorganic binder. The binder is an isocyanate resin alone or a polyol resin and an isocyanate resin.
請求項１に係る多孔質アルミナ焼結体は、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子と有機バインダ及び／または無機バインダ（以下、有機バインダと無機バインダの両者を合わせて単に「バインダ」ともいう。）とを含有し、これらが均一に混合された混合物を、常温でプレス成形し、非酸化雰囲気において１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結してなる。 The porous alumina sintered body according to claim 1 contains aluminum fine particles, zeolite fine particles, an organic binder and / or an inorganic binder (hereinafter, both the organic binder and the inorganic binder are also simply referred to as “binder”). Then, the mixture in which these are uniformly mixed is press-molded at room temperature and sintered at a temperature in the range of 1200 ° C. to 1800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
かかる混合物のプレス成形体を非酸化雰囲気において加熱していくと、まず４００℃前後で有機バインダが焼失して気孔を形成し、アルミニウムの融点（６６０．４℃）に達するとアルミニウム微粒子が融解して液状になるが、非酸化雰囲気であるため急激には酸化されない。
更に、９００℃を超えるとゼオライト微粒子の一部が徐々にムライト（Ａｌ6 Ｏ13Ｓｉ2 ）に変化し、１２００℃に達するとゼオライトのＡｌ4 Ｏ16及びムライトのＡｌ6 Ｏ13とアルミニウム（Ａｌ）が反応して、アルミナ即ち酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）になる。
なお、１８００℃を超えると酸化アルミニウムの融点（２０５０℃）に近づくため、焼結温度の上限を１８００℃としている。
When a press-molded body of such a mixture is heated in a non-oxidizing atmosphere, the organic binder is first burned out at around 400 ° C. to form pores, and when the aluminum melting point (660.4 ° C.) is reached, the aluminum fine particles melt. Although it becomes liquid, it is not rapidly oxidized because it is a non-oxidizing atmosphere.
Further, when the temperature exceeds 900 ° C., some of the zeolite fine particles gradually change to mullite (Al 6 O 13 Si 2 ), and when it reaches 1200 ° C., zeolite Al 4 O 16 and mullite Al 6 O 13 and aluminum (Al ) React to become alumina or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
In addition, since it will approach melting | fusing point (2050 degreeC) of aluminum oxide when it exceeds 1800 degreeC, the upper limit of sintering temperature is 1800 degreeC.
ここで、バインダが無機バインダのみの場合には焼失せずに焼成されることになるが、有機バインダが含まれている場合には焼失して気孔を形成し、有機バインダが含まれていない場合でも本来多孔質であるゼオライトの存在によって、気孔が形成される。そして、焼結前の混合物において、これらの原料が均一に混合されていることから、全体に均一に気孔が分布した多孔質焼結体が得られる。
したがって、多孔質でも強度が高く、かつ、多孔質であるために軽量な多孔質アルミナ焼結体となる。
更に、有機バインダの添加量を調節したり、ゼオライト微粒子の種類を選択したりすることによって、多孔質アルミナ焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができる。
Here, if the binder is only an inorganic binder, it will be burned without being burned out, but if it contains an organic binder, it will burn out to form pores, and no organic binder will be included However, pores are formed by the presence of zeolite that is inherently porous. And since these raw materials are uniformly mixed in the mixture before sintering, a porous sintered body in which pores are uniformly distributed throughout is obtained.
Therefore, even if it is porous, since it is high in strength and porous, it becomes a lightweight porous alumina sintered body.
Furthermore, the pore size and porosity in the porous alumina sintered body can be controlled in a wide range by adjusting the amount of the organic binder added or selecting the type of zeolite fine particles.
このようにして、軽量でありながら優れた機械的強度を有し取扱い易く、かつ、通気性を有し、複雑な製造工程を経ることなく低コストで製造でき、焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができる多孔質アルミナ焼結体となる。 In this way, it is lightweight, has excellent mechanical strength, is easy to handle, has air permeability, can be manufactured at low cost without going through complicated manufacturing processes, The porous alumina sintered body can be controlled in a wide range of porosity.
請求項２に係る多孔質アルミナ焼結体においては、混合物が更に有機化合物粉を含有することから、請求項１に係る発明の効果に加えて、この有機化合物粉の粒子径及び粒度分布並びに含有量を調節することによって、より広い範囲で多孔質アルミナ焼結体における気孔の大きさや気孔率ひいては通気性を制御することができる。 In the porous alumina sintered body according to claim 2, since the mixture further contains organic compound powder, in addition to the effect of the invention according to claim 1, the particle diameter and particle size distribution of this organic compound powder and inclusion By adjusting the amount, it is possible to control the pore size and the porosity and thus the air permeability in the porous alumina sintered body in a wider range.
請求項３に係る多孔質アルミナ焼結体においては、アルミニウム微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が２０μｍ〜１００μｍの範囲内であり、ゼオライト微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３μｍ〜１２０μｍの範囲内であり、有機化合物粉はふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満であることから、請求項２に係る発明の効果に加えて、これらの微細な粒子が均一に混合されて焼結されることによって、より微細な気孔が均一に分布した通気性を有する高強度の多孔質アルミナ焼結体となる。 In the porous alumina sintered body according to claim 3, the aluminum fine particles have a median diameter measured by the laser diffraction / scattering method in the range of 20 μm to 100 μm, and the zeolite fine particles are measured by the laser diffraction / scattering method. In addition to the effect of the invention according to claim 2, these fine particles are uniformly distributed because the unit diameter is in the range of 3 μm to 120 μm and the organic compound powder has a particle diameter of less than 250 μm by the sieve test method. By mixing and sintering, a high-strength porous alumina sintered body having air permeability in which finer pores are uniformly distributed is obtained.
なお、アルミニウム微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が４０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、ゼオライト微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が１０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、有機化合物粉はふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満、更に好ましくは９０μｍ未満であることによって、より確実により微細な気孔が均一に分布した通気性を有する高強度の多孔質アルミナ焼結体が得られるため、より好ましい。 The aluminum fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 40 μm to 80 μm, and the zeolite fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 10 μm to 80 μm. The organic compound powder has a particle diameter by a sieve test method of less than 150 μm, more preferably less than 90 μm, so that a highly strong porous alumina sintered body having air permeability in which fine pores are uniformly distributed can be obtained more reliably. Therefore, it is more preferable.
請求項４に係る多孔質アルミナ焼結体においては、プレス成形の圧力を５０ｋｇ／ｃｍ2 〜３５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内としたことから、請求項１乃至請求項３に係る発明の効果に加えて、より微細な気孔が均一に分布した通気性を有する高強度の多孔質アルミナ焼結体を得ることができる。
即ち、プレス成形の圧力が５０ｋｇ／ｃｍ2 未満であると、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子とバインダとを含有する混合物、または更に有機化合物粉を含有する混合物が充分に圧縮されないため、高強度を有する焼結体が得られない可能性があり、一方、プレス成形の圧力が３５０ｋｇ／ｃｍ2 を超えると、混合物に圧力が掛かり過ぎて連通した気孔が形成されにくくなり、通気性が損なわれる可能性がある。
したがって、プレス成形の圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ2 〜３５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内とすることが好ましい。
Porous In the alumina sintered body according to claim 4, since the pressure of press molding was in the range of 50kg / cm 2 ~350kg / cm 2 , in addition to the effect of the invention according to claims 1 to 3 Thus, a high-strength porous alumina sintered body having air permeability in which finer pores are uniformly distributed can be obtained.
That is, when the press molding pressure is less than 50 kg / cm 2 , a mixture containing aluminum fine particles, zeolite fine particles, and a binder, or a mixture containing organic compound powder is not sufficiently compressed. On the other hand, when the pressure of the press molding exceeds 350 kg / cm 2 , the pressure is excessively applied to the mixture, and it is difficult to form pores that communicate with each other, which may impair air permeability. is there.
Accordingly, the pressure of press molding is preferably in the range of 50kg / cm 2 ~350kg / cm 2 .
なお、プレス成形の圧力を１００ｋｇ／ｃｍ2 〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内とすることによって、より確実に高強度と通気性とを兼ね備えた多孔質アルミナ焼結体が得られるため、より好ましい。 Since the by the pressure of the press-molded in the range of 100kg / cm 2 ~300kg / cm 2 , the porous alumina sintered body is obtained having both more reliably high strength and breathability, preferred.
請求項５に係る多孔質アルミナ焼結体においては、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子、またはアルミニウム微粒子とゼオライト微粒子と有機化合物粉とを均一に混合する手段、及びこれらの混合物を有機バインダ及び／または無機バインダと均一に混合する手段として、精密分散混合機を用いることから、請求項１乃至請求項４に係る発明の効果に加えて、これらの原料がより確実に均一に混合される結果、気孔の分布が均一で高強度の多孔質アルミナ焼結体をより確実に得ることができる。 In the porous alumina sintered body according to claim 5, means for uniformly mixing aluminum fine particles and zeolite fine particles, or aluminum fine particles, zeolite fine particles and organic compound powder, and a mixture thereof as an organic binder and / or an inorganic binder In addition to the effects of the inventions according to claims 1 to 4, in addition to the effects of the inventions according to claims 1 to 4, the raw material is more uniformly mixed as a result of the use of a precision dispersion mixer as a means for uniformly mixing with each other. It is possible to more reliably obtain a porous alumina sintered body having a uniform and high strength.
請求項６に係る多孔質アルミナ焼結体においては、アルミニウム微粒子１００重量部に対して、ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内で、有機バインダ及び／または無機バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内で混合している。 In the porous alumina sintered body according to claim 6, with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, the zeolite fine particles are within a range of 30 parts by weight to 100 parts by weight, and the organic binder and / or the inorganic binder is 3 parts by weight. It is mixed within the range of 10 parts by weight.
本発明者は、請求項１乃至請求項５に係る発明の効果に加えて、より確実に純度と高強度と通気性とを兼ね備えた多孔質アルミナ焼結体を得るための原料配合比について、鋭意実験研究を重ねた結果、アルミニウム微粒子１００重量部に対して、ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内で、バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内で混合することによって、上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。 In addition to the effects of the inventions according to claims 1 to 5, the present inventor has a raw material blending ratio for obtaining a porous alumina sintered body that more reliably combines purity, high strength, and air permeability. As a result of intensive experimental research, by mixing 100 parts by weight of aluminum fine particles with zeolite fine particles in the range of 30 parts by weight to 100 parts by weight and binder in the range of 3 parts by weight to 10 parts by weight, It has been found that the above object can be achieved, and the present invention has been completed based on this finding.
即ち、アルミニウム微粒子１００重量部に対してゼオライト微粒子を３０重量部未満とすると、ゼオライト微粒子が少な過ぎてゼオライトと反応しないアルミニウムが残る恐れがあるとともに、バインダとして有機バインダを用いない場合には気孔率が低下する可能性があり、一方、ゼオライト微粒子の配合比が１００重量部を超えると、ゼオライト微粒子が多過ぎてアルミニウムと反応しないゼオライト（またはムライト）が残って、多孔質アルミナ焼結体の純度が低下してしまう可能性がある。
また、アルミニウム微粒子１００重量部に対してバインダを３重量部未満とすると、バインダが少な過ぎて焼結前または焼結中にプレス成形体が破損する可能性があり、一方、バインダの配合比が１０重量部を超えると、バインダが多過ぎて有機バインダの場合は焼結中にプレス成形体が変形してしまう恐れがあり、無機バインダの場合は多孔質アルミナ焼結体の純度が低下してしまう可能性がある。
したがって、アルミニウム微粒子１００重量部に対して、ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内で、バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内で混合することが好ましい。
That is, if the zeolite fine particles are less than 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, there is a possibility that aluminum that does not react with zeolite due to too few zeolite fine particles may remain, and in the case where an organic binder is not used as the binder On the other hand, if the blending ratio of the zeolite fine particles exceeds 100 parts by weight, the zeolite (or mullite) that does not react with aluminum due to excessive zeolite fine particles remains, and the purity of the porous alumina sintered body May be reduced.
Further, if the binder is less than 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, the binder may be too small and the press-formed body may be damaged before or during sintering. If the amount exceeds 10 parts by weight, the binder may be too much, and in the case of an organic binder, the press-molded body may be deformed during sintering. In the case of an inorganic binder, the purity of the porous alumina sintered body decreases. There is a possibility.
Therefore, it is preferable to mix zeolite fine particles in the range of 30 to 100 parts by weight and binder in the range of 3 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles.
なお、アルミニウム微粒子１００重量部に対してゼオライト微粒子を４０重量部〜６０重量部の範囲内で配合し、バインダを４重量部〜８重量部の範囲内で配合することによって、更に確実に純度と高強度と通気性とを兼ね備えた多孔質アルミナ焼結体を得ることができるため、より好ましい。 In addition, by blending zeolite fine particles in the range of 40 parts by weight to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, and blending the binder in the range of 4 parts by weight to 8 parts by weight, the purity can be further ensured. Since a porous alumina sintered body having both high strength and air permeability can be obtained, it is more preferable.
請求項７に係る多孔質アルミナ焼結体においては、有機バインダ及び／または無機バインダとして合成樹脂バインダを用いて、合成樹脂バインダは、イソシアネート樹脂単独、またはポリオール樹脂及びイソシアネート樹脂であることから、請求項１乃至請求項６に係る発明の効果に加えて、有機化合物粉を含有する場合にはイソシアネート樹脂が有機化合物粉との間に、有機化合物粉を含有しない場合にはポリオール樹脂との間に、強固なウレタン結合を形成することによって、プレス成形することで、より確実に強固で緻密なプレス成形体が得られる。そして、この緻密なプレス成形体を焼結することによって、有機化合物粉と合成樹脂バインダとが焼失して、均一な多孔質アルミナ焼結体を得ることができる。 In the porous alumina sintered body according to claim 7, a synthetic resin binder is used as the organic binder and / or inorganic binder, and the synthetic resin binder is an isocyanate resin alone, or a polyol resin and an isocyanate resin. In addition to the effects of the inventions according to Items 1 to 6, when the organic compound powder is contained, the isocyanate resin is between the organic compound powder and when the organic compound powder is not contained, between the polyol resin and the isocyanate resin. By forming a strong urethane bond, it is possible to obtain a strong and dense press-molded body more reliably by press-molding. Then, by sintering this dense press-molded body, the organic compound powder and the synthetic resin binder are burned out, and a uniform porous alumina sintered body can be obtained.
請求項８に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、まず焼結原料混合工程において、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子とが均一に混合されて焼結原料混合物となり、バインダ混合工程において、焼結原料混合物が有機バインダ及び／または無機バインダと均一に混合されてバインダ混合物となり、プレス成形工程において、バインダ混合物がプレス金型に充填されて常温でプレス成形されてプレス成形体となる。
したがって、プレス金型を加熱したり冷却したりする必要がないため、プレス成形装置が簡単な構成となり低コストで製造できるとともに、どのような厚さのプレス成形体であっても成形することができる。
In the method for producing a porous alumina sintered body according to claim 8, first, in the sintering raw material mixing step, aluminum fine particles and zeolite fine particles are uniformly mixed to form a sintering raw material mixture. The mixture is uniformly mixed with an organic binder and / or an inorganic binder to form a binder mixture. In the press molding process, the binder mixture is filled in a press mold and press molded at room temperature to form a press molded body.
Therefore, since it is not necessary to heat or cool the press mold, the press molding apparatus can be configured simply and can be manufactured at low cost, and any press molded body of any thickness can be molded. it can.
そして、焼結工程において、プレス成形体が非酸化雰囲気中で１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結される。
かかる混合物のプレス成形体を非酸化雰囲気において加熱していくと、まず４００℃前後で有機バインダが焼失して気孔を形成し、アルミニウムの融点（６６０．４℃）に達するとアルミニウム微粒子が融解して液状になるが、非酸化雰囲気であるため急激には酸化されない。
更に、９００℃を超えるとゼオライト微粒子の一部が徐々にムライト（Ａｌ6 Ｏ13Ｓｉ2 ）に変化し、１２００℃に達するとゼオライトのＡｌ4 Ｏ16及びムライトのＡｌ6 Ｏ13とアルミニウム（Ａｌ）が反応して、アルミナ即ち酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）になる。
なお、１８００℃を超えると酸化アルミニウムの融点（２０５０℃）に近づくため、焼結温度の上限を１８００℃としている。
In the sintering step, the press-molded body is sintered at a temperature in the range of 1200 ° C. to 1800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
When a press-molded body of such a mixture is heated in a non-oxidizing atmosphere, the organic binder is first burned out at around 400 ° C. to form pores, and when the aluminum melting point (660.4 ° C.) is reached, the aluminum fine particles melt. Although it becomes liquid, it is not rapidly oxidized because it is a non-oxidizing atmosphere.
Further, when the temperature exceeds 900 ° C., some of the zeolite fine particles gradually change to mullite (Al 6 O 13 Si 2 ), and when it reaches 1200 ° C., zeolite Al 4 O 16 and mullite Al 6 O 13 and aluminum (Al ) React to become alumina or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
In addition, since it will approach melting | fusing point (2050 degreeC) of aluminum oxide when it exceeds 1800 degreeC, the upper limit of sintering temperature is 1800 degreeC.
ここで、バインダが無機バインダのみの場合には焼失せずに焼成されることになるが、有機バインダが含まれている場合には焼失して気孔を形成し、有機バインダが含まれていない場合でも本来多孔質であるゼオライトの存在によって、気孔が形成される。そして、焼結前の混合物において、これらの原料が均一に混合されていることから、全体に均一に気孔が分布した多孔質焼結体が得られる。
したがって、多孔質でも強度が高く、かつ、多孔質であるために軽量な多孔質アルミナ焼結体となる。
更に、有機バインダの添加量を調節したり、ゼオライト微粒子の種類を選択したりすることによって、多孔質アルミナ焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができる。
Here, if the binder is only an inorganic binder, it will be burned without being burned out, but if it contains an organic binder, it will burn out to form pores, and no organic binder will be included However, pores are formed by the presence of zeolite that is inherently porous. And since these raw materials are uniformly mixed in the mixture before sintering, a porous sintered body in which pores are uniformly distributed throughout is obtained.
Therefore, even if it is porous, since it is high in strength and porous, it becomes a lightweight porous alumina sintered body.
Furthermore, the pore size and porosity in the porous alumina sintered body can be controlled in a wide range by adjusting the amount of the organic binder added or selecting the type of zeolite fine particles.
このようにして、軽量でありながら優れた機械的強度を有し取扱い易く、かつ、通気性を有し、複雑な製造工程を経ることなく低コストで製造でき、焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができる多孔質アルミナ焼結体の製造方法となる。 In this way, it is lightweight, has excellent mechanical strength, is easy to handle, has air permeability, can be manufactured at low cost without going through complicated manufacturing processes, This is a method for producing a porous alumina sintered body capable of controlling the porosity within a wide range.
請求項９に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法においては、焼結原料混合物が、更に有機化合物粉を含有することから、請求項８に係る発明の効果に加えて、この有機化合物粉の粒子径及び粒度分布並びに含有量を調節することによって、より広い範囲で多孔質アルミナ焼結体における気孔の大きさや気孔率ひいては通気性を制御することができる。 In the method for producing a porous alumina sintered body according to claim 9, since the sintering raw material mixture further contains organic compound powder, in addition to the effect of the invention according to claim 8, By adjusting the particle diameter, particle size distribution, and content, the pore size and porosity, and thus the air permeability, of the porous alumina sintered body can be controlled in a wider range.
請求項１０に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法においては、アルミニウム微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が２０μｍ〜１００μｍの範囲内であり、ゼオライト微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３μｍ〜１２０μｍの範囲内であり、有機化合物粉はふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満であることから、請求項９に係る発明の効果に加えて、これらの微細な粒子が均一に混合されて焼結されることによって、より微細な気孔が均一に分布した通気性を有する高強度の多孔質アルミナ焼結体となる。 In the method for producing a porous alumina sintered body according to claim 10, the aluminum fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 20 μm to 100 μm, and the zeolite fine particles are obtained by a laser diffraction / scattering method. Since the measured median diameter is in the range of 3 μm to 120 μm, and the organic compound powder has a particle diameter of less than 250 μm by the sieve test method, in addition to the effect of the invention according to claim 9, these fine particles By uniformly mixing and sintering, a high-strength porous alumina sintered body having air permeability in which finer pores are uniformly distributed is obtained.
なお、アルミニウム微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が４０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、ゼオライト微粒子はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が１０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、有機化合物粉はふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満、更に好ましくは９０μｍ未満であることによって、より確実により微細な気孔が均一に分布した通気性を有する高強度の多孔質アルミナ焼結体が得られるため、より好ましい。 The aluminum fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 40 μm to 80 μm, and the zeolite fine particles have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in a range of 10 μm to 80 μm. The organic compound powder has a particle diameter by a sieve test method of less than 150 μm, more preferably less than 90 μm, so that a highly strong porous alumina sintered body having air permeability in which fine pores are uniformly distributed can be obtained more reliably. Therefore, it is more preferable.
請求項１１に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法においては、プレス成形工程におけるプレス成形の圧力を５０ｋｇ／ｃｍ2 〜３５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内としたことから、請求項８乃至請求項１０に係る発明の効果に加えて、より微細な気孔が均一に分布した通気性を有する高強度の多孔質アルミナ焼結体を得ることができる。
即ち、プレス成形の圧力が５０ｋｇ／ｃｍ2 未満であると、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子とバインダとを含有する混合物、または更に有機化合物粉を含有する混合物が充分に圧縮されないため、高強度を有する焼結体が得られない可能性があり、一方、プレス成形の圧力が３５０ｋｇ／ｃｍ2 を超えると、混合物に圧力が掛かり過ぎて連通した気孔が形成されにくくなり、通気性が損なわれる可能性がある。
したがって、プレス成形の圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ2 〜３５０ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内とすることが好ましい。
In the method according to claim 11 in accordance with a porous alumina sintered body, since the pressure of press molding was in the range of 50kg / cm 2 ~350kg / cm 2 in the press molding process, claims 8 to 10 In addition to the effects of the present invention, a high-strength porous alumina sintered body having air permeability in which finer pores are uniformly distributed can be obtained.
That is, when the press molding pressure is less than 50 kg / cm 2 , a mixture containing aluminum fine particles, zeolite fine particles, and a binder, or a mixture containing organic compound powder is not sufficiently compressed. On the other hand, when the pressure of the press molding exceeds 350 kg / cm 2 , the pressure is excessively applied to the mixture, and it is difficult to form pores that communicate with each other, which may impair air permeability. is there.
Accordingly, the pressure of press molding is preferably in the range of 50kg / cm 2 ~350kg / cm 2 .
なお、プレス成形の圧力を１００ｋｇ／ｃｍ2 〜３００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内とすることによって、より確実に高強度と通気性とを兼ね備えた多孔質アルミナ焼結体が得られるため、より好ましい。 Since the by the pressure of the press-molded in the range of 100kg / cm 2 ~300kg / cm 2 , the porous alumina sintered body is obtained having both more reliably high strength and breathability, preferred.
請求項１２に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法においては、焼結原料混合工程及びバインダ混合工程においては、精密分散混合機を用いて混合することから、請求項８乃至請求項１１に係る発明の効果に加えて、これらの原料がより確実に均一に混合される結果、気孔の分布が均一で高強度の多孔質アルミナ焼結体をより確実に得ることができる。 In the method for producing a porous alumina sintered body according to claim 12, in the sintering raw material mixing step and the binder mixing step, mixing is performed using a precision dispersion mixer, and accordingly, according to claims 8 to 11. In addition to the effects of the invention, these raw materials are more reliably mixed uniformly. As a result, a porous alumina sintered body having a uniform pore distribution and high strength can be obtained more reliably.
請求項１３に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法においては、アルミニウム微粒子１００重量部に対して、ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内で、有機バインダ及び／または無機バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内で混合している。 In the method for producing a porous alumina sintered body according to claim 13, with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, the zeolite fine particles are within a range of 30 to 100 parts by weight, and the organic binder and / or the inorganic binder is 3 It is mixed within the range of 10 to 10 parts by weight.
本発明者は、請求項８乃至請求項１２に係る発明の効果に加えて、より確実に純度と高強度と通気性とを兼ね備えた多孔質アルミナ焼結体を得るための原料配合比について、鋭意実験研究を重ねた結果、アルミニウム微粒子１００重量部に対して、ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内で、バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内で混合することによって、上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。 In addition to the effects of the inventions according to claims 8 to 12, the present inventor has a raw material blending ratio for obtaining a porous alumina sintered body that more reliably combines purity, high strength, and air permeability. As a result of intensive experimental research, by mixing 100 parts by weight of aluminum fine particles with zeolite fine particles in the range of 30 parts by weight to 100 parts by weight and binder in the range of 3 parts by weight to 10 parts by weight, It has been found that the above object can be achieved, and the present invention has been completed based on this finding.
即ち、アルミニウム微粒子１００重量部に対してゼオライト微粒子を３０重量部未満とすると、ゼオライト微粒子が少な過ぎてゼオライトと反応しないアルミニウムが残る恐れがあるとともに、バインダとして有機バインダを用いない場合には気孔率が低下する可能性があり、一方、ゼオライト微粒子の配合比が１００重量部を超えると、ゼオライト微粒子が多過ぎてアルミニウムと反応しないゼオライト（またはムライト）が残って、多孔質アルミナ焼結体の純度が低下してしまう可能性がある。
また、アルミニウム微粒子１００重量部に対してバインダを３重量部未満とすると、バインダが少な過ぎて焼結前または焼結中にプレス成形体が破損する可能性があり、一方、バインダの配合比が１０重量部を超えると、バインダが多過ぎて有機バインダの場合は焼結中にプレス成形体が変形してしまう恐れがあり、無機バインダの場合は多孔質アルミナ焼結体の純度が低下してしまう可能性がある。
したがって、アルミニウム微粒子１００重量部に対して、ゼオライト微粒子を３０重量部〜１００重量部の範囲内で、バインダを３重量部〜１０重量部の範囲内で混合することが好ましい。
That is, if the zeolite fine particles are less than 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, there is a possibility that aluminum that does not react with zeolite due to too few zeolite fine particles may remain, and in the case where an organic binder is not used as the binder On the other hand, if the blending ratio of the zeolite fine particles exceeds 100 parts by weight, the zeolite (or mullite) that does not react with aluminum due to excessive zeolite fine particles remains, and the purity of the porous alumina sintered body May be reduced.
Further, if the binder is less than 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, the binder may be too small and the press-formed body may be damaged before or during sintering. If the amount exceeds 10 parts by weight, the binder may be too much, and in the case of an organic binder, the press-molded body may be deformed during sintering. In the case of an inorganic binder, the purity of the porous alumina sintered body decreases. There is a possibility.
Therefore, it is preferable to mix zeolite fine particles in the range of 30 to 100 parts by weight and binder in the range of 3 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles.
なお、アルミニウム微粒子１００重量部に対してゼオライト微粒子を４０重量部〜６０重量部の範囲内で配合し、バインダを４重量部〜８重量部の範囲内で配合することによって、更に確実に純度と高強度と通気性とを兼ね備えた多孔質アルミナ焼結体を得ることができるため、より好ましい。 In addition, by blending zeolite fine particles in the range of 40 parts by weight to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles, and blending the binder in the range of 4 parts by weight to 8 parts by weight, the purity can be further ensured. Since a porous alumina sintered body having both high strength and air permeability can be obtained, it is more preferable.
請求項１４に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法においては、有機バインダ及び／または無機バインダとして合成樹脂バインダを用いて、合成樹脂バインダは、イソシアネート樹脂単独、またはポリオール樹脂及びイソシアネート樹脂であることから、請求項８乃至請求項１３に係る発明の効果に加えて、有機化合物粉を含有する場合にはイソシアネート樹脂が有機化合物粉との間に、有機化合物粉を含有しない場合にはポリオール樹脂との間に、強固なウレタン結合を形成することによって、プレス成形することで、より確実に強固で緻密なプレス成形体が得られる。そして、この緻密なプレス成形体を焼結することによって、有機化合物粉と合成樹脂バインダとが焼失して、均一な多孔質アルミナ焼結体を得ることができる。 In the method for producing a porous alumina sintered body according to claim 14, a synthetic resin binder is used as the organic binder and / or the inorganic binder, and the synthetic resin binder is an isocyanate resin alone, or a polyol resin and an isocyanate resin. In addition to the effects of the inventions according to claims 8 to 13, when the organic compound powder is contained, the isocyanate resin is between the organic compound powder and when the organic compound powder is not contained, the polyol resin In the meantime, by forming a strong urethane bond, by press molding, a firm and dense press-molded body can be obtained more reliably. Then, by sintering this dense press-molded body, the organic compound powder and the synthetic resin binder are burned out, and a uniform porous alumina sintered body can be obtained.
本発明に係る多孔質アルミナ焼結体及びその製造方法を実施するに際しては、アルミニウム微粒子、ゼオライト微粒子及びバインダが必要となる。
アルミニウム微粒子としては、市販のアルミニウム粉末を用いることができ、このようなアルミニウム粉末は、日本軽金属（株）、東洋アルミニウム（株）、大和金属粉工業（株）、ミナルコ（株）等から発売されている。
In carrying out the porous alumina sintered body and the method for producing the same according to the present invention, aluminum fine particles, zeolite fine particles and a binder are required.
Commercially available aluminum powder can be used as the aluminum fine particles, and such aluminum powder is sold by Nippon Light Metal Co., Ltd., Toyo Aluminum Co., Ltd., Daiwa Metal Powder Co., Ltd., Minalco Co., Ltd. ing.
また、ゼオライト微粒子としては、市販の天然ゼオライト微粒子、合成ゼオライト御粒子を用いることができ、このようなゼオライト微粒子は、東ソー（株）、東新化成（株）、サン・ゼオライト工業（株）、フジワラ化学（株）、日揮触媒化成工業（株）等から発売されている。 As the zeolite fine particles, commercially available natural zeolite fine particles or synthetic zeolite fine particles can be used. Such zeolite fine particles include Tosoh Corporation, Toshin Kasei Co., Ltd., Sun Zeolite Industry Co., Ltd., Released by Fujiwara Chemical Co., Ltd., JGC Catalysts & Chemicals Co., Ltd.
更に、バインダ（有機バインダ及び／または無機バインダ）として、有機バインダとしては合成樹脂（熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂）、澱粉、合成糊、砂糖等を使用することができるが、より確実に強固で緻密なプレス成形体が得られることから、特に、イソシアネート樹脂単独、またはポリオール樹脂及びイソシアネート樹脂を用いることが好ましい。
イソシアネート樹脂としては、日本ポリウレタン工業（株）のトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）である「コロネート（登録商標）」シリーズや４，４‘−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）である「ミリオネート（登録商標）」シリーズ及びヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、三井化学（株）の芳香環を持つ脂肪族ジイソシアネートである「タケネート（登録商標）５００」及びシクロヘキサン環を有する脂肪族一級ジイソシアネートである「タケネート（登録商標）６００」、ＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣ ポリウレタン（株）のポリエチレンポリフェニールポリイソシアネートである「ルプラネート（登録商標）Ｍ−２０Ｓ」等がある。
また、ポリオール樹脂としては、（株）ＡＤＥＫＡのエポキシポリオール樹脂である「アデカレジンＥＰ−６０００シリーズ」、ＤＩＣ（株）のエポキシポリオール樹脂である「ＥＰＩＣＬＯＮ」、山本商会（株）のアクリルポリオール樹脂である「ノックス・コートＮ−１００」、三洋化成工業（株）のポリオキシプロピレングリセルエーテルである「サンニックス（登録商標）ＧＰ−４００」等がある。
Furthermore, as the binder (organic binder and / or inorganic binder), synthetic resin (thermoplastic resin and thermosetting resin), starch, synthetic glue, sugar, etc. can be used as the organic binder, but it is more reliable and strong. In particular, it is preferable to use an isocyanate resin alone or a polyol resin and an isocyanate resin since a dense press-molded body can be obtained.
As the isocyanate resin, “Coronate (registered trademark)” series which is tolylene diisocyanate (TDI) of Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd. and “Millionate (registered trademark)” series which is 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI) and Hexamethylene diisocyanate (HDI), “Takenate (registered trademark) 500” which is an aliphatic diisocyanate having an aromatic ring of Mitsui Chemicals, Inc. and “Takenate (registered trademark) 600” which is an aliphatic primary diisocyanate having a cyclohexane ring, BASF INOAC Polyurethane Co., Ltd.'s polyethylene polyphenyl polyisocyanate “Lupranate (registered trademark) M-20S” is available.
Also, as the polyol resin, “ADEKA RESIN EP-6000 series” which is an epoxy polyol resin of ADEKA Corporation, “EPICLON” which is an epoxy polyol resin of DIC Corporation, and an acrylic polyol resin of Yamamoto Shokai Co., Ltd. “NOX COAT N-100”, “SANNICS (registered trademark) GP-400” which is a polyoxypropylene glyceryl ether of Sanyo Chemical Industries, Ltd.
更に、本発明を実施するに際して、有機化合物粉を用いる場合には、所謂「木粉」、即ち大鋸屑や間伐材のチップ、小径木、製材端材、樹皮等の木屑を粉砕機で微粉砕したものを用いるのが、コストダウンになるため好ましい。
木粉としては、ふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満であることが好ましい。粒子径が２５０μｍ未満の木粉を経済的に得る方法としては、間伐材、小径木、樹皮、製材端材、大鋸屑等の木屑を、水分２０重量％以下に乾燥した後に、微粉砕することが好ましい。木屑を水分２０重量％以下に乾燥することによって、粉砕物がスラリー化して微粉砕を妨げることを防止できる。
乾燥した木屑を微粉砕して、粒子径が２５０μｍ未満の木粉とするためには、周速５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲内の微粉砕機を用いるのが好ましい。このような微粉砕機としては、例えば河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミル等がある。
Furthermore, when organic compound powder is used in carrying out the present invention, so-called “wood flour”, that is, large sawdust, thinned wood chips, small-diameter wood, lumber scrap, bark, etc., is finely pulverized with a pulverizer. It is preferable to use one because the cost is reduced.
As wood flour, it is preferable that the particle diameter by a sieve test method is less than 250 micrometers. As a method of economically obtaining wood flour having a particle diameter of less than 250 μm, wood chips such as thinned wood, small diameter wood, bark, sawn timber, and large sawdust are dried to a water content of 20% by weight or less and then pulverized. preferable. By drying the wood chips to a moisture content of 20% by weight or less, it is possible to prevent the pulverized product from becoming a slurry and preventing fine pulverization.
In order to finely pulverize the dried wood waste into a wood powder having a particle diameter of less than 250 μm, it is preferable to use a fine pulverizer having a peripheral speed in the range of 50 m / sec to 80 m / sec. As such a fine pulverizer, there is a micron colloid mill manufactured by Kawamoto Tekko Co., Ltd., for example.
また、合成樹脂バインダとして、ポリオール樹脂とイソシアネート樹脂を用いる場合には、両者を混合すると温度によっては直ちに反応が起こってウレタン結合が生じ始めるが、ポリオール樹脂のみをアルミニウム微粒子とゼオライト微粒子の混合物、またはアルミニウム微粒子、ゼオライト微粒子及び有機化合物粉の混合物に混合しても、反応は起こらないため、焼結原料混合工程においてポリオール樹脂をも混合しておくことができる。そして、プレス成形工程を実施する直前に、バインダ混合工程としてイソシアネート樹脂を加えて混合すれば良い。 Further, when a polyol resin and an isocyanate resin are used as a synthetic resin binder, depending on the temperature, when both are mixed, a reaction immediately occurs and a urethane bond starts to form, but only the polyol resin is mixed with aluminum fine particles and zeolite fine particles, or Even if it mixes with the mixture of aluminum microparticles, zeolite microparticles, and organic compound powder, since reaction does not occur, a polyol resin can also be mixed in the sintering raw material mixing step. And just before performing a press molding process, what is necessary is just to add and mix an isocyanate resin as a binder mixing process.
以下、本発明に係る多孔質アルミナ焼結体及びその製造方法を具体化した実施例について、図１乃至図３を参照して説明する。 Hereinafter, examples embodying the porous alumina sintered body and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
［実施例１］
最初に、本発明の実施例１に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法について、図１のフローチャートを参照して説明する。
図１に示されるように、まず、アルミニウム微粒子２とゼオライト微粒子３と有機化合物粉４とを均一に混合する焼結原料混合工程を実施した（ステップＳ１）。混合比としては、アルミニウム微粒子２の１００重量部に対して、ゼオライト微粒子３を５０重量部、有機化合物粉４を１０重量部として、混合には精密分散混合機であるホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）ＴＣＸ−８を用いた。
[Example 1]
Initially, the manufacturing method of the porous alumina sintered compact concerning Example 1 of the present invention is explained with reference to the flowchart of FIG.
As shown in FIG. 1, first, a sintering raw material mixing step was carried out in which the aluminum fine particles 2, the zeolite fine particles 3 and the organic compound powder 4 were uniformly mixed (step S1). The mixing ratio is 50 parts by weight of zeolite fine particles 3 and 10 parts by weight of organic compound powder 4 with respect to 100 parts by weight of the aluminum fine particles 2. The mixing is a horizontal type manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd., which is a precision dispersion mixer. Turbulizer (registered trademark) TCX-8 was used.
アルミニウム微粒子２としては、ミナルコ（株）製のアルミニウム粉を用いたが、このアルミニウム粉の粒子径を日機装（株）のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ、中位径が７２．６μｍであった。
また、ゼオライト微粒子３としては、サン・ゼオライト工業（株）の斜プチロル沸石系に属するサン・ゼオライトＳＳを用いたが、このサン・ゼオライトＳＳの粒子径を日機装（株）のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ、中位径が４５．０μｍであった。
As the aluminum fine particles 2, aluminum powder manufactured by Minalco Co., Ltd. was used. When the particle diameter of this aluminum powder was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring device Microtrack of Nikkiso Co., Ltd., the median diameter was 72. .6 μm.
As zeolite fine particles 3, Sun zeolite SS belonging to the clinoptilolite system of Sun Zeolite Industry Co., Ltd. was used. The particle diameter of this Sun zeolite SS was determined by the laser diffraction particle size distribution of Nikkiso Co., Ltd. When measured with a measuring apparatus Microtrack, the median diameter was 45.0 μm.
更に、有機化合物粉４としては、スギの間伐材・小径木・製材端材・樹皮・大鋸屑等の木屑を、破砕機（木材用クラッシャー）で粗粉砕して、この粗粉砕木粉を、熱風乾燥機によって水分２０重量％以下に熱風乾燥し、微粉砕機で微粉砕してなる木粉を使用した。
ここで、微粉砕機としては、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミルを使用して、粉砕タービン羽の周速を５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒として、微粉砕を行った。得られた木粉の粒子径をふるい試験で測定したところ、１５０μｍ未満であった。
Furthermore, as the organic compound powder 4, wood chips such as cedar thinned wood, small-diameter wood, sawn timber, bark, and large sawdust are coarsely pulverized with a crusher (wood crusher), and the coarsely pulverized wood powder is heated with hot air. Wood powder obtained by drying with hot air to a moisture of 20% by weight or less with a dryer and finely pulverizing with a fine pulverizer was used.
Here, as a fine pulverizer, a micron colloid mill manufactured by Kawamoto Tekko Co., Ltd. was used, and the pulverization turbine blades were pulverized at a peripheral speed of 50 m / second to 80 m / second. When the particle diameter of the obtained wood flour was measured by a sieve test, it was less than 150 μm.
続いて、得られた焼結原料混合物５の１００重量部に対して、バインダ６として５重量部のポリオール樹脂及び５重量部のイソシアネート樹脂を均一に混合するバインダ混合工程を実施した（ステップＳ２）。混合には精密分散混合機であるホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）ＴＣＸ−８を用いた。
ここで、ポリオール樹脂としては、ポリオキシプロピレングリセルエーテルである三洋化成工業（株）製の「サンニックス（登録商標）ＧＰ−４００」を使用した。また、イソシアネート樹脂としては、ポリエチレンポリフェニールポリイソシアネートであるＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣ ポリウレタン（株）製の「ルプラネート（登録商標）Ｍ−２０Ｓ」を使用した。
Subsequently, a binder mixing step of uniformly mixing 5 parts by weight of a polyol resin and 5 parts by weight of an isocyanate resin as the binder 6 was performed on 100 parts by weight of the obtained sintered raw material mixture 5 (step S2). . For mixing, a horizontal turbulizer (registered trademark) TCX-8 manufactured by Hosokawa Micron Corporation, which is a precision dispersion mixer, was used.
Here, as the polyol resin, “SANNICS (registered trademark) GP-400” manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., which is polyoxypropylene glycerether, was used. As the isocyanate resin, “Lupranate (registered trademark) M-20S” manufactured by BASF INOAC Polyurethane Co., Ltd., which is a polyethylene polyphenyl polyisocyanate, was used.
次に、こうして得られたバインダ混合物７を、キャビティ寸法が１００ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍのプレス成形金型に投入して、プレス成形工程を実施した（ステップＳ３）。プレス成形機としては、（株）タナカカメの１５０トン粉末成形プレス機を使用して、プレス圧力を２００ｋｇ／ｃｍ2 として常温で５分間プレス成形した。これによって、１００ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍの大きさのプレス成形体８が得られた。 Next, the binder mixture 7 thus obtained was put into a press mold having a cavity size of 100 mm × 100 mm × 5 mm, and a press molding process was performed (step S3). As a press molding machine, a 150-ton powder molding press machine of Tanaka Kame Co., Ltd. was used, and press molding was performed at room temperature for 5 minutes at a press pressure of 200 kg / cm 2 . As a result, a press-molded body 8 having a size of 100 mm × 100 mm × 5 mm was obtained.
なお、本実施例１においては、厚さ５ｍｍの板状のプレス成形体８を成形したが、常温でプレス成形できるため、厚物成形体としては５０ｍｍt までの厚さの成形体をプレス成形することが可能である。
また、上下のプレス成形金型のキャビティ表面に微細孔を設けて、フィルタを介して真空ポンプで吸引できる装置を設けることによって、プレス成形金型にバインダ混合物７を充填する際や、プレス成形する際に、プレス成形金型内の余分な空気や発生するガスを除去できるため、より安定した気孔率と強度を有するプレス成形体８を成形することができるので、より好ましい。
In Example 1, a plate-like press-molded body 8 having a thickness of 5 mm was molded. However, since it can be press-molded at room temperature, a molded body having a thickness of up to 50 mm t is press-molded as a thick molded body. Is possible.
Further, by providing a fine hole in the cavity surface of the upper and lower press molds and providing a device that can be sucked by a vacuum pump through a filter, the press mold is filled with the binder mixture 7 or press molded. At this time, since excess air and generated gas in the press mold can be removed, a press molded body 8 having more stable porosity and strength can be formed, which is more preferable.
そして、このプレス成形体８を、温度制御電気炉を用いて焼結させる焼結工程を実施した（ステップＳ４）。この焼結工程においては、図２（ａ）に示されるように、アルミナセラミックス製のトレイＣＴに活性炭ＣＣを詰め、活性炭ＣＣの中にプレス成形体８を埋めて、温度制御電気炉ＣＦを密閉して加熱昇温することによって、非酸化雰囲気を実現した。 And the sintering process which sinters this press-molded body 8 using a temperature control electric furnace was implemented (step S4). In this sintering process, as shown in FIG. 2 (a), activated carbon CC is packed in a tray CT made of alumina ceramics, and the press-formed body 8 is embedded in the activated carbon CC, and the temperature controlled electric furnace CF is sealed. Then, a non-oxidizing atmosphere was realized by heating and raising the temperature.
昇温プログラムとしては、図２（ｂ）に示されるように、まず室温から４００℃まで約３５℃／ｈｒで１０時間かけて昇温し、４００℃で３時間保持して有機化合物粉４（木粉）及びバインダ６（ポリオール樹脂とイソシアネート樹脂の反応結合物）の大部分を焼失させ、成形体内に気孔を形成させた。
続いて、４００℃から６００℃まで５０℃／ｈｒで４時間かけて昇温し、６００℃で３時間保持して有機化合物粉４及びバインダ６を完全に焼失させた。
更に、６００℃から１４００℃まで５０℃／ｈｒで１６時間かけて昇温し、１４００℃で５時間保持してアルミニウムとゼオライトを反応させ、焼結を完了させた後、自然冷却した。このようにして、多孔質アルミナ焼結体１が得られた。
As shown in FIG. 2 (b), as the temperature raising program, first, the temperature was raised from room temperature to 400 ° C. at about 35 ° C./hr over 10 hours, held at 400 ° C. for 3 hours, and organic compound powder 4 ( Most of wood powder) and binder 6 (reaction product of polyol resin and isocyanate resin) were burned off, and pores were formed in the molded body.
Subsequently, the temperature was raised from 400 ° C. to 600 ° C. at 50 ° C./hr over 4 hours, and held at 600 ° C. for 3 hours to completely burn out the organic compound powder 4 and the binder 6.
Further, the temperature was raised from 600 ° C. to 1400 ° C. at 50 ° C./hr over 16 hours, and kept at 1400 ° C. for 5 hours to react aluminum and zeolite to complete the sintering, and then naturally cooled. In this way, a porous alumina sintered body 1 was obtained.
この多孔質アルミナ焼結体１を光学顕微鏡で観察したところ、図３に示されるように、表面に開口した多数の気孔が存在しており、気孔率が高い焼結体であることが分かった。気孔の大きさは数μｍ〜数十μｍであり、この気孔の大きさは有機化合物粉４の粒子径、配合量若しくは種類、またはバインダ６の配合量若しくは種類、更には多孔質であるゼオライト微粒子３の配合量若しくは種類を変えることによって、広い範囲で変化させることができる。
また、多孔質アルミナ焼結体１の約１００ｍｍ×約１００ｍｍの面にエアコンプレッサによる圧縮空気をエアガンで吹き付けたところ、圧縮空気が多孔質アルミナ焼結体１を通り抜け、通気性を有することが明らかになった。
When this porous alumina sintered body 1 was observed with an optical microscope, it was found that the porous alumina sintered body had a high porosity as shown in FIG. . The size of the pores is several μm to several tens of μm. The size of the pores is the particle size, blending amount or type of the organic compound powder 4, or the blending amount or type of the binder 6, and the zeolite fine particles which are porous. By changing the blending amount or type of 3, it can be changed in a wide range.
Further, when compressed air from an air compressor was blown onto the surface of the porous alumina sintered body 1 of about 100 mm × about 100 mm with an air gun, it is clear that the compressed air passes through the porous alumina sintered body 1 and has air permeability. Became.
このようにして、本実施例１に係る多孔質アルミナ焼結体１及びその製造方法においては、軽量でありながら優れた機械的強度を有し取扱い易く、かつ、通気性を有し、複雑な製造工程を経ることなく低コストで製造でき、焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができる。 Thus, in the porous alumina sintered body 1 and the method for producing the same according to the first embodiment, it is lightweight, has excellent mechanical strength, is easy to handle, has air permeability, is complicated. It can be manufactured at low cost without going through a manufacturing process, and the size and porosity of the pores in the sintered body can be controlled in a wide range.
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る多孔質アルミナ焼結体及びその製造方法について、図１を参考にしつつ説明する。本実施例２に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、図１に示される実施例１に係る多孔質アルミナ焼結体１の製造方法とほぼ同様である。異なるのは、バインダ６としてポリオール樹脂とイソシアネート樹脂の代わりに、アクリル樹脂を用いる点である。
[Example 2]
Next, a porous alumina sintered body and a manufacturing method thereof according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The manufacturing method of the porous alumina sintered body according to the second embodiment is substantially the same as the manufacturing method of the porous alumina sintered body 1 according to the first embodiment shown in FIG. What is different is that an acrylic resin is used as the binder 6 instead of the polyol resin and the isocyanate resin.
即ち、図１に示されるステップＳ２のバインダ混合工程において、アルミニウム微粒子２の１００重量部に対して、ゼオライト微粒子３を５０重量部、有機化合物粉４を１０重量部混合した焼結原料混合物５に対して、バインダ６としてアクリル樹脂を１０重量部添加して、精密分散混合機であるホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）ＴＣＸ−８を用いて混合し、バインダ混合物７を得た。 That is, in the binder mixing step of step S2 shown in FIG. 1, the sintered raw material mixture 5 is obtained by mixing 50 parts by weight of zeolite fine particles 3 and 10 parts by weight of organic compound powder 4 with respect to 100 parts by weight of aluminum fine particles 2. On the other hand, 10 parts by weight of an acrylic resin was added as the binder 6 and mixed using a horizontal turbulizer (registered trademark) TCX-8 manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd., which is a precision dispersion mixer, to obtain a binder mixture 7.
その後の製造工程は、上記実施例１と全く同様にして実施し、多孔質アルミナ焼結体を得た。
得られた多孔質アルミナ焼結体は、実施例１に係る多孔質アルミナ焼結体１と同様に、軽量でありながら優れた機械的強度を有し取扱い易く、かつ、通気性を有し、複雑な製造工程を経ることなく低コストで製造でき、焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができるものであった。
The subsequent manufacturing process was carried out in exactly the same manner as in Example 1 to obtain a porous alumina sintered body.
Like the porous alumina sintered body 1 according to Example 1, the obtained porous alumina sintered body is lightweight and has excellent mechanical strength and is easy to handle, and has air permeability. It can be manufactured at low cost without going through a complicated manufacturing process, and the size and porosity of the pores in the sintered body can be controlled in a wide range.
［実施例３］
次に、本発明の実施例３に係る多孔質アルミナ焼結体及びその製造方法について、図１を参考にしつつ説明する。本実施例３に係る多孔質アルミナ焼結体の製造方法は、図１に示される実施例１に係る多孔質アルミナ焼結体１の製造方法とほぼ同様である。異なるのは、バインダ６としてポリオール樹脂とイソシアネート樹脂の代わりに、無機バインダを用いる点である。
[Example 3]
Next, a porous alumina sintered body and a manufacturing method thereof according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. The method for manufacturing the porous alumina sintered body according to Example 3 is substantially the same as the method for manufacturing the porous alumina sintered body 1 according to Example 1 shown in FIG. The difference is that an inorganic binder is used as the binder 6 instead of the polyol resin and the isocyanate resin.
即ち、図１に示されるステップＳ２のバインダ混合工程において、アルミニウム微粒子２の１００重量部に対して、ゼオライト微粒子３を５０重量部、有機化合物粉４を１０重量部混合した焼結原料混合物５に対して、バインダ６として無機バインダを１０重量部添加して、精密分散混合機であるホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）ＴＣＸ−８を用いて混合し、バインダ混合物７を得た。
ここで、無機バインダとしては、グランデックス（株）製のシリカバインダである汎用バインダＦＪ２９４を用いた。
That is, in the binder mixing step of step S2 shown in FIG. 1, the sintered raw material mixture 5 is obtained by mixing 50 parts by weight of zeolite fine particles 3 and 10 parts by weight of organic compound powder 4 with respect to 100 parts by weight of aluminum fine particles 2. On the other hand, 10 parts by weight of an inorganic binder was added as the binder 6 and mixed using a horizontal turbulizer (registered trademark) TCX-8 manufactured by Hosokawa Micron Corporation, which is a precision dispersion mixer, to obtain a binder mixture 7.
Here, general-purpose binder FJ294 which is a silica binder made by Grandex Co., Ltd. was used as the inorganic binder.
その後の製造工程は、上記実施例１と全く同様にして実施し、多孔質アルミナ焼結体を得た。
得られた多孔質アルミナ焼結体は、実施例１に係る多孔質アルミナ焼結体１と同様に、軽量でありながら優れた機械的強度を有し取扱い易く、かつ、通気性を有し、複雑な製造工程を経ることなく低コストで製造でき、焼結体における気孔の大きさや気孔率を広い範囲で制御することができるものであった。
The subsequent manufacturing process was carried out in exactly the same manner as in Example 1 to obtain a porous alumina sintered body.
Like the porous alumina sintered body 1 according to Example 1, the obtained porous alumina sintered body is lightweight and has excellent mechanical strength and is easy to handle, and has air permeability. It can be manufactured at low cost without going through a complicated manufacturing process, and the size and porosity of the pores in the sintered body can be controlled in a wide range.
上記各実施例においては、アルミニウム微粒子２としてレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が７２．６μｍのアルミニウム粉を用いたが、アルミニウム微粒子の中位径及び粒度分布はこれに限られるものではない。アルミニウム微粒子としては、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が２０μｍ〜１００μｍの範囲内であることが好ましく、４０μｍ〜８０μｍの範囲内であることがより好ましい。 In each of the above examples, aluminum powder having a median diameter of 72.6 μm measured by the laser diffraction / scattering method was used as the aluminum fine particles 2, but the median diameter and particle size distribution of the aluminum fine particles are not limited thereto. Absent. The aluminum fine particles preferably have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 20 μm to 100 μm, and more preferably in the range of 40 μm to 80 μm.
また、上記各実施例においては、ゼオライト微粒子３としてレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が４５．０μｍのものを用いたが、ゼオライト微粒子の中位径及び粒度分布はこれに限られるものではない。ゼオライト微粒子としては、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３μｍ〜１２０μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜８０μｍの範囲内であることがより好ましい。 In each of the above examples, the zeolite fine particles 3 having a median diameter measured by the laser diffraction / scattering method of 45.0 μm were used, but the median diameter and particle size distribution of the zeolite fine particles are limited to this. is not. The zeolite fine particles preferably have a median diameter measured by a laser diffraction / scattering method in the range of 3 μm to 120 μm, and more preferably in the range of 10 μm to 80 μm.
更に、上記各実施例においては、有機化合物粉４としてふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満の木粉を用いたが、有機化合物粉としてはこれに限られるものではなく、他にも椰子殻粉、熱硬化性樹脂の粒子、紙や合成繊維を微粉砕したもの等を用いることができる。有機化合物粉としては、ふるい試験法による粒子径が２５０μｍ未満のものが好ましく、９０μｍ未満であることがより好ましい。
また、上記各実施例においては、アルミニウム微粒子２とゼオライト微粒子３に加えて有機化合物粉４をも焼結原料混合物５に含有される場合について説明したが、有機化合物粉４は本発明に必須の成分ではなく、アルミニウム微粒子２、ゼオライト微粒子３及びバインダ６のみからプレス成形体を製造することもできる。
Furthermore, in each of the above examples, wood powder having a particle diameter of less than 150 μm by the sieve test method was used as the organic compound powder 4, but the organic compound powder is not limited to this, and other coconut shell powders are also used. Further, particles of thermosetting resin, finely pulverized paper or synthetic fiber, and the like can be used. The organic compound powder preferably has a particle size of less than 250 μm, more preferably less than 90 μm, according to a sieve test method.
In each of the above embodiments, the case where the organic compound powder 4 is contained in the sintering raw material mixture 5 in addition to the aluminum fine particles 2 and the zeolite fine particles 3 has been described. However, the organic compound powder 4 is essential for the present invention. It is also possible to produce a press-molded body only from the aluminum fine particles 2, the zeolite fine particles 3 and the binder 6 instead of the components.
更に、上記各実施例においては、バインダ６としてポリオール樹脂とイソシアネート樹脂、アクリル樹脂、シリカバインダを用いた場合について説明したが、これらに限られるものではなく、他にも有機バインダとしてはポリオール樹脂、イソシアネート樹脂、アクリル樹脂以外の合成樹脂（熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂）、澱粉、合成糊、砂糖等を単独でまたは混合して使用することができ、無機バインダとしてはセメント等の水硬性材料やρ−アルミナ、ケイ酸ナトリウム、水溶性アルカリケイ酸等を単独でまたは混合して使用することができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the case where a polyol resin and an isocyanate resin, an acrylic resin, and a silica binder are used as the binder 6 has been described. However, the present invention is not limited thereto, and other examples of the organic binder include a polyol resin, Isocyanate resin, synthetic resin other than acrylic resin (thermoplastic resin and thermosetting resin), starch, synthetic glue, sugar, etc. can be used alone or mixed, and inorganic binder is hydraulic material such as cement Or ρ-alumina, sodium silicate, water-soluble alkali silicic acid and the like can be used alone or in combination.
また、上記各実施例においては、非酸化雰囲気で焼結させる方法として、密閉空間内で活性炭中に埋めて焼結する方法について説明したが、これに限られるものではなく、一酸化炭素（ＣＯ）ガス中や水素（Ｈ2 ）ガス中のような還元雰囲気で焼結したり、窒素（Ｎ2 ）ガス中やアルゴン（Ａｒ）ガス中で焼結したりする方法によることもできる。 In each of the above embodiments, as a method of sintering in a non-oxidizing atmosphere, a method of sintering by burying in activated carbon in a sealed space has been described. However, the method is not limited to this, and carbon monoxide (CO ) Sintering in a reducing atmosphere such as in gas or hydrogen (H 2 ) gas, or sintering in nitrogen (N 2 ) gas or argon (Ar) gas.
多孔質アルミナ焼結体のその他の部分の構造、形状、数量、材質、大きさ（幅・長さ・厚さ等）、製造方法等についても、多孔質アルミナ焼結体の製造方法のその他の工程についても、上記各実施例に限定されるものではない。なお、本発明の実施例で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な適正値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。 Regarding the structure, shape, quantity, material, size (width, length, thickness, etc.), manufacturing method, etc. of other parts of the porous alumina sintered body, other methods of manufacturing the porous alumina sintered body The process is not limited to the above embodiments. Note that the numerical values given in the examples of the present invention are not all critical values, and certain numerical values indicate appropriate values suitable for implementation. It does not deny implementation.
１ 多孔質アルミナ焼結体
２ アルミニウム微粒子
３ ゼオライト微粒子
４ 有機化合物粉
５ 焼結原料混合物
６ バインダ
７ バインダ混合物
８ プレス成形体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Porous alumina sintered body 2 Aluminum fine particle 3 Zeolite fine particle 4 Organic compound powder 5 Sintering raw material mixture 6 Binder 7 Binder mixture 8 Press molding
Claims (14)
前記焼結原料混合物を有機バインダ及び／または無機バインダと均一に混合してバインダ混合物とするバインダ混合工程と、
前記バインダ混合物をプレス金型に充填して常温でプレス成形し、プレス成形体とするプレス成形工程と、
前記プレス成形体を非酸化雰囲気において１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結する焼結工程と
を具備することを特徴とする多孔質アルミナ焼結体の製造方法。 A sintering raw material mixing step in which aluminum fine particles and zeolite fine particles are uniformly mixed to form a sintering raw material mixture;
A binder mixing step in which the sintering raw material mixture is uniformly mixed with an organic binder and / or an inorganic binder to form a binder mixture;
A press-molding step of filling the binder mixture into a press mold and press-molding at room temperature to form a press-molded body;
And a sintering step of sintering the press-molded body at a temperature within a range of 1200 ° C. to 1800 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
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