JP2011207692A - セラミックス坏土、セラミックス成形体、セラミックス構造体及びこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス形成材料を含有する成形原料を混練することによって得られるセラミックス坏土であって、前記成形原料が、前記セラミックス形成材料に加えて、所定の化学式で表される層状複水酸化物を、前記セラミックス形成材料との合計に対して0.01〜5質量%の割合で含有する。前記層状複水酸化物は、水に分散させるとゲル状の形態となり、濃度6質量%で水に分散させた場合に、その粘度が1000〜20000mPa・sとなる。
【選択図】なし
Description
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][Aan- x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、Aan-は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、炭酸イオン以外のアニオンを示し、nは、アニオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)の組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)
Mg1-xAlx(OH)2Abn- x/ n・mH2O (II)
(式(II)中、Abn-は、カルボン酸イオンを示し、nは、カルボン酸イオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
Mg6Al2(OH)16Acn- x/ n・4H2O (III)
(式(III)中、Acn-は、酢酸イオン、プロピオン酸イオン及び乳酸イオンの内の何れかのイオンを示し、nは、そのイオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示す。)
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][Aan- x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、Aan-は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、炭酸イオン以外のアニオンを示し、nは、アニオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)の組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。)
Mg1-xAlx(OH)2Abn- x/ n・mH2O (II)
(式(II)中、Abn-は、カルボン酸イオンを示し、nは、カルボン酸イオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
Mg6Al2(OH)16Acn- x/ n・4H2O (III)
(式(III)中、Acn-は、酢酸イオン、プロピオン酸イオン及び乳酸イオンの内の何れかのイオンを示し、nは、そのイオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示す。)
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][Aan- x/n・yH2O] (I)
Mg1-xAlx(OH)2Abn- x/ n・mH2O (II)
(式(II)中、Abn-は、カルボン酸イオンを示し、nは、カルボン酸イオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。)
Mg6Al2(OH)16Acn- x/ n・4H2O (III)
(式(III)中、Acn-は、酢酸イオン、プロピオン酸イオン及び乳酸イオンの内の何れかのイオンを示し、nは、そのイオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示す。)
ハイドロタルサイトを500℃で20時間熱処理して、熱分解ハイドロタルサイトを得る。
工程(2):
工程(1)で得られた熱分解ハイドロタルサイトを、所定濃度の酢酸マグネシウム水溶液に投入し、撹拌混合して、スラリーを得る。
工程(3):
工程(2)で得られたスラリーがゲル化するまで、引き続き撹拌するか、長時間静置する。
まず、層間にCO3 2-イオンを含む層状複水酸化物(上式(I)中のAan-がCO3 2-であるもの)を大気中500℃で20時間熱処理した。一方で、表1及び2に示す所定の塩を濃度約0.3mol/Lで水中に溶解させた水溶液を用意しておき、熱処理後の層状複水酸化物をその水溶液に投入し、30〜60分間攪拌した後、10時間以上静置することで、上式(I)におけるM2+、M3+、Aan-が、それぞれ表1及び2に示す2価のカチオン、3価のカチオン、アニオンであり、xの値が同表に示す値であるゲル状化した層状複水酸化物No.1〜9を得た。また、層状複水酸化物No.1〜9の作製に用いた、層間にCO3 2-イオンを含む層状複水酸化物(上式(I)中のAan-がCO3 2-であるもの)そのものを、ゲル状ではない層状複水酸化物No.10とした。なお、層状複水酸化物を塩の水溶液に投入するに際しては、層状複水酸化物の濃度が20質量%となるように、層状複水酸化物と水溶液との割合を調整した。
JIS K7199に準拠した装置において、一定体積流量で坏土を押出すときの坏土にかかる圧力の測定をする。なお、このときのシリンダ内径はφ25mm、スリットダイ断面形状0.3×5mm、長さ4mmのものを使用する。坏土をシリンダに充填し、ピストンを2.5mm/min.の速さで押し、スリットダイ出口から薄板を押出成形する。このときのピストン先端に取り付けた圧力センサの値を、薄板押出圧力とする。なお、この方法によりハニカム構造体の一部(リブ)の成形性を模式化でき、流動性の評価ができる。薄板押出圧力が低いほど坏土の流動性が良いことを意味し、このことは、ハニカム構造体が成形しやすいということを意味する。換言すれば、高流動性であることを意味する。
JIS A1216に準拠した試験片及び装置を用いて一軸圧縮試験を行い、真ひずみ0.05における真応力を測定する。これにより坏土の外力に対する硬さ、すなわち、保形性が評価でき、この値が大きいほど成形体の保形性が良好であることになる。
「成形不良」は、坏土の流動性が乏しいことを意味し、坏土の流動性が乏しいと、ハニカム成形体を押出成形した場合に、成形体のリブ又は外壁にササクレが発生する。したがって、成形体のリブ又は外壁でのササクレの発生の有無、その発生の程度を検査することによって評価した、具体的な評価基準は次のとおりである。
◎:ササクレが観察されず成形状態が極めて良好。
○:外壁に一部ササクレが観察されるも概ね良好。
△:内部のリブと外壁両方にササクレが観察され良好ではないが許容できるレベル。
×:内部のリブと外壁の両方にササクレが観察され許容できないレベル。
「口金つまり」は、成形体に押出し方向に連続に発生している切れの有無を検査することによって評価した。具体的な評価基準は次のとおりである。
◎:口金つまりなし。
○:1リブだけ口金つまり発生。
△:複数リブに口金つまり発生も許容できるレベル。
×:複数リブに口金つまり発生し許容できないレベル。
「つぶれ」は、目視にて、成形体におけるセルつぶれの存在の有無を検査するとともに、同成形体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察し、セルつぶれにより光が透過しないセルの存在の有無を検査することによって評価した。具体的な評価基準は次のとおりである。
◎:成形時のセルつぶれがなく、乾燥後のセル形状が口金スリット形状と相似形である。
○:成形時のセルつぶれはないが、乾燥後のセル形状が口金スリット形状とやや異なる箇所がある(セルが歪んでいる箇所がある)。
△:成形時にセルつぶれが発生しており、乾燥後のセル形状が口金スリット形状と相似形ではないが、成形体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察した場合に、セルつぶれにより光が透過しないセルは存在しない。
×:成形時にセルつぶれが発生しており、乾燥後のセル形状が口金スリット形状と相似形ではなく、成形体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察した場合に、セルつぶれにより光が透過しないセルが存在する。
「乾燥切れ」とは、成形体の乾燥後に、本来連続であるべきリブやセルが不連続になっている状態のことである。乾燥体について目視による外観上の切れの存在の有無を確認するとともに、乾燥体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察し、乾燥体内部の切れの存在の有無を確認をすることによって評価した。具体的な評価基準は次のとおりである。
◎:乾燥切れなし。
○:端面から1cm未満の表層のみが軽微に切れており、乾燥後の端面切断で切れ部を容易に切り落とすことができる。
△:端面から内部にかけて1cm以上切れているが乾燥後の端面切断で切れ部を切り落とすことができる。
×:端面から内部にかけて1cm以上切れており乾燥後の端面切断で切れ部を切り落とすことができない。
「焼成切れ」とは、乾燥体の焼成後に、本来連続であるべきリブやセルが不連続になっている状態のことである。ハニカム構造体(焼成体)について目視による外観上の切れの存在の有無を確認するとともに、焼成体の一方の端面から押出し方向に光を照射し、それを他方の端面から観察し、焼成体内部の切れの存在の有無を確認をすることによって評価した。具体的な評価基準は次のとおりである。
◎:焼成切れなし。
○:1箇所のみ焼成切れあり。
×:2箇所以上焼成切れあり。
「焼成溶け」とは、乾燥体の焼成後に、本来あるべき形状が損なわれている状態を意味する。乾燥体と焼成体の寸法を測定して焼成による寸法収縮の割合を求めるとともに、焼成体の外観形状を観察して評価を行った。具体的な評価基準は次のとおりである。
◎:寸法収縮が10%未満で、焼成体の外観形状が乾燥体の相似形である。
○:寸法収縮が10%以上で、焼成体の外観形状が乾燥体の相似形である。
△:寸法収縮が10%以上で、焼成体の外観形状が乾燥体の相似形から崩れている。
×:寸法収縮が10%以上で、焼成体の外観形状が乾燥体の形状から大きく崩れている。
Claims (22)
- セラミックス形成材料を含有する成形原料を混練することによって得られるセラミックス坏土であって、
前記成形原料が、前記セラミックス形成材料に加えて、層状複水酸化物を、前記セラミックス形成材料との合計に対して0.01〜5質量%の割合で含有するものであり、かつ、前記層状複水酸化物は、下式(I)で表されるとともに、水に分散させるとゲル状の形態となり、濃度6質量%で水に分散させた場合に、その粘度が1000〜20000mPa・sとなる層状複水酸化物であるセラミック坏土。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][Aan- x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、Aan-は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、炭酸イオン以外のアニオンを示し、nは、アニオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)の組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。) - 薄板押出圧力が、5MPa以下である請求項1に記載のセラミックス坏土。
- 一軸圧縮試験にて測定された、真ひずみ0.05における真応力が、20kPa以上である請求項1又は2に記載のセラミックス坏土。
- 有機バインダーを含有し、その含有量が、前記セラミックス形成材料と前記層状複水酸化物との合計に対して、外配で2質量%以下である請求項1〜3の何れか一項に記載のセラミックス坏土。
- 前記層状複水酸化物が、下式(II)で表されるハイドロタルサイトである請求項1〜4の何れか一項に記載のセラミックス坏土。
Mg1-xAlx(OH)2Abn- x/ n・mH2O (II)
(式(II)中、Abn-は、カルボン酸イオンを示し、nは、カルボン酸イオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。) - 前記層状複水酸化物が、下式(III)で表されるハイドロタルサイトである請求項1〜5の何れか一項に記載のセラミックス坏土。
Mg6Al2(OH)16Acn- x/ n・4H2O (III)
(式(III)中、Acn-は、酢酸イオン、プロピオン酸イオン及び乳酸イオンの内の何れかのイオンを示し、nは、そのイオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示す。) - 親水性ポリマーを含有する請求項1〜6の何れか一項に記載のセラミックス坏土。
- 前記親水性ポリマーが、メタクリル酸系ポリマーである請求項7に記載のセラミックス坏土。
- 請求項1〜8の何れか一項に記載のセラミックス坏土を成形して得られるセラミックス成形体。
- ハニカム形状に成形されたハニカム成形体である請求項9に記載のセラミックス成形体。
- 請求項9又は10に記載のセラミックス成形体を焼成して得られるセラミックス構造体。
- セラミックス形成材料を含有する成形原料を混練してセラミックス坏土を得るセラミックス坏土の製造方法であって、
前記成形原料が、前記セラミックス形成材料に加えて、層状複水酸化物を、前記セラミックス形成材料との合計に対して0.01〜5質量%の割合で含有するものであり、かつ、前記層状複水酸化物は、下式(I)で表されるとともに、水に分散させるとゲル状の形態となり、濃度6質量%で水に分散させた場合に、その粘度が1000〜20000mPa・sとなる層状複水酸化物であるセラミック坏土の製造方法。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][Aan- x/n・yH2O] (I)
(式(I)中、M2+、M3+、Aan-は、それぞれ2価のカチオン、3価のカチオン、炭酸イオン以外のアニオンを示し、nは、アニオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、2価のカチオン(M2+)と3価のカチオン(M3+)との合計における3価のカチオン(M3+)の組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、yは、水のモル数を示す。) - 得られるセラミックス坏土の薄板押出圧力が、5MPa以下である請求項12に記載のセラミックス坏土の製造方法。
- 得られるセラミックス坏土の、一軸圧縮試験にて測定された、真ひずみ0.05における真応力が、20kPa以上である請求項12又は13に記載のセラミックス坏土の製造方法。
- 前記成形原料が、有機バインダーを含有し、その含有量が、前記セラミックス形成材料と前記層状複水酸化物との合計に対して、外配で2質量%以下である請求項12〜14の何れか一項に記載のセラミックス坏土の製造方法。
- 前記層状複水酸化物が、下式(II)で表されるハイドロタルサイトである請求項12〜15の何れか一項に記載のセラミックス坏土の製造方法。
Mg1-xAlx(OH)2Abn- x/ n・mH2O (II)
(式(II)中、Abn-は、カルボン酸イオンを示し、nは、カルボン酸イオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示し、mは、ハイドロタルサイト中における水のモル数を示す。) - 前記層状複水酸化物が、下式(III)で表されるハイドロタルサイトである請求項12〜16の何れか一項に記載のセラミックス坏土の製造方法。
Mg6Al2(OH)16Acn- x/ n・4H2O (III)
(式(III)中、Acn-は、酢酸イオン、プロピオン酸イオン及び乳酸イオンの内の何れかのイオンを示し、nは、そのイオンの価数(1≦n≦3)を示し、xは、MgとAlとの合計におけるAlの組成割合を示すとともに、0.1≦x≦0.4の範囲の値を示す。) - 前記成形原料が、親水性ポリマーを含有する請求項12〜17の何れか一項に記載のセラミックス坏土の製造方法。
- 前記親水性ポリマーが、メタクリル酸系ポリマーである請求項18に記載のセラミックス坏土の製造方法。
- 請求項12〜19の何れか一項に記載の方法によって得られたセラミックス坏土を、更に成形してセラミックス成形体を得るセラミックス成形体の製造方法。
- 前記セラミックス坏土をハニカム形状に成形して、ハニカム成形体を得る請求項20に記載のセラミックス成形体の製造方法。
- 請求項20又は21に記載の方法によって得られた前記セラミックス成形体を、更に焼成してセラミックス構造体を得るセラミックス構造体の製造方法。
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