JP2012012696A

JP2012012696A - 多孔質体の製造方法及びその方法で製造した多孔質体

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Publication number: JP2012012696A
Application number: JP2010160075A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Tada; 薫多田; Naoki Tada; 直樹多田
Original assignee: BUREIJINGU KK
Current assignee: BUREIJINGU KK
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP5642442B2

Abstract

【課題】基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法及びその方法で製造した多孔質体を提供する。
【解決手段】基材上に金属粉末を固定させる水溶性のバインダー樹脂を水に溶かした水溶液をスクリーン印刷により塗布した後、該水溶液上に金属粉末を散布し、その後加熱して金属粉末よりなる多孔質体を形成する。金属粉末はスクリーン印刷の紗を通過しないため、１００μｍ以上の粒径を含む金属粉末からなる多孔質体を製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法及びその方法で製造した多孔質体に関する。

金属粉末により形成された多孔質体の製造方法として、金属粉末とバインダーを混合したものをプレス成形する方法や射出成形する方法が知られている。
プレス成形法や射出成形法は、金属粉末を型にあてはめて成形するため複雑な形状をした多孔質体の製造に適しているが、金属等の基材上に多孔質体を製造したり面積が広くて薄い多孔質体を製造する方法としては適していない。

一方、基材上に多孔質体を製造する方法のひとつとしてスクリーン印刷法があげられる。
スクリーン印刷法は、金属粉末にバインダー樹脂と有機溶剤を加えてペーストを製造し、これをスクリーン印刷機により基材上に塗布した後、昇温して脱バインダー処理を行って基材上に金属粉末から成る多孔質体を製造する方法であり、面積が広くて薄い多孔質体を製造することも可能となる（特許文献１、２参照）。

しかしながら、ペーストを用いてスクリーン印刷法によって多孔質体を製造する場合、粒径が１００μｍを超える金属粉末の場合にはバインダー樹脂と有機溶剤を加えて混練してもスクリーン印刷に必要なペーストの流動性を確保することができず、滑らかな印刷を行うことが困難となるため、一般に金属粉末は粒径が１００μｍ以下の粉末に制限され、１００μｍ以上の粒径を有する金属粉末の多孔質体をスクリーン印刷法で製造することは従来困難であった。

また、粒径が１００μｍを超えるような粗粒の金属粉末を混練したペーストは、ペーストに含まれる金属粉末の粒径より大きな開口部の版を使用しても目詰まりを起こしやすく、一般的に使用されるポリエステル等の繊維製の紗を使用した場合には、紗が切れて版を損傷するという問題があった。

さらに、従来よりスクリーン印刷法に使われるペーストには有機溶剤が広く用いられてきたが、有機溶剤の使用は人体の安全性や環境面に問題があった。

特開２００２−２９８６４６号特開２００９−５７５４４号

このようにスクリーン印刷法を用いて粒径１００μｍ以上の金属粉末により形成された多孔質体を基材上に効率よく製造する方法は未だ確立されていない。

本発明は、このような従来の多孔質体の製造方法の難点を解消するためになされたものであり、経済性や品質の安定性に優れ、環境負荷が少なく多量生産に適した金属粉末の多孔質体の製造方法を提供することと、このような方法を用いて製造した多孔質体を提供することを目的としている。

本発明に係る多孔質体の製造方法は、
基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法であって、
水溶性のバインダー樹脂を水に溶かした水溶液（以下、水性バインダーと呼ぶ）を基材上にスクリーン印刷により塗布した後、該水性バインダー上に金属粉末を散布し、その後加熱して散布した金属粉末からなる多孔質体を形成することを特徴としている。また、水性バインダーのスクリーン印刷工程及び金属粉末の散布工程を繰り返すことにより多層化することを特徴としている。また、得られた金属粉末の多孔質体を金属粉末の焼結可能な温度環境下で加熱処理し、金属粉末を焼結させることを特徴としている。

本発明によれば、従来のように金属粉末とバインダー樹脂と有機溶剤を混練したペーストをスクリーン印刷工程で使わず、金属粉末を別の工程で扱うため、粒径１００μｍ以上の大きな金属粉末を使用することが出来る。本発明における金属粉末は、金属単体からなる純金属粉末でも、合金粉末でも、それらの混合粉末でも良い。

本発明においては、予め金属粉末とバインダー樹脂と有機溶剤を混練してペーストを作成する必要がないため製造工程を簡略化することができる。

また、金属粉末が含まれたペーストでは、乾燥したペーストの再利用が困難なためペーストを使用する場合には金属粉末の材料歩留まりを高くすることが困難であったが、本発明においては、水性バインダーの塗布後に別工程で金属粉末を散布させるため、金属粉末の回収や再利用も容易に行うことができ、高い材料歩留まりを達成することができる。

また、本発明においてはスクリーン印刷工程において金属粉末を使用しないため、目詰まりが起こりにくくメンテナンスが容易となる。また、水性バインダーを使用するため、版の洗浄が容易となる。

本発明において使用する水性バインダーは、水を主成分とする溶媒と熱分解時に残渣が残りにくい水溶性のアクリル系樹脂あるいはセルロース系樹脂で構成されるものが望ましく、界面活性剤や防腐剤を添加しても良い。また、水性バインダーの粘度は、スクリーン印刷に適するように５０〜３００ｄＰａ・ｓが望ましい。
有機溶媒を含まない水性バインダーを使用することにより安全性に優れ環境負荷の少ない方法で多孔質体を製造することができる。

本発明において金属粉末を散布させる方法としては、吹き付ける方法や重力落下させる方法があげられる。これらの方法により、スクリーン印刷により塗布された水性バインダー上に、効率良く且つ確実に金属粉末を付着させることができる。また、散布時に基材に付着しなかった余分な粉末は回収し、再び散布させる工程に再利用することができる。

本発明においては、スクリーン印刷による水性バインダーの塗布工程と水性バインダー上への金属粉末の散布工程の後、乾燥処理を行って水性バインダーを乾燥させて金属粉末を基材に固着させ、引き続いて基材に固着した金属粉末の上にスクリーン印刷による水性バインダーの塗布と水性バインダー上への金属粉末の散布を行って二層化した多孔質体を製造することが可能である。更に、水性バインダーの塗布工程と水性バインダー上への金属粉末の散布工程を繰り返すことによって多層化することも可能である。

本発明において水性バインダーを乾燥させる方法としては、自然乾燥があげられる。また、温風を吹付けるなどして強制乾燥を行っても良い。

本発明においては、スクリーン印刷による水性バインダーの塗布工程と水性バインダー上への金属粉末の散布工程によって得られた多孔質状の金属粉末を、焼結形成が可能な温度環境下で加熱することにより基材上に焼結された金属粉末多孔質体を製造することができる。この際、焼結工程の前に水性バインダーを構成するバインダー樹脂を分解させるために脱バインダー工程を行うのが望ましい。

本発明によれば、金属粉末とバインダーを混合したペーストを予め製造する必要がなく、また安定性に優れ、環境負荷が少なく多量生産に適した金属粉末の多孔質体を製造することができ、工業上非常に有益である。したがって、金属多孔質体の有するフィルタ機能や担持機能を利用し、排気ガス用や水処理用のフィルタ部材や、燃料電池等の各種部材を実用化する上で有用な技術となる。

本発明の実施例に係るＳＵＳ３０４粉末により形成された多孔質体を観察した顕微鏡組織写真である。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

ＳＵＳ３０４製の板より作製した１００ｍｍ×２００ｍｍ×０．５ｍｍの基板、１００μｍ〜２００μｍの粒径を有する粉末を重量比で９３％含むＳＵＳ３０４粉末、及び水溶性のバインダー樹脂（セルロース系樹脂）を水に溶かした水性バインダーを用意した。また、ポリエステル製の紗（メッシュ数１００、線径５５μｍ、オープニング１９９μｍ）を使用し、５０ｍｍ×１００ｍｍのパターンが描かれたスクリーン印刷用の版を用意した。
まず基板上に、スクリーン印刷機を用いて水性バインダーをおよそ７０μｍの厚さ塗布した後、バインダーが乾燥する前にバインダー上に振動式フィーダー装置でＳＵＳ３０４粉末を散布した。次に、室温で１時間乾燥後、基板上のＳＵＳ３０４粉末の付着状況を観察した結果、粉末は基板上に均一に付着固定されていた。
引き続いて、粉末散布した基板を１２７３Ｋで１２００ｓｅｃ加熱し、ＳＵＳ３０４粉末の焼結処理を行った。焼結処理後のＳＵＳ３０４粉末を観察し、良好な多孔質体が基板上に形成されていることを確認した。次に、多孔質体の厚さを１０か所で測定した結果、平均厚さは３１８μｍであった。また、基板上に作製された多孔質体の質量を測定した結果、５．４ｇであった。

実施例１と同じＳＵＳ３０４基板、水性バインダー及びスクリーン印刷用の版を用意した。また、３００μｍ〜５００μｍの粒径を有する粉末を重量比で８８％含むＳＵＳ３１６粉末を用意した。
実施例１と同様に基板上に水性バインダーを塗布した後、ＳＵＳ３１６粉末を散布し、乾燥後基板上のＳＵＳ３１６粉末の付着状況を観察した結果、粉末は基板上に均一に付着固定されていた。
引き続いて、粉末散布した基板を１２７３Ｋで１２００ｓｅｃ加熱し、ＳＵＳ３１６粉末の焼結処理を行った。焼結処理後のＳＵＳ３１６粉末を観察し、良好な多孔質体が基板上に形成されていることを確認した。次に、多孔質体の厚さを１０か所で測定した結果、平均厚さは５１０μｍであった。また、基板上に作製された多孔質体の質量を測定した結果、７．２ｇであった。

実施例１と同じＳＵＳ３０４基板、ＳＵＳ３０４粉末、水性バインダー及びスクリーン印刷用の版を用意した。
実施例１と同様に基板上に水性バインダーを塗布した後、ＳＵＳ３０４粉末を散布し、室温で乾燥させた。次に、基板上に形成されたＳＵＳ３０４粉末層の上にスクリーン印刷機を用いて水性バインダーを塗布し、その後バインダーが乾燥する前にバインダー上に振動式フィーダー装置でＳＵＳ３０４粉末を散布した後、乾燥させた。引き続いて、同様に基板上に形成されたＳＵＳ３０４粉末層の上に水性バインダーを塗布した後、ＳＵＳ３０４粉末を散布した。
基板上のＳＵＳ３０４粉末の付着状況を観察した結果、粉末は基板上に均一に付着固定されていた。図１は、その時の外観状況を２００倍率の顕微鏡により観察したものである。
引き続いて、粉末散布した基板を１２７３Ｋで１２００ｓｅｃ加熱し、ＳＵＳ３０４粉末の焼結処理を行った。焼結処理後のＳＵＳ３０４粉末を観察し、良好な多孔質体が基板上に形成されていることを確認した。次に、多孔質体の厚さを１０か所で測定した結果、平均厚さは６７２μｍであった。また、基板上に作製された多孔質体の質量を測定した結果、１５．６ｇであった。

比較例１

実施例１と同じＳＵＳ３０４基板及びＳＵＳ３０４粉末を用意した。また、スクリーン印刷用の版として、ポリエステル製の紗（メッシュ数６０、線径７０μｍ、オープニング３５３μｍ）を使用し、５０ｍｍ×１００ｍｍのパターンが描かれた版を用意した。
次にバインダー樹脂（エチルセルロース）をテルピネオールに溶かし、ＳＵＳ３０４粉末と混練して粘度３１０ｄＰａ・ｓのペーストを作製した。
基板上に、スクリーン印刷機を用いてペーストの塗布を行ったが、スクリーンのメッシュが目詰まりを起こした。また、メッシュが損傷して基板上に良好なペーストの塗布をすることができなかった。

Claims

基材上に金属粉末よりなる多孔質体を製造する方法であって、
水溶性のバインダー樹脂を水に溶かした水溶液を基材上にスクリーン印刷により塗布した後、該水溶液上に金属粉末を散布し、その後加熱して散布した金属粉末からなる多孔質体を形成することを特徴とする多孔質体の製造方法。
請求項１記載の水溶性バインダー樹脂の水溶液のスクリーン印刷工程と金属粉末の散布工程を繰り返すことにより多層化したことを特徴とする多孔質体の製造方法。
請求項１または２記載の製造方法により得られる金属粉末の多孔質体を金属粉末の焼結可能な温度環境下で加熱処理し、金属粉末を焼結させたことを特徴とする多孔質体の製造方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の方法で製造したことを特徴とする金属粉末からなる多孔質体。