JP2951233B2 - 無機質成形体の製造方法 - Google Patents

無機質成形体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窯業製品である無機質
成形体の製造方法に関し、詳細には含水混練生地につい
て無機質材料粒子の分散安定性、可塑性、充填性及び保
形性の良好な無機質成形体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】従来より、金属鋳造用砂型組成物、不定形
耐火物、耐火煉瓦等の耐火物成形体あるいはセラミック
ス等として知られている無機質成形体は、粉砕された無
機質材料を水溶性高分子と共に含水混練物と成し、これ
を鋳込み法、圧縮成型法、押出成型法、射出成型法等で
成型し、この成形体を乾燥又は焼成、冷却することによ
り製造される。
【０００３】ここで使用される水溶性高分子は、無機質
材料に対して適度な保水性を賦与すると共に少量で含水
混練物の可塑性を増大させ、混練物中の無機質材料粒子
の分散安定性を良好にし、成形体の湿態強度、乾燥強度
及び焼成強度を向上させるものでなければならない。こ
のような水溶性高分子として、従来より主として水溶性
セルロースエーテルが使用されてきた。
【０００４】しかしながら、平均分子量の大きな水溶性
セルロースエーテルは少量の使用で混練物の可塑性を増
大させることができるが、保水性を賦与するという点に
関しては効果が低い。逆に平均分子量の小さな水溶性セ
ルロースエーテルは多量使用する必要があり、その結果
製品の強度や耐水性に悪影響を及ぼし、且つコストアッ
プになるので好ましくない。
【０００５】また、水溶性セルロースエーテルによる無
機質材料粒子の分散安定性賦与という点に関しては、ほ
とんどが水の増粘に起因するものであってその効果は低
い。従って、水溶性セルロースエーテルのみの効果で混
練物の保水性賦与と可塑性増大を両立させ、無機質粒子
の分散安定性を確保することは困難であった。
【０００６】また近年、上述のような問題を改善した水
溶性高分子としてプルランの様な微生物産生多糖類も使
用されているが、これらは非常に高価であるため、汎用
化は難しい。
【０００７】以上のように、無機質成形体の成分である
水溶性高分子は、乾燥、焼成前の含水混練物に分散安定
性、可塑性、充填性、保形性及び強度を賦与する必要が
あるが、現状では必ずしも全てが満足されてはいない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無機質材料
粒子の分散性が安定化し、その結果、可塑性、充填性及
び保形性も良好となり、安価且つ安定供給が可能な無機
質成形体の製造方法の開発を志向したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、如上の点
に鑑み鋭意研究した結果、水溶性ヘミセルロース特に豆
類由来の水溶性ヘミセルロースを水溶性高分子として用
いたときに、分散安定性、可塑性、充填性及び保形性の
良好な無機質成形体が得られるという知見を得た。本発
明はかかる知見に基づいて、完成されたものである。
【００１０】即ち本発明は、大豆子葉由来の水溶性ヘミ
セルロースを使用することを特徴とする無機質成形体の
製造方法であって、水溶性ヘミセルロースを使用するこ
と以外は前述公知の方法により製造できる。
【００１１】本発明における水溶性ヘミセルロースは大
豆、なかでも子葉由来のものが好ましく、豆腐や豆乳、
分離大豆蛋白を製造するときに副生するオカラを利用す
ることができる。
【００１２】例えばオカラを酸性の条件下、好ましくは
蛋白質の等電点付近のpHで、好ましくは130 ℃以下80℃
以上、より好ましくは130 ℃以下100 ℃以上にて加熱分
解し、水溶性画分を分画した後、そのまま乾燥するか、
例えば活性炭処理或いは樹脂吸着処理或いはエタノール
沈澱処理して疎水性物質あるいは低分子物質を除去し乾
燥することによって、水溶性ヘミセルロースを得ること
ができる。
【００１３】水溶性ヘミセルロースは、その分子量がど
の様な値のものでも使用可能であるが、好ましくは平均
分子量が数万〜数百万、具体的には5 万〜100 万である
のが好ましい。なお、この水溶性ヘミセルロースの平均
分子量は標準プルラン（昭和電工（株）販）を標準物質
として0.1MのNaNO 3 溶液中の粘度を測定する極限粘度法
で求めた値である。また、ウロン酸の測定はBlumenkran
tz法により、中性糖の測定は、アルジトールアセテート
化した後にGLC 法により行った。
【００１４】本発明において、水溶性ヘミセルロースは
単独で水溶性高分子として使用することができるが、既
存の水溶性高分子と併用することにより、既存の水溶性
高分子の欠点を補うことができる。
【００１５】既存の合成水溶性高分子としては、水溶性
アクリル樹脂、水溶性スチレン−アクリル樹脂、水溶性
スチレン−マレイン酸樹脂等や、これらの塩組成物等が
挙げられる。またアクリル樹脂、アルキッド樹脂、ビニ
ル樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、マレイン酸
樹脂、ウレタン樹脂等の水分散性樹脂エマルションも既
存の有効な合成高分子として例示できる。
【００１６】一方、既存の天然物水溶性高分子として
は、アラビアガム、トラガントガム、カラギーナン、キ
サンタンガム、ゼラチン、カゼインナトリウム、グワー
ガム、タラガム、布海苔、寒天、ファーセレラン、タマ
リンド種子多糖、カラヤガム、トロロアオイ、ペクチ
ン、アルギン酸ナトリウム、プルラン、ジェランガム、
ローカストビーンガム、ホエー等のアルブミン、各種澱
粉等が挙げられる。半天然物水溶性高分子としては、カ
ルボキシメチルセルロース(CMC) 、メチルセルロース(M
C)、エチルセルロース(EC)、ヒドロキシメチルセルロー
ス(HMC) 、ヒドロキシエチルセルロース(HEC) 、ヒドロ
キシプロピルセルロース(HPC) 、ヒドロキシエチルメチ
ルセルロース(HEMC)、ヒドロキシエチルエチルセルロー
ス(HEEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPM
C)、ヒドロキシプロピルエチルセルロース(HPEC)、ヒド
ロキシエチルヒドロキシプロピルセルロース(HEHPC) 、
スルホエチルセルロース、ジヒドロキシプロピルセルロ
ース(DHPC)、アルギン酸プロピレングリコールエステル
あるいは可溶性澱粉に代表される加工澱粉等がある。
【００１７】本発明における水溶性ヘミセルロースは、
上記する各種水溶性高分子の一種または二種以上と併用
することにより一層効果が向上する場合もあり、各種水
溶性高分子の欠点を補うことができる。
【００１８】本発明の無機質成形体を構成する無機質
は、SiO 2, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO, MgO,Na 2 O, K 2 O, TiO 2 ,
P 2 O 5 , B 2 O 3 , SO 3 等の相互間で造られる1 〜4 成分の化
合物，個溶体，ガラス質，あるいはそれらの複合品であ
ることが多く、目的製品に応じた無機質原料が使用さ
れ、水溶性ヘミセルロースの使用量が選択される。
【００１９】例えば、本発明において使用される無機質
成形体が、耐火物成形体又は不定形耐火物である場合、
使用される耐火原料は、通常耐火煉瓦業界で使用される
ものであればよく、珪石煉瓦の場合、赤白珪石、青白珪
石、軟珪石、白珪石等が用いられる。また、ジルコン及
びジルコニア煉瓦の場合、ジルコン及びbaddaleyiteの
鉱物から得られる原料が用いられる。これらの場合、水
溶性ヘミセルロースの使用量は、無機質材料に対して0.
01〜1 重量% 、好ましくは0.05〜0.5 重量% の範囲内で
あるのが適当である。
【００２０】無機質成形体がセラミックスである場合、
使用される原料は、通常セラミックス業界で使用される
ものであればよく、アルミナ、シリカ、ジルコニア、タ
ルク、マイカ、パーミキュライト、ムライト、シラス、
パーライト、長石、更にはカオリン系及びモンモリロナ
イト系の粘土等が使用できる。以上の場合、水溶性ヘミ
セルロースの使用量は、無機質材料に対して1 〜50重量
% 、好ましくは5 〜30重量% の範囲内であるのが適当で
ある。
【００２１】また、無機質成形体が金属鋳造用砂型組成
物である場合、使用される原料は、通常鋳造業界で使用
されるものであればよく、珪砂等の鋳造砂にベントナイ
ト等の粘土類や耐火粘土を加えてもよい。以上の場合、
水溶性ヘミセルロースの使用量は、無機質材料に対して
0.1 〜10重量% 、好ましくは0.5 〜5 重量% の範囲内で
あるのが適当である。
【００２２】以上の如く、本発明における水溶性ヘミセ
ルロースを、無機質成形体の原料である水溶性高分子と
して使用した場合、水溶性セルロースエーテルやプルラ
ンを使用したときよりも、更に安定性の優れた分散状態
が得られるのである。
【００２３】
【実施例】以下、実施例により本発明の実施態様を説明
するが、これは例示であって本願発明の精神がこれらの
例示によって制限されるものではない。なお、例中、部
および% は何れも重量基準を意味する。
【００２４】○ 大豆ヘミセルロースの調製 分離大豆蛋白製造工程において得られた生オカラに2 倍
量の水を加え、塩酸にてpHを4.5 に調整し、120 ℃で1.
5 時間加水分解した。冷却後遠心分離し（10000G ×30
分）、上澄と沈澱部に分離した。こうして分離した沈澱
部を更に等重量の水で水洗し、遠心分離し、上澄を先の
上澄と一緒にして活性炭カラム処理した後、乾燥して水
溶性ヘミセルロース（イ）を得た。
【００２５】更に、この水溶性ヘミセルロースを0.5%食
塩水に溶解し、エタノール濃度が50% となるように再沈
澱を3 回繰り返し、イオン交換樹脂（オルガノ（株）製
「アンバーライトIR-120B 」）を用いて脱塩して水溶性
ヘミセルロース（ロ）を得た。
【００２６】一方、前記方法において活性炭カラム処理
をしないで同様に水溶性ヘミセルロース（ハ）を得た。
【００２７】以上の結果を纏めると以下のとおり。 組成割合（%) ────────────────────────────────── 成 分 （イ） （ロ） （ハ） ───────────────────────────────── 水 分 5.71 7.75 5.10 粗蛋白 1.93 1.03 5.43 粗灰分 5.29 0.22 5.30 多糖類 87.07 91.00 84.17 ───────────────────────────────── 平均分子量 178,000 207,000 114,000 ──────────────────────────────────
【００２８】次に、（イ）、（ロ）及び（ハ）の水溶性
ヘミセルロースの糖組成を次の方法で分析した。ウロン
酸の測定は、Blumenkrantz法により、また中性糖は、ア
ルジトールアセテート法によりGLC を用いて測定した。
【００２９】結果は以下のとおり。 糖組成（重量% ) ────────────────────────────────── 糖の種類 （イ） （ロ） （ハ） ───────────────────────────────── ウロン酸 20.4 16.9 19.4 ラムノース 1.6 2.7 2.1 フコース 2.7 5.2 3.9 アラビノース 19.9 19.2 23.1 キシロース 6.4 8.4 5.8 ガラクトース 47.3 46.8 43.4 グルコース 1.8 0.9 2.3 ──────────────────────────────────
【００３０】○ 耐火物成形体の作製 実施例１ 珪石100 部、ダスト（比表面積120m 2 /g のもの）5 部、
水酸化カルシウム1 部、水溶性大豆ヘミセルロース
（イ）0.1 部をニーダにてドライブレンドし水8 部を加
えて含水混練物を調製した。この混練物200gを40mm×40
mmの金型に詰め油圧式圧縮機を用いて1000kg/cm 2 の荷重
をかけて圧縮成型した。その後5 分経過後にアムスラー
強度試験機を用いて圧縮強度（湿態）を測定した。また
圧縮成型した供試体を80℃送風型乾燥機で24時間乾燥
後、圧縮強度（乾燥）を測定した。耐火度はJISR2204
（耐火レンガの耐火度の試験方法）に準拠して行った。
【００３１】実施例２ 実施例１において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ロ）を使
用した以外は実施例１と全く同様にして試験した。
【００３２】実施例３ 実施例１において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ハ）を使
用した以外は実施例１と全く同様にして試験した。
【００３３】実施例４ 実施例１において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）0.05
部とヒドロキシエチルメチルセルロース（信越化学
（株）販：SEB-4T）0.05部を使用した以外は実施例１と
全く同様にして試験した。
【００３４】比較例１ 実施例１において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性高分子を使用しなかった以外は
実施例１と全く同様にして試験した。
【００３５】比較例２ 実施例１において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、ヒドロキシエチルメチルセルロースを
使用した以外は実施例１と全く同様にして試験した。
【００３６】結果を比較して以下に示す。 ────────────────────────────────── 湿態圧縮強度 乾燥圧縮強度 耐火度 （kg/cm 2 ） （kg/cm 2 ） （SK） ───────────────────────────────── 実施例１ 67.2 152 34 実施例２ 68.9 154 34 実施例３ 64.7 148 34 実施例４ 65.3 149 34 比較例１ 29.4 43.6 34 比較例２ 58.5 118 34 ──────────────────────────────────
【００３７】以上に様に、水溶性大豆ヘミセルロースを
用いた場合、成型後の湿態及び乾燥圧縮強度が向上し、
焼成後も良好な耐火物成形体が得られた。
【００３８】○ 不定形耐火物の作製 実施例５ ジルコンサンド、ジルコンフラワーの合量が56部、珪石
25部、ジルコニア微粉4 部、無定形シリカ超微粉、アル
ミナセメントの合量が3 部、リン酸ソーダ0.1部、及び
水溶性大豆ヘミセルロース（イ）0.1 部をドライブレン
ドし、水12部を加えて混練し、流し込み材を調製した。
材料分離の目安として、直径100mm 、高さ200mm の容器
中でのサンプルの微粉及び水浮き量を測定した。更に、
フロー値、圧縮強度（110 ℃、24時間養生後）も測定
し、塗布時の作業性に関しては、鏝のび、保形性を観察
した。また、自然乾燥後の亀裂発生状況も観察した。
【００３９】実施例６ 実施例５において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ロ）を使
用した以外は実施例５と全く同じにして試験した。
【００４０】実施例７ 実施例５において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ハ）を使
用した以外は実施例５と全く同じにして試験した。
【００４１】実施例８ 実施例５において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）0.5
部とヒドロキシプロピルメチルセルロース（信越化学
（株）販：90SH-15000）0.5 部を使用した以外は実施例
５と全く同じにして試験した。
【００４２】実施例９ 実施例５において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）1 部
と木節粘土1 部を使用した以外は実施例５と全く同じに
して試験した。
【００４３】比較例３ 実施例５において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性高分子を使用しなかった以外は
実施例５と全く同じにして試験した。
【００４４】比較例４ 実施例５において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、ヒドロキシプロピルメチルセルロース
を使用した以外は実施例５と全く同じにして試験した。
【００４５】結果を比較して以下に示す。 ────────────────────────────────── 水浮き高さ フロー値 圧縮強度 鏝のび 保形性 亀裂発生 (mm) (mm) (kg/cm 2 ) 状況 ────────────────────────────────── 実施例５ 0.5 175 255 良 良 なし 実施例６ 0.2 180 263 良 良 なし 実施例７ 0.8 182 242 良 良 なし 実施例８ 1.2 171 237 良 良 なし 実施例９ 0.1 173 258 良 良 なし 比較例３ 4.0 198 266 不良 不良 有り 比較例４ 3.2 166 185 不良 ほぼ良 少し有り ──────────────────────────────────
【００４６】以上のように、水溶性大豆ヘミセルロース
を用いた場合、耐火組成物を構成する粒子の分散安定性
が向上し、流動性、強度の低下も少なく作業性の良好
な、不定形耐火物が得られた。
【００４７】○ セラミックスの作製 実施例10 アルミナ99% を含むセラミックス材料100 部、水溶性大
豆ヘミセルロース（イ）8 部、水12部、ステアリン酸2
部を60℃で加熱混練した後、ペレット状に粗砕して成型
材料を得て、成型温度80℃射出圧力 800kg/cm 3 で厚さ3
mm、巾40mm、長さ60mmの平板を射出成型した。室温から
昇温速度1 ℃/ 分で400 ℃まで脱脂を行い、有機材料を
除去した後、1700℃で5 時間焼成を行い、ふくれや変形
等といった不良箇所発生の程度を観察した。
【００４８】実施例11 実施例10において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ロ）を使
用した以外は実施例10と全く同様にして試験した。
【００４９】実施例12 実施例10において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ハ）を使
用した以外は実施例10と全く同様にして試験した。
【００５０】実施例13 実施例10において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）5 部
とプルラン（平均分子量160,000 ）5 部を使用した以外
は実施例10と全く同様にして試験した。
【００５１】比較例３ 実施例10において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性高分子を使用しなかった以外は
実施例10と全く同様にして試験した。
【００５２】比較例５ 実施例10において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、プルランを使用した以外は実施例10と
全く同様にして試験した。
【００５３】結果を比較して以下に示す。 ────────────────────────────────── ふくれ 変形 発泡 ───────────────────────────────── 実施例10 なし なし なし 実施例11 なし なし なし 実施例12 なし ほぼなし なし 実施例13 なし なし なし 比較例５ 有り 有り 少し有り 比較例６ 有り 有り 多数有り ──────────────────────────────────
【００５４】以上に様に、水溶性大豆ヘミセルロースを
用いた場合、セラミックス材料の分散安定性が向上し、
可塑性や成型後の保形性が良好となり、成型が容易で、
ふくれ、変形、発泡のない優れたセラミックス焼成品が
得られた。
【００５５】○ 金属鋳造用砂型組成物の作製 実施例14 珪砂100 部、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）1 部をを
ニーダにてドライブレンドし水5 部を加えて鋳造砂を調
製した。次いでJISZ2604-1960 に準拠して10mm×10mm×
60mmのテストピースを作製した。得られたテストピース
を佐竹製作所製防爆型恒温乾燥機50S-S4A 型を用いて、
150 ℃15分間乾燥後、常温まで放冷し乾燥曲げ強度を測
定した。更にこの鋳造砂を用いてソケットクレビス模型
に手で型込めした後、型から離型し乾燥機で200 ℃30分
間乾燥した。又、鋳造砂を用いてつき固め機で母型を作
製した。この母型に鋳造砂で作製したソケットクレビス
中子を設置し、鋳込実験を行った。即ち溶湯温度1450
℃、注入時間15秒で注湯した。放冷後、型ばらしを行
い、中子の崩壊性を観察した。また、得られた鋳造物で
鋳造欠陥の有無を確認した。
【００５６】実施例15 実施例14において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ロ）を使
用した以外は実施例14と全く同様にして試験した。
【００５７】実施例16 実施例14において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（ハ）を使
用した以外は実施例14と全く同様にして試験した。
【００５８】実施例17 実施例14において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）0.5
部とプルラン（平均分子量185,000 ）0.5 部を使用した
以外は実施例14と全く同様にして試験した。
【００５９】比較例７ 実施例14において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、ポリビニルアルコールを使用した以外
は実施例14と全く同様にして試験した。
【００６０】比較例８ 実施例14において、水溶性大豆ヘミセルロース（イ）を
用いる代わりに、プルランを使用した以外は実施例14と
全く同様にして試験した。
【００６１】結果を比較して以下に示す。 ────────────────────────────────── テストピース 乾燥曲げ強度 型ばらし 獲得した鋳造物の 成型状態 （kg/cm 3 ） 容易性 鋳造欠陥の有無 ────────────────────────────────── 実施例14 良 44.9 良 無し 実施例15 良 45.6 良 無し 実施例16 良 44.3 良 無し 実施例17 良 40.3 良 無し 比較例７ 不良 22.4 不良 有り 比較例８ 良 38.6 ほぼ良 少し有り ──────────────────────────────────
【００６２】以上に様に、水溶性大豆ヘミセルロースを
用いた場合、鋳造砂の成型性、強度が向上し、型ばらし
等の作業性に優れ鋳造欠陥の発生の少ない金属鋳造用砂
型組成物が得られた。
【００６３】
【発明の効果】このように、水溶性ヘミセルロースを用
いて無機質成形体を製造すると、主原料である無機質の
分散安定性が向上し、成型に伴う可塑性や充填性、保形
性等の作業性、強度が良好となる。その結果、最終製品
においても不良率の少ない高品質な無機質成形体を得る
ことが可能となり、生産性の向上に繋がった。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】大豆子葉由来の水溶性ヘミセルロースを使
    用することを特徴とする無機質成形体の製造方法。
  2. 【請求項２】成形体が焼成成形体であるか、又は金属鋳
    造用砂型組成物であるか、又は不定形耐火物である請求
    項１に記載の製造方法。
  3. 【請求項３】焼成成形体が耐火物成型体であるか、又は
    セラミックスである請求項２に記載の製造方法。
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