JP2994071B2

JP2994071B2 - 粉末の射出成形体からバインダを除去する方法

Info

Publication number: JP2994071B2
Application number: JP3089133A
Authority: JP
Inventors: 喜光寒川; 泰成金子; 範雄笠原
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JPH04305067A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属、セラミックス、
サーメット等の粉末をバインダと混練し、射出成形等の
成形手段により成形体とし、この成形体より焼結品を得
るに先だってバインダを除去する脱脂方法に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】周知のように、セラッ
ミクス及び金属製品の複雑形状製品の成形方法に、射出
成形が利用されている。この射出成形法には粉体に流動
性を付与するために、種々の有機化合物、熱可塑性樹脂
を添加し、加熱混練後、これを成形用原料として射出成
形し、得られた成形体を脱脂、焼結することにより、焼
結体製品が得られる。欠陥の無い焼結体を得るためにも
っとも重要な工程は脱脂工程であり、現在行われている
脱脂方法として射出成形体を加熱し、含まれる有機バイ
ンダを加熱分解及びガス化させる熱分解法、有機溶媒等
を用いて射出成形体から有機バインダを溶出させる溶解
法、の二種類の方法が挙げられる。

【０００３】加熱により有機バインダを除去する脱脂方
法では、成形体中に欠陥を生じないように脱脂するには
有機バインダの加熱分解及び蒸発が短時間に集中しない
ようにする必要がある。すなわち、有機バインダの加熱
分解及び蒸発が短時間に集中すると成形体内部に圧力が
かかり割れ及び膨れの原因になる。このことから脱脂中
に割れ・ふくれを生じないようにするためには有機バイ
ンダの加熱分解及び蒸発が除々に行われるように長時間
かける必要がある。特に、粉体の粒径が小さくなり、比
表面積が大きくなると射出成形を行なう際の加熱流動を
安定して行なうために、必要とされる有機バインダの量
が多くなり、結果的に脱脂の際に加熱工程を多段階にす
るなどの工夫が必要となり、ますます脱脂に長時間を要
する。現在、バインダに昇華性物質を加える方法も考え
られているが、混練・成形の際に昇華性物質が蒸発する
ことが考えられ、成形時のスプル、ランナ部の再生が困
難である。

【０００４】次に、有機溶媒を用いて射出成形体から有
機バインダを溶出する方法では、溶媒を用いて有機バイ
ンダの溶媒に可溶な物質が溶出し、除かれた有機バイン
ダ部が通り道となり、残りの有機バインダの加熱分解・
蒸発がスムーズに行なわれ、脱脂の際の割れ膨れ等の欠
陥が生じにくくなる。しかしながら、現在行なわれてい
る溶媒抽出法では用いられる有機バインダに鉱油・脂肪
酸系油・天然油等の液体原料を多量に用いることから、
射出成形原料及び射出成形体から前記油が滲み出すこと
が多く、長期の射出成形原料及び成形体の保管において
も油の滲み出しにより、安定した保管が困難である。ま
た長期保存した射出成形体では表面に移行した油により
抽出脱脂時に割れ、膨れを生じることが多い。また、有
機バインダ中の可塑剤・滑剤を沸騰水中で溶出する方法
も考えられているが、可塑剤・滑剤の配合量を多くする
と、射出成形原料の安定性及び射出成形体強度の低下等
の問題を生じ、一方少ないと溶出後の熱分解脱脂工程で
射出成形体の割れ、膨れ等の問題を生じる。

【０００５】また、バインダとして水溶性樹脂を用い、
この水溶性樹脂を水を用いて溶出する事が、例えば特開
平２−１０１１０１号公報に提案されている。この発明
では、脱脂に水を用いることで、有機溶剤に比べ安価で
取扱いが安全であるという長所がある。しかしながら、
溶剤に比べ射出成形体に対する浸透度が劣る面があり、
成形体内部に浸透した場合も溶剤に比べ蒸発が遅く、特
に多くの有機バインダーを必要とする比表面積が１０ｍ
²／ｇ以上であるセラミックス・金属粉体を用いた場
合、抽出後に乾燥時間が長くかかり、加熱により成形体
内部に浸透した水を取り除く場合、加熱温度が高くなる
と成形体に割れ、膨れを生じることがある。さらには、
脱脂に水を用いるため、水に接触して錆びるような鉄、
銅等の粉末は使用できなくなり、又、セラミックス、例
えばＳｉ₃Ｎ₄は水と反応してアンモニアガスの発生を伴
ってＳｉ₃Ｎ₄が分解するという問題点があり、成形体に
使用する粉末原料が限定されるという問題点を有する。

【０００６】本発明は前記の従来からの技術におけるセ
ラミックス・金属粉体、特に良品を得ることが困難であ
る平均粒径が小さく、比表面積が大きな粉体での射出成
形における脱脂工程において割れ・膨れ等の欠陥のない
成形体を得、短時間で脱脂の完了を可能にする方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明は、焼結可能な
粒状材料とバインダを所定の割合で混練して粒状材料の
粒子の実質的に全表面が該バインダで被覆された混練物
とし、該混練物を所望の形状に射出成形した射出成形体
とし、これを焼結するに先だって、該成形体の膨潤及び
該成形体への剪断力又は引張り力の作用を伴わず、前記
バインダを除去する方法であって、（イ）前記バインダ
がアルコール系溶剤及び有機系溶剤に可溶である熱可塑
性ポリマーと、アルコール系溶剤及び有機系溶剤に不溶
である熱可塑性ポリマーとからなり、（ロ）前記成形体
をアルコール系溶剤とベンゼン系溶剤、ケトン系溶剤の
１種以上からなる有機溶剤との混合溶剤と接触させ、ま
ず成形体中の前記アルコール系溶剤及び有機系溶剤に可
溶である有機バインダを抽出除去し、（ハ）上記有機バ
インダの抽出除去に際し、混合溶剤中の有機系溶剤量を
調整することにより前記アルコール系溶剤及び有機系溶
剤に可溶である有機バインダの抽出速度を制御し、
（ニ）前記成形体中の残りの熱可塑性樹脂を、加熱分解
により除去する、ことにより、前記問題点を解決したも
のである。

【０００８】本発明において、有機バインダとしてアル
コール系溶剤及び有機系溶剤に可溶である熱可塑性ポリ
マーとしては、具体的にはカルボキシビニルポリマー、
ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、
酢酸ビニル樹脂、ポリエチレングリコールモノステアレ
ート、オイレン酸モノグリセライド、オレイン酸モノジ
グリセライド、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウ
レート、ソルビタンモノラウレート等が、またアルコー
ルに不溶である熱可塑性ポリマーとしては、具体的には
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレ
ン酢酸ビニル共重合体、ナイロン、パラフィンワック
ス、アタクチックポリプロピレン、ポリブチルメタクリ
レート等が挙げられる。前記有機バインダの除去方法と
して射出成形した成形体をアルコール系溶剤とベンゼン
系溶剤、ケトン系溶剤の１種以上からなる有機溶剤との
混合溶剤（以下、前記溶剤という）と接触させ、この前
記溶剤に可溶である有機化合物を溶出させた後、脱脂炉
にて加熱雰囲気で残りの有機バインダを除去する。

【０００９】以下に、本発明方法について詳細に説明す
る。セラミックもしくは金属粉体と有機バインダを加熱
混練し、ペレットにした後、射出成形をして成形体を得
る。ここで用いる有機バインダには先に記載した前記溶
剤、すなわちアルコール系溶剤もしくはアルコール系溶
剤とベンゼン系溶剤、ケトン系溶剤の１種以上からなる
有機系溶剤との混合溶剤に可溶であるポリエチレングリ
コール、エチレンカーボネート、ジエチレングリコー
ル、グリセリンエーテル、フタル酸エステル、トリエチ
レングリコール、テトラエチレングリコール等の有機化
合物の１種又は２種以上の混合物と、少なくとも先に示
した前記溶剤に不溶である熱可塑性樹脂を１種以上含む
有機バインダを用いる。

【００１０】前記ポリエチレングリコールには多くの種
類があるが、前記溶剤に対する溶解性を考慮にいれる
と、分子量４００〜４０００の間が望ましく、種々の分
子量からなるポリエチレングリコールを併用して用いる
ことにより、射出成形体の強度、前記溶剤に対する溶出
速度を制御することが可能である。また、エチレンカー
ボネート・ジエチレングリコール・グリセリンエーテル
及びポリエチレングリコールは、前記溶剤に不溶である
熱可塑性樹脂の中で特によく用いられる、エチレン酢酸
ビニル共重合体、アタクチックポリプロピレン、ポリメ
タクリル酸ブチル、ポリスチレン、などに対して良い相
溶性を示すことから、射出成形の際、有機バインダの中
では可塑剤の働きを示し、成形温度を下げる効果を有す
る。また、前記溶媒に対して常温で速やかに溶解するこ
とから、射出成形体に対する前記溶剤を用いた溶出操作
の際にも何等の問題もなく、割れ、膨れのない抽出を得
ることができる。

【００１１】前記溶剤による有機バインダの溶出操作の
際、用いられる溶剤であるアルコール系溶剤の種類及び
アルコール系溶剤とベンゼン系溶剤、ケトン系溶剤の１
種以上からなる有機系溶剤との混合液の配合割合を変え
ることで射出成形体からの有機バインダの溶出速度を制
御することができる。溶出速度を制御できる利点とし
て、用いた原料粉体の平均粒径が大きくて比表面積が小
さく、添加する有機バインダが体積比で用いるセラミッ
クス、金属粉末よりも比較的少なくてすむ場合、あるい
は成形体の肉厚が薄い場合には、アルコール系溶剤に対
するベンゼン系溶剤、ケトン系溶剤の添加割合を減ら
す。しかしながら、用いた原料粉体の平均粒径が小さく
比表面積が大きく、添加する有機バインダが体積比で用
いるセラミックス、金属粉よりも多くなる場合、あるい
は成形体の肉厚が厚い場合には、アルコール系溶剤に対
するベンゼン系溶剤、ケトン系溶剤の添加割合を増加さ
せることで射出成形体からの有機バインダの溶出時間及
び用いた溶剤の蒸発にかかる時間を短縮することができ
る。有機バインダの溶出に最適な方法として、射出成形
体を前記溶剤に浸漬し、連続して撹拌するか、もしくは
射出成形体に対して前記溶剤を連続して噴霧することが
溶出時間を短縮させる面からも望ましい方法といえる。
有機バインダ溶出操作の後、射出成形体を常圧・減圧・
真空のいずれかの雰囲気中で加熱脱脂することにより、
成形体中の有機バインダを除去する。

【００１２】脱脂後の成形体は焼結することにより、セ
ラミックス・金属などの焼結体を得る。

【００１３】

【実施例１】アルミナセラミックス粉（平均粒径０．６
μｍ）１００重量部にアルコール系溶剤及び有機系溶剤
に可溶の熱可塑性樹脂として、ポリエチレングリコール
１３重量部、アルコール系溶剤及び有機系溶剤に不溶の
熱可塑性樹脂として、エチレン酢酸ビニル共重合体５重
量部、アタクチックポリポロピレン樹脂３重量部を配合
し、これを混練機により１４０℃で６０分間混練した。
次に、得られた混合物を粉砕し、スクリュー式射出成形
機でφ＝６ｍｍの丸棒形状品を成形した。

【００１４】次いで、得られた成形体を常温（約２５
℃）で、アルコール系溶剤及びアルコール系溶剤に有機
系溶剤を添加した溶媒中に２時間浸漬し、取り出した
後、３０分間真空乾燥した。この時のバインダの溶出率
と抽出に用いた溶媒との関係を調べ、その結果を表１〜
表８に示した。これら結果の中、溶出率は、溶出率＝
（溶出したバインダ重量）÷（総バインダ重量）の式に
より算出した。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】

【表４】

【００１９】

【表５】

【００２０】

【表６】

【００２１】

【表７】

【００２２】

【表８】

【００２３】

【発明の効果】以上のような本発明によれば、脱脂にア
ルコール系溶剤及び有機系溶剤を用いることにより、割
れ、膨れ等の欠陥のない脱脂成形体が得られ、特にセラ
ミックス、金属粉体等で良品が得にくい平均粒径が小さ
く、比表面積が大きな粉体での射出成形に好適な脱脂方
法であり、水抽出法に比較して適用原料範囲が広い。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結可能な粒状材料とバインダを所定の
割合で混練して粒状材料の粒子の実質的に全表面が該バ
インダで被覆された混練物とし、該混練物を所望の形状
に射出成形した射出成形体とし、これを焼結するに先だ
って、該成形体の膨潤及び該成形体への剪断力又は引張
り力の作用を伴わず、前記バインダを除去する方法であ
って、（イ）前記バインダがアルコール系溶剤及び有機
系溶剤に可溶である熱可塑性ポリマーと、アルコール系
溶剤及び有機系溶剤に不溶である熱可塑性ポリマーとか
らなり、（ロ）前記成形体をアルコール系溶剤とベンゼ
ン系溶剤、ケトン系溶剤の１種以上からなる有機溶剤と
の混合溶剤と接触させ、まず成形体中の前記アルコール
系溶剤及び有機系溶剤に可溶である有機バインダを抽出
除去し、（ハ）上記有機バインダの抽出除去に際し、混
合溶剤中の有機系溶剤量を調整することにより前記アル
コール系溶剤及び有機系溶剤に可溶である有機バインダ
の抽出速度を制御し、（ニ）前記成形体中の残りの熱可
塑性樹脂を、加熱分解により除去する、ことを特徴とす
る粉末の射出成形体からバインダを除去する方法。
【請求項２】前記粒状材料が金属、セラミックス、サ
ーメットである請求項１記載の方法。