JP3953317B2 - MOLDING MATERIAL, MOLDED BODY, SINTERED BODY, AND METHOD FOR PRODUCING MOLDING MATERIAL - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形用材料、成形体、焼結体および成形用材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックス分野や金属冶金分野において、セラミック粉末や金属粉末などの成形用粉末を成形し、複雑な形状の成形体を得る方法としては以下のものがある。
【０００３】
（１）ワックス，樹脂バインダーを用いた射出成形法
成形用粉末とワックスや樹脂バインダーとを、樹脂バインダーの溶解温度以上に加熱、軟化し、均一混練後、バインダーの融点以下の温度に冷却し，凝固させることによって，成形用材料を製造する。得られた成形用材料は、室温では手で変形させられないほど硬いため，再度バインダーの軟化温度まで加熱し、押出機に投入し、押出物を切断し、ペレット化する。あるいは、硬い成形用材料をそのまま破砕し、ペレット化することもできる。このペレットを射出成形機に投入し、加熱軟化させ、成形する。
【０００４】
（２）寒天を用いた水系射出成形法
この方法は、例えば特許第２６０４５９２号公報や特許第３１０５２２５号公報に記載されている。
（方法２ａ）
例えば図３（ａ）に示すように、成形用粉末と溶剤（例えば水）とを混合し、得られた混合物にゲル生成物質（例えば寒天）粉末を添加し、ゲル生成物質の溶解温度以上（通常９０℃以上）に加熱してゾルを生成させる。次いで、ゾルをゲル化点以下の温度に冷却することによって、ゲル化させる。得られたゲルは、手で変形させられる程度に柔らかい。この材料系では、水と寒天とによって形成されるゾルが、成形用粉末のバインダーとしての役割を果たす。次いで、ゲルを粉砕し、ペレット状の成形用材料を得る。この成形用材料における水分含有量を、乾燥または加湿により調整し、水分を規定量残した状態の成形用材料を得る。この残存水分量により、成形体，焼成体の収縮率を制御できる。所定水分含有量を有する成形用材料を射出成形機に投入し、加熱、軟化させて成形する。
【０００５】
（方法２ｂ）
また、図３（ｂ）に示すように、成形用粉末、水およびゲル生成物質の混合物を加熱してゾルを生成させた後、ゾルをゲル化しない温度を保ちつつ、射出成形機に投入し、射出成形する方法も知られている。
【０００６】
海草からの抽出物質である寒天は, 水の存在下，９５〜１００℃でゾル状の粘性液となり，３５〜４５℃でゲル化して弾性のある物質となる。このような性質を持つ寒天粉末を樹脂バインダー等の代わりに成形用粉末と混合し、水を加えて粘土状の可塑性を有する状態になるまで混練する。その混練物を例えば射出成形機に投入し、９０℃以上で加熱すると寒天はゾル化し，流動性を増して，従来のワックスバインダー材料より低圧で均一に射出成形可能になる。この方法では、低圧で型内に注入し、成形できるので、複雑形状の型の転写性が良く、成形機内の摩耗も少ない。また，寒天は３５℃〜４５℃に冷却するとゲル化して弾性のある固体になり、金型との離型性が良い。ゲル化した寒天は、常温の通風下でも非常に離水しやすいため、容易に乾燥し、成形した形状をかなりの強度で保持することができる。成形体を乾燥した後は、脱脂工程を経ることなく直ちに焼結工程へ移行することができる。ここで、成形体中に含有される寒天は、４００℃程度で脱脂され、従来のワックス、樹脂等のバインダーの場合のように有害ガスを発生することはない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法２ａでは、成形用粉末およびゲル生成物質を含有するゲル状の成形用材料中の水分含有量を、乾燥または加湿により調整し、水分を規定量残した状態の成形用材料を得る必要がある。しかし、このためには、一般に長い時間がかかり、エネルギーの無駄も大きい。例えば、ゲル状の成形用材料の段階では２５％の水分を含有させ、このゲルを乾燥調湿することによって、水分含有量を例えば１７％に調整する。しかし、これほど多量の水分を高い精度をもってゲルから均一に蒸発させることは困難である。ベレット状の成形用材料の表面から不均一に水分が蒸発すると、成形用材料の表面の水分含有量が不均一となり、この結果、焼結時の収縮率に不均一を生ずるおそれがある。
【０００８】
また、成形用材料における水分含有量を調整した後に、成形用材料を保管，輸送した場合、成形用材料の水分量が、ゲル生成物質に保有できる平行水分量よりも多いため、環境温度の変化で成形用材料を保管中に水分蒸発がおこってしまうなど、成形用材料の水分含有量に不均一を生じてしまう。この結果、焼結時の収縮率に不均一を生ずるおそれがある。
【０００９】
また、水と寒天とを成形用助剤として使用する場合、長期間（１カ月程度）成形用材料を保存すると、あるいは、２５℃以上の高温下で保管すると、水分活性が高いため、寒天が天然物で生分解性を有するので、微生物の増殖による腐敗現象がおこり、分子鎖が切断されゲルの物性劣化がおこってしまう。この結果、成形体において必要なゲル強度が得られなくなることがある。
【００１０】
更に、成形材料の造粒物には付着性があり、造粒物を射出成形機用のホッパーに投入したときに、ホッパー内での造粒物の流動性が悪い。このため、造粒物がホッパー壁面に付着したり、造粒物同士が互いに付着することによって、ブリッジを生じ易い。このため、成形用材料を強制的にスクリューに噛み込ませるホッパーフィーダーが必要であった。
【００１１】
本発明の課題は、ゲル生成物質を用いた成形用粉末を成形するのに際して、成形に供するべき成形用材料の水分含有量の均一性を向上させ、焼結時の収縮率の不均一を抑制できるような、新たな成形方法および成形用材料を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成形工程に供される成形用材料であって、少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、ゲル生成物質のゾル化を生じない温度で混合して得られた混合物からなり、成形用粉末１００重量部に対して前記ゲル生成物質が１０重量部以下添加されており、ゲル生成物質中の溶剤の含有量が３０重量％以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、成形工程に供される成形用材料であって、少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、ゲル生成物質のゾル化を生じない温度で混合して得られた混合物からなり、成形用材料中の溶剤の含有量が８重量％以下であり、ゲル生成物質を８０℃で１０分間加熱したときの溶解率が９０％以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記成形用材料からなることを特徴とする、成形体に係るものである。
【００１５】
また、本発明は、前記成形体を焼結させることによって得られるものであることを特徴とする、焼結体に係るものである。
【００１６】
また、本発明は、成形工程に供される成形用材料を製造する方法であって、少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、ゲル生成物質のゾル化を生じない温度で混合することによって混合物を得、この際成形用粉末１００重量部に対してゲル生成物質を１０重量部以下添加し、ゲル生成物質中の溶剤の含有量は３０％以下のものを使用することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、成形工程に供される成形用材料を製造する方法であって、少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、ゲル生成物質のゾル化を生じない温度で混合することによって混合物を得、この際成形用材料中の溶剤の含有量を８重量％以下とし、ゲル生成物質を８０℃で１０分間加熱したときの溶解率が９０％以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明者は、成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、ゲル生成物質のゾル化を生じない温度、例えば室温で混合して混合物を得、この混合物を成形用材料として次の成形工程に供することを想到した。このように、成形用粉末およびゲル生成物質の粉末をゾル化させることなく混合して均一な混合物を得、この混合物を成形工程に供することは、セラミックスや金属冶金分野では類例がない。
【００１９】
この成形用材料は、ゾル化を通過していない一種の乾物であり、溶剤含有量が少ないことから、成形用材料の表面からの不均一な溶剤の蒸発に起因する表面の不均一が少なく、また保管や輸送の間における成形用材料の表面からの不均一な溶剤の蒸発と、これによる表面状態の不均一が見られないものであった。しかも、得られた成形体は、ゲル生成物質を利用した従来方法で得られた成形体と同等以上の品質、例えば強度を有するものであった。
【００２０】
このように、従来必須であった成形前のゾル化工程を通過することなく、ゲル生成物質と成形用粉末との混合物を切断することによって、成形用材料を得、この成形用材料を成形、焼結工程に供した場合にも、従来の焼結体と同等以上の品質が得られ、特に劣化が見られないことは驚くべきことであった。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）は、それぞれ、本発明の各実施形態に係るプロセスを示す。
【００２２】
図１（ａ）においては、成形用粉末とゲル生成物質と溶剤とを、ゾル化を生じない温度で混合し、混合物を成形し、切断する。そして、切断物を乾燥することによって、余分の溶剤を除去し、所定量の溶剤含有量を有する成形用材料を得る。この成形用材料を密閉容器内に保管し、次いで成形用材料に対して所定量の溶剤を添加し、成形して成形体を得る。
【００２３】
図１（ｂ）においては、成形用粉末とゲル生成物質と溶剤とを、ゾル化を生じない温度で混合し、混合物を成形し、切断する。そして、切断物を乾燥することによって、余分の溶剤を除去し、所定量の溶剤含有量を有する成形用材料を得る。この成形用材料に対して所定量の溶剤を添加してから密閉容器内に保管する。そして、容器から成形用材料を取り出し、成形に供する。
【００２４】
図２（ａ）においては、成形用粉末とゲル生成物質とを混合する。この際、溶剤はまったく添加しないか、あるいは微量しか添加しないこととする。次いで、混合物を成形し、成形体を切断し、成形用材料を得る。この成形用材料は、絶乾状態であるか、あるいは少なくとも微量の溶剤しか含有していない。次いで、この成形用材料を密閉容器内に保管する。成形前に容器から成形用材料を取り出し、所定量の溶剤を添加した後、成形に供する。
【００２５】
図２（ｂ）においては、成形用粉末とゲル生成物質とを混合する。この際、溶剤はまったく添加しないか、あるいは微量しか添加しないこととする。次いで、混合物を成形し、成形体を切断し、成形用材料を得る。この成形用材料は、絶乾状態であるか、あるいは少なくとも微量の溶剤しか含有していない。次いで、この成形用材料に所定量の溶剤を添加することによって、成形用材料中の溶剤含有量を調節する。この成形用材料を容器内に収容する。成形直前に成形用材料を容器から取り出し、成形に供する。
【００２６】
このように、ゾル化していない混合物からなる成形用材料を、成形工程に供する方法では、成形前にゾル化させた場合のように多量の溶剤を除去する工程が不要である。図１のプロセスでは乾燥工程が存在するが、これはゾル化した場合のように多量の溶剤を蒸発させるものではなく、乾物としての成形用材料の溶剤含有量を均一化させるための工程である。
【００２７】
以下、前述の各工程の順に説明する。
本発明において対象とする成形用粉末は、加熱によって焼結し、焼結体を生成するような成形用粉末であれば特に制限はない。また、成形用粉末は、溶媒への溶解や溶媒との反応を生じないような粉末であることが好ましい。本成形用粉末は、無機物粉末であることが好ましく、焼結を目的とする無機物粉末であることが特に好ましい。無機物粉末は、典型的には、セラミック粉末、金属粉末、セラミックス−金属複合材料の粉末、およびこれらの混合粉末である。セラミックスとしては、例えばアルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、マグネシア、フェライト、コージェライト、イットリア等の希土類元素の酸化物等の酸化物系セラミックス；チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、希土類元素のマンガナイト、希土類元素のクロマイト等の複合酸化物；窒化アルミニウム、窒化珪素，サイアロン等の窒化物系セラミックス；炭化珪素、炭化ホウ素、炭化タングステン等の炭化物系セラミックスを例示できる。また、金属としては、鉄、ステンレス、カルボニル鉄等の鉄系金属、チタン、銅、アルミニウム等の非鉄金属または非鉄金属の合金を例示できる。また、無機物粉末としては、グラファイト、ガラス、カーボンも例示できる。更に、無機物粉末以外の成形用粉末としては、樹脂粉末を例示できる。
【００２８】
成形用粉末の平均粒径は特に限定されず、例えば１００μｍ以下であってよく、５μｍ以下であってよい。
【００２９】
成形用粉末の平均粒径の下限は本発明の観点からは特にない。一般的、経済的な観点からは０．１μｍ以上とすることができるが、これには限定されない。
【００３０】
ゲル生成物質は、溶解温度以上に加熱することで流動性のゾルを生成し、次いでこのゾルをゲル化点以下の温度に冷却することでゲルを生成する物質である。ゲル生成物質は、特許第２６０４５９２号公報に記載されているように、水を溶媒としたとき１．５重量％で０〜２２℃の間のゲル強度が少なくとも５００ｇ／ｃｍ２であるようなものが好ましい。好適な実施形態においては、ゲル生成物質が、可逆的に、溶解温度以上でゾルを生成し、ゲル化点以下の温度でゲルを生成する物質である。
【００３１】
特に好ましくは、ゲル生成物質が、天然または合成のハイドロコロイドである。ハイドロコロイドとしては多糖類である寒天、カラギーナン、ファーセレラン、アルギン酸およびその誘導体、アゾドバクタービネランジーガム、ジェランガム（脱アシル型やネーティブ型）、ペクチン、カードラン、澱粉およびその誘導体、サイリュームシードガム、蛋白質であるゼラチン、キチン、キトサンおよび改質乳清タンパクなどを例示できる。さらに相乗効果によりゲル性を補強するローカストビーンガム、タラビーンガム、カシアガム、グアーガム、フェヌクリークガム、コンニャクマンナン（精製されたグルコマンナンも含む）、キサンタンガム、タマリンドガム、ローカスト、アラビアガム、アラビノガラクタン、結晶セルロース、繊維素グルコール酸ナトリウム、メチルセルロース、ガッティガム、アーモンドガム、ウェランガム、トラガントガム、プルラン、大豆多糖類などを少なくとも１つ以上加えたゲル生成物を例示できる。
【００３２】
特に好適な実施形態においては、ガラクトースを基本骨格とする多糖類を使用する。好ましくは多糖類が寒天質ゲル生成物質である。寒天質ゲル生成物質とは、寒天質のすべてのゲル生成物質を含み、高純度のアガロースだけでなく、アガロペクチン成分を多く含む純度の低い寒天も含んでおり、また改質寒天も含む。純粋な寒天はアガロースと呼ばれており、１、３位で結合したβ−Ｄ−ガラクトピラノースと、１、４位で結合した３，６−アンヒドロ−Ｌ−ガラクトピラノースを繰り返し単位とする中性多糖である。また、寒天質ゲル生成物質には、アガロースの誘導体も含まれていて良い。アガロースが部分的に硫酸エステル、メトキシル、ピルビン酸などを含んでいる場合にはアガロペクチンと呼ばれている。一般的な寒天は、アガロースとアガロペクチンとの混合物である。
【００３３】
寒天質ゲル生成物質中に、アガロースとアガロース誘導体（典型的にはアガロペクチン）とが含有されている場合には、アガロースとアガロース誘導体との比率は、目的とする用途によって異なる。アガロース誘導体中には、ナトリウム、カリウム、カルシウム、硫酸分などの灰分が含まれている。このため、ファインセラミックスなどのように、不純物を嫌う用途においては、アガロース誘導体の量が少ないことか好ましい。具体的には、灰分２重量％以下が好ましく、灰分１重量％以下の高純度のアガロースが特に好ましい。
【００３４】
溶媒は、ゲル生成物質粉末を溶解し、加熱時にゾルを生成し、温度降下時にゲルを生成するようなゲル生成物質用の溶媒である。この溶媒としては、水が特に好ましいが、貧溶媒のアルコール類等の親水性有機化合物溶媒であってもよく、また水と親水性有機化合物溶媒との混合溶媒により良溶媒としての機能を示すものであればよい。親水性有機化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、および塩素または臭素原子によって置換されたアルコール類が好ましい。
【００３５】
少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質を混合するときの温度は、ゲル生成物質の溶解ないしゾル化が生じない温度であり、ゲル生成物質の溶解温度未満である。ゲル生成物質の溶解温度とは、ゲル生成物質を溶媒と混合し、次いで温度を上昇していったときに、ゲル生成物質が溶媒中に溶解してゾル化する温度である。従って、同一のゲル生成物質であっても、溶媒が異なれば溶解温度は変動することがある。本発明においては、溶解温度より３０℃以上低い温度混合することが好ましく、溶解温度より５０℃以上低い温度混合することが更に好ましい。ゲル生成物質が寒天質である場合には、混合時の温度は、５０℃以下であることが好ましく、４０℃以下であることが更に好ましい。
【００３６】
本発明の混合物においては、成形用粉末１００重量部に対して、ゲル生成物質粉末の量を１重量部以上とすることが好ましく、３重量部以上とすることが更に好ましい。これによって、成形体の強度が一層高くなる。また、前述のように高いゲル強度を有するゲル生成物質を使用することによって、成形体の強度を高くすることができる。
【００３７】
また、成形用粉末１００重量部に対して、ゲル生成物質粉末の量を１０重量部以下とすることが好ましく、７重量部以下とすることが更に好ましい。これによって、ゲル生成物質の粉末を混合するのに際して、混合物スラリーから奪われる水の量が減るために、焼結体のマイクロクラックが効果的に抑制される。
【００３８】
ゲル生成物質が寒天である場合には、天草類、オバクサ類、ユイキリ属、オゴノリ属、サイミ属、エゴノリ属、イギス属やキリンサイ属などより作られる寒天であってよい。また、ゲル生成物質粉末の形態は、パウダー、フレーク、グラニュラー、ネットワークその他特殊な形状であってよい。
【００３９】
混合段階においては、例えばミキサー、特にプラネタリーミキサーを使用できる。この際、ミキサーに分散効率を高めるための高速回転チョッパーを設けることによって、混合物に剪断応力を加えることができる。
【００４０】
また、混合段階においては、図１（ａ）、（ｂ）に示したプロセスのように、混合物中に溶剤を添加することができる。この場合には、切断物を乾燥し、成形用材料中の溶剤含有量を調節することが好ましい。この乾燥方法としては、加熱下で所定時間、乾燥雰囲気中で放置することができる。
【００４１】
混合物を成形して成形用材料を得る段階では、成形用材料をペレタイゼーションし、ペレットを得ることができる。また、他の成形法、例えば鋳込み成形法、押し出し成形法を利用して混合物の成形体を得、この成形体を切断、造粒することもできる。ただし、ここで言う切断とは、混合物の成形体を細かくするような工程を言い、解砕、粉砕、造粒を含む概念である。
【００４２】
こうして得られた成形用材料の切断物、造粒物に対して、成形直前に所定量の溶剤を添加し、成形に供する。ここで、このときに添加する溶剤の量は必要最小限であってよく、このため切断物、造粒物は、従来の柔らかく湿潤した成形用材料と比べ、表面が乾燥した状態であり、流動しやすく，ホッパーに投入したとき，ホッパーへの付着性が少なく，またスクリューへの噛み込みも良好で扱いやすい。つまり、この切断物、造粒物は、プラスチックの射出成形用材料（ペレット）と同様に取り扱うことができる。
【００４３】
本発明においては、ゲル生成物質中の溶剤の含有量を３０重量％以下とし、それを成形用粉末１００重量部に対して１０重量部以下添加して得られた成形用材料は、一種の乾物として利用可能となる。そして、成形時には、成形用材料に適量の溶剤を添加し、含有させた後、成形工程に供することができる。ここで、ゲル生成物質中の溶剤の含有量を３０重量％以下とし、成形用材料が乾物として利用できることにより、成形用材料を保管、輸送したときに成形用材料の表面の状態で不均一になりにくく、これによって成形体に不均質な個所が生じにくい。この観点からは、ゲル生成物質中の溶剤の含有量を２２重量％以下とすることが好ましく、更には１７重量％以下とすることが好ましい。ただし、ゲル生成物質中の溶剤の含有量とは、原料であるゲル生成物質の粉末段階での溶剤の含有量である。
【００４４】
通常、成形用粉末に５重量％以下の溶剤が含まれ、成形用粉末１００重量部に対し、ゲル生成物質を１０重量部以下加えて成形用材料に供する。ゲル生成物質の溶剤含有量が３０重量％の場合、成形用粉末中のゲル生成物質の溶剤量は３重量％以下であり、成形用粉末の５％溶剤を加えても、成形用材料の溶剤含有量は８重量％以下となる。成形用材料を保管、輸送したときに成形用材料の表面の不均一を防止し、これによって成形体に不均質な個所を生じさせないようにするという観点からは、成形用材料の溶剤含有量を３重量％以下とすることが更に好ましく、１重量％以下とすることが一層好ましい。
【００４５】
好適な実施形態においては、成形用材料を絶乾状態とすることができる。この場合には、本発明の効果が特に大きい。
【００４６】
成形用材料の成形工程においては、成形方法は限定されず、射出成形、鋳込み成形、押出成形、ドクターブレード成形法であってよい。特に複雑な形状の成形体を製造するという観点からは、射出成形、鋳込み成形が好ましい。
【００４７】
好適な実施形態においては、成形工程の前に、成形用材料に対して溶剤を添加し、その溶剤含有量を調節する。この際の溶剤の添加方法は特に限定されない。成形用材料に対して溶剤を注入してもよく、溶剤を流延してもよく、溶剤を噴霧してもよい。特に好適な実施形態においては、成形用材料に対して溶剤を噴霧する。この段階で成形用材料に添加される溶剤の量は一般に少量で良いので、成形用材料に対して溶剤を噴霧することによって、少量の溶剤を成形用材料の全体に均一になじませることができる。
【００４８】
成形工程においては、成形用材料を成形機内に投入し、成形用材料を混練と同時に溶解温度以上の温度に加熱し、流動性のゾルを得る。加熱温度は、ゲル生成物質の種類によって異なるが、寒天質ゲル生成物質の場合には７５〜１２０℃とすることが好ましい。ただし、１００℃以上の温度では、水の沸騰を避けるために加圧することが好ましい。次いで、この加熱混練物を型中で冷却することによって、所望形状の成形体が得られる。この成形体を型から離型する。
【００４９】
好適な実施形態においては、８０℃で１０分間加熱したときの溶解率が９０％以上であるようなゲル生成物質の粉末を、出発原料として使用する。これは、寒天の場合には、いわゆる即溶性寒天ないし低温溶解姓寒天と呼ばれるものである。即溶性寒天は、例えば特許第１５２０３０４号公報に開示されている。
【００５０】
例えば通常の寒天は、９５℃以上にならないと溶解率が１００％に達しない。しかし、即溶性寒天は、７５℃以上で溶解率１００％を達成可能である。また，通常の寒天は１００％溶解するのに６０分近く時間がかかるのに対し，即溶性寒天は５分の加熱で溶解する．
【００５１】
溶解率の定義を述べる。特定のゲル生成物質に対して、加熱温度をその溶解温度に比べて充分に高くし、加熱時間を充分に長くして溶解させ、ゾルを生成させる。次いで、このゾルを冷却しゲルに固め，日寒水式ゼリー強度測定方法により，ゲルのゼリー強度を測定し，その強度値（最大強度値）を１００％とする。そして、このゲル生成物質と同種のゲル生成物質について、例えば８０℃で１０分間加熱してゾルとし、このゾルを冷却してゲル化させ、ゲルのゼリー強度を測定する。そして、このゼリー強度の最大強度値に対する割合を、８０℃の溶解率として定義する。
【００５２】
８０℃で１０分間加熱したときの溶解率が９０％以上であるようなゲル生成物質としては、寒天の他にカラギーナン、ファーセレラン、アルギン酸塩およびその誘導体、アゾドバクタービネランジーガム、ジェランガム、ペクチン、澱粉およびその誘導体、ゼラチン、改質乳清タンパクなどを例示できる。
【００５３】
このような８０℃，１０分間の加熱条件で充分に溶解するゲル生成物質を使用することによって、以下の作用効果が得られる。
【００５４】
即ち、成形用材料を加熱して溶解させる場合には、ゲル生成物質の溶解温度以上に加熱することが一般に必要である。以下、寒天を例にとって述べる。成形用材料を例えばホッパーを通して射出成形機内に投入して成形するためには、成形用材料の温度を、一般的には寒天の溶解温度である９０℃以上に加熱する必要がある。しかし、射出成形機における材料の加熱温度を９０℃以上に設定すると、成形機の内部では、機械的な剪断による発熱も伴うため，局所的には１００℃近くまで材料の温度が上昇することがある。一般的に寒天の場合には水を溶剤として使用していることから、局所的に材料の温度が１００℃近くに達すると、水分が急激に蒸発し、材料中の水分が局所的に低下し、材料の流動性が失われるおそれがある。このように射出成形の最中に成形用材料に局所的な水分含有量の低下が発生すると，成形体において充填不足、充填ムラ、密度ムラの原因となる。
【００５５】
こうした問題を防止するためには、射出成形機内において、８０〜８５℃の加熱温度条件で成形用材料を加熱することが考えられる。しかし、この温度は寒天の１００％溶解温度よりもかなり低いために、寒天ゲルが充分に溶解せず、局所的に残留することがある。この状態で成形を行うと、成形体の充填ムラ、局所的な欠陥の原因となる。
【００５６】
これに対して、好適な実施形態においては、８０℃，１０分間の加熱条件で充分に溶解するゲル生成物質の粉末を使用し、これを成形用粉末とゾル化しない温度で混合して成形用材料を作成する。こうして得られた成形用材料は、射出成形機の内部において例えば８０℃で充分に溶解する。従って、成形機における水分の局所的な蒸発を避け、均一なゾルを生成させることができる。
【００５７】
なお、８０℃，１０分間の加熱条件で充分に溶解するゲル生成物質を使用することによって、射出成形以外の成形方法および水以外の溶剤を適用した場合にも、やはり成形機における溶剤の局所的な蒸発を避け、均一なゾルを生成させることができる。
【００５８】
【実施例】
（実施例１：即溶性寒天の粉末を使用した例）
図１（ｂ）に示すプロセスに従って、アルミナ焼結体を製造した。まず、プラネタリミキサーを混合機として用いた。その混合槽に，以下の材料を投入した。
アルミナ粉末： 易焼結性低ソーダアルミナ（住友化学工業株式会社製「ＡＥＳ−１１」、純度９９．５％、ＢＥＴ比表面積７ｍ２／ｇ、平均粒子径０．５μｍ）５ｋｇ
分散剤： ポリアクリル酸アンモニウム共重合体（東亞合成株式会社製「Ａ−６１１４」、分子量１００００ＭＷ、ｐＨ７〜９、３９〜４１％溶液：：アルミナ粉末に対して０．９％
粉末寒天（伊那食品工業株式会社製、即溶性寒天「UM11」、ゲル強度１０４０ｇ／ｃｍ２）： アルミナ粉末に対し３％。この寒天粉末の８０℃、１０分間の加熱条件における溶解率は９５％である。
イオン交換水：混合物全体に対する水分量が１７％となるように添加
【００５９】
上記の混合物をプラネタリーミキサーで十分混合した後、φ１の開口部を持つ押出造粒機（不二パウダル社製ファインリューザー）で押出成形し、押し出された円柱物を長さ４ｍｍ程度で切断し、切断物を得た。この切断物を１３０℃で１０時間、絶乾状態に乾燥させ、インスタント成形用材料を得た。
【００６０】
この成形用材料を回転乾燥機上に載せ，乾燥機を一定の速さで回転させながら、霧吹きを用い成形用材料に均一に水分を噴霧した。噴霧された水分は，容器等への付着や，大気への放散等により、すべてが粉末に吸着されるわけではない。そこで、目標水分含有量１７％に対し，２２％の計算量の水分を添加することにより、成形用材料中の水分含有量がほぼ目標水分値になることを経験的に確認した。加水された成形用材料を袋に入れ、水分が蒸発しない状態にし、袋混合し、水分の均一性を高めた。そして、更に１晩そのまま放置し、水分含有量のバラツキのできるだけ少ない状態にしておいた。
【００６１】
この成形用材料を袋から出し、型締め３０トンの電動射出成形機にホッパーを通してより成形し、一辺６０ｍｍ、厚さ６ｍｍの平板を成形した。射出成形機における加熱温度は８０℃とした。成形後は柔らかい状態であるが、しばらく放置しておくと乾燥し、保形力が高くなる。この成形体を室温にて一昼夜自然乾燥した後、１３０℃の乾燥機中で残留水分を除去し、昇温速度３００℃／時間、最高温度で１６００℃、１６００℃での保持時間２時間の条件で焼成した。冷却は、自然放冷で行った。こうして目標とするアルミナセラミック焼結体が得られた。焼結体には、充填ムラ、密度ムラ、欠陥は見られなかった。
【００６２】
（実施例２）
実施例１において、即溶性寒天の代わりに、通常の粉末寒天（伊那食品工業社製「ＸＧ８９」ゲル強度８４０ｇ／ｃｍ2 ）を使用した。また、射出成形機における加熱温度は実施例１より高温の９０℃とし、ゲルに剪断力を加えた。他は実施例１と同様にしてアルミナ焼結体を製造した。得られた焼結体には、充填ムラ、密度ムラ、欠陥は見られなかった。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ゲル生成物質を用いた成形用粉末を成形するのに際して、成形に供するべき成形用材料の水分含有量の均一性を向上させ、焼結時の収縮率の不均一を抑制できるような、新たな成形方法および成形用材料を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る成形プロセスを示すフロー図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る成形プロセスを示すフロー図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明外の成形プロセスを示すフロー図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molding material, a molded body, a sintered body, and a method for producing the molding material.
[0002]
[Prior art]
In the ceramics field and metallurgy field, there are the following methods for obtaining a compact having a complicated shape by molding a molding powder such as ceramic powder or metal powder.
[0003]
(1) Injection molding method using wax and resin binder
The molding material is produced by heating and softening the molding powder and wax or resin binder to a temperature above the melting temperature of the resin binder, uniformly kneading, cooling to a temperature below the melting point of the binder, and solidifying. Since the obtained molding material is so hard that it cannot be deformed by hand at room temperature, it is heated again to the softening temperature of the binder, put into an extruder, and the extrudate is cut and pelletized. Alternatively, the hard molding material can be crushed as it is and pelletized. This pellet is put into an injection molding machine, softened by heating, and molded.
[0004]
(2) Water-based injection molding method using agar
This method is described in, for example, Japanese Patent No. 2604925 and Japanese Patent No. 3105225.
(Method 2a)
For example, as shown in FIG. 3 (a), a molding powder and a solvent (for example, water) are mixed, a gel-forming substance (for example, agar) powder is added to the resulting mixture, and the melting temperature of the gel-forming substance or higher ( The sol is produced by heating to 90 ° C. or more. The sol is then gelled by cooling to a temperature below the gel point. The resulting gel is soft enough to be deformed by hand. In this material system, the sol formed by water and agar serves as a binder for the molding powder. Next, the gel is pulverized to obtain a pellet-shaped molding material. The moisture content in this molding material is adjusted by drying or humidification to obtain a molding material in a state where a specified amount of moisture remains. The shrinkage rate of the molded body and the fired body can be controlled by the residual water content. A molding material having a predetermined moisture content is put into an injection molding machine, and heated and softened for molding.
[0005]
(Method 2b)
Also, as shown in FIG. 3 (b), after heating the mixture of the molding powder, water and the gel-forming substance to produce a sol, the sol is put into an injection molding machine while maintaining a temperature at which the sol does not gel. A method of injection molding is also known.
[0006]
Agar, an extract from seaweed, becomes a sol-like viscous liquid at 95-100 ° C. in the presence of water, and gels at 35-45 ° C. to become an elastic substance. Agar powder having such properties is mixed with molding powder instead of resin binder and the like, and water is added to knead until a clay-like plasticity is obtained. When the kneaded material is put into, for example, an injection molding machine and heated at 90 ° C. or higher, the agar becomes sol and the fluidity is increased, so that injection molding can be performed uniformly at a lower pressure than the conventional wax binder material. In this method, since the mold can be injected into the mold at a low pressure and molded, the transferability of the complex-shaped mold is good and the wear in the molding machine is small. In addition, when agar is cooled to 35 ° C. to 45 ° C., it gels and becomes an elastic solid and has good releasability from the mold. Gelled agar is very easy to release water even under normal temperature ventilation, so it can be easily dried and the molded shape can be maintained with considerable strength. After drying the molded body, it is possible to immediately proceed to the sintering process without going through the degreasing process. Here, the agar contained in the molded body is degreased at about 400 ° C., and no harmful gas is generated as in the case of conventional binders such as wax and resin.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above method 2a, it is necessary to adjust the moisture content in the gel-like molding material containing the molding powder and the gel-forming substance by drying or humidification to obtain a molding material with a specified amount of moisture remaining. There is. However, this generally takes a long time and wastes energy. For example, at the stage of the gel-like molding material, 25% of moisture is contained, and the moisture content is adjusted to, for example, 17% by drying and conditioning the gel. However, it is difficult to uniformly evaporate such a large amount of water from the gel with high accuracy. If moisture evaporates unevenly from the surface of the beret-shaped molding material, the moisture content on the surface of the molding material becomes non-uniform, and as a result, the shrinkage rate during sintering may be non-uniform.
[0008]
In addition, if the molding material is stored and transported after adjusting the moisture content in the molding material, the amount of moisture in the molding material is greater than the amount of parallel moisture that can be held in the gel-forming substance, so the change in environmental temperature Thus, the moisture content of the molding material becomes non-uniform, for example, moisture evaporation occurs during storage of the molding material. As a result, the shrinkage rate during sintering may be non-uniform.
[0009]
In addition, when water and agar are used as molding aids, if the molding material is stored for a long period (about one month) or stored at a high temperature of 25 ° C. or higher, the water activity is high. Since it is a natural product and biodegradable, a rot phenomenon occurs due to the growth of microorganisms, the molecular chain is cut, and the physical properties of the gel deteriorate. As a result, the gel strength required for the molded body may not be obtained.
[0010]
Further, the granulated product of the molding material has adhesiveness, and when the granulated product is put into a hopper for an injection molding machine, the fluidity of the granulated product in the hopper is poor. For this reason, it is easy to produce a bridge | bridging because a granulated material adheres to a hopper wall surface, or granulated materials mutually adhere. For this reason, a hopper feeder for forcing the molding material into the screw is necessary.
[0011]
The object of the present invention is to improve the uniformity of the moisture content of the molding material to be used for molding when molding the molding powder using the gel-forming substance and to suppress the non-uniform shrinkage rate during sintering. It is to provide a new molding method and molding material that can be used.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a molding material to be subjected to a molding process, and comprises a mixture obtained by mixing at least a molding powder and a gel-forming substance powder at a temperature that does not cause the gel-forming substance to be solated, The gel-forming substance is added in an amount of 10 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the molding powder, and the content of the solvent in the gel-forming substance is 30% by weight or less.
[0013]
The present invention also relates to a molding material to be used in the molding process, wherein at least the molding powder and the gel-forming substance powder are mixed at a temperature that does not cause the gel-forming substance to be solated. The content of the solvent in the molding material is 8% by weight or less The dissolution rate when the gel-forming substance is heated at 80 ° C. for 10 minutes is 90% or more. It is characterized by that.
[0014]
Further, the present invention relates to a molded body characterized by comprising the molding material.
[0015]
The present invention also relates to a sintered body obtained by sintering the molded body.
[0016]
The present invention is also a method for producing a molding material to be used in a molding process, by mixing at least a molding powder and a gel-forming substance powder at a temperature that does not cause the gel-forming substance to be solated. A mixture is obtained. In this case, 10 parts by weight or less of the gel-forming substance is added to 100 parts by weight of the molding powder, and the solvent content in the gel-forming substance is 30% or less.
[0017]
The present invention is also a method for producing a molding material to be used in a molding process, by mixing at least a molding powder and a gel-forming substance powder at a temperature that does not cause the gel-forming substance to be solated. Obtain a mixture, the content of the solvent in the molding material The 8% by weight or less The dissolution rate when the gel-forming substance is heated at 80 ° C. for 10 minutes is 90% or more. It is characterized by that.
[0018]
The inventor mixes the molding powder and the gel-forming substance powder at a temperature that does not cause the gel-forming substance to be solated, for example, room temperature, to obtain a mixture, and uses this mixture as a molding material for the next molding step. I thought of that. Thus, mixing the powder for molding and the powder of the gel-forming substance without making them into a sol to obtain a uniform mixture and subjecting this mixture to the molding process is unparalleled in the ceramics and metallurgical fields.
[0019]
This molding material is a kind of dry matter that has not passed through solification, and since the solvent content is small, there is little surface non-uniformity due to non-uniform evaporation of the solvent from the surface of the molding material, In addition, there was no non-uniform evaporation of the solvent from the surface of the molding material during storage or transportation, and no non-uniform surface condition. Moreover, the obtained molded body has a quality equal to or higher than that of a molded body obtained by a conventional method using a gel-forming substance, for example, strength.
[0020]
Thus, by cutting the mixture of the gel-generating substance and the molding powder without passing through the solation step before molding, which has been essential in the past, a molding material is obtained, and the molding material is molded. Even when subjected to the sintering process, it was surprising that a quality equivalent to or higher than that of a conventional sintered body was obtained and no deterioration was observed.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2A, and FIG. 2B each show a process according to each embodiment of the present invention.
[0022]
In FIG. 1A, a molding powder, a gel-forming substance, and a solvent are mixed at a temperature that does not cause sol formation, and the mixture is molded and cut. Then, by drying the cut product, excess solvent is removed to obtain a molding material having a predetermined amount of solvent content. This molding material is stored in a sealed container, and then a predetermined amount of solvent is added to the molding material and molded to obtain a molded body.
[0023]
In FIG. 1B, the molding powder, the gel-forming substance, and the solvent are mixed at a temperature that does not cause solification, and the mixture is molded and cut. Then, by drying the cut product, excess solvent is removed to obtain a molding material having a predetermined amount of solvent content. A predetermined amount of solvent is added to the molding material and then stored in a closed container. Then, the molding material is taken out from the container and used for molding.
[0024]
In Fig.2 (a), the powder for shaping | molding and a gel production | generation substance are mixed. At this time, the solvent is not added at all or only a trace amount is added. Next, the mixture is molded, and the molded body is cut to obtain a molding material. This molding material is in an absolutely dry state or contains at least a trace amount of solvent. The molding material is then stored in a sealed container. Before molding, the molding material is taken out from the container, and after a predetermined amount of solvent is added, it is subjected to molding.
[0025]
In FIG.2 (b), the powder for shaping | molding and a gel production | generation substance are mixed. At this time, the solvent is not added at all or only a trace amount is added. Next, the mixture is molded, and the molded body is cut to obtain a molding material. This molding material is in an absolutely dry state or contains at least a trace amount of solvent. Next, the solvent content in the molding material is adjusted by adding a predetermined amount of solvent to the molding material. This molding material is accommodated in a container. Immediately before molding, the molding material is taken out of the container and used for molding.
[0026]
As described above, in the method in which the molding material composed of the non-solated mixture is used in the molding process, a process for removing a large amount of solvent is not required as in the case where the molding material is made into a sol before molding. In the process of FIG. 1, there is a drying step, but this is not a step for evaporating a large amount of solvent as in the case of sol formation, but a step for equalizing the solvent content of the molding material as a dry matter. .
[0027]
Hereinafter, it demonstrates in order of the above-mentioned each process.
The molding powder targeted in the present invention is not particularly limited as long as it is a molding powder that is sintered by heating to form a sintered body. The molding powder is preferably a powder that does not cause dissolution in a solvent or reaction with the solvent. The molding powder is preferably an inorganic powder, particularly preferably an inorganic powder for sintering. The inorganic powder is typically a ceramic powder, a metal powder, a ceramic-metal composite material powder, or a mixed powder thereof. Examples of ceramics include oxide ceramics such as oxides of rare earth elements such as alumina, zirconia, titania, silica, magnesia, ferrite, cordierite, and yttria; barium titanate, strontium titanate, lead zirconate titanate, rare earth Examples include complex oxides such as elemental manganite and rare earth element chromite; nitride ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, and sialon; and carbide ceramics such as silicon carbide, boron carbide, and tungsten carbide. Examples of the metal include iron-based metals such as iron, stainless steel, and carbonyl iron, non-ferrous metals such as titanium, copper, and aluminum, and alloys of non-ferrous metals. Examples of the inorganic powder include graphite, glass, and carbon. Furthermore, resin powder can be illustrated as molding powders other than inorganic powder.
[0028]
The average particle size of the molding powder is not particularly limited, and may be, for example, 100 μm or less, or 5 μm or less.
[0029]
There is no particular lower limit of the average particle size of the molding powder from the viewpoint of the present invention. Although it can be 0.1 μm or more from a general and economical viewpoint, it is not limited thereto.
[0030]
The gel-forming substance is a substance that generates a fluid sol by heating to a temperature equal to or higher than the dissolution temperature, and then generates a gel by cooling the sol to a temperature below the gel point. As described in Japanese Patent No. 2604592, the gel-forming substance has a gel strength between 0 and 22 ° C. at 1.5% by weight when water is used as a solvent, at least 500 g / cm. 2 Is preferred. In a preferred embodiment, the gel-forming substance is a substance that reversibly generates a sol above the melting temperature and generates a gel at a temperature below the gel point.
[0031]
Particularly preferably, the gel-forming substance is a natural or synthetic hydrocolloid. Hydrocolloids include polysaccharides such as agar, carrageenan, farseleran, alginic acid and derivatives thereof, azodobacter vinelandie gum, gellan gum (deacylated or native type), pectin, curdlan, starch and derivatives thereof, silium seed gum, Examples include proteins such as gelatin, chitin, chitosan, and modified whey protein. Furthermore, locust bean gum, tara bean gum, cassia gum, guar gum, fenucreak gum, konjac mannan (including refined glucomannan), xanthan gum, tamarind gum, locust, gum arabic, arabinogalactan, Examples thereof include gel products in which at least one or more of crystalline cellulose, sodium fibroneglycolate, methylcellulose, gati gum, almond gum, welan gum, tragacanth gum, pullulan, soybean polysaccharide and the like are added.
[0032]
In a particularly preferred embodiment, polysaccharides based on galactose are used. Preferably the polysaccharide is an agar gel forming material. The agar gel-forming substance includes all gel-forming substances of agar quality, and includes not only high-purity agarose but also low-purity agar containing a large amount of agaropectin components, and also includes modified agar. Pure agar is called agarose and is neutral with repeating units of β-D-galactopyranose bonded at the 1,3-position and 3,6-anhydro-L-galactopyranose bonded at the 1,4-position. It is a polysaccharide. The agar gel-forming substance may also contain an agarose derivative. When agarose partially contains sulfate ester, methoxyl, pyruvate, etc., it is called agaropectin. Common agar is a mixture of agarose and agaropectin.
[0033]
When agarose and an agarose derivative (typically agaropectin) are contained in the agar gel forming substance, the ratio of the agarose and the agarose derivative varies depending on the intended use. The agarose derivative contains ash such as sodium, potassium, calcium and sulfuric acid. For this reason, it is preferable that the amount of the agarose derivative is small in applications where impurities are hated, such as fine ceramics. Specifically, an ash content of 2% by weight or less is preferable, and a high-purity agarose having an ash content of 1% by weight or less is particularly preferable.
[0034]
The solvent is a solvent for a gel generating material that dissolves the gel generating material powder, generates a sol when heated, and generates a gel when the temperature is lowered. As this solvent, water is particularly preferable, but it may be a hydrophilic organic compound solvent such as an alcohol as a poor solvent, and also exhibits a function as a good solvent by a mixed solvent of water and a hydrophilic organic compound solvent. If it is. As the hydrophilic organic compound, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, and alcohols substituted with chlorine or bromine atoms are preferable.
[0035]
The temperature at which at least the molding powder and the gel-forming substance are mixed is a temperature at which the gel-forming substance does not dissolve or be solated, and is lower than the melting temperature of the gel-forming substance. The melting temperature of the gel-forming substance is a temperature at which the gel-forming substance dissolves in the solvent and forms a sol when the gel-forming substance is mixed with the solvent and then the temperature is raised. Therefore, even for the same gel-forming substance, the dissolution temperature may vary if the solvent is different. In the present invention, it is preferable to mix at a temperature lower than the melting temperature by 30 ° C. or more, and further preferable to mix at a temperature lower than the melting temperature by 50 ° C. or more. When the gel-forming substance is agar, the temperature during mixing is preferably 50 ° C. or less, and more preferably 40 ° C. or less.
[0036]
In the mixture of the present invention, the amount of the gel-forming substance powder is preferably 1 part by weight or more, and more preferably 3 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the molding powder. This further increases the strength of the molded body. Moreover, the strength of the molded body can be increased by using a gel-forming substance having a high gel strength as described above.
[0037]
Further, the amount of the gel-forming substance powder is preferably 10 parts by weight or less, and more preferably 7 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the molding powder. This reduces the amount of water taken away from the mixture slurry when mixing the gel-forming substance powder, thereby effectively suppressing microcracks in the sintered body.
[0038]
In the case where the gel-forming substance is agar, it may be agar made from Amakusa, Obakusa, Yuikiri, Ogonori, Saimi, Egonori, Igis or Giraffe. The form of the gel-forming substance powder may be powder, flakes, granular, network or other special shapes.
[0039]
In the mixing stage, for example, a mixer, in particular a planetary mixer, can be used. At this time, shear stress can be applied to the mixture by providing the mixer with a high-speed rotating chopper for increasing the dispersion efficiency.
[0040]
In the mixing stage, a solvent can be added to the mixture as in the process shown in FIGS. In this case, it is preferable to dry the cut product and adjust the solvent content in the molding material. As this drying method, it can be left in a dry atmosphere for a predetermined time under heating.
[0041]
In the step of molding the mixture to obtain a molding material, the molding material can be pelletized to obtain pellets. Moreover, the molded object of a mixture can be obtained using another shaping | molding method, for example, a casting molding method and an extrusion molding method, and this molded object can also be cut | disconnected and granulated. However, the term “cutting” as used herein refers to a process for making a compact of the mixture fine, and is a concept including crushing, pulverization, and granulation.
[0042]
A predetermined amount of a solvent is added to the cut and granulated material obtained in this manner immediately before molding, and the resulting material is subjected to molding. Here, the amount of the solvent added at this time may be the minimum necessary. Therefore, the cut and granulated material has a dry surface compared to the conventional soft and wet molding material, and the flow It is easy to handle and has low adhesion to the hopper when it is put into the hopper. That is, the cut product and the granulated product can be handled in the same manner as a plastic injection molding material (pellet).
[0043]
In the present invention, the molding material obtained by setting the content of the solvent in the gel-forming substance to 30% by weight or less and adding 10 parts by weight or less to 100 parts by weight of the molding powder is a kind of dry matter. Will be available as And at the time of shaping | molding, after adding a suitable quantity solvent to a molding material and making it contain, it can use for a shaping | molding process. Here, the content of the solvent in the gel-forming substance is set to 30% by weight or less, and the molding material can be used as a dry matter. Therefore, when the molding material is stored and transported, the surface of the molding material is not uniform. This makes it difficult to form inhomogeneous portions in the molded body. From this viewpoint, the content of the solvent in the gel-forming substance is preferably 22% by weight or less, and more preferably 17% by weight or less. However, the content of the solvent in the gel-forming substance is the content of the solvent in the powder stage of the gel-forming substance that is a raw material.
[0044]
Usually, 5% by weight or less of a solvent is contained in the molding powder, and 10 parts by weight or less of the gel-forming substance is added to 100 parts by weight of the molding powder to provide a molding material. When the solvent content of the gel-forming substance is 30% by weight, the amount of the solvent of the gel-forming substance in the molding powder is 3% by weight or less. The content is 8% by weight or less. From the viewpoint of preventing unevenness of the surface of the molding material when the molding material is stored and transported, thereby preventing the formation of non-homogeneous parts in the molded product, the solvent content of the molding material is reduced. It is more preferably 3% by weight or less, and further preferably 1% by weight or less.
[0045]
In a preferred embodiment, the molding material can be absolutely dry. In this case, the effect of the present invention is particularly great.
[0046]
In the molding process of the molding material, the molding method is not limited, and may be injection molding, cast molding, extrusion molding, doctor blade molding method. In particular, injection molding and cast molding are preferable from the viewpoint of producing a molded body having a complicated shape.
[0047]
In a preferred embodiment, a solvent is added to the molding material and the solvent content is adjusted before the molding step. The method for adding the solvent at this time is not particularly limited. A solvent may be injected into the molding material, the solvent may be cast, or the solvent may be sprayed. In a particularly preferred embodiment, a solvent is sprayed onto the molding material. Since the amount of the solvent added to the molding material at this stage is generally small, a small amount of the solvent can be uniformly applied to the entire molding material by spraying the solvent onto the molding material. .
[0048]
In the molding step, the molding material is put into a molding machine, and the molding material is heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature at the same time as kneading to obtain a fluid sol. The heating temperature varies depending on the type of gel-forming substance, but is preferably 75 to 120 ° C. in the case of an agar-like gel-forming substance. However, at a temperature of 100 ° C. or higher, it is preferable to apply pressure in order to avoid boiling of water. Next, the heat-kneaded product is cooled in a mold to obtain a molded body having a desired shape. The molded body is released from the mold.
[0049]
In a preferred embodiment, a gel-forming substance powder having a dissolution rate of 90% or more when heated at 80 ° C. for 10 minutes is used as a starting material. In the case of agar, this is called so-called quick-melt agar or low-temperature melted agar. Rapidly soluble agar is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 1520304.
[0050]
For example, ordinary agar does not reach a dissolution rate of 100% unless the temperature exceeds 95 ° C. However, instantly soluble agar can achieve a dissolution rate of 100% at 75 ° C. or higher. Ordinary agar dissolves almost 60 minutes to dissolve 100%, while fast soluble agar dissolves by heating for 5 minutes.
[0051]
Describe the definition of dissolution rate. For a specific gel-forming substance, the heating temperature is set sufficiently higher than the dissolution temperature, and the heating time is set to be sufficiently long to dissolve, thereby forming a sol. Next, this sol is cooled and solidified into a gel, and the jelly strength of the gel is measured by a method of measuring the strength of a jelly water jelly, and the strength value (maximum strength value) is set to 100%. Then, a gel-forming substance of the same type as this gel-forming substance is heated to 80 ° C. for 10 minutes to form a sol, and the sol is cooled to be gelled, and the gel jelly strength is measured. The ratio of the jelly strength to the maximum strength value is defined as the dissolution rate at 80 ° C.
[0052]
Examples of gel-forming substances having a dissolution rate of 90% or more when heated at 80 ° C. for 10 minutes include carrageenan, farseleran, alginates and derivatives thereof, azodobacter vinegared gum, gellan gum, pectin , Starch and derivatives thereof, gelatin, modified whey protein and the like.
[0053]
By using such a gel-forming substance that dissolves sufficiently at 80 ° C. for 10 minutes, the following effects can be obtained.
[0054]
That is, when the molding material is heated to be dissolved, it is generally necessary to heat it above the melting temperature of the gel-forming substance. Hereinafter, agar is taken as an example. In order to form a molding material by, for example, feeding it into an injection molding machine through a hopper, it is necessary to heat the molding material to 90 ° C. or higher, which is a melting temperature of agar. However, if the heating temperature of the material in the injection molding machine is set to 90 ° C. or higher, heat is generated by mechanical shearing inside the molding machine, so the temperature of the material may locally rise to near 100 ° C. is there. In general, in the case of agar, since water is used as a solvent, when the temperature of the material locally reaches around 100 ° C, the water rapidly evaporates and the water in the material is locally reduced. The fluidity of the material may be lost. As described above, when a local decrease in water content occurs in the molding material during the injection molding, it causes insufficient filling, uneven filling, and uneven density in the molded body.
[0055]
In order to prevent such a problem, it is conceivable to heat the molding material under a heating temperature condition of 80 to 85 ° C. in the injection molding machine. However, since this temperature is much lower than the 100% dissolution temperature of agar, the agar gel may not dissolve sufficiently and may remain locally. If the molding is performed in this state, it causes uneven filling of the molded body and local defects.
[0056]
On the other hand, in a preferred embodiment, a gel-forming substance powder that sufficiently dissolves under heating conditions of 80 ° C. for 10 minutes is used, and this is mixed with a molding powder at a temperature that does not sol. Create material. The molding material thus obtained dissolves sufficiently at, for example, 80 ° C. inside the injection molding machine. Therefore, local evaporation of moisture in the molding machine can be avoided and a uniform sol can be generated.
[0057]
In addition, even when a molding method other than injection molding and a solvent other than water are applied by using a gel-forming substance that sufficiently dissolves under heating conditions of 80 ° C. for 10 minutes, the local solvent of the molding machine is still used. Evaporation can be avoided and a uniform sol can be produced.
[0058]
【Example】
(Example 1: Example using instantly soluble agar powder)
An alumina sintered body was manufactured according to the process shown in FIG. First, a planetary mixer was used as a mixer. The following materials were charged into the mixing tank.
Alumina powder: Easily sinterable low soda alumina ("AES-11" manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., purity 99.5%, BET specific surface area 7m 2 / G, average particle size 0.5 μm) 5 kg
Dispersant: Ammonium polyacrylate copolymer (“A-6114” manufactured by Toagosei Co., Ltd., molecular weight 10000 MW, pH 7-9, 39-41% solution :: 0.9% with respect to alumina powder
Powdered agar (Ina Food Industry Co., Ltd., instantly soluble agar “UM11”, gel strength 1040 g / cm 2 ): 3% based on alumina powder. The dissolution rate of this agar powder under heating conditions of 80 ° C. and 10 minutes is 95%.
Ion-exchanged water: added so that the water content in the entire mixture is 17%
[0059]
After the above mixture is sufficiently mixed with a planetary mixer, it is extruded with an extrusion granulator (Fuji Rousdar made by Fuji Powder Co., Ltd.) having an opening of φ1, and the extruded cylinder is cut to a length of about 4 mm. As a result, a cut product was obtained. This cut product was dried at 130 ° C. for 10 hours in an absolutely dry state to obtain an instant molding material.
[0060]
The molding material was placed on a rotary dryer, and water was sprayed uniformly on the molding material using a spray bottle while rotating the dryer at a constant speed. The sprayed water is not all adsorbed by the powder due to adhesion to a container or the like or emission to the atmosphere. Therefore, it was empirically confirmed that the water content in the molding material becomes almost the target water value by adding 22% of the calculated amount of water to the target water content of 17%. The molded molding material was put into a bag, the water was not evaporated, and the bag was mixed to improve the moisture uniformity. And it was left as it was overnight, and it was made into the state with the smallest possible variation in moisture content.
[0061]
The molding material was taken out of the bag and molded by passing through a hopper through an electric injection molding machine having a clamping capacity of 30 tons to form a flat plate having a side of 60 mm and a thickness of 6 mm. The heating temperature in the injection molding machine was 80 ° C. Although it is in a soft state after molding, if it is left for a while, it dries and the shape-retaining power increases. The molded body was naturally dried at room temperature all day and night, after which residual moisture was removed in a dryer at 130 ° C., and the temperature rising rate was 300 ° C./hour, the maximum temperature was 1600 ° C., and the holding time at 1600 ° C. was 2 hours. Baked in. Cooling was performed by natural cooling. In this way, a target alumina ceramic sintered body was obtained. In the sintered body, no filling unevenness, density unevenness, and defects were observed.
[0062]
(Example 2)
In Example 1, instead of instantly soluble agar, ordinary powdered agar (“XG89” manufactured by Ina Food Industry Co., Ltd., gel strength 840 g / cm 2 )It was used. The heating temperature in the injection molding machine was 90 ° C., higher than that in Example 1, and a shearing force was applied to the gel. Otherwise, an alumina sintered body was produced in the same manner as in Example 1. In the obtained sintered body, filling unevenness, density unevenness, and defects were not observed.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when molding a molding powder using a gel-forming substance, the moisture content uniformity of the molding material to be subjected to molding is improved, and shrinkage during sintering is achieved. It is possible to provide a new molding method and molding material that can suppress the non-uniformity of the rate.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are flowcharts showing a molding process according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIGS. 2A and 2B are flowcharts showing a molding process according to an embodiment of the present invention, respectively.
FIGS. 3A and 3B are flowcharts showing a molding process outside the present invention, respectively.
Claims (23)
少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、前記ゲル生成物質のゾル化を生じない温度で混合することによって混合物を得、この際前記成形用粉末１００重量部に対して前記ゲル生成物質を１０重量部以下添加し、前記ゲル生成物質中の溶剤の含有量を３０重量％以下とすることを特徴とする、成形用材料の製造方法。A method for producing a molding material to be subjected to a molding process,
A mixture is obtained by mixing at least a molding powder and a gel-forming substance powder at a temperature at which the gel-forming substance does not cause sol formation. At this time, 10 parts of the gel-forming substance is added to 100 parts by weight of the molding powder. The manufacturing method of the molding material characterized by adding below a weight part and making content of the solvent in the said gel production | generation substance into 30 weight% or less.
少なくとも成形用粉末およびゲル生成物質の粉末を、前記ゲル生成物質のゾル化を生じない温度で混合することによって混合物を得、この際前記成形用材料中の溶剤の含有量を８重量％以下とし、前記ゲル生成物質を８０℃で１０分間加熱したときの溶解率が９０％以上であることを特徴とする、成形用材料の製造方法。A method for producing a molding material to be subjected to a molding process,
A mixture is obtained by mixing at least a molding powder and a gel-forming substance powder at a temperature at which the gel-forming substance does not form a sol, and the content of the solvent in the molding material is 8% by weight or less. And the dissolution rate when the said gel production | generation substance is heated for 10 minutes at 80 degreeC is 90% or more, The manufacturing method of the molding material characterized by the above-mentioned .
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