JP4236146B2 - 多孔質ベーマイト成形体及び多孔質アルミナ成形体 - Google Patents

多孔質ベーマイト成形体及び多孔質アルミナ成形体

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河合石灰工業株式会社
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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベーマイト成形体及びアルミナ成形体に関し、詳細には、多孔質、低嵩比重で高強度を有し、フィルター、触媒、触媒担体、易加工性セラミックス、摺動部材、蒸散剤などに好適な多孔質ベーマイト成形体及び多孔質アルミナ成形体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、AlO(OH)で示されるベーマイトは、紛末の状態で、プラスチック、ゴム等のフィラー、触媒担体、製紙用充填剤、塗料用顔料、アルミナの原料などとして用いられるのが一般的であった。
【0003】
一方、ベーマイトを成形しても強度の点で不十分なため、これまで成形体として用いられることはほとんどなかったが、特開昭58−145618号公報には100℃以上の温度で処理することによりベーマイトを形成するアルミニウム含有化合物の少なくとも2種以上を水熱処理して得られるベーマイト成形体について記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭58−145618号公報に記載のベーマイト成形体は、高強度で低嵩比重であるというものの、嵩比重は1以上であり、成形体としての実用に供するためには更に高強度で軽量なベーマイト成形体が望まれる。また、特開昭58−145618号公報には、ベーマイト成形体を焼成して得られるγ−アルミナ成形体がフイルター、触媒、触媒担体などに用い得ることについて記載されるものの、ベーマイト成形体自体が多孔質でフイルターなどとして用い得ることは明らかでなく、アルミナに焼成しなくとも多孔質、低嵩比重で強度に優れ、フイルターなどに用い得るベーマイト成形体の出現が望まれる。
【0005】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、多孔質、低嵩比重でありながら高強度で、様々な用途に適用できる多孔質ベーマイト成形体及びこれを焼成して得られる多孔質アルミナ成形体を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ね、ベーマイトの連晶構造に注目して本発明に想到した。
すなわち、本発明の多孔質ベーマイト成形体は、平均粒径が5〜10μmの水酸化アルミニウムと、反応促進剤の水酸化ナトリウム又は水酸化カルシウムと、水とからなる混合物を140℃〜350℃未満で水熱処理して得られ、嵩比重が1未満で、気孔率が65%以上であって、かつ曲げ強さ(JIS R 1601)が400N/cm以上である板状の結晶からなる。また、本発明の多孔質ベーマイト成形体は、平均粒径が5〜10μmの水酸化アルミニウムと、反応促進剤の硫酸マグネシウムと、水とからなる混合物を140℃〜350℃未満で水熱処理して得られ、嵩比重が1未満で、気孔率が65%以上であって、かつ曲げ強さ(JIS R 1601)が400N/cm以上である針状の結晶からなる。ベーマイト成形体は、前記混合物を所望の形状の容器に充填後、水熱処理しても、前記混合物を所望の形状にプレス成形後、水熱処理しても、あるいは水酸化アルミニウムの粉末をプレス成形後、反応促進剤の水溶液に含浸させた後、水熱処理しても得られる。また、前記混合物に増粘剤を添加しても良い。なお、ここで水酸化アルミニウムと反応促進剤と水の混合物とは、これらを単に混ぜ合わせる場合のみならず、水酸化アルミニウムの粉末のプレス成形物に反応促進剤の水溶液を含浸させる場合をも包含する。
【0007】
反応促進剤の添加量は、水酸化アルミニウムに対して0.01〜50モル%が好ましい。
【0008】
また、多孔質ベーマイト成形体は、板状又は針状のベーマイト結晶が、連晶構造をとり繋がり合って連続気孔を形成する。
【0009】
また、本発明は、上記の各発明の多孔質ベーマイト成形体を焼成して得られる多孔質アルミナ成形体に関する。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の多孔質ベーマイト成形体は、水酸化アルミニウムと反応促進剤と水の混合物を水熱処理することにより得ることができる。水酸化アルミニウムは、特に限定されず、アルマイト製造時などに生じた廃棄物として処理されるものを用いることもできる。また、水酸化アルミニウムの平均粒径も特に限定されないが、2μm以上が好ましく、5〜10μmがより好ましい。平均粒径が2μm未満では、十分に多孔質、低嵩比重で高強度の多孔質ベーマイト成形体が得られ難いからである。
【0011】
反応促進剤は、ナトリウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属あるいはマグネシウムの水酸化物、酸化物、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、燐酸塩、酢酸塩、ギ酸塩などの有機酸塩などから選ばれた一種以上を用いることができる。これらの中でも、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の場合、水酸化物が好ましく、特に水酸化ナトリウムが好ましい。マグネシウムの場合は、硫酸マグネシウムが好ましい。また、マグネシウムを用いる場合は、針状の結晶からなる多孔質ベーマイト成形体が得られ、他の場合は板状の結晶からなる多孔質ベーマイト成形体が得られる。
【0012】
反応促進剤の添加量は、水酸化アルミニウムに対して0.01〜50モル%が好ましく、より好ましくは0.08〜20モル%で、最も好ましくは1〜10モル%である。0.01モル%より少ないとベーマイトが十分なアスペクト比を備えた板状あるいは針状の結晶にならないため、結晶同士の繋がり合いが弱くなり十分な強度を得られないからであり、50モル%より多いとコスト面で好ましくなく、また不純物が多くなるからである。
【0013】
水熱処理は、オートクレーブなどの加圧容器を用いて140℃〜350℃未満、より好ましくは150℃〜220℃で行う。反応時間は、1〜50時間で行うことができるが、好ましくは1〜10時間である。1時間より短いと水熱反応によりベーマイトの結晶が十分に生成しないからであり、50時間を超えてまで水熱反応することはなく、エネルギーの無駄となるからである。
【0014】
本発明の多孔質ベーマイト成形体は、様々な態様で水熱処理に供することができる。すなわち、水酸化アルミニウムと反応促進剤と水を混合後、所望の形状の容器に充填し、そのまま水熱処理することも、これらを加圧成形機などで所望の形状にプレス成形した後、水熱処理することも、あるいは紛状の水酸化アルミニウムを所望の形状に加圧成形機などでプレス成形した後、反応促進剤の水溶液を十分に含浸させ、水熱処理することもできる。また、水酸化アルミニウムと反応促進剤と水とからなる混合物に増粘剤を添加して水熱処理し、多孔質ベーマイト成形体を製造することもできる。これにより、大きな粒径の水酸化アルミニウムも均一に分散させることができ、より多孔質、低嵩比重で高強度の多孔質ベーマイト成形体が得られ易くなるからである。増粘剤としては特に限定はなく、一般に用いられるポリビニルアルコール、メチルセルロース、アラビアゴム、ケイソウ土、ベントナイト、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸エステル、ローカストビーンガムなどを挙げることができるが、酸性が強くなると水熱反応が阻害され易くなるため、弱酸性〜アルカリ性のものが好ましく、特にポリアクリル酸エステル(エマルジョン)は、ベーマイト結晶の成長が促進され、強度の向上、気孔率の向上に寄与し得るのでより好ましく用いることができる。
なお、上記でいう容器は、金型をも包含するものである。
【0015】
本発明の多孔質ベーマイト成形体が、多孔質、低嵩比重で高い強度を維持できるのは、板状あるいは針状のベーマイトの結晶が連晶構造を形成し繋がり合うことによるものと推測される。また、連続気孔が形成されるので極めて多孔質で、ガス透過性に卓越し、以下の様々な用途、とりわけ可及的に多孔質であることが要求される用途に好適に供し得ると同時に焼成しなくても極めて多孔質な成形体となるためエネルギーの節減をも図ることができる。また、従来からある多孔体のように粒状や塊状ではなく、板状又は針状であるため、比表面積も高い。従って、本発明の多孔質ベーマイト成形体は、特に、フイルター、酸素センサー隔壁、易加工性セラミックス、触媒、触媒担体、摺動部材(ワックスなどを含浸させる)、芳香剤など蒸散剤、水素吸蔵部材、内装材、耐火被覆材などに好適に用いることができる。
【0016】
また、本発明の多孔質ベーマイト成形体を焼成して多孔質なアルミナ成形体(γ、δ、θ等の遷移アルミナ及びα−アルミナ)を製造することもできる。焼成は、通常、遷移アルミナは550℃以上、α−アルミナは1500℃以上で行う。本発明の多孔質アルミナ成形体は、従来のように増粘剤を加えなくとも製造することできるので、脱脂工程が不要でより簡易にアルミナ成形体を製造できる。また、原料物質のベーマイト成形体自体が板状又は針状の連晶構造で多孔質であるため、焼成して得られるアルミナ成形体は極めて多孔質で、上記の多孔質ベーマイト成形体と同様の様々な用途に供することができる。
【0017】
【実施例】
次いで、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0018】
〔実施例1〜実施例5〕
水酸化アルミニウムと反応促進剤と水を表1に示す所定量取り、よく混合後、所望の形状の容器に充填し、オートクレーブを用いて170℃、圧力10kg/cmの飽和水蒸気下で10時間反応させた。反応後、オートクレーブを放冷し、成形体を取り出し水洗・乾燥することにより目的の多孔質ベーマイト成形体を得た(X線回析により同定)。なお、以下の実施例も含めいずれの実施例においても、水酸化アルミニウムは平均粒径8μmのものを用いた。ただし、実施例5のみ、0.8μmのものと8μmのものを半量ずつ混ぜて用いた。また、反応促進剤の添加量は水酸化アルミニウムに対するモル%、水の添加量は水酸化アルミニウムに対する重量%である。
【0019】
〔実施例6〕
水酸化アルミニウムと反応促進剤と水を表1に示す所定量取り、よく混合後、所望の形状にプレス成形した後、脱型し、オートクレーブを用いて170℃、圧力10kg/cmの飽和水蒸気下で10時間反応させた。反応後、オートクレーブを放冷し、成形体を取り出し水洗・乾燥することにより目的の多孔質ベーマイト成形体を得た。
【0020】
〔実施例7〕
水酸化アルミニウムの粉体を表1に示す所定量だけ容器に取り、これを反応促進剤の水溶液の入った所望の形状の容器に充填し、オートクレーブを用いて170℃、圧力10kg/cmの飽和水蒸気下で10時間反応させた。反応後、オートクレーブを放冷し、成形体を取り出し水洗・乾燥することにより目的の多孔質ベーマイト成形体を得た。
【0021】
また、上記の各実施例で得られた多孔質ベーマイト成形体を650℃で3時間焼成することにより多孔質アルミナ成形体を得ることができた。
【0022】
各実施例で得られた多孔質ベーマイト成形体について、気孔率、嵩比重、曲げ強さ(JIS R 1601)及び実施例1〜実施例2については圧縮強さ(JIS R 1608)を測定した。その結果、表1に示したように、いずれの多孔質ベーマイト成形体も気孔率は65%以上で、極めて多孔質であった。また、嵩比重は1未満で極めて軽量であった。一方、曲げ強さと圧縮強さは、いずれも高く、粉落ちも一切なく、例えばフイルターなどの実用に供するに十分な強度を備えていた。
【0023】
また、図1(a)、(b)は実施例1の電顕写真像を示し、図2(a)、(b)は実施例4の電顕写真像を示したものである。これらの電顕写真像から、多孔質ベーマイト成形体は、ベーマイト結晶が絡み合って連晶構造をとり、連続気孔を有することが分かる。
【0024】
また、各実施例で得られた多孔質ベーマイト成形体を焼成して得られたアルミナも、多孔質、低嵩比重で高強度であった。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
本発明の多孔質ベーマイト成形体は、多孔質、低嵩比重でありながら、強度にも優れるため、特に多孔質であることが要求されるフイルターなどにおいて、軽量で取り扱い易く、丈夫な製品の製造に供することができる。また、焼成してアルミナにしなくとも十分に多孔質であるため、簡便かつ安価にフイルターなどの製造に供することができる。更に、簡易に製造できる極めて多孔質なアルミナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)実施例1の多孔質ベーマイト成形体の電顕写真像である。
(b)(a)で示した多孔質ベーマイト成形体を拡大した電顕写真像である。
【図2】(a)実施例4の多孔質ベーマイト成形体の電顕写真像である。
(b)(a)で示した多孔質ベーマイト成形体を拡大した電顕写真像である。

Claims (5)

  1. 平均粒径が5〜10μmの水酸化アルミニウムと反応促進剤の水酸化ナトリウム又は水酸化カルシウム水とからなる混合物を140℃〜350℃未満で水熱処理して得られる、嵩比重が1未満で、気孔率が65%以上であって、かつ曲げ強さ(JIS 1601)が400N/cm 以上である板状の結晶からなる多孔質ベーマイト成形体。
  2. 平均粒径が5〜10μmの水酸化アルミニウムと反応促進剤の硫酸マグネシウム水とからなる混合物を140℃〜350℃未満で水熱処理して得られる、嵩比重が1未満で、気孔率が65%以上であって、かつ曲げ強さ(JIS 1601)が400N/cm 以上である針状の結晶からなる多孔質ベーマイト成形体。
  3. 前記混合物を所望の形状にプレス成形後、水熱処理して得られる請求項1又は請求項2に記載の多孔質ベーマイト成形体。
  4. 水酸化アルミニウムの粉末をプレス成形後、反応促進剤の水溶液に含浸させた後、水熱処理して得られる請求項1又は請求項2に記載の多孔質ベーマイト成形体。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の多孔質ベーマイト成形体を焼成して得られる多孔質アルミナ成形体。
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