JP4504502B2 - 透明ハニカム構造体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は透明ハニカム構造体の製造方法に係り、更に詳しくは、押出成形の後、焼成により透明ハニカム構造体を得ることができる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気やその他各種ガスや水の浄化、除菌、消臭等に光触媒が広く使用されている。この光触媒は二酸化チタンを主成分としたものが知られており、この二酸化チタンは約４００ｎｍ以下の紫外線の照射で光励起されて電子と正孔の対を生成し、これらが二酸化チタンに接する各種ガスと酸化還元反応を起こすことによってガスを浄化することができる。通常、光触媒を使用する場合、使用条件に適した触媒担体が用いられ、その触媒担体の表面に光触媒が広く付着処理される。その付着処理された光触媒の表面に紫外線が照射されることで、光触媒がその強い酸化作用により、流動し、対向してくる各種ガスを酸化・分解により浄化する。このため、光触媒の表面積が大きく、全表面域に紫外線を満遍なく照射できるほど触媒担体上の光触媒が無駄無く強い酸化作用を示すことができる。
【０００３】
従来、用いられている光触媒体の形状には、ハニカム状、シート状等がある。ハニカム状光触媒体においては、光照射が触媒面に対してほぼ平行に行われるため、触媒表面に照射される光のエネルギーは小さくなり、効率が悪くなる。一方、シート状光触媒体は、単位体積あたりの光照射を受ける光触媒の量が少ないため、効果を高めようとすると、装置を大型化しなければならない。また、シート状光触媒体を流体に対して垂直に配置すると、圧損が大きくなり、より大きなファンもしくはポンプを用いなければならないという欠点を有する。このように、従来から用いられている光触媒体は、触媒量、受光エネルギー、圧損に関する問題を有している。
【０００４】
また、特開平１−２１９０３２号公報においては、大径の透明石英ガラス管内に小径の透明石英ガラス管を多数本挿入し、大径の透明石英ガラス管と小径の透明石英ガラス管相互間の間隙を０．２〜０．８気圧に減圧しながら、これらの透明石英ガラス管を１７００〜１８００℃に加熱・溶融する、ハニカム状透明石英ガラス管の製造方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特開平１−２１９０３２号公報に開示された方法によると壁面が厚く、且つ、ハニカム状透明石英ガラス管の単位体積あたりの表面積が５ｃｍ²／ｃｍ³未満のものしか製造することができず、さらには開口部形状が円形に限られる、等の技術的な限界がある。すなわち、単位体積当りの表面積が小さいため、光照射を受ける光触媒の量が少なく、触媒効果を高めるためには装置を大型化する必要があり、組み込み可能な各種ガスの浄化、除菌、消臭装置の形状に制約がある、といった問題点を有している。
【０００６】
一方、特開平１０−３０９４３８号公報においては、透明な石英ガラスにて一体成形されたハニカム構造体に、二酸化チタンを主成分とした光触媒をコーティングした排ガス浄化装置を、自動車に組み込んだ例が開示されている。しかしながら、該公報においてはハニカム構造体が透光性を有することの記載はあるものの、その製造方法や壁厚などの具体的な構造については何ら記載されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の有する問題点を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、薄肉で単位体積あたりの表面積が大きく、所望の開口部形状を有する透明ハニカム構造体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、透明ハニカム構造体の製造方法において、焼成することによって透明になる、その平均粒径が０．５〜４０μｍの範囲である原料粉末を含む混合物を押出成形してハニカム成形体を得、該ハニカム成形体を焼成することにより、透明ハニカム構造体を得ることを特徴とする透明ハニカム構造体の製造方法が提供される。また、本発明によれば、透明ハニカム構造体の製造方法において、焼成することによって透明になる原料粉末を含む混合物を押出成形してハニカム成形体を得、該ハニカム成形体を焼成することにより、その単位体積あたりの表面積が５ｃｍ^２／ｃｍ^３以上である透明ハニカム構造体を得ることを特徴とする透明ハニカム構造体の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明においては、押出成形に使用する焼成することによって透明になる原料粉末が石英ガラス、アルミナ、ＹＡＧ、イットリアのいずれか１つであることが好ましい。
【００１０】
なお、ここでいう透明とは、厚さ１ｍｍあたりの全光透過率が５０％以上であることを示す。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づき詳しく説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
一般的なハニカム成形体等の製造方法としては、押出成形が広く行われている。このハニカム成形体の成形方法は、通常、混練、土練、及び成形の各工程からなる。混練工程は、セラミック粉末や金属粉末等の原料粉末、成形助剤及びその他の添加剤からなる混合原料を、混練機等を用いて混合して坏土とする工程である。本発明による混練工程においては、焼成により透明になる原料粉末を使用し、メチルセルロース、スターチ等を成形助剤として使用し、水と共に混練機を用いて混練をおこなう。なお、本発明において用いる原料粉末としては、石英ガラスを始めとし、アルミナ、ＹＡＧ、イットリアなどを挙げることができるが、そのうち、透光性、耐食性、高温強度に優れる、原料が比較的安価である、等の点から石英ガラスが好ましい。これらの原料粉末は焼成することによって透明となるために、本発明ではこれらを用いて成形及び焼成を行い、透明ハニカム構造体を製造する。
【００１３】
前記混練工程において使用する、石英ガラス粉末などの原料粉末の平均粒径は、０．５〜４０μｍの範囲とすることが好ましい。これは、平均粒径が０．５μｍに満たない原料粉末を使用すると、坏土にチクソトロピーが出て、成形工程でハニカム構造を形成させることが困難であり、また平均粒径が４０μｍを超える原料粉末では、押出成形体内外の表面が平滑にならずに凹凸を生じてしまい、また焼結性に劣るため、高品質のハニカム構造体とならないからである。
【００１４】
土練工程は、前記混練工程で得られた坏土を真空中に通すことにより、空気を除去して成形原料である坏土を製造する工程である。また成形工程は、前記土練工程において製造した坏土を押出成形機のシリンダに充填し、押出成形機の口金より押出しすることにより、所望のハニカム形状を有するハニカム成形体を作製する工程である。
【００１５】
上記３工程により製造したハニカム成形体を乾燥した後、電気炉に収容し、５００〜１０００℃にて１〜３時間保持して一次焼成を行う。冷却後、別の電気炉に収容し、炉内を、使用原料により、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、還元雰囲気、酸化雰囲気のいずれかにし、１５００℃〜２０００℃にて１〜６０分保持して二次焼成を行い、冷却して透明ハニカム構造体を得る。
【００１６】
本発明では、成形工程において押出機に装着する口金の形状を選択することにより、開口部の形状を自由に変えることが可能である。また、特開平１−２１９０３２号公報に記載の製造方法では困難であった、肉厚が３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下で、単位体積あたりの表面積が５ｃｍ²／ｃｍ³以上の透明ハニカム構造体を製造することが可能である。従って、このような透明ハニカム構造体を用いれば、小型で触媒効率の優れた透明ハニカム光触媒体を簡便に製造することができる。
【００１７】
本発明においては、このように前記各工程を経て製造することにより、透明ハニカム構造体の単位体積当りの表面積を広くすることが可能であるため、その表面上に光触媒を担持させた場合、ハニカム構造体の内部を流動するガスや液体との接触面積が広い、小型で高触媒能を有する光触媒体を提供することができる。また、該ハニカム構造体は透明、すなわち透光性を有し、且つ壁厚が薄いために、紫外線照射手段から照射される紫外線は触媒担体内部全体に入射して拡散し、触媒担体全域に付着する光触媒に紫外線が効率よく照射され、触媒担体に付着される全ての光触媒の強い酸化作用を無駄無く引き出すことができ、効率良く浄化作用を示すことができる点において極めて実用性の高い光触媒担体となる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施結果を説明する。
（実施例１）
平均粒径５μｍの石英ガラス粉末１００重量部に対して、メチルセルロース３重量部及びスターチ３重量部を混合して、これらの混合物を得た。ついで、この混合物に対して水１２重量部を加え、混練機で１時間混練し、混練物を得た。次に、この混練物を真空土練機中に投入し、直径８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状の坏土を作製した。
【００１９】
上記のようにして得られた坏土を押出成形機のシリンダに充填し、坏土を押出して、ハニカム型成形体を作製した。このハニカム型成形体を誘電乾燥機内に収容して、２０分間乾燥させた。ついで、このハニカム型成形体を電気炉に収容し、電気炉内を５０℃／時間の昇温速度で５００℃まで昇温した後、２時間保持し、２００℃／時間の降温速度で前記電気炉内で冷却した。電気炉内の温度が１００℃以下になったところで、前記成形体を取り出し、その後、別の電気炉に収容して、炉内を真空度１０^-3Ｐａ以下にして、２０℃／分の昇温速度で１６５０℃まで昇温した後、５分間保持し、焼結させた。その後、炉内で放冷し、電気炉内温度が１００℃以下になったところで焼結体を取り出し、透明ハニカム構造体を得た。得られた透明ハニカム構造体の壁厚は０．３ｍｍ、単位体積あたりの表面積が１１ｃｍ²／ｃｍ³であった。また壁面は平滑で、うねりも小さかった。
【００２０】
（実施例２）
平均粒径１２μｍの石英ガラス粉末１００重量部に対して、メチルセルロース３重量部及びスターチ３重量部を混合して、これらの混合物を得た。ついで、この混合物に対して水１０重量部を加え、混練機で３０分混練し、混練物を得た。次に、この混練物を真空土練機中に投入し、直径８０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円柱状の坏土を作製した。
【００２１】
上記のようにして得られた坏土を押出成形機のシリンダに充填し、坏土を押出して、ハニカム型成形体を作製した。このハニカム型成形体を誘電乾燥機内に収容して、２０分間乾燥させた。ついで、このハニカム型成形体を電気炉に収容し、電気炉内を５０℃／時間の昇温速度で５００℃まで昇温した後、２時間保持し、２００℃／時間の降温速度で前記電気炉内で冷却した。電気炉内の温度が１００℃以下になったところで、前記成形体を取り出し、その後、別の電気炉に収容して、炉内を水素雰囲気にして、２０℃／分の昇温速度で１７００℃まで昇温した後、５分間保持し、焼結させた。その後、炉内で放冷し、電気炉内温度が１００℃以下になったところで焼結体を取り出し、透明ハニカム構造体を得た。得られた透明ハニカム構造体の壁厚は０．５ｍｍ、単位体積あたりの表面積が８．８ｃｍ²／ｃｍ³であった。また壁面は平滑で、うねりも小さかった。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の透明ハニカム構造体の製造方法によれば、特定粒径の原料粉末を使用して作製した坏土を押出成形することにより、薄肉で単位体積あたりの表面積が大きく、また所望の開口部形状を有するハニカム成形体を得ることができ、このハニカム成形体を焼成することにより、透明ハニカム構造体を製造することができる。なお、透明ハニカム構造体は透光性を有するため、その表面上に光触媒を担持することにより、紫外線が効率よく照射され、担持された光触媒の強酸化作用を無駄なく引き出すことができる光触媒担体への応用を図ることができる。

Claims (3)

1. 透明ハニカム構造体の製造方法において、焼成することによって透明になる、その平均粒径が０．５〜４０μｍの範囲である原料粉末を含む混合物を押出成形してハニカム成形体を得、該ハニカム成形体を焼成することにより、透明ハニカム構造体を得ることを特徴とする透明ハニカム構造体の製造方法。
2. 透明ハニカム構造体の製造方法において、焼成することによって透明になる原料粉末を含む混合物を押出成形してハニカム成形体を得、該ハニカム成形体を焼成することにより、その単位体積あたりの表面積が５ｃｍ ^２ ／ｃｍ ^３ 以上である透明ハニカム構造体を得ることを特徴とする透明ハニカム構造体の製造方法。
3. 該押出成形に使用する焼成することによって透明になる原料粉末が石英ガラス、アルミナ、ＹＡＧ、イットリアのいずれか１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載の透明ハニカム構造体の製造方法。