JP4980864B2 - Method for producing porous ceramics - Google Patents

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Description

本発明は、多孔質セラミックス、およびその製造方法に関し、特にマクロ孔とメソ孔とを有する多孔質セラミックス、およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a porous ceramic and a manufacturing method thereof, and more particularly to a porous ceramic having macropores and mesopores and a manufacturing method thereof.

従来から、吸着材料または反応触媒材料の分野において、小さい容積内に広い反応場(面積)を有する多孔質体が開発されている。しかし、多孔質体中に流体を流す場合、多孔質体の比表面積を大きくすると孔径が小さくなり、圧力損失が高くなる。この場合、一部の孔が機能しなくなる。圧力損失を低くするためには、孔径を大きくする必要があるが、この場合には、反応場となる表面積の割合が小さくなる。そのため、多孔質体を設計する際には、使用用途に応じて、比表面積と孔径とをバランスさせる必要があった。このような背景の下、従来から流体を流すためのマクロ孔(スルーポア)と、反応場として機能するメソ孔(メソポア)とを有し、2つの孔径分布を有する多孔質体が提案されている。   Conventionally, in the field of adsorbent materials or reaction catalyst materials, porous bodies having a wide reaction field (area) within a small volume have been developed. However, when flowing a fluid through the porous body, increasing the specific surface area of the porous body decreases the pore diameter and increases the pressure loss. In this case, some holes will not function. In order to reduce the pressure loss, it is necessary to increase the pore diameter. In this case, however, the proportion of the surface area that becomes the reaction field decreases. Therefore, when designing a porous body, it was necessary to balance the specific surface area and the pore diameter according to the intended use. Under such a background, a porous body having macropores (through pores) for flowing a fluid and mesopores (mesopores) functioning as a reaction field has been proposed. .

特開平11−287791号公報には、内径1000μm以下の毛細管内に2重細孔構造のシリカゲルを形成してなるキャピラリーカラムが開示されている。このシリカゲルは、孔径が0.5〜5μmの孔(スルーポア)と、孔径が2〜50nmの孔(メソポア)を有している。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-287791 discloses a capillary column in which a silica gel having a double pore structure is formed in a capillary having an inner diameter of 1000 μm or less. This silica gel has pores (through pores) having a pore diameter of 0.5 to 5 μm and pores (mesopores) having a pore diameter of 2 to 50 nm.

上記キャピラリーカラムは以下のようにして作製される。まず、反応溶液に予め熱分解しうる化合物を溶解させる。そして、ゾル−ゲル法により、溶媒に富む溶媒リッチ相と、無機物質に富み表面に孔を有する骨格相とからなるゲルを、内径1ミリメートル以下の毛細管中において調製する。次いで、湿潤状態のゲルを加熱することにより、上記化合物を熱分解させ、その後、ゲルを乾燥させた後、加熱することにより、キャピラリーカラムが作製される。   The capillary column is manufactured as follows. First, a compound that can be thermally decomposed is dissolved in the reaction solution in advance. Then, a gel composed of a solvent-rich phase rich in a solvent and a skeleton phase rich in an inorganic substance and having pores on the surface is prepared in a capillary having an inner diameter of 1 mm or less by a sol-gel method. Next, the gel in a wet state is heated to thermally decompose the compound, and then the gel is dried and then heated to produce a capillary column.

特開平11−287791号公報には、無機物質として、シリカ(SiO2)を用い、熱分解する化合物として、熱分解によって液性が塩基性に変わる、尿素等のアミド系化合物を用いると、好ましい旨が記載されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-287791, it is preferable to use silica (SiO 2 ) as an inorganic substance and to use an amide-based compound such as urea whose liquidity is changed to basic by thermal decomposition as a compound to be thermally decomposed. The effect is described.

また、特開平11−287791号公報には、キャピラリーカラムの他の作製方法として、以下の方法が開示されている。まず、水溶性高分子および熱分解しうる化合物(低分子化合物)を酸性水溶液に溶かした後、酸性水溶液に加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加する。これにより、酸性水溶液中において加水分解反応を行い、内径1ミリメートル以下の毛細管中において生成物を固化させる。次いで、湿潤状態のゲルを加熱することにより、ゲル調製時に酸性水溶液に予め溶解させておいた上記低分子化合物を熱分解させる。次いで、ゲルを乾燥させた後、加熱することにより、キャピラリーカラムが作製される。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-287791 discloses the following method as another method for producing a capillary column. First, a water-soluble polymer and a thermally decomposable compound (low molecular compound) are dissolved in an acidic aqueous solution, and then a metal compound having a hydrolyzable functional group is added to the acidic aqueous solution. Thereby, a hydrolysis reaction is performed in an acidic aqueous solution, and the product is solidified in a capillary having an inner diameter of 1 mm or less. Next, the low molecular weight compound previously dissolved in the acidic aqueous solution at the time of gel preparation is thermally decomposed by heating the wet gel. Next, after the gel is dried, it is heated to produce a capillary column.

特開2005−290032号公報には、メソ孔に加えてマクロ孔を併せ持つ無機系多孔質体の製造方法が開示されている。この無機系多孔質体の製造方法では、まず、鋳型成分として両親媒性物質を、ゾル−ゲル反応触媒成分を含む水溶液に溶かし、さらに、加水分解性の官能基を有する無機低分子化合物を上記水溶液に添加して、ゾル−ゲル反応を行わせる。この反応により、溶媒に富む溶媒リッチ相と、上記無機低分子化合物から生成した無機酸化物重合体に富む骨格相とからなるゲルが形成される。上記無機酸化物重合体は、鋳型成分である両親媒性物質の表面に固着している。次いで、乾燥によってゲルから溶媒を除去して、マクロ孔を形成し、乾燥後のゲルから熱分解または抽出により上記鋳型成分を除去して、上記骨格相内にメソ孔を形成する。
特開平11−287791号公報 特開2005−290032号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-290032 discloses a method for producing an inorganic porous body having macropores in addition to mesopores. In this method for producing an inorganic porous material, first, an amphiphile as a template component is dissolved in an aqueous solution containing a sol-gel reaction catalyst component, and an inorganic low molecular compound having a hydrolyzable functional group is added to the above-mentioned method. Add to aqueous solution to cause sol-gel reaction. By this reaction, a gel composed of a solvent-rich phase rich in a solvent and a skeleton phase rich in an inorganic oxide polymer produced from the inorganic low molecular weight compound is formed. The inorganic oxide polymer is fixed to the surface of an amphiphilic substance that is a template component. Next, the solvent is removed from the gel by drying to form macropores, and the template component is removed from the dried gel by thermal decomposition or extraction to form mesopores in the skeleton phase.
JP-A-11-287791 JP 2005-290032 A

上記特開平11−287791号公報や特開2005−290032号公報に記載の方法によれば、マクロ孔の存在によって圧力損失が低減され、メソ孔の存在により広い反応場を有する、多孔質材料が得られる。   According to the methods described in JP-A-11-287791 and JP-A-2005-290032, a porous material having pressure loss reduced by the presence of macropores and a wide reaction field due to the presence of mesopores is obtained. can get.

しかし、特開平11−287791号公報に記載の方法では、反応溶液を内径1ミリメートル以下の毛細管中に充填して多孔質体を得るため、多孔質体の形態の自由度が小さい。   However, in the method described in JP-A-11-287791, a porous body is obtained by filling a reaction solution into a capillary tube having an inner diameter of 1 mm or less, so that the degree of freedom of the form of the porous body is small.

特開2005−290032号公報に記載の方法では、比較的脆い構造となっているゲルから鋳型成分を除去することによりメソ孔を形成するので、無機系多孔質体の形態の自由度が小さい。   In the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-290032, mesopores are formed by removing a template component from a gel having a relatively brittle structure, so the degree of freedom of the form of the inorganic porous material is small.

このように、その形態の自由度が大きく、孔径の異なる2種類の孔群を有する多孔質体を容易に製造する方法は、いまだ開示されていない。   As described above, a method for easily producing a porous body having two types of hole groups having a large degree of freedom in form and different pore diameters has not yet been disclosed.

そこで本発明では、形態の自由度が大きく、孔径の異なる2種類の孔群を有する多孔質セラミックスを容易に製造できる製造方法、および多孔質セラミックスを提供する。   Therefore, the present invention provides a production method and a porous ceramic that can easily produce a porous ceramic having two types of hole groups having a large degree of freedom in form and different pore diameters.

本発明の多孔質セラミックスの製造方法は、少なくともシリカを含んでなる粒子と、可燃性の樹脂と、可塑剤とを混合することにより得られた混合物を所定の形状に成型した後、前記混合物から前記可塑剤を抽出して、多孔性グリーン成形体を得、次いで、前記多孔性グリーン成形体に焼結助剤を含む焼結助剤含有液を含浸させ、前記焼結助剤含有液が含浸された多孔性グリーン成形体を焼成することにより、前記樹脂を焼失させて、多孔質基材を得る多孔質基材形成工程と、金属アルコキシドと触媒と界面活性剤と水とを含む多孔質膜形成用溶液を、前記多孔質基材に含浸させて、前記多孔質基材上にその一部が多孔質基材の孔内に入り込んだ塗膜を形成した後、前記塗膜を焼成することにより多孔質膜を形成する、多孔質膜形成工程とを含む。   The method for producing porous ceramics according to the present invention includes forming a mixture obtained by mixing particles containing at least silica, a flammable resin, and a plasticizer into a predetermined shape, and then from the mixture. The plasticizer is extracted to obtain a porous green molded body, and then the porous green molded body is impregnated with a sintering aid-containing liquid containing a sintering aid, and the sintering assistant-containing liquid is impregnated. A porous substrate comprising a porous substrate forming step of firing the porous green molded body to obtain a porous substrate by burning out the resin, and a porous film comprising a metal alkoxide, a catalyst, a surfactant, and water After impregnating the porous base material with a forming solution to form a coating film partially entering the pores of the porous base material on the porous base material, baking the coating film Forming a porous film by a porous film forming step No.

本発明の多孔質セラミックスは、少なくともシリカを含んでなり、孔を有する多孔質基材と、無機酸化物を含んでなり、前記多孔質基材上に形成され、その一部が前記多孔質基材の孔内に入り込んでおり、前記多孔質基材の前記孔よりも径が小さい孔を有する多孔質膜と、を含む。   The porous ceramic of the present invention comprises at least silica and comprises a porous substrate having pores and an inorganic oxide, and is formed on the porous substrate, a part of which is the porous substrate. And a porous film having a hole smaller in diameter than the hole of the porous substrate.

本発明による多孔質シリカセラミックスの製造方法では、形態の自由度が大きく、孔径の異なる2種類の孔群を有する多孔質セラミックスを容易に製造できる。また、本発明の多孔質セラミックスは、多孔質基材と、多孔質基材の孔(例えば、マクロ孔)よりも径が小さい孔(例えば、メソ孔)を有する多孔質膜とを含んでいる。そのため、相対的に孔径の大きい多孔質基材の孔では、液体または気体等の流体が通過しやすく、相対的に孔径の小さい多孔質膜の孔は比表面積が大きいので広い反応場となりうる。よって、本発明の多孔質セラミックスは、例えば、クロマトグラフ用のカラム充填材や、センサ、担持体として使用可能である。   In the method for producing porous silica ceramics according to the present invention, porous ceramics having two types of hole groups having a large degree of freedom in form and different pore diameters can be easily produced. The porous ceramic of the present invention includes a porous substrate and a porous film having pores (for example, mesopores) having a diameter smaller than the pores (for example, macropores) of the porous substrate. . For this reason, in the holes of the porous base material having a relatively large pore diameter, a fluid such as liquid or gas can easily pass through, and the pores of the porous film having a relatively small pore diameter have a large specific surface area, which can be a wide reaction field. Therefore, the porous ceramic of the present invention can be used as, for example, a column filler for a chromatograph, a sensor, or a carrier.

本発明者らは、金属アルコキシドと触媒と界面活性剤と水とを含む多孔質膜形成用溶液(いわゆるゾルゲル液)が含浸可能で、孔(例えば、マクロ孔)を有する多孔質基材を準備し、上記多孔質膜形成用溶液を用いて、多孔質基材上にその一部が多孔質基材の孔内に入り込んだ塗膜を形成した後、当該塗膜を焼成して、多孔質基材の上記孔よりも孔径の小さい孔(例えば、メソ孔)を有する多孔質膜を形成することにより、形態の自由度が大きく、孔径の異なる2種類の孔群を有する多孔質セラミックスが得られることを見出した。   The present inventors have prepared a porous substrate that can be impregnated with a solution for forming a porous film (so-called sol-gel solution) containing a metal alkoxide, a catalyst, a surfactant, and water and that has pores (for example, macropores). Then, using the above-mentioned solution for forming a porous film, after forming a coating film partially entering the pores of the porous substrate on the porous substrate, the coating film is baked to make the porous By forming a porous film having pores (for example, mesopores) having a pore diameter smaller than the above-mentioned pores of the base material, a porous ceramic having two types of hole groups having a large degree of freedom and different pore diameters is obtained. I found out that

すなわち、本発明の多孔質セラミックスの製造方法では、まず、多孔性グリーン成形体を得る。次いで、多孔性グリーン成形体に焼結助剤含有液を含浸させ、焼結助剤含有液が含浸された多孔性グリーン成形体を焼成することにより、樹脂を焼失させて、多孔質基材を得る(多孔質基材形成工程)。多孔質基材の表面は、所定の焼結助剤を含む焼結助剤含有液を使用することにより、多孔質膜形成用溶液が含浸されやすくなる。   That is, in the method for producing porous ceramics of the present invention, first, a porous green molded body is obtained. Next, the porous green molded body is impregnated with a sintering auxiliary agent-containing liquid, and the porous green molded body impregnated with the sintering auxiliary agent-containing liquid is fired to burn out the resin, To obtain (porous substrate forming step). The surface of the porous substrate is easily impregnated with the solution for forming a porous film by using a sintering aid-containing liquid containing a predetermined sintering aid.

その後、多孔質基材の表面上に、金属アルコキシドと触媒と界面活性剤と水とを含む多孔質膜形成用溶液を用いて塗膜を形成する。次いで、上記塗膜を焼成することにより、多孔質基材上に、その一部が多孔質基材の孔内に入り込んだ多孔質膜を形成する(多孔質膜形成工程)。   Thereafter, a coating film is formed on the surface of the porous substrate using a porous film forming solution containing a metal alkoxide, a catalyst, a surfactant, and water. Next, the coating film is baked to form a porous film, part of which has entered the pores of the porous substrate, on the porous substrate (porous film forming step).

なお、本発明において、「マクロ孔」および「メソ孔」は、IUPACによって定義されているものとする。すなわち、マクロ孔とは、直径が50nm以上の孔のことであり、メソ孔とは、直径が2nmを超え、50nm未満の孔のことである。   In the present invention, “macropores” and “mesopores” are defined by IUPAC. That is, macropores are pores having a diameter of 50 nm or more, and mesopores are pores having a diameter of more than 2 nm and less than 50 nm.

本発明の多孔質セラミックスは、その形態について特に制限されない。すなわち、多孔質セラミックスは、粉体であってもよいし、シート状等であってもよい。多孔質セラミックスが粉体であれば、多孔質セラミックスをカラム等に充填して用いることが可能であり、多孔質セラミックスがシート状であれば、フィルタやセパレータとして用いることができる。多孔質膜は、例えば、多孔質基材を完全に被覆するように形成されていてもよいが、例えば、多孔質基材がシート状である場合、多孔質基材の両主面のうちの一方の主面上および/または両主面上にのみ形成されていてもよい。   The form of the porous ceramic of the present invention is not particularly limited. That is, the porous ceramics may be a powder or a sheet. If the porous ceramic is a powder, it can be used by filling the column with a porous ceramic, and if the porous ceramic is a sheet, it can be used as a filter or a separator. The porous membrane may be formed, for example, so as to completely cover the porous substrate. For example, when the porous substrate is in the form of a sheet, It may be formed only on one main surface and / or on both main surfaces.

次に、多孔質セラミックスの製造方法を構成する第1の工程である、多孔質基材形成工程について説明する。   Next, the porous substrate forming step, which is the first step constituting the method for producing porous ceramics, will be described.

[多孔性グリーン成形体]
多孔性グリーン成形体は、少なくともシリカを含んでなる粒子と、可燃性の樹脂と、可塑剤とを混合することにより得られる混合物を所定の形状に成形した後、得られた成形物から、例えば、有機溶媒等を用いて、可塑剤を抽出することにより得られる。有機溶媒としては、例えば、トリクロロエチレン,トリブロモエチレン等が挙げられる。有機溶媒は、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。抽出方法としては、例えば、浸漬抽出法,煮沸抽出法,減圧抽出法等が挙げられる。
[Porous green compact]
The porous green molded body is obtained by molding a mixture obtained by mixing particles containing at least silica, a flammable resin, and a plasticizer into a predetermined shape, and then, for example, It can be obtained by extracting a plasticizer using an organic solvent or the like. Examples of the organic solvent include trichloroethylene and tribromoethylene. Only one type of organic solvent may be used, or two or more types may be used. Examples of extraction methods include immersion extraction, boiling extraction, and reduced pressure extraction.

多孔性グリーン成形体は熱可塑性を有していると、シート状,繊維状またはビーズ状等の様々な形状への加工が容易なので、好ましい。例えば、多孔性グリーン成形体の形状がシート状である場合、陶芸用等に用いられるセラミックスペーパーと同様に、折り曲げたり重ねたりして、自由に造形できる。また、シート状の多孔性グリーン成形体をプレスすることによって、波板形状とすることはもちろんのこと、エンボス加工したり、3次元的に成形できる。   It is preferable that the porous green molded body has thermoplasticity because it can be easily processed into various shapes such as a sheet shape, a fiber shape or a bead shape. For example, when the shape of the porous green molded body is a sheet shape, it can be freely shaped by folding or stacking as in the case of ceramic paper used for ceramics. Further, by pressing a sheet-like porous green molded body, it can be embossed or three-dimensionally molded as well as being corrugated.

(シリカ粒子)
多孔性グリーン成形体を構成するシリカ粒子は、シリカのみからなる粒子でもよいし、シリカを主成分として含んでなる粒子でもよい。本明細書では、両方をまとめてシリカ粒子ということがある。シリカは網目構造を形成しやすいので、多孔性グリーン成形体を形成するのに好適である。シリカ粒子の平均二次粒径は、可塑剤や、樹脂との混合が良好に行われる限りにおいて特に制限はない。
(Silica particles)
The silica particles constituting the porous green molded body may be particles composed solely of silica or particles comprising silica as a main component. In the present specification, both may be collectively referred to as silica particles. Since silica easily forms a network structure, it is suitable for forming a porous green molded body. The average secondary particle diameter of the silica particles is not particularly limited as long as the mixing with the plasticizer and the resin is performed well.

(樹脂)
樹脂としては、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリスチレン,メタクリル樹脂,塩化ビニル樹脂,ポリアミド,ポリアセタール,ポリブチレンテレフタレート,ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート,ポリメチルペンテン,ポリカーボネイト,変性ポリフェニレンエーテル,ポリフェニレンサルファイド,ポリエーテルエーテルケトン,ポリテトラフロロエチレン,ポリエーテルイミド,ポリアリレート,ポリサルフォン,ポリエーテルサルフォン,ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。またその形状は、粉体やペレットであれば、好ましく用いられる。
(resin)
Examples of the resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, methacrylic resin, vinyl chloride resin, polyamide, polyacetal, polybutylene terephthalate, glass fiber reinforced polyethylene terephthalate, polymethylpentene, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone. , Thermoplastic resins such as polytetrafluoroethylene, polyetherimide, polyarylate, polysulfone, polyethersulfone, and polyamideimide. These resins may be used alone or in combination of two or more. Moreover, if the shape is powder and a pellet, it will be used preferably.

上記樹脂のうち、分子量が数十万を超えるものは、例えば、シート形状への成形を容易にするので、好ましい。特に、分子量が100万以上のポリエチレンは、より成形性が良好であるので、好ましい。   Among the above resins, those having a molecular weight exceeding several hundreds of thousands are preferable because they facilitate molding into a sheet shape, for example. In particular, polyethylene having a molecular weight of 1,000,000 or more is preferable because moldability is better.

(可塑剤)
可塑剤としては、タービンオイルやパラフィン系鉱物油(石油系炭化水素)等が使用可能である。特に、混合物の成形を押出成形法により行う場合は、加熱を伴うので、揮発または引火しにくい重質油が好ましい。パラフィン系鉱物油は、樹脂を溶解しやすいので、好ましい。このほか、フタル酸エステル(フタル酸ブチル,フタル酸ジオクチル),アジピン酸エステル,リン酸エステル,トリメリット酸エステル,クエン酸エステルなども、可塑剤として使用できる。
(Plasticizer)
As the plasticizer, turbine oil, paraffinic mineral oil (petroleum hydrocarbon), or the like can be used. In particular, when the mixture is molded by an extrusion method, heating is involved, and therefore, heavy oils that are less likely to volatilize or ignite are preferred. Paraffin mineral oil is preferable because it easily dissolves the resin. In addition, phthalic acid esters (butyl phthalate, dioctyl phthalate), adipic acid esters, phosphoric acid esters, trimellitic acid esters, citric acid esters, and the like can also be used as plasticizers.

上記混合物には、多孔性グリーン成形体に親水性を付与するために、親水性付与剤が含まれていてもよい。上記混合物に親水性付与剤が含まれていると、焼結助剤含有液が、多孔性グリーン成形体に含浸されやすくなるので、好ましい。親水性付与剤としては、例えば、アルキルスルホコハク酸塩,ナフタリンスルホン酸塩ホルマリン縮合物等のアニオン系の親水性付与剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のノニオン系の親水性付与剤が挙げられる。これらの親水性付与剤は、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。   The mixture may contain a hydrophilicity imparting agent in order to impart hydrophilicity to the porous green molded body. It is preferable for the mixture to contain a hydrophilicity-imparting agent because the sintering aid-containing liquid is easily impregnated into the porous green molded body. Examples of the hydrophilicity-imparting agent include anionic hydrophilicity-imparting agents such as alkylsulfosuccinate and naphthalenesulfonate formalin condensate, and nonionic hydrophilicity-imparting agents such as polyoxyethylene alkyl ether. These hydrophilicity-imparting agents may be used alone or in combination of two or more.

親水性付与剤は、上記混合物に添加されることに代えて、または、上記混合物に添加されることに加えて、上記混合物の成形物から可塑剤を抽出して得た多孔性グリーン成形体にコーティングされてもよい。コーティングは、例えば、ディッピング,スプレーコート,フローコート,スピンコート等の方法により行える。   Instead of being added to the mixture or in addition to being added to the mixture, the hydrophilicity imparting agent is added to the porous green molded body obtained by extracting the plasticizer from the molded product of the mixture. It may be coated. Coating can be performed by methods such as dipping, spray coating, flow coating, and spin coating, for example.

多孔質基材が有する孔の径は、混合物の主構成物である、シリカ粒子と可燃性の樹脂と可塑剤との質量割合を、調整することにより制御できる。混合物中における、シリカ粒子と可燃性の樹脂と可塑剤との各質量割合の好ましい範囲は、シリカ粒子および/または樹脂のサイズによって変化する。例えば、混合物におけるシリカ粒子の質量割合は、混合物をより良好に混練でき、かつ、より適切な強度を有する多孔質基材を形成できるという理由から、20〜50質量%が好ましい。また、混合物における樹脂の質量割合は、シリカ粒子をより好適に分散させることができ、かつ、形状安定性のより良い多孔性グリーン成形体を形成できるという理由から、10〜50質量%が好ましい。また、混合物における可塑剤の含有量は、多孔性グリーン成形体をより良好に成形できるという理由から、15〜60質量%が好ましい。   The pore diameter of the porous substrate can be controlled by adjusting the mass ratio of silica particles, combustible resin, and plasticizer, which is the main component of the mixture. A preferable range of each mass ratio of the silica particles, the combustible resin, and the plasticizer in the mixture varies depending on the size of the silica particles and / or the resin. For example, the mass ratio of silica particles in the mixture is preferably 20 to 50% by mass because the mixture can be kneaded more favorably and a porous substrate having more appropriate strength can be formed. Moreover, the mass ratio of the resin in the mixture is preferably 10 to 50% by mass because silica particles can be more suitably dispersed and a porous green molded body with better shape stability can be formed. Further, the content of the plasticizer in the mixture is preferably 15 to 60% by mass because the porous green molded body can be more favorably molded.

(焼結助剤含有液の多孔性グリーン成形体への含浸)
混合物の成形物から可塑剤を抽出して得られる多孔性グリーン成形体には、空隙が存在している。この空隙に焼結助剤含有液が入るように、多孔性グリーン成形体に焼結助剤含有液を含浸させる。焼結助剤含有液が含浸された多孔性グリーン成形体を焼成すると、シリカ粒子に接した焼結助剤は融剤として作用し、樹脂は焼失する。
(Impregnation into porous green molded body of liquid containing sintering aid)
There are voids in the porous green molded body obtained by extracting the plasticizer from the molded product of the mixture. The porous green molded body is impregnated with the sintering aid-containing liquid so that the sintering aid-containing liquid enters the voids. When the porous green molded body impregnated with the sintering aid-containing liquid is fired, the sintering aid in contact with the silica particles acts as a flux, and the resin is burned out.

そのため、焼結助剤含有液の含浸量、すなわち、焼結助剤の含浸量を、多孔性グリーン成形体の部分毎に変化させれば、孔(例えば、マクロ孔)の直径(孔径)を当該部分毎に変化させることができる。この孔径の変化は、階段的にも連続的にも行える。   Therefore, if the amount of impregnation of the sintering aid-containing liquid, that is, the amount of impregnation of the sintering aid is changed for each part of the porous green molded body, the diameter (pore diameter) of the pores (for example, macropores) It can be changed for each part. This change in hole diameter can be performed stepwise or continuously.

焼結助剤含有液の含浸量を変化させることは、例えば焼結助剤が、後述する水ガラスによって供給される場合、希釈倍率の異なる水ガラスを焼結助剤含有液として、多孔性グリーン成形体の各部分に含浸させることにより実現できる。   Changing the amount of impregnation of the sintering aid-containing liquid means that, for example, when the sintering aid is supplied by water glass described later, water glass having a different dilution ratio is used as the sintering aid-containing liquid, and the porous green This can be realized by impregnating each part of the molded body.

(焼結助剤含有液)
本発明の多孔質セラミックスの製造方法に用いられる焼結助剤は、シリカ粒子の融点を低下させる機能を有する。上記焼結助剤含有液は、例えば、シリカ粒子内への拡散速度が速いという理由から、アルカリ金属含有化合物,アルカリ土類金属含有化合物,リン含有化合物およびホウ素含有化合物からなる群から選ばれる、少なくとも1種の無機材料を焼結助剤として含んでいると好ましい。これらの焼結助剤のうち、シリカ粒子内への拡散速度がより速く、焼結助剤としての効果が高い、アルカリ金属含有化合物が、焼結助剤含有液に含まれていると、より好ましい。
(Sintering aid containing liquid)
The sintering aid used in the method for producing porous ceramics of the present invention has a function of lowering the melting point of silica particles. The sintering aid-containing liquid is selected from the group consisting of an alkali metal-containing compound, an alkaline earth metal-containing compound, a phosphorus-containing compound, and a boron-containing compound, for example, because the diffusion rate into the silica particles is fast. It is preferable that at least one inorganic material is included as a sintering aid. Among these sintering aids, the diffusion rate into the silica particles is faster and the effect as a sintering aid is high. When the alkali metal-containing compound is contained in the sintering aid-containing liquid, preferable.

焼結助剤含有液に含まれる焼結助剤の種類や量を調整することにより、多孔質基材の表面のpHを制御できる。   The pH of the surface of the porous substrate can be controlled by adjusting the type and amount of the sintering aid contained in the sintering aid-containing liquid.

本発明の多孔質セラミックスの製造方法で使用される多孔質基材の表面のpHは、8以下に制御されることが好ましい。このように制御されると、上記ゾル−ゲル反応の速度が適度に抑制され、多孔質基材の表面のみならず、表面より内部へ連通している孔の表面へも、多孔質膜形成用溶液が含浸されるので、好ましい。なお、pHの下限については、多孔質基材の表面に塗膜の形成が可能であれば、特に制限はない。   The pH of the surface of the porous substrate used in the method for producing porous ceramics of the present invention is preferably controlled to 8 or less. When controlled in this way, the speed of the sol-gel reaction is moderately suppressed, and not only on the surface of the porous substrate, but also on the surface of the pores communicating from the surface to the inside. This is preferred because the solution is impregnated. The lower limit of pH is not particularly limited as long as a coating film can be formed on the surface of the porous substrate.

焼結助剤として、アルカリ金属含有化合物またはアルカリ土類金属含有化合物を用いた場合、多孔質基材の表面のpHは、アルカリ性側に変化する。これに対して、リン含有化合物またはホウ素含有化合物を用いた場合には、多孔質基材の表面のpHは、酸性側に変化する。焼結助剤の添加量が増えれば、表面のpHの変化も大きくなる。   When an alkali metal-containing compound or an alkaline earth metal-containing compound is used as a sintering aid, the pH of the surface of the porous substrate changes to the alkaline side. On the other hand, when a phosphorus-containing compound or a boron-containing compound is used, the pH of the surface of the porous substrate changes to the acidic side. As the amount of sintering aid added increases, the change in surface pH also increases.

焼結助剤が水に可溶な物質である場合、焼結助剤含有液が、焼結助剤と水とを含む水溶液であると、焼結助剤含有液が、多孔性グリーン成形体に含浸されやすく、好ましい。焼結助剤がアルコールに可溶な化合物である場合、焼結助剤含有液はアルコール溶液であってもよい。   When the sintering aid is a substance soluble in water, if the sintering aid-containing liquid is an aqueous solution containing a sintering aid and water, the sintering aid-containing liquid is a porous green molded body. It is preferable because it is easy to be impregnated. When the sintering aid is a compound soluble in alcohol, the sintering aid-containing liquid may be an alcohol solution.

アルカリ金属含有化合物には、シリカ粒子によって形成された網目構造に対して、網目修飾酸化物となり、シリカの粘性を低下させて融解を促進させる働きがある。アルカリ金属としては、Na,K,Liなどが挙げられる。このようなアルカリ金属含有化合物としては、水などの溶媒に溶解しやすく、溶液を得やすいという理由から、塩化物,水酸化物,酢酸塩,硫酸塩,炭酸塩または硝酸塩のいずれかの化合物であることが好ましい。   The alkali metal-containing compound serves as a network-modifying oxide for the network structure formed by the silica particles, and has a function of reducing the viscosity of the silica and promoting melting. Examples of the alkali metal include Na, K, and Li. Such an alkali metal-containing compound may be any compound of chloride, hydroxide, acetate, sulfate, carbonate or nitrate because it is easily dissolved in a solvent such as water and a solution is easily obtained. Preferably there is.

アルカリ金属含有化合物としては、具体的には、酸化ナトリウム,塩化ナトリウム,水酸化ナトリウム,酢酸ナトリウム,硫酸ナトリウム,炭酸ナトリウム,炭酸水素ナトリウム,硝酸ナトリウム,塩化カリウム,水酸化カリウム,酢酸カリウム,硫酸カリウム,炭酸カリウム,硝酸カリウム,塩化リチウム,水酸化リチウム,酢酸リチウム,硫酸リチウム,炭酸リチウム,硝酸リチウム等を例示できる。アルカリ金属含有化合物の供給源としては、例えば、酸化ナトリウムを含む水ガラスであってもよい。   Specific examples of the alkali metal-containing compound include sodium oxide, sodium chloride, sodium hydroxide, sodium acetate, sodium sulfate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium nitrate, potassium chloride, potassium hydroxide, potassium acetate, and potassium sulfate. , Potassium carbonate, potassium nitrate, lithium chloride, lithium hydroxide, lithium acetate, lithium sulfate, lithium carbonate, lithium nitrate and the like. As a supply source of the alkali metal-containing compound, for example, water glass containing sodium oxide may be used.

アルカリ土類金属含有化合物には、シリカ粒子によって形成された網目構造に対して、網目修飾酸化物となり、シリカの粘性を低下させて融解を促進させる働きがある。アルカリ土類金属としては、Mg,Ca,Sr,Baなどが挙げられる。このようなアルカリ土類金属含有化合物としては、水などの溶媒に溶解しやすく、溶液を得やすいという理由から、塩化物,水酸化物,酢酸塩,硫酸塩,炭酸塩または硝酸塩のいずれかの化合物であることが好ましい。   The alkaline earth metal-containing compound becomes a network-modified oxide with respect to the network structure formed by the silica particles, and has a function of reducing the viscosity of silica and promoting melting. Examples of the alkaline earth metal include Mg, Ca, Sr, and Ba. As such an alkaline earth metal-containing compound, any one of chloride, hydroxide, acetate, sulfate, carbonate or nitrate can be obtained because it is easily dissolved in a solvent such as water and a solution is easily obtained. A compound is preferred.

アルカリ土類金属含有化合物としては、具体的には、塩化マグネシウム,水酸化マグネシウム,酢酸マグネシウム,硫酸マグネシウム,炭酸マグネシウム,硝酸マグネシウム,塩化カルシウム,水酸化カルシウム,酢酸カルシウム,硫酸カルシウム,炭酸カルシウム(石灰石),硝酸カルシウム,塩化ストロンチウム,水酸化ストロンチウム,酢酸ストロンチウム,硫酸ストロンチウム,炭酸ストロンチウム,硝酸ストロンチウム,塩化バリウム,水酸化バリウム,酢酸バリウム,硫酸バリウム,炭酸バリウム,硝酸バリウムなどを例示できる。   Specific examples of the alkaline earth metal-containing compound include magnesium chloride, magnesium hydroxide, magnesium acetate, magnesium sulfate, magnesium carbonate, magnesium nitrate, calcium chloride, calcium hydroxide, calcium acetate, calcium sulfate, calcium carbonate (limestone ), Calcium nitrate, strontium chloride, strontium hydroxide, strontium acetate, strontium sulfate, strontium carbonate, strontium nitrate, barium chloride, barium hydroxide, barium acetate, barium sulfate, barium carbonate, barium nitrate.

ホウ素含有化合物およびリン含有化合物にも、シリカ粒子によって形成された網目構造に対して、網目修飾酸化物となり、シリカの粘性を低下させて融解を促進させる働きがある。ホウ素含有化合物としては、水などの溶媒に溶解しやすく、溶液としやすいという理由から、ホウ酸および/またはホウ砂が好ましい。リン含有化合物としては、水などの溶媒に溶解しやすく、溶液としやすいという理由から、オルトリン酸,ホスホン酸,ホスフィン酸およびペルオキソリン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。   The boron-containing compound and the phosphorus-containing compound also serve as a network-modified oxide with respect to the network structure formed by the silica particles, and have a function of reducing the viscosity of the silica and promoting melting. As the boron-containing compound, boric acid and / or borax are preferable because they are easily dissolved in a solvent such as water and easily formed into a solution. As the phosphorus-containing compound, at least one selected from the group consisting of orthophosphoric acid, phosphonic acid, phosphinic acid and peroxophosphoric acid is preferable because it is easily dissolved in a solvent such as water and is easy to form a solution.

以上、説明した多孔質基材形成工程によれば、孔径のばらつきが小さい網目状の多孔質基材を製造できる。網目状の骨格の太さ,孔径,多孔質基材表面のpHなどは、多孔性グリーン成形体に含浸させる、焼結助剤の種類や量等により制御できる。   As described above, according to the porous substrate forming step described above, it is possible to manufacture a mesh-like porous substrate with a small variation in pore diameter. The thickness of the network skeleton, the pore diameter, the pH of the porous substrate surface, and the like can be controlled by the type and amount of the sintering aid impregnated in the porous green molded body.

焼結助剤含有液には、焼結助剤の他に、多孔性グリーン成形体への焼結助剤含有液の浸透性を向上させるために、界面活性剤がさらに含まれていると好ましい。界面活性剤の具体例について特に制限はないが、例えば、ポリオキシレンアルキルエーテル,ポリオキシレンエチレンジスチレン化フェニルエーテル,アセチレングリコール,ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールなどが挙げられる。   In addition to the sintering aid, the sintering aid-containing liquid preferably further contains a surfactant in order to improve the permeability of the sintering aid-containing liquid into the porous green molded body. . Although there is no restriction | limiting in particular about the specific example of surfactant, For example, polyoxylene alkyl ether, polyoxylene ethylene distyrenated phenyl ether, acetylene glycol, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol etc. are mentioned.

(焼成温度)
多孔質基材形成工程で行われる焼成の温度(焼成温度)は、焼結助剤の濃度に応じて若干異なるが、1000℃以下が好ましく、より好ましくは700℃〜1000℃、さらに好ましくは700℃〜900℃である。なお、焼成温度とは、多孔性グリーン成形体が焼成される雰囲気の温度である。焼成時間については、焼成温度に応じて適宜選定される。
(Baking temperature)
The firing temperature (firing temperature) performed in the porous substrate forming step is slightly different depending on the concentration of the sintering aid, but is preferably 1000 ° C. or less, more preferably 700 ° C. to 1000 ° C., and still more preferably 700. ° C to 900 ° C. The firing temperature is the temperature of the atmosphere in which the porous green molded body is fired. The firing time is appropriately selected according to the firing temperature.

上記焼成温度や焼成時間などの焼成条件を変化させることにより、多孔質基材の比表面積を制御できる。   The specific surface area of the porous substrate can be controlled by changing the firing conditions such as the firing temperature and the firing time.

次に、多孔質セラミックスの製造方法を構成する第2の工程である、多孔質膜形成工程について説明する。   Next, the porous film forming step, which is the second step constituting the method for producing porous ceramics, will be described.

(多孔質膜形成用溶液の作製)
多孔質膜形成用溶液は、水と、触媒と、必要に応じてアルコール系溶媒(アルコールを主成分とする溶媒)とを混合して得られた、触媒含有溶媒に、界面活性剤を溶解させた後、さらに、金属アルコキシドを加えることにより得られる。
(Preparation of a solution for forming a porous film)
A solution for forming a porous film is obtained by dissolving a surfactant in a catalyst-containing solvent obtained by mixing water, a catalyst, and, if necessary, an alcohol solvent (a solvent containing alcohol as a main component). Thereafter, it is obtained by adding a metal alkoxide.

各成分の質量比は、金属アルコキシドの種類等に応じて異なるが、例えば、金属アルコキシドがシリコンアルコキシドである場合、例えば、シリコンアルコキシド:水:アルコール系溶媒:触媒:界面活性剤=1:(0.3〜1):(0.5〜5):(0.02〜0.1):(0.05〜0.5)の範囲に調製されることが好ましい。このような多孔質膜形成用溶液であれば、界面活性剤のミセル径、シリコンアルコキシドの加水分解反応の速度、塗膜の乾燥速度および焼成速度などを、所定の範囲に制御できる。   The mass ratio of each component varies depending on the type of metal alkoxide and the like. For example, when the metal alkoxide is a silicon alkoxide, for example, silicon alkoxide: water: alcohol solvent: catalyst: surfactant = 1: (0 .3 to 1): (0.5 to 5): (0.02 to 0.1): (0.05 to 0.5). With such a solution for forming a porous film, the micelle diameter of the surfactant, the rate of hydrolysis reaction of the silicon alkoxide, the drying rate and the firing rate of the coating film can be controlled within a predetermined range.

多孔質膜形成用溶液における、金属アルコキシドと界面活性剤の質量比を変化させることにより、多孔質膜の空隙率を変化させることができる。例えば、金属アルコキシド(骨格成分)に対し、界面活性剤(孔形成成分)を増加させることにより、空隙率は増加する。   By changing the mass ratio of the metal alkoxide and the surfactant in the solution for forming the porous film, the porosity of the porous film can be changed. For example, the porosity is increased by increasing the surfactant (pore forming component) relative to the metal alkoxide (skeleton component).

多孔質膜形成用溶液の総質量に対する、金属アルコキシドの質量と界面活性剤の質量の合計の比率を変えることにより、多孔質膜形成用溶液の粘度を変化させ、塗膜の厚みを変化させることができる。   By changing the ratio of the total mass of the metal alkoxide and the surfactant to the total mass of the porous film forming solution, the viscosity of the porous film forming solution is changed, and the thickness of the coating film is changed. Can do.

金属アルコキシドとしては、例えば、シリコンアルコキシド,アルミニウムアルコキシド,チタンアルコキシド,ジルコニウムアルコキシドなどが挙げられる。これらの金属アルコキシドは、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。また、多孔質膜と多孔質基材との膨張率の差が小さいほど、多孔質膜と多孔質基材の密着性が良くなるという理由から、金属アルコキシドは、多孔質基材のシリカを構成するSi元素を含む、シリコンアルコキシドであることが好ましい。   Examples of the metal alkoxide include silicon alkoxide, aluminum alkoxide, titanium alkoxide, and zirconium alkoxide. These metal alkoxides may be used alone or in combination of two or more. Also, the smaller the difference in the expansion coefficient between the porous membrane and the porous substrate, the better the adhesion between the porous membrane and the porous substrate, so that the metal alkoxide constitutes the silica of the porous substrate. A silicon alkoxide containing Si element is preferable.

シリコンアルコキシドとしては、テトラメトキシシラン,テトラエトキシシラン,テトラブトキシシラン,メチルトリメトキシシラン,メチルトリエトキシシラン,メチルトリブトキシシラン,テトラクロロシラン,メチルトリクロロシランなどが挙げられる。これらのシリコンアルコキシドは、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。   Examples of the silicon alkoxide include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltributoxysilane, tetrachlorosilane, and methyltrichlorosilane. These silicon alkoxides may be used alone or in combination of two or more.

多孔質膜形成用溶液に含まれる触媒としては、塩酸,硫酸,触媒硝酸,蟻酸,酢酸,クエン酸,リン酸,メタクリル酸などを用いることができる。これらの触媒は、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。   As the catalyst contained in the porous film forming solution, hydrochloric acid, sulfuric acid, catalytic nitric acid, formic acid, acetic acid, citric acid, phosphoric acid, methacrylic acid, and the like can be used. These catalysts may be used alone or in combination of two or more.

多孔質膜形成用溶液には、水が含まれており、上記のとおり、さらにアルコール系溶媒が含まれていてもよい。アルコール系溶媒に含まれるアルコールとしては、エタノール,メタノール,プロパノールなどの第1アルコールや、ベンジルアルコール,フルフリルアルコール,テトラヒドロキシフルフリルアルコールなどの環状アルコールや、ジエチレングリコール,トリエチレングリコール,プロピレングリコール,エチレングリコールエチルエーテルなどのグリコール類などが使用可能である。これらのアルコールは、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。   The solution for forming a porous film contains water, and may further contain an alcohol solvent as described above. Examples of the alcohol contained in the alcohol solvent include primary alcohols such as ethanol, methanol, and propanol, cyclic alcohols such as benzyl alcohol, furfuryl alcohol, and tetrahydroxyfurfuryl alcohol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, and ethylene. Glycols such as glycol ethyl ether can be used. These alcohols may be used alone or in combination of two or more.

多孔質膜形成用溶液に含まれる界面活性剤としては、脂肪族第4級アンモニウム塩,脂肪族アミン塩,アルキル硫酸塩,非イオン性界面活性剤などを使用できる。これらの界面活性剤は、1種のみ用いられてもよいが、2種以上用いられてもよい。このような界面活性剤であれば、孔径が2nmを超え50nm未満で、孔径のばらつきが小さいメソ孔を有する多孔質薄膜を製造できる。   As the surfactant contained in the porous film forming solution, aliphatic quaternary ammonium salts, aliphatic amine salts, alkyl sulfates, nonionic surfactants, and the like can be used. These surfactants may be used alone or in combination of two or more. With such a surfactant, it is possible to produce a porous thin film having mesopores having a pore diameter of more than 2 nm and less than 50 nm and a small variation in pore diameter.

脂肪族第4級アンモニウム塩としては、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム,臭化オクタデシルトリメチルアンモニウム,臭化デシルトリメチルアンモニウム,臭化ドデシルトリメチルアンモニウム,臭化ヘキサデシルメチルエチルアンモニウムなどの長鎖アルキルアンモニウムハロゲン化塩などが挙げられる。脂肪族アミン塩としては、ヘキサデシルアミンなどを、アルキル硫酸塩としては、ドデシル硫酸ナトリウムなどを例示できる。   Aliphatic quaternary ammonium salts include long-chain alkylammonium halides such as hexadecyltrimethylammonium bromide, octadecyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium bromide, hexadecylmethylethylammonium bromide, etc. Examples include salt. Examples of the aliphatic amine salt include hexadecylamine, and examples of the alkyl sulfate include sodium dodecyl sulfate.

非イオン性界面活性剤としては、2つのエチレンオキサイド(EO)鎖の間に、プロピレンオキサイド(PO)鎖、またはブチレンオキサイド(BO)鎖を有する構造のトリブロックポリマー型非イオン性界面活性剤が、メソ孔の孔径の均一性が高まるという理由から、好ましい。具体的には、BASF社やADEKA社によって販売されている、以下に示すEO−PO−EOの構造のトリブロックポリマーが界面活性剤として好ましい。   Examples of the nonionic surfactant include a triblock polymer type nonionic surfactant having a structure having a propylene oxide (PO) chain or a butylene oxide (BO) chain between two ethylene oxide (EO) chains. It is preferable because the uniformity of the mesopore diameter is increased. Specifically, a triblock polymer having the following EO-PO-EO structure sold by BASF or ADEKA is preferable as the surfactant.

トリブロックポリマー型非イオン性界面活性剤としては、
・"Pluronic"(登録商標)Lシリーズ:L31(EO2PO15EO2),L34(EO7PO15EO7),L44(EO10PO20EO10),L61(EO3PO30EO3),L44(EO10PO20EO10),L62(EO6PO30EO6),L64(EO13PO30EO13),L71(EO3PO35EO3),L72(EO9PO35EO9),L101(EO6PO50EO6),L121(EO7PO60EO7),
・"Pluronic"(登録商標)Pシリーズ:P65(EO20PO30EO20),P84(EO20PO40EO20),P85(EO25PO40EO25),P103(EO20PO50EO20),P105(EO37PO40EO37),P65(EO20PO30EO20),P123(EO20PO70EO20),
・"Pluronic"(登録商標)Fシリーズ:F68(EO80PO30EO80)P65(EO20PO30EO20),F108(EO141PO106EO141),F127(EO106PO70EO106),などが挙げられる。
As a triblock polymer type nonionic surfactant,
"Pluronic" (registered trademark) L series: L31 (EO 2 PO 15 EO 2 ), L34 (EO 7 PO 15 EO 7 ), L44 (EO 10 PO 20 EO 10 ), L61 (EO 3 PO 30 EO 3 ) , L44 (EO 10 PO 20 EO 10 ), L62 (EO 6 PO 30 EO 6 ), L64 (EO 13 PO 30 EO 13 ), L71 (EO 3 PO 35 EO 3 ), L72 (EO 9 PO 35 EO 9 ) , L101 (EO 6 PO 50 EO 6 ), L121 (EO 7 PO 60 EO 7 ),
"Pluronic" (registered trademark) P series: P65 (EO 20 PO 30 EO 20 ), P84 (EO 20 PO 40 EO 20 ), P85 (EO 25 PO 40 EO 25 ), P103 (EO 20 PO 50 EO 20 ) , P105 (EO 37 PO 40 EO 37 ), P65 (EO 20 PO 30 EO 20 ), P123 (EO 20 PO 70 EO 20 ),
"Pluronic" (registered trademark) F series: F68 (EO 80 PO 30 EO 80 ) P65 (EO 20 PO 30 EO 20 ), F108 (EO 141 PO 106 EO 141 ), F127 (EO 106 PO 70 EO 106 ), Etc.

多孔質膜形成用溶液中における固形分(シリカ成分)の含有割合は、乾燥時によるクラックの発生が抑制された塗膜を形成するために、3〜30質量%であることが好ましい。   The solid content (silica component) content in the solution for forming a porous film is preferably 3 to 30% by mass in order to form a coating film in which the occurrence of cracks during drying is suppressed.

多孔質膜形成用溶液中における界面活性剤の含有割合は、塗膜の乾燥時にラメラ状のクラックが発生することを抑制するという理由から、金属アルコキシド由来の無機成分100質量部に対して、30〜300質量部であることが好ましい。   The content ratio of the surfactant in the solution for forming the porous film is 30 with respect to 100 parts by mass of the inorganic component derived from the metal alkoxide because it suppresses the occurrence of lamellar cracks when the coating film is dried. It is preferable that it is -300 mass parts.

多孔質膜形成用溶液は、例えば、所定の温度で、所定時間攪拌されることにより、金属アルコキシドの部分重合体を含む液体としてから、使用されると好ましい。この場合、多孔質膜形成用溶液の塗布特性が良好となり、多孔質基材上に塗膜を均一性よく形成できる。金属アルコキシドが例えば、シリコンアルコキシドである場合は、25℃〜60℃で、30分〜24時間攪拌される。なお、金属アルコキシドの部分重合体とは、加水分解反応および縮合反応によって得られる重合体であって、アルコキシル基(−O−R)および/または水酸基(−OH)の一部が未反応のまま残存している重合体を意味する。   The solution for forming a porous film is preferably used after being made into a liquid containing a partial polymer of metal alkoxide, for example, by stirring at a predetermined temperature for a predetermined time. In this case, the coating property of the solution for forming a porous film becomes good, and a coating film can be formed on the porous substrate with good uniformity. When the metal alkoxide is, for example, silicon alkoxide, it is stirred at 25 ° C. to 60 ° C. for 30 minutes to 24 hours. In addition, the partial polymer of a metal alkoxide is a polymer obtained by a hydrolysis reaction and a condensation reaction, and a part of the alkoxyl group (—O—R) and / or hydroxyl group (—OH) remains unreacted. It means the remaining polymer.

(多孔質膜の形成)
多孔質膜を得るには、まず、多孔質膜形成用溶液を用いて多孔質基材上に塗膜を形成する。塗膜の形成方法について、特に制限はなく、スピンコート法,フローコート法,ディップ法,スプレー法などを採用できる。
(Formation of porous film)
In order to obtain a porous film, first, a coating film is formed on a porous substrate using a porous film forming solution. The method for forming the coating film is not particularly limited, and a spin coating method, a flow coating method, a dip method, a spray method, or the like can be employed.

次いで、塗膜中の水分やアルコール系溶媒を揮発させる。塗膜中の脱水縮合反応を促進させる目的で、塗膜の焼成を行う前に、塗膜を乾燥させてもよい。乾燥方法について、特に制限はないが、例えば、塗膜が形成された多孔質基材を、25℃〜60℃の雰囲気下に、5分〜48時間を放置すればよい。   Subsequently, the water | moisture content and alcohol solvent in a coating film are volatilized. For the purpose of promoting the dehydration condensation reaction in the coating film, the coating film may be dried before firing the coating film. Although there is no restriction | limiting in particular about the drying method, For example, what is necessary is just to leave 5 minutes-48 hours for the porous base material with which the coating film was formed in the atmosphere of 25 to 60 degreeC.

塗膜の厚みについて特に制限はないが、塗膜の乾燥時にクラックが発生することを抑制し、かつ、塗膜が形成された多孔質基体の孔が、多孔質膜形成用溶液によって完全に満たされてしまうことを抑制するために、1μm以下であることが好ましい。   Although there is no particular limitation on the thickness of the coating film, it suppresses the generation of cracks during drying of the coating film, and the pores of the porous substrate on which the coating film is formed are completely filled with the porous film forming solution. In order to suppress this, it is preferably 1 μm or less.

(塗膜の焼成)
続いて、塗膜を焼成する。この焼成の過程で、塗膜中に含まれる界面活性剤が分解する。界面活性剤の分解により、界面活性剤が存在していた箇所に孔径が多孔質基材の孔よりも小さい孔(例えば、メソ孔)が形成される。その結果、周期性を有し、シリカからなりかつ孔径の均一性が高い多孔質膜が得られる。焼成は、例えば350℃〜600℃の雰囲気下にて5分〜2時間行うことが好ましい。焼成温度が350℃以上であれば、界面活性剤を完全に分解させることができるので、空隙率の高い多孔質膜を形成できる。
(Firing coating)
Subsequently, the coating film is baked. During the firing process, the surfactant contained in the coating film is decomposed. Due to the decomposition of the surfactant, pores (for example, mesopores) whose pore diameter is smaller than the pores of the porous substrate are formed at the locations where the surfactant was present. As a result, a porous membrane having periodicity, made of silica and having a high uniformity of pore diameter can be obtained. Firing is preferably performed, for example, in an atmosphere of 350 ° C. to 600 ° C. for 5 minutes to 2 hours. When the firing temperature is 350 ° C. or higher, the surfactant can be completely decomposed, so that a porous film having a high porosity can be formed.

以上のようにして、孔(例えば、マクロ孔)を有する多孔質基材の上に、その一部が多孔質基材の孔内に入り込み、多孔質基材の孔よりも孔径が小さい孔(例えば、メソ孔)を有する多孔質膜を形成することができる。これにより、圧力損失が少なく、表面積の高い多孔質セラミックスを容易に作製できる。また、多孔質基材の孔(例えば、マクロ孔)は、基材の厚み方向に貫通し、基材中に均一性よく形成されている。多孔質膜の孔(例えば、メソ孔)も、膜の厚み方向に貫通し、膜中に均一性よく形成されている。このため、マクロ孔とメソ孔とは、相互に連通している。よって、本発明の多孔質セラミックスは、流体が流された場合の圧力損失を小さく抑えながら、広い反応場を必要とする用途に、好適に用いられる。   As described above, on the porous substrate having pores (for example, macropores), a part of the pores enter the pores of the porous substrate, and the pores having a smaller diameter than the pores of the porous substrate ( For example, a porous film having mesopores) can be formed. Thereby, porous ceramics with a small pressure loss and a high surface area can be easily produced. Moreover, the hole (for example, macropore) of a porous base material penetrates in the thickness direction of a base material, and is formed in the base material with sufficient uniformity. The pores (for example, mesopores) of the porous membrane also penetrate in the thickness direction of the membrane and are formed with good uniformity in the membrane. For this reason, the macro hole and the meso hole communicate with each other. Therefore, the porous ceramic of the present invention is suitably used for applications that require a wide reaction field while minimizing the pressure loss when a fluid is flowed.

次に、本発明の多孔質セラミックスの製造方法の一例について、実施例を用いて詳細に説明する。   Next, an example of the method for producing the porous ceramic of the present invention will be described in detail using examples.

[実施例1]
(多孔質基材の作製)
実施例1で用いる多孔質基材は、以下のようにして作製した。シリカ粒子(平均二次粒径6.1μm、比表面積200m2/g)を下記量準備した。可燃性の樹脂として、粉状のポリエチレン(重量平均分子量200万)を下記量準備した。可塑剤として鉱物油を下記量準備した。界面活性剤として、アルキルスルホコハク酸塩を下記量準備した。
[Example 1]
(Preparation of porous substrate)
The porous substrate used in Example 1 was produced as follows. The following amount of silica particles (average secondary particle size 6.1 μm, specific surface area 200 m 2 / g) was prepared. As the combustible resin, the following amount of powdered polyethylene (weight average molecular weight: 2 million) was prepared. The following amount of mineral oil was prepared as a plasticizer. As a surfactant, the following amount of alkylsulfosuccinate was prepared.

シリカ粒子 27質量部
ポリエチレン 15質量部
鉱物油 57質量部
アルキルスルホコハク酸塩 1質量部
Silica particles 27 parts by weight Polyethylene 15 parts by weight Mineral oil 57 parts by weight Alkylsulfosuccinate 1 part by weight

上記成分を混合し、次いで、押出機で加熱溶融しながら混練した後、得られた混練物を成形ロールにて加圧成形して、厚さ400μmのシート状物を得た。   The above components were mixed and then kneaded while being heated and melted with an extruder, and then the obtained kneaded product was pressure-molded with a molding roll to obtain a sheet-like product having a thickness of 400 μm.

続いて、該シート状物中の可塑剤を有機溶媒(ノルマルプロピルブロマイド)を用いて抽出除去した後、可塑剤が除去されたシート状物を加熱により乾燥して、厚さ400μm、目付け250(g/m2)の多孔性グリーン成形体を得た。この多孔性グリーン成形体には、抽出された可塑剤の存在していたところに、空隙が形成されていた。多孔質グリーン成形体における、見掛け容積に対する孔の容積の割合を空隙率としたとき、比重から算出される空隙率は60%であった。以下の実施例2〜6および比較例1にも、この多孔性グリーン成形体を用いた。なお、多孔性グリーン成形体等の平均厚さと、目付けは、下記のようにして得た値である。 Subsequently, the plasticizer in the sheet-like material is extracted and removed using an organic solvent (normal propyl bromide), and then the sheet-like material from which the plasticizer has been removed is dried by heating to have a thickness of 400 μm and a basis weight of 250 ( g / m 2 ) porous green molded body was obtained. In this porous green molded body, voids were formed where the extracted plasticizer was present. The porosity calculated from the specific gravity was 60% when the ratio of the pore volume to the apparent volume in the porous green molded body was defined as the porosity. This porous green molded body was also used in the following Examples 2 to 6 and Comparative Example 1. The average thickness and basis weight of the porous green molded body and the like are values obtained as follows.

(多孔性グリーン成形体の平均厚さ)
デジマチック標準外側マイクロメータ((株)ミツトヨ製)にて300mm2につき1点測定し、5点を平均して得た。
(Average thickness of porous green compact)
One point was measured per 300 mm 2 with a digimatic standard outer micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation), and five points were averaged.

(目付け)
20cm×20cmの試験片3枚を採取し、それぞれの標準状態(温度25℃、105Pa)における質量を各々測定し、その質量より1m2あたりの質量を求め、その平均値を試料の目付けとした。
(Weight)
Three test pieces of 20 cm × 20 cm are collected, and the mass in each standard state (temperature 25 ° C., 10 5 Pa) is measured. The mass per 1 m 2 is obtained from the mass, and the average value is measured on the sample. It was.

次に、JIS3号水ガラスを準備した。JIS3号水ガラスは、SiO2(28〜30質量%)、Na2O(9〜10質量%)、および水(残部)からなり、モル比(SiO2/Na2O)は2.8〜3.33である。このJIS3号水ガラスを、水で100倍に希釈した溶液に、アセチレングリコールを1質量%添加することにより、焼結助剤含有液(表1中では、WG×100と略する)を得た。この焼結助剤含有液中に多孔性グリーン成形体をディッピングすることにより、多孔性グリーン成形体に焼結助剤含有液を含浸させた。 Next, JIS No. 3 water glass was prepared. JIS No. 3 water glass is composed of SiO 2 (28-30% by mass), Na 2 O (9-10% by mass), and water (remainder), and the molar ratio (SiO 2 / Na 2 O) is 2.8- 3.33. By adding 1% by mass of acetylene glycol to a solution obtained by diluting this JIS No. 3 water glass 100 times with water, a sintering aid-containing liquid (abbreviated as WG × 100 in Table 1) was obtained. . The porous green molded body was impregnated with the sintering aid-containing liquid by dipping the porous green molded body into the sintering auxiliary-containing liquid.

次いで、焼結助剤含有液から多孔性グリーン成形体を引き上げ、多孔性グリーン成形体の表面に付着した余剰な焼結助剤含有液を除去した後、焼結助剤含有液が含浸された多孔性グリーン成形体を、50℃の雰囲気内で1時間乾燥させ、続いて、900℃で1時間、焼成して、多孔質基材を得た。   Next, the porous green molded body was pulled up from the sintering auxiliary agent-containing liquid, and after removing the excess sintering auxiliary agent-containing liquid adhering to the surface of the porous green molded body, the sintering auxiliary agent-containing liquid was impregnated. The porous green molded body was dried in an atmosphere of 50 ° C. for 1 hour, and subsequently fired at 900 ° C. for 1 hour to obtain a porous substrate.

(多孔質膜の作製)
多孔質膜形成用溶液は、以下のように調製した。まず、アルコール系溶媒である、エタノールを主剤とした溶媒AP−7(日本アルコール販売(株))5.9gに、HCl(触媒)(1mol/L)0.2gと、水6.0gとを添加して、触媒含有溶媒を準備し、これに界面活性剤として"Pluronic"(登録商標)P105を1.0g溶解させ、これにテトラエトキシシラン(Si(OC25)4)6.9gを添加した。次いで、この界面活性剤およびテトラエトキシシランが添加された触媒含有溶媒を、50℃で2時間攪拌することにより、テトラエトキシシランの部分重合体を含む多孔質膜形成用溶液を得た。
(Preparation of porous membrane)
The porous film forming solution was prepared as follows. First, 5.9 g of a solvent AP-7 (Nippon Alcohol Sales Co., Ltd.), which is an alcoholic solvent, the main agent of ethanol, 0.2 g of HCl (catalyst) (1 mol / L) and 6.0 g of water. The catalyst-containing solvent is prepared by adding 1.0 g of “Pluronic” (registered trademark) P105 as a surfactant, and 6.9 g of tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) is dissolved therein. Was added. Next, the catalyst-containing solvent to which the surfactant and tetraethoxysilane were added was stirred at 50 ° C. for 2 hours to obtain a porous film forming solution containing a partial polymer of tetraethoxysilane.

次に、多孔質膜形成用溶液を攪拌しながら、多孔質膜形成用溶液中に多孔質基材を5分間浸漬させた。多孔質基材を多孔質膜形成用溶液から引き上げた後、多孔質基材表面の余剰の多孔質膜形成用溶液を除去し、30℃の雰囲気下で24時間乾燥させた後、500℃で2時間焼成することにより、多孔質シリカセラミックスを得た。   Next, the porous substrate was immersed in the porous film forming solution for 5 minutes while stirring the porous film forming solution. After pulling up the porous substrate from the porous film-forming solution, the excess porous film-forming solution on the surface of the porous substrate is removed, dried in an atmosphere of 30 ° C. for 24 hours, and then at 500 ° C. By firing for 2 hours, a porous silica ceramic was obtained.

[評価]
(SEM観察)
得られた多孔質基材と多孔質シリカセラミックスとについて、走査型電子顕微鏡(キーエンス(株)製、型番:VE−7800)を用い、加速電圧:5kV、撮影倍率:2千倍、5千倍にて観察した。VE−7800によるSEM観察の結果から、均一性の高い多孔質膜の形成の可否について評価した。
[Evaluation]
(SEM observation)
About the obtained porous substrate and porous silica ceramics, using a scanning electron microscope (manufactured by Keyence Corporation, model number: VE-7800), acceleration voltage: 5 kV, photographing magnification: 2,000 times, 5,000 times Observed. From the result of SEM observation by VE-7800, the possibility of forming a highly uniform porous film was evaluated.

(孔径・比表面積測定)
多孔質基材の最頻孔径Dmと、多孔質基材および多孔質シリカセラミックスの比表面積とは、ガス吸着装置(日本ベル(株)製、BELsorp-mini)を用いて、77Kにて測定した。測定された最頻孔径Dmと比表面積とは、表1と表2に示している。なお、最頻孔径Dmとは、孔径分布グラフの縦軸の値(孔溶液の微分値)が最大となる孔直径のことである。後述する実施例2〜6や、比較例1においても、同様にして、最頻孔径Dmと比表面積とを求めた。
(Measurement of pore diameter and specific surface area)
The most frequent pore diameter Dm of the porous substrate and the specific surface areas of the porous substrate and the porous silica ceramic were measured at 77K using a gas adsorption device (BELsorp-mini manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.). . The measured most frequent pore diameter Dm and specific surface area are shown in Tables 1 and 2. The most frequent hole diameter Dm is the hole diameter at which the value on the vertical axis of the hole diameter distribution graph (the differential value of the hole solution) is maximized. In Examples 2 to 6 and Comparative Example 1 described later, the most frequent pore diameter Dm and the specific surface area were obtained in the same manner.

また、SEM観察を行ったところ、多孔質基材が有するマクロ孔は、多孔質基材の厚み方向に貫通していた。多孔質膜の一部が多孔質基材のマクロ孔内に入り込んでいた。また、上記のガス吸着測定が可能であることから、多孔質膜単体が有する孔も、多孔質膜単体の厚み方向に貫通していると考えられる。   Moreover, when SEM observation was performed, the macropore which a porous base material has penetrated in the thickness direction of the porous base material. A part of the porous film entered the macropores of the porous substrate. In addition, since the gas adsorption measurement described above is possible, it is considered that the pores of the porous membrane alone penetrate through the thickness direction of the porous membrane alone.

多孔質基材上に形成した多孔質膜とは別に、別途、灰分定量皿上に多孔質膜を形成し、多孔質膜単体を得た。この多孔質膜単体についても、上記記載の方法で、最頻孔径Dm、比表面積を測定した。その結果は表3に示している。   Separately from the porous film formed on the porous substrate, a porous film was separately formed on the ash content determination dish to obtain a porous film alone. For this porous membrane alone, the most frequent pore diameter Dm and the specific surface area were measured by the method described above. The results are shown in Table 3.

(多孔質基材の表面のpH)
多孔質基材(シリカセラミックス)の表面のpHは、JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.49-2に規定された方法に基づき、以下のように測定した。まず、下記の6種類のpH測定用指示薬溶液を用意した。
・クレゾールレッド(CR) 測定pH範囲:0.0〜2.4、6.8〜9.2,
・チモールブルー(TB) 測定pH範囲:1.0〜3.4、7.6〜10.0,
・ブロモフェノールブルー(BPB) 測定pH範囲:2.2〜4.8,
・ブロモクレゾールグリーン(BCG) 測定pH範囲:3.6〜6.0,
・メチルレッド(MR) 測定pH範囲:5.0〜7.4,
・ブロモチモールブルー(BTB) 測定pH範囲:5.8〜8.2,
(PH of porous substrate surface)
The pH of the surface of the porous substrate (silica ceramic) was measured as follows based on the method defined in JAPAN TAPPI paper pulp test method No. 49-2. First, the following six kinds of pH measurement indicator solutions were prepared.
-Cresol red (CR) Measurement pH range: 0.0-2.4, 6.8-9.2
Thymol blue (TB) Measurement pH range: 1.0 to 3.4, 7.6 to 10.0,
-Bromophenol blue (BPB) Measurement pH range: 2.2 to 4.8,
-Bromocresol green (BCG) Measurement pH range: 3.6-6.0,
-Methyl red (MR) Measurement pH range: 5.0 to 7.4
Bromothymol blue (BTB) Measurement pH range: 5.8 to 8.2

多孔質基材を粉砕して、5〜10mm程度の大きさの小塊を選別し、これを試験片とした。続いて、上記試験片の表面に、適当なpH測定用指示薬溶液を滴下した。滴下した溶液は、試験片の表面に自然に広がった。滴下後1〜2分放置して、溶液が半乾きの状態になり、色が均一になった時点で、pH標準変色表の色調と比較して、pHの値を小数点以下1位まで読み取った。2枚の試験片について試験を行い、その平均値を表面pHとした。測定結果は、表1に示している。   The porous base material was pulverized to select small lumps having a size of about 5 to 10 mm and used as test pieces. Subsequently, an appropriate pH measurement indicator solution was dropped on the surface of the test piece. The dropped solution naturally spread on the surface of the test piece. When the solution was left to stand for 1 to 2 minutes after dropping and the solution became semi-dry and the color became uniform, the pH value was read to the first decimal place in comparison with the color tone of the pH standard color change table. . Two test pieces were tested, and the average value was defined as the surface pH. The measurement results are shown in Table 1.

得られた多孔質基材表面のSEM観察写真(撮影倍率:5千倍)を図1に示し、多孔質シリカセラミックス表面のSEM観察写真(撮影倍率:5千倍)を図2に示している。   The SEM observation photograph (photographing magnification: 5,000 times) of the obtained porous substrate surface is shown in FIG. 1, and the SEM observation photograph (photographing magnification: 5,000 times) of the porous silica ceramic surface is shown in FIG. .

多孔質セラミックスの表面(多孔質膜の表面)は、SEM観察写真から分かるように、その外観について、多孔質基材のそれと大きく変わらない。また、表1および表2から分かるように、比表面積が多孔質基材よりも大きくなっている。これらのことから、多孔質基材上に多孔質膜が偏ることなく、すなわち、均一性よく形成されていることが確認できた。   As can be seen from the SEM observation photograph, the surface of the porous ceramic (the surface of the porous film) is not greatly different from that of the porous substrate. Moreover, as can be seen from Tables 1 and 2, the specific surface area is larger than that of the porous substrate. From these facts, it was confirmed that the porous film was formed uniformly on the porous substrate, that is, with good uniformity.

[実施例2〜4]
実施例2〜4でも、実施例1で用いた多孔質基材と同じものを用いた。実施例2では、多孔質膜形成用溶液を構成する溶媒として、エチレングコールモノエチルエーテル(“エチルセロソルブ”、表4中ではECと略記する)を用い、多孔質膜形成用溶液中の各成分の質量部は表4に示したとおりとした。
[Examples 2 to 4]
Also in Examples 2 to 4, the same porous substrate used in Example 1 was used. In Example 2, ethylene glycol monoethyl ether (“ethyl cellosolve”, abbreviated as EC in Table 4) was used as a solvent constituting the porous film forming solution, and each of the solutions in the porous film forming solution was used. The mass parts of the components were as shown in Table 4.

実施例3で用いた多孔質膜形成用溶液は、各成分の質量部を表4に記載のとおりとしたこと以外は、実施例2で用いた多孔質膜形成用溶液と同じである。   The porous membrane forming solution used in Example 3 is the same as the porous membrane forming solution used in Example 2, except that the mass parts of each component are as described in Table 4.

実施例4で用いた多孔質膜形成用溶液は、各成分の質量部を表4に記載のとおりとしたこと以外は、実施例2で用いた多孔質膜形成用溶液と同じである。   The porous membrane forming solution used in Example 4 is the same as the porous membrane forming solution used in Example 2, except that the mass parts of each component are as described in Table 4.

[実施例5]
実施例5は、多孔質基材の作製に用いる焼結助剤含有液として、水酸化カルシウム0.25mol/L(0.5N)溶液に、アセチレングリコールを1質量%添加したもの(表1中では、Ca(OH)2(0.5N)と略記する)を用いた。多孔質膜形成用溶液は実施例4で用いた多孔質膜形成用溶液と同じものを用いた。
[Example 5]
In Example 5, 1% by mass of acetylene glycol was added to a calcium hydroxide 0.25 mol / L (0.5N) solution as a sintering aid-containing solution used for the production of the porous substrate (in Table 1). Then, Ca (OH) 2 (abbreviated as 0.5N) was used. The same porous membrane forming solution as used in Example 4 was used as the porous membrane forming solution.

[実施例6]
実施例6は、多孔質基材の作製に用いる焼結助剤含有液として、リン酸0.33mol/L(1N)溶液に、アセチレングリコールを1質量%添加したもの(表1中では、H3PO4(1N)と略記する)を用いた。多孔質膜形成用溶液は、実施例4で用いた多孔質膜形成用溶液と同じものを用いたと同様である。
[Example 6]
Example 6 is a solution in which 1% by mass of acetylene glycol is added to a 0.33 mol / L (1N) phosphoric acid solution as a sintering aid-containing solution used for the production of a porous substrate (in Table 1, H 3 PO 4 (abbreviated as 1N)). The same porous membrane forming solution as that used in Example 4 was used as the porous membrane forming solution.

[比較例1]
比較例1では、実施例1における焼結助剤含有液を、水ガラス3号を水で10倍に希釈した溶液に、アセチレングリコールを各々1質量%添加して得た溶液(表1中では、WG×10と略記する)に変更した。以上のこと以外は実施例1の場合と同様にして、多孔質基材および多孔質シリカセラミックスを得た。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, a solution obtained by adding 1% by mass of each acetylene glycol to a solution obtained by diluting the water glass No. 3 with water 10 times with the sintering aid-containing liquid in Example 1 (in Table 1) , Abbreviated as WG × 10). Except for the above, a porous substrate and porous silica ceramics were obtained in the same manner as in Example 1.

比較例1にて得られた多孔質基材の表面のSEM観察写真(撮影倍率:5千倍)を図3に示した。多孔質基材の表面pHは9であり、比表面積は1m2/gよりも小さかった。 The SEM observation photograph (photographing magnification: 5,000 times) of the surface of the porous substrate obtained in Comparative Example 1 is shown in FIG. The surface pH of the porous substrate was 9, and the specific surface area was less than 1 m 2 / g.

比較例1にて得られた多孔質シリカセラミックスの表面のSEM観察写真(撮影倍率:2千倍)を図4に示した。多孔質シリカセラミックスの比表面積は1m2/gよりも小さかった。 An SEM observation photograph (photographing magnification: 2,000 times) of the surface of the porous silica ceramic obtained in Comparative Example 1 is shown in FIG. The specific surface area of the porous silica ceramics was smaller than 1 m 2 / g.

比較例1にて得られた多孔質セラミックスでは、SEM観察写真から分かるように、多孔質基材の表面は部分的に多孔質膜によって被覆されておらず、多孔質基材上に多孔質膜が偏析した様子が確認された。これは、多孔質膜形成用溶液が、多孔質基材上に均一に塗布される前に固化してしまったためであると考えられる。   In the porous ceramic obtained in Comparative Example 1, as can be seen from the SEM observation photograph, the surface of the porous substrate is not partially covered with the porous film, and the porous film is formed on the porous substrate. It was confirmed that segregated. This is considered to be because the solution for forming a porous film was solidified before being uniformly applied onto the porous substrate.

以上のとおり、比較例1では、メソ孔を有する多孔質膜を多孔質基材上に均一性よく形成でなかった。これに対して、実施例1〜6では、メソ孔を有する多孔質膜を多孔質基材上に均一性よく形成できた。これらの結果より、本発明では、孔径の異なる2種類の孔群を有する多孔質体を容易に製造できることが確認できた。   As described above, in Comparative Example 1, the porous film having mesopores could not be formed on the porous substrate with good uniformity. On the other hand, in Examples 1-6, the porous film | membrane which has a mesopore was able to be formed with sufficient uniformity on the porous base material. From these results, it was confirmed in the present invention that a porous body having two types of pore groups having different pore diameters can be easily produced.

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実施例1にて得られた多孔質基材のSEMによる表面観察写真Surface observation photograph by SEM of the porous substrate obtained in Example 1 実施例1にて得られた多孔質セラミックスのSEMによる表面観察写真SEM surface observation photograph of the porous ceramics obtained in Example 1 比較例1にて得られた多孔質基材のSEMによる表面観察写真Surface observation photograph by SEM of the porous substrate obtained in Comparative Example 1 比較例1にて得られた多孔質セラミックスのSEMによる表面観察写真SEM surface observation photograph of the porous ceramic obtained in Comparative Example 1

Claims (15)

少なくともシリカを含んでなる粒子と、可燃性の樹脂と、可塑剤とを混合することにより得られた混合物を所定の形状に成型した後、前記混合物から前記可塑剤を抽出して、多孔性グリーン成形体を得、次いで、前記多孔性グリーン成形体に焼結助剤を含む焼結助剤含有液を含浸させ、前記焼結助剤含有液が含浸された多孔性グリーン成形体を焼成することにより、前記樹脂を焼失させて、JAPAN TAPPI 紙パルプ試験方法No.49-2に規定された方法に基づいて測定されるpHが8.0以下の多孔質基材を得る多孔質基材形成工程と、
金属アルコキシドと触媒と界面活性剤と水とを含む多孔質膜形成用溶液を、前記多孔質基材に含浸させて、前記pHが8.0以下の前記多孔質基材上にその一部が多孔質基材の孔内に入り込んだ塗膜を形成した後、前記塗膜を焼成することにより、前記多孔質基材の前記孔よりも径が小さい孔を有しその一部が前記多孔質基材の孔内に入り込んだ多孔質膜を形成する、多孔質膜形成工程とを含み、
前記焼結助剤が、アルカリ金属含有化合物,アルカリ土類金属含有化合物,ホウ素含有化合物およびリン含有化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である多孔質セラミックスの製造方法。
After forming a mixture obtained by mixing particles comprising at least silica, a combustible resin, and a plasticizer into a predetermined shape, the plasticizer is extracted from the mixture, and porous green Obtaining a molded body, and then impregnating the porous green molded body with a sintering aid-containing liquid containing a sintering aid, and firing the porous green molded body impregnated with the sintering auxiliary agent-containing liquid. The porous substrate forming step of burning the resin to obtain a porous substrate having a pH of 8.0 or less measured based on the method defined in JAPAN TAPPI paper pulp test method No. 49-2 When,
A porous film forming solution containing a metal alkoxide, a catalyst, a surfactant, and water is impregnated into the porous substrate, and a part of the solution is formed on the porous substrate having a pH of 8.0 or less. After forming the coating film that has entered the pores of the porous substrate, the coating film is baked to have holes having a smaller diameter than the pores of the porous substrate, and part of the porous substrate forming a porous membrane which has entered into the pores of the substrate, seen including a porous membrane forming step,
A method for producing porous ceramics, wherein the sintering aid is at least one selected from the group consisting of an alkali metal-containing compound, an alkaline earth metal-containing compound, a boron-containing compound, and a phosphorus-containing compound .
前記粒子がシリカ粒子である、請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   The method for producing porous ceramics according to claim 1, wherein the particles are silica particles. 前記金属アルコキシドがシリコンアルコキシドである、請求項1又は2に記載の多孔質セラミックスの製造方法。 Wherein the metal alkoxide is silicon alkoxide method for producing a porous ceramic according to claim 1 or 2. 前記アルカリ金属含有化合物および/または前記アルカリ土類金属含有化合物が、塩化物,水酸化物,炭酸塩,酢酸塩,硫酸塩または硝酸塩のいずれかである、請求項に記載の多孔質セラミックスの製造方法。 2. The porous ceramic according to claim 1 , wherein the alkali metal-containing compound and / or the alkaline earth metal-containing compound is any one of chloride, hydroxide, carbonate, acetate, sulfate, or nitrate. Production method. 前記ホウ素含有化合物がホウ酸および/またはホウ砂である、請求項に記載の多孔質セラミックスの製造方法。 The method for producing a porous ceramic according to claim 1 , wherein the boron-containing compound is boric acid and / or borax. 前記リン含有化合物が、オルトリン酸,ホスホン酸,ホスフィン酸およびペルオキソリン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項に記載の多孔質セラミックスの製造方法。 The method for producing porous ceramics according to claim 1 , wherein the phosphorus-containing compound is at least one selected from the group consisting of orthophosphoric acid, phosphonic acid, phosphinic acid and peroxophosphoric acid. 前記アルカリ金属含有化合物の供給源は、酸化ナトリウムを含む水ガラスである請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。  The method for producing porous ceramics according to claim 1, wherein the supply source of the alkali metal-containing compound is water glass containing sodium oxide. 前記焼結助剤含有液が含浸された前記多孔性グリーン成形体の焼結温度が、1000℃以下である、請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   The method for producing porous ceramics according to claim 1, wherein a sintering temperature of the porous green molded body impregnated with the sintering aid-containing liquid is 1000 ° C or lower. 前記多孔質膜形成用溶液中の固形分の含有量が、3〜30質量%である、請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   The manufacturing method of the porous ceramics of Claim 1 whose content of solid content in the said solution for porous film formation is 3-30 mass%. 前記多孔質膜形成用溶液中の前記界面活性剤の含有量は、前記金属アルコキシド由来の無機成分100質量部に対して、30〜300質量部である請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   2. The production of porous ceramics according to claim 1, wherein the content of the surfactant in the solution for forming a porous film is 30 to 300 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the inorganic component derived from the metal alkoxide. Method. 前記多孔質膜形成工程において、前記多孔質基材を、前記多孔質膜形成用溶液中に浸漬した後、前記多孔質膜形成用溶液から引き上げることにより、前記塗膜を形成する、請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   The said coating film is formed in the said porous film formation process, after the said porous base material is immersed in the said solution for porous film formation, it pulls up from the said solution for porous film formation. A method for producing the porous ceramics according to 1. 前記塗膜を乾燥させてから焼成する、請求項11に記載の多孔質セラミックスの製造方法。 The method for producing porous ceramics according to claim 11 , wherein the coating film is dried and then fired. 前記多孔性基材が有する孔がマクロ孔である、請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   The method for producing porous ceramics according to claim 1, wherein the pores of the porous substrate are macropores. 前記多孔質膜が有する孔がメソ孔である、請求項1に記載の多孔質セラミックスの製造方法。   The method for producing porous ceramics according to claim 1, wherein the pores of the porous membrane are mesopores. 前記多孔質セラミックスは、クロマトグラフ用のカラム充填材である請求項1〜14のいずれかの項に記載の多孔質セラミックスの製造方法。  The method for producing a porous ceramic according to any one of claims 1 to 14, wherein the porous ceramic is a column filler for a chromatograph.
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