JP7258734B2 - Porous body with excellent water absorption - Google Patents
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Description
本発明は、結露しやすい環境で使用される吸水性に優れた多孔体に係るものである。また、本発明は、この多孔体の製造方法にも係るものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a porous body excellent in water absorption used in an environment where dew condensation is likely to occur. The present invention also relates to a method for manufacturing this porous body.
多湿で結露し易い環境下において、結露水の発生や飛散防止等のため多孔体を用い結露水を吸収させる技術が従来から知られている。例えば、引用文献1は、多湿で結露し易い環境下においても過剰な水分を高効率で吸収して基材表面における結露水の発生を抑制するアルミニウム多孔体の製造方法が記載されている。引用文献1では、機械的手段により粉砕され表面に凹凸が形成された粒子径300μm以下のアルミニウム微粒子を金型に充填しアルミニウム微粒子の表面が軟化する550~600℃の温度範囲において30~60kg/cm2の圧力で押圧する。これによりアルミニウム多孔体の空孔率を調整することにより吸水性を向上させている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a technique of absorbing condensed water by using a porous body in order to prevent generation and scattering of condensed water in an environment of high humidity and easy to condense. For example, Cited Document 1 describes a method for producing an aluminum porous body that absorbs excessive moisture with high efficiency even in a humid environment where dew condensation is likely to occur, thereby suppressing the formation of dew condensation on the substrate surface. In Cited Document 1, fine aluminum particles having a particle diameter of 300 μm or less, which are pulverized by mechanical means to form unevenness on the surface, are filled into a mold, and the surface of the fine aluminum particles is softened at a temperature range of 550 to 600° C. at a temperature of 30 to 60 kg/ Press with a pressure of cm 2 . By adjusting the porosity of the aluminum porous body, the water absorption is improved.
上記のとおり、多湿で結露し易い環境下において多孔体が吸水性に優れることは周知である。この吸水性を維持するためには、多孔体表面の親水性が保たれることが重要である。特に多孔体の場合は基材表面積が大きいため、表面の親水性の影響が大きい。とりわけアルミニウムは、表面に水酸基を多く付与することで親水性が向上することも知られている。 As described above, it is well known that the porous body has excellent water absorbency in a humid and dew-prone environment. In order to maintain this water absorbency, it is important to maintain the hydrophilicity of the surface of the porous body. Especially in the case of a porous body, the surface area of the base material is large, so the hydrophilicity of the surface is greatly affected. In particular, aluminum is known to have improved hydrophilicity by adding a large number of hydroxyl groups to its surface.
しかし、環境試験機等では、一般的に-20℃から150℃程度の範囲での温度制御が行われることが多い。このような温度環境で、例えばアルミニウム多孔体を使用すると、多孔体が、高温(例えば約150℃)に長期間曝された場合、表面に存在する水酸基が減少し、表面の親水性が失われ十分な吸水性を維持することができない。 However, in environmental testing machines and the like, the temperature is generally controlled in the range of -20°C to 150°C. In such a temperature environment, for example, when an aluminum porous body is used, when the porous body is exposed to a high temperature (for example, about 150° C.) for a long period of time, the hydroxyl groups present on the surface are reduced and the hydrophilicity of the surface is lost. Sufficient water absorption cannot be maintained.
本発明は、上記の問題を解決するものである。したがって、本発明は、高温環境に長期間曝された後でも吸水性を維持できる多孔体、とりわけ金属を主体とする多孔体の提供を目的とする。 The present invention solves the above problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a porous body, particularly a porous body mainly composed of metal, which can maintain water absorbency even after being exposed to a high-temperature environment for a long period of time.
本発明の一観点によれば、空孔および基体を有する多孔体であって、親水性を有する要素を備える多孔体が提供される。この要素は高温に曝されても親水性が劣化しにくいものである。この多孔体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましい。 According to one aspect of the present invention, there is provided a porous body having pores and a substrate, the porous body comprising a hydrophilic component. The element is resistant to degradation of hydrophilicity when exposed to elevated temperatures. This porous body is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
本発明の一具体例によれば、この親水性を有する要素は、
少なくとも前記基体の外表面の一部を被覆する親水性高分子層、
ゼオライト、および
少なくとも前記基体の外表面の一部を被覆するシリケート層
のうちの少なくとも1つであることが好ましい。
According to one embodiment of the invention, the hydrophilic element comprises
a hydrophilic polymer layer covering at least part of the outer surface of the substrate;
At least one of zeolite and a silicate layer covering at least a portion of the outer surface of the substrate is preferred.
本発明の一具体例によれば、この親水性を有する要素は、少なくとも前記基体の外表面の一部を被覆する親水性高分子層を含むことが好ましく、この親水性高分子層がポリビニルアルコール(PVA)を含有することが好ましい。
本発明の一具体例によれば、この親水性を有する要素は、少なくとも前記基体の外表面の一部を被覆する親水性高分子層を含むことが好ましく、この親水性高分子層がシラノールを含有することが好ましい。
親水性高分子層と基体との間に、少なくとも基体の外表面の一部に直接接して被覆するベーマイト層を更に有してもよい。
According to one embodiment of the present invention, the hydrophilic element preferably comprises a hydrophilic polymeric layer covering at least a portion of the outer surface of the substrate, wherein the hydrophilic polymeric layer comprises polyvinyl alcohol. It preferably contains (PVA).
According to one embodiment of the present invention, the hydrophilic element preferably comprises a hydrophilic polymeric layer covering at least a portion of the outer surface of the substrate, the hydrophilic polymeric layer containing silanol. It is preferable to contain.
Between the hydrophilic polymer layer and the substrate, there may be further provided a boehmite layer covering at least part of the outer surface of the substrate in direct contact therewith.
本発明の一具体例によれば、親水性を有する要素がゼオライトを含み、多孔体は、ゼオライトを多孔体の0.1質量%以上含有することが好ましい。ゼオライト含有量は0.2~6質量%であることが更に好ましい。ゼオライトはゼオライト粒子の形態であり、ゼオライト粒子が少なくとも基体の空孔表面に存在することが更に好ましい。
この場合も、少なくとも基体の外表面の一部を被覆するベーマイト層を有してもよい。
According to one embodiment of the present invention, it is preferred that the hydrophilic element contains zeolite and the porous body contains 0.1 mass % or more of zeolite based on the porous body. More preferably, the zeolite content is 0.2 to 6% by mass. More preferably, the zeolite is in the form of zeolite particles, and the zeolite particles are present at least on the pore surfaces of the substrate.
Also in this case, a boehmite layer covering at least part of the outer surface of the substrate may be provided.
本発明の一具体例によれば、親水性を有する要素がシリケート層を含むことが好ましい。さらに、基体とシリケート層との間に多孔体が、少なくとも基体の外表面の一部に直接接して被覆するベーマイト層をさらに有してもよい。さらに、シリケート層上に親水性高分子層を有してもよい。 According to one embodiment of the invention, the hydrophilic element preferably comprises a silicate layer. Furthermore, the porous body may further have a boehmite layer covering at least part of the outer surface of the substrate in direct contact between the substrate and the silicate layer. Furthermore, it may have a hydrophilic polymer layer on the silicate layer.
本発明の一具体例によれば、多孔体の空孔率が20%~90%であることが好ましい。 According to one embodiment of the invention, the porosity of the porous body is preferably between 20% and 90%.
本発明の他の観点によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金の多孔体の製造方法が提供される。この製造方法は、
アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を準備する段階と、
アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の質量の0.1%以上の質量のゼオライト粉末を準備する段階と、
アルミニウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末と前記ゼオライト粉末を混合する段階と、
混合粉末を焼結する段階と
を含む。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an aluminum or aluminum alloy porous body. This manufacturing method is
preparing an aluminum powder or an aluminum alloy powder;
preparing zeolite powder with a mass of 0.1% or more of the mass of the aluminum powder or aluminum alloy powder;
mixing aluminum powder or aluminum alloy powder with the zeolite powder;
and sintering the mixed powder.
本発明の一具体例によれば、ゼオライト粉末の質量が、アルミニウム粉末あるいはアルミニウム合金粉末の質量の0.2~6質量%であることが好ましい。 According to one embodiment of the invention, the weight of the zeolite powder is preferably 0.2-6% by weight of the weight of the aluminum powder or aluminum alloy powder.
本発明の一具体例によれば、多孔体にシリケート処理または親水性高分子層の被覆を行う段階を更に有することが好ましい。あるいは、多孔体にシリケート処理を行った後に親水性高分子層を被覆する段階を有してもよい。また、多孔体にシリケート処理または親水性高分子層の被覆を行う前に、多孔体にベーマイト処理を行ってもよい。 According to one embodiment of the present invention, it is preferred to further comprise the step of treating the porous body with a silicate treatment or coating it with a hydrophilic polymer layer. Alternatively, there may be a step of coating the hydrophilic polymer layer after subjecting the porous body to silicate treatment. The porous body may be subjected to boehmite treatment before the porous body is subjected to silicate treatment or coating with a hydrophilic polymer layer.
本発明の他の観点によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金の多孔体の製造方法が提供され、この方法は、
アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を準備する段階と、
このアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を焼結する段階と、
焼結体にシリケート処理または親水性高分子層の被覆を行う段階と
を含む。親水性高分子層は、ポリビニルアルコール(PVA)及び/またはシラノールを含有することが好ましい。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a porous aluminum or aluminum alloy body, the method comprising:
preparing an aluminum powder or an aluminum alloy powder;
sintering the aluminum powder or aluminum alloy powder;
and subjecting the sintered body to silicate treatment or coating with a hydrophilic polymer layer. The hydrophilic polymer layer preferably contains polyvinyl alcohol (PVA) and/or silanol.
本発明の一具体例によれば、多孔体にシリケート処理を行った後に親水性高分子層を被覆してもよい。また、多孔体にシリケート処理または親水性高分子層の被覆を行う前に、多孔体にベーマイト処理を行ってもよい。 According to one embodiment of the present invention, the porous body may be coated with a hydrophilic polymer layer after the silicate treatment. The porous body may be subjected to boehmite treatment before the porous body is subjected to silicate treatment or coating with a hydrophilic polymer layer.
本発明の一具体例によれば、焼結された多孔体の空孔率が20%~90%であることが好ましい。 According to one embodiment of the invention, the porosity of the sintered porous body is preferably between 20% and 90%.
本発明の一具体例によれば、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、個数割合で70%以上が100~500μmの粒子径を有することが好ましい。 According to one embodiment of the present invention, it is preferable that 70% or more of the aluminum powder or aluminum alloy powder has a particle size of 100 to 500 μm.
本発明の多孔体は、約150℃以上などの高温に長時間(例えば500時間以上)曝された後にも、親水性を維持でき、優れた吸水を有することができる。 The porous body of the present invention can maintain hydrophilicity and have excellent water absorption even after being exposed to high temperatures such as about 150° C. or higher for a long time (for example, 500 hours or longer).
本発明及びその利点を、添付の概略図面を参照して以下により詳細に述べる。図面は、例示の目的で、いくつかの非限定的な実施例を示す。 The invention and its advantages are described in more detail below with reference to the accompanying schematic drawings. The drawings show, for illustrative purposes, some non-limiting examples.
本発明は、結露しやすい環境で使用される吸水性に優れた多孔体であって、高温に長時間曝された後にも優れた吸水性を有する多孔体を提供するものである。本明細書では、「高温」とは約150℃以上の温度(例えば約180℃)、「長時間」とは、例えば500時間以上の時間をいう。また、「優れた吸水性」とは結露水を瞬時に吸水できる能力であり、結露水などの水滴が「多孔体表面」に付着または生成してから約5秒以内にそれを吸水できることにより判断する。なお、「吸水」とは、水滴の濡れ角度がほぼ零度となる状態、あるいは水滴が空孔内に吸収された状態をいう。「多孔体表面」とは、多孔体の空孔を画定する内部表面を含まない、多孔体の外側の表面をいう。
以後、空孔を画定する多孔体内部の表面を「内表面」といい、「内表面」を含まない外側表面を「多孔体表面」または「外表面」という。
An object of the present invention is to provide a porous body that is used in an environment where dew condensation is likely to occur and that has excellent water absorption even after being exposed to high temperatures for a long period of time. As used herein, "high temperature" refers to a temperature of about 150° C. or higher (eg, about 180° C.), and "long time" refers to a time of, eg, 500 hours or longer. In addition, "excellent water absorption" is the ability to absorb condensed water instantly, and is judged by the ability to absorb water droplets such as condensed water within about 5 seconds after they adhere to or form on the "porous body surface". do. The term "water absorption" refers to a state in which the wetting angle of water droplets is approximately zero degrees, or a state in which water droplets are absorbed in pores. A "porous body surface" refers to the exterior surface of a porous body that does not include the interior surfaces that define the pores of the porous body.
Hereinafter, the surface inside the porous body that defines the pores will be referred to as the "inner surface", and the outer surface that does not include the "inner surface" will be referred to as the "porous body surface" or the "outer surface".
本発明による多孔体は、空孔および基体を有する多孔体であって、基体が、親水性を有する要素を備える。
以下、本発明による多孔体の具体的実施形態を説明する。
A porous body according to the present invention is a porous body having pores and a substrate, wherein the substrate comprises an element having hydrophilicity.
Specific embodiments of the porous body according to the present invention are described below.
第1の実施形態
図1に本発明の多孔体の第1の実施形態の断面の概略図を示す。この多孔体1は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体からなる多孔質の基部20、およびその外表面の少なくとも一部を被覆する親水性高分子層5を有する。任意で、基部20と親水性高分子層5の間にベーマイト層3を有してもよい。多孔質の基部20の断面の拡大概略図を図2に示す。基部20は、基体2および空孔4を有する。基体2は、純アルミニウム単体粉末、アルミニウム合金単体粉末、または純アルミニウムとアルミニウム合金の混合粉末のいずれかの基材粉末を焼結したものである。基材粉末の製造方法は特に限定されないが、70%以上が粒子径100~500μmの粉末を用いることが好ましい。アルミニウム合金の組成は、特に限定はしないが、例えば、Cu:0.5~5.0質量%、Si:0.5~3.0質量%、Mn:0.5~3.0質量%のうちから1種以上を含み、残部がアルミニウムおよび不可避不純物であるものが好ましい。
First Embodiment FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first embodiment of the porous body of the present invention. This porous body 1 has a
上記粉末を不活性または還元雰囲気で、例えば約600~670℃の温度で焼結することにより焼結体を作製する。焼結体(基部20)の空孔率は20~90%とすることが好ましい。空孔率が20%以上では空孔容積が大きくなり、吸水容量などの吸水性で有利になる。空孔率が90%以下では多孔体の強度が大きくなり使用し易い。機械加工や設置などにより適した機械的強度を確保するためには空孔率を60%以下とすることが好ましい。 A sintered body is produced by sintering the powder in an inert or reducing atmosphere, for example at a temperature of about 600-670°C. The sintered body (base portion 20) preferably has a porosity of 20 to 90%. When the porosity is 20% or more, the pore volume increases, which is advantageous in water absorption such as water absorption capacity. When the porosity is 90% or less, the strength of the porous body increases and it is easy to use. The porosity is preferably 60% or less in order to secure mechanical strength suitable for machining and installation.
親水性高分子層5は、分子内に親水性付与基を含む化学構造を有すればよく、親水性付与基としては、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等の酸基;カルボキシベタイン、スルホベタイン、ホスホベタイン等のべタイン構造含有基;ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、オキシエチレン基とオキシプロピレン基との両方を含むポリオキシアルキレン基等のポリオキシアルキレン基;水酸基、アミド;3級アミノ基、4級アンモニウム塩等を挙げることができる。
The
とりわけ、親水性高分子層5は、親水性付与基含有重合性不飽和化合物を含むものが好ましい。親水性付与基含有重合性不飽和化合物の具体例としては、例えば、(メタ)アクリル酸若しくはそのアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩、イタコン酸若しくはそのアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、2-スルホエチル(メタ)アクリレート、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、3-スルホプロピル(メタ)アクリレート、4-スチレンスルホン酸これらスルホン酸のアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩、2-アクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2-メタクリロイルオキシエチルアシッドホスフェート、2-アクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、2-メタクリロイルオキシプロピルアシッドホスフェート、これらリン酸のアルカリ金属塩、アミン塩及びアンモニウム塩;メタクリロイルオキシエチル-N,N-ジメチル-N-(3-スルホプロピル)アンモニウムベタイン、メタクリロイルオキシエチル-N,N-ジメチルアンモニウム-α-メチルカルボキシベタイン;ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、N-ビニル-2-ピロリドン、アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド;ヒドロキシエチルアクリルアミド等のN-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド;N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド、2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムブロマイド、2-(メタ)アクリロイルオキシエチル-2’-(トリメチルアンモニウム)エチルホスフェート、2-(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムジメチルホスフェート、ビニルアルコール等を挙げることができる。
In particular, the
とりわけ、親水性高分子層5は、ポリビニルアルコール(PVA)を含有するものが好ましい。ポリビニルアルコール(PVA)は示唆式(-CH2CH(OH)-)nであり、分子中に多くのOH基を有する。また、親水性高分子層5は、シラノールを含有するものも好ましい。シラノールは、化学式Si-OHであらわされ、シリカの表面に存在している。シラノールは、水酸基を有することから親水性を示す。
In particular, the
親水性高分子層5は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体である基部20に、塗布することにより得られる。例えば、PVAを含有する場合、例えばPVAをリン酸、フィチン酸、シリカ、フェノール樹脂等と混合した溶液、またはシリカを主成分とした溶液を基部20の外表面に塗布し、150~250℃、好ましくは200~220℃で、10分以上、好ましくは30分以上で、焼付乾燥を行う。塗布は、スプレー、浸漬など従来知られた塗布手段を採用できる。親水性高分子層5の厚さに特に限定はないが、PVAの場合は0.1~10μm、シラノールの場合は0.1~1.5μmが好ましい。親水性高分子層5は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の表面の親水性を高める効果を有し、高温下においても劣化しにくいため、高温に長時間曝された後も、多孔体の親水性を維持でき、吸水性を維持することができる。なお、PVA層およびシラノールを共に被覆してもよい。
The
親水性高分子層5は、基部20の少なくとも外表面の一部を被覆すればよい。「外表面を被覆」とは概略的にいえば、巨視的に見れば基部20の外表面に親水性高分子層5が形成される状態をいうが、微視的に見れば基部20の外表面に存在する少なくとも基体の一部の表面粒子の少なくとも一部分(好ましくは外表面側)を親水性高分子層5が被覆すればよく、空孔の開口が塞がれることはない。「少なくとも外表面」とは、多孔体の内表面には親水性高分子層5が存在しなくてもよいことを意味する。しかし、親水性高分子層5は基体2の内表面(空孔表面)の少なくとも一部、とりわけ外表面近傍にも存在することが好ましい。なお、「少なくとも基体の外表面の一部を被覆」とは、必ずしも親水性高分子層5は外表面の全てを被覆する必要はないことを示す。
The
本発明の多孔体1は、さらに、基体2の表面にベーマイト層3を有してもよく、ベーマイト層3上に親水性高分子層5を設ける構成を採ることもできる。ベーマイトは、アルミニウム水和酸化物であり、80~100℃、好ましくは95℃以上の水にアルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体を1時間半以上浸漬することにより形成される(ベーマイト処理)。水の純度が高いほどベーマイト処理は効果的であるので、イオン交換膜法等の精製方法による精製水や純水を使用することが好ましい。浸漬完了後は加熱乾燥(例えば100℃で60分)することが好ましい。ベーマイト層3自体は、親水性であるが高温で早期に劣化する。しかし、その上から親水性高分子層5を被覆することで基体2の表面により強固な親水部を形成することができるため、親水性の劣化防止を図ることができる。ベーマイト層3も基体2の少なくとも外表面を被覆することが好ましい。
The porous body 1 of the present invention may further have a boehmite layer 3 on the surface of the
第2の実施形態
本発明の第2の実施形態の断面の拡大概略図を図3に示す。この実施形態では、基部20の基体2がゼオライト粒子6を含む。図3ではゼオライト粒子6は基体2の表面に付着または露出して示されているが、ゼオライト粒子6は、空孔4内に存在してもよく、或いは一部は基体2に埋没している場合もある。いずれにしてもゼオライト粒子6は、均一に分散することが好ましい。なお、多孔体(基体)の外表面にはゼオライト粒子6は存在してもよいが存在しなくてもよい。
Second Embodiment An enlarged schematic view of a cross-section of a second embodiment of the invention is shown in FIG. In this embodiment, the
ゼオライトは、結晶性アルミノケイ酸塩の総称であり、その一般式は、(M2 I,MII)O・Al2O3・mSiO2・nH2Oで表され、ここでMIは1価の陽イオンであり、Li+、Na+、K+、Rb+、NH4 +、Me4N+(TMA)、Et4N+(TEA)、PR4N+(TPA)等から選択され、MIIは2価の陽イオンであり、Ca2+、Ba2+、Sr2+、Mg2+、Zn2+等から選択される。ゼオライトには、合成ゼオライト、人工ゼオライト、天然ゼオライトがある。ゼオライトには優れた水の吸収性能があり、高温に曝されても劣化しにくい。 Zeolite is a general term for crystalline aluminosilicates, and its general formula is represented by (M 2 I , M II )O.Al 2 O 3.mSiO 2.nH 2 O, where M I is monovalent. is a cation selected from Li + , Na + , K + , Rb + , NH 4 + , Me 4 N + (TMA), Et4N + (TEA), PR4N + (TPA), etc., and M II is 2 It is a valent cation and is selected from Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , Mg 2+ , Zn 2+ and the like. Zeolites include synthetic zeolites, artificial zeolites, and natural zeolites. Zeolites have excellent water absorption performance and are resistant to deterioration even when exposed to high temperatures.
本発明においては、ゼオライトの種類は限定されず、いずれの種類のゼオライトを使用してもよい。ゼオライト粒子の粒径は500μm以下が好ましく、30~150μmがより好ましい。ゼオライト粒子6は、多孔体1の0.1質量%以上の割合で含まれる。好ましくはゼオライト粒子6の含有量は、多孔体1の0.2質量%以上、更に好ましく0.2~6.0質量%である。ゼオライト粒子6の含有量が0.2質量%以上になると吸水性が更に改善される。機械加工や設置などにより好適な機械的強度を確保するためにはゼオライト粒子6の含有量の上限を6.0質量%とすることが好ましい。ゼオライト粒子6の付与は、所定量のゼオライト粒子6をアルミニウムあるいはアルミニウム合金の基材粉末と混合して焼結を行うことができるが、これに限らず他の方法を用いてもよい。
In the present invention, the type of zeolite is not limited, and any type of zeolite may be used. The particle size of the zeolite particles is preferably 500 μm or less, more preferably 30 to 150 μm. The
上記の空孔率を有するアルミニウムあるいはアルミニウム合金は本来吸水性に優れる。しかし、高温に長時間曝されることにより吸水性が低下する。しかし、ゼオライトは水の吸着性能に優れ、また高温においても劣化しにくいため、ゼオライト粒子6を基体2に付着または埋没等させることにより、高温に長時間曝された後でも、多孔体の吸水性を維持することができる。この実施形態においても、基体2の表面にベーマイト層3を有してもよい。
Aluminum or an aluminum alloy having the above porosity is inherently excellent in water absorption. However, long-term exposure to high temperatures reduces water absorption. However, since zeolite has excellent water adsorption performance and is resistant to deterioration even at high temperatures, by attaching or burying the
第3の実施形態
図4に本発明の多孔体の第3の実施形態の概略断面図を示す。この多孔体1も、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体からなる基体2と空孔4を有する基部20を有する。この基部20については、第1の実施形態で説明したとおりである。
第3の実施形態では、多孔体1は、基体2の少なくとも外表面7を被覆するシリケート層8を有する。「外表面を被覆」、「少なくとも外表面」については第1の実施形態で説明したとおりである。シリケート層8も基体2の内表面の少なくとも一部、とりわけ外表面近傍にも存在することが好ましい。
Third Embodiment FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the porous body of the present invention. This porous body 1 also has a
In a third embodiment, the porous body 1 has a
シリケート層8は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体に、シリケート処理を施すことにより得られる。シリケート処理は一般的に知られている処理でよい。例えば、ケイ酸塩濃度0.3~5.0質量%、pH10.0~12.0、水温60~90℃のシリケート処理液に焼結体を、5分以上浸漬することにより行う。シリケート層8は例えば0.1~0.8μmの厚さを有することが好ましい。シリケート層8は、アルミニウムのケイ酸質被膜であり、基体の親水性を高める作用を寄与し、また高温においても劣化しにくいため、高温に長時間曝された後も、多孔体の親水性を維持でき、吸水性を維持することができる。
The
この実施形態においても、基体2の表面にベーマイト層3を有してもよい。ベーマイト層上にシリケート層8を設ける構成を採ることもできる。ベーマイト層3およびシリケート層8を設ける処理の一例として、焼結体を95℃以上の純水中で約2時間浸漬させ(ベーマイト処理)、その後60~85℃のケイ酸浴に15分浸漬させる(シリケート処理)ことができる。
Also in this embodiment, the
その他の実施形態
以上、第1~第3の実施形態を説明したが、これらの実施形態は組み合わせてもよく、その場合、相乗的効果により、高温に長時間曝された後の親水性、ひいては吸水性を維持する効果が一層向上する。なお、いずれの場合も、基体2の表面に予めベーマイト処理を施してベーマイト層3を形成することができる。
(1)多孔体1は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体からなる基体2がゼオライト粒子6を有し、さらにその基体2を有する基部20の少なくとも外表面に親水性高分子層5を有する。
(2)多孔体1は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体からなる基体2がゼオライト粒子6を有し、さらにその基体2を有する基部20の少なくとも外表面にシリケート層8を有する。
(3)多孔体1は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体からなる基体2がゼオライト粒子6を有し、さらにその基体2を有する基部20の少なくとも外表面にシリケート層8を有し、さらにその上に親水性高分子層5を有する。
(4)多孔体1は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体からなる基体2を有する基部20の少なくとも外表面にシリケート層8を有し、さらにその上に親水性高分子層5を有する(図5参照)。
以上の親水性高分子層5、ゼオライト粒子6およびシリケート層8の詳細は、上記に説明したとおりである。
Other Embodiments Although the first to third embodiments have been described above, these embodiments may be combined, in which case, due to a synergistic effect, hydrophilicity after long-term exposure to high temperature, The effect of maintaining water absorption is further improved. In either case, the boehmite layer 3 can be formed by subjecting the surface of the
(1) The porous body 1 has a
(2) The porous body 1 has a
(3) The porous body 1 has a
(4) The porous body 1 has a
The details of the
以上、本発明の実施形態の具体例をアルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼結体について説明した。しかし、本発明は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金に限らず、他の材料(例えば、ステンレス鋼、銅、チタン等の金属、セラミックス等)にも適用できることは当業者に明らかである。さらに、本発明の多孔体は、焼結体に限らず、発泡金属など他の多孔体であってもよい。 As described above, the specific example of the embodiment of the present invention has been described with respect to the sintered body of aluminum or aluminum alloy. However, it is obvious to those skilled in the art that the present invention can be applied not only to aluminum or aluminum alloys but also to other materials (eg, metals such as stainless steel, copper, titanium, etc., ceramics, etc.). Furthermore, the porous body of the present invention is not limited to a sintered body, and may be other porous bodies such as foam metal.
本発明による多孔体は、環境試験機内などの結露防止に適したものである。しかし、本発明による多孔体は、これに限らず、高温環境への昇降温を伴う機器への適用が可能である。例えば、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン、イヤホンなど屋外内で使用する電子機器、高温部分を有する配電盤や電子機器、例えばコンプレッサー、プロジェクター内のレンズ、プリンター、床暖房システムなどである。 The porous body according to the present invention is suitable for preventing dew condensation inside an environmental tester. However, the porous body according to the present invention is not limited to this application, and can be applied to equipment involving temperature rise/decrease in high-temperature environments. Examples include electronic devices used outdoors, such as smartphones, tablets, laptops, and earphones, and switchboards and electronic devices with high-temperature parts, such as compressors, lenses in projectors, printers, and floor heating systems.
本発明の多孔体の実施例1~22、31~58および比較例61~63を以下の要領で作製した。表1~表4に示す組成のアルミニウム合金粉末をアトマイズ法により作製した。この粉末の粒径は、個数割合で70%が200~450μmの粒子径を有していた。 Examples 1 to 22, 31 to 58 and Comparative Examples 61 to 63 of the porous bodies of the present invention were produced in the following manner. Aluminum alloy powders having compositions shown in Tables 1 to 4 were produced by an atomizing method. As for the particle size of this powder, 70% of the particles had a particle size of 200 to 450 μm.
実施例1~11は、このアルミニウム合金粉末を表1に示す比率のゼオライト粉末(東ソー株式会社製ゼオラム(R)A-3)とV型混合機で混合し、混合粉末を無加圧で黒鉛トレー上に散布し、水素雰囲気ガス中で、650℃で7時間焼結した。混合粉末の散布量は焼結後の厚さを3mmとなるように調整した。他方、比較例61~63は、ゼオライト粉末を添加しないで、上記と同条件で焼結を行った。これらの試料の空孔率を表1に示す。 In Examples 1 to 11, this aluminum alloy powder was mixed with zeolite powder (Zeolam (R) A-3 manufactured by Tosoh Corporation) at the ratio shown in Table 1 with a V-type mixer, and the mixed powder was converted to graphite without pressure. It was spread on a tray and sintered at 650° C. for 7 hours in a hydrogen atmosphere gas. The spray amount of the mixed powder was adjusted so that the thickness after sintering would be 3 mm. On the other hand, Comparative Examples 61 to 63 were sintered under the same conditions as above without adding zeolite powder. Table 1 shows the porosity of these samples.
また、実施例12~20は、上記と同じ手順および条件で、表2に示す組成のアルミニウム合金をゼオライト粉末を添加しないで焼結を行った。その焼結体に、ベーマイト処理およびシリケート処理を施した。ベーマイト処理は、焼結体に95℃の純水中に、焼結体を2時間浸漬し、その後100時間で60分乾燥させた。その後、シリケート処理として、ケイ酸ナトリウムを0.5質量%となるように水に溶かして、80℃に加温し、pH11.5に調整したケイ酸浴に、焼結体を浸漬した(処理時間を表2に示す)。浸漬後は、水洗いして100時間で60分乾燥させた。 Further, in Examples 12 to 20, the aluminum alloys having the compositions shown in Table 2 were sintered in the same procedure and under the same conditions as above without adding zeolite powder. The sintered body was subjected to boehmite treatment and silicate treatment. The boehmite treatment was performed by immersing the sintered body in pure water at 95° C. for 2 hours and then drying it for 60 minutes over 100 hours. After that, as a silicate treatment, the sintered body was immersed in a silicic acid bath in which sodium silicate was dissolved in water to a concentration of 0.5% by mass, heated to 80° C., and adjusted to pH 11.5 (treatment times are shown in Table 2). After immersion, it was washed with water and dried for 60 minutes in 100 hours.
実施例21は、ベーマイト処理を行わないで、シリケート処理のみを上記条件で2.5分間行ったものである。実施例22は、実施例6の試料(ゼオライト0.08質量%添加)に上記のベーマイト処理を施し、その上に上記条件でシリケート処理を15.0分間施したものである。これらの試料の空孔率を表2に示す。 In Example 21, only the silicate treatment was performed under the above conditions for 2.5 minutes without the boehmite treatment. In Example 22, the sample of Example 6 (0.08% by mass of zeolite was added) was subjected to the above boehmite treatment, and then subjected to silicate treatment under the above conditions for 15.0 minutes. Table 2 shows the porosity of these samples.
実施例31~42は、上記の手順および条件でゼオライト粉末を添加しないで作製したアルミニウム合金焼結体に、実施例31~35、37~41はベーマイト処理を施し、実施例36、42はベーマイト処理を施さないで、親水性高分子層を被覆した。親水性高分子層は、実施例31~36は親水性Si系被膜、実施例37~42はポリビニルアルコール(PVA)を含有する被膜である。Si系被膜の組成は、SiO2Si-OHを主構成としている(すなわち、シラノールを含有する)。その組成の溶液をアルミニウム焼結体の外表面に浸漬(いわゆる、どぶ付け)により塗布した。その後、100℃以上200℃以下で20分間焼付乾燥を行った。これらの試料の親水性高分子層被膜厚さおよび空孔率を表3に示す。 In Examples 31 to 42, the aluminum alloy sintered bodies produced without adding zeolite powder according to the above procedures and conditions were subjected to boehmite treatment in Examples 31 to 35 and 37 to 41, and in Examples 36 and 42, boehmite was applied. The hydrophilic polymer layer was coated without any treatment. The hydrophilic polymer layer is a hydrophilic Si-based film in Examples 31-36, and a film containing polyvinyl alcohol (PVA) in Examples 37-42. The composition of the Si-based film is mainly composed of SiO 2 Si—OH (that is, contains silanol). A solution having the composition was applied to the outer surface of the aluminum sintered body by dipping (so-called dripping). After that, baking drying was performed for 20 minutes at 100° C. or more and 200° C. or less. Table 3 shows the hydrophilic polymer layer coating thickness and porosity of these samples.
実施例43~58は、上記の手順および条件でゼオライト粉末を添加しないで作製したアルミニウム合金焼結体に、実施例43~46、51~54はベーマイト処理を施し、実施例47~50、55~58はベーマイト処理を施さないで、実施例43,44、47、48、51、52,55、56はシリケート処理を施し、実施例45、46、49,50、53、54、57、58はシリケート処理を施さないで、親水性高分子層を被覆した。親水性高分子層は、実施例43~50は親水性Si系被膜、実施例51~58はポリビニルアルコール(PVA)を含有する被膜である。これらの親水性高分子層被膜の組成および被覆方法は実施例31~42と同じである。これらの試料の親水性高分子層被膜厚さおよび空孔率を表4に示す。 In Examples 43-58, aluminum alloy sintered bodies produced without adding zeolite powder according to the above procedures and conditions were subjected to boehmite treatment in Examples 43-46 and 51-54, and in Examples 47-50 and 55. to 58 were not subjected to boehmite treatment, Examples 43, 44, 47, 48, 51, 52, 55 and 56 were subjected to silicate treatment; coated the hydrophilic polymer layer without silicate treatment. The hydrophilic polymer layer is a hydrophilic Si-based film in Examples 43-50, and a film containing polyvinyl alcohol (PVA) in Examples 51-58. The composition and coating method of these hydrophilic polymer layer coatings are the same as in Examples 31-42. Table 4 shows the hydrophilic polymer layer coating thickness and porosity of these samples.
比較例61~63は、上記の手順および条件でゼオライト粉末を添加しないで作製したアルミニウム合金焼結体に、ベーマイト処理、シリケート処理、親水性高分子層被覆のいずれの処理も施さなかった。 In Comparative Examples 61 to 63, the aluminum alloy sintered bodies produced without adding zeolite powder according to the above procedure and conditions were not subjected to any of boehmite treatment, silicate treatment, and hydrophilic polymer layer coating.
以上の実施例1~22、31~58および比較例61~63について、高温加熱後の吸水性についての評価試験を行った。評価試験は、大気中180℃で、それぞれ250時間、500時間、1000時間、および2000時間(実施例1~22は3000時間まで)の各時間の加熱処理を行い、室温まで空冷させた試料を作製した。各試料の表面に0.5mlの水滴を滴下し、水滴が見えなくなるまでの時間を測定した。表1および表2に結果を示す。表中、○は1秒以下で水滴が見えなくなったもの、△は1秒超、5秒以内で水滴が見えなくなったもの、×は水滴が見えなくなるのに5秒より長くかかったものを示す。 For Examples 1 to 22, 31 to 58 and Comparative Examples 61 to 63 described above, an evaluation test was conducted on water absorbency after heating at a high temperature. In the evaluation test, heat treatment was performed at 180° C. in the air for 250 hours, 500 hours, 1000 hours, and 2000 hours (up to 3000 hours for Examples 1 to 22), and the samples were air-cooled to room temperature. made. A water droplet of 0.5 ml was dropped on the surface of each sample, and the time until the water droplet disappeared was measured. Tables 1 and 2 show the results. In the table, ○ indicates that the water droplets disappeared in 1 second or less, △ indicates that the water droplets disappeared in more than 1 second and within 5 seconds, and × indicates that it took longer than 5 seconds for the water droplets to disappear. .
表1~表4の結果から、ゼオライトを含まずシリケート処理も行わなかった比較例61~63は、250時間の加熱で吸水性が劣化した。他方、本発明による実施例は、いずれも3000時間あるいは2000時間の加熱後でも、良好な吸水性を有していた。
なお、上記実施例のシリケート処理には、ケイ酸塩溶液を用いたが、リチウム塩などの他の塩でも同様に効果が得られることも確認した。
From the results in Tables 1 to 4, Comparative Examples 61 to 63, which did not contain zeolite and were not treated with silicate, deteriorated in water absorption after heating for 250 hours. On the other hand, the examples according to the present invention all had good water absorbency even after heating for 3000 hours or 2000 hours.
Although a silicate solution was used for the silicate treatment in the above examples, it was also confirmed that other salts such as lithium salt can be similarly effective.
Claims (11)
前記多孔体が、親水性を有する要素を備え、該要素が少なくとも前記基体の外表面の一部を被覆する親水性高分子層を含み、前記親水性高分子層がポリビニルアルコール(PVA)およびシラノールを含有する、多孔体。 A porous body having pores and a substrate, the substrate comprising Cu: 0.5 to 5.0% by mass, Si: 0.5 to 3.0% by mass, and Mn: 0.5 to 3.0% by mass made of an aluminum alloy containing one or more of the above, with the balance being aluminum and inevitable impurities,
The porous body comprises a hydrophilic element, the element comprises a hydrophilic polymer layer covering at least part of the outer surface of the substrate, and the hydrophilic polymer layer comprises polyvinyl alcohol (PVA) and silanol. A porous body containing
Cu:0.5~5.0質量%、Si:0.5~3.0質量%、Mn:0.5~3.0質量%のうちから1種以上を含み、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を準備する段階と、
前記アルミニウム合金粉末の質量の0.2~5.0%の質量のゼオライト粉末を準備する段階と、
前記アルミニウム合金粉末と前記ゼオライト粉末を混合する段階と、
前記混合粉末を空孔率が20%~90%の多孔体に焼結する段階と
前記多孔体の少なくとも外表面の一部にポリビニルアルコール(PVA)及びシラノールを含有する親水性高分子層の被覆を行う段階と
を含む、多孔体の製造方法。 A method for manufacturing a porous body,
Cu: 0.5 to 5.0% by mass, Si: 0.5 to 3.0% by mass, Mn: 0.5 to 3.0% by mass, with the balance being aluminum and unavoidable impurities providing an aluminum alloy powder consisting of
preparing a zeolite powder with a mass of 0.2-5.0 % of the mass of the aluminum alloy powder;
mixing the aluminum alloy powder and the zeolite powder;
sintering the mixed powder into a porous body having a porosity of 20% to 90%;
coating at least part of the outer surface of the porous body with a hydrophilic polymer layer containing polyvinyl alcohol (PVA) and silanol;
A method for producing a porous body, comprising:
Cu:0.5~5.0質量%、Si:0.5~3.0質量%、Mn:0.5~3.0質量%のうちから1種以上を含み、残部がアルミニウムおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を準備する段階と、
前記アルミニウム合金粉末を空孔率が20%~90%の多孔体に焼結する段階と、
前記多孔体の少なくとも外表面の一部にポリビニルアルコール(PVA)及びシラノールを含有する親水性高分子層の被覆を行う段階と
を含む、多孔体の製造方法。 A method for manufacturing a porous body,
Cu: 0.5 to 5.0% by mass, Si: 0.5 to 3.0% by mass, Mn: 0.5 to 3.0% by mass, with the balance being aluminum and unavoidable impurities providing an aluminum alloy powder consisting of
sintering the aluminum alloy powder into a porous body having a porosity of 20% to 90%;
and a step of coating at least part of the outer surface of the porous body with a hydrophilic polymer layer containing polyvinyl alcohol (PVA) and silanol .
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