JPH01148763A

JPH01148763A - 多孔質セラミック焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01148763A
Application number: JP30442687A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Horitsu; 堀津　浩章; Takafumi Hayashi; 隆文林; Itsuki Kimura; 木村　厳
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1987-12-03
Filing date: 1987-12-03
Publication date: 1989-06-12
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2603974B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、保水性に優れた多孔質セラミック焼結体およ
びその製造方法に関し、特にバイオリアクター、固液（
気）分離や微量不純物除去用の材料として有用な低嵩密
度の通気性を有する多孔質セラミック焼結体およびその
製造方法について提案する。

（従来の技術）従来、前記用途に供される多孔質セラミック焼結体は、
例えば特開昭６０−１９５０７３号公報に開示されてい
るような；セラミック原料にウレタンプレポリマーの如
き樹脂類を澱粉などの炭水化物または炭化水素系化合物
などの結合剤とともに混合した後、成形−乾燥−焼結す
ることにより製造されていた。

その他、上記セラミック原料粉末に代えて無機質繊維や
フィラーを使う方法も提案されている。

これらの方法は、前記繊維類にアルミナスラッジをバイ
ンダーとして調整したスラリーに対し、ポリアクリルア
ミドなどの高分子凝集剤を添加して成形−乾燥−焼結す
る方法として、特開昭５９−１６９９８９号公報に開示
されている。

（発明が解決しようとする問題点）前述のようにして得られた多孔質セラミック焼結体は、
まず前者の場合、焼成時に存機、無機系物質の発泡を浬
いて多孔質体としているために、空孔サイズが均一で強
度に優れているものの嵩密度が高く、またセラミック原
料粉末を使用しているために保水率が極めて悪いという
欠点があった。

さらに、セラミック粉末と発泡剤とを混練して成形する
ので大型成形品の製造が難しく、大型構造物の作製に障
害となっていた。

一方、後者の場合、アルミナスラッジをバインダーとし
て使うために、脱水成形時における脱水性に劣り、バイ
ンダーの添加量が制限され、成形品の強度発現が不充分
である、という欠点があった。

本発明の目的は、上述した各従来技術の欠点を克服でき
ると共に極めて高い保水率を有する多孔質セラミック焼
結体と有利なその製造方法を提案するところにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、上掲の解決を必要とする課題に対し鋭意
研究を進めた結果、保水機能を付与するために使う“無
機質繊維”および“焼結体形成物質の粉末を分散させた
バインダー”を、互いに接合させるべき方法をみつけ出
し、これらを含む水性スラリーを調製し、このスラリー
を脱水成形した後加熱して乾燥し焼成することにより、
従来技術が抱えている上記欠点を実質的に解決、若しく
は大幅に軽減し得る抄紙構造の焼結体が得られることを
知見した。

すなわち、本発明は、無機質繊維５０〜９５重世％およびこの無機質繊維を結
合保持する無機質結合剤５〜５０重量％とからなり、嵩
密度０．３　ｇ／ｃｍ３以下で保水率が３５０％以上の
抄紙構造を有する多孔質セラミック焼結体、を提案すると同時に、無機質繊維を主体とする繊維物質５０〜９０重量％と、
５〜５０重量％の焼結体形成粉末との配合組成物１００
重量部に４００重量部の水を加えてなるバインダー成分
に対し、さらに０．１〜１０重量部の乾燥強度保持剤と
０．０１〜１．０重量部のカチオン性凝集剤とを添加し
て無機質繊維スラリーを調整し、得られた該無機質繊維
スラリーを脱水−乾燥−成形して得られる生成形体を所
定の温度に加熱して焼成することからなる多孔質セラミ
ック焼結体の製造方法、を提案する。

要するに、本発明焼結体の特徴は、無機質繊維が前記焼
結体形成粉末によりランダムに結合保持されたもので構
成されているところにある。

（作　用）前述のように本発明の多孔質セラミック焼結体は、嵩密
度が０．３　ｇ／ｃｍ：１以下で保水率カ３５０％以上
の抄紙構造を有するものであることが必要である。その
理由は、嵩密度が０．３　ｇ／ｃｍ３より大きく、保水
率が３５０％より小さいと、微生物を固定して使用する
バイオリアクターなどにあっては微生物を充分に着床さ
せることが困難であり、また酵素を固定化して使用する
バイオリアクターにあっては、高い反応効率を得ること
が困難となるからである。

また、この焼結体は、無機質繊維５０〜９５重量％およ
びこの無機質繊維を結合保持する無機質結合剤５〜５０
重量％とから成分組成を有するものであることが不可欠
である。その理由は、無機質繊維が５０重量％より少な
いと嵩密度を充分に低くすることができず、バイオリア
クターとして必要不可欠な通水性が劣化するからであり
、一方９５型組％よりも多いと、実質的に結合剤の量が
少なくなるため焼結体の保形性が劣化するからである。

次に、本発明にかかる上記焼結体の製造方法について説
明する。

さて、本発明において、成形に先立って調整する無機繊
維質スラリーは、主として無機質繊維と焼結体形成粉末
とカチオン性凝集剤との混合物を素材としたものである
。

そのうち、上記無機質繊維としては、使用分野に応じて
決定される気孔系などの各種の条件を充足し得るもので
あればよく、例えばアルミナ繊維。

アルミナ・シリカ繊維、ムライト繊維、シリカ繊維、ロ
ックウール等の人造無機繊維、また山皮繊維等の天然無
機繊維を使用することができるが、特に後者の場合は、
人造無機繊維との配合が望ましい。また、組成について
の制限は特になく、直径が０．１〜３．０　、ｕｍＴ：
繊維長が０．３〜２０＋ｕ程度のものが好ましい。

また、前記焼結体形成粉末は、各無機質繊維を結合保持
して焼結体としての望ましい形態を付与するために使用
するものであって、その特性としては、５００°Ｃ〜１
３００℃の加熱により反応して有用な成品となるものが
よく、けい石、カオリン系粘土等の粘土鉱物が用いられ
るが、特にコロイダルシリカのようなミリミクロンサイ
ズのＳｉＯ□粒子を安定的に分散させたものが好ましい
。なお、該粉末のミリミクロンサイズの粒子を使用する
と、無機質繊維間の細孔を塞ぐことが少ないのでより好
ましく、従って、該粉末の粒子径は５μｍ〜１０μｍ程
度のものが好適である。

本発明は、上記無機質繊維と焼結体形成粉末の混合物に
対し、バインダーとして水を加えてよく混合することで
均一化を図るが、なお無機質繊維の表面を焼結体形成物
で包囲するように定着させるためには、凝集剤：すなわ
ち高分子系カチオンポリマーを使用しなければならない
。さらに本発明にあっては、前記凝集剤に先立って前記
水性無機質繊維スラリーの脱水成形体についてその強度
保持（乾燥によく耐えるため）を図るために、乾燥強度
保持剤；すなわち抄紙業界で使用されている紙力増強剤
；例えばポリアクリルアマイド系。

ポリアミン系などの高分子系合成樹脂、その地熱可塑性
樹脂系、デンプン系として化デンプン、変性デンプン等
が添加される。なお、カチオン性物質２例えば：ポリア
クリルアマイド系の高分子カチオンポリマーを使用する
のは、多孔質セラミックス製造時に使用する水性スラリ
ーの分散性および均一性の効果を高めるためである。

次に、各配合物の配合量について説明する。

前記無機質繊維１００重量部に対し、前記焼結体形成粉
末は５〜５０重量部、乾燥強度保持剤としての紙力増強
剤は０．１〜１０重量部、及びスラリーの均一分散を得
るためのカチオン性凝集剤は０．０１〜１重量部程度配
合する。

上記の配合において、焼結体形成粉末の配合量が５重量
部よりも少ない場合は、製造した多孔質セラミ’７り焼
結体の強度が不十分となり、逆に配合量が５０重量部以
上になると、無機質繊維量が相対的に少なくなり、繊維
表面積が減少する分だけ保水性が低下し、気孔率が減少
する。また、前記乾燥強度保持用紙力増強剤が少ない場
合は、乾燥時の強度がなく脆くなり、逆に多すぎると焼
成時にガスの発生が多くなって焼成時にトラブルを引き
起こす。また、カチオン性凝集剤が０．０１重量部未満
だと成形体の気孔が塞がれて気孔率が低下し、逆に多す
ぎる場合は脱水成形が不可能となる場合が生ずる。

上記のような配合組成になる無機質繊維の水性スラリー
は、望ましくは固形分濃度が０．１〜３．０重量％程度
となるように、水、乾燥強度保持剤、カチオン性凝集剤
の量を調整してから成形する。

その成形は、例えば吸引成形のごと＜、減圧下に予備脱
水しつつ行うのが好ましい。そして、得られた成形体は
使用する合成高分子樹脂等に応じた温度で加熱し乾燥（
１１０°ｃｘ４ｈｒ）させる。その後、無機質繊維と焼
結体形成物質の焼成温度に応じた温度で焼結（１０６０
’ｃ　ｘ　５　ｈｒ）を行って多孔質セラミック焼結体
の成形物を得る。

上述のようにして得られるセラミンク焼結体は、通気性
多孔質のセラミック焼結体であり５、濾過速度１１０ｓ
ｅｃ／　１００ｃｃ以上、保水率が４２０％の高い保水
率を有し、かつ嵩密度が０．３　ｇ／ｃｃ以下の抄紙構
造を有するものである。

（実施例）実施例−１アルミナ・シリカ繊維３５０重量部と粘土、珪砂及び長
石からなる微粉末５０重量部とを、水６００００重量部
中に分散させ、乾燥強度保持剤としてポリアミン系樹脂
５重量部を添加し、さらに凝集剤として高分子カチオン
ポリマー（ポリアクリルアマイド）１重量部を添加して
、アルミナ・シリカ繊維表面に、前記微粉末を吸着凝集
させることにより、均一な無機質繊維スラリーを得た。

次いで、周囲に多数の吸引用小孔を設けた円筒状の成形
用型（外径５０ｍｍ、長さ２００　ｍｍ）の内部から吸
引を行いつつ該成形用型の周囲に上記水性スラリーを付
着させた後、形成された湿潤状態の中空円筒体（外径８
０１１１１．内径５０璽鳳、長さ２００　＋ｎ）を上記
型から外し、１１０℃で２４０分間加熱乾燥した。

その後、１０６０℃で３０分間焼成し、円筒状の多孔質
セラミック成形体を得た。その物性は密度０．２８５ｇ
／ｃｍ３．保水率４２０％、濾過速度１１０　ｓｅｃ／
１００ｃｃであった。

実施例−２アルミナ繊維３００重量部と、ガラス粉末５０重量部及
びコロイダルシリカ５０重量部とを、水６００００重量
部中に分散させ、乾燥強度保持剤として変性デンプン２
０重量部を添加し、さらに凝集剤として高分子カチオン
ポリマー（ポリアクリルアマイド）０．８重量部を添加
して、アルミナ繊維表面に前記微粉末を吸着凝集させ、
均一な無機質繊維スラリーを得た後、実施例１と同様に
して中空円筒状成形体を作り、１０５℃で２４０分間加
熱乾燥した。

次いで、９００℃で３０分間焼成し、円筒状の多孔質セ
ラミック成形体を得た。得られた焼結体の物性は、密度
０．２０　ｇ／ｃｍ’、採水率５１０％、濾過速度４８
ｓｅｃ／　１００　ｃｃであった。

（発明の効果）以上説明したように本発明製造方法によれば、無機質繊
維が均一に分散したスラリーが得られやすいので、品質
の安定した焼結体を製造するのに有効である。また、本
発明にかかる方法では焼成を高温で行なっているため、
成形体内部に有機質系の物質が残留しないし、しかも強
度ならびに保水率が高く、通気性及び通水性の良好な焼
結体が安定して製造できる。

なお、本発明製造方法によって得られた多孔質セラミッ
ク焼結体は、その高い保水性特性を生かした液相におけ
るバイオリアクター（固定化酵素。

固定化微生物）として使用でき、また液相、気相におけ
る固型分の濾過、微量不純物除去等の分野で使うと有用
である。

特許出願人　　堀　　津　　浩　　章同　　　イビデン株式会社代理人　弁理士　　小　川　順　三

Claims

【特許請求の範囲】１、無機質繊維５０〜９５重量％およびこの無機質繊維
を結合保持する無機質結合剤５〜５０重量％とからなり
、嵩密度０．３ｇ／ｃｍ＾３以下で保水率が３５０％以
上の抄紙構造を有する多孔質セラミック焼結体。２、上記無機質繊維は、その繊維径が０．１〜３０μｍ
であり、嵩密度が０．１５〜０．３０ｇ／ｃｍ＾３保水
率が４００％以上である特許請求の範囲第１項記載の多
孔質セラミック焼結体。３、無機質繊維を主体とする繊維物質５０〜９０重量％
と、５〜５０重量％の焼結体形成粉末との配合組成物１
００重量部に４００重量部の水を加えてなるバインダー
成分に対し、さらに０．１〜１０重量部の乾燥強度保持
剤と０．０１〜１．０重量部のカチオン性凝集剤とを添
加して無機質繊維スラリーを調整し、得られた該無機質
繊維スラリーを脱水−乾燥−成形して得られる生成形体
を所定の温度に加熱して焼成することからなる多孔質セ
ラミック焼結体の製造方法。４、上記無機質繊維スラリーは、無機質繊維の表面に焼
結体形成粉末が定着した固形分濃度が０．１〜３０％の
ものである特許請求の範囲第第３項に記載の多孔質セラ
ミック焼結体の製造方法。