JPH03188203A - 多孔質焼結体の製造方法 - Google Patents

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１表面に例えば空気清浄化薬剤や酸化触媒薬剤
やバイオ用生体を担持させあるいは形成して、空気清浄
用エレメントや酸化触媒エレメントやバイオ用生体育成
エレメントとして用いることができる、担体に関する。

［従来の技術］ 金属粉末またはセラミックス粉末（金属粉末またはセラ
ミックス粉末を、以下金属粉末等と略記する）を用いて
焼結体を製造する際は、通常は金属粉末と結合剤とを混
練して粘土状の混線物とし、これを例えば押出加工で成
形し、熱処理し焼結する。また焼結の三次元通気体は、
金属粉末等と結合剤とで泥漿状の混線液を製造し、この
混線液を有機高分子網目状の三次元通気体、例えばウレ
タンフオームの骨格に塗着し、熱処理し焼結する。

例えば薬剤の担体として用いる焼結体は、焼結部に空孔
が多い多孔質のものが、多量の薬剤が塗着できまた塗着
した薬剤が剥落し難いために好ましい。

焼結温度が低くあるいは焼結時間が短くて焼結が不十分
な焼結体は、焼結部に空孔が多く多量の薬剤が塗着でき
るが、しかし焼結体の強度が小さく壊れ易いという問題
点がある。

十分に焼結した焼結体は強度が大きいが、しがし焼結温
度が高いためにあるいは焼結時間が長いために空孔が充
満されて、焼結部の空孔率が低く、多量の薬剤が塗着で
きないという問題点がある。

また焼結の三次元通気体の製造に際して、ウレタンフオ
ームの骨格に泥漿状の混線液を塗着する従来の方法では
、混練液が液膜を形成してウレタンフオームの通気孔を
塞ぎ、この液膜が焼結後は焼結の膜となって焼結体の通
気孔を塞ぐために。

通気性のよい、焼結の三次元通気体は製造し難いという
問題点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、焼結部の空孔率が高いために多量の薬剤が塗
着できてまた塗着した薬剤が剥落し難く、かつ十分な強
度を有する、焼結体の製造方法の提供を課題としている
。本発明はまた、焼結の三次元の通気体であって、空孔
率が高く、十分な強度を有し、かつ閉塞した通気孔がな
い、例えば触媒の担体等の製造方法を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の第１
工程では、無機質あるいは有機質の担持体を用いる。

無機質の担持体としては、金属や非金属の粒、塊、片等
を用いる事ができるが、担持体は焼結後もその形状を保
って１表面が多孔質の焼結部で覆われた多孔質の焼結体
となる。無機質の担持体としては、天然物例えばシラス
バルール等を用いることもできる。

有機質の担持体は、中空の多孔質焼結体や、三次元通気
体の多孔質の焼結体を製造する際に主として用いる。後
で述べる如く、本発明では担持体の表面に金属粉末等を
固着させた後で、熱処理して金属粉末等を焼結させるが
、有機質の担持体は熱処理の間に熱分解して消失する。

従って有機質の担持体が存在していた部分が空洞となっ
た。多孔質焼結体が得られる０例えばスチレン発泡球体
（種水化学■製）は発泡処理した有機高分子球体で、有
機質の担持体として用いる事ができるが、その表面に金
属粉末等を固着させた後で熱処理すると、スチレン発泡
球体は熱分解して消失し、表面に固着された金属粉等が
焼結した、中空球状の多孔質焼結体が得られる。また例
えばウレタンフオームや有機質三次元織物（株式会社有
沢製作所製）は、有機高分子網目状の三次元通気体であ
るが、これを担持体として用いて、網目状の骨格の表面
に金属粉末等を固着させた後で熱処理すると、網目状の
骨格が消失し、固着した金属粉等が焼結し、芯が空洞の
焼結の骨格よりなる、三次元通気体の多孔質焼結体が得
られる。

第１工程では、担持体の表面（有機高分子網目状の三次
元通気体ではその骨格の表面）に接着剤を塗着する。接
着剤としては、ポバールやメチルセルローズ等の水溶性
の接着剤を、またエポキシ樹脂やウレタン樹脂等の有機
溶媒系の接着剤を用いることができる。尚接着剤の塗着
は、担持体を接着剤の液中に浸漬することによって、あ
るいは接着剤の液をスプレー等で担持体に吹きつけるこ
とによって行うことができる。

本発明の第２工程では、上記の第１工程の生成物に、金
属粉末等と樹脂粉末との混合粉末（金属粉末等と樹脂粉
末との混合粉末を、以下混合金属粉末等と略記する）を
粉体で塗着する。尚第２工程の樹脂粉末は粒径が１０〜
５０μのもので、金属粉末等に対する重量比で２〜２０
％を用いる。また金属粉末等は平均粒径が５０μ以下の
ものを用いる。

金属粉末等のうち、金属粉末は、鉄、マンガン、クロム
、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、銅、コバルト等の何
れかの粉末を、あるいは２種以上の混合粉末を、あるい
は２種の合金の粉末を用いる。

金属粉末は高純度のものでもよいが、通常の不純物を通
常の量含有したものも使用することができる。セラミッ
クス粉末は、アルミナ粉末や窒化珪素粉末や炭化珪素粉
末で、必要な焼結助剤を含有した粉末をいう。金属粉末
等の平均粒径が５０μ以上では、焼結部の空孔が不均一
な分布で形成され易い。このため金属粉末等の粒度は平
均粒径が５０μ以下のものを用いる。

本発明では、金属粉末等は泥漿にしないで、粉体のま＼
で担持体に塗着する。従って金属粉末等の一部の粒子は
弱いカで塗着している。従って本発明では後で述べる第
３工程で、金属粉末等の各粒子を強く固着させる。第２
工程の混合金属粉末中の樹脂粉末等の含有量が２％以下
では、第３工程の加熱を行っても、金属粉末等の各粒子
を強く固着させる事が難しい。また樹脂粉末は後で述べ
る第４工程の熱処理で熱分解し、その跡が空洞となるが
、樹脂粉末の含有量が２％以下では第４工程の熱処理を
行っても空孔率が大きい焼結体を得ることが難しい。従
って樹脂粉末は２％以上含有させる。しかし樹脂粉末を
２０％以上含有させると、成品となる多孔質焼結体の強
度が不十分となる。樹脂粉末は粒径が１０μ〜５０μの
ものを用いるが、１０μ以下では樹脂粉末同志がブロッ
キングする傾向が強く、均一な混合状態とはなり難い。

また粒径が５０μ以上では、成品となる多孔質焼結体の
焼結部の空孔の分布に偏りができて、空孔の分布が不均
一となり易い。

混合金属粉末等を粉体で塗着する方法としては、噴霧状
態とした混合金属粉末等を例えば粉体スプレーガンを用
いて吹きつけて行うことができる。

この際、混合金属粉末等に静電気をかける摩擦静電粉体
スプレーガン（例えばトリボガン：日本ワグナ−社製）
を用いると、混合金属粉末等の塗着効率を高める事がで
きる。粉体で塗着する他の方法として、混合金属粉末等
が浮遊流動化している流動層の中に、第１工程の生成物
を装入して行うこともできる。

本発明の第３工程では、第２工程の生成物を１００〜２
００℃に加熱する。この第３工程の加熱によって、金属
粉末等を強固に固着することができる。

しかし１００℃以下では混合金属粉末等に含有されてい
る樹脂粉末が溶融しないために、金属粉末等を固着させ
ることができない。また２００℃以上では、樹脂粉末の
一部が完全に溶融しあるいは熱分解して気化するためＪ
こ固着させる効果が小さい。

本発明の第４工程では、第３工程の生成物を熱処理して
、金属粉末等を焼結させる。この熱処理は不活性ガス雰
囲気あるいは還元性ガス雰囲気で行うが、酸化や変質の
おそれがないセラミックス粉末を用いた場合は、大気雰
囲気で熱処理することもできる。この熱処理の温度や時
間等は、金属粉末等の種類によって、また混合金属粉末
等を塗着させた厚さによって調整する０本発明では、樹
脂粉末を２〜２０％含有する混合金属粉末等を用いるた
めに、また樹脂粉末は熱分解して跡が空孔となるために
、第４工程で高温度に加熱しあるいは長時間加熱した高
強度の焼結体も、その焼結部の空孔率は大きい。

先に述べた第２工程で、混合金属粉末等が粉体で塗着さ
れる量は大兄５０〜１００μの厚さである。

混合金属粉末等を更に厚く粉体で塗着する際は、下記の
如くに行う。即ち前記の第３工程の生成物を担持体とし
て用いて、これに第１工程と第２工程と第３工程を繰り
返して施す。この繰り返しは更に複数回に亘って行って
もよい。この方法によって、所望の厚さに混合金属粉末
等を固着させた第３工程の生成物に、第４工程の熱処理
を施すと、所望の肉厚の、多孔質な焼結部を有する焼結
体が得られる。

既に述べた如く、三次元通気体の焼結晶は、従来は、例
えばウレタンフオームの有機高分子網目状の三次元通気
体を担持体として、このウレタンフオームの骨格の表面
に、金属粉末等とバインダーよりなる混線液を塗着し、
その後熱処理して製造されていた。しかし混線液は粘性
が大きいために、液膜が形成されてウレタンフオームの
通気孔が塞がれ易かった。しかし通気孔が液膜で塞がれ
たま＼のものを焼結すると、液膜が膜状の焼結となって
、焼結体の通気孔を塞ぐため、三次元通気体の焼結品の
通気性が損なわれていた。混線液の濃度を希釈すると液
膜の形成は防止できるが、希釈した混線液では、ウレタ
ンフオームの骨格に塗着される金属粉末等の塗着量が少
なくなるという不都合があった。本発明では混線液を用
いないで、金属粉末等を粉体でウレタンフオーム等の骨
格に塗着するために、通気孔が塞がれることがなく、従
って、通気性が優れた、三次元通気体の焼結品が得られ
る。尚この焼結品の骨格も、空孔率が大きい多孔質の焼
結部で形成されていることは、いうまでもない。

［実施例］ 本発明者等は、平均粒径が１０μの鉄粉に、粒径が約１
５μのアクリル樹脂粉末を、混合量を変えて添加して、
樹脂粉末含有量が異なる各種の混合鉄粉を作成した。孔
径が約２ｍｍのウレタンフオームを担持体として用いて
、浸漬法によってウレタンフオームの骨格にメチルセル
ローズ水溶液を接着剤として塗着した。接着剤を塗着し
たウレタンフオームの骨格上に、トリボガンを用いて前
記の各種の混合鉄粉を大兄１００μの厚さに塗着した。

混合鉄粉を塗着した後、これ等を１５０℃に３０分間加
熱して鉄粉を固着させた。これをアルゴンガス雰囲気炉
で１２００℃に１時間加熱して熱処理し。

焼結の三次元通気体を作成した。第１図はこの方法で得
られた、焼結の三次元通気体の説明図である。図（Ａ）
はその構造の説明図で、焼結の三次元通気体は、焼結の
骨格１が三次元に連通した通気孔２を形成した構造であ
る０図（Ｂ）は焼結の骨格１の外観の詳細を示す図で、
焼結の骨格１の表面には多数の空孔３が観察される。図
（Ｃ）は焼結の骨格１の断面を示す図で、焼結の骨格は
、芯部はウレタンフオームが熱分解して消失した跡の空
洞５であり、空洞５の外側に焼結部４が形成されている
。

本発明者等は焼結の骨格の表面を４００倍に拡して、第
１図（Ｂ）の空孔３の面積を測定して、空孔率＝（（空
孔３の面積の合計）／（骨格１の表面積））　ｘ　１０
０を算出した。第２図はその例を示す図である。

第２図の実線Ａは本発明の方法の例で、ａ□は混合鉄粉
の樹脂含有量が２％の例で、空孔率が約１０％で曲げ強
度が約６００ｋｇ／ｃ＋ｗ”の焼結の三次元通気体であ
る。ａ２は混合鉄粉の樹脂含有量が２０％の例で、空孔
率が約５０％で曲げ強度は約３００ｋｇ／ａｍ２である
。ａ３は混合鉄粉の樹脂含有量が３０％の例で、空孔率
は約６０％で大きいが、第２図の実線Ａにみられる如く
、空孔率が５０％を超えると、焼結体の曲げ強度は急激
に低下する。従って空孔率は５０％以下が望ましい。尚
第２図の実線Ａの、焼結の三次元通気体では、第１図（
Ａ）の２で示した通気孔には、閉塞しているものはなか
った。

第２図の点線Ｂは比較例で、従来の方法で製造した焼結
の三次元通気体の例である。本発明者等は、前記と同じ
性状のウレタンフオームを担持体として用いて、同じ性
状の鉄粉をＣＭＣで混練して混線液を形成し、この混練
液をウレタンフオームの骨格に、鉄粉の塗着厚さが大兄
７０μとなるように塗着した。鉄粉をこの方法で塗着し
たウレタンフオームは前記と同じ雰囲気炉で熱処理して
焼結したが、この際は熱処理条件を変えて、空孔率の異
なる。焼結の三次元通気体を形成した。第２図の点線Ｂ
で、ｂｌは１２００℃に１時間加熱した例であるが、曲
げ強度は大きいが、空孔率が低いために、後で述べる如
く、触媒薬剤の担体としては適当でない、ｂ２　は９０
０℃に１時間加熱して焼結させた例で、空孔率は約１０
％となるが、曲げ強度が低い、ｂ３　は８００℃に３０
分間加熱して焼結させた例であるが１曲げ強度が低く、
使用に適しない。

尚第２図の点線Ｂの、比較例の焼結の三次元通気体は、
約３０％の通気孔が、膜状の焼結で閉塞されていた。

本発明者等は、第２図のａｘ＋ａｚおよびｂｌのすンプ
ルを、脱臭液（商品名：アニコ、ミナト産業■製）に浸
漬して骨格上に脱臭剤を担持させ、ファン付密閉箱にて
アンモニアガスの脱臭性能をテストした。その結果を第
３図に示した。既に述べた如く、ｂｌは曲げ強度は大き
いが空孔率が小さいために、脱臭剤の担持量が少なく、
短時間で脱臭性能が劣化する。空孔率が約１０％の８１
は、脱臭剤の担持量が十分で、長時間に亘って優れた脱
臭性能を示している。空孔率が約５０％の８２は、テス
トの時間内では、脱臭性能は殆ど劣化しなかった。第３
図の如く、焼結体に十分な量の薬剤を担持させるために
は、空孔率が１０％以上の焼結体が好ましい。

［発明の効果］ 本発明を実施すると、十分な強度を有し、更に焼結部の
空孔率が高いために多量の薬剤が担持できてまた担持し
た薬剤が剥落し難い、焼結体が得られるが、この焼結体
は、空気清浄用エレメントや酸化触媒エレメントやバイ
オ用生体育成エレメントの製造に用いる担体として、極
めて好ましい。

また本発明を実施すると、閉塞した通気孔がなく、更に
十分な強度と空孔率を有する、焼結の三次元の通気体が
得られるが、この焼結体も、上記のエレメントの製造に
用いる担体として、極めて好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法で製造した。焼結の三次元通気
体を説明する模式図、 第２図は、多孔質焼結体の空孔率と曲げ強度を説明する
図、 第３図は、脱臭剤の担体の空孔率と脱臭性能の関係を示
す図、 である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）担持体の表面に接着剤を塗着する第１工程と、平
   均粒径が５０μ以下の金属粉末またはセラミックス粉末
   と該金属粉末または該セラミックス粉末に対する重量比
   で２〜２０％の粒径が１０〜５０μの樹脂粉末との混合
   金属粉末または混合セラミックス粉末を第１工程の生成
   物に粉体で塗着する第２工程と、第２工程の生成物を１
   ００〜２００℃に加熱して金属粉末またはセラミックス
   粉末を固着する第３工程と、第３工程の生成物を熱処理
   して金属粉末またはセラミックス粉末を焼結させる第４
   工程とを有することを特徴とする、多孔質焼結体の製造
   方法。
2. （２）多孔質焼結体が、その焼結部の空孔率が１０〜５
   ０％の多孔質焼結体である、請求項（１）に記載の多孔
   質焼結体の製造方法。
3. （３）第３工程の生成物を担持体として用いて、これに
   、第１工程と第２工程と第３工程を更に１回あるいは複
   数回繰り返して行い、最終回の第３工程の生成物に第４
   工程を施すことを特徴とする、請求項（１）または（２
   ）に記載の多孔質焼結体の製造方法。
4. （４）第２工程の樹脂粉末が、エポシキ樹脂、ポリエス
   テル樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエ
   チレン樹脂の粉末から選ばれる１または２以上の混合粉
   末である、請求項（１）または（２）または（３）に記
   載の、多孔質焼結体の製造方法。
5. （５）担持体が、有機高分子網目状の三次元通気体であ
   り、多孔質焼結体が焼結の三次元通気体である、請求項
   （１）または（２）または（３）または（４）に記載の
   、多孔質焼結体の製造方法。