JPH0443486B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は多孔成形体およびその製造方法に関す
る。 〔従来の技術〕 近年、炉過材、吸着材、吸音材、断熱材、触媒
担体等の用途に多孔成形体が使用されている。多
孔成形体としては、従来、次に掲げるものが知ら
れている。 第１１図に示すように、無機物質又は合成樹
脂よりなる粘弾性材料Ａを、押出ダイス２に設
けた多数のノズル穴５から線状に押出して垂直
方向に降下させると共に、押し出された線状押
出物８の積層上面と押出ダイス２の出口端との
距離を略一定に保持しつつ線状押出物８を積層
上面へ螺施状に巻回しつつ積層させることによ
り得られる多孔体成形体であつて、無機物質又
は合成樹脂よりなる多数本の線状押出物８が
夫々螺施状に巻回積層されると共に、該螺施状
巻回積層物７がそれぞれ隣接面で相互に接合さ
れるか又は絡み合つてなる多孔成形体である
（特開昭58−116134号）。 上記成形体の代表的な一例を第１５図に示
す。 線状押出し物断面径：1.5mmφ 旋回外周径：7.0mmφ 旋回内周径：4.0mmφ 表面層の開口率：約25％ かかる成形体はその製法上より、線状押出物
同士が相互に力を受けた状態、即ち、強制的
に、線状押出物８を拘束した状況下で積層成形
することで成形体になり得るものであり、また
規則性が得られるのである。 ポリウレタンフオーム表面にスラリー状の無
機物質を付着させ、次に乾燥、焼成を行うこと
でポリウレタンフオームと、ほぼ相似の形状、
構造をもつセラミツク多孔体（＝セラミツクス
フオーム）。 ハニカムダイスを通して押し出し成形されて
なるハニカム成形体。 一定粒度の無機物質を、バインダーにて固結
し、更には焼結することで得られる粒子間の空
孔を活用した多孔体。 ［従来技術の問題点］ これらの従来技術は、各々の特徴の生かした分
野にて活用されているが、別の観点から概観する
と以下の欠点を保有している。 まず、の多孔成形体は、均一断面を持つ線状
押出物より構成された多孔成形体であり、強度的
には、優れた性能を持つ多孔体である。しかし、
その製法にからみ、出来上がつた多孔体は、次の
問題点を保有している。即ち、粘弾性材料Ａを押
出ダイス２に設けた多数のノズル穴５から線状に
押出して垂直方向に降下させると共に、押出され
た線状押出物を積層上面へ螺旋状に垂直方向に積
層することで得られる多孔体である為、積層開始
面９ａ（旋回開始部）と積層終端面９ｂ（ダイス面
から粘弾性材料を切り離し、積層最終上面に降下
させ積層が終了した面）は、中央部に較べ、空孔
の大きさが不均一となる。しかも、通常この多孔
体は、積層方向（第１１図矢印の方向）と同一方
向に、気液を通過させることで炉過材、断熱材あ
るいは触媒担体に供されることから、多孔体の入
口面（積層開始面又は積層終局面）と出口面との
空孔サイズが不均一であることは、使用条件に変
動を与えるものであり、重大な欠陥である。一
方、この欠陥を防止するために、両端面の不均一
部を切削除去することで対応することは可能であ
るが、切断時には線状押出物の線径を細くする方
向で切断されること、或は線状押出物の横断面部
が表面に露出することから、結果的に両端部が中
央部に較べ強度的に大巾に劣る多孔体、或は両端
部が欠け易いという欠点を持つ多孔体である。 また、空〓率（単位体積当りの空〓比率）は大
きく取れるが、開口率は、第１２図に示す一例に
見る様に比較的小さいものである。 更に付け加えるならば、次の２点も用途によつ
ては問題化する。その１点は、本多孔成形体は、
重力方向に線状押出物を積層することから、空孔
の大小はあるものの、直線的な貫通孔が生じ易い
ものであり、フイルター材として使用する場合、
この直線的な貫通孔は、フイルター効果を阻害す
るものである。フイルター材としては、一般的に
は、三次元的な入り組んだ空孔の方が望ましい。
第２点目は、多孔体表面の空孔率即ち、開口率が
比較的小さい事である。本多孔体表面層はその製
法から線状押出物が旋回し、かつ寝せた状態で構
成されている。前述と同様、フイルター機能に必
要な事は、均一かつ入り組んだ空孔そのものであ
り、その空孔を構成する骨材ともいうべき線状押
出し物が占める割合は、少ない方が、即ち、開口
率が大きい方が、フイルター効率上望ましいので
あるが、本多孔体は、その点では基本的に劣るも
のである。 次に、のセラミツクフオームは正十二面体の
骨格構造を有し、空孔率80％という大きな空孔率
をもつ多孔体である。 この多孔体は、その製法上、粘度調整したスラ
リー状の無機物質をポリウレタンフオーム表面に
付着させ、焼成したものでありこの無機物質には
何ら外圧が加わらないことから、構成する骨材そ
のものも多孔質なものである。従つて、押し出し
成形等、外圧を加えられた緻密な骨材より構成さ
れた多孔体に比べ強度的には劣るものであり、極
端な場合は、多孔体、表面より構成原料である無
機物質が微粉状に飛散する場合がある。更に付け
加えるならば、該セラミツクフオームはその骨材
内部にポリウレタンフオームの抜け跡（空洞）を
保有していること及び、その空洞断面形状はかな
り鋭角的なものであること、更にその骨格は部分
的に長手方向にみるとその中央部が両端部に較べ
て極端に細くなつていることにより、構造的にも
随所にノツチを保有する欠け易い構造体である。 次に、のハニカム構造体であるが、この構造
体は、低圧力損失でかつ接触面積の大きい構造体
であり、例えば、触媒担体として使用した場合、
極めて反応効率の高い触媒となる。しかし、二次
元的空孔である為、フイルターとして使用した場
合は入口面の空孔のみしか使用できず、三次元的
空孔をもつ多孔体に較べるとフイルターとしての
寿命が極めて短い。 の成形体は、精密ろ過材としての用途はある
ものの空孔率としては、〜の中では最も小さ
いものであり汎用性に欠ける成形体である。 一般的に、多孔体は、その空孔率に反比例して
強度は低下していく。したがつて全体形状で強度
低下をカバーできる場合は論外であるが、汎用的
な形状として平板状を考えた場合、その強度は平
板の板厚を左右し、更には板厚が厚くなることで
付随的に通気抵抗の増大をもたらし、工業的に適
用範囲が狭くなつてしまう。また、多孔体の用途
は、今後ますます拡大の傾向に在りその素材をセ
ラミツク質、例えばアルミナ、ムライト、コージ
エライト、ジルコニア等の酸化物、或はSiC、
Si₃N₄等の炭化物、窒化物にすることで、耐熱
正、耐触性を必要とする炉過材、断熱材、触媒担
体等の用途、また、その素材を活性炭、或は、シ
リカゲル等の多孔性物質にすることで各種吸着分
野での使用等、巾広い用途が有る。しかし工業的
に活用促進する為には、均一な空孔、高空隙率、
更に高強度を合わせもつ多孔成形体が必須であ
る。 本発明はまさにかかる特性を有する多孔成形体
を提供するものである。本発明者は、特開昭58−
116134号に記載された技術が持つ問題点或は従来
技術としてのセラミツクフオーム等が持つ欠点を
克服すべく検討を重ねた結果完成されたものであ
る。 ［発明の概要］ 本出願に係る第１の発明は、無機物質からなる
多数本の線状押出物より構成されたフイルター用
成形体であつて、該線状押出物が、成形体厚さ方
向と略直交する方向の平面内でループを形成し、
成形体厚さ方向に該ループ平面を３層以上積層
し、かつ、空隙率もしくは表面開口率が60〜70％
であることを特徴とする多孔成形体である。 本出願に係る第２の発明は、無機物質からな
り、所定の粘性を有する粘弾性材料を、押出ダイ
スに設けた多数のノズル孔から垂直方向に押出し
て単位線状押出物を連続的に形成する方法であつ
て、受け面又は押出ダイスを横方向へ移動させつ
つ、該単位線状押出物を、垂直方向に降下させ、
所定距離離れた厚さ方向と直交する受け面内で該
受け面と略平行にループ状に着床させることを特
徴とするフイルター用多孔成形体の製造方法であ
る。 無機物質としては、多孔性無機物質、非多孔性
無機物質のどちらでもよい。 まず、多孔性無機物質としては、たとえば、ゼ
オライト（合成及び天然の如何を問わない）、γ
−アルミナ、シリカゲル、シリカ・アルミナ、ベ
ーマイト、活性チタニア、活性炭、モレキユラシ
ービンブカーボン等がある。また非多孔性無機物
質としては、たとえば、ムライト、コランドム、
コージエライト等の金属酸化物含有鉱物が例示さ
れる。これらの無機物質は一般に粉粒体として入
手することができる。 これら無機物質を粘弾性材料とするには、たと
えば、無機物質にバインダーを添加して混練し、
粘度調整してスラリー状とする。 バインダーについては特段の制限はなく、粉粒
体に対して粘結機能を発揮するものであればすべ
て利用することができる。代表的なものとして
は、MC、CMC、殿粉、CM3（カルボキシメチル
スターチ）、HEC（ヒドロキシエチルセルロー
ス）、HPC（ヒドロキシプロビルセルロース）、リ
グニンスルホン酸ナトリウム、リグニンスルホン
酸カルシウム、ポリビニルアルコール、アクリル
酸エステル、メタクリル酸エステル、フエノール
樹脂、メラミン樹脂等の有機系バインダー、水ガ
ラス、コロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、
コロイダルチタン、ベントナイト、焼酸アルミニ
ウム等の無機系バインダーが例示され、むろんこ
れらは、２種以上を併用してもかまわない。な
お、バインダーの配合率は乾燥重量で35％（対全
混練物）以下とするが好ましく、この値を越える
と最終製品の強度が低下してくるので推奨できな
い。 そして、これらの混合、混練手段についても制
限はなく、公知の装置及び機器を利用すればよい
が、線状物の押出にあたつてスクリユー式押出成
形機を用いる場合は該成形機のスクリユーを利用
して混練することもできる。こうして混練された
素材は上記スクリユー式押出成形機またはプラン
ジヤー式押出成形機等を用い、線状物の押出を行
なう。 ［実施態様の説明］ （請求項２） 本成形品は各々独立した線状物を寄せ集め、ケ
ーシングにて集合させ、各々の用途に適用するこ
とが可能であるが、隣接する他の押出物の少なく
とも１本と接合又は絡み合わせることで、これら
のケーシングを不要とする高強度一体成形品とし
て有用である。 （請求項３） 成形体形状形状を板状とすることで、従来技術
では達成し得なかつた大板でかつ均質な空孔面を
有する多孔板となり、各種の高温フイルター板、
吸着、分離板等として有用である。 隣接する単位線状押出物の接合又は絡み合い
は、たとえば第１図に示す状態である。第１図は
一層の場合を示しており、同一平面内で隣り合う
単位線状押出物が接合又は絡み合つている。 なおバインダーにて粘着性を付与された線状押
出物は、押出後もその特性を保有しており、わず
かな力で、接触させることで、容易に接合され
る。 （請求項４） 無機物質を非多孔性材質とした場合は、耐熱性
或は耐薬品性を重視した分野での高強度フイルタ
ー材として有用である。 （請求項５） 多孔性材質とした場合は、多孔性を生かした各
種、気体・液体の分離材として有用である。 （請求項６） 厚さ方向に単層の場合は、例えば、その素材を
シリカゲル、活性炭等にすることにより、超低圧
損の除湿材、悪臭除去用吸収材としての用途があ
る。この超低圧損ということは、対象とする気液
体を容易にフイルターを通過させることができ、
その結果としてシステムの小型化、消費エネルギ
ーの低下等、経済的効果も生み出すものである。 複数の層とした場合は、更に用途は拡大し、例
えばその素材をセラミツクスにすることで、溶接
金属中の不純物除去用フルター、高温排ガス浄化
用フイルター、またシリカゲル、活性炭ゼオライ
ト等多孔性素材とすることで、分離容量の大き
い、かつ高強度成形体が得られる。 （請求項７） 厚さ方向に対し略直交する方向の平面内で略等
ピツチの連続したループ状の線状押出物を、板厚
方向で隣接する各層が互に直交する方向に配列し
た多孔体は、強度面（曲げ強度 引張強度）で異
方性が少ないという特徴が生じる。 （請求項８及び９） また、この連続したループ状の線状押出物は、
厚さ方向に於て線径、或はピツチを変えてもよ
い。一般的に大型板状多孔体をフイルターとして
使用する場合、フイルター入口側には支持材等、
フイルター有効面積を減少させる物は設置しない
方が望ましい。あるいは、高温下で使用する場合
支持材そのものも高温高強度品が必要となり、経
済的にも不利である。しかし、該サイズ拡大に伴
い、全体強度が低下するのは、当然の事であり、
その強度低下を補う為に、一般的には、板厚を増
大させることになる。更にここで問題となるの
は、板厚増大に伴い通気抵抗も増大する為、結果
として各種付帯設備が大型化する等の問題も生じ
ることになる。 即ち、大型板状多孔体等に於ては、通気抵抗の
少ない、かつ、高強度品が要求されているもので
あり、従来技術では対応不可能であつたが、板厚
方向に於て、該線径或いはピツチを変えること
で、本要求が満足されるものである。詳述する
と、フイルター機能を有する板厚部分とフイルタ
ー機能を有しない粗な、低通気抵抗部で強度の向
上を目的とした板厚部分とで構成されたものであ
り、フイルター機能部は細線径線状押出部で、及
び／又は、積層ピツチを密に構成し、強度向上機
能部は、太線径線状押出物で及び／又は、積層ピ
ツチを粗に構成した一体形成物とすることで対応
可能となる。 （請求項10） また、線状押出物断面形状は丸型以外に異形断
面形状として星形、歯車型等丸型断面に較べ該表
面積を増大する方向の工夫をすることで、例えば
触媒担持体として使用した場合、反応効率が高ま
り、或は、衝突付着効果が大きいものが得られ、
フイルター材として使用した場合補集性能の向
上、更には、被補集物の再飛散が少ない高効率フ
イルターとして使用されることとなる。 （請求項11） 板状多孔体外周部の積層密度を高めることでよ
り強度向上が計られ、特にハンドリング時等実施
時には極めて有効なハンドリング性をもたらす多
孔体となすことが出来る。 （請求項12） 次に各種システム配管流路中に本発明の様な多
孔体をフイルターとして設置した場合、該配管内
の流速分布は物理現象として中央部の流速が管壁
近傍流速より速い為、この流速分布は該フイルタ
ーの効率という、即ち、フイルター全面を有効に
活用するという観点からは、理想的な状態ではな
い。この流速分布を強制的に調整すべく、多孔体
の中央部の積層密度を高める事は、階多孔体全面
を有効に使用する上で有益である。 （請求項13） 全体形状を波形状にすることにより薄肉板で高
強度品（主に曲げ強度）にすることができる。 この際の成形は、あらかじめ薄板を成形し階薄
板が可塑性を保持している内に所望の波状金型上
に横置し、プレス成形することで、容易に達成さ
れるものである。 また、第１０図に示す様な取り付け方法にする
場合、PHの寸法は大きい方が望ましいが、種々テ
ストした結果、該薄板を構成する可塑性線状押出
物に亀裂なく波状金型に付随できる最大PH寸法は
100mm程度であつた。また、PWについては、PH
とのバランスで概ね決定されるものであり120mm
以下が理想的である。 （請求項14） 受け面又は押出しダイスを横方向へ、片道又は
往復移動させることにより、前記ループ状物を高
さ方向に積層させることにより複数層からなる多
孔成形体を製造することができる。 ［実施例］ 以下に本発明の発明を図面に基づいて説明す
る。 （第１実施例） まず、第２図に示すようにして多孔成形体を製
造した。 本例では、押出ダイスとして第１１図に示す従
来の押出ダイス２を使用した。 無機物質からなる粘弾性材料Ａを、押出ダイス
２に設けた多数のノズル孔５から押し出して単位
線状押出物８を形成し、該単位線状押出物８を垂
直方向に下降させて受け面１４上へループ状に着
床させた。 なお、本例では、受け面１４又は押出ダイス２
を横方向へ、片道又は往復移動させることによ
り、前記螺旋状物または波形状物を高さ方向（矢
印Ｈ方向）に積層させて複数層からなる多孔成形
体を製造した。 このようにして製造した多孔成形体は、無機物
質からなる多数の単位線状押出物８より構成され
る板状多孔成形体であつて、単位線状押出物は、
板状多孔成形体の板厚方向に対し略直交する方向
の平面内で、略等ピツチの連続したループを形成
するとともに、隣接する他の単位線状押出物の少
なくとも１本と接合または絡み合つて配列されて
いる。 一方、本例に係る多孔体の表面層の外観を第３
図に示す。その形状特性は下記のとおりである。 線状押出物断面径：10.5mmφ 旋回外周サイズ：19mmφ 旋回内周サイズ：16mmφ 表面層開口率：約60％ 本例では単位線状押出物がループをなす場合を
示したが、第４図ａ，ｂに示すようにループ同士
が重なり合わないようなものでもよい。 また、本例では、板厚方向の層を複数層とした
が多孔成形体の用途に応じ単層でもよい。 （第２実施例） 第１実施例と同様の方法により、一方向にのみ
積層した多孔板と厚さ方向にて隣接する各層が互
いに略直交する多孔板の２種を作成し曲げ強度比
較を試みた。 素材；SiCとムライトの混合 試料全体サイズ：50w×100L×20T 構成する線径：1.5 全体空隙率：70％ スパン70mmとして三点曲げ試験を行なつた。そ
の結果を第１表に示す。なお、第１表におけるＡ
方向、Ｂ方向は第５図に示す方向である。

【表】 （第３実施例） 一方向にのみ積層した薄多孔板を作成し、一つ
は第６図に示す仕様に波板状にプレス成型し、一
つはそのままの平板から試験体を切り出し高温ク
リープ強度比較を試みた。 素材：ムライト 試験全体サイズ：50×215×8t 構成する線径：1.5mmφ 全体空隙間率：65％ 試験条件 支持スパン180mmにて温度1600℃の炉内に約１
時間保持し、その際に発生した試験体の中央部の
たわみδを測定した（δは第７図に示す量）。 結果を第２表に示す。第２表に示すように波板
の場合には曲げ強度がより一層向上していること
がわかる。

【表】 （第４実施例） 第１実施例に示した方法で下記の仕様の成形体
を製造した。 成形体仕様 素材：コージユライト 試験全体サイズ：130φ×30t（mm） 構成する線径：1.5mmφ 成形体空隙率：約70％ この成形体につき通気抵抗を第８図に示す装置
を用いて測定した。その結果を第９図に示す。第
９図には従来例（特開昭58−116134号記載技術）
による成形体についての結果を合わせ記してい
る。 この結果にみる様に同一空隙率であるにもかか
わらず本発明の方が通気抵抗は大幅に少ない結果
となつた。 この差は表面層開口率及び表面層、開口部の均
一性の差によるものである。 本例に係る成形体の性能を従来例とともに第３
表に示す。第３表からわかるように本例に係る成
形体は、通気抵抗、フイルタ機能、曲げ試験、熱
衝撃性能、空隙率、表面空孔の均一性とともに従
来例よりも優れている。

【表】 ［発明の効果］ このように、本発明は、板状多孔成形体の板厚
方向に対し略直交する方向の平面内に、略等ピツ
チの連続したループを形成させた多孔体とするこ
とで、板厚方向での空孔の均一な多孔体をなしえ
た、すなわち、本発明に係る多孔体は、常に積層
面、すなわち、フイルターとして使用する場合の
入口面と出口面とがどの時点でも均一の空孔を形
成している。また、高開孔率を有している。 従来技術に比べ表面層開口率は大幅に増加され
ている。この様にループ状の線状押出物を板厚方
向に略直交する方向の平面内に形成された多孔体
とすることで、従来技術の問題点であつた、板厚
方向での空孔サイズの不均一、及び低開口率を大
巾に改善した多孔体である。また強度的には、均
一断面を持つ線状押出物を骨格としていることか
ら、従来技術である、セラミツクフオームの様に
その骨格が部分的に細くなつている、或は形成す
る骨格に外圧が加わつていない事等により欠け易
いという問題があつたが、それらも合わせて改善
した多孔体である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、単位線状押出物の接合状態を示す概
念図、第２図は成形体の製造を説明するための斜
視図、第３図は、実施例に係る成形体の表面層外
観図である。第４図は、単位線状押出物の形状例
を示す側面図である。第５図は、第２実施例にお
いて押出ダイスの進行方向を示す斜視図、第６図
は全体が波形をした成形体の斜視図、第７図は曲
げ試験におけるδ量を示す概念図、第８図は通気
抵抗測定機を示す概念図、第９図は風速と圧力損
失との関係を示すグラフ、第１０図は好ましい板
厚を説明するための成形体の斜視図、第１１図は
従来の押出装置を示す断面図、第１２図は従来の
成形体を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無機物質からなる多数本の線状押出物より構
   成されたフイルター用成形体であつて、該線状押
   出物が、成形体厚さ方向と略直交する方向の平面
   内でループを形成し、成形体厚さ方向に該ループ
   平面を３層以上積層し、かつ、空〓率もしくは表
   面開口率が60〜70％であることを特徴とする多孔
   成形体。 ２ 線状押出物は、隣接する他の線状物の少なく
   とも１本と接合又は絡み合つて配列されている特
   許請求の範囲第１項記載の多孔成形体。 ３ 成形体形状が板状である特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の多孔成形体。 ４ 無機物質が非多孔性無機物質である特許請求
   の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の
   多孔成形体。 ５ 無機物質が多孔性無機物質である特許請求の
   範囲第４項記載の多孔成形体。 ６ 多孔成形体は厚さ方向に複数の層を有する特
   許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に
   記載の多孔成形体。 ７ 厚さ方向に隣接する各層は互いに略直交する
   方向に線状押出物が配列されてなる特許請求の範
   囲第６項記載の多孔成形体。 ８ 多孔成形体の少なくとも一層について線状押
   出物の線径を変えてなる、特許請求範囲第６項又
   は第７項記載の多孔成形体。 ９ 多孔成形体の厚さ方向に於てループ状線状押
   出物のビツチが異なる特許請求範囲第６項又は第
   ７項記載の多孔成形体。 １０ 線状押出物の断面形状が異形断面形状であ
   る特許請求範囲第１項乃至第９項のいずれか１項
   に記載の多孔成形体。 １１ 多孔成形体の外周部の積層密度を高めた特
   許請求範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に
   記載の多孔成形体。 １２ 多孔成形体の中央部の積層密度を高めた特
   許請求範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に
   記載の多孔成形体。 １３ 多孔成形体の全体形状が波板形状である特
   許請求範囲第１項乃至第１２項のいずれか１項に
   記載の多孔成形体。 １４ 無機物質からなり、所定の粘性を有する粘
   弾性材料を、押出ダイスに設けた多数のノズル孔
   から垂直方向に押出して単位線状押出物を連続的
   に形成する方法であつて、受け面又は押出ダイス
   を横方向へ移動させつつ、該単位線状押出物を、
   垂直方向に降下させ、所定距離離れた厚さ方向と
   略直交する受け面内で該受け面と略平行にループ
   状に着床させることを特徴とするフイルター用多
   孔成形体の製造方法。 １５ 前記受け面又は押出ダイスを、複数回片道
   運動又は往復運動させることによりループ状の単
   位線状押し出し物を高さ方向に積層させていく特
   許請求の範囲第１４項に記載のフイルター用多孔
   成形体の製造方法。