JPH06279142A

JPH06279142A - アルミナ質繊維顆粒、その製法及びこれを用いる多孔質成形体の製造法

Info

Publication number: JPH06279142A
Application number: JP5090897A
Authority: JP
Inventors: Masachika Yaguchi; 正親矢口; Koji Yamaguchi; 孝司山口; Ken Shiragami; 研白神; Mitsuru Awata; 満粟田
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1993-03-25
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】アルミナ質繊維から成る焼成された多孔質成
形体を、新しい効率のよい方法で製造する。【構成】アルミナ繊維を粒径３０〜５０００μｍの顆
粒とし、この顆粒を成形用型に入れて加圧成形し、次い
で常法により焼成して多孔質成形体とする。【効果】顆粒はさらさらしていて粉体と同様に取扱え
るので、従来の濾水成形法に比し効率のよい粉体の加圧
成形法により成形することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミナ質繊維で多孔質
成形体を製造する方法に関するものである。詳しくは本
発明はアルミナ質繊維をいったん顆粒とし、この顆粒を
用いて多孔質成形体を製造する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アルミナ質繊維を破砕して数十〜数千μ
ｍの長さとしたものを用いて多孔質成形体を製造する試
みが広く行なわれている。成形方法としては専ら濾水成
形法が用いられている。この方法では、破砕したアルミ
ナ質繊維を水に懸濁させてスラリーとし、これを多数の
孔を有する成形用の型に注入する。水は型に設けた孔を
通って排出され、所定の厚さのアルミナ質繊維層が型上
に形成される。これを型から外し、乾燥したのち焼成す
ると、所望の多孔質アルミナ質繊維成形体が得られる。
通常、スラリーにはアルミナ質繊維の外にアルミナ、シ
リカ等の無機粒子を添加して、最終的に得られる成形体
の嵩密度や化学組成が所望の値になるようにする。ま
た、シリカゾル、アルミナゾル等の無機バインダーも添
加される。これらの無機バインダーは、成形に際しアル
ミナ質繊維間に介在してその結合を強固にする。また、
場合によっては、焼成に際しアルミナ質繊維を相互に焼
結する焼結助剤としても作用する。更にポリビニルアル
コール等の有機バインダーを添加して、成形を容易と
し、また焼成前の成形体の取扱いを容易にすることも行
なわれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の濾水成形法の問
題点の一つは、生産効率が低いことである。すなわち、
成形用の型にスラリーを注入して、型上に所望の厚さの
アルミナ質繊維の層を形成させるには一定の時間を要す
る。更にこのようにして形成した成形物を、要すれば押
圧して嵩密度を調整したのち乾燥するのにも一定の時間
を要する。

【０００４】また、濾水成形に際しては繊維が濾過面に
平行に配列するので、最終的に得られる多孔質アルミナ
質繊維成形体が強く異方性を帯びるという問題もある。
従って本発明は、生産効率の高い多孔質アルミナ質繊維
成形体の製造法を提供せんとするものである。また、本
発明は、上記に加えて、異方性の少ない多孔質アルミナ
質繊維成形体の製造法を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルミ
ナ質繊維を顆粒とし、これを加圧成形して所定の形状と
したのち焼成することにより、多孔質で且つ異方性の少
ない、アルミナ質繊維成形体を効率よく製造することが
できる。本発明について更に詳しく説明するに、本発明
では従来法の如くアルミナ質繊維から直接に成形体を製
造する代りに、アルミナ質繊維を先ず顆粒とし、次いで
この顆粒を用いて成形体を製造する。

【０００６】顆粒の製造には、従来法で成形体の製造に
用いられていた材料をそのまま用いることができる。ア
ルミナ質繊維としては直径１〜３０μｍ、好ましくは１
〜１０μｍのものが用いられる。一般に直径の小さなア
ルミナ質繊維を用いる方が顆粒の製造が容易であり、且
つ最終的に得られる成形体も優れたものとなる。然し、
著しく細径のアルミナ質繊維は製造が困難なので、実用
的には直径２〜５μｍのアルミナ質繊維を用いるのが最
も好ましい。アルミナ質繊維の長さは３０〜５０００μ
ｍであり、繊維の直径及び製造せんとする顆粒の大きさ
により、適宜選択する。直径との関係ではアルミナ質繊
維の長さは直径の５倍以上、好ましくは１０倍以上であ
る。繊維長／繊維径の比が小さいアルミナ質繊維を用い
たのでは、優れた成形体を得ることは困難である。この
比が２０以上のものを用いるのが最も好ましい。しか
し、繊維長が長過ぎると顆粒の形成が困難となるので、
通常は製造せんとする顆粒の直径の２倍以下の繊維長の
ものを用いる。好ましくは繊維の５０重量％が顆粒の直
径以下の長さであり、残りが実質的に顆粒の直径の２倍
以下の長さであるものを用いる。

【０００７】アルミナ質繊維としては各種の組成のもの
が知られているが、通常はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の含
有量が７０重量％以上のものが用いられる。少量のシリ
カを含むアルミナ質繊維、例えばアルミナ７２重量％、
シリカ（ＳｉＯ₂）２８重量％のムライト組成のもの
や、アルミナ９５重量％、シリカ５重量％の組成のもの
が用いられる。

【０００８】アルミナ質繊維の顆粒は、上述のアルミナ
質繊維と所望により併用される後述の無機粒子やバイン
ダー、更には有機粒子等から形成され、通常その直径は
３０〜５０００μｍである。然し顆粒の直径が大きくな
ると噴霧乾燥法による顆粒の形成が困難となり、且つ形
成された顆粒の乾燥も困難となる。従って顆粒の直径は
３０〜３００μｍ、特に５０〜２００μｍが好ましい。
顆粒の嵩密度は０．５〜１．０ｇ／ｃｍ³、好ましくは
０．７〜１．０ｇ／ｃｍ³である。電子顕微鏡で観察す
ると、顆粒内ではアルミナ質繊維がほぼランダムに、す
なわち一定の方向性をもたずに集合している。そしてこ
のことが、この顆粒を用いて製造される多孔質アルミナ
質繊維成形体の異方性が小さいことに寄与しているもの
と考えられる。アルミナ質繊維を顆粒にするには、アル
ミナ質繊維を水に懸濁させてスラリーとし、これを噴霧
乾燥すればよい。また、粒径の大きな顆粒の場合には、
アルミナ質繊維に水を加え転動造粒する方法によること
もできる。

【０００９】顆粒の製造に際しては、従来から多孔質ア
ルミナ質繊維成形体の製造に際しアルミナ質繊維と併用
されている無機粒子、バインダー、有機粒子などを添加
することができる。すなわち従来は成形時にアルミナ質
繊維に添加していたものを顆粒中に包含させ、この顆粒
だけを用いて、ないしはこれに若干の助剤を加えるだけ
で、多孔質アルミナ質繊維成形体を製造するのが好まし
い。

【００１０】顆粒の製造に際しアルミナ質繊維に添加す
る無機粒子としては、アルミナ質のもの例えばアルミナ
やムライトなどが好んで用いられるが、これ以外にもフ
ェライト、シリカ、マグネシア、ジルコニア、チタニ
ア、酸化バナジウム、酸化亜鉛、コージライト、ステア
タイト、チタン酸バリウム、クロム酸マグネシウム、タ
ングステンカーバイド、チタニウムカーバイド、シリコ
ンカーバイド、タンタルカーバイド、ニオビウムカーバ
イド、粘土、陶土など各種の耐熱性無機粒子を用いるこ
とができる。これらの無機粒子の添加は顆粒の形成を助
長する効果があるので、アルミナ質繊維に対し１〜２重
量倍添加するのが好ましい。無機粒子としては小粒径の
ものが好ましく、通常は粒径がアルミナ質繊維の直径の
２倍以下、特に１／１０〜１倍程度のものが用いられ
る。

【００１１】バインダーのうちシリカゾルやアルミナゾ
ル等の無機バインダーは、顆粒の形成に寄与すると共に
成形体の焼成に際しアルミナ質繊維間を結合する焼結助
剤として作用する。従ってこの無機バインダーが少な過
ぎると、顆粒の形成が困難となり、かつ顆粒から製造さ
れる多孔質アルミナ質繊維成形体の強度が小さくなる。
無機バインダーの量は、一般に顆粒中の非燃焼性成分
（すなわちアルミナ質繊維、無機粒子、無機バインダー
等）の１〜２０重量％を占めるのが好ましい。

【００１２】有機バインダーは顆粒の形成を助長するた
めに添加するものであり、成形体の焼成に際しては燃焼
ないしは分解して消失する。有機バインダーとしてはデ
キストリン、メチルセルロース、ポリビニルアルコー
ル、アラビアゴム、ポリアクリル酸などの水溶性ないし
水分散性の高分子化合物が用いられる。顆粒中には更に
カーボンブラックやセルロース粉末等の有機粒子を含有
させておくこともできる。これらの有機粒子は、顆粒か
ら製造される成形体の焼成に際し、燃焼ないしは分解し
て消失するので、有機粒子を含む顆粒は嵩密度の小さい
多孔質アルミナ質繊維成形体の製造に用いられる。顆粒
中の有機粒子の量は、製造しようとする多孔質アルミナ
質繊維成形体に所望の嵩密度に応じて決定される。

【００１３】アルミナ質繊維の水性スラリーに、上述の
無機粒子及び無機バインダーを添加し、更に所望により
有機バインダーや有機粒子を添加したのち噴霧乾燥する
と、アルミナ質繊維の顆粒が生成する。噴霧乾燥に際し
てはスラリーをボールミル等で分散処理して均一化して
おくことが重要である。スラリーの固形分濃度は２０〜
６０重量％が適当である。スラリーの粘度は数ポイズ〜
数十ポイズが好ましい。粘度が低すぎるとスラリーが移
送中に配管中で沈降する危険性がある。また一般に粘度
が或る程度高い方が、球に近く且つ緻密な顆粒が生成す
る傾向がある。

【００１４】本発明に係るアルミナ質繊維顆粒は、さら
さらとしており粉体と同様に取扱うことができるので、
この顆粒を用いて成形体を製造するのは通常の粉体の加
圧成形法に準じて容易に行なうことができる。通常は成
形用雌型にこの顆粒を所定量入れ、雄型で加圧して所望
の形状に成形する。所望ならば更にラバープレスで加圧
して緻密化することもでき、また最初からラバープレス
で成形することもできる。成形は顆粒のみを用いて行な
うのが好ましいが、所望により他の成分、例えば有機粒
子等を併用することもできる。

【００１５】顆粒の成形に際しては、最終的に得られる
多孔質アルミナ質繊維成形体が所望の嵩密度となるよう
に成形圧力を選択する。多孔質アルミナ質繊維成形体の
嵩密度は一般に０．５〜２．０ｇ／ｃｍ³であるが所望
の嵩密度が１．０よりも著しく小さいような場合には、
成形圧力だけで対応することは一般に困難であり、有機
粒子を含む顆粒を用いるのが好ましい。一般に多孔質ア
ルミナ質繊維成形体の好適な嵩密度は、金属含浸用基体
（プリフォーム）で０．９〜１．６ｇ／ｃｍ³であり、
セラミックス焼成用載置基板（セッター）で１．３〜
２．０ｇ／ｃｍ³であるが、この嵩密度であれば顆粒内
の無機粒子の含量や成形圧力の調節で対応できる。顆粒
を成形して得た成形品は焼成して水分や燃焼性成分を除
き、且つ寸法を安定化させる。焼成は常法により行なう
ことができ、通常は１０００℃〜１５００℃程度の温度
で数時間焼成すればよい。

【００１６】

【実施例】以下に実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。なお、本明細書におい
て顆粒の粒径及び嵩密度は下記により測定した。顆粒の粒径：顆粒の顕微鏡写真をとり、その長径とこれ
に直角方向の短径とを測定して算術平均を求める。な
お、測定に際しては顆粒から突出している繊維は無視し
て顆粒の外形をもとめる。

【００１７】顆粒の嵩密度：２５ｍｌのメスシリンダー
に乾燥した顆粒を流し込み、その重量（ｗｇ）を測定す
る。嵩密度＝ｗ／２５（ｇ／ｃｍ³）また、実施例に用いた材料は下記の通りである。アルミナ質繊維：組成はアルミナ９５重量％、シリカ５
重量％、平均繊維径３μｍ、繊維長（中央値）７０μｍムライト粉：大平洋ランダム（株）製品、粒径（中央
値）２．２μｍシリカゾル：触媒化成工業（株）製品、カタロイドＳ−
２０Ｌ、固形分２０％アルミナゾル：日産化学工業（株）製品、ＡＳ２００、
固形分１１％アルミナ粉：アルコア化成（株）製品、粒径（中央値）
０．４５μｍポリエチレンオキサイド：明成化学工業（株）製品、ア
ルコックスＥ−１３０〔実施例１〕

【００１８】

【表１】（顆粒の製造）アルミナ質繊維３．１重量部ムライト粉５．５重量部シリカゾル１．２重量部ポリエチレンオキサイド０．００９重量部水１１．７重量部上記の材料を混合し、ボールミルで十分に分散処理し
た。硝酸でｐＨ６に調整するとスラリーの粘度は約９ポ
イズとなった。このスラリーをスプレードライヤーで噴
霧乾燥した。生成した顆粒の粒径は７０〜１００μｍで
あり、嵩密度は０．８５ｇ／ｃｍ³であった。〔実施例２〕

【００１９】

【表２】（顆粒の製造）アルミナ質繊維１００重量部アルミナ粉１３０重量部シリカゾル１０重量部アルミナゾル６１重量部硫酸アルミニウム^* １６重量部（２０％水溶液）水２５８重量部（^*シリカゾルのゲル化剤）以上の材料を混合し、ボールミルで十分に分散処理し
た。このスラリーを用いて実施例１と同様にして噴霧乾
燥し、顆粒を製造した。

【００２０】〔実施例３〕（多孔質アルミナ質繊維成形体の製造）直径２０ｍｍの
円筒形金型に実施例１で得られた顆粒３ｇを充填し、プ
レスで１６０ｋｇ／ｃｍ²で加圧成形した。この成形品
をラバープレスにかけ、１．０ｔ／ｃｍ²で加圧した。
成形品を焼成炉に入れ、４℃／分で昇温して１２００℃
に加熱し、この温度で３時間保持したのち放冷した。得
られた多孔質アルミナ質繊維成形体の嵩密度は１．８３
ｇ／ｃｍ³、その圧縮強度は７８９ｋｇ／ｃｍ²であっ
た。また、ラバープレスの圧力を２．０ｔ／ｃｍ²とし
た以外は上記と同様にして得た多孔質アルミナ質繊維成
形体は嵩密度１．９３ｇ／ｃｍ³、その圧縮強度は９３
８ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００２１】〔実施例４〕（多孔質アルミナ質繊維成形体の製造）５０×６５×２
０ｍｍの金型に実施例２で得られた顆粒３０ｇを充填
し、プレスで６０ｋｇ／ｃｍ²に加圧した、成形品を焼
成炉に入れ、４℃／分で昇温して１５００℃に加熱し、
この温度で８時間保持したのち放冷した。得られた多孔
質アルミナ質繊維成形体の嵩密度は１．６２ｇ／ｃｍ³
であった。また、プレスで１３０ｋｇ／ｃｍ²に加圧し
た以外は上記と同様にして得た多孔質アルミナ質繊維成
形体の嵩密度は１．８９ｇ／ｃｍ³であった。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、アルミナ質繊維を顆粒
とし、この顆粒を材料として加圧成形することにより、
効率よく多孔質アルミナ質繊維成形体を製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られた顆粒の外観、すなわち粒子
の表面構造を示す走査電子顕微鏡写真である。

【図２】実施例１で得られた顆粒の破断面、すなわち粒
子の内部構造を示す走査電子顕微鏡写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者粟田満神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地三菱化成株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ質繊維がほぼランダムに集合し
てなる顆粒であって、粒径が３０〜５０００μｍ、嵩密
度が０．５〜１．０ｇ／ｃｍ³であるアルミナ質繊維顆
粒。
【請求項２】粒径が３０〜３００μｍであることを特
徴とする請求項１記載のアルミナ質繊維顆粒。
【請求項３】無機粒子を含有していることを特徴とす
る請求項１又は２記載のアルミナ質繊維顆粒。
【請求項４】無機粒子の量がアルミナ質繊維の１〜２
重量倍であることを特徴とする請求項３記載のアルミナ
質繊維顆粒。
【請求項５】有機粒子を含有していることを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかに記載のアルミナ質繊維
顆粒。
【請求項６】無機バインダーを含有していることを特
徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のアルミナ
質繊維顆粒。
【請求項７】有機バインダーを含有していることを特
徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアルミナ
質繊維顆粒。
【請求項８】直径２〜５μｍのアルミナ質繊維と無機
粒子とから主として成り、更に無機バインダーを含有し
ている顆粒であって、アルミナ質繊維はほぼランダムに
集合しており、粒径が５０〜２００μｍ、嵩密度が０．
７〜１．０ｇ／ｃｍ³であることを特徴とするアルミナ
質繊維顆粒。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載のア
ルミナ質繊維顆粒を加圧して所定の形状に成形したのち
焼成することを特徴とする多孔質アルミナ質繊維成形体
の製造法。
【請求項１０】請求項１ないし８のいずれかに記載の
アルミナ質繊維顆粒を加圧成形したのち更にラバープレ
スで加圧し、次いで焼成することを特徴とする多孔質ア
ルミナ質繊維成形体の製造法。
【請求項１１】多孔質アルミナ質繊維成形体の嵩密度
が０．５〜２．０ｇ／ｃｍ³であることを特徴とする請
求項９又は１０記載の多孔質アルミナ質繊維成形体の製
造法。
【請求項１２】アルミナ質繊維、このアルミナ質繊維
の１〜２重量倍の無機粒子及び無機バインダーを含む水
性スラリーを噴霧乾燥することを特徴とする粒径３０〜
３００μｍ、嵩密度０．５〜１．０ｇ／ｃｍ³のアルミ
ナ質繊維顆粒の製造法。