JPH08133845A - 粉末成形体の脱脂用溶剤および粉末成形体の脱脂方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安全でかつ割れや膨れ等の欠陥のない成形体
を得られ、さらに短時間で脱脂を完了することができる
成形体の脱脂方法を提供する。 【構成】 焼結可能な粉末原料と有機バインダとの混合
物の成形体、好ましくは射出成形法による成形体、から
メチルピロリドンを主体とする溶剤を用いて、前記有機
バインダの一部を抽出し、次いで残った有機バインダを
加熱除去する。好ましく有機バインダは溶剤に易溶性の
バインダと難溶性のバインダの混合物とする。また溶剤
に溶存させた有機バインダは、冷却することにより分離
除去して、溶媒の再利用を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス粉末あるい
は金属粉末から焼結製品を得る工程に適用されるセラミ
ックス粉末あるいは金属粉末と有機バインダとの混合物
の成形体から有機バインダを除去するために用いられる
溶剤および有機バインダを除去する脱脂方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、セラミックスあるいは金属製品の
複雑形状製品を得る方法として、粉末原料と有機バイン
ダとの混合物から製品形状に近似させた形状の成形体に
成形し、この成形体から形状を保持した状態でバインダ
を除去した後、焼結する方法が実用化され、各種精密部
品等に適用され始めている。上述した方法において、成
形体を得るための量産性に優れた成形法としては、プレ
ス成形、押出成形あるいは射出成形法が知られており、
この中で特に射出成形法は３次元的形状に成形できる方
法として注目されている。

【０００３】この射出成形法は、粉体に流動性を持たせ
るために種々の有機物でなるバインダを添加し、混練の
後、これを成形用原料として金型内に射出することによ
り成形し、得られた成形体からバインダを除去する脱脂
工程を経て焼結することにより、焼結体製品を得るもの
である。欠陥の無い焼結体を得るためにもっとも重要な
工程は脱脂工程であり、現在行なわれている脱脂方法と
しては、成形体を加熱し、成形体に含まれる有機バイン
ダを加熱分解およびガス化して除去する加熱分解法、お
よび有機溶媒を用いて射出成形体から有機バインダを溶
出してから残りのバインダの加熱分解およびガス化をす
る溶剤抽出法が主として使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した加熱分解法に
より有機バインダを除去する脱脂方法においては、成形
体中に欠陥を生じないように、有機バインダの加熱分解
およびガス化が短時間に集中しないようにする必要があ
る。これは有機バインダの加熱分解およびガス化が短時
間に集中すると成形体内部に圧力がかかり、脱脂後の成
形体に割れや膨れを発生する原因になるためである。こ
のような割れや膨れを生じないようにするためには有機
バインダの加熱分解およびガス化が徐々に行なわれるよ
うに脱脂時間を長くする必要がある。また、薄肉微細な
製品を得ようとする場合には、原料とする粉末の粒径を
小さくする必要がある。粉末の粒径を小さくすると、そ
の比表面積が大きくなるため、成形を行なう際の流動性
を安定して保つためには、有機バインダの量を多くする
必要がある。こうなると、ますます脱脂時間が長くなる
という問題がある。

【０００５】このような加熱分解法を使用する方法に対
して、有機溶媒を用いて成形体から有機バインダを一部
を溶出する溶剤抽出法では、溶媒によって除かれた有機
バインダの部分が通り道となり、残りの有機バインダの
ガスが速やかに系外に排出されるため、脱脂時間が短く
ても脱脂の際の割れや膨れ等の欠陥が生じにくいという
利点がある。溶媒抽出法においては、成形体の有機バイ
ンダとして鉱油・脂肪酸系油・天然油等の液体原料を使
用する場合には、成形体からバインダが滲み出すことが
多く、長期の成形体の保管においては油が滲み出し、表
面に移行した油により抽出脱脂時に割れ膨れを生じるこ
とが多い。

【０００６】これに対して常温で固体の有機バインダを
使用する場合には、上述した油の滲み出しの問題はなく
なるという利点がある。この常温で固体の有機バインダ
としては、例えばパラフィンワックス・カルナバワック
ス・蜜蝋・ウレタン化ワックス・アクリル樹脂・ポリエ
ステル、ポリウレタン、ポリエチレン・ポリプロピレン
・ポリアセタール等が利用できる。常温で固体の有機バ
インダを使用する場合には、溶剤として溶解能力の高い
トルエン、キシレン等の通常の炭化水素系溶剤あるいは
トリクロロエタン等の塩素系溶剤を用いるケースが多
い。しかし、トルエン、キシレン等の通常の炭化水素系
溶剤は引火点が低く防災上大量にこれらの溶剤を保管し
使用することは困難であり、防災面での設備投資にも多
額の金額がかかるという問題がある。

【０００７】また、引火性の面で安全である塩素系溶剤
は環境面で法的な規制がかかり今後継続して大量に使用
することは困難である。また、トルエン、キシレン等の
通常の炭化水素系溶剤やトリクロロエタン等の塩素系溶
剤は溶剤抽出使用後に、抽出バインダと溶剤を分離回収
するために沸点の違いを利用した蒸留装置が一般的に用
いられ、再利用面での設備投資を要している。本発明の
目的は、防災上安全でかつ割れや膨れ等の欠陥のない成
形体を得られ、さらに短時間で脱脂を完了することがで
き、かつ再利用性に優れた溶剤および成形体の脱脂方法
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の脱
脂時間を短縮できる新たな溶剤の選択と、新しい脱脂方
法を検討した。そして、溶剤としてメチルピロリドンを
主体とする溶剤を使用すれば、塩素系有機溶剤に匹敵す
るバインダの抽出能力が得られるとともに、引火点が９
５℃と、トルエンやキシレンなどの炭化水素系の有機溶
剤に比べて高く取扱いも安全であることを見いだした。
さらに、メチルピロリドンを使用して脱脂した後、バイ
ンダを含有するメチルピロリドンを冷却すれば、バイン
ダを析出分離でき、溶剤として再利用することが可能で
あることを見いだした。

【０００９】すなわち本発明は、メチルピロリドンを主
体とすることを特徴とする粉末成形体の脱脂用溶剤であ
る。また本発明の粉末成形体の脱脂方法は、焼結可能な
粉末原料と有機バインダとの混合物の成形体から、メチ
ルピロリドンを主体とする溶剤を用いて、前記有機バイ
ンダの一部を抽出し、次いで残った有機バインダを加熱
除去することを特徴とする。

【００１０】また、本発明においては、有機バインダと
してはメチルピロリドンに易溶性のバインダと難溶性の
バインダの混合物を用いることが好ましく、特に射出成
形法により得た成形体に適用することが望ましい。ま
た、バインダのメチルピロリドンを主体とする溶剤によ
り有機バインダの一部を除去する際の抽出温度は溶剤に
易溶な少なくとも１種以上のバインダの融点以上とする
ことが望ましい。また、バインダの抽出後、メチルピロ
リドンを冷却することにより溶存するバインダの一部を
析出除去すれば、溶剤として容易に再利用することがで
き好ましい。

【００１１】

【作用】上述したように本発明の最も特徴とするところ
は、溶剤としてメチルピロリドンを選択したところにあ
る。粉末成形体の脱脂溶剤としては、高い脱脂能力と、
再利用性が求められている。脱脂能力を高める方法とし
ては、抽出温度を高めることによって、溶剤の溶解度を
高めるとともに、バインダの一部を流動化させ、溶解し
やすくする手法が考えられるが、従来の炭化水素系の溶
剤では、引火点が比較的高いキシレンであっても２５℃
程度と低いため、安全性の面から高い温度を使用するこ
とができなかった。

【００１２】これに対して、メチルピロリドンは引火点
９５℃と高く、抽出温度を室温より大幅に高めることが
可能である。室温より高い温度でバインダの抽出ができ
るということは、室温においては成形体の保形性を保つ
ために固体または流動性が低いバインダを、抽出時には
流動性の高い状態にして抽出が可能であり、速やかに溶
剤抽出を完了させることができる。さらに、室温よりも
抽出温度を高くできるということは、バインダの溶剤に
対する溶解度が高い温度でバインダの抽出が実施でき、
溶解度の低い温度に冷却することによって溶存している
バインダを析出分離することが容易となる。である。こ
の冷却によるバインダの分離は、コストの高い蒸留分離
に代わる溶剤の再利用法として有効である。

【００１３】本発明においては、前記有機バインダの一
部を抽出し、次いで残った有機バインダを加熱除去する
必要がある。これは、溶剤抽出によってすべての有機バ
インダを除去したのでは、成形体形状が保たれないため
である。有機バインダは若干の焼結作用が働く温度ま
で、成形体の形状を保持する必要があり、残留したバイ
ンダはその加熱の際に加熱分解により除去することが有
効である。なお、本発明でいう焼結可能な粉末原料とし
ては、各種セラミックス、サーメット、金属粉末を適用
することができる。

【００１４】本発明において、有機バインダの一部を抽
出するには、有機バインダとしてメチルピロリドンに少
なくとも一部は可溶である必要がある。もちろん全部可
溶である有機バインダを使用してもよいが、有機バイン
ダを残留させるために抽出温度や抽出時間を管理を極め
て正確に管理する必要がある。そのため、有機バインダ
としてメチルピロリドンを主体とする溶剤に易溶性のバ
インダと難溶性のバインダの混合物を使用すれば、溶媒
抽出により抽出するバインダ量の管理が極めて容易にな
る。しかも成形体内部まで、易溶性のバインダ分のみが
抽出されることになり、成形体に均一なガスの抜ける通
り道を形成できるという利点もある。

【００１５】メチルピロリドンに易溶性の有機バインダ
としては例えばパラフィンワックス・カルナバワックス
・蜜蝋・ウレタン化ワックス等の比較的低融点のもの
と、高分子化合物としてアクリル樹脂・ポリエステル、
ポリウレタン等が利用できる。また前記溶剤に難溶性の
有機バインダとしてはポリエチレン・ポリプロピレン・
ポリアセタール等が利用できる。

【００１６】有機バインダの抽出には、成形体を前記溶
剤中に浸漬し、連続して撹はんするか、もしくは成形体
に対して前記溶剤を連続して噴霧することが抽出時間を
短縮させる面からも望ましい方法といえる。有機バイン
ダの抽出操作の後、成形体を常圧・減圧・真空のいずれ
かの雰囲気中で加熱することにより、成形体中の有機バ
インダを除去できる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。原料粉末として、平
均粒径 ５μｍ、最大粒径 １０μｍのカルボニル鉄粉
と、平均粒径 １１μｍ、最大粒径 ２５μｍのＪＩＳ
ＳＵＳ３１６Ｌのステンレス粉を準備し、それぞれの
粉末原料６０ｖｏｌ％に対して、ポリプロピレン１７ｖ
ｏｌ％、パラフィンワックス２３ｖｏｌ％でなる有機バ
インダ４０ｖｏｌ％を配合し、加圧ニーダーを用いて１
６０℃で４０分間混練し、取り出した後混練物を粉砕
し、成形用組成物を得た。次にこの組成物を、成形温度
１４０℃〜１８０℃で、金型内に射出することによっ
て、厚さ４ｍｍ、幅６ｍｍ、長さ２５ｍｍの平行部の両
端に厚さ ４ｍｍ、幅 １６ｍｍ、長さ１６ｍｍの広幅
部を有するダンベル形状の成形体を得た。

【００１８】このようにして得られた原料粉末が異なる
２種の成形体に対して、表１に示す本発明の溶剤である
表１に示すメチルピロリドン(1-Methyl-2-pyrrolidone)
を用いて、溶剤抽出を行なった。溶剤抽出の条件は、パ
ラフィンワックスの融点よりも高い７０℃の溶剤中に成
形体を１０〜１２０分間浸漬した後、真空乾燥を６０分
行うものである。真空乾燥後の重量から、次式により抽
出率を算出し、溶媒への浸漬時間を抽出時間とし、抽出
時間と抽出率の関係を求めた。原料としてカルボニル鉄
分を使用した場合の結果を図１に示し、原料としてＳＵ
Ｓ３１６Ｌ粉を使用した場合の結果を図２に示す。 抽出率(%)=（抽出されたバインダ重量×１００）／成形
体中のバインダ重量

【００１９】

【表１】

【００２０】また、比較例として、トルエン、キシレン
およびトリクロロエタンを溶剤として溶剤温度を変えた
以外は実施例と同様の溶剤抽出を行った結果も図１およ
び図２に付記する。これらの比較例においては、トルエ
ンおよびキシレンは表１に示すように引火点が低く、引
火点よりはるかに高い温度での作業は実用的でないため
溶剤の温度は２５℃とし、トリクロロエタンは有毒なガ
スが発生するため、できるだけ溶剤温度を下げる必要が
あることから溶剤温度は２５℃とした。

【００２１】図１および図２に示すように、本実施例で
は引火点以下の７０℃の抽出において、比較例の従来の
溶剤に対して同等以上の抽出率が得られ、安全に、しか
も抽出速度を高めることができたことがわかる。実施例
において抽出溶媒に３０分以上浸漬した抽出脱脂後の成
形体の加熱脱脂を１００℃／ｈｒの条件で不活性ガス雰
囲気でおこない、真空中で１２５０℃の条件で焼結をお
こなったところ、割れ膨れ等の欠陥のない健全な焼結体
が得られた。

【００２２】なお、本実施例で用いたメチルピロリドン
を２０℃まで冷却したところ、ＮＭＰ溶剤の上面にパラ
フィンワックス分が浮遊分離でき、この浮遊したパラフ
ィンワックス分を除去した。パラフィンワックス分を除
去したメチルピロリドンを用いて同様の脱脂処理を行っ
たところ実質的に脱脂能力の低下は認められず、メチル
ピロリドンの再利用が可能であることが確認された。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、トルエンやキシレンの
ような引火点の低く、防災面に問題がある溶剤を使用せ
ず、溶剤の引火点以下であっても従来と同等以上の抽出
率が得られる。そのため、溶剤抽出法を用いて、粉末成
形体からの脱脂工程の時間を短縮することができる脱脂
方法として極めて有効である。さらに本発明は、塩素系
有機溶剤を使用しないため毒性や環境破壊の問題がない
という利点がある。また、本発明の溶剤は、溶剤の冷却
により有機バインダ分を分離除去が可能であり、蒸留装
置が不要であり、溶剤の再利用が容易であることから工
業的にも有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】原料粉末にカルボニル鉄粉を用いた場合のバイ
ンダの抽出率と抽出時間の関係の一例を示す図である。

【図２】原料粉末にＳＵＳ３１６Ｌ粉を用いた場合のバ
インダの抽出率と抽出時間の関係の一例を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２８Ｂ 1/24 Ｃ０７Ｄ 207/26 Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｃ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メチルピロリドンを主体とすることを特
   徴とする粉末成形体の脱脂用溶剤。
2. 【請求項２】 焼結可能な粉末原料と有機バインダとの
   混合物の成形体から、メチルピロリドンを主体とする溶
   剤を用いて、前記有機バインダの一部を抽出し、次いで
   残った有機バインダを加熱除去することを特徴とする粉
   末成形体の脱脂方法。
3. 【請求項３】 有機バインダはメチルピロリドンを主体
   とする溶剤に易溶性のバインダと難溶性のバインダの混
   合物であることを特徴とする請求項２に記載の粉末成形
   体の脱脂方法。
4. 【請求項４】 粉末成形体は射出成形法により得ること
   を特徴とする請求項２ないし３に記載の粉末成形体の脱
   脂方法。
5. 【請求項５】 成形体から有機バインダの一部を抽出す
   る温度を、メチルピロリドンに易溶な少なくとも１種以
   上の有機バインダの融点以上として有機バインダの抽出
   を行うことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに
   記載の粉末成形体の脱脂方法。
6. 【請求項６】 有機バインダの抽出後、メチルピロリド
   ンを冷却することにより溶存する有機バインダの一部を
   析出除去して、溶剤として再利用することを特徴とする
   請求項２ないし５のいずれかに記載の粉末成形体の脱脂
   方法。