JPH08133846A - 粉末成形体の脱バインダ用溶剤の回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に溶剤の回収が可能な粉末成形体の脱バ
インダ用溶剤の回収方法を提供する。 【構成】 焼結可能な粉末と有機バインダとからなる成
形体、特に射出成形体の脱バインダに使用される溶剤の
回収方法であって、常温を越える温度に加熱された溶剤
を使用して成形体から有機バインダを溶出させ、次いで
前記加熱された脱バインダ溶剤を冷却し、析出したバイ
ンダ成分の一部または全部を除去して、再利用可能な脱
バインダ用溶剤を回収するものである。

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過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の混合物の
成形体から粉末成形体のバインダを除去するために使用
される脱バインダ用溶剤の回収する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、粉末原料とバインダの
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バ
インダ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
重要な工程は脱バインダ工程であり、現在行なわれてい
る脱バインダ方法としては、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、および有機溶剤を用いて成形体から有
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】上述した加熱分解法により有機バインダを
除去する脱バインダ方法においては、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、脱バインダ後の成形体に
割れや膨れを発生する原因になるためである。

【０００５】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バインダ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
す脱バインダ時間が長くなるという問題がある。このよ
うな加熱分解法を使用する方法に対して、有機溶剤を用
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、溶剤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、脱バインダ時間が短くても脱バイン
ダ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。

【０００６】溶剤抽出法においては、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、成
形体では表面に移行した油により成形体は脱バインダ時
に割れ膨れを生じることが多い。これに対して有機バイ
ンダとして常温で固体のバインダを使用する場合には、
油の滲み出しの問題はなくなるという利点がある。射出
成形法や押出成形法等の成形法に用いられる常温で固体
のバインダとしては、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
融点のバインダと、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、ポリエチレン・ポリプロ
ピレン・ポリアセタール等の混合物が利用されている。

【０００７】上述した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そ
れぞれ４℃、２５℃と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。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、
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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、トリクロ
ロエタン等の塩素系有機溶剤の使用の制限により、環境
性に優れ、毒性の低い有機溶剤を検討し、有効な溶剤と
してナフタリンの水素化物であるテトラリンあるいはデ
カリンを見いだし、特願平５−２７８９６４で提案して
いる。ナフタリンの水素化物は、引火点が室温付近にあ
るトルエンやキシレンに比べて高い引火点を有し、５０
℃以上の温度での安全な使用が可能である。

【０００９】また、特に射出成形法においては、有機バ
インダの量は成形体中の３０容量％以上にもなるため、
溶剤によって有機バインダを除去しようとすると多量の
有機バインダが溶剤中に取り込まれることになる。この
ような多量の有機バインダを取り込んだ溶剤は、抽出能
力が低下するため、有機バインダ分を分離除去する必要
がある。上述したようなトリクロロエタン等の溶剤にあ
っては、沸点が比較的低く使用した溶剤を蒸留すること
によって比較的簡単に溶剤の回収が可能であった。

【００１０】ところが、沸点が１９０℃以上にもなる上
述した溶剤は防災上安全であるが、沸点が有機バインダ
に近づくため分離効率が悪くなるとともに、高温での蒸
留が必要であり、エネルギー的に不利であるという問題
が生じる。また、蒸留法による分離は、熱的に安定なト
リクロロエタン等を使用する場合では加熱による分解に
ついては問題が生じないが、熱的にやや不安定な溶剤を
使用する場合には、溶剤の特性を劣化させないため、高
い温度が適用できず、減圧蒸留などコストのかかる方法
を取らざるを得ないという問題があった。本発明の目的
は、上述した問題に鑑み、容易に溶剤の回収が可能な粉
末成形体の脱バインダ用溶剤の回収方法を提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、蒸発分離
に代わる溶剤の回収方法を検討し、成形体から溶出した
有機バインダを含む溶剤を冷却すれば、溶剤の溶解度が
低下して有機バインダの一部を析出可能となることか
ら、溶剤の冷却によって有機バインダを分離除去可能で
あることを見いだし、本発明に到達した。すなわち本発
明は、焼結可能な粉末と有機バインダとの混合物からな
る成形体から、有機バインダを除去する工程に使用され
る脱バインダ用溶剤の回収方法であって、常温を越える
温度に加熱された脱バインダ用溶剤を使用して成形体か
ら有機バインダを溶出させ、次いで前記加熱された脱バ
インダ用溶剤を冷却し、析出したバインダ成分の一部ま
たは全部を除去して、再利用可能な脱バインダ用溶剤を
回収することを特徴とする粉末成形体の脱バインダ用溶
剤の回収方法である。本発明においては、特に多量のバ
インダを含有する射出成形体に適用する溶剤の回収方法
として有用である。

【００１２】

【作用】上述したように、本発明の最大の特徴の一つ
は、成形体の脱バインダ工程に使用された脱バインダ用
溶剤を冷却することによって、溶剤に含有される有機バ
インダを分離除去したことにある。本発明の冷却によっ
て有機バインダを分離除去する方法は、次に示す利点が
ある。 １ 成形体に使用される有機バインダとしては、常温で
固形化するものが主として使用されるため、溶剤の温度
差を利用してバインダを析出させやすいこと。

【００１３】溶剤抽出により溶出が容易であり、かつ常
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
等の比較的低融点のバインダと、高分子化合物としてア
クリル樹脂・ポリエステル、ポリウレタン等がある。こ
れらは、溶媒を冷却し溶媒の持つ有機バインダに対する
溶解度を下げると、固体分として浮上、浮遊あるいは沈
降して溶媒と分離する。なお、溶媒抽出後において成形
体形状を保っておくために、溶媒に易溶な有機バインダ
は、溶剤に難溶な有機バインダであるポリエチレン・ポ
リプロピレン・ポリアセタール等と混合して使用するの
が好ましい。

【００１４】２ 金属の洗浄に使う溶剤とは異なり、成
形体の脱バインダに使用される溶剤は最終的には加熱除
去されるため、溶剤中に溶出した有機バインダの成分が
残留していても抽出能力が大きく劣化しない限り溶剤の
再利用が可能であり、冷却分離によって得られた回収溶
剤であっても要求される抽出能力が保てること。 ３ 引火点が高く安全な溶剤は、沸点も高いため、蒸留
分離するのはエネルギーコストが高い。しかも蒸留では
加熱のため溶剤の変質の問題がある。これに対して、本
発明の冷却する方法は、常温までの冷却によっても分離
が進むためエネルギー的に有利であるとともに、加熱に
よる溶剤の変質の問題がないこと。

【００１５】本発明においては、常温を越える温度に加
熱された脱バインダ用溶剤を使用して成形体から有機バ
インダを抽出すると規定した。これは、溶剤の抽出温度
は常温より高くした方が、常温と脱バインダ時の温度の
差が大きくなり、生じた温度差によって冷却のために多
大なエネルギーを使わなくても有機バインダを除去でき
ること、および温度を高めることは溶剤の抽出能力の高
めることになるためである。一方、安全性の点からは引
火点以下で使用することが望ましいため、本発明では引
火点５０℃以上、さらに好ましくは７０℃以上の溶剤を
使用するのが望ましい。なお、水分の混入による沸騰の
危険があるため、水の沸点以下で溶剤による脱バインダ
を行うのが望ましい。

【００１６】また、安全性の点からは、沸点もできるだ
け高い方が望ましく、好ましくは１５０℃以上の沸点の
溶剤を用いる。また溶剤自体が固化しては脱バインダが
行えないため、氷点で液体の溶剤が有利である。上述し
た好ましい溶剤の特性を満足するものとして、ナフタリ
ンの水素化物であるデカリンおよびテトラリン、あるい
は１−メチル−２−ピロリドンがある。もちろん、本発
明はこれらの溶剤に限定されるものではない。

【００１７】本発明において、析出したバインダ成分の
一部または全部を除去する方法としては、浮上、浮遊し
た固形分をすくい取ったり、ろ過したり、溶剤の入った
容器の底から溶剤を注ぎ出す方法あるいはデカンテーシ
ョンなどが利用できる。また、本発明においては、有機
バインダを含む溶剤の冷却は、水や氷といった冷却媒体
が容易に使用できるため、室温以下に冷却して脱バイン
ダ時との温度差をできるだけ大きくする方が良い。たた
し、冷却については温度を下げるほど、エネルギーコス
トがかかるため、氷点（０℃）までの冷却にしておくの
が良い。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。

【００１８】

【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 １１μｍ、最大粒径 ２５μｍのＪＩＳ ＳＵ
Ｓ３１６Ｌのステンレス粉を準備し、粉末原料６０ｖｏ
ｌ％に対して、ポリプロピレン１７ｖｏｌ％、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１６０℃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６
ｍｍ、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
状の成形体サンプルを得た。

【００１９】このようにして得られた成形体サンプルに
対して、表１に示すテトラリン、デカリンおよび１−メ
チル−２−ピロリドンをそれぞれ１リットル用を用意し
た。それぞれの溶剤に対して、まず最初の１０個の成形
体サンプルを表１に示す条件に加熱した溶媒中に、表１
に示す時間だけ浸漬して溶剤抽出を行なった。つぎに新
たな成形体サンプルを１０個用意し、同様の条件で溶媒
抽出を行った。その後溶剤を水道水を用いて約２０℃ま
で冷却し、浮上したバインダ分をすくい取り、溶剤から
除去を行った。これらの作業を繰り返して、１００個の
成形体サンプル分の溶剤抽出を完了した。図１に１０サ
ンプル毎の平均の抽出率を示す。なお、抽出率は次式に
したがって求めた。 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

【００２０】

【表１】

【００２１】図１に示すように、溶剤を冷却して溶剤に
含有された有機バインダ分を除去することにより、溶剤
による抽出能力を劣化させることなく溶剤が回収でき、
射出成形体から溶剤による有機バインダの抽出作業を続
行することができることがわかる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、低コストで溶剤の回収
ができるとともに、蒸留法のような高温の加熱を必要と
せず、溶剤の変質が少ないため、特に多量のバインダを
除去する必要がある粉末射出成形体の脱バインダ用溶剤
の回収方法として工業上有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機バインダの分離工程の付与と射出成形体か
らのバインダの抽出率の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ２２Ｆ 3/10 Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結可能な粉末と有機バインダとの混合
   物からなる成形体から、有機バインダを除去する工程に
   使用される脱バインダ用溶剤の回収方法であって、常温
   を越える温度に加熱された脱バインダ用溶剤を使用して
   成形体から有機バインダを溶出させ、次いで前記加熱さ
   れた脱バインダ用溶剤を冷却し、析出したバインダ成分
   の一部または全部を除去して、再利用可能な脱バインダ
   用溶剤を回収することを特徴とする粉末成形体の脱バイ
   ンダ用溶剤の回収方法。
2. 【請求項２】 成形体は射出成形体であることを特徴と
   する請求項１に記載の粉末成形体の脱バインダ用溶剤の
   回収方法。