JPS61254235A - セラミツクス用分散剤 - 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、セラミックス粉体、特に炭化ケイ素、窒化ケ
イ素等のセラミックス粉体を、水又は有機溶剤中に容易
に分散させ、かつ高濃度で、流動性の良好なセラミック
ス粉体スラリーを調製できる分散剤に関するものである
。

〔従来の技術〕

一般に、セラミックス粉体を材質の面から分類すると、
アルミナ、ジルコニア等に代表される酸化物系セラミッ
クス粉体と炭化ケイ素、窒化ケイ素等に代表される非酸
化物系セラミックス粉体に大別できる。従来よりセラミ
ックス焼結体は、はとんどが酸化物系セラミックスであ
ったが、最近、非酸化物系セラミックスの高強度、高硬
度、耐熱性、低密度、高熱伝導性等酸化物系セラミック
スが有していない種々の特徴が見い出され、特に構造材
用や半導体用などのセラミック原料として非酸化物系セ
ラミックス粉体が注目されている。

非酸化物系セラミックス粉体をセラミックス原料に用い
る場合、（ｉ）粉体を１次粒子にまで分散させて、焼結
密度を上げたい、（ｉｉ　）構成原子が共有結合に近い
結合をしており焼結しにくいので、種々の焼結助剤と焼
結前に均一混合したい、という理由から、−変温媒中に
非酸化物系セラミックス粉体を分散した後、乾燥し再び
粉体としてセラミックス原料に用いている。

又、（ｉ）分散媒として用いる溶媒量を減少したい、（
ｉｉ　）同じ溶媒量でスラリー粘度を低下したい等のコ
スト上及び使用方法上の理由から特に非酸化物系セラミ
ック粉体の分散性が良好で、高濃度で良好な流動性のあ
るスラリーを与える分散剤が強く要望されている。

ところで、このような非酸化物系セラミックス粉体用分
散剤に関しては、すでに、分散剤としてアミン基を有す
る有機物質、スルホン酸基を有する有機物質、カルボン
酸基を有する有機物質、アルミン酸塩、リン酸塩、ケイ
酸塩などを用いて炭化ケイ素微粉と焼結助剤等とともに
特定の条件下で焼結して炭化ケイ素焼結体を得る技術が
知られている（特開昭５８−１６７４７５号、同５７−
１９６７６８号、同５７−１９６７６９号）。しかしな
がら、この技術を炭化ケイ素以外のセラミックス粉体に
応用した場合には、効果が十分とはいえない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、本発明は炭化ケイ素のみならず他のセラミック
ス粉体に対しても一様にすぐれた分散効果が付与でき、
各種溶媒中に容易に分散し、セラミックス粉体自体及び
焼結助剤の凝集をほぐし、均一に分散でき、流動性の良
好なスラリーとすることができるセラミックス用の分散
剤を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、セラミックス用の分散剤としてポリアミドを
出発物質とするポリエーテル化合物又はその変性体を用
いると、すべてのセラミックス粉体に対して、特に非酸
化物系セラミックス粉体を含むスラリーに対して優れた
分散性と流動性とを付与できるとの知見に基づいてなさ
れたものである。

従って、本発明は、ポリアミドのアルキレンオキシド付
加物又はその変性体を含有することを特徴とするセラミ
ックス用分散剤を提供する。

本発明の対象となるセラミックス粉体としては、酸化物
系、非酸化物系のいずれもが挙げられる。

酸化物系セラミックスとして、具体的にはアルミナ、ジ
ルコニア、カオリナイト、シリカ、ベリリア酸化チタン
等の酸化物及びＰＬＺＴ、フェライトマンガン等の複合
酸化物から選ばれる１種又は２種以上の混合物が例示さ
れる。又、非酸化物系セラミックとして、具体的には炭
化ケイ素、炭化タングステン、炭化チタン、炭化ホウ素
等の炭化物類、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素、窒化チタン等の窒化物類、黒鉛、不定形炭素等の
炭素類、ランタンポライド、チタ〕ノボライト等のホウ
化物類、硫化カドミウム、硫化亜鉛等の硫化物類及びケ
イ化モリブデン等のケイ化物類より選ばれる１種又は２
種以上の混合物が例示される。又、これらのセラミック
ス粉体としては、粒径１μ以下のものが好ましいが、こ
れに限定されず、製造方法、結晶状態、純度（化学組成
）、粒子形態、粒子径および比表面積にかかわりなく任
意に用いることができる。又、これらのあらゆる粉体に
対して本発明の分散剤は良好な分散効果を有するが、特
に親和性の点から非酸化物系セラミックス粉体に対して
効果が著しい。

本発明で用いるセラミックス用分散剤としては、分子内
に活性水素５個以上有するポリアミドを出発物質として
アルキレンオキシドを付加したポリエーテル化合物又は
その変性体を必須成分として含有するものが好ましい。

出発物質とするポリアミドの代表的な製造方法としては
、次の３つの方法が例示される。

（１）　　ポリカルボン酸成分とポリアミン成分が脱水
縮合したポリアミド。

製造原料となるポリカルボン酸としては２個以上のカル
ボキシル基を有しているものであればよく、脂肪族ポリ
カルボン酸（たとえば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸
、ダルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、マレイン酸、
フマル酸、グルタコン酸）、脂環式ポリカルボン酸（た
とｔばシクロプロパンジカルボン酸、シクロヘキセンジ
カルボン酸）、芳香族ポリカルボン酸（たとえばフタル
酸、テレフタル酸、イソフタル酸）、重合脂肪酸くたと
えばオレイン酸の２量体；ダイマー酸）、オキシポリカ
ルボン酸くたとえばリンゴ酸、酒石酸、クエン酸）、エ
ーテル酸素含有ポリカルボン酸（たとえばジグリコール
酸）およびケトポリカルボン酸（たとえばアセトンジカ
ルボン酸、フタロン酸）等が挙げられる。

もちろん、これらのポリカルボン酸成分の誘導体くたと
えばエステル化物、アミド化物、酸無水物）も使用可能
であり、これらのポリカルボン酸を２種以上併用しても
よい。

次にポリアミン成分としては、分子中に１級又は２級ア
ミノ基を２個以上有しておればよく、脂肪族ポリアミン
（たとえばエチレンジアミン、プロピレンジアミン、ブ
チレンシアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチ
レンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテ
トラミン、ペンタエチレンへキサミン）、芳香族ポリア
ミン（たとえばｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレ
ンジアミン、トルイレンジアミン、２．６−）ルイレン
ジアミン、ベンゼンジアミン、ナフタレンジアミン、ジ
フェニルメタンジアミン）、脂環式ジアミン（たとえば
シクロへキシルジアミン、ジシクロヘキシルメタンジア
ミン）等が挙げられる。もちろん、これらのポリアミン
成分の誘導体（たとえばアシル化物、有機酸および無機
酸塩）も使用可能であり、これらのポリアミンを２種以
上併用してもよい。

（２）　　ラクタムの開環重合又は２種以上のラクタム
の共開環重合したポリアミド。

製造原料となるラクタムとしては、イソシアン酸、グリ
シン無水物とその誘導体くたとえばＮ−メチルグリシン
無水物、Ｎ−エチルグリシン無水物、Ｎ−フェニルグリ
シン無水物、α−ビロリドンとその誘導体（たとえばＮ
−メチルピロリドン、Ｎ−エチルピロリドン、Ｎ−フェ
ニルピロリドン）、α−ピペリドン、ε−カプロラクタ
ムとその誘導体くたとえばメチルカプロラクタム、Ｎ−
メチルカプロラクタム、β。

Ｔ−ジメチルカプロラクタム、Ｔ−ブチルカプロラクタ
ム、Ｔ−シクロへキシルカプロラクタム、α−（Ｎ−ジ
メチルアミノ）カプロラクタム、α−アミノカプロラク
タム）、ω−エナントレラクタム、カプリンラクタム、
ラウリルラクタムとこれらの誘導体及びε−カプロラク
タム２Ｎ体等を挙げることができる。上記ラクタム中に
活性水素を有していないものについては、共開環重合又
は開始剤に上記ポリアミン成分を用いることにより、分
子中に活性水素を５個以上有するポリアミドを製造する
ことができる。

（３）　　ω−アミノ−ω′−カルボン酸の自己縮合し
たポリアミド。

製造原料としては、脂肪族アミノカルボン酸（たとえば
ω−アミノ酢酸、ω−アミノプロピオン酸、ω−アミノ
カプロン酸、ω−アミノカプリル酸、ω−アミノカプリ
ン酸、ω−アミノウンデカン酸、ω−アミノラウリル酸
）、芳香族アミノカルボン酸（たとえばｐ−（２−アミ
ノエチル）安息香酸、ｐ−アミノカルボキシメチルベン
ゼン、ｐ−（アミノ２−カルボキシエチル）ベンゼン、
ｐ−（アミノメチル、カルボキシメチル）ベンゼン）等
が挙げられる。又、２種以上のアミノカルボン酸の自己
縮合によるポリアミドでもよい。

本発明の分散剤として用いるポリエーテル化合物におけ
るポリアミドは、主に上記製造方法により製造され否が
、実質的にはポリアミド分子中にアルキレンオキシドと
反応する活性水素を５個以上通常５〜４０００好ましく
は５〜２０００さらに好ましくは５〜１０００有してお
ればよい。ポリアミドの分子量は通常２００〜１０万好
ましくは２００〜５万さらに好ましくは２００〜３万で
あり、重合度は通常２〜２０００好ましくは２〜１００
０さらに好ましくは２〜５００である。そして、ポリア
ミドへのアルキレンオキシドの付加は、常法により行う
ことができる。ただし、ポリアミドの融点が高い場合に
は有機溶媒に溶解してアルキレンオキシドを付加するこ
とができる。

ここで使用するアルキレンオキシドとしては、炭素数２
以上であればよく、具体的にはエチレンオキシド、プロ
ピレンオキシド、ブチレンオキシド、炭素数６〜２０個
のオレフィンオキシド、スチレンオキシドの１種又は２
種以上の混合物を用いることができるが、炭素数２〜４
個のアルキレンオキシドが好ましい。本発明の分散剤が
性能を発揮するためには、使用する分散媒に溶解するこ
とが必要条件であるので、特に分散媒として水を使用す
る場合には、このポリエーテル化合物中のアルキレンオ
キシドの５０重量％（以下、％という）以上がエチレン
オキサイドであることが好ましい。又、付加したポリア
ルキレンオキシド部分の構造についてはランダム構造、
ブロック構造のいずれであってもよいが、ブロック構造
の方が好ましい。

アルキレンオキシドの付加モル数は、出発物質であるポ
リアミドに含まれる活性水素１個あたり５モル以上が好
適であり、通常５〜３００モル好ましくは５〜１５０モ
ルである。従って、このポリエーテル化合物の分子量は
１０００〜１００万、好ましくは１０００〜６０万であ
る。付加モル数が活性水素１個あたり５モル未満では出
発物質であるポリアミドと類似の性質をもち、３００モ
ルを越えると凝集作用が表われ、いずれの場合にも分散
性が低下する。

又、上記ポリエーテル化合物の変性体も良好な分散剤と
して使用できる。このような変性体としては、ポリエー
テル化合物の末端水酸基の一部又は全部と（ａ）エピク
ロルヒドリンとの反応物又は脂肪酸とのエステル化物お
よび（ｂ）カルボキシアルキル化物、硫酸化物、リン酸
化物　、ホウ酸化物とそれらの塩が挙げられる。そして
、このポリエーテル化合物の変性体は、その親水性、疎
水性を自由に調整できるので好ましい。

本発明の分散剤は、通常上記のセラミックを含有するス
ラリーに添加して使用される。この際の溶媒としては、
水、有機溶剤及びこれらの混合物等種々のものが使用さ
れる。有機溶剤として具体的には、メタノール、エタノ
ール、１−プロピルアルコール、ｎ−ブタノール、エチ
レンクリコール等のアルコール類、アセトン、ジエチル
ケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン
等のケトン類、クロロホルム、トリクロロエチレン、四
塩化炭素、ジクロルメタン等のハロゲン化脂肪族炭化水
素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキ
サン等のエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエス
テル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化
水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、ノナン
等の飽和炭化水素類の１種又は２種以上の混合物が例示
される。そして、セラミックススラリー中のセラミック
スの濃度が通常は４０〜８０％、好ましくは５０〜７５
％となるようにされる。又本発明の分散剤は、セラミッ
クスに対して、任意の割合で配合できるが、通常０．０
５〜５％、好ましくは０．１〜３％の範囲で配合される
。

本発明の分散剤を添加した上記のセラミックススラリー
には、本発明の効果を損なわない限り任意の他の有機化
合物成分を併用して使用することができる。任意の他の
有機化合物成分の例として、界面活性剤やファインセラ
ミックス製造時に用いるバインダー、可塑剤、潤滑剤等
を挙げることができるが、これらに限定されるものでは
ない。さらに、焼結助剤としてベリリウム、アルミニウ
ム、炭素、ホウ素、窒素等を含有する化合物を添加した
り、、特徴のある機能を発現させるべく種々の助剤を添
加することができる。

本発明の分散剤を用いて各溶媒でセラミックス粉体スラ
リーを製造する場合、セラミックス粉体、分散媒として
の溶媒、分散剤等の各成分の添加方法や順序あるいは混
合、分散を行うための分散方法、分散機の種類及び分散
条件は、本発明の分散剤の性能が損なわれない限り任意
の方法で行なうことができる。

〔作用〕

本発明で用いるポリアミドのポリエーテル化合物が、各
種溶媒中でセラミックス粉体スラリーに対して、優れた
分散性と流動性を発揮する理由は、ポリアミドの部分が
セラミックス粉体、特に非酸化物系セラミックス粉体に
強固に吸着することにより、その側鎖に延びたポリアル
キレンオキシド部分が粒子間の立体保護作用を発揮する
ので、セラミックス粒子の凝集が妨げられ一次粒子とし
て安定化するものと推定される。それと同時に、各種溶
媒に対する粒子のぬれ性を向上させることにより流動性
が向上し、著しい粘度低下が起こるものと考えられる。

〔発明の効果〕

本発明の分散剤を用いると、少量の添加量ですべてのセ
ラミックス含有スラリーに対して、すぐれｔこ分散性と
流動性とを付与できる。特に、従来はスラリー中のセラ
ミックスの濃度が５０％前後又はそれ以下とされること
が多かったが、本発明の分散剤によれば、５０〜８０％
の範囲で従来よりもスラリー粘度が非常に低く、かつ分
散性の良好なスラリーを得ることができるので、製造工
程が簡素化できるとともにより経済的である。そして、
従来不可能であった７０％以上という高濃度でもスラリ
ー化が可能となった上、分散媒として溶媒の種類も水か
らアルコール類、ケトン類、ハロゲン化脂肪族炭化水素
類、エーテル類、エステル類、芳香族炭化水素類、飽和
炭化水素類等の有機溶剤まであらゆるものが使用可能で
あるという利点がある。

従って本発明の分散剤は、セラミック焼結体等のセラミ
ックス分野に限らず研磨材、耐熱塗料、プラスチック充
てん材等にみられる炭化ケイ素、窒化ケイ素等の非酸化
系セラミックス粉体の分散が重要である分野においても
利用可能である。

次に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。なお、実施例に示した「部
」は重量基準である。

〔実施例」 実施例１ 表−１に示す各種分散剤を溶解した水又は有機溶剤と非
酸化物系セラミックス粉体１００部をボールミル中に投
入し１０時間混練して所望の非酸化物系セラミックス粉
体スラリーを得た。そのスラリーを２５℃で３０分間放
置後、Ｂ型粘度計（東京計器（株）製）を用いてスラリ
ーの粘度を測定した。

分散剤の種類とその添加量、分散媒の種類と量及びスラ
リー粘度とを表−２に示す。又、比較例として分散剤を
添加しない場合のスラリー粘度、及び本発明品以外の分
散剤を用いた場合のスラリー粘度もあわせて示した。

尚、表中、Ｅ○、Ｐ○、ＢＯは、それぞれエチレンオキ
シド、プロピレンオキシド及びブチレンオキシドを示す
。

表−２より明らかに、本発明品によればすぐれた粘度低
下効果が発揮されることがわかる。さらに、ポリアミド
のポリエーテル化物として分子量が１，０００〜６０万
であるものが一層すぐれた効果を発揮していることがわ
かる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリアミドのアルキレンオキシド付加物又はその
   変性体を含有することを特徴とするセラミックス用分散
   剤。
2. （２）ポリアミドのアルキレンオキシド付加物又はその
   変性体が活性水素を５個以上有するポリアミドを出発物
   質とし、これにアルキレンオキシドを付加したポリエー
   テル化合物又はその変性体である特許請求の範囲第１項
   記載の分散剤。
3. （３）出発物質であるポリアミドの分子量が２００〜１
   ０万であり、アルキレンオキシド付加後のポリエーテル
   化合物の分子量が１，０００〜１００万である特許請求
   の範囲第（２）項記載の分散剤。
4. （４）ポリエーテル化合物の変性体が、ポリアミドにア
   ルキレンオキシドを付加して得たポリエーテル化合物の
   末端水酸基の一部又は全部と（ａ）エピハロヒドリンと
   の反応物若しくは脂肪酸とのエステル化物又は前記化合
   物の（ｂ）カルボキシアルキル化物、硫酸化物、リン酸
   化物、ホウ酸化物およびそれらの塩から選ばれた少なく
   とも１種である特許請求の範囲第（２）又は第（３）項
   記載の分散剤。
5. （５）アルキレンオキシドが、エチレンオキシド、プロ
   ピレンオキシド及びブチレンオキシドの群から選ばれる
   少なくとも１種のアルキレンオキシドである特許請求の
   範囲第（１）ないし第（４）項のいずれか１項に記載の
   分散剤。