JPS63107876A

JPS63107876A - 通気性多孔体及びその製造方法

Info

Publication number: JPS63107876A
Application number: JP25343486A
Authority: JP
Inventors: 村口　幸人
Original assignee: Inax Corp
Current assignee: Inax Corp
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1988-05-12
Also published as: JPH0212899B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は通気性多孔体及びその製造方法に係り、特に珪
質蝋石、石灰石、粘土という天然の安価な原料を用い、
焼成反応中に生ずるガラス相反び固相反応を利用して得
ることができる、細孔径が均一な高特性通気性多孔体及
びその製造方法に関する。

［従来の技術〕セラミックの通気性多孔体は、その通気性や材料の化学
的安定性を利用して、従来より、食品工業、水処理、養
殖業等の広範な分野において、フィルターやエアレーシ
ョン部材として実用されている。

従来より提供されているセラミックス多孔体の製造方法
を、その原理により分類すると次のようなものが挙げら
れる。

■焼成性空隙の利用 ■ポリウレタンフォーム原着中にセラミック原料を混合
しておき、フオーム化してから焼成し、樹脂成分を除去
する。

■ポリウレタンフォームにセラミックスラリ−をコーテ
ィングして焼成する。

■粒状樹脂をバックしておき、生じた空間にセラミック
スラリ−を流し込み焼成する。

Ｉｌ焼成過程の空隙の利用 ■溶化開始前に焼結を止める。

■焼成あるいは揮発物質を添加して焼成する。

■粒子径分布の調整された骨材粒子に少量のガラス質フ
ラックス、結合材を添加して焼成する。

■珪藻土等の多孔質原料を結合材と混合して焼成する。

ＩＩ！ガラスの分相利用（多孔質ガラス）■ゾルーゲル
法（シリカゲル等） ■結晶内空隙の利用（ゼオライト等）これらの製造方法により生成される多孔体のおおよその
細孔半径範囲を示すと第１図のようになる。

［発明が解決しようとする問題点］従来の多孔体の製造方法のうち、ＩＩ焼成過程の空隙を
利用する方法は、細孔半径０．３〜５０μｍ程度の多様
・シ用途を有する多孔体の製造に最適であるが、この方
法のうち、■は高い空隙率が得られ難く、得られる多孔
体は材質的に脆く、細孔が不規則になり易い傾向がある
。また、■の方法は安く多孔体を作るには良い方法であ
るが、この方法により得られる多孔体も細孔の大きさが
不規則で脆いものになり易い。■の方法もまた工業的に
有利な方法とはいえないことから、従来においては、大
部分のものは■の方法により製造されている。

しかしながら、■の方法は、骨材（磁器質シャモット、
アルミナ、チタニア、炭化珪素等）の平均粒子径、粒子
径分布を調整し、できる限り少量のガラス質フラックス
（焼成中に骨材を結合するもの）と粘土等の結合材を混
合して焼成する必要があるため、製造工程数が多く、低
コストで効率的に多孔体を製造することができないとい
う欠点がある。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は細孔
径が均一で安価に製造することができる通気性多孔体及
び、このような多孔体を、■における原料粒度分布幅を
狭くするための分級操作を必要とせず、かつ、ガラス質
フラックスや、燃焼物質（例えばおが屑など）を用いる
ことなく、安価な天然原料を用い、焼成反応中に生ずる
ガラス相及び焼結反応を利用して製造する方法を提供す
るものであって、５ｉＯ２７０〜８８重量％、ＣａＯ３〜２３重量％及び
ＡＪＩ！２０ｓ５〜１５重量％を含むことを特徴とする
通気性多孔体、及び珪貿蝋石、石灰石及び粘土を、５ｉ０２７０〜８８重量
％、ＣａＯ３〜２３重量％量％及びＡｆ２０ｓ５〜１５
重量％となるように配合して成形し、１０００℃以上で
焼成することを特徴とする通気性多孔体の製造方法、を要旨とするものである。

即ち、本発明はＣａＯ−Ａ１１２０ｇ−３ｉｏ２系タイ
タイル素地いて、次のような研究を行った結果完成され
たものである。

Ｃａｂ−Ａｄ２０３−３ｉＯ２系の代表的な陶磁器とし
ては陶器質タイルがある。この素地のおおよその組成は
ＳｉＯ２５８〜７５重量％、Ａｊ！２０３１３〜２５重
量％、ＣａＯ３〜９重量％（組成範囲を第２図の（Ｉ）
に示す）で、原料は蝋石（パイロフィライト買、カオリ
ン質、ＡＪＺ２０３約１３Ｉｉ量％以上）、石灰石及び
粘土である。第２図の（Ｉ）の範囲の一例として、Ｓｉ
Ｏ２７３瓜量％、Ａｊ！２０３２０瓜Ｉｔ％、ＣａＯ７
重量％組成の調合（以下「Ａ調合」と称す）のみかけ気
孔率、収縮率を第３図に示す。

また、第２図の（Ｉ）の範囲外のものの例として、珪買
蝋石（パイロフィライト貿、カオリン質、Ａｉ２０３約
１３１！Ｌ量％以下）、石灰石、粘土を用いた５ｉ０２
７４重量％、Ａｊ！２０ｉ１２重量％、ＣａＯ１４重量
％組成の調合（以下「Ｂ調合」と称す）の収縮率、みか
け気孔率を第３図に合せて示す。第４図（ａ）、（ｂ）
にはＡ、　Ｂ各調合のＸ線回折パターンを、第５図（ａ
）、（ｂ）にはＡ、Ｂ各調合の細孔径分布を各焼成温度
毎に示す。

これら第３〜５図を考察することにより、次のようなこ
とが分る。

即ち、第３図より、Ｂ調合の方が１２００を以下で気孔
率が大きく収縮率が小さい。

第４図よりＡ％　Ｂ調合共にすでに１ｏｏｏｔではゲー
レナイト（２ＣａＯ・Ａｕ２０３・Ｓｉｎ□）、ワラス
トナイト（ＣａＯ−３ｉ　０２）、アノルサイト（Ｃａ
　０−Ａｌ２２０３・２Ｓｉ０２）、が生成しており、
Ａ調合では焼成温度が高くなるにつれ、ゲーレナイト、
ワラストナイトが消失してゆき、アノルサイトが多量に
生成されていく。

同時ニムライト（３Ａｉ２０ｇ　・２Ｓ　ｆ　０２　）
、クリストバライト（Ｓｉ０２）も多くなっていく。一
方、Ｂ調合では、ゲーレナイト、ワラストナイト、アノ
ルサイトが生成するのはＡ調合と同様であるが、ワラス
トナイト生成量が多く、一度生成されたこれら鉱物が焼
成温度が高くなるにつれ、減少していく傾向がある。

なお、第４図（ａ）、（ｂ）中の各記号は以下のものを
示す。

Ｑ　・・・クォーツ、　　　　　Ｃ・・・カルサイト、
Ｆ　・・・フェルトスパー、　Ｍ・・・ムライト、Ｐ　
・・・パイロフィライト、Ｇ・・・ゲーレナイト、Ｃｒ
・・・クリストバライト、Ｗ・・・ワラストナイト、α
−前・・・α−ワラストナイト、Ａ　・・・アノルサイト。

一般に、Ａ調合のような、第２図のＩＩの範囲の組成で
は、ゲーレナイト、ワラストナイトが生成して消失する
過程で、一時膨張が生じ、気孔率が大きくなり、収縮率
が小さくなることが知られている（内装陶器質タイルで
はこの性質を利用して寸法精度を良くしている）が、Ｂ
調合でも同様に一時膨張が生じ気孔率が大きくなってい
る。そして、第５図より、焼成温度が高くなるにつれ、
細孔径が大きくなるが、Ｂ調合はＡ調合に比べ、細孔半
径が大きくなるにつれて細孔径分布が均一になっていく
という特徴があることが分る。

即ち、Ｂ調合では石灰石（ＣａＣＯ３）の分解で生じた
ＣａＯとパイロフィライト、カオリン鉱物の分解で生じ
たＡｌ１２０３、Ｓｉ０２成分と反応して生じるゲーレ
ナイト、ワラストナイト、アノルサイトが消失すること
より、第２図のＥ点で示される共融反応により、部分的
に低融点の液相が生じ、これが珪質蝋石中のクォーツ（
石英（ＳｉＯ２）、一部クリストパライトへ転移）粒子
を結合したために、細孔径の非常に均一な多孔体が形成
されたものと推定される。逆にＡ調合では、反応生成物
であるアノルサイトが多量に残っているため、共融反応
が生じ難く、細孔径分布の不規則なものになったと考え
られる。

本発明者は、Ｂ調合のような傾向にある範囲を求めるた
めに、珪買蝋石、石灰石、粘土を用いて種々の組成の調
合試験をした結果、次のような知見を得た。

ｉ）　第２図でＥ点に近い組成では１１００℃以上で共
融反応が急激に進み気孔率が小さくなる。

ｉｉ）　　Ｄ点に近い組成では、高気孔率のものは得ら
れたが、細孔径が均一になり難く、また脆いものとなり
易い。

ｆｉｔ）　　Ｆ点に近い組成では、気孔率が小さく細孔
径が均一になり難い。

ｉｖ）　　ＳｉＯ２に近くなると、高気孔率は得られる
ものの脆くなり易い。

以上の知見をもとに、種々検討を重ねた結果、５１０２
７０〜８８重量％、ＣａＯ３〜２３重景％及びＡ重量２
０３５〜１５重量％、特に、気孔率、細孔の均一性、脆
さの面からみて、Ｓｔ○２７０〜８０ＴＬ量％、Ｃａｏ
１０〜２３瓜量％、ＡｊＬ２０３５〜１５重量％、即ち
第２図の（！■）に示す範囲が最もよい範囲となること
を見出した。

従って、本発明の通気性多孔体の成分組成は、５ｉｏ２
７０〜８８重量％、Ｃａ　Ｏ５〜２３重量％及びＡｕ２
０３５〜１５重量％に限定され、その細孔半径は０．３
〜５０μｍの極めて均一なものである。

しかして、このような本発明の通気性多孔体は、天然原
料で安価に供給される、珪質蝋石、好ましくはパイロフ
ィライト貿及び／又はカオリン質でＡＪ！２０３含量約
１３重量％以下のもの、石灰石及び粘土を出発原料とし
てＳｉＯ２７０〜８８ｒＬ量％、Ｃａｏ５〜２３Ｉ！量
％及びＡｕ２０３５〜１５重量％の組成物とし、必要に
応じて有機性バインダー等の成形助剤を添加して常法に
より成形し、この成形体を１０００℃以上で焼成するこ
とにより、焼成反応中に生ずる液相と固相反応により細
孔径の均一な通気性多孔体として容易に製造することが
できる。

ところで、多孔体の細孔径は、出発原料の粒子径及び粒
子径分布と密接な関連がある。本発明者による試験の結
果、珪貿蝋石の粒度分布と石灰石の粒度分布が近い程、
焼成体の細孔径が均一になる傾向があることが分った。

従って、珪質蝋石粒度分布と石灰石粒度分布を任意の粒
度にすることで所望の一定の細孔径の多孔体が得られる
ことになる。本発明の方法で用いる出発原料によれば通
常のボールミル綿層で得られたものを分級操作等をする
ことなしにそのまま使用して、所望の粒度のものとする
ことができる。

［実施例］以下実施例について説明する。

実施例１本発明の方法により多孔体の製造を行った。

用いた原料の粒度分布を沈降法ゼディグラフにより測定
した結果を第６図（ａ）〜（Ｃ）に示す。

珪質蝋石は、ボールミルの綿層時間を６時間（第６図（
ａ）の■）、９時間（同■）及び９時間綿層したものを
攪拌式ミルで更に６時間綿層したもの（同■）を用いた
。石灰石についてもボールミル６時間綿層（第６図（ｂ
）の■）、９時間綿層（同■）及び９時間綿層したもの
を攪拌式ミルで更に６時間綿層したもの（同■）を用い
た。

粘土は、水ひ蛙目粘土（市販品。第６図（Ｃ）の■）と
これを攪拌式ミルで６時間綿層したもの（同■）を用い
た。

第７図に示す粒径分布の原料を用い、珪質蝋石７０．２
重量％、石灰石２２．１重量％、粘土７．７重量％の割
合で、泥漿混合後、乾燥し、ＰＶＡ０．７重量％添加し
て含水率７重量％で３００ｋｇｆ／ｃｍ’にてプレス成
形した。焼成は電気炉で７℃／分で昇温し、第７図に示
す最高温度に１時間保持して行い、その後炉内自然冷却
した。

多孔体の組成は、ＣａＯ１４，０重量％、５ｉ０２７４
重量％、Ａｊ２２０ａ１２重量％である。

得られた多孔体の細孔分布を第７図に示す。

また、これらの多孔体の単位面積、単位厚さ当りの空気
透過量を第８図に示す。

第７図及び第８図より、本発明によれば、安価な原料を
用いて、均一な細孔径を有する通気性の高い多孔体を製
造することができることが明らかである。

実施例２珪貿蝋石■−石灰石■−粘土■の１２００を焼成体の片
面に珪貿蝋石■−石灰石■−粘土■の泥漿を含浸させ、
１０００℃で再焼成して、２層ｔａ造の多孔体を製造し
た。

第９図に、得られた２層構造多孔体の空気透過量、含浸
させた珪買蝋石■−石灰石■−粘土■１層の１０００℃
焼成体及び母材となる珪貿蝋石−■−石灰石■−粘土■
の１２００℃焼成体の空気透過量を示す。

第９図より、本発明によれば２層構造とすることにより
、同じ細孔径でもより低圧損の多孔体が得られることが
明らかである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の通気性多孔体は、５１０２
７０〜８０重量％、Ｃａ　Ｏ５〜２３　重量％及びＡＩ
Ｌ２ｏ３５〜１５重量％を含む、例えば細孔半径０．３
〜５０μｍの極めて均一な細孔半径を有し、通気性の高
い多孔体であって、フィルターあるいはエアレーション
用部材として極めて有用である。

しかして、このような本発明の通気性多孔体は、珪質蝋
石、石灰石及び粘土の安価な天然原料を用いる本発明の
方法により、低コストで効率的に製造することができる
。

なお、本発明に係る多孔体は、焼成によりクリストバラ
イトを生成するため、材質的に２００℃以上の高温領域
では使用できず、常温使用とするが、食品工業、水処理
、養殖業等の分野でのフィルター、あるいはエアレーシ
ョン用部材としては、何ら支障はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法により製造される多孔体の細孔半径範囲
を示す図、第２図はＣａＯ−ＡｆＬ２０３−３ｉＯ２系
相平面相平衡３図はＡ調合及びＢ調合のみかけ気孔率及
び収縮率と焼成温度との関係を示すグラフ、第４図（ａ
）、（ｂ）は各々Ａ調合及び８８合の粉末Ｘ線回折パタ
ーンを示す図、第５図（ａ）、（ｂ）は各々Ａ調合及び
Ｂ調合の細孔径分布を示すグラフ、第６図（ａ）、（ｂ
）及び（Ｃ）は各々実施例１で用いた原料の粒度分布を
示すグラフ、第７図は実施例１で得られた多孔体の細孔
分布を示すグラフ、第８図は実施例１で得られた多孔体
の空気透過量を示すグラフ、第９図は、実施例２で得ら
れた２層構造多孔体及び各層構成多孔体の空気透過量を
示すグラフである。第１図焼成温度（０Ｃ）第４図第５図（ａ）　　　Ａ調合第６図（ａ）粒子直径（ｕｍ）（ｂ）粒子直径（Ｌｌｍ）５暉コ言第８図第９図圧力（ｋｇｆ／ｃｒｒｌ’）手続補正書昭和６２年１１月２６日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｓｉ０＿２７０〜８８重量％、ＣａＯ５〜２３重
量％及びＡｌ＿２Ｏ＿３５〜１５重量％を含むことを特
徴とする通気性多孔体。
（２）多孔体の細孔半径が０．３〜５０μｍであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の通気性多孔
体。
（３）珪質蝋石、石灰石及び粘土を、ＳｉＯ＿２７０〜
８８重量％、ＣａＯ５〜２３重量％及びＡｌ＿２Ｏ＿３
５〜１５重量％となるように配合して成形し、１０００
℃以上で焼成することを特徴とする通気性多孔体の製造
方法。