JP2011230981A - 多孔質セラミックス製造用の射出成形用材料及びこれを使用する多孔質セラミックスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 平均粒径50μmのシリカ粉末と、ポリエチレングリコールと、パラフィンワックスを、80:10:10の重量比で配合し、官能基がメタクリル基であるカップリング剤(3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン)を前記シリカ粉末に対して、0.1〜3重量%外添加して、120℃で1時間〜3時間混練して得られた、多孔質セラミックス製造用の射出成形用材料。
【選択図】 なし
Description
本発明の多孔質セラミックス製造用の射出成形用材料は、加熱により射出成形可能な常温で固体の射出成形用材料であることを前提としている。ここで、射出成形用材料が固体であるか否かを判断する温度は、具体的には、50℃とする。この温度において液状体ないし半固体であるため射出成形体として一定の形状を保つことができない場合には、本発明の射出成形用材料に該当しない。
本発明の射出成形用材料における「混合物」としては、前記セラミックス粉末と、前記重合体バインダと、前記射出成形用ワックスと、前記カップリング剤の中のいずれの構成成分も他の構成成分と反応していない状態で含まれているものが該当するだけでなく、前記いずれかの構成成分の中の少なくとも1種と別の構成成分の中の少なくとも1種とが反応した状態で含まれているものも「混合物」に該当するものとする。さらには、前記いずれかの構成成分の中の少なくとも1種と別の構成成分の中の少なくとも1種とが反応した状態で含まれ、且つ、未反応の構成成分として存在するはずの前記構成成分の中の少なくとも1種が存在しないものも「混合物」に該当するものとする。例えば、前記重合体バインダと前記カップリング剤とが反応した状態で含まれており前記いずれか又は双方の構成成分が未反応の状態では含まれていないものも、「混合物」に該当するものとする。
セラミックス粉末としては、焼成により多孔質セラミックスを製造できる各種のセラミックス粉末(好ましくは、良好な焼結性を有し焼結可能なセラミックス粉末)を用いることができ、より好ましくは、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ムライト及びマグネシアの中から選択される1種又は2種以上にする。セラミックス粉末の平均粒径は、JIS規格(Z8825−1)の測定方法に基づいて、モルバーン(Malvern)社の粒度分布測定装置「Master Sizer 2000」を用いて測定される値である。
重合体バインダとしては、セラミックス製造用の射出成形用材料に用いられている重合体及び共重合体のうちの1種又は2種以上の混合物を用いることができるが、好ましくは、ポリエチレングリコール系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアセテート系及びポリスチレン系の中から選択される1種又は2種以上の混合物にする。重合体バインダの融点は、好ましくは50〜120℃(より好ましくは60〜90℃)である。
本発明における射出成形用ワックスとしては、離型性とセラミックス粉末の粒子間滑りを良好にすることができるワックスを用いることができる。ワックスとしては、常温で固体であり加熱により低粘度の液状体となる有機物ないしその混合物がある。このようなワックスの種類には、天然ワックス、合成ワックス及び加工・変性ワックスがある。
本発明におけるカップリング剤は、メタクリル基、エポキシ基、ビニル基の中から選択される1種又は2種以上の有機官能基を持つものであり、好ましくは、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤等の各種のカップリング剤を用いることができる。また、用いるセラミックス粉末の種類に応じて、適宜選択することができる。例えば、シリカ粉末から成るシリカ純度の高い多孔質セラミックスを製造する場合には、好ましくは、シラン系カップリング剤を用いる。
本発明の射出成形用材料は、上記構成成分の他に、射出成形用材料に添加される各種の有機質添加剤(有機化合物)を、本発明の効果が損なわれない範囲の添加量で含有することができる。このような添加剤としては、例えば、滑り剤(例えば、ステアリン酸、シリコーンオイル)、可塑剤(フタル酸エステル、フタル酸ジオクチル)等がある。
本発明の射出成形用材料における、前記カップリング剤の添加量は、好ましくは、前記セラミックス粉末の総重量に対して、0.1〜3重量%(より好ましくは0.1〜1.5重量%、さらに好ましくは0.1〜1.0重量%)である。即ち、前記セラミックス粉末100重量部に対して、前記カップリング剤を好ましくは0.1〜3重量部(より好ましくは0.1〜1.5重量部、さらに好ましくは0.1〜1.0重量部)の割合(重量比)で添加する。
本発明の射出成形用材料は、射出成形可能な程度の流動性を示す温度に加熱して射出成形用材料として使用することができる。本発明の射出成形用材料の射出成形時の温度は、構成成分に応じて射出成形可能な温度に適宜設定することができる。本発明の射出成形用材料は、60〜100℃(より好ましくは65〜95℃、さらに好ましくは65〜85℃)の範囲で射出成形可能になることが好ましく、このようになるように構成成分を適宜選択することができる。
本発明の射出成形用材料は、原料(平均粒径15μm以上のセラミックス粉末と、重合体バインダと、前記重合体バインダ以外の射出成形用ワックスと、メタクリル基、エポキシ基、ビニル基の中から選択される1種又は2種以上の有機官能基を持つカップリング剤)を混合して(好ましくは、加熱し混練して)、製造することができる。原料を加熱し混練して製造する場合の温度は、用いる原料に応じて混練可能な温度に適宜設定することができる。混練する時間は、用いる原料が充分に均一に混合する程度の時間にすることができる。
本発明の射出成形用材料の常温における形態は、射出成形用材料として使用しやすい形態にする。例えば、寸法10mm以下の粒状体(ペレット)の集合体にすることができる。粒状体の形状は、円柱状、球状、立方体、直方体、断面が五角形以上の多角柱状体、略ラグビーボール状等の任意の形状にすることができる。典型的なものの一例としては、直径5mm、長さ5〜10mmの円柱形状がある。
本発明の多孔質セラミックスの製造方法は、本発明の射出成形用材料を射出成形して得られた射出成形体を焼成して多孔質セラミックスを得る焼成工程を有するものである。前記焼成工程の前には、本発明の射出成形用材料を射出成形して射出成形体を得る射出成形工程を有することができる。前記射出成形工程で得られた射出成形体は、焼成温度に昇温する前までに、通常は、射出成形体に含まれている有機質の構成成分を除去する脱脂を行う。このような脱脂は、本発明の多孔質セラミックスの製造方法における焼成工程の一部として含まれるものとする。
平均粒径50μmのシリカ粉末と、重合体バインダであるポリエチレングリコール(平均分子量5000)と、パラフィンワックス(融点45℃)を、80:10:10の重量比になるように秤量した後に、表1に示すように、各カップリング剤をシリカ粉末(平均粒径50μm)に対して、0.05〜5重量%外添加して、120℃で1時間〜3時間混練して、射出成形用材料を得た。
官能基がアミノ基であるカップリング剤「3−アミノプロピルトリエトキシシラン」(東レ・ダウコーニング株式会社のZ−6011)を用いる以外は上記実施例7又は8と同様にして比較例1の多孔質セラミックスを得た。また、カップリング剤を添加しない以外は上記実施例と同様にして比較例2の多孔質セラミックスを得た。
焼成後の評価は、焼成して得られた多孔質セラミックスのクラック発生率を求めて行った。その結果を表1に示す。表1の評価における「○」は「焼成して得られた多孔質セラミックスのクラック発生率が0〜10%」であることを示し、「△」は「焼成して得られた多孔質セラミックスのクラック発生率が10〜30%」であることを示し、「×」は「焼成して得られた多孔質セラミックスのクラック発生率が30%以上」であることを示している。
なお、平均粒径10μm未満のシリカ粉末を用いる以外は上記実施例と同様にして焼成した場合、得られたセラミックスは緻密化してしまい、多孔質セラミックスは得られなかった。
Claims (8)
- 加熱により射出成形可能で添加水を含有しない常温で固体の非水系射出成形用材料であって、平均粒径15μm以上のセラミックス粉末と、重合体バインダと、前記重合体バインダ以外の射出成形用ワックスと、メタクリル基、エポキシ基、ビニル基の中から選択される1種又は2種以上の有機官能基を持つカップリング剤の混合物を含有することを特徴とする多孔質セラミックス製造用の射出成形用材料。
- 前記重合体バインダは、ポリエチレングリコール系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアセテート系、ポリスチレン系の中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1に記載の射出成形用材料。
- 前記カップリング剤の添加量は、前記セラミックス粉末の総重量に対して、0.1〜3重量%であることを特徴とする請求項1〜2のいずれか一に記載の射出成形用材料。
- 前記セラミックス粉末と前記重合体バインダと前記射出成形用ワックスとの重量比は、60〜80:10〜20:10〜20であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に記載の射出成形用材料。
- 前記セラミックス粉末は、シリカ、アルミナ、ジルコニアの中から選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一に記載の射出成形用材料。
- 前記混合物は、前記セラミックス粉末と、前記重合体バインダと、前記射出成形用ワックスと、前記カップリング剤を、加熱混練して得られたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一に記載の射出成形用材料。
- 前記混合物は、滑り剤及び可塑剤の中から選択される1種又は2種以上の有機化合物をさらに含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一に記載の射出成形用材料。
- 請求項1〜7のいずれか一に記載の射出成形用材料を射出成形して得られた射出成形体を焼成して多孔質セラミックスを得る焼成工程を有することを特徴とする多孔質セラミックスの製造方法。
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