JP4238976B2

JP4238976B2 - Method for producing porous ceramics and molding apparatus for producing the same

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Publication number: JP4238976B2
Application number: JP2003076274A
Authority: JP
Inventors: 秀紀小林; 耕一郎真武; 博人蓮生
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004284840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物の内外装面材などに利用される軽量建材に好適な多孔質セラミックスに関し、均一性にすぐれた生産性の高い多孔質セラミックス体の製造方法および成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多孔質セラミックスは、建材等の構造材、断熱材、フィルター、道具部材など各種用途に用いられるが、その製造方法はさまざまな提案がされている。
たとえば、中空軽量骨材を利用する方法や、焼成時に焼失するような有機物粒子を添加する方法などが提案されている。また、焼成時に発泡する原料を混合することにより気孔を形成する方法も提案されている。
【０００３】
また、スラリーに起泡剤を添加して攪拌発泡させたり、スラリーに発泡液を混合して作製した気泡混入状態のスラリーを、スラリー中に混合した有機バインダー物質により硬化させることにより多孔質体を得る方法が開示されている。（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）
【０００４】
また、さらに無機質繊維材料を添加する方法が開示されている。（特許文献４参照）
【０００５】
一方、セラミックス建材を中心として、水分を含んだ湿式原料の成形装置としては、可塑性の原料を土練機で混練しながら所望の形状の口金から押し出して成形し、これをベルトコンベアで搬送する装置が一般的に知られている。
【０００６】
また、多孔質板の成形方法では、発泡性セラミックス粉体原料をメッシュベルトコンベア上に配した離型紙上に層状に堆積させ、これを焼成して成形する装置が開示されている。（特許文献５参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−２０２０７１号公報
【特許文献２】
特開平６−２９３５７２号公報
【特許文献３】
特開平７−１８７８５２号公報
【特許文献４】
特開平１０−２３１１８４号公報
【特許文献５】
特開平１０−１５８０７６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
中空軽量骨材を利用する方法や、焼成時に焼失するような有機物粒子を添加する方法はセラミックス原料との比重が大きく異なるため、気孔が均一に分散された成形体を得ることが難しかったり、高気孔率のものを得るためには軽量骨材や有機物粒子を多く使用しなければならず、経済的に不利となる問題がある。
また、焼成時に発泡する原料を混合することにより気孔を形成する方法では発泡が不安定であるため、気孔率や形状の精度が低いという欠点がある。
【０００９】
特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されている硬化剤やゲル化剤等の有機バインダーを用いた場合、有機バインダーが効果を発揮するまでの時間制御が難しいという問題がある。たとえば硬化剤やゲル剤による硬化時間やゲル化時間が長いと気泡が結合および成長するし、短いと発泡中や成形中に硬化して目標とする成形体を得ることが難しいという問題があった。
さらに、有機バインダーを使用する場合は、成形時に硬化反応やゲル化が必要な為、所望の形状の型枠に流し込んだ後に脱型までに養生をする必要があるため、次工程に進むまでに長時間要するという問題があったり、量産する場合は多くの型枠が必要であるという問題があった。
【００１０】
特許文献４に開示されている技術では、無機質繊維が添加された場合はスラリーの柔軟性が失われやすく、成形時に表面の平滑性が失われやすいという問題があった。
【００１１】
また、土練機を用いて含気泡スラリーを押し出し成形する場合、土練機内の混練や脱泡作用により気泡が潰れたり結合するなどして所望の気孔を含有した多孔質セラミックスの成形ができないという問題があったり、気泡の含有率が高くなると比重が軽くなるために排出がうまくいかないという問題があった。
【００１２】
また、特許文献４に開示されている方法では高温に耐えうる無機系の離型紙が必要であるため経済的とは言えないし、発泡性セラミック粉体原料を利用する装置である為、含気泡スラリーを成形する為に必要な手段が具備されているとは言えない。たとえば、含気泡スラリーを用いて成形した場合、ホッパー内に先に投入された含気泡スラリーと後から混入された含気泡スラリーが混合せず、該含気泡スラリーの間に境界線ができてしまったり、空洞部分が生じたりしてしまい、所望する均質な多孔質セラミックスを成形することができないと考えられる。
【００１３】
さらに含気泡スラリーを用いた多孔質セラミックスの製造方法は、所望の形状を持つ型に鋳込んで成形する方法がこれまで一般的であり、連続的に効率よく成形する装置はなかった。
【００１４】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、気孔導入の制御が容易であるとともに、高効率かつ比較的低コストに量産が可能な多孔質セラミックスの製造方法およびそれを製造するための成形装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質セラミックスの製造方法の第一は、
（１）粘性を２０００〜６０００ｍＰａ・ｓに調整したセラミックススラリーを準備する工程、（２）起泡剤および溶媒を含む混合液を発泡させた発泡液を準備する工程、（３）セラミックススラリーと発泡液を混合し、含気泡スラリーを作製する工程、（４）含気泡スラリーを成形手段を用いて成形した後、該成形手段より脱型または排出することにより未硬化成形体を作製する工程、（５）未硬化成形体を乾燥硬化する工程、（６）焼成する工程、を含むことを特徴とする。
また、本発明の多孔質セラミックスの製造方法の第二は、
（１）固形分１００重量部に対し、水３０〜６０重量部、補強繊維０．４〜８重量部を含んだセラミックススラリーを準備する工程、（２）起泡剤および溶媒を含む混合液を発泡させた発泡液を準備する工程、（３）セラミックススラリーと発泡液を混合し、含気泡スラリーを作製する工程、（４）含気泡スラリーを成形手段を用いて成形した後、該成形手段より脱型または排出することにより未硬化成形体を作製する工程、（５）未硬化成形体を乾燥硬化する工程、（６）焼成する工程、を含むことを特徴とする。
本発明における多孔質セラミックスの製造方法では、セラミックススラリーと発泡液を混合し、含気泡スラリーを作製する工程により、双方の混合量を調節することで気孔導入の制御が容易になる。このとき、スラリーおよび発泡液は共に液体状であるため、軽量骨材のような固体の分散とは異なり、液状体として一体化するため、細かく均一にスラリーへの気泡導入が可能である。
また、本発明における第一および第二に示したセラミックススラリーは、粘性を調節したり、水分量や補強繊維を添加しており、流動性が適度に抑制されることにより、気孔径や気孔分布が均一な含起泡スラリーを得ることが可能になる。本発明における第一のセラミックススラリーの粘性が２０００ｍＰａ・ｓ以下、第二のセラミックススラリーの水が６０重量部以上で補強繊維０．４重量部以下の場合、流動性が高いために、導入された気泡は結合や浮上分離を起こしやすく、長時間均一に気泡を保持しにくい。逆に本発明における第一のセラミックススラリーの粘性が６０００ｍＰａ・ｓ以上、第二のセラミックススラリーの水が３０重量部以下で補強繊維８重量部以上の場合、流動性が低すぎる為に発泡液とスラリーの混合が不充分となりやすく、気泡が導入されにくい。
また、作製した含気泡スラリーを所望の形状に成形した後、硬化やゲル化を待つことなく、脱型または排出して未硬化状態の成形体を作製し、これを乾燥硬化させるため、高効率に量産が可能である。
【００１６】
未硬化状態の成形体を良好な状態で得るためには、本発明の第一に示すようにセラミックススラリーの粘性を２０００〜６０００ｍＰａ・ｓに調整するか、本発明の第二に示すように固形分１００重量部に対し、水３０〜６０重量部、補強繊維０．４〜８重量部を含むのが望ましく、さらに補強繊維としてはパルプ繊維が好適に利用可能である。
これによって含気泡スラリーの流動性を抑制することが可能となり含気泡状態のスラリーであっても保型性が向上し、成形性が良好になる。
一般的に流動性が抑制されたスラリーでは、起泡剤を添加した後に発泡させて均一な含気泡状態を得るのは難しいが、本発明ではスラリーと発泡液を混合するため容易に作製することが可能である。
【００１７】
ところで、流動性の低い含気泡スラリーを作製した場合、図１に示すように先に供給された含気泡スラリーと後から供給された含気泡スラリーが混ざり合わずに層状に堆積してその境目に境界線３ができたり、空隙４ができてしまう。これら境界線３や空隙４は、成形体２の中に残るため焼成後の多孔質セラミックスの欠陥となってしまい、亀裂発生や強度低下の原因となりやすい。
【００１８】
そこで、本発明における多孔質セラミックスを製造するための成形装置としては、（１）セラミックススラリーを連続的に供給する供給手段、（２）起泡剤および溶媒を含む混合液から発泡液を作製して連続的に供給する手段、（３）供給された該セラミックススラリーと該発泡液を混合して連続的に含気泡スラリーを作製する混合手段、（４）作製した該含気泡スラリーに振動を与えて均一化する均一化手段、（５）均一化した該含気泡スラリーを成形する成形手段、（６）成形手段から脱型または排出した未硬化成形体を搬送する搬送手段、（７）該未硬化成形体を乾燥硬化する乾燥手段、を少なくとも備えていることを特徴とする。本発明における成形装置では、成形装置に含気泡スラリーを導入する際に、振動を与えることにより境界線３や空隙４を取り除き、均一化させるので気泡が均一に分散した良好な成形体を得ることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明ではセラミックススラリーと発泡液を混合することによって気泡が分散した含気泡スラリーを作製し、これを成形することによって多孔質セラミックスを作製する。セラミックススラリーは無機質微粒子が液中に分散されたものであり一般的であるが、発泡液は起泡剤を溶媒に混合した混合液を発泡させることにより作製する。
起泡剤は界面活性剤を利用するが、スラリーの溶媒およびｐHの条件により、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤、フッ素系界面活性剤などのうちから単独あるいは複数選択されたものを溶媒に混合溶解して使用可能である。建材の製造に利用される一般的な窯業用スラリーの場合はアルカリ性であるため、陰イオン界面活性剤を用いるのが好ましい。
【００２０】
本発明の第一に示したスラリーの粘性を調整する手段としては、一般的に無機系および有機系の解膠剤や凝集剤が利用されるが、有機系薬剤を利用する場合は、多量に添加されると含気泡スラリーの流動性があがったり、乾燥時に表面に被膜が形成されやすく、内部の乾燥速度が低下する恐れがあるため、スラリー固形分に対し０．５重量％以下の添加量が望ましく、より好ましくは０．１％以下である。
【００２１】
また本発明の第二では、流動性を低下させて成形性を高める他の手段として、固形分１００重量部に対し、水３０〜６０重量部、補強繊維０．４〜８重量部を含ませることによってスラリーの流動性を抑制させる。このとき、水が３０重量部以下であったり補強繊維が８重量部以上の場合はスラリーと発泡液がうまく混じり合わないし、水が６０重量部以上であったり補強繊維が０．４重量部以下では流動性を抑えにくい。補強繊維は繊維長が０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下を含むものがよい。０．５ｍｍより小さいものが多すぎると、繊維の絡みあう効果が小さくなるため流動性の低下が不充分となるし、２０ｍｍより大きいものが多すぎると繊維が絡みすぎて気泡が分散しにくくなる。一般的な補強繊維の例としては、ガラス繊維、ウォラストナイト、鉄、ビニロン、パルプなどが挙げられるが、繊維径が大きいものや、無機質繊維は柔軟性が一般的に低いため、有機質繊維の細いものが好ましいが、特にパルプは発泡液との混合特性、成形性の点から最も好ましい。
【００２２】
本発明におけるセラミックススラリーを用いれば、流動性を低下させることにより乾燥硬化時のスラリーの動きが小さくなるため亀裂発生を防止することができるとともに、高速で乾燥硬化が可能な為、容易に次工程に進むことが可能となる。乾燥硬化温度が５０℃より低い温度では乾燥硬化時間が長くなって気孔が成長する恐れがあり、１４０℃より高い温度では内部の気孔が膨張して成形体の精度が悪くなったり亀裂を生じたりする可能性があるため、５０〜１４０℃の雰囲気で乾燥硬化するのが望ましいが、より好ましくは１００〜１２０℃で乾燥硬化させる。またこのとき、乾燥硬化を２分以上、より好ましくは３分以上行うことにより成形体の乾燥硬化が進み、移載等を容易に行うことが可能である。
【００２３】
本発明におけるセラミックススラリーは焼成時に溶融しない骨格成分と、焼成時に溶融する溶融成分とを含有することができる。焼成時に溶融する成分を利用することで、４００℃〜１３００℃という低い温度で焼成が可能となり、気孔がつぶれたり結合したりせずに、充分な強度を発現できる。このような焼成時に溶融する成分としては、ガラスや長石などが好適に利用できる。
【００２４】
本発明においては焼成を行うことで多孔質セラミックスが製造されるが、硬化成形体を作製した後に、さらに成形加工や、釉薬塗布や印刷などの装飾加工、脱水乾燥工程などを更に行うことができる。
上記多孔質セラミックスを製造するための成形装置の概略構成図を図１に示す。
【００２５】
本発明における多孔質セラミックスを製造するための成形装置は、まず、セラミックススラリーを連続的に供給する供給手段を備える。図１においてＡ部から投入されたセラミックススラリーはスラリー送液ポンプ１１により連続的に送液する。このとき、ポンプ本体で送液量を調節してもかまわないし、別途流量調節手段１２により流量を調節することもできる。スラリー送液ポンプ１１の種類は特に限定されるものではないが、本発明におけるセラミックススラリーは流動性の低い状態が好適なため、スクリュー式のフィーダーやモーノポンプであれば好適に利用可能である。
【００２６】
また、本発明は、起泡剤および溶媒を含む混合液から発泡液を作製して連続的に供給する手段を備える。このような手段としては、あらかじめ作製した混合液をＢ部から投入し、混合液送液ポンプ２１によって送液する。混合液の送液もポンプ本体で送液量を調節してもかまわないし、別途流量調節手段２２により流量を調節することもできる。混合液送液ポンプ２１の種類も特に限定されるものではないが、ダイヤフラムポンプであれば容易に利用可能であるし、チューブポンプやギヤポンプなどは流量の調節がしやすく好ましく利用できる。また、ボンベやコンプレッサーなどを利用して空気等のガスをＣ部から、ガス流量調節手段２３を利用して流量を調節しながら導入する。導入された混合液およびガスは合流して発泡手段２５に導入されるため、それぞれ配管中に逆止弁２４を利用するのが好ましい。発泡手段２５の例としては、攪拌の他にフィルターやスポンジなどの多孔体、球状ビーズを充填させた管、メッシュなどを利用してバブリングをさせたり、配管中に配置してガスと混合液を同時に流すことで連続的に発泡液を作製することができる。
【００２７】
次に、混合手段３１により、供給したセラミックススラリーと発泡液を混合して連続的に含気泡スラリーを作製する。含気泡スラリーの作製は、従来のようにプロペラ式のミキサーなどを用いて作製することが可能であるが、本発明における成形装置では連続式のミキサーが好適に利用できる。ミキサーに対し、流量を調節してセラミックススラリーおよび発泡液を導入することが可能であり、所望とする比重に調節された含気泡スラリーを、連続的かつ容易に作製することが可能である。ここで本発明における含気泡スラリーの比重とは気泡を含んだ状態の見かけ比重のことを示す。このような連続式のミキサーとしてはスケヤミキサやピン型ミキサ、ニーダーなどが挙げられる。
【００２８】
作製した含気泡スラリー１は排出口３２より排出されるが、成形手段に対し均等に排出するのが好ましいため、揺動や往復動など均等排出手段３３を利用できる。排出された含気泡スラリーは内部に気泡を含むが、スラリーの状態では表面に開気孔は有しないため、一旦表面を形成すると、先に供給した含気泡スラリーと後から供給した含気泡スラリーは表面同士が接触しても完全に均一とはならずに境界層２を形成しやすい。また、本発明における含気泡スラリーは流動性を低下させた状態が好ましいため、堆積した含気泡スラリー１には先に述べた境界層２のほかに空隙３が形成しやすい。このような境界層２や空隙３は、そのままの状態ではＤ部から排出される成形体４に残るため、焼成後の多孔質セラミックスの欠陥となってしまう。そこで本発明は作製した該含気泡スラリーに振動を与えて均一化する均一化手段を有する。振動発生手段４１により発生した振動を振動伝達手段４２に伝え、これを含気泡スラリー１に伝達することで、境界層２や空隙３を消滅させて均一な多孔質セラミックスを得ることができる。このとき、振動が強すぎたり、長い時間振動を与え続けると含気泡スラリー中の気泡が成長して大きくなったり壊れたりするため、含気泡スラリーの流量、流速に応じて適宜調節が必要である。また、ホッパー５２に振動を伝えて振動伝達手段とすることもできる。さらに、振動発生機４１の振動発生の方法は特に限定されるものではない。
【００２９】
供給された含気泡スラリー１は一旦ホッパー５２に受けて成形手段に連結することで、含気泡スラリーを均一化した状態で成形することができる。未硬化成形体を成形する成形手段の例としては口金からの押し出しの他、所望の表面形状を有するロールやベルトを用いた成形、ドクターブレードのようなスリット式成形などさまざまなものが利用でき限定されるものではないが、単純な形状であれば、任意形状を排出可能なホッパー５２の開口部またはホッパーに接続された口金５１により排出させることで未硬化成形体の成形が可能である。図２、図３、図４にはホッパーおよび開口部の形状の例を示したが、開口部の形状に特に制約はない。
【００３０】
ホッパー５２は含気泡スラリー１が滞留せずに口金から随時連続的に排出されるような形状であれば、特にその形状は限定されるものではないが、口金５１から排出される未硬化成形体はホッパー５２内に堆積した含気泡スラリー１の自重により圧力を受けながら排出されるので、その圧力が一定になるような形状であると更によい。これは口金部で含気泡スラリーの圧力が高くなりすぎると、口金５１から排出された成形体は口金の形状よりも大きく膨らんでしまい、所望の形状とならないためである。具体的には図３に示すように、ある一定以上の高さからは貯留可能なスラリーの容量を増加させることにより、供給された含気泡スラリーの液量が多少変化しても、液面の高さ変化が小さいので圧力の変化量を抑制することが可能となる。また、ホッパー５２と排出口３２との間に、供給量を一定にさせる為のホッパーや流量調節手段をさらに追加してもよい。
【００３１】
ホッパー５２の材質は金属やプラスチック系のものなど特に制限されないが、含気泡スラリーが付着しにくい材質や表面処理されたものが望ましい。このようなものとしては樹脂や撥水剤処理をしたものが好適に利用できるが、ポリテトラフルオロエチレンなど高度に撥水するものであればさらに好ましい。
【００３２】
また、成形手段として未硬化成形体を搬送するコンベア６１上に成形体４の幅に合わせてガイド５３を補助的に用いることで、形状を良好に保持できる。このガイド５３は未硬化成形体との摩擦抵抗が少ないものが好ましく、樹脂や撥水剤処理をしたものが好適に利用できるが、特にポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
【００３３】
本発明における成形装置では未硬化成形体が次工程において充分な作業性を確保できるように、乾燥硬化手段である乾燥機７１を備える。スラリーの溶媒を蒸発させるためであり、発熱源によって発生した熱を送風する熱風式がもっとも好ましい。乾燥時は未硬化成形体の表面全体から行うのが好ましいため、メッシュベルトコンベア６２が好適に利用可能である。成形手段と乾燥機を共に同じメッシュベルトに配置してもよいし、成形手段で作製した成形体を搬送するコンベアと乾燥機のコンベアが別でもよい。コンベアが別の場合は、連結部に必要に応じて、連結手段６３を設置するのが好ましい。連結手段６３としては、平板や回転するローラー棒、樹脂製フィルムなどが挙げられる。さらに、成形手段と乾燥機を別途のコンベア上に配置する場合、成形体を搬送するコンベアの表面は、スラリーが付着しにくい材質のものがよく、特にポリテトラフルオロエチレンやウレタンが好適に利用できる。
【００３４】
【実施例】
以下本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３５】
〔実施例１〕
本発明の図１に示した成形装置を準備し、以下に示す手順で多孔質セラミックスの作製および評価を行った。
【００３６】
（Ａ）セラミックススラリーの準備および供給
廃瓶ガラスを中心に構成される廃ガラス４５重量部、珪石２３重量部、粘土２３重量部、アルミナ９重量部に水４７重量部、ポリカルボン酸塩系分散剤（（株）マルバン製、バンスターＳ−５）０．０６重量部を加え、ボールミルで平均粒径約１２μｍに粉砕したのち、塩化マグネシウムおよびバンスターＳ−５を用いて粘性約３００ｍＰａ・ｓに調整した。このスラリーにボール紙古紙を乾式粉砕したパルプ繊維を３重量部添加してアイリッヒミキサーで分散させ、パルプ含有スラリーを作製した。作製したパルプ含有スラリーはモーノポンプで送液し、流量調節はインバーターにてモーターの回転数を制御して行った。
【００３７】
（Ｂ）発泡液の作製および供給
陰イオン界面活性剤（ラウリル硫酸アンモニウム、花王（株）製ラテムルＡＤ−２５）を水で１０倍に希釈し、これをダイヤフラムポンプで送液し、ニードル式のフローコントローラーで流量を調節するとともに逆止弁を通過させた。また、コンプレッサーから圧送された空気を圧力調整した後フローコントローラーで流量を調節するとともに逆止弁を通過させた。界面活性剤の希釈液および空気を、ガラスビーズの充填した管に通すことで連続的に発泡液を作製することができた。
【００３８】
（Ｃ）含気泡スラリーの作製
表面にピン状突起を有する回転体がチャンバーに収められたピン型ミキサ上部から、上記パルプ含有スラリーおよび発泡液をそれぞれ連続的に流量を調節しながら送液した。流量の調節により、排出口より比重約０．３〜約１．７の範囲で調節された含気泡スラリーを容易に作製することができた。つぎに、比重約０．７５の含気泡スラリーを連続的に排出させた。
【００３９】
（Ｄ）成形および硬化
ウレタン製平ベルトを有するコンベア上に高さ２５ｍｍ、幅１５０ｍｍのスラリー排出用開口部を有する、図２に示すホッパーを設置し、（Ｃ）で作製した比重約０．７５のスラリーを導入するとともに、振動発生機で内部のスラリーを均一化させた。排出した未硬化成形体をコンベアの速度を調節して搬送し、ＳＵＳ製の平板を介してメッシュコンベアに移載した。これを上下から約７０℃に調整した熱風で１５分乾燥硬化させて取り出した。処理後、メッシュ上から成形体を取り出し、成形体の大きさを測定したところ、乾燥収縮率は１％以下であり、膨らみや表面の亀裂はなかった。
【００４０】
（Ｅ）装飾
取り出した成形体をカッターナイフで１０ｃｍの幅に切断した。これに釉薬を塗布し、さらに１１０℃に設定した乾燥機で２時間乾燥した。乾燥後、膨らみや表面の亀裂はなかった。
【００４１】
（Ｆ）焼成
最高温度１０００℃、焼成時間３時間に設定したローラーハースキルンで焼成した。
【００４２】
（Ｇ）評価
焼成体の嵩密度は約０．８ｇ／ｃｍ^３であり、曲げ強度は約９．５ＭＰａであった。
【００４３】
〔実施例２〕
つぎに、図１に示す多孔質セラミックスの成形装置ではないが、本発明に示した多孔質セラミックスの製造方法に従い、多孔質セラミックスの作製を行った。まず、実施例１の（Ａ）および（Ｂ）、（Ｃ）の手順と同様に含気泡スラリーの作製を行った。ただし、セラミックススラリーの作製時に使用する水を４０重量部、パルプ繊維を１．５重量部で行った。
実施例１と同様に、セラミックススラリーおよび発泡液の供給量を調節し、比重約０．６２の含気泡スラリーを作製した。３０メッシュの網を張った枠上に幅１５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、高さ１５ｍｍのアルミ製型枠を設置し、この中に作製した含気泡スラリーを流し込んでから枠に振動機で振動を与え、さらに余剰の含気泡スラリーを除去した。ただちに型枠を外したが、未硬化成形体の状態において、形状が崩れることはなかった。
作製した未硬化成形体をメッシュ上に載せたまま、１１０℃に設定したジェット式熱風乾燥機で２分間乾燥硬化処理した。処理後、メッシュ上から成形体を取り出し、成形体の大きさを測定したところ、乾燥収縮率は１％以下であり、膨らみや表面の亀裂はなかった。さらに電気炉を用いて1時間あたり５０℃の昇温速度で最高温度１０００℃で焼成した。取り出した試験体の嵩密度は約０．７０ｇ／ｃｍ^３、曲げ強度は７．４ＭＰａであった。
【００４４】
〔実施例３〕
実施例１の（Ａ）および（Ｂ）、（Ｃ）の手順と同様に含気泡スラリーの作製を行った。ただし、セラミックススラリーの作製時に使用する水を５５重量部、パルプ繊維を５重量部で行った。実施例１と同様に、セラミックススラリーおよび発泡液の供給量を調節し、比重約０．６２の含気泡スラリーを作製した。
次に、実施例２と同様に、比重約０．６２の含気泡スラリーを作製し、未硬化成形体の作製を行った。作製した未硬化成形体をメッシュ上に載せたまま１１０℃に設定した熱風乾燥機に入れ、２５分間乾燥硬化させた。乾燥硬化後、膨らみや表面の亀裂はなかった。
取り出した硬化成形体を、カッターナイフで切断し、釉薬を塗布してから乾燥機で乾燥させた。これを実施例１と同様に、ローラーハースキルンを用いて最高温度１０００℃、焼成時間３時間で焼成した。取り出した試験体の嵩密度は約６．７ｇ／ｃｍ^３、曲げ強度は７．１ＭＰａであった。
【００４５】
〔実施例４〕
粘土、長石、珪石を含む窯業原料を粉砕し、スプレイドライヤーにて顆粒状にされたタイル用原料を乾燥したものを１００重量部用意した。これに水を４０重量部添加して充分に攪拌した後、バンスターＳ−５および塩化カリウムを用いて粘性約４０００ｍＰａ・ｓに調整したセラミックススラリーを準備した。また、陰イオン界面活性剤（花王（株）製ネオペレックスＦ−２５、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）を水に１０倍希釈し、混合液を準備した。これらを使い、実施例１に示す方法と同様に、セラミックススラリーの供給と、発泡液の供給を行ない、イワキ（株）製スケヤミキサを用いて混合し、比重約０．８３の含気泡スラリーを作製した。
実施例１と同様に、口金開口部が高さ１５ｍｍ、幅２００ｍｍを有する図１に示す多孔質セラミックスの成形装置を用いて成形体の作製を行った。このとき乾燥硬化温度は１１０℃、乾燥硬化時間は３分で行った。乾燥硬化後、膨らみや表面の亀裂はなかった。
取り出した成形体を、１０ｃｍの幅に切断して釉薬を塗布した後、さらに１１０℃で３０分乾燥し、電気炉により1時間あたり１００℃の昇温速度で最高温度１２００℃で焼成した。焼成後の試験体は嵩密度が約０．９０ｇ／ｃｍ３で、曲げ強度は約１５ＭＰａであった。
【００４６】
〔実施例５〕
実施例１の（Ａ）から（Ｄ）に示した手法と同様に、含起泡スラリーの比重を約０．７５に設定し、連続的に硬化成形体を作製した。作製した硬化成形体を約２ｍおきに、約１０ｃｍ角のサンプルを１０個切り出した。これらを９０℃で１時間乾燥した後、ローラーハースキルンで最高温度９７０℃、焼成時間２時間３０分で焼成した。焼成後の多孔質体をさらに小片に切り出し、嵩密度を測定したところ、平均値が０．７９４ｇ／ｃｍ３、標準偏差は０．０１５であった。本発明によれば、気孔率の制御が正確かつ安定してできる。
【００４７】
〔比較例１〕
実施例１に用いた原料を用いて、廃ガラス４５重量部、珪砂２３重量部、粘土２３重量部、アルミナ９重量部に水４７重量部、ポリカルボン酸塩系分散剤（（株）マルバン製バンスターＳ−５）０．０６重量部を加え、ボールミルで平均粒径１２μｍに粉砕し、スラリーを作製した。このスラリーを塩化マグネシウムおよびバンスターＳ−５を用いて粘性１５００ｍＰａ・ｓに調整したのち、寒天０．３５重量部をジューサーミキサーで攪拌分散させた。これをオートクレーブにて溶解したのち取り出し、直ちに陰イオン界面活性剤（花王（株）製ラテムルＡＤ−２５、ラウリル硫酸アンモニウム）を水で１０倍に希釈したものを８重量部加え、ハンドミキサで攪拌発泡させた。温度が下がらないように注意しながらメッシュ上に置いた幅１５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、高さ１５ｍｍの型枠に流し込み、５分放置したが脱型と同時にスラリーが流れ出し、保型しなかった。
【００４８】
〔比較例２〕
比較例１と同様の方法で型枠にスラリーを流し込み、３０分放置させて冷却させたのちに脱型した。これを１１０℃の乾燥機で２時間乾燥して取り出したところ、乾燥収縮率は約２％であったが、表面中央部に亀裂が発生した。
【００４９】
〔比較例３〕
実施例３と同様の方法で、未硬化成形体を作製した後、１５０℃に設定した乾燥機で２時間乾燥させたところ、成形体が膨れ、亀裂が発生した。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の多孔質セラミックスの製造方法およびそれを製造するための成形装置を利用することにより、気孔導入の制御が容易であるとともに、高効率かつ比較的低コストに多孔質セラミックスの量産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における多孔質セラミックスを製造するための成形装置の概略構成図
【図２】ホッパーおよび成形手段としての開口部の例を示す概略図
【図３】ホッパーおよび成形手段としての開口部の他の例を示す概略図
【図４】ホッパーおよび成形手段としての開口部の他の例を示す概略図
【符号の説明】
１：含気泡スラリー、２：境界層、３：空隙、４：成形体、
１１：スラリー送液ポンプ、１２：流量調節手段、
２１：混合液送液ポンプ、２２：流量調節手段、
２３：ガス流量調節手段、２４：逆止弁、
２５：発泡手段、３１：混合手段、３２：排出口、
３３：均等排出手段、４１：振動発生手段、４２：振動伝達手段、
５１：口金、５２：ホッパー、５３：ガイド、６１：コンベア、
６２：メッシュベルトコンベア、６３連結手段、７１：乾燥機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a porous ceramic suitable for a lightweight building material used for an interior / exterior surface material of a building, and the like, and relates to a method for producing a highly productive porous ceramic body excellent in uniformity and a molding apparatus.
[0002]
[Prior art]
Porous ceramics are used for various applications such as structural materials such as building materials, heat insulating materials, filters, tool members, etc., and various proposals have been made for their production methods.
For example, a method using a hollow lightweight aggregate and a method of adding organic particles that are burned off during firing have been proposed. A method of forming pores by mixing raw materials that foam during firing has also been proposed.
[0003]
In addition, a porous body can be obtained by adding a foaming agent to the slurry and stirring and foaming, or by curing a foam-mixed slurry prepared by mixing a foaming liquid into the slurry with an organic binder substance mixed in the slurry. A method of obtaining is disclosed. (See Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3)
[0004]
Further, a method of adding an inorganic fiber material is disclosed. (See Patent Document 4)
[0005]
On the other hand, as a wet raw material molding device, mainly ceramic building materials, a plastic raw material is extruded from a die having a desired shape while being kneaded by a kneader, and this is conveyed by a belt conveyor. Is generally known.
[0006]
Also, as a method for forming a porous plate, an apparatus is disclosed in which a foamable ceramic powder raw material is deposited in layers on a release paper placed on a mesh belt conveyor, and this is fired and formed. (See Patent Document 5)
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-4-202071
[Patent Document 2]
JP-A-6-293572
[Patent Document 3]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-187852
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-231184
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-158076
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The method of using hollow lightweight aggregates and the method of adding organic particles that are burned down during firing differ greatly from the specific gravity of the ceramic raw material, so it is difficult to obtain a compact in which pores are uniformly dispersed. In order to obtain a material having a porosity, a large amount of lightweight aggregates and organic particles must be used, which is disadvantageous economically.
In addition, the method of forming pores by mixing raw materials that foam during firing has the disadvantage of low porosity and shape accuracy because foaming is unstable.
[0009]
When an organic binder such as a curing agent or a gelling agent disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 is used, there is a problem that it is difficult to control time until the organic binder exhibits its effect. For example, if the curing time or gelation time with a curing agent or gel is long, bubbles are bonded and grow, and if it is short, there is a problem that it is difficult to obtain a target molded body by curing during foaming or molding. .
Furthermore, when an organic binder is used, a curing reaction or gelation is required at the time of molding, so it is necessary to cure before pouring after casting into a mold of the desired shape. There is a problem that it takes a long time, and there is a problem that many molds are necessary for mass production.
[0010]
The technique disclosed in Patent Document 4 has a problem that when inorganic fibers are added, the flexibility of the slurry is easily lost, and the smoothness of the surface is easily lost during molding.
[0011]
In addition, when extruding foamed slurry using a kneader, it is impossible to mold porous ceramics containing desired pores by crushing or bonding bubbles by kneading or defoaming action in the kneader. There was a problem, and when the bubble content was high, the specific gravity was lightened and the discharge was not successful.
[0012]
In addition, the method disclosed in Patent Document 4 requires an inorganic release paper that can withstand high temperatures, and is not economical, and is an apparatus that uses a foamable ceramic powder raw material. It cannot be said that the means necessary for molding the material is provided. For example, in the case of molding using a cell-containing slurry, the cell-containing slurry previously introduced into the hopper and the cell-containing slurry mixed later are not mixed, and a boundary line is formed between the cell-containing slurry. It is considered that the desired homogeneous porous ceramics cannot be formed due to the occurrence of voids or voids.
[0013]
Further, as a method for producing porous ceramics using a bubble-containing slurry, a method of forming by molding into a mold having a desired shape has been generally used, and there has been no apparatus for continuously and efficiently forming.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for producing porous ceramics that can easily control the introduction of pores and can be mass-produced at high efficiency and at a relatively low cost. An object of the present invention is to provide a molding apparatus.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The first method for producing the porous ceramic of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing a ceramic slurry whose viscosity is adjusted to 2000 to 6000 mPa · s, (2) A step of preparing a foaming liquid obtained by foaming a mixed liquid containing a foaming agent and a solvent, (3) Ceramic slurry and foaming (4) a step of forming an air-containing slurry by using a forming means, and then removing or discharging the air-containing slurry from the forming means; 5) A step of drying and curing the uncured molded body, and (6) a step of firing.
The second method for producing the porous ceramic of the present invention is as follows.
(1) A step of preparing a ceramic slurry containing 30 to 60 parts by weight of water and 0.4 to 8 parts by weight of reinforcing fibers with respect to 100 parts by weight of a solid content, and (2) a mixed solution containing a foaming agent and a solvent. A step of preparing a foamed foamed liquid, (3) a step of mixing a ceramic slurry and a foamed liquid to produce a foamed slurry, and (4) forming the foamed slurry using a molding means, The method includes a step of producing an uncured molded body by demolding or discharging, (5) a step of drying and curing the uncured molded body, and (6) a step of firing.
In the method for producing porous ceramics according to the present invention, the introduction of pores can be easily controlled by adjusting the mixing amount of the ceramic slurry and the foaming liquid and adjusting the mixing amount of both in the step of producing the bubble-containing slurry. At this time, since the slurry and the foaming liquid are both in a liquid state, unlike the dispersion of solids such as a lightweight aggregate, they are integrated as a liquid material, so that bubbles can be introduced into the slurry finely and uniformly.
In addition, the ceramic slurry shown in the first and second aspects of the present invention adjusts the viscosity, adds water content and reinforcing fibers, and moderately suppresses the fluidity, so that the pore diameter and pore distribution are reduced. It is possible to obtain a uniform foamed slurry. When the viscosity of the first ceramic slurry in the present invention is 2000 mPa · s or less and the water of the second ceramic slurry is 60 parts by weight or more and 0.4 parts by weight or less of the reinforcing fiber, it is introduced because of high fluidity. Air bubbles tend to cause binding and levitation separation, and it is difficult to keep air bubbles uniformly for a long time. On the contrary, when the viscosity of the first ceramic slurry in the present invention is 6000 mPa · s or more and the water of the second ceramic slurry is 30 parts by weight or less and the reinforcing fiber is 8 parts by weight or more, the fluidity is too low. Mixing of the slurry tends to be insufficient and bubbles are difficult to be introduced.
In addition, after molding the produced bubble-containing slurry into a desired shape, without waiting for curing or gelation, it is demolded or discharged to produce an uncured molded body, which is dried and cured, so it is highly efficient. Mass production is possible.
[0016]
In order to obtain an uncured molded body in a good state, the viscosity of the ceramic slurry is adjusted to 2000 to 6000 mPa · s as shown in the first aspect of the present invention, or solid as shown in the second aspect of the present invention. It is desirable to contain 30 to 60 parts by weight of water and 0.4 to 8 parts by weight of reinforcing fibers with respect to 100 parts by weight of minute, and pulp fibers can be suitably used as the reinforcing fibers.
As a result, the fluidity of the bubble-containing slurry can be suppressed, and even in the case of a bubble-containing slurry, the shape retention is improved and the moldability is improved.
In general, it is difficult to obtain a uniform bubble-containing state by adding a foaming agent to a slurry in which fluidity is suppressed, but in the present invention, the slurry and the foaming liquid are mixed and easily produced. Is possible.
[0017]
By the way, when producing a low-fluid bubble-containing slurry, as shown in FIG. 1, the bubble-containing slurry supplied earlier and the bubble-containing slurry supplied later are not mixed and accumulated in layers, A boundary line 3 is formed or a gap 4 is formed. Since these boundary lines 3 and voids 4 remain in the molded body 2, they become defects in the porous ceramics after firing, and are liable to cause cracks and decrease in strength.
[0018]
Therefore, as a forming apparatus for producing the porous ceramic in the present invention, (1) a supply means for continuously supplying a ceramic slurry, (2) a foaming liquid is prepared from a mixed liquid containing a foaming agent and a solvent. (3) Mixing means for continuously preparing the bubble-containing slurry by mixing the supplied ceramic slurry and the foamed liquid, and (4) applying vibration to the prepared bubble-containing slurry. Homogenizing means for homogenizing, (5) molding means for molding the homogenized foamed slurry, (6) transporting means for transporting the uncured molded product removed or discharged from the molding means, (7) It is characterized by comprising at least a drying means for drying and curing the cured molded body. In the molding apparatus according to the present invention, when introducing the bubble-containing slurry into the molding apparatus, the boundary line 3 and the voids 4 are removed by applying vibration to make uniform, so that a good molded body in which the bubbles are uniformly dispersed can be obtained. Is possible.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, an air-containing slurry in which bubbles are dispersed is prepared by mixing a ceramic slurry and a foaming liquid, and a porous ceramic is prepared by forming the slurry. A ceramic slurry is generally obtained by dispersing inorganic fine particles in a liquid, and a foaming liquid is produced by foaming a mixed liquid in which a foaming agent is mixed with a solvent.
Surfactants are used as foaming agents, but anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, fluorosurfactants, etc., depending on the slurry solvent and pH conditions One or a plurality selected from among them can be mixed and dissolved in a solvent. In the case of a general ceramic slurry used for the production of building materials, it is preferable to use an anionic surfactant because it is alkaline.
[0020]
As a means for adjusting the viscosity of the slurry shown in the first aspect of the present invention, inorganic and organic peptizers and flocculants are generally used. However, when using organic agents, a large amount is required. If added, the fluidity of the bubble-containing slurry is increased, and a film is easily formed on the surface during drying, and the internal drying rate may be reduced. Is desirable, more preferably 0.1% or less.
[0021]
In the second aspect of the present invention, as another means for reducing the fluidity and improving the moldability, 30 to 60 parts by weight of water and 0.4 to 8 parts by weight of reinforcing fibers are included with respect to 100 parts by weight of the solid content. This suppresses the fluidity of the slurry. At this time, when the water is 30 parts by weight or less or the reinforcing fiber is 8 parts by weight or more, the slurry and the foaming liquid do not mix well, the water is 60 parts by weight or more, and the reinforcing fiber is 0.4 parts by weight or less. Then it is difficult to suppress fluidity. The reinforcing fiber preferably has a fiber length of 0.5 mm or more and 20 mm or less. If too much is less than 0.5 mm, the effect of entanglement of the fibers will be reduced, resulting in insufficient fluidity reduction, and if more than 20 mm is too much, the fibers will be entangled and bubbles will be difficult to disperse. . Examples of general reinforcing fibers include glass fiber, wollastonite, iron, vinylon, pulp, etc., but those having a large fiber diameter and inorganic fibers generally have low flexibility, so organic fibers Thin ones are preferred, but pulp is most preferred from the viewpoint of mixing characteristics with foaming liquid and moldability.
[0022]
If the ceramic slurry in the present invention is used, the movement of the slurry at the time of drying and curing is reduced by reducing the fluidity, so that cracking can be prevented and drying and curing can be performed at high speed, so that the next process can be easily performed. It is possible to proceed to. If the drying and curing temperature is lower than 50 ° C, the drying and curing time may be prolonged and the pores may grow. If the temperature is higher than 140 ° C, the internal pores may expand and the accuracy of the molded article may deteriorate or cracks may occur. Therefore, it is desirable to dry and cure in an atmosphere of 50 to 140 ° C., but more preferably to dry and cure at 100 to 120 ° C. Further, at this time, by performing the drying and curing for 2 minutes or more, more preferably for 3 minutes or more, the molded body is further dried and cured, so that the transfer and the like can be easily performed.
[0023]
The ceramic slurry in the present invention can contain a skeleton component that does not melt during firing and a molten component that melts during firing. By using a component that melts at the time of firing, firing can be performed at a low temperature of 400 ° C. to 1300 ° C., and sufficient strength can be expressed without the pores being crushed or bonded. As such a component that melts during firing, glass, feldspar, or the like can be suitably used.
[0024]
In the present invention, porous ceramics are produced by firing, but after producing a cured molded body, further molding processing, decorative processing such as glaze application and printing, and dehydration drying can be further performed. .
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a molding apparatus for producing the porous ceramic.
[0025]
The forming apparatus for producing porous ceramics according to the present invention first includes a supply means for continuously supplying a ceramic slurry. In FIG. 1, the ceramic slurry charged from part A is continuously fed by a slurry feed pump 11. At this time, the liquid supply amount may be adjusted by the pump body, or the flow rate may be adjusted by the flow rate adjusting means 12 separately. The type of the slurry feed pump 11 is not particularly limited, but the ceramic slurry in the present invention preferably has a low fluidity, so that any screw type feeder or mono pump can be suitably used.
[0026]
Moreover, this invention is equipped with the means to produce a foaming liquid from the liquid mixture containing a foaming agent and a solvent, and to supply continuously. As such means, a liquid mixture prepared in advance is introduced from part B and fed by the liquid mixture feed pump 21. The amount of the liquid mixture may be adjusted by the pump body, or the flow rate may be adjusted by the flow rate adjusting unit 22 separately. The type of the mixed liquid feeding pump 21 is not particularly limited, but can be easily used as long as it is a diaphragm pump, and a tube pump or a gear pump can be preferably used because the flow rate can be easily adjusted. Further, a gas such as air is introduced from the part C using a cylinder or a compressor while adjusting the flow rate using the gas flow rate adjusting means 23. Since the introduced mixed liquid and gas are merged and introduced into the foaming means 25, it is preferable to use a check valve 24 in each pipe. Examples of the foaming means 25 include bubbling using a porous body such as a filter and sponge, a tube filled with spherical beads, a mesh, etc. in addition to stirring, or placing in a pipe to mix gas and mixed liquid. A foaming liquid can be continuously produced by flowing simultaneously.
[0027]
Next, the supplied ceramic slurry and the foaming liquid are mixed by the mixing means 31 to continuously produce a bubble-containing slurry. The foamed slurry can be produced using a propeller-type mixer as in the prior art, but a continuous mixer can be suitably used in the molding apparatus of the present invention. The ceramic slurry and the foaming liquid can be introduced into the mixer by adjusting the flow rate, and it is possible to continuously and easily produce a bubble-containing slurry adjusted to a desired specific gravity. Here, the specific gravity of the bubble-containing slurry in the present invention indicates the apparent specific gravity in a state containing bubbles. Examples of such a continuous mixer include a scaler mixer, a pin type mixer, and a kneader.
[0028]
Although the produced bubble-containing slurry 1 is discharged from the discharge port 32, it is preferable to discharge it uniformly with respect to the forming means. Therefore, the uniform discharge means 33 such as swinging and reciprocating motion can be used. The discharged bubble-containing slurry contains bubbles inside, but since there are no open pores on the surface in the slurry state, once the surface is formed, the bubble-containing slurry supplied earlier and the cell-containing slurry supplied later are the surface Even if they are in contact with each other, the boundary layer 2 is easily formed without being completely uniform. In addition, since the bubble-containing slurry in the present invention is preferably in a state where the fluidity is lowered, the void 3 is easily formed in the deposited bubble-containing slurry 1 in addition to the boundary layer 2 described above. Since the boundary layer 2 and the void 3 remain in the molded body 4 discharged from the D portion in the state as they are, they become defects in the porous ceramic after firing. Therefore, the present invention has a homogenizing means for applying vibration to the produced bubble-containing slurry to make it uniform. By transmitting the vibration generated by the vibration generating means 41 to the vibration transmitting means 42 and transmitting it to the bubble-containing slurry 1, the boundary layer 2 and the voids 3 are eliminated, and a uniform porous ceramic can be obtained. At this time, if the vibration is too strong or if the vibration is continued for a long time, the bubbles in the bubble-containing slurry grow and become larger or broken. Therefore, appropriate adjustment is necessary according to the flow rate and flow rate of the bubble-containing slurry. . In addition, vibration can be transmitted to the hopper 52 as a vibration transmitting means. Furthermore, the method of generating vibration of the vibration generator 41 is not particularly limited.
[0029]
The supplied bubble-containing slurry 1 is once received by the hopper 52 and connected to the forming means, so that the bubble-containing slurry can be formed in a uniform state. Examples of molding means for molding an uncured molded body include various types such as extrusion from a die, molding using a roll or belt having a desired surface shape, and slit molding such as a doctor blade. However, if it is a simple shape, an uncured molded body can be molded by discharging it with an opening of a hopper 52 capable of discharging an arbitrary shape or a base 51 connected to the hopper. 2, 3, and 4 show examples of the shape of the hopper and the opening, but the shape of the opening is not particularly limited.
[0030]
The shape of the hopper 52 is not particularly limited as long as the foamed slurry 1 is continuously discharged from the die without stagnation, but the uncured molded body discharged from the die 51 is not particularly limited. Is discharged while receiving pressure due to the weight of the bubble-containing slurry 1 accumulated in the hopper 52, and it is further preferable that the pressure be constant. This is because if the pressure of the bubble-containing slurry becomes too high at the base, the molded body discharged from the base 51 swells larger than the shape of the base and does not have a desired shape. Specifically, as shown in FIG. 3, by increasing the volume of the slurry that can be stored from a certain height or higher, even if the amount of the supplied bubble-containing slurry changes slightly, Since the change in height is small, the amount of change in pressure can be suppressed. Further, a hopper and a flow rate adjusting means for making the supply amount constant may be further added between the hopper 52 and the discharge port 32.
[0031]
The material of the hopper 52 is not particularly limited, such as a metal or plastic type, but is preferably a material that does not easily adhere to the bubble-containing slurry or a surface-treated one. As such, a resin or a water repellent-treated one can be suitably used, but it is more preferable if it is highly water repellent such as polytetrafluoroethylene.
[0032]
Moreover, the shape can be satisfactorily maintained by using the guide 53 in an auxiliary manner according to the width of the molded body 4 on the conveyor 61 that conveys the uncured molded body as a molding means. The guide 53 preferably has a low frictional resistance with the uncured molded body, and a resin or water repellent-treated one can be suitably used, but polytetrafluoroethylene is particularly preferable.
[0033]
The molding apparatus according to the present invention includes a dryer 71 that is a drying and curing means so that the uncured molded body can ensure sufficient workability in the next step. This is for evaporating the solvent of the slurry, and the hot air type for blowing the heat generated by the heat source is most preferable. Since the drying is preferably performed from the entire surface of the uncured molded body, the mesh belt conveyor 62 can be suitably used. Both the forming means and the dryer may be arranged on the same mesh belt, or the conveyor for transporting the molded body produced by the forming means may be different from the conveyor of the dryer. When the conveyor is different, it is preferable that the connecting means 63 is installed in the connecting portion as necessary. Examples of the connecting means 63 include a flat plate, a rotating roller rod, and a resin film. Furthermore, when the molding means and the dryer are arranged on separate conveyors, the surface of the conveyor that conveys the molded body is preferably made of a material that does not easily adhere to the slurry, and in particular, polytetrafluoroethylene or urethane can be suitably used. .
[0034]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
[0035]
[Example 1]
The forming apparatus shown in FIG. 1 of the present invention was prepared, and porous ceramics were produced and evaluated in the following procedure.
[0036]
(A) Preparation and supply of ceramic slurry
45 parts by weight of waste glass mainly composed of waste bottle glass, 23 parts by weight of silica, 23 parts by weight of clay, 9 parts by weight of alumina, 47 parts by weight of water, polycarboxylate-based dispersant (manufactured by Malvern, Van Star S-5) 0.06 part by weight was added, and the mixture was pulverized to an average particle size of about 12 μm with a ball mill, and then adjusted to a viscosity of about 300 mPa · s using magnesium chloride and Banster S-5. To this slurry, 3 parts by weight of pulp fiber obtained by dry pulverizing used cardboard paper was added and dispersed with an Eirich mixer to prepare a pulp-containing slurry. The produced pulp-containing slurry was fed with a Mono pump, and the flow rate was adjusted by controlling the number of rotations of the motor with an inverter.
[0037]
(B) Production and supply of foaming liquid
An anionic surfactant (ammonium lauryl sulfate, LATEMUL AD-25 manufactured by Kao Co., Ltd.) is diluted 10-fold with water, and this is sent with a diaphragm pump. The flow rate is adjusted with a needle-type flow controller and check is performed. A valve was passed through. Moreover, after adjusting the pressure of the air pumped from the compressor, the flow rate was adjusted with a flow controller and the check valve was passed. The foaming liquid could be continuously produced by passing the surfactant diluent and air through a tube filled with glass beads.
[0038]
(C) Preparation of bubble-containing slurry
The pulp-containing slurry and the foamed liquid were fed from above the pin type mixer in which a rotating body having pin-shaped protrusions was housed in the chamber, while the flow rate was continuously adjusted. By adjusting the flow rate, it was possible to easily produce a bubble-containing slurry having a specific gravity in the range of about 0.3 to about 1.7 from the outlet. Next, the bubble-containing slurry having a specific gravity of about 0.75 was continuously discharged.
[0039]
(D) Molding and curing
While installing the hopper shown in FIG. 2 having a slurry discharge opening having a height of 25 mm and a width of 150 mm on a conveyor having a urethane flat belt, the slurry having a specific gravity of about 0.75 produced in (C) is introduced. The internal slurry was homogenized with a vibration generator. The discharged uncured molded body was conveyed while adjusting the speed of the conveyor, and transferred to a mesh conveyor via a SUS flat plate. This was dried and cured for 15 minutes with hot air adjusted to about 70 ° C. from above and below and taken out. After the treatment, the molded body was taken out from the mesh and the size of the molded body was measured. As a result, the drying shrinkage rate was 1% or less, and there was no swelling or surface crack.
[0040]
(E) Decoration
The molded body taken out was cut into a width of 10 cm with a cutter knife. The glaze was applied to this, and further dried for 2 hours with a dryer set at 110 ° C. After drying, there were no bulges or surface cracks.
[0041]
(F) Firing
Firing was performed with a roller hearth kiln set at a maximum temperature of 1000 ° C. and a firing time of 3 hours.
[0042]
(G) Evaluation
The bulk density of the fired body is about 0.8 g / cm ³ The bending strength was about 9.5 MPa.
[0043]
[Example 2]
Next, although not the porous ceramic forming apparatus shown in FIG. 1, the porous ceramic was produced according to the method for producing a porous ceramic shown in the present invention. First, a bubble-containing slurry was prepared in the same manner as in the procedures of (A), (B), and (C) of Example 1. However, 40 parts by weight of water and 1.5 parts by weight of pulp fibers were used for producing the ceramic slurry.
In the same manner as in Example 1, the supply amount of the ceramic slurry and the foaming liquid was adjusted to produce a bubble-containing slurry having a specific gravity of about 0.62. An aluminum mold having a width of 150 mm, a length of 150 mm, and a height of 15 mm is installed on a frame with a 30 mesh net, and the bubble-containing slurry produced therein is poured into the frame, and then the frame is vibrated with a vibrator. Further, excess foam-containing slurry was removed. The mold was immediately removed, but the shape did not collapse in the uncured molded body.
The produced uncured molded body was dried and cured for 2 minutes with a jet-type hot air dryer set at 110 ° C. while being placed on the mesh. After the treatment, the molded body was taken out from the mesh and the size of the molded body was measured. As a result, the drying shrinkage rate was 1% or less, and there was no swelling or surface crack. Furthermore, using an electric furnace, firing was performed at a maximum temperature of 1000 ° C. at a heating rate of 50 ° C. per hour. The bulk density of the removed specimen is about 0.70 g / cm. ³ The bending strength was 7.4 MPa.
[0044]
Example 3
A bubble-containing slurry was prepared in the same manner as in the procedures of Example 1 (A), (B), and (C). However, 55 parts by weight of water and 5 parts by weight of pulp fibers were used for preparing the ceramic slurry. In the same manner as in Example 1, the supply amount of the ceramic slurry and the foaming liquid was adjusted to produce a bubble-containing slurry having a specific gravity of about 0.62.
Next, in the same manner as in Example 2, a bubble-containing slurry having a specific gravity of about 0.62 was prepared, and an uncured molded body was prepared. The produced uncured molded body was put on a mesh and placed in a hot air dryer set at 110 ° C. and dried and cured for 25 minutes. There were no bulges or surface cracks after drying and curing.
The taken-out cured molded body was cut with a cutter knife, applied with a glaze, and then dried with a dryer. In the same manner as in Example 1, this was fired using a roller hearth kiln at a maximum temperature of 1000 ° C. and a firing time of 3 hours. The bulk density of the sample taken out is about 6.7 g / cm. ³ The bending strength was 7.1 MPa.
[0045]
Example 4
100 parts by weight of a ceramic raw material containing clay, feldspar, and silica was pulverized and dried from a granulated tile raw material with a spray dryer was prepared. After adding 40 parts by weight of water to this and stirring sufficiently, a ceramic slurry adjusted to a viscosity of about 4000 mPa · s using Banster S-5 and potassium chloride was prepared. An anionic surfactant (Neopelex F-25 manufactured by Kao Corporation, sodium dodecylbenzenesulfonate) was diluted 10 times with water to prepare a mixed solution. Using these, similarly to the method shown in Example 1, the ceramic slurry and the foaming liquid are supplied and mixed using a scale mixer manufactured by Iwaki Co., Ltd. to produce a bubble-containing slurry having a specific gravity of about 0.83. did.
In the same manner as in Example 1, a molded body was produced using the porous ceramic molding apparatus shown in FIG. 1 having a base opening having a height of 15 mm and a width of 200 mm. At this time, the drying and curing temperature was 110 ° C., and the drying and curing time was 3 minutes. There were no bulges or surface cracks after drying and curing.
The molded body thus taken out was cut to a width of 10 cm and coated with a glaze, and further dried at 110 ° C. for 30 minutes, and fired at a maximum temperature of 1200 ° C. at a rate of 100 ° C. per hour in an electric furnace. The fired specimen had a bulk density of about 0.90 g / cm 3 and a bending strength of about 15 MPa.
[0046]
Example 5
In the same manner as the methods shown in (A) to (D) of Example 1, the specific gravity of the foamed foam slurry was set to about 0.75, and a cured molded body was continuously produced. Ten pieces of about 10 cm square samples were cut out at intervals of about 2 m from the produced cured molded body. These were dried at 90 ° C. for 1 hour and then fired in a roller hearth kiln at a maximum temperature of 970 ° C. and a firing time of 2 hours 30 minutes. The fired porous body was further cut into small pieces and the bulk density was measured. The average value was 0.794 g / cm 3 and the standard deviation was 0.015. According to the present invention, the porosity can be controlled accurately and stably.
[0047]
[Comparative Example 1]
Using the raw materials used in Example 1, 45 parts by weight of waste glass, 23 parts by weight of silica sand, 23 parts by weight of clay, 9 parts by weight of alumina, 47 parts by weight of water, polycarboxylate-based dispersant (manufactured by Malvern Co., Ltd.) (Bunster S-5) 0.06 part by weight was added and pulverized to a mean particle size of 12 μm by a ball mill to prepare a slurry. This slurry was adjusted to a viscosity of 1500 mPa · s using magnesium chloride and Banster S-5, and 0.35 parts by weight of agar was stirred and dispersed with a juicer mixer. This was dissolved in an autoclave and then taken out. Immediately after that, 8 parts by weight of an anionic surfactant (Latemul AD-25 manufactured by Kao Corporation, ammonium lauryl sulfate) diluted 10-fold with water was added and stirred and foamed with a hand mixer. I let you. It was poured into a 150 mm wide, 150 mm long and 15 mm high formwork placed on the mesh, taking care not to lower the temperature, but left for 5 minutes.
[0048]
[Comparative Example 2]
The slurry was poured into the mold in the same manner as in Comparative Example 1, allowed to stand for 30 minutes, cooled, and then demolded. When this was dried by a dryer at 110 ° C. for 2 hours and taken out, the drying shrinkage ratio was about 2%, but cracks occurred at the center of the surface.
[0049]
[Comparative Example 3]
An uncured molded body was produced in the same manner as in Example 3, and then dried for 2 hours with a dryer set at 150 ° C. As a result, the molded body swelled and cracks occurred.
[0050]
【The invention's effect】
By using the method for producing porous ceramics of the present invention and the molding apparatus for producing the same, it is easy to control the introduction of pores, and mass production of porous ceramics is possible with high efficiency and at a relatively low cost. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a molding apparatus for producing porous ceramics according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of an opening as a hopper and a molding means.
FIG. 3 is a schematic view showing another example of an opening as a hopper and a molding means.
FIG. 4 is a schematic view showing another example of an opening as a hopper and a molding means.
[Explanation of symbols]
1: bubble-containing slurry, 2: boundary layer, 3: gap, 4: compact
11: slurry feed pump, 12: flow rate adjusting means,
21: Mixed liquid feed pump, 22: Flow rate adjusting means,
23: Gas flow rate adjusting means, 24: Check valve,
25: foaming means, 31: mixing means, 32: discharge port,
33: uniform discharging means, 41: vibration generating means, 42: vibration transmitting means,
51: base, 52: hopper, 53: guide, 61: conveyor
62: Mesh belt conveyor, 63 connecting means, 71: Dryer

Claims

多孔質セラミックスの製造方法において、（１）固形分１００重量部に対し、水３０〜６０重量部、補強繊維０．４〜８重量部を含んだセラミックススラリーを準備する工程、（２）起泡剤および溶媒を含む混合液を発泡させた発泡液を準備する工程、（３）セラミックススラリーと発泡液を混合し、含気泡スラリーを作製する工程、（４）含気泡スラリーを成形手段を用いて成形した後、該成形手段より脱型または排出することにより未硬化成形体を作製する工程、（５）未硬化成形体を乾燥硬化する工程、（６）焼成する工程、を含むことを特徴とする多孔質セラミックスの製造方法。 In the method for producing porous ceramics, (1) a step of preparing a ceramic slurry containing 30 to 60 parts by weight of water and 0.4 to 8 parts by weight of reinforcing fibers with respect to 100 parts by weight of solid content, (2) foaming A step of preparing a foamed liquid obtained by foaming a mixed liquid containing an agent and a solvent, (3) a step of mixing the ceramic slurry and the foamed liquid to produce a foamed slurry, and (4) a foamed slurry using a molding means. After molding, the method includes a step of producing an uncured molded body by demolding or discharging from the molding means, (5) a step of drying and curing the uncured molded body, and (6) a step of firing. A method for producing porous ceramics.

前記補強繊維はパルプ繊維であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質セラミックスの製造方法。The method for producing porous ceramics according to claim 1 , wherein the reinforcing fibers are pulp fibers.

前記未硬化成形体を乾燥硬化する工程において、乾燥硬化温度が５０℃以上かつ１４０℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の多孔質セラミックスの製造方法。The method for producing a porous ceramic according to claim 1 or 2 , wherein in the step of drying and curing the uncured molded body, the drying and curing temperature is 50 ° C or higher and 140 ° C or lower.

前記未硬化成形体を乾燥硬化する工程において、乾燥硬化時間が２分以上３０分以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の多孔質セラミックスの製造方法。The method for producing a porous ceramic according to any one of claims 1 to 3 , wherein in the step of drying and curing the uncured molded body, the drying and curing time is 2 minutes to 30 minutes.

前記セラミックススラリーは焼成時に溶融しない骨格成分と、焼成時に溶融する溶融成分とを含有するとともに、前記焼成する工程において焼成温度が４００℃〜１３００℃であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多孔質セラミックスの製造方法。A framework component the ceramic slurry which does not melt during firing, as well as containing a molten component which melts during firing, of claims 1 to 4 in which the firing temperature in the step of the firing characterized in that it is a 400 ° C. to 1300 ° C. The manufacturing method of the porous ceramics in any one.

前記焼成時に溶融する溶融成分がガラスおよび／または長石であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多孔質セラミックスの製造方法。The method for producing a porous ceramic according to any one of claims 1 to 5 , wherein the melting component that melts during firing is glass and / or feldspar.

請求項１〜６のいずれかに記載の多孔質セラミックスを製造する為の成形装置であって、
（１）セラミックススラリーを連続的に供給する供給手段、（２）起泡剤および溶媒を含む混合液から発泡液を作製して連続的に供給する手段、（３）供給された該セラミックススラリーと該発泡液を混合して連続的に含気泡スラリーを作製する混合手段、（４）作製した該含気泡スラリーに振動を与えて均一化する均一化手段、（５）均一化した該含気泡スラリーを成形する成形手段、（６）成形手段から脱型または排出した未硬化成形体を搬送する搬送手段、（７）該未硬化成形体を乾燥硬化する乾燥手段、を少なくとも備えた多孔質セラミックスの成形装置。A molding apparatus for producing the porous ceramic according to any one of claims 1 to 6 ,
(1) Supply means for continuously supplying a ceramic slurry, (2) Means for producing and continuously supplying a foaming liquid from a mixed liquid containing a foaming agent and a solvent, (3) The supplied ceramic slurry and A mixing means for continuously producing a foamed slurry by mixing the foaming liquid; (4) a uniformizing means for applying vibration to the produced foamed slurry to make it uniform; and (5) the uniform foamed slurry. A porous ceramic comprising at least: (6) a conveying unit that conveys an uncured molded body that has been removed or discharged from the molding unit; and (7) a drying unit that dry-cures the uncured molded body. Molding equipment.

前記混合手段によって作製した含気泡スラリーをホッパーに供給し、該ホッパー内にて該含気泡スラリーに振動を与えて均一化させるとともに、任意形状を排出可能な該ホッパーの開口部または該ホッパーに接続した口金により排出することにより未硬化成形体を成形する請求項７に記載の多孔質セラミックスの成形装置。The bubble-containing slurry produced by the mixing means is supplied to a hopper, and the bubble-containing slurry is vibrated and homogenized in the hopper, and is connected to the hopper opening or the hopper capable of discharging any shape. The apparatus for forming a porous ceramic according to claim 7 , wherein the uncured formed body is formed by discharging with a formed base.

乾燥硬化時の搬送手段がメッシュコンベアであることを特徴とする請求項７または８に記載の多孔質セラミックスの成形装置。The apparatus for forming a porous ceramic according to claim 7 or 8 , wherein the conveying means at the time of drying and curing is a mesh conveyor.