專利名稱：蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法及蜂窩結(jié)構(gòu)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法及蜂窩結(jié)構(gòu)體。更詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及能夠通過(guò)防止或減少燒結(jié)時(shí)CO2或有害氣體的產(chǎn)生來(lái)防止或抑制環(huán)境污染、地球溫暖化，同時(shí)能夠得到裂縫等缺陷少、高強(qiáng)度、維持了低熱膨脹的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法以及通過(guò)該制造方法而制得的高品質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)體。
背景技術(shù)：
在以化學(xué)、電力、鋼鐵、產(chǎn)業(yè)廢棄物處理為首的各種領(lǐng)域中，從防止大氣污染、地球溫暖化等環(huán)境對(duì)策的觀點(diǎn)出發(fā)，使用由耐熱性、耐腐蝕性優(yōu)異的陶瓷構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體作為各種裝置、部件，例如排氣凈化用催化劑載體。作為所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，例如公開(kāi)了將堇青石形成材料、水、有機(jī)粘結(jié)劑等進(jìn)行混煉，將可塑性有所提高的成形原料擠壓成形、干燥、燒結(jié)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
為了提高蜂窩結(jié)構(gòu)體的成形性，有機(jī)粘結(jié)劑為賦予可塑性或保形性的物質(zhì)，添加量越多，成形性越提高。近年來(lái)，相比較于制造小型或單純結(jié)構(gòu)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的情況，為了成形需求有所增加的大型結(jié)構(gòu)體或小室結(jié)構(gòu)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，需要成形性良好的練土(壞土)，結(jié)果必須多添加有機(jī)粘結(jié)劑。
但是，如果有機(jī)粘結(jié)劑的添加量多，則在燒結(jié)時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑會(huì)燒光，因此存在著在成形時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑所占據(jù)的空間成為缺陷、作為結(jié)構(gòu)體的機(jī)械強(qiáng)度降低的問(wèn)題。另外，在大型結(jié)構(gòu)體中，燒結(jié)時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑燃燒時(shí)，由于燃燒熱使結(jié)構(gòu)體內(nèi)部成為高溫，由于結(jié)構(gòu)體的內(nèi)外溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力，產(chǎn)生裂縫等缺陷，不僅降低了結(jié)構(gòu)體的機(jī)械強(qiáng)度，而且具有大幅度降低合格率的問(wèn)題。而且，在燒結(jié)時(shí)，由于有機(jī)粘結(jié)劑的燃燒產(chǎn)生了CO2或有害氣體，被釋放到大氣中，在大氣污染、地球溫暖化等環(huán)境方面成為問(wèn)題。
另外，還公開(kāi)了下述方法使用高嶺土粘土和相對(duì)于該高嶺土粘土的干燥質(zhì)量為0.1％質(zhì)量-15％質(zhì)量的綠土粘土的方法(參照專利文獻(xiàn)2)；由30-65％質(zhì)量的無(wú)定形硅石、30-65％質(zhì)量的三水合氧化鋁和含有2-20％質(zhì)量的海泡石、坡縷石、膨潤(rùn)土中的一種或多種混合物的陶瓷用合成粘土(參照專利文獻(xiàn)3)；通過(guò)使高嶺土顆粒與含有2價(jià)陽(yáng)離子的水溶液相接觸，從而使2價(jià)陽(yáng)離子吸附在高嶺土顆粒表面的提高高嶺土顆粒的可塑性的方法(專利文獻(xiàn)4)；添加蒙皂石作為提高粘土或高嶺土的可塑性措施的方法(非專利文獻(xiàn)1)和添加蒙脫石和鋰蒙脫石使氧化鋁的擠出成形的成形體強(qiáng)度提高的方法(非專利文獻(xiàn)2)。
但是，在上述專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)中公開(kāi)的膨潤(rùn)土、蒙皂石等具有可塑性的粘土礦物，主要成分為SiO2、Al2O3、MgO等，層間陽(yáng)離子為具有鈉離子(Na+)或鈣離子(Ca2+)等的物質(zhì)，由于相對(duì)于最終成為所得蜂窩結(jié)構(gòu)體主要成分的堇青石這些Na或Ca為雜質(zhì)，因此如果多量地含有它們，則存在阻礙作為堇青石特性之一的低熱膨脹的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2002-292616號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特表2002-537217號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本專利第3215839號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本特公平6-104563號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1人工粘土(人工粘土研究會(huì)10周年紀(jì)念雜志)非專利文獻(xiàn)2The Use of Montmorillonites as Extrusion Aids forAlumia，Geram.Engi.Sci.Proc.12[1-2]pp.33-48(1991)本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而完成，其目的在于提供能夠通過(guò)防止或減少燒結(jié)時(shí)CO2或有害氣體的產(chǎn)生來(lái)防止或抑制環(huán)境污染、地球溫暖化，同時(shí)能夠得到裂縫等缺陷少、高強(qiáng)度、維持了低熱膨脹的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法以及通過(guò)該制造方法得到的高品質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)體。

發(fā)明內(nèi)容
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了以下的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法及蜂窩結(jié)構(gòu)體。
蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，該方法為將含有堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的成形原料進(jìn)行混煉、成形，制作蜂窩形狀的成形體(蜂窩成形體)，將制作的上述蜂窩成形體燒結(jié)，得到以堇青石為主要成分的蜂窩形狀的結(jié)構(gòu)體(蜂窩結(jié)構(gòu)體)，其中上述成形原料使用在上述堇青石形成材料和上述有機(jī)粘結(jié)劑的基礎(chǔ)上進(jìn)一步含有層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物的物質(zhì)，上述層狀粘土礦物中所含的至少一種選自鈉、鉀和鈣的元素的總量按照氧化物換算為相對(duì)于與上述堇青石形成材料的總量在0.5％質(zhì)量以下，并且，上述有機(jī)粘結(jié)劑的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的上述堇青石形成材料和上述層狀粘土礦物的總量為5質(zhì)量份以下。
上述[1]所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，使用蒙皂石作為上述層狀粘土礦物。
上述[2]所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，以預(yù)先分散在水中的分散液狀態(tài)使用上述蒙皂石。
上述[2]或[3]所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，使用層間陽(yáng)離子為鈉離子或鈣離子的Na型蒙皂石或Ca型蒙皂石作為上述蒙皂石。
上述[4]所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，使用將上述層間陽(yáng)離子的上述鈉離子或鈣離子離子交換為鎂離子的離子交換蒙皂石作為上述Na型蒙皂石或Ca型蒙皂石。
上述[1]-[5]中任一項(xiàng)所述的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，在1300-1500℃下燒結(jié)上述蜂窩成形體。
一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體是利用上述[1]-[6]中任一項(xiàng)所述的方法而得到的。
本發(fā)明提供能夠通過(guò)防止或減少燒結(jié)時(shí)CO2或有害氣體的產(chǎn)生來(lái)防止或抑制環(huán)境污染、地球溫暖化，同時(shí)能夠得到裂縫等缺陷少、高強(qiáng)度、維持了低熱膨脹的蜂窩結(jié)構(gòu)體的蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法以及通過(guò)該制造方法得到的高品質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)體。
實(shí)施發(fā)明的最佳方式以下，具體說(shuō)明用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法為將含有堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的成形原料進(jìn)行混煉、成形，制作蜂窩形狀的成形體(蜂窩成形體)，將制作的上述蜂窩成形體燒結(jié)，得到以堇青石為主要成分的蜂窩形狀的結(jié)構(gòu)體(蜂窩結(jié)構(gòu)體)的蜂窩結(jié)構(gòu)體制造方法，其特征在于使用在堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的基礎(chǔ)上進(jìn)一步含有層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物的物質(zhì)作為成形原料，層狀粘土礦物中所含的至少一種選自鈉、鉀和鈣的元素的總量按照氧化物換算為相對(duì)于與堇青石形成材料的總量在0.5％質(zhì)量以下，并且，上述有機(jī)粘結(jié)劑的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和層狀粘土礦物的總量為5質(zhì)量份以下。
本發(fā)明中，作為用于制作蜂窩成形體的成形原料，使用在堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的基礎(chǔ)上進(jìn)一步含有層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物的物質(zhì)。作為其他成分，可以舉出作為分散介質(zhì)的水、分散劑、造孔劑等。
堇青石形成材料作為成形原料的主要成分被混煉，調(diào)制成為練土(壞土)后，成形為蜂窩成形體，在燒結(jié)蜂窩成形體后，作為間隔壁主要成分的堇青石構(gòu)成蜂窩結(jié)構(gòu)體。堇青石形成材料可以舉出包含至少一種選自鎂、鋁和硅的元素的氧化物、氫氧化物或碳酸鹽等，例如滑石、高嶺土、氧化鋁、氫氧化鋁、二氧化硅、氧化鎂等。
堇青石形成材料的含有比例，優(yōu)選相對(duì)于堇青石形成材料、層狀粘土礦物和有機(jī)粘結(jié)劑的總量為94.8-99.9％質(zhì)量。如果不足94.8％質(zhì)量，則可能在蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹或強(qiáng)度方面存在問(wèn)題；如果超過(guò)99.9％質(zhì)量，則往往難以成形為蜂窩結(jié)構(gòu)。
有機(jī)粘結(jié)劑在使混煉成形原料而調(diào)制的練土(壞土)的可塑性、成形性提高的同時(shí)，還發(fā)揮保持成形體形狀的保形劑的作用。另一方面，存在的問(wèn)題有有機(jī)粘結(jié)劑促進(jìn)了燒結(jié)時(shí)由于CO2或有害氣體的產(chǎn)生而導(dǎo)致的環(huán)境污染、地球溫暖化，在成形時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑所占有的空間成為缺陷，或者在蜂窩結(jié)構(gòu)體中產(chǎn)生裂縫等缺陷，降低蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度，其成形原料中的含量需要盡量抑制在最小。因此，在本發(fā)明中，使有機(jī)粘結(jié)劑的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和層狀粘土礦物的總量為5質(zhì)量份以下，優(yōu)選為4％質(zhì)量以下。根據(jù)用途，還可以是0質(zhì)量份(也可以完全不含有)。
所述有機(jī)粘結(jié)劑可以舉出有機(jī)高分子。具體地說(shuō)，可以舉出羥丙氧基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯醇等。有機(jī)粘結(jié)劑可以使用單獨(dú)一種或組合多種。
如上所述，本發(fā)明中，通過(guò)將有機(jī)粘結(jié)劑的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和層狀粘土礦物的總量抑制在5質(zhì)量份以下，消除了下述問(wèn)題即促進(jìn)在燒結(jié)時(shí)由于CO2或有害氣體的產(chǎn)生而導(dǎo)致的環(huán)境污染、地球溫暖化，在成形時(shí)有機(jī)粘結(jié)劑所占有的空間成為缺陷，或者在蜂窩結(jié)構(gòu)體中產(chǎn)生裂縫等缺陷，降低蜂窩結(jié)構(gòu)體的強(qiáng)度等問(wèn)題，由此補(bǔ)償了練土(壞土)的可塑性、成形性的降低，因此，使用兼具堇青石化功能和可塑性(成形性)賦予功能的、進(jìn)一步含有層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物的物質(zhì)作為成形原料。應(yīng)說(shuō)明的是，“層電荷”是指Layer Charge，相當(dāng)于例如蒙皂石所代表的2∶1型層狀粘土礦物的2∶1層組成式的電荷的絕對(duì)值。
層狀粘土礦物通過(guò)層結(jié)構(gòu)和層電荷被定義為“礦物群”。另外，層電荷(X)為0.2＜X≤2是指作為層結(jié)構(gòu)僅為2∶1型的結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)，將層電荷和層狀粘土礦物群的關(guān)系總結(jié)如表1所示。


如表1所示，本發(fā)明的層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物(群)包括蒙皂石、蛭石、云母、脆云母。具體的礦物名可以舉出蒙脫石、鋰蒙脫石、蛭石、白云母、伊利石、珍珠云母等。所述蒙皂石、蛭石、云母、脆云母等層狀粘土礦物(群)包含至少一種選自鈉、鈣和鉀的元素。
在成形原料中，優(yōu)選本發(fā)明中所用的層狀粘土礦物相對(duì)于與堇青石形成材料的總量含有0.01-25％質(zhì)量、更優(yōu)選含有0.05-20％質(zhì)量。應(yīng)說(shuō)明的是，本發(fā)明中所用的層狀粘土礦物可以使用單獨(dú)一種，也可以組合多種使用。
本發(fā)明中，層狀粘土礦物中所含至少一種選自鈉、鉀和鈣的元素的總量按照氧化物換算為相對(duì)于與堇青石形成材料的總量在0.5％質(zhì)量以下。如果超過(guò)0.5％質(zhì)量，則最終所得堇青石的耐熱沖擊性惡化，具體地說(shuō)，熱膨脹系數(shù)變高。
所述用于使至少一種選自鈉、鉀和鈣的元素的總量按照氧化物換算為相對(duì)于與堇青石形成材料的總量在0.5％質(zhì)量以下的方法，可以舉出選擇性使用層狀粘土礦物種類的方法。另外，如后所述，可以舉出將“層狀粘土礦物”進(jìn)行離子交換的方法和使“層狀粘土礦物”分散在水中使其澎潤(rùn)的方法。
選擇性使用“層狀粘土礦物”種類的具體例，可以舉出單獨(dú)使用一種或適當(dāng)組合多種的蒙皂石、蛭石、云母。
本發(fā)明中，從價(jià)格、雜質(zhì)量的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用蒙皂石作為層狀粘土礦物。蒙皂石是指具有以下特征的粘土礦物群，所述特征是指用主要含有硅(Si)或鋁(Al)和氧(O)的四面體層將主要含有鋁(Al)或鎂(Mg)和氧(O)的八面體層上下夾住的片材作為1單位，在其層間保持有堿金屬或堿土類金屬的離子的結(jié)構(gòu)，包括蒙脫石、鋰蒙脫石、皂石等粘土礦物。另外，通常往往將含有多量蒙脫石的粘土稱為膨潤(rùn)土。
本發(fā)明中，以預(yù)先分散在水中的分散液的狀態(tài)使用蒙皂石，即便為少量也能夠有效果地賦予練土(壞土)以可塑性、成形性，因此優(yōu)選。即，在層間具有鈉離子(Na+)的物質(zhì)特別顯著，但如果添加在水中使其分散，則發(fā)生膨潤(rùn)(水進(jìn)入到層間，層解離為一片一片的分散狀態(tài))，最初為松散的分散液，由于濃度或其他條件的不同，粘性逐漸變大，最終成為膠狀。通過(guò)以此狀態(tài)添加到成形原料中，即使蒙皂石實(shí)質(zhì)上為少量，也能夠在練土(壞土)中表現(xiàn)充分的可塑性、成形性。由于蒙皂石的添加量(成形材料中的含有比例)實(shí)質(zhì)上為少量即可，因此不會(huì)對(duì)最終所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的低熱膨脹性造成不良影響。應(yīng)說(shuō)明的是，對(duì)蒙皂石在水中的分散比例沒(méi)有特別限制，但優(yōu)選例如為10％質(zhì)量以下，更優(yōu)選為5％質(zhì)量以下。
本發(fā)明中，使用層間陽(yáng)離子為鈉離子或鈣離子的Na型蒙皂石或Ca型蒙皂石作為蒙皂石，但是在提高練土(壞土)的可塑性、成形性方面優(yōu)選。應(yīng)說(shuō)明的是，也可以使用含有鈉離子和鈣離子的兩者作為層間陽(yáng)離子的蒙皂石。
本發(fā)明中，由于以下所述事實(shí)，更優(yōu)選使用將層間陽(yáng)離子的鈉離子或鈣離子離子交換為鎂離子的離子交換蒙皂石作為Na型蒙皂石或Ca型蒙皂石。
如果在制造由堇青石為主成分的間隔壁構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)體中使用蒙皂石，則鈉或鈣作為雜質(zhì)存在于最終的燒結(jié)體(蜂窩結(jié)構(gòu)體)中。如果鈉或鈣作為雜質(zhì)混在堇青石中，則形成不同相，阻礙了作為堇青石優(yōu)點(diǎn)的低熱膨脹。因此，用鎂離子(Mg2+)將鈉離子(Na+)或鈣離子(Ca2+)進(jìn)行交換處理，改性為基本上不含鈉或鈣的蒙皂石，因此通過(guò)用于堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的制作用的成形原料中，能夠避免所述特性劣化(維持低熱膨脹性)。
本發(fā)明中，為了制成多孔質(zhì)的蜂窩結(jié)構(gòu)體，還可以在成形原料中進(jìn)一步含有造孔劑。所述造孔劑成為氣孔的鑄型，在蜂窩結(jié)構(gòu)體上形成所需形狀、大小、分布的氣孔，增大氣孔率，可得到高氣孔率的多孔質(zhì)蜂窩結(jié)構(gòu)體。所述造孔劑可以舉出石墨、面粉、淀粉、酚樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或發(fā)泡樹(shù)脂(丙烯腈系塑料氣囊)等。由于這些物質(zhì)不形成氣孔而本身燒光，因此其中從抑制CO2或有害氣體的發(fā)生和裂縫發(fā)生的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選發(fā)泡樹(shù)脂。應(yīng)說(shuō)明的是，使用造孔劑時(shí)，有機(jī)粘結(jié)劑和造孔劑的含有比例的總計(jì)為相對(duì)于100質(zhì)量份的成形原料為5質(zhì)量份以下，優(yōu)選為4％質(zhì)量以下。
作為分散介質(zhì)的水含有的比例隨著所用成形原料而不同，因此難以統(tǒng)一規(guī)定，但優(yōu)選按照成形時(shí)練土(壞土)成為具有適當(dāng)硬度的物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)水量。
對(duì)混煉上述成形原料調(diào)制練土(壞土)的方法沒(méi)有特別限制，例如可以舉出使用捏合機(jī)、真空煉土機(jī)等的方法。
如上所述，本發(fā)明中，通過(guò)將混煉成形原料調(diào)制的練土(壞土)成形為蜂窩狀、進(jìn)行干燥，制作蜂窩成形體。
對(duì)蜂窩成形體的形狀沒(méi)有特別限制，例如可以舉出通過(guò)蜂窩形狀的間隔壁貫通2個(gè)端面間形成多個(gè)小室的形狀。在用于DPF等過(guò)濾器的用途中時(shí)，優(yōu)選小室的端部以兩個(gè)端面部分相互不同地被密封。對(duì)蜂窩成形體的整個(gè)形狀沒(méi)有特別限制，例如可以舉出圓筒狀、四角柱狀、三角柱狀等。另外，對(duì)蜂窩成形體的小室形狀(在垂直于小室形成方向的切面上的小室形狀)沒(méi)有特別限制，例如可以舉出四角形、六角形、三角形等。
對(duì)制作蜂窩成形體的方法沒(méi)有特別限制，可以使用擠出、注壓、壓制等以往公知的成形法。其中，作為優(yōu)選例可以舉出使用具有所需小室形狀、間隔壁厚度、小室密度的噴嘴將如上調(diào)制的練土(壞土)擠壓的方法等。對(duì)干燥的方法也沒(méi)有特別限制，例如可以使用熱空氣干燥、微波干燥、介電干燥、減壓干燥、真空干燥、冷凍干燥等以往公知的干燥法。其中，從迅速且均勻地干燥成形體全體的方面出發(fā)，優(yōu)選將熱空氣干燥和微波干燥或介電干燥組合的干燥方法。
可以通過(guò)將如上得到的蜂窩成形體焙燒(脫脂)制成焙燒體。焙燒是指使成形體中的有機(jī)物(粘結(jié)劑、分散劑、造孔劑等)燃燒、除去的操作。一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)粘結(jié)劑的燃燒溫度為100-300℃左右、造孔劑的燃燒溫度為200-800℃左右，因此焙燒溫度為200-1000℃左右即可。對(duì)焙燒時(shí)間沒(méi)有特別限制，但通常為1-10小時(shí)左右。
最后，通過(guò)將如上所得的焙燒體燒結(jié)(實(shí)際燒結(jié))得到蜂窩結(jié)構(gòu)體。實(shí)際燒結(jié)是指使焙燒體中的成形原料燒結(jié)、致密化，用于確保規(guī)定強(qiáng)度的操作。由于燒結(jié)條件(溫度·時(shí)間)隨成形原料的種類不同而不同，根據(jù)其種類可以選擇適當(dāng)?shù)臈l件。本發(fā)明中，優(yōu)選在1300-1500℃下燒結(jié)蜂窩成形體。更優(yōu)選在1350-1450℃下燒結(jié)。如果不足1300℃，則可能得不到目標(biāo)結(jié)晶相(堇青石)，如果超過(guò)1500℃，則可能發(fā)生熔解。
本發(fā)明的蜂窩結(jié)構(gòu)體是通過(guò)上述方法制得的，是缺陷或裂縫少、維持了高強(qiáng)度和低熱膨脹性的高品質(zhì)的、以堇青石為主成分的結(jié)構(gòu)體。堇青石的優(yōu)選組成可以舉出2MgO·2Al2O3·5SiO2。
實(shí)施例以下通過(guò)實(shí)施例更加具體說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的任何限定。
應(yīng)說(shuō)明的是，以在實(shí)施例中所得蜂窩結(jié)構(gòu)體具有高強(qiáng)度和低熱膨脹性為指標(biāo)，測(cè)定了等靜壓破壞強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)。等靜壓破壞強(qiáng)度的測(cè)定方法以社團(tuán)法人汽車技術(shù)會(huì)的汽車規(guī)格JASO-M505-87為標(biāo)準(zhǔn)。另外，熱膨脹系數(shù)的測(cè)定方法以JIS R1618為基準(zhǔn)。進(jìn)而，以減少實(shí)施例中所得蜂窩結(jié)構(gòu)體燒結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的CO2或有害氣體的產(chǎn)生為指標(biāo)，測(cè)定了燒結(jié)時(shí)的重量減少。燒結(jié)時(shí)的重量減少的測(cè)定方法如下計(jì)算，測(cè)定燒結(jié)前的蜂窩結(jié)構(gòu)體的重量(M1)和燒結(jié)后的重量(M2)，重量減少(％)＝[(M1-M2)/M1]×100。
(實(shí)施例1)在作為堇青石形成材料的高嶺土、滑石、氧化鋁、氫氧化鋁和二氧化硅中添加、混合作為層狀粘土礦物的合成鋰蒙脫石(Na型)和作為有機(jī)粘結(jié)劑的甲基纖維素，制成成形原料。應(yīng)說(shuō)明的是，這些成分的含有比例，在為合成鋰蒙脫石時(shí)，相對(duì)于與堇青石形成材料的總量為2％質(zhì)量，按照接近于堇青石組成來(lái)調(diào)整其他的量。另外，在為甲基纖維素時(shí)，相對(duì)于100重量份的堇青石形成材料和合成鋰蒙脫石的總量為4質(zhì)量份，向其中添加表面活性劑(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為1質(zhì)量份)和水(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為35質(zhì)量份)進(jìn)行混煉，從而得到練土(壞土)的壓實(shí)體。使用擠出成形機(jī)將其成形為蜂窩形狀時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞、成形故障，可以成形。使用微波和熱空氣干燥所得蜂窩成形體，在1420℃下燒結(jié)7小時(shí)。利用X射線衍射鑒定所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)晶相時(shí)，堇青石為主相。所得堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)為1.2×10-6/K，與比較例1程度相同。蜂窩結(jié)構(gòu)體的等靜壓破壞強(qiáng)度為4MPa，為較比較例1稍大的值。另外，燒結(jié)時(shí)的重量減少為10％，小于比較例1。
(實(shí)施例2)使作為層狀粘土礦物的合成鋰蒙脫石(Na型)以5％質(zhì)量漿料的比例分散在溫水中，靜置一晚，調(diào)制合成鋰蒙脫石分散液。在作為堇青石形成材料的高嶺土、滑石、氧化鋁、氫氧化鋁和二氧化硅中添加作為有機(jī)粘結(jié)劑的甲基纖維素和合成鋰蒙脫石分散液進(jìn)行混合。應(yīng)說(shuō)明的是，這些成分的含有比例為，為合成鋰蒙脫石時(shí)，相對(duì)于與堇青石形成材料的總量為1％質(zhì)量，按照接近于堇青石組成來(lái)調(diào)整其他的量。另外，為甲基纖維素時(shí)，相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和合成鋰蒙脫石的總量為2質(zhì)量份，在其中添加表面活性劑(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為1質(zhì)量份)和水(相對(duì)于100質(zhì)量份的成形原料，與合成鋰蒙脫石分散液中的水分量合計(jì)為33質(zhì)量份)進(jìn)行混煉，從而得到練土(壞土)的壓實(shí)體。使用擠出成形機(jī)將其成形為蜂窩形狀時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞或成形故障，可以成形。使用微波和熱空氣干燥所得成形體，在1420℃下燒結(jié)7小時(shí)。利用X射線衍射鑒定所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)晶相時(shí)，堇青石為主相。所得堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)為1.0×10-6/K。與比較例1程度相同。蜂窩結(jié)構(gòu)體的等靜壓破壞強(qiáng)度為6MPa，為較比較例1大的值。另外，燒結(jié)時(shí)的重量減少為8％，小于比較例1。
(實(shí)施例3)將作為層狀粘土礦物的合成鋰蒙脫石(Na型)分散在0.25mol/l的氯化鎂(MgCl2)溶液中，攪拌5小時(shí)后，使用離心分離機(jī)進(jìn)行固液分離，適當(dāng)進(jìn)行水洗滌，調(diào)制Mg離子交換的鋰蒙脫石。在作為堇青石形成材料的高嶺土、滑石、氧化鋁、氫氧化鋁和二氧化硅中添加作為有機(jī)粘結(jié)劑的甲基纖維素和Mg離子交換鋰蒙脫石進(jìn)行混合。應(yīng)說(shuō)明的是，這些成分的含有比例為，為Mg離子交換鋰蒙脫石時(shí)，相對(duì)于與堇青石形成材料的總量為6％質(zhì)量，按照接近于堇青石組成來(lái)調(diào)整其他的量。另外，為甲基纖維素時(shí)，相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和Mg離子交換鋰蒙脫石的總量為2質(zhì)量份，在其中適量添加表面活性劑(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為1質(zhì)量份)和水(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為38質(zhì)量份)進(jìn)行混煉，從而得到練土(壞土)的壓實(shí)體。使用擠出成形機(jī)將其成形為蜂窩形狀時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞或成形故障，可以成形。使用微波和熱空氣干燥所得成形體，在1420℃下燒結(jié)7小時(shí)。利用X射線衍射鑒定所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)晶相時(shí)，堇青石為主相。所得堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)為0.9×10-6/K，與比較例1程度相同。蜂窩結(jié)構(gòu)體的等靜壓破壞強(qiáng)度為6MPa，為較比較例1大的值。另外，燒結(jié)時(shí)的重量減少為9％，小于比較例1。
(實(shí)施例4)在作為堇青石形成材料的高嶺土、滑石、氧化鋁、氫氧化鋁和二氧化硅中添加作為層狀粘土礦物的合成鋰蒙脫石(Na型)進(jìn)行混合，制成成形原料。應(yīng)說(shuō)明的是，這些成分的含有比例為，為合成鋰蒙脫石時(shí)，相對(duì)于與堇青石形成材料的總量為2％質(zhì)量，按照接近于堇青石組成來(lái)調(diào)整其他的量。另外，在其中添加表面活性劑(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為1質(zhì)量份)和水(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為35質(zhì)量份)進(jìn)行混煉，從而得到練土(壞土)的壓實(shí)體。使用擠出成形機(jī)將其成形為蜂窩形狀時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞或成形故障，可以成形。通過(guò)緩慢降低氣氛的濕度，使所得蜂窩成形體干燥，在1420℃下燒結(jié)7小時(shí)。利用X射線衍射鑒定所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)晶相時(shí)，堇青石為主相。所得堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)為1.2×10-6/K。與比較例1程度相同。蜂窩結(jié)構(gòu)體的等靜壓破壞強(qiáng)度為8MPa，為較比較例1大的值。另外，燒結(jié)時(shí)的重量減少為6％，大大小于比較例1。
(比較例1)在作為堇青石形成材料的高嶺土、滑石、氧化鋁、氫氧化鋁和二氧化硅中添加作為有機(jī)粘結(jié)劑的甲基纖維素進(jìn)行混合。應(yīng)說(shuō)明的是，甲基纖維素的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料為8質(zhì)量份。在其中添加表面活性劑(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為1質(zhì)量份)和水(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為33質(zhì)量份)進(jìn)行混煉，從而得到練土(壞土)的壓實(shí)體。使用擠出成形機(jī)將其成形為蜂窩形狀時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞或成形故障，可以成形。使用微波和熱空氣干燥所得成形體，在1420℃下燒結(jié)7小時(shí)。利用X射線衍射鑒定所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)晶相時(shí)，堇青石為主相。所得堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)為0.9×10-6/K、蜂窩結(jié)構(gòu)體的等靜壓破壞強(qiáng)度為3MPa。另外，燒結(jié)時(shí)的重量減少為13％。
(比較例2)在作為堇青石形成材料的高嶺土、滑石、氧化鋁、氫氧化鋁和二氧化硅中添加作為層狀粘土礦物的合成鋰蒙脫石(Na型)和作為有機(jī)粘結(jié)劑的甲基纖維素進(jìn)行混合。應(yīng)說(shuō)明的是，這些成分的含有比例為，當(dāng)為合成鋰蒙脫石時(shí)，相對(duì)于與堇青石形成材料的總量為30％質(zhì)量，按照接近于堇青石組成來(lái)調(diào)整其他的量。另外，為甲基纖維素時(shí)，相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和合成鋰蒙脫石為2質(zhì)量份，在其中添加表面活性劑(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為1質(zhì)量份)和水(相對(duì)于100質(zhì)量份成形原料為40質(zhì)量份)進(jìn)行混煉，從而得到練土(壞土)的壓實(shí)體。使用擠出成形機(jī)將其成形為蜂窩形狀時(shí)，不會(huì)發(fā)生噴嘴堵塞或成形故障，可以成形。使用微波和熱空氣干燥所得成形體，在1420℃下燒結(jié)7小時(shí)。利用X射線衍射鑒定所得蜂窩結(jié)構(gòu)體的結(jié)晶相時(shí)，堇青石為主相，但可見(jiàn)顯示玻璃相存在的暈狀物。所得堇青石蜂窩結(jié)構(gòu)體的熱膨脹系數(shù)為3.1×10-6/K，成為較比較例1大的值。蜂窩結(jié)構(gòu)體的等靜壓破壞強(qiáng)度為8MPa，為較比較例1大的值。另外，燒結(jié)時(shí)的重量減少為10％，小于比較例1。
產(chǎn)業(yè)實(shí)用性本發(fā)明優(yōu)選用于化學(xué)、電力、鋼鐵、產(chǎn)業(yè)廢棄物處理等各種領(lǐng)域中作為防止環(huán)境污染、地球溫暖化的對(duì)策有效的各種分離和凈化裝置中。
權(quán)利要求
1.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，該方法為將含有堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的成形原料混煉、成形，制作蜂窩形狀的成形體(蜂窩成形體)，將制作的上述蜂窩成形體燒結(jié)，得到以堇青石為主要成分的蜂窩形狀的結(jié)構(gòu)體(蜂窩結(jié)構(gòu)體)，其中上述成形原料使用在上述堇青石形成材料和上述有機(jī)粘結(jié)劑的基礎(chǔ)上進(jìn)一步含有層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物的物質(zhì)，上述層狀粘土礦物中所含的至少一種選自鈉、鉀和鈣的元素的總量，按照氧化物換算為相對(duì)于與上述堇青石形成材料的總量在0.5％質(zhì)量以下，并且，上述有機(jī)粘結(jié)劑的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的上述堇青石形成材料和上述層狀粘土礦物的總量為5質(zhì)量份以下。
2.權(quán)利要求1的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中使用蒙皂石作為上述層狀粘土礦物。
3.權(quán)利要求2的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中以預(yù)先分散在水中的分散液狀態(tài)使用上述蒙皂石。
4.權(quán)利要求2或3的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中使用層間陽(yáng)離子為鈉離子或鈣離子的Na型蒙皂石或Ca型蒙皂石作為上述蒙皂石。
5.權(quán)利要求4的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中使用將作為上述層間陽(yáng)離子的上述鈉離子或鈣離子離子交換為鎂離子的離子交換蒙皂石作為上述Na型蒙皂石或Ca型蒙皂石。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，其中在1300-1500℃下燒結(jié)上述蜂窩成形體。
7.一種蜂窩結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體是利用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法而得到的。
全文摘要
一種蜂窩結(jié)構(gòu)體的制造方法，該方法為將含有堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的成形原料混煉、成形，制作蜂窩形狀的成形體(蜂窩成形體)，將制作的蜂窩成形體燒結(jié)，得到以堇青石為主要成分的蜂窩形狀的結(jié)構(gòu)體(蜂窩結(jié)構(gòu)體)，其中成形原料使用在堇青石形成材料和有機(jī)粘結(jié)劑的基礎(chǔ)上進(jìn)一步含有層電荷(X)為0.2＜X≤2的層狀粘土礦物的物質(zhì)，層狀粘土礦物中所含的至少一種選自鈉、鉀和鈣的元素的總量，按照氧化物換算為相對(duì)于與堇青石形成材料的總量在0.5％質(zhì)量以下，并且，有機(jī)粘結(jié)劑的含有比例相對(duì)于100質(zhì)量份的堇青石形成材料和層狀粘土礦物的總量為5質(zhì)量份以下。
文檔編號(hào)B01J35/04GK1956934SQ200580016999
公開(kāi)日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者富田崇弘, 川崎真司 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社