(57)【要約】【課題】焼成強度を大きく、そのため破損し難くし、しかも磁気特性の劣化が生じないようなフェライト多孔体を得る。また光触媒担体などの用途に適したフェライト多孔体を得る。【解決手段】３次元網目状樹脂の表面に、ガラス質材料粘性膜で被覆し乾燥した層とフェライト粘性膜で被覆し乾燥した層を重ねるように形成し、全体を同時焼成する。これによって、前記樹脂が消失して内部連通空間が形成され、フェライト層がガラス質層で補強された状態のフェライト多孔体が得られる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元網目状樹脂の表面に、ガラス質材料粘性膜で被覆し乾燥した層とフェライト粘性膜で被覆し乾燥した層を重ねるように形成し、全体を同時焼成することにより、前記樹脂が消失して内部連通空間が形成され、フェライト層がガラス質層で補強された状態となっていることを特徴とするフェライト多孔体の製造方法。
【請求項２】
３次元網目状発泡樹脂を、ガラス質材料粉体と有機結合剤と水を配合したスラリー濃度４０〜７０％のガラス質材料スラリーに浸漬することで前記発泡樹脂の表面にガラス質材料粘性膜を形成して乾燥する工程を１回ないし複数回繰り返し、それを仮焼フェライト粉体と有機結合剤と水を配合したスラリー濃度４０〜７０％のフェライトスラリーに浸漬することでガラス質材料の乾燥被膜表面にフェライト粘性膜を形成して乾燥する工程を１回ないし複数回繰り返し、その後、同時焼成することにより、前記発泡樹脂が消失して内部連通空間が形成され、フェライト層がガラス質層で裏打ち補強された状態となっていることを特徴とするフェライト多孔体の製造方法。
【請求項３】
ガラス質材料として、その軟化点がフェライトの焼結温度から高温側１００℃未満のものを使用する請求項１又は２記載のフェライト多孔体の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の方法によって製造したフェライト多孔体の表面に、平均粒径が１μｍ以下のアナターゼ型二酸化チタン粉体を５ｗｔ％以下含有する水系の二酸化チタンスラリーを均一に付着させて焼き付け、光触媒機能を併せ持たせたことを特徴とするフェライト多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多様な流体を通過させる機能を有する連通空間構造のフェライト多孔体を製造する方法に関するものである。このフェライト多孔体は、空気や水質の浄化のためのフィルタ、あるいは光触媒担体などとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開昭６２−１３２７８３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１０１４５１号公報
【０００３】
フェライトによって３次元網目状の骨格を形成したフェライト連通多孔体が開発されている。例えば特許文献１には、有機多孔体の骨格表面にフェライトスラリーを付着し、乾燥焼成することでフェライト骨格と空隙部からなる空隙率の大きな多孔体を製造する方法が開示されている。有機多孔体へのスラリー付着方法については、浸漬法やスプレー法が例示されている。また特許文献２には、内部連通空間を有する合成樹脂発泡体を予め容器に配置し、該容器内にセラミックスラリーを注入し、その後乾燥、焼成して、内部に多孔を有するセラミック焼結体を得る方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有機多孔体あるいは合成樹脂発泡体に単にフェライトスラリーを付着させた後に乾燥焼成を行う従来方法では、出来上がったフェライト多孔体の網目状骨格部分が脆く割れやすい欠点がある。
【０００５】
焼成強度を向上させるため、フェライト自体の強度を上げるべく、フェライトに添加物を加える方法も考えられる。しかし、この方法は磁気特性の劣化が起こり易い。特に、高特性フェライトでは添加物による磁気特性低減が著しい場合が多いため、様々な特性のフェライトの応用に対しては不利である。そこで、磁気特性劣化を抑えつつ強度の向上を図ることができるような新たな手法の開発が望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、焼成強度が大きく、そのため破損し難く、しかも磁気特性の劣化が生じないようなフェライト多孔体の製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、フィルタ機能の他、磁気性能及び光触媒機能を併せ持ったフェライト多孔体の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３次元網目状樹脂の表面に、ガラス質材料粘性膜で被覆し乾燥した層とフェライト粘性膜で被覆し乾燥した層を重ねるように形成し、全体を同時焼成することにより、前記樹脂が消失して内部連通空間が形成され、フェライト層がガラス質層で補強された状態となっていることを特徴とするフェライト多孔体の製造方法である。ガラス質層の上にフェライト層を設ける２層構造が好ましいが、逆にフェライト層の上にガラス質層を設ける２層構造でもよいし、フェライト層の上にガラス層を設け、更にその上にフェライト層を設ける３層構造とすることもできる。
【０００８】
また本発明は、３次元網目状発泡樹脂を、ガラス質材料粉体と有機結合剤と水を配合したスラリー濃度４０〜７０％のガラス質材料スラリーに浸漬することで前記発泡樹脂の表面にガラス質材料粘性膜を形成して乾燥する工程を１回ないし複数回繰り返し、それを仮焼フェライト粉体と有機結合剤と水を配合したスラリー濃度４０〜７０％のフェライトスラリーに浸漬することでガラス質材料の乾燥被膜表面にフェライト粘性膜を形成して乾燥する工程を１回ないし複数回繰り返し、その後、同時焼成することにより、前記発泡樹脂が消失して内部連通空間が形成され、フェライト層がガラス質層で裏打ち補強された状態となっていることを特徴とするフェライト多孔体の製造方法である。
【０００９】
ガラス質材料としては、その軟化点がフェライトの焼結温度から高温側１００℃未満のものを使用するのが好ましい。ガラス質材料は、例えば汚泥や泥土などでもよい。
【００１０】
ガラス質材料スラリー及びフェライトスラリーとしては、例えば有機結合剤としてポリビニルアルコールを質量比で１〜５％含有する水系スラリーを用いる。このような水系スラリーは、有機系スラリーに比べて環境面で優れている。スラリー濃度は、ガラス質材料粉体あるいはフェライト粉体を４０〜７０％程度含む範囲が好ましい。ガラス質材料スラリー及びフェライトスラリーは、有機結合剤を含有させることによって付着性が向上する。ガラス質材料粘性膜及びフェライト粘性膜の形成方法は任意であってよいが、３次元網目状樹脂の内部まで均一に被膜を形成できる方法が好ましい。浸漬法が最適であるが、その他スプレー法などでもよい。
【００１１】
焼成は、ガラス質材料の乾燥被膜あるいはフェライトの乾燥被膜の基体となっている３次元網目状樹脂を燃やして消失させると共に、フェライトを焼結させ、ガラス質材料を軟化融着させる工程である。ウレタン発泡樹脂などは６００℃以上に達すると消失するのに対して、フェライトの焼結温度は、材料にもよるが通常９００℃以上であるので、使用するフェライト材質に応じた焼結温度で焼成すればよい。焼成にてガラス質層が軟化溶融することでフェライト層と融着し、フェライト層がガラス質層で補強された状態となる。最終的に得られるフェライト多孔体は、その気孔率が２０％以上となり、内部連通空間構造を有するものとなる。
【００１２】
更に本発明は、このような方法によって製造したフェライト多孔体の表面に、平均粒径が１μｍ以下のアナターゼ型二酸化チタン粉体を５ｗｔ％以下含有する水系の二酸化チタンスラリーを均一に付着して焼き付け、光触媒機能を併せ持たせたことを特徴とするフェライト多孔体の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず３次元網目状発泡樹脂を用意する。この発泡樹脂は内部連通空間を有する構造であり、例えば発泡ウレタン樹脂が好適である。ガラス質材料粉体に有機結合剤（例えばポリビニルアルコール）と溶媒（この場合は水）を混合したガラス質材料スラリー中に前記発泡樹脂を含浸させることによって、発泡樹脂の表面にガラス質材料粘性膜を形成する。ガラス質材料粉体は、例えば廃棄汚泥や廃棄泥土などの乾燥粉体でもよい。汚泥や泥土は、質量比で、シリカ成分が３０〜６０％、アルミナ成分が２０〜５０％（これらシリカ成分とアルミナ成分が合計で７０〜９０％）であり、残りはＮａ等のアルカリ成分、Ｃａ等のアルカリ土類成分、Ｆｅ等からなる。ポリビニルアルコールは質量比で１〜５％程度含有させる。ガラス質材料スラリー濃度は、ガラス質材料が質量で４０〜７０％（より好ましくは５０〜６０％）程度混入しているものとする。浸漬（含浸）操作は、１回のみでもよいし、複数回繰り返してもよい。複数回繰り返す場合には、浸漬操作後にその都度乾燥し被膜を形成する。複数回繰り返すことで、厚い乾燥被膜が形成できる。このようにして３次元網目状発泡樹脂の表面にできるだけ均一にガラス質材料の乾燥被膜を形成する。
【００１４】
次にフェライト粉体に有機結合剤（例えばポリビニルアルコール）と溶媒（この場合は水）を混合したフェライトスラリーを用意し、ガラス質材料の乾燥被膜を形成した発泡樹脂を含浸させることによって、ガラス質材料の乾燥被膜の表面にフェライト粘性膜を形成する。フェライト粉体としては、反応性の高い仮焼フェライト粉体が好ましい。フェライトの材質は、Ｍｎ−Ｚｎ系あるいはＮｉ−Ｚｎ系など任意であってよい。ポリビニルアルコールは、質量比で１〜５％程度含有させる。フェライトスラリー濃度は、フェライトが質量で４０〜７０％（より好ましくは５０〜６０％）程度混入しているものとする。浸漬（含浸）操作は、１回のみでもよいし、複数回繰り返してもよい。複数回繰り返す場合には、浸漬操作後にその都度乾燥し被膜を形成する。複数回繰り返すことで、厚い乾燥被膜が形成できる。このようにして、ガラス質材料の乾燥被膜の表面にできるだけ均一にフェライトの乾燥被膜を形成する。
【００１５】
このように３次元網目状発泡樹脂の表面に、ガラス質材料の乾燥被膜とフェライトの乾燥被膜が重なるように形成した後、全体をフェライト材質に応じた所定の温度で同時焼成する。この焼成の過程で網目状発泡樹脂は燃えて消失し、内部連通空間が形成され、フェライトが焼結する。ガラス質材料の軟化温度が、フェライトの焼結温度から高温側１００℃未満のものを使用することが好ましく、それによって焼成時にガラス質材料が軟化し、フェライト層がガラス質層で裏打ちされ補強された状態の高強度のフェライト多孔体が得られる。ガラス質材料の軟化温度が高すぎると軟化し難いため強度向上が不十分となる恐れがあるし、ガラス質材料の軟化温度が低すぎるとガラス質材料の混入で磁気特性の劣化が生じる恐れがあるからである。
【００１６】
本発明では、ガラス質層の上にフェライト層を設けてもよいし、フェライト層の上にガラス質層を設けてもよい。機械強度的にはほぼ同等である。また、フェライト層−ガラス質層−フェライト層といった３層構造も可能であり、このような構造はフェライト層の表面積を大きくできる利点がある。
【００１７】
【実施例】
ガラス質材料として、シリカ成分：５６ｗｔ％、アルミナ成分：２０ｗｔ％、アルカリ成分１５ｗｔ％を含む湖沼汚泥粉体を使用した。またフェライト材料として、Ｆｅ２  Ｏ３  ：６６．２ｗｔ％、ＺｎＯ：２１．２ｗｔ％、ＮｉＯ：９．０ｗｔ％、ＣｕＯ：３．６ｗｔ％からなり、仮焼したＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉体を使用した。各材料粉体と水との配合質量比を５０：４０としてボールミルで混合し、その後、有機結合剤としてポリビニルアルコールを各材料に対し固形分にて２部添加し、ガラス質材料スラリーとフェライトスラリーを調製した。
【００１８】
円板状の網目状発泡ウレタン樹脂（直径１００ｍｍ、厚み１．２ｍｍ）を用意し、ガラス質材料スラリー中に浸漬することによってガラス質材料粘性膜で被覆し、取り出して乾燥させた。この操作を２回繰り返すことによって網目状発泡ウレタン樹脂の表面にガラス質材料の乾燥被膜を形成した。次に、表面にガラス質材料の乾燥被膜を形成した網目状発泡ウレタン樹脂をフェライトスラリー中に浸漬することによってフェライト粘性膜で被覆し、取り出して乾燥させた。この操作を２回繰り返すことによってフェライトの乾燥被膜を形成した。そして、１１５０℃で２時間焼成することによりフェライト多孔体を得た。
【００１９】
作製したフェライト多孔体は、ガラス質層の軟化によりフェライト層との融着が起こり、フェライト層がガラス質層で裏打ちされて補強された状態となっており、機械的強度が十分に向上していることが確認できた。このフェライト多孔体は、内部連通空間構造を有しており、多様な流体を通過させるフィルタとして有効であった。因みに気孔率は約５０％であった。なお気孔率は、次式
気孔率＝（多孔体重量）／（多孔体外形寸法×バルク焼成密度）
から求めた。
【００２０】
このように作製したフェライト多孔体に、光触媒（典型的にはアナターゼ型二酸化チタン）を担持させると、流体を通すことでフィルタとしての機能と、フェライトの磁性特性を利用した機能（例えば吸着作用や高周波磁界を利用した殺菌作用など）の他、光触媒による有害物質分解の効果も得られる。具体的には、フェライト多孔体をアナターゼ型ＴｉＯ２  の水溶液スラリー中に浸漬することによって塗布し、４００℃にて３０分間の焼き付けを行うことによって、光触媒粒子を担持させることができた。フェライト多孔体を高周波磁界中に設置したり、紫外線照射環境中に設置することで、所望の効果をより一層発現させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上記のように、３次元網目状樹脂の表面に、ガラス質材料粘性膜で被覆し乾燥した層とフェライト粘性膜で被覆し乾燥した層を重ねるように形成し、全体を同時焼成するフェライト多孔体の製造方法であるから、焼成の際にガラス質層の軟化によりフェライト層との融着が起こり、フェライト層がガラス質層で補強された状態となり、フェライト単体の多孔体よりも機械的強度を著しく向上させることができる。
【００２２】
また本発明では、焼成によって３次元網目状樹脂が消失し内部連通空間が形成されるため、フィルタ機能を有するほか、フェライトの持つ磁気性能によって吸着機能や殺菌機能などを持たせることができる。また、二酸化チタン粒子などの光触媒を付着させることにより、光触媒機能を併せ持たせることもできる。これらによって、本発明のフェライト多孔体は、空気や水質の浄化に有用であり、更に植物の育成などにも利用できる。
【００２３】
更に本発明では、ガラス質材料として泥土や汚泥などを用いることが可能であるため、廃棄汚泥の有効利用に寄与できる。更に、水系スラリーを使用していることもあって、環境面に対する負担が殆ど生じない。