(57)【要約】【課題】粉末状の塩をバルク状に固化成形する方法及びその成形体を提供する。【解決手段】粉末状の塩を通電しながら加圧成形することによってバルク状の塩成形体を作製する方法、塩成形体の表面を無機材料あるいは有機材料によって被覆する方法、塩粉末に無機材料あるいは有機材料を混合してバルク状の成形体を作製することによってバルク状の塩成形体を作製する方法、及び得られた塩成形体。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状の塩を通電しながら加圧によって固化成形したことを特徴とする多結晶の塩成形体。
【請求項２】
真空中で通電しながら加圧によって固化成形した請求項１記載の多結晶の塩成形体。
【請求項３】
直流電流により通電しながら導電性の型により加圧成形した請求項２記載の多結晶の塩成形体。
【請求項４】
粉末状の塩に通電しながら加圧することにより固化成形することを特徴とする多結晶のバルク状の塩成形体の製造方法。
【請求項５】
真空中で通電しながら加圧することにより固化成形する請求項４記載の多結晶のバルク状の塩成形体の製造方法。
【請求項６】
直流電流により通電しながら導電性の型で加圧することにより固化成形する請求項４記載の多結晶のバルク状の塩成形体の製造方法。
【請求項７】
請求項１から３のいずれかに記載の塩成形体に、無機材料又は有機材料を被覆した成形体。
【請求項８】
無機材料が、金属、又はセラミックスである請求項７記載の成形体。
【請求項９】
有機材料が、樹脂である請求項７記載の成形体。
【請求項１０】
請求項４から６のいずれかに記載のバルク状の塩成形体を製造する方法において、粉末状の塩に金属やセラミックスに代表される無機材料又は樹脂に代表される有機材料を５０体積％以下混合して成形することを特徴とする塩の固化成形体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法により製造された、無機材料及び／又は有機材料を含有する塩の固化成形体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末状の塩をバルク状に成形する方法及びその成形体に関するものであり、更に詳しくは、粉末状の塩を通電しながら加圧して固化成形することにより多結晶のバルク状の塩成形体を作製する方法及び得られた多結晶のバルク状の塩成形体に関するものである。
本発明に係る多結晶の塩成形体の製造方法は、塩の溶液からゆっくりと水分を除去することによって得られる通常の塩の単結晶よりも、はるかに大きな多結晶の成形体を作製することが可能であり、当該多結晶のバルク状の塩成形体は、例えば、スパッタの基板材料や溶解除去を目的とする型材料や中子材料へ応用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、塩のバルク状の成形体は、塩分濃度の高い水溶液をゆっくりと乾燥させることにより、１辺が数ミリ程度の立方体形状の単結晶の形で作製することができる。しかし、このような単結晶の成長速度は遅く、大きな単結晶を得るには長時間の処理が必要である。また、単結晶は、乾燥時に割れるという問題があり、工業的な利用は難しい。天然のバルク状の塩として、岩塩などがあるが、これらは、脆くて加工が難しいうえ、水などの溶媒への溶解速度が遅いという問題がある。一方、粉末状の塩を固化成形して多結晶のバルク状の成形体を作製する方法は、未だ開発されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技術の問題点を解決することを可能とする新しい方法を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、塩の粉末を加圧しながら通電することにより、バルク状に固化成形できることを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、粉末状の塩から種々の形状のバルク状の成形体を作製する方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、塩の粉末を出発原料として、多結晶のバルク状の成形体を作製し、提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）粉末状の塩を通電しながら加圧によって固化成形したことを特徴とする多結晶の塩成形体。
（２）真空中で通電しながら加圧によって固化成形した前記（１）記載の多結晶の塩成形体。
（３）直流電流により通電しながら導電性の型により加圧成形した前記（２）記載の多結晶の塩成形体。
（４）粉末状の塩に通電しながら加圧することにより固化成形することを特徴とする多結晶のバルク状の塩成形体の製造方法。
（５）真空中で通電しながら加圧することにより固化成形する前記（４）記載の多結晶のバルク状の塩成形体の製造方法。
（６）直流電流により通電しながら導電性の型で加圧することにより固化成形する前記（４）記載の多結晶のバルク状の塩成形体の製造方法。
（７）前記（１）から（３）のいずれかに記載の塩成形体に、無機材料又は有機材料を被覆した成形体。
（８）無機材料が、金属、又はセラミックスである前記（７）記載の成形体。
（９）有機材料が、樹脂である前記（７）記載の成形体。
（１０）前記（４）から（６）のいずれかに記載のバルク状の塩成形体を製造する方法において、粉末状の塩に金属やセラミックスに代表される無機材料又は樹脂に代表される有機材料を５０体積％以下混合して成形することを特徴とする塩の固化成形体の製造方法。
（１１）前記（１０）記載の方法により製造された、無機材料及び／又は有機材料を含有する塩の固化成形体。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、粉末状の塩を通電しながら加圧によって固化成形したことを特徴とする多結晶の塩成形体及びその製造方法に係るものである。本発明に用いる粉末状の塩としては、例えば、一般に市販されている化学的に合成された食塩、海水から合成されたミネラルを含むＮａＣｌを主成分とする塩を利用することができる。本発明では、好適には、純度９９％以上のＮａＣｌを含む塩が用いられる。
特に、短時間で透明性のある成形体を得るには、市販の塩の粉末を乳鉢などで粉砕した粉末を用いることが好ましいが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【０００６】
本発明では、粉末状の塩を一般にプレス成形に用いられる型に充填し、通電しながら加圧によって固化成形を行う。型の材料としては、例えば、金属製の型、黒鉛製の型、セラミックス製の型が例示されるが、これらに制限されない。短時間で高密度の成形体を得るには、例えば、高強度で、電気抵抗の比較的大きい導電性の型を使用することが好ましい。
【０００７】
粉末状の塩を型に充填した後、加圧を行いながら通電を行う。加圧力は、特に限定しないが、９８ＭＰａ〜１９６ＭＰａが好ましい。この圧力を発生する機構も特に限定しないが、例えば、油圧や空圧、機械的な加圧などを利用することができる。
【０００８】
通電の方法としては、直流による方法でも交流による方法でも利用することができる。粉末状の塩は、表面に水分が吸着しているため、電流は、型と粉末状の塩に流れる。通電に伴って型のジュール加熱及び塩の抵抗加熱によって、これらの温度が上昇する。成形時の温度は、塩が分解しない程度にする必要があり、好ましくは５００℃以下、より好ましくは２００〜５００℃で成形する。
【０００９】
固化成形時の雰囲気は、特に限定しないが、真空雰囲気にすると半透明性を有する緻密な成形体が得られる。真空雰囲気にしても粉末状の塩に吸着している水分を完全に除去することは難しいが、本発明では、好適な例として、真空中で通電しながら加圧により塩の固化成形を行う方法が例示される。
【００１０】
粉末状の塩を固化成形する際の昇温速度は、特に限定しないが、１０〜２０℃／　分程度が好ましい。高速の昇温速度では、制御不良による過熱により塩が溶解する場合がある。目的の温度まで加熱した成形体は、冷却した後、型から取り出し、利用することができる。冷却速度は特に限定しないが、３００℃／　分以上の高速な冷却では成形体に割れが発生する場合がある。また、冷却時にも圧力を作用させた方が割れを防止しやすい。
【００１１】
取り出した成形体は、白色あるいは半透明性の白色の成形体であり、緻密であり、多結晶のバルク状の成形体となっている。そのため，水などの溶媒に対して、粉末状の塩と同程度の溶解速度を有している。本発明において、バルク状の成形体とは、肉眼では粉末の形状が認識できず、ハンドリングできる強度を有する成形体を意味し、一般的には、塩の理論密度の８０％以上を意味する。また、本発明において、多結晶とは、成形体の結晶方位に異方性が認められず、出発原料の塩粉末と同程度の結晶方位のランダム性を有する成形体を意味する。本発明では、上記型の大きさを選択することにより、例えば、５〜５０ｍｍの成形体を作製することができる。
【００１２】
本発明では、得られた成形体の表面に、金属、セラミックスなどの無機材料、樹脂などの有機材料を被覆することができる。上記金属、セラミックス、樹脂としては、例えば、金、白金、チタン、ニッケル、シリカ、アクリル、エポキシなどが例示されるが、これらに制限されない。被覆の方法は、特に限定しないが、水をつかわないプロセスで塩の融点（約８００℃）以下のプロセスであれば、適宜の方法を利用することができる。一般には、上記被覆方法として、例えば、スパッタ、メッキ、蒸着、塗布などの方法が利用できる。これにより、耐水性を有する塩成形体あるいは薄膜状の３次元成形体材料を作製することが可能となる。
【００１３】
本発明では、粉末状の塩に、金属、セラミックスなどの無機材料、樹脂などの有機材料などを混合して、加圧しながら通電しても固化成形体を得ることができる。上記金属、セラミックス、樹脂としては、例えば、シリコン、チタン、鉄、シリカ、窒化アルミ、アクリルポリイミドなどが例示されるが、これらに制限されない。混合する材料の形態は、特に限定しないが、例えば、粉末、繊維などが利用できる。ただし、混合する材料は、成形温度において溶融しないものを選択しなければならない。また、それらの混合量は５０体積％以下にする必要がある。この条件を満足するものであれば、複数の混合材料を選択することもできる。
これにより、磁性を有する塩成形体や機械的強度に優れる塩成形体、多孔質の成形体を得る材料を作製することが可能となる。
【００１４】
【作用】
本発明は、粉末状の塩を直流又は交流を利用して通電しながら所定の温度でプレス成形等により加圧して固形成形することによりバルク状の塩成形体を作製することを特徴としている。一般に、塩のバルク状の成形体は、塩分濃度の高い水溶液をゆっくりと乾燥させることにより得られる単結晶のものや、天然の岩塩などがあるが、これらは、乾燥時に割れる、脆くて加工が難しい、水などの溶媒への溶解速度が遅い等の問題があり、工業的な利用は難しいが、本発明の方法により得られるバルク状の成形体は、多結晶であり、従来製品に見られる上記の問題点を全て解消して工業的に利用することを可能にするものとして有用である。
【００１５】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１
塩（純度９９％以上）０．５ｇを乳鉢にて１０分間粉砕し、外径３０ｍｍで内径１５ｍｍの超硬製の型に充填した。超硬製の１５ｍｍ径のパンチを用いて、１９６ＭＰａの加圧下にて４００℃まで通電加熱した。加熱は、１０Ｐａ程度の真空中にて行った。
通電は、最大１０００Ａの直流パルス電流を用いた。加圧は、油圧により行った。
【００１６】
得られた成形体は、およそ１５ｍｍ径で、１．５ｍｍの厚みを有しており、その密度は２．０９ｇ／ｃｍ３　に達した。成形体には割れは観察されず、緻密な成形体を得ることができた。得られた成形体及び出発原料である粉末状の塩のＸ線回折パターンを図１に示す。いずれの回折パターンにおいても、ピーク位置に変化が認められず、バルク状の成形体は粉末と同じ多結晶体であることが確認された。
【００１７】
実施例２
塩（純度９９％以上）２ｇを乳鉢にて１０分間粉砕し、外径４０ｍｍで内径２０ｍｍの黒鉛製の型に充填した。黒鉛製の２０ｍｍ径のパンチを用いて、３３ＭＰａの加圧下にて５００℃まで通電加熱した。加熱は、１０Ｐａ程度の真空中にて行った。
通電は、直流電流を用い、加圧は、油圧により行った。
【００１８】
加熱は５０℃／分程度で行うことができ、およそ２０ｍｍ径で、３．２ｍｍ厚みの成形体を得ることができた。その密度は、１．９９ｇ／ｃｍ３　に達した。成形体はやや灰色であるが、割れのない成形体を得ることができた。
【００１９】
実施例３
塩（純度９９％以上）０．６ｇを乳鉢にて１０分間粉砕し、外径３０ｍｍで内径１５ｍｍの超硬製の型に充填した。超硬製の１５ｍｍ径のパンチを用いて、１９６ＭＰａの加圧下にて４００℃まで通電加熱した。加熱は、１０Ｐａ程度の真空中にて行った。
通電は、最大１０００Ａの直流パルス電流を用い、油圧にて加圧を行った。
【００２０】
得られた成形体は、およそ１５ｍｍ径で、１．７ｍｍの厚みを有しており、その密度は２．０ｇ／ｃｍ３　を越えていた。この成形体にスパッタ装置を用いて、金を蒸着させると、約３μｍの厚みの膜を作製することができた。
【００２１】
実施例４
塩（純度９９％以上）０．６ｇを乳鉢にて１０分間粉砕し、更にチタン粉末（純度９８％、３２０ｍｅｓｈ以下）を０．１ｇ添加した。この混合粉末を外径３０ｍｍで、内径１５ｍｍの超硬製の型に充填した。超硬製の１５ｍｍ径のパンチを用いて、１９６ＭＰａの加圧下にて４００℃まで通電加熱した。加熱は１０Ｐａ程度の真空中にて行った。
通電は、最大１０００Ａの直流パルス電流を用い、油圧にて加圧を行った。
【００２２】
得られた成形体は、およそ１５ｍｍ径で、１．８ｍｍの厚みを有していた。チタン粉末と塩との反応は認められず、塩の間にチタン粉末が入った複合材料を得ることができた。
【００２３】
実施例５
市販の化学合成された塩（純度９９％以上）２ｇを乳鉢で１０分間粉砕した後、外径４０ｍｍで内径２０ｍｍの超硬合金製の型に充填し、超硬合金製のパンチを用いて１９６ＭＰａの加圧下にて４００℃まで通電加熱した。通電加熱には最大電流が１０００Ａの直流パルス電流を用い、加圧は油圧プレスにより行った。
得られた成形体は、およそ２０ｍｍ径で３．１ｍｍの高さを有していた。その密度は、２．０５ｇ／ｃｍ３　であった。この塩の成形体に、２液を混合することによって硬化するアクリル樹脂をはけにて塗布し、約２時間自然乾燥させた。塩の成形体の表面には１００μｍ程度のアクリル製の膜が成形された。この膜は水を浸透させないため、膜がついた塩の成形体を水につけても溶解することがなかった。
【００２４】
実施例６
市販の化学合成された塩（純度９９％以上）２ｇを乳鉢で１０分間粉砕した後、ポリイミドのチョップ（１ｍｍ×２ｍｍ×１５０μｍ）０．１ｇを添加し、更に乳鉢にて５分間の混合を行った。得られた混合粉末を外径４０ｍｍで内径２０ｍｍの超硬合金製の型に充填し、超硬合金製のパンチを用いて成形した。成形は、１９６ＭＰａの加圧下にて通電加熱により３５０℃まで加熱して行った。通電は、最大電流が１０００Ａの直流パルス電流によって行い、加圧は油圧により行った。
得られた成形体は、およそ２０ｍｍ径で３．５ｍｍの厚みを有していた。ポリイミドのチップは加圧方向に垂直にならんでおり、緻密な成形体となった。ポリイミドの変形や塩との反応は少なく、均質な複合材料となった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、塩の固化成形体及びその製造方法に係るものであり、本発明により、以下のような効果が奏される。
（１）本発明の塩の固化成形体を用いて、水で溶解除去できる模型や型を提供することが可能となる。
（２）本発明は、通電を行いながら加圧することによって、従来、粉末の形でしか提供されなかった塩をバルク成形体の形で供給することが可能となり、種々の形状に成形することができる。
（３）定められた量の塩を成形することができるため、食品への添加を目的とする塩の成形体や、塩の熱的あるいは機械的特性を利用した部材を提供することが可能となる。
（４）粉末状の塩を用いることで、塩の成形体に、無機あるいは有機材料を容易に添加あるいは被覆することが可能となり、塩成形体に機能性（磁性、耐食性など）を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】塩の粉末及び成形体のＸ線回折パターンを示す。
【図１】
2004067488.tif 000002