專利名稱：擠壓成型或注塑成型組合物和模制部件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由所需材料的粉末生產(chǎn)所需形狀的模制部件用的擠壓成型或注塑成型組合物，和使用該組合物制備模制部件的方法。
背景技術(shù)：
一般地，通過模制粉化材料和粘合劑成所需形狀，以便粘合劑產(chǎn)生充足的粘合力，保持該形狀，從而產(chǎn)生所需形狀的模制部件。在按照這一方式模制陶瓷中，燒結(jié)模制部件，同時(shí)使粘合劑除去。
取決于待模制的所需形狀，合適的模塑技術(shù)可選自混合粉化的材料與粘合劑，和壓制模塑該混合物的模塑技術(shù)；和將粘合劑溶解在溶劑內(nèi)，將粉化的材料與該溶液混合，在片材狀形式的情況下，將混合物制成片材至所需厚度，并蒸發(fā)掉溶劑的模塑技術(shù)。此外，可通過在石膏模具或者類似物內(nèi)澆鑄類似的淤漿，在模塑的同時(shí)，通過石膏模具表面內(nèi)的微孔除去溶劑并干燥成所需形狀的技術(shù)，或者將由具有粘度和形狀保留能力的粘合劑和所需粉末材料的溶劑溶液的混合物組成的物料注射到合適的模具內(nèi)，使其轉(zhuǎn)移有模具形狀，并干燥的注塑成型技術(shù)，由此可模制更加復(fù)雜形狀的部件。還使用擠壓成型技術(shù)，其中通過使類似的物料穿過擠壓模頭，從而模塑多個(gè)蜂巢型部件或一定截面形狀的部件，例如板或棒，其中所述擠壓模頭具有格狀縫口的出口通道和將該物料喂入縫口交叉處的供料道。
盡管以上所述的陶瓷材料模制技術(shù)有助于所需材料向模具內(nèi)澆鑄或者流動(dòng)，但重要的是，添加粘合劑以供干燥之后粘結(jié)粉末材料或者基底，這是因?yàn)樵跐茶T之后，必需干燥模制材料，同時(shí)保持模具形狀。在一般實(shí)踐中，選擇合適的粘合劑，以便在模塑之后，在干燥步驟期間保持形狀。若使用具有強(qiáng)粘合力的粘合劑，在干燥步驟期間穩(wěn)定形狀，則所得物料變得不那么流動(dòng)，從而使得難以用其填充模具。若使用具有弱粘合力的粘合劑克服這一問題，則在模塑之后的干燥期間形狀可能坍塌或者可能出現(xiàn)開裂。
為了克服以上討論的問題，例如，JP-A 04-209747公開了使用一些水溶性羥丙基甲基纖維素作為粘合劑，但取決于陶瓷顆粒的形式和尺寸，總是不可達(dá)到預(yù)期效果。相反，JJP-A 06-092715公開了通過結(jié)合這些粘合劑與聚亞烷基二醇，改進(jìn)物料塑性和流動(dòng)性的方法。JP-A07-138076公開了通過添加0.2-3wt％的乳化石蠟和2-7wt％甲基纖維素到陶瓷泥料中，形成具有塑性的陶瓷物料，從而改進(jìn)物體的潤(rùn)滑性，以便能擠壓成型。日本專利No.2756081公開了可通過添加HLB(它通過親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)的重量比來定義)為至少10的聚氧乙烯油基醚或聚氧化乙烯十二烷基醚到堇青石陶瓷泥料配料中，從而降低在擠壓模頭和物料之間的摩擦。從而表明，根據(jù)日本專利No.2756081、JP-A2001-179720的教導(dǎo)沒有得到滿意的改進(jìn)，這些教導(dǎo)只是描述了可通過對(duì)向其中添加了0.1-6.0wt％(基于堇青石陶瓷泥料的重量計(jì))的脫水山梨醇脂肪酸酯的陶瓷體進(jìn)行擠壓成型，由此生產(chǎn)堇青石蜂巢型構(gòu)件，使得與成型體的摩擦被降低。然而，利用所有這些方法，仍留下一個(gè)問題如上所述，取決于陶瓷顆粒的形狀和尺寸，不可能充分產(chǎn)生預(yù)期效果。此外，由于這些粘合劑與基底是非均相的，且以雜質(zhì)形式保留在相關(guān)基底中，因此要求在最小化所添加的粘合劑用量的同時(shí)，進(jìn)行模塑。但實(shí)現(xiàn)不了所需的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供含基底顆粒和粘合劑的擠壓成型或注塑成型組合物，由該所述組合物將模塑成部件，所述組合物在模塑過程中的流動(dòng)性得到改進(jìn)，同時(shí)在模塑之后維持形狀保持能力，且能在加入粘合劑量最低的情況下實(shí)施這種模塑；以及提供使用該組合物制備模塑部件的方法。
發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，使用具有特定粒徑的真球形顆粒，可克服存在的問題。
一方面，本發(fā)明提供包含水不溶性顆粒、水溶性粘合劑和水的擠壓成型或者注塑成型組合物。水不溶性顆粒是平均粒徑為0.2-20微米的真球形顆粒。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該組合物包括100重量份水不溶性顆粒，2-10重量份水溶性粘合劑，和5-40重量份水。典型地，真球形顆粒是水不溶性的陶瓷顆粒、玻璃顆?；蚝嫉暮铣删酆衔镱w粒。水溶性粘合劑典型地選自水溶性甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基乙基纖維素、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素。該組合物最常見地被擠壓成型成為蜂巢型構(gòu)件。
另一方面，本發(fā)明提供制備由水不溶性顆粒組成的模塑部件的方法，該方法包括下述步驟擠壓成型或者注塑成型以上所述的組合物成為坯料部件，使粘合劑燒去，和燒結(jié)該坯料部件。
發(fā)明優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明，盡管僅加入少量粘合劑，但使用水不溶性真球形顆粒作為基底將有助于模塑操作，并能產(chǎn)生模塑后具有形狀穩(wěn)定性特征的模塑部件。
具體實(shí)施例方式
此處所使用的真球形的水不溶性顆粒的平均粒徑應(yīng)當(dāng)為0.2-20微米，優(yōu)選0.3-18微米，和更優(yōu)選0.5-15微米。具有在該范圍以外的較小粒徑的顆粒將顯著聚集，結(jié)果不可能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所需效果。具有在該范圍以外的較大粒徑的顆粒的流動(dòng)性差，以致于不可能實(shí)現(xiàn)改進(jìn)模塑過程中流動(dòng)性的效果。
通過在特殊電解質(zhì)溶液內(nèi)，通過實(shí)施電傳感區(qū)方法的Coulter計(jì)數(shù)器(由Beckman Coul ter Inc.制造)測(cè)量此處所使用的顆粒的平均粒徑。
此處所使用的水不溶性顆粒是真球度等于或者小于1.1的真球形顆粒。真球度是在JP-A 06-64916中所述的“平均真球度”?！罢媲蚨取笔侵该恳活w粒的最大直徑與最小直徑之比，而“平均真球度”是隨機(jī)選擇100個(gè)顆粒的真球度的算術(shù)平均。
具體地說，通過在光學(xué)或者電子顯微鏡下拍攝基底顆粒的照片，測(cè)定每100個(gè)顆粒的最大直徑與最小直徑之比，并計(jì)算其平均值，從而測(cè)定平均真球度。此處使用平均值等于或小于1.1，優(yōu)選等于或小于1.05的粒狀粉末。平均值超過1.1的粉末會(huì)形成流動(dòng)性未得到改進(jìn)的物料。
對(duì)粒狀粉末的粒徑分布沒有特別限制，具有某一分布的粉末有利于改進(jìn)在模塑之后保留形狀能力。
此處用作為基底粉末的水不溶性顆粒可由陶瓷材料、玻璃材料和合成聚合物材料制成。合適的陶瓷材料包括，但不限于，堇青石材料、氧化鋁、富鋁紅柱石、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、二氧化鈦、鈦酸鋇和鈦酸鉛鋯酸鹽。合適的玻璃材料包括，但不限于，石英玻璃、鈉玻璃、硼硅酸鹽玻璃和鉛玻璃。合適的合成聚合物材料包括，但不限于，聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯。同樣可用的是水不溶性天然多糖，例如纖維素和甲殼素。
本發(fā)明的組合物包括水溶性粘合劑。合適的粘合劑包括纖維素醚和聚氧亞乙基-聚氧亞丙基表面活性劑。特別地，對(duì)于在充分的程度上產(chǎn)生其效果來說，在模塑之后具有較大形狀保留能力的甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基乙基纖維素、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素對(duì)本發(fā)明是有利的。
此處可使用的甲基纖維素是通過甲基氯或者硫酸二甲酯方法制備且甲氧基取代度為26-33wt％和在20℃下在2wt％水溶液內(nèi)的粘度為25-30,000mPa.s的甲基纖維素，如在Cosmetic Ingredient StandardsRemarks，Yakuji-Nippo K.K.，1984，p.1146中所述。此處可使用的羥乙基纖維素是通過使環(huán)氧乙烷與纖維素反應(yīng)制備且羥乙基取代度為40-60wt％和在20℃下在2wt％水溶液內(nèi)的粘度為20-100,000mPa.s的羥乙基纖維素，如在Cosmetic Ingrient Standards Remarks，Yakuji-Nippo K.K.，1984，p.840中所述。本發(fā)明可使用的羥丙基纖維素是通過使環(huán)氧丙烷與纖維素反應(yīng)制備且羥丙基取代度為50-70wt％和在20℃下在2wt％水溶液內(nèi)的粘度為50-10,000mPa.s的羥丙基纖維素，如在Cosmetic Ingredient Standards Remarks，Yakuji-Nippo K.K.，1984，p.849中所述。
在甲基纖維素的制備過程中，除了甲基氯或者硫酸二甲酯以外，還可通過使環(huán)氧乙烷或者環(huán)氧丙烷反應(yīng)，從而制備混合醚，例如羥丙基甲基纖維素和羥乙基甲基纖維素?？墒褂眉谆娜〈葹?9-30wt％和羥乙基或羥丙基的取代度為4-12wt％，且在20℃下在2wt％水溶液內(nèi)的粘度為50-200,000mPa.s的羥乙基甲基纖維素和羥丙基甲基纖維素?？赏ㄟ^《日本藥典》，第14版中所述的方法，測(cè)量取代度和粘度。取代度在以上定義的范圍以外的這些纖維素醚可能水溶性不足且當(dāng)干燥模塑的陶瓷部件時(shí)不能產(chǎn)生足夠的粘結(jié)力。太低的粘度可能導(dǎo)致粘結(jié)力不足，而在太高的粘度下，所得物料可能太粘稠，以致于無法擠壓成型。
根據(jù)本發(fā)明，以每100重量份水不溶性顆粒(或者基底粉末)計(jì)，優(yōu)選以2-10重量份，更優(yōu)選3-8重量份的用量添加選自甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基乙基纖維素、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素中的至少一種粘合劑。若所添加的纖維素醚的用量小于2重量份，則形狀保留能力下降，結(jié)果模塑部件在其自重或者外力下可能變形。若所添加的纖維素醚的用量大于10重量份，則一旦模塑和干燥之后，通過加熱燒去粘合劑時(shí)，極可能出現(xiàn)裂紋。
在本發(fā)明的組合物中，以每100重量份水不溶性顆粒計(jì)，優(yōu)選以5-40重量份，更優(yōu)選6-30重量份的用量添加水。所添加的水的用量太小可能有損于模壓加工性或者潤(rùn)滑性。若所添加的水的用量過大，則制品可能損失尺寸精確性，這是由于在擠出過程中水分離和在干燥過程中收縮導(dǎo)致的。
根據(jù)需要，二元醇、甘油、聚氧乙烯、聚氧丙烯、山梨醇的衍生物和類似物，以及表面活性劑，例如脂肪酸酯和脂肪酸鹽可加入到本發(fā)明的組合物中，只要它不犧牲本發(fā)明的目的即可。
在由擠壓成型或者注塑成型本發(fā)明的組合物生產(chǎn)所需形狀的模塑部件中，可采用常規(guī)的擠壓成型和注塑成型技術(shù)，且可利用公知的模塑條件。模塑之后進(jìn)行粘合劑燒去和燒結(jié)，從而獲得由水不溶性顆粒組成的模塑部件。
模塑部件的形狀沒有特別限制。本發(fā)明在生產(chǎn)蜂巢型構(gòu)件的模塑部件，特別是生產(chǎn)擠壓成型部件中是有效的。
實(shí)施例以下以例舉說明的方式給出實(shí)施例，但不以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)施例1-9向100重量份表1所示的平均粒徑為0.4-13微米和真球度為1.01-1.04的氧化鋁顆粒(獲自Admatechs Co.，Ltd.)中添加2.0-10.0重量份表1所示的纖維素醚和表1所示用量的水。在Super-Mixer(Kawada Mfg.Co.，Ltd.)中，通過在1000rpm下開動(dòng)攪拌葉片，然后在15℃下，在小型三輥磨機(jī)(Inoue Mfg.Co.Ltd.)上將它們混合。使用具有蜂巢型模頭的實(shí)驗(yàn)室蜂巢型擠出機(jī)(MiyazakiIron Works Co.，Ltd.)，將所得配混料擠壓成型為坯料蜂巢型構(gòu)件，所述蜂巢型模頭具有0.2mm的肋線厚度(rib gage)、5mm的肋線間距和20mm的直徑。它在100℃下干燥16小時(shí)。在干燥之后，在500℃下加熱蜂巢型構(gòu)件2小時(shí)，燒去粘合劑并在1700℃的電爐內(nèi)燒結(jié)。
在表1所示的實(shí)施例1-9的所有模塑試驗(yàn)中，獲得在模塑過程中沒有分?；蛘呃呔€波紋，特別是在外部周邊附近沒有分模波紋，在模塑后的干燥步驟過程中也沒有出現(xiàn)龜裂的陶瓷蜂巢型構(gòu)件。
表1

注意，所添加的每一組分的用量以每100重量份氧化鋁計(jì)的重量份形式表達(dá)。
甲基纖維素甲氧基取代度30wt％20℃/2wt％水溶液中的粘度為4000mPa.s羥丙基甲基纖維素甲氧基取代度29wt％羥丙基取代度10wt％20℃/2wt％水溶液中的粘度為200,000mPa.s羥乙基甲基纖維素甲氧基取代度29wt％羥乙基取代度10wt％20℃/2wt％水溶液中的粘度為100,000mPa.s羥乙基纖維素羥乙基取代度55wt％20℃/2wt％水溶液中的粘度為4000mPa.s羥丙基纖維素羥丙基取代度60wt％20℃/2wt％水溶液中的粘度為4000mPa.s實(shí)施例10-18在這些實(shí)施例中，實(shí)施例1-9的化合物通過蜂巢型模頭(所述蜂巢型模頭具有0.1mm的肋線厚度、4mm的肋線間距和20mm的直徑)擠壓成型為蜂巢型構(gòu)件，并在100℃下干燥16小時(shí)。在干燥之后，在500℃下加熱蜂巢型構(gòu)件2小時(shí)以燒去粘合劑，并在1700℃的電爐內(nèi)燒結(jié)。
在實(shí)施例10-18的所有模塑試驗(yàn)中，獲得在模塑過程中沒有分模波紋，特別是在外部周邊附近沒有分模波紋，在模塑之后，在干燥步驟過程中也沒有出現(xiàn)龜裂的陶瓷蜂巢型構(gòu)件。
對(duì)比例1-3重復(fù)實(shí)施例1-3的模塑試驗(yàn)，所不同的是用平均粒徑為0.4微米和真球度為1.3-1.7的氧化鋁顆粒(獲自Showa Light Metal Co.，Ltd.)替代所述基底。模塑部件具有差的形狀保留能力，且一旦干燥則出現(xiàn)許多裂紋。
對(duì)比例4-9重復(fù)實(shí)施例1-3的模塑試驗(yàn)，所不同的是用平均粒徑為10微米和真球度為1.8-2.7的氧化鋁顆粒(獲自Nippon Light MetalCo.，Ltd.)替代所述基底。模塑部件具有差的形狀保留能力，且一旦干燥則出現(xiàn)許多裂紋。
實(shí)施例和對(duì)比例的數(shù)據(jù)顯示出了本發(fā)明的有益效果。
權(quán)利要求
1.一種擠壓成型或注塑成型組合物，該組合物包括水不溶性顆粒、水溶性粘合劑和水，其中所述水不溶性顆粒是平均粒徑為0.2至20微米的真球形顆粒。
2.權(quán)利要求1的組合物，該組合物包括100重量份水不溶性顆粒，2至10重量份水溶性粘合劑和5至40重量份水。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述真球形顆粒是水不溶性陶瓷顆粒、玻璃顆?；蚝己铣删酆衔镱w粒。
4.權(quán)利要求1的組合物，其中所述水溶性粘合劑選自水溶性甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基乙基纖維素、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素。
5.權(quán)利要求1的組合物，該組合物要擠壓成型為蜂巢型構(gòu)件。
6.由水不溶性顆粒構(gòu)成的模制部件的制備方法，該方法包括將權(quán)利要求1的組合物擠壓成型或注塑成型成為坯料部件，使粘合劑燒去和進(jìn)行燒結(jié)該坯料部件的步驟。
全文摘要
在含有水不溶性顆粒、水溶性粘合劑和水的擠壓成型或者注塑成型組合物中，使用平均粒徑為0.2－20微米的真球形顆粒作為水不溶性顆粒。在作為基底的水不溶性顆粒中添加少量粘合劑有助于模塑操作并能產(chǎn)生具有在模塑之后的形狀穩(wěn)定性特征的模塑部件。
文檔編號(hào)B29C47/00GK101089035SQ20071011003
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者早川和久, 新延信吾 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社