專利名稱：蜂窩過濾器用基材及其制造方法、以及蜂窩過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩過濾器、以及蜂窩過濾器用基材及其制造方法，更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及去除雜質(zhì)效果優(yōu)異的同時(shí)，流體透過量(即處理能力)也大的蜂窩過濾器以及能夠適宜地用來制造這種蜂窩過濾器的蜂窩過濾器用基材及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在水處理、醫(yī)藥和食品領(lǐng)域等廣泛領(lǐng)域，為了去除混雜在流體(液體、氣體)中的懸浮物質(zhì)、細(xì)菌、粉塵等雜質(zhì)，使用了以多孔陶瓷體為過濾材料的過濾器。
作為上述過濾器，廣泛使用的是由如圖2所示的具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成的、具有被隔壁分開的成為流體的流路的多個(gè)小室23的(下面，將這種形狀叫做“蜂窩狀”)的蜂窩過濾器22。
對(duì)于如上所述的蜂窩過濾器，當(dāng)把處理對(duì)象的流體(被處理流體)供給到多個(gè)小室內(nèi)時(shí)，該流體就會(huì)從小室內(nèi)透過構(gòu)成蜂窩過濾器的多孔陶瓷體并從其外周面流出，此時(shí)就會(huì)去除懸浮物質(zhì)等。從而，通過形成在用密封材料(O環(huán)等)液密性地隔離蜂窩過濾器的外周面?zhèn)群托∈议_口端面?zhèn)鹊臓顟B(tài)將其內(nèi)置于套管內(nèi)的結(jié)構(gòu)，就可以回收被凈化的流體(完成凈化的流體)。
另外，蜂窩過濾器多是采用具有基材和過濾膜的結(jié)構(gòu)，所述基材是由具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成，并且具有被隔壁分開的、成為流體流路的多個(gè)小室；所述過濾膜則是形成于分開多個(gè)小室的隔壁表面，并且由平均細(xì)孔徑小于基材的多孔體構(gòu)成(例如參照特開2001-260117號(hào)公報(bào)、特開2001-340718號(hào)公報(bào))。
如上所述的構(gòu)造中，通過以小于雜質(zhì)的粒徑的方式構(gòu)成過濾膜的平均細(xì)孔徑(0.01～1.0μm左右)，可以確保去除雜質(zhì)的性能，另一方面，通過以大于過濾膜的方式構(gòu)成基材的平均粒徑(1～幾百μm左右)，可以降低流體透過基材內(nèi)部時(shí)的流動(dòng)阻力，增大流體透過量，同時(shí)提高處理能力。也就是說，為了構(gòu)成流體透過量大且處理能力高的蜂窩過濾器，可以盡量增大基材的平均細(xì)孔徑。
但是，對(duì)于平均細(xì)孔徑大的基材，如果要在分開多個(gè)小室的隔壁表面形成平均細(xì)孔徑小于基材的過濾膜，就會(huì)存在如下的問題。
即，制造蜂窩過濾器時(shí)，其過濾膜通常是通過在基材的隔壁表面(即小室內(nèi)壁)附著含有骨材粒子的漿液而得到制膜體后，干燥并燒成該制膜體而形成，如果要形成平均細(xì)孔徑小的過濾膜，就必須使用含有平均粒徑小的骨材粒子的漿液來制膜。但是，如果要在平均細(xì)孔徑大的基材的隔壁表面(即小室內(nèi)壁)附著含有平均粒徑小的骨材粒子的漿液，漿液中的骨材粒子不僅會(huì)在基材的隔壁表面，還會(huì)進(jìn)入到基材的細(xì)孔內(nèi)部，導(dǎo)致基材細(xì)孔堵塞。從而，存在的問題是，不能像期待的那樣，增大過濾器的流體透過量，提高處理能力。
作為避免上述問題的方法，也考慮了在基材與過濾膜之間形成由平均細(xì)孔徑在基材和過濾膜中間的多孔體構(gòu)成的中間膜的方法。根據(jù)該方法，漿液中的骨材粒子在中間膜的表面被捕獲，可以防止?jié){液中的骨材粒子進(jìn)入到基材的細(xì)孔內(nèi)部，但是過濾膜和中間膜的合計(jì)膜厚變大，流體在該部分的流動(dòng)阻力會(huì)增大。從而，即使采用該方法，也不能增大過濾器的流體透過量，提高處理能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于所述以往技術(shù)中存在的問題而進(jìn)行的，其目的在于提供去除雜質(zhì)性能優(yōu)異的同時(shí)、流體透過量大、處理能力高這樣具有有益效果的蜂窩過濾器，具體來講，其目的在于提供適宜地用于制造這種蜂窩過濾器的蜂窩過濾器用基材及其制造方法。
本發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行了刻苦研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使構(gòu)成蜂窩過濾器用基材的多孔陶瓷體的50％細(xì)孔徑(d50)處于8.5～13μm范圍內(nèi)，同時(shí)把分開多個(gè)小室的隔壁的平均表面粗糙度控制在3.0～5.5μm范圍內(nèi)，可以解決上述課題，從而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供如下的蜂窩過濾器用基材及其制造方法、以及蜂窩過濾器。
蜂窩過濾器用基材，其由具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成，具有被隔壁分開的成為流體流路的多個(gè)小室，所述多孔陶瓷體的50％細(xì)孔徑(d50)在8.5～13(μm)范圍內(nèi)，并且所述分開多個(gè)小室的隔壁的平均表面粗糙度在3.0～5.5(μm)范圍內(nèi)。
這里，“50％細(xì)孔徑(d50)”是根據(jù)水銀壓入法測(cè)定的細(xì)孔徑，是指當(dāng)壓入到多孔體的水銀的累積容積為多孔體的全細(xì)孔容積的50％時(shí)從壓力計(jì)算出的細(xì)孔徑。
蜂窩過濾器用基材的制造方法，至少混合、混煉骨材粒子和水而制成坯料，將所述坯料成形為具有被隔壁分開的成為流體流路的多個(gè)小室的蜂窩狀，并干燥而得到蜂窩成形體，再通過燒成所述蜂窩成形體得到蜂窩過濾器用基材，對(duì)于所使用的所述骨材粒子，50％粒徑(D50)在50～70(μm)范圍內(nèi)，同時(shí)所述50％粒徑(D50)在25％粒徑(D25)和75％粒徑(D75)之間滿足下述式(1)和下述式(2)的關(guān)系0.4≤D25/D50…(1)D75/D50≤1.4…(2)這里，“x％粒徑(Dx)”是根據(jù)篩分法測(cè)定的粉末粒徑，是指使用公稱孔徑不同的多個(gè)篩子，由篩子的孔徑和篩子上的粉末質(zhì)量之間的關(guān)系制成的粒度分布曲線，在該粒度分布曲線中粉末的積算質(zhì)量為其全體質(zhì)量的x％時(shí)的粒徑。
權(quán)利要求2所述的蜂窩過濾器用基材的制造方法，所使用的所述骨材粒子為，所述50％粒徑(D50)在與所述蜂窩過濾器用基材的隔壁厚度(W)之間滿足下述式(3)的關(guān)系D50/W≤0.12…(3)。
蜂窩過濾器，其具有上述[1]所述的蜂窩過濾器用基材、中間膜和過濾膜，所述中間膜形成于所述蜂窩過濾器用基材的用來分開所述多個(gè)小室的隔壁的表面，并且由50％細(xì)孔徑(d50)比構(gòu)成所述基材的多孔陶瓷體小的多孔體構(gòu)成；所述過濾膜形成于所述中間膜的表面，并且由50％細(xì)孔徑(d50)比構(gòu)成所述中間膜的多孔體小的多孔體構(gòu)成。


圖1是示意地表示蜂窩過濾器用基材的一個(gè)實(shí)施方式的主視圖，表示從小室開口端面?zhèn)瓤吹降慕Y(jié)構(gòu)。
圖2是示意地表示蜂窩過濾器的一個(gè)實(shí)施方式的斜視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人在開發(fā)本發(fā)明的蜂窩過濾器時(shí)，首先，針對(duì)在基材和過濾膜之間形成由平均細(xì)孔徑處于基材和過濾膜中間的多孔體構(gòu)成的中間膜的方法，研究了過濾膜和中間膜的合計(jì)膜厚增大，從而流體的流動(dòng)阻力在該部分增加的原因。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)以往是為了盡可能形成平滑的中間膜表面，才形成厚的中間膜這樣的事實(shí)。
對(duì)于為過濾膜底層的中間膜的表面，為了防止過濾膜發(fā)生膜缺陷，需要盡可能地平滑。但是，由于以往的基材的隔壁表面粗糙，凹凸程度大，因此在形成中間膜時(shí)，首先需要填埋隔壁的凹凸。并且，為了盡可能形成平滑的中間膜的表面，不得不使中間膜的膜厚增厚。
因此，在本發(fā)明中，就使構(gòu)成蜂窩過濾器用基材的多孔陶瓷體的50％細(xì)孔徑(d50)處于8.5～13μm范圍內(nèi)，同時(shí)將分開多個(gè)小室的隔壁的平均表面粗糙度控制在3.0～5.5μm范圍內(nèi)。
這樣，基材隔壁的表面變得較為平滑，凹凸程度變小，因此形成中間膜時(shí)，不需要填埋隔壁的凹凸，即使中間膜薄，也可以使其表面平滑。從而，可以在防止過濾膜發(fā)生缺陷的同時(shí)，減小過濾膜和中間膜的合計(jì)膜厚，從而可以減小流體在該部分的流動(dòng)阻力。即，能夠增大流體透過量，提高處理能力。
下面，具體地說明本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材及其制造方法、以及蜂窩過濾器的實(shí)施方式。
(1)蜂窩過濾器用基材本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材例如像圖1所示的蜂窩過濾器用基材1，由具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成，具有被隔壁4分開的成為流體流路的多個(gè)小室3。
蜂窩過濾器用基材(下面，有時(shí)會(huì)簡(jiǎn)稱為“基材”)的形狀如上所述，只要是具有成為流體流路的多個(gè)小室(貫通孔)的蜂窩狀，則沒有特別限制。作為整體形狀，除了如圖1所示的圓筒形以外，還可以列舉四棱柱形、三棱柱形等形狀。另外，作為基材的小室形狀(與小室的形成方向垂直的截面的小室形狀)，除了如圖1所示的四邊形以外，還可以列舉圓形、六邊形、三角形等形狀。
基材通常是由陶瓷構(gòu)成。與有機(jī)高分子相比，由于物理強(qiáng)度和耐久性優(yōu)異，可靠性高，并且耐腐蝕性高，因此即使用酸堿等進(jìn)行洗滌，劣化少，進(jìn)而，可以精確地控制決定過濾能力的平均細(xì)孔徑。陶瓷的種類沒有特別限制，例如可以舉出堇青石、莫來石、氧化鋁、碎片粉(セルベン)、鈦酸鋁、硅酸鋰鋁、碳化硅、氮化硅或者它們的混合物等。
基材由具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成，但在本發(fā)明中需要使其50％細(xì)孔徑(d50)處于8.5～13μm范圍內(nèi)。如果50％細(xì)孔徑(d50)不到上述范圍，則流體透過基材內(nèi)部時(shí)流動(dòng)阻力會(huì)增大，導(dǎo)致流體透過量減少，處理能力下降，從該方面來說并非理想。另一方面，如果超過上述范圍，則會(huì)導(dǎo)致基材的機(jī)械強(qiáng)度下降，從該方面來說并非理想。
另外，本發(fā)明中所說的“50％細(xì)孔徑(d50)”是根據(jù)水銀壓入法測(cè)定的細(xì)孔徑，是指當(dāng)壓入到多孔體的水銀的累積容積為多孔體全細(xì)孔容積的50％時(shí)由壓力計(jì)算出的細(xì)孔徑。水銀壓入法是以下述式(4)為原理公式的細(xì)孔徑測(cè)定方法，具體來講，如果對(duì)干燥后的多孔體邊緩慢提高壓力邊壓入水銀，則從孔徑大的細(xì)孔依次壓力水銀，水銀的累積容積逐漸增加，當(dāng)最終全部細(xì)孔充滿水銀時(shí)，則累積容積達(dá)到恒量(相當(dāng)于該多孔體的全細(xì)孔容積)。在本發(fā)明中，將由累積容積為多孔體全細(xì)孔容積的50％時(shí)的壓力P計(jì)算出的細(xì)孔徑d規(guī)定為“50％細(xì)孔徑(d50)”。在該測(cè)定方法中，“50％細(xì)孔徑(d50)”為所謂的平均細(xì)孔徑。
d＝-γ×cosθ/P…(4)(式中，d為細(xì)孔徑；γ為液體-空氣界面的表面張力；θ為接觸角；P為壓力。)本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材需要使分開多個(gè)小室的隔壁的平均表面粗糙度處于3.0～5.5μm范圍內(nèi)。如果隔壁的平均表面粗糙度不到上述范圍，則隔壁表面會(huì)超乎必要地平滑，在隔壁表面形成中間膜時(shí)，中間膜容易從隔壁表面剝離。另一方面，如果超過上述范圍，則隔壁表面粗糙，凹凸程度變大，因此在形成中間膜時(shí)，首先需要填埋隔壁的凹凸，并且，為了使中間膜的表面變得平滑，不得不厚地形成中間膜的膜厚。即，流體在中間膜部分的流動(dòng)阻力增大，從而最終得到的蜂窩過濾器的流體透過量減少，處理能力下降。
另外，本發(fā)明中所說的“表面粗糙度”是指按照J(rèn)IS B0601“表面粗糙度-定義及表示”測(cè)定的表面粗糙度。具體來講，從粗糙度曲線在其平均線方向只抽取基準(zhǔn)長(zhǎng)度，以所述平均線為基準(zhǔn)而折回該基準(zhǔn)長(zhǎng)度的表面粗糙度曲線，由該表面粗糙度曲線和所述平均線包圍的面積除以所述基準(zhǔn)長(zhǎng)度，把得到的值用微米(μm)表示并規(guī)定為表面粗糙度(Ra)。另外，本發(fā)明中所說的“平均表面粗糙度”是指在蜂窩過濾器用基材的分開多個(gè)小室的隔壁表面中任意選擇10處而測(cè)定上述的表面粗糙度(Ra)，將其測(cè)定值平均而得到的值。
(2)蜂窩過濾器用基材的制造方法本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材的制造方法為，至少混合、混煉骨材粒子和水而制成坯料，將該坯料成形為具有被隔壁分開的成為流體流路的多個(gè)小室的蜂窩狀，并干燥而得到蜂窩成形體，再通過燒成該蜂窩成形體得到蜂窩過濾器用基材。
骨材粒子是成為基材(燒結(jié)體)的主要構(gòu)成成分的粒子。骨材粒子的種類沒有特別限制，可以舉出堇青石、莫來石、氧化鋁、碎片粉、鈦酸鋁、硅酸鋰鋁、碳化硅、氮化硅或者它們的混合物等。
本發(fā)明的制造方法中，所使用的骨材粒子需要50％粒徑(D50)在50～70μm范圍內(nèi)。如果50％粒徑(D50)不到上述范圍，則由于所制造的基材的細(xì)孔徑變小，從而流體透過基材內(nèi)部時(shí)流動(dòng)阻力增大，流體透過量減少，處理能力下降，從該方面來說并非理想。
另一方而，如果超過上述范圍，則由于所制造的基材的細(xì)孔徑變大，在制膜中間膜或過濾膜時(shí)，制膜用漿液中的骨材粒子會(huì)進(jìn)入到基材的細(xì)孔內(nèi)，或者會(huì)透過基材的細(xì)孔，從而成為產(chǎn)生膜缺陷等制膜不良情況增加的原因，從該方面來說并非理想。另外，作為蜂窩成形體的成形方法，采用通過使用形狀與所希望的蜂窩結(jié)構(gòu)(小室形狀、隔壁厚度、小室密度等)相符的擠出用噴嘴擠出成形含有骨材粒子的坯料的方法時(shí)，由于容易在擠出用噴嘴的與基材隔壁相當(dāng)?shù)牟糠?噴嘴的狹縫部分)產(chǎn)生堵塞，導(dǎo)致擠出后的蜂窩成形體會(huì)產(chǎn)生較多的缺陷，蜂窩成形體的成品率下降，從該方面來說是并非理想。
本發(fā)明的制造方法中，骨材粒子除了滿足上述條件以外，優(yōu)選50％粒徑(D50)在與蜂窩過濾器用基材的隔壁厚度(W)之間滿足下述式(3)的關(guān)系D50/W≤0.12…(3)通過滿足上述式(3)的關(guān)系，可以更加有效地防止因上述擠出用噴嘴狹縫部分堵塞而引起的蜂窩成形體的成品率低下的問題。另外，本發(fā)明中稱作“隔壁”時(shí)是指基材中所有用來分開多個(gè)小室的部分，并不限于具有一定厚度的部分。例如，當(dāng)基材的小室形狀為圓形時(shí)，分開多個(gè)小室的部分的厚度并不一樣，但這些部分也包含在本發(fā)明中所說的“隔壁”中。另外，當(dāng)分開多個(gè)小室的部分的厚度不一樣時(shí)，上述“隔壁厚度(W)”的定義成為問題，在本發(fā)明中把分開多個(gè)小室的部分中最薄部分的厚度定義為“隔壁厚度(W)”。
本發(fā)明的制造方法的特征在于，作為骨材粒子敢于使用粒度分布比以往寬的物質(zhì)。這種骨材粒子由于含有較多的粒徑小的物質(zhì)，因此可以使基材隔壁的平均表面粗糙度變小。在該方法中，基材的細(xì)孔徑分布也變寬，但是與需要通過具有規(guī)定的細(xì)孔徑來確保確實(shí)地去除流體中雜質(zhì)功能的過濾膜不同，對(duì)于基材的情況，只要是流體透過基材內(nèi)部時(shí)流動(dòng)阻力小，流體透過量大，處理能力高，細(xì)孔徑分布不一定要窄。從而，并不需要象以往的制造方法那樣，為了使基材的細(xì)孔徑分布變窄而使用粒度分布窄的骨材粒子。
具體來講，所使用的骨材粒子為，50％粒徑(D50)在25％粒徑(D25)和75％粒徑(D75)之間滿足下述式(1)和下述式(2)的關(guān)系0.4≤D25/D50…(1)D75/D50≤1.4…(2)如果不滿足上述式(1)的關(guān)系，則粒徑小的骨材粒子的比例過大，從而所制造的基材的細(xì)孔徑可能變小。即，對(duì)于所制造的基材，流體透過基材內(nèi)部時(shí)流動(dòng)阻力會(huì)增大，流體透過量減少，處理能力下降，從該方面來說并非理想。另一方面，如果不滿足上述式(2)的關(guān)系，則由于上述的擠出用噴嘴的狹縫部分產(chǎn)生堵塞，蜂窩成形體的成品率會(huì)下降，從該方面來說并非理想。
另外，本發(fā)明中所說的“x％粒徑(Dx)”是根據(jù)篩分法測(cè)定的粉末粒徑，是指使用公稱孔徑不同的多個(gè)篩子，由篩子的孔徑和篩子上的粉末質(zhì)量之間的關(guān)系制成粒度分布曲線，在該粒度分布曲線中粉末的積算質(zhì)量為其全體質(zhì)量的x％時(shí)的粒徑。具體來講，準(zhǔn)備公稱孔徑不同的多個(gè)篩子，將它們以越是上段孔徑越大的方式多段層積，在最上段的篩子中投入作為粒徑測(cè)定對(duì)象的粉末試樣，用振動(dòng)機(jī)振動(dòng)15分鐘后，由處于各段篩子上的粉末質(zhì)量和其篩子的孔徑的關(guān)系繪制粒度分布曲線，把粉末的積算質(zhì)量為其全體質(zhì)量的x％時(shí)的粒徑規(guī)定為x％粒徑(Dx)。在該測(cè)定方法中，“50％粒徑(D50)”成為了所謂的平均粒徑。
作為調(diào)制具有如上所述的50％粒徑(D50)、粒度分布的骨材粒子的方法，可以舉出例如把市場(chǎng)上銷售的陶瓷原料直接或者經(jīng)過粉碎和分級(jí)作為骨材粒子的方法；或者將這種骨材粒子以滿足所述條件的方式適宜地混合兩種或其以上的方法等。
本發(fā)明的制造方法除了使用如上所述的骨材粒子以外，可以采用與以往公知的蜂窩過濾器用基材的制造方法相同的方法。首先，通過至少混合、混煉如上所述的骨材粒子和水而制成坯料。
這里，上述坯料中除了骨材粒子和水以外，根據(jù)需要還可以含有其他添加劑，例如有機(jī)粘合劑、分散劑、無機(jī)粘合材料等。
有機(jī)粘合劑在燒成前的成形體(坯料)中是凝膠狀，是實(shí)現(xiàn)作為維持成形體的機(jī)械強(qiáng)度的增強(qiáng)劑的作用的添加劑。從而，有機(jī)粘合劑可以適宜使用能夠在成形體(坯料)中凝膠化的有機(jī)高分子，例如羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、聚乙烯醇等。
分散劑是用于促進(jìn)骨材粒子在分散介質(zhì)即水中分散的添加劑。分散劑可以使用例如乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。
無機(jī)粘合材料是用于強(qiáng)化骨材粒子之間的結(jié)合的添加材料，可以使用從平均粒徑小于等于10μm的氧化鋁、硅石、氧化鋯、氧化鈦、玻璃料、長(zhǎng)石、堇青石組成的組中選出的至少一種。另外，無機(jī)粘合材料雖然是由陶瓷構(gòu)成的粒子，但并不包含在本發(fā)明中所說的“骨材粒子”中。
相對(duì)于100質(zhì)量份骨材粒子，無機(jī)粘合材料優(yōu)選添加10～35質(zhì)量份。如果不足10質(zhì)量份，則基材強(qiáng)度會(huì)下降，從該方面來說并非理想，相反，如果超過35質(zhì)量份，雖然強(qiáng)度會(huì)提高，但是無機(jī)粘合材料會(huì)堵住骨材粒子的間隙，從而會(huì)堵塞基材內(nèi)部的細(xì)孔，流體透過量下降，從該方面來說并非理想。
上述骨材粒子、水及有機(jī)粘合劑通過采用例如真空混砂機(jī)等混合、混煉，可以調(diào)制適宜粘度的坯料。再把該坯料成形為蜂窩狀，并干燥而得到蜂窩成形體。
成形的方法可以使用擠出成形、注塑成形、加壓成形等以往公知的方法，其中，可以適宜采用通過使用形狀與所希望的蜂窩結(jié)構(gòu)(小室形狀、隔壁厚度、小室密度等)相符的擠出用噴嘴擠出成形如上所述調(diào)制的坯料的方法等。干燥的方法也可以使用熱風(fēng)干燥、微波干燥、介電干燥、減壓干燥、真空干燥、凍結(jié)干燥等以往公知的干燥方法，其中，從迅速且均勻地干燥蜂窩成形體全體的角度考慮，優(yōu)選組合了熱風(fēng)干燥和微波干燥或介電干燥的干燥方法。
最后，通過燒成如上所述得到的蜂窩成形體而得到蜂窩過濾器用基材。燒成是燒結(jié)蜂窩成形體中的骨材粒子而使其致密化，以確保規(guī)定強(qiáng)度的操作。燒成條件(溫度和時(shí)間)可以根據(jù)所使用的骨材粒子的種類而選擇適當(dāng)?shù)臈l件。例如，使用碳化硅作為骨材粒子時(shí)，優(yōu)選在1300～2300℃的溫度燒成1～5小時(shí)左右。
另外，如果在燒成前或燒成的升溫過程中進(jìn)行將蜂窩成形體中的有機(jī)物(有機(jī)粘合劑等)燃燒而去除的操作(煅燒)，則可以促進(jìn)去除有機(jī)物，從該方面來說是優(yōu)選的。例如，有機(jī)粘合劑的燃燒溫度為160℃左右，因此，如果想去除，煅燒溫度可以為200～1000℃左右。煅燒時(shí)間沒有特別限制，通常為1～10小時(shí)左右。
(3)蜂窩過濾器本發(fā)明的蜂窩過濾器具有上述的蜂窩過濾器用基材、中間膜和過濾膜，所述的中間膜形成于該蜂窩過濾器用基材的用來分開多個(gè)小室的隔壁表面，并且由50％細(xì)孔徑(d50)比構(gòu)成基材的多孔陶瓷體小的多孔體構(gòu)成；所述的過濾膜形成于所述中間膜的表面，并且由50％細(xì)孔徑(d50)比構(gòu)成中間膜的多孔體小的多孔體構(gòu)成。這種蜂窩過濾器由于隔壁表面比較平滑且凹凸程度小的上述蜂窩過濾器用基材的特殊結(jié)構(gòu)，可以防止過濾膜發(fā)生缺陷，因此不需要形成厚的中間膜。從而，可以減小流體在中間膜部分的流動(dòng)阻力，增加過濾器的流體透過量，提高處理能力。
本發(fā)明的蜂窩過濾器可以使用以往公知的制膜法在上述的蜂窩過濾器用基材的隔壁表面形成中間膜，進(jìn)而在該中間膜的表面形成過濾膜來制造。例如，可以在上述的蜂窩過濾器用基材的隔壁表面上附著至少含有骨材粒子和水(根據(jù)需要可以進(jìn)一步含有有機(jī)粘合劑、pH調(diào)節(jié)劑、表面活性劑等)的制膜用漿液而得到制膜體，然后干燥并燒結(jié)該制膜體，從而形成中間膜和過濾膜。
另外，出于與制造基材的情況相同的目的，制膜用漿液中可以含有無機(jī)粘合材料。這里，制膜用漿液中含有的無機(jī)粘合材料與成形用坯料中含有的不同，可以使用平均粒徑小于等于1μm的粘土、高嶺土、氧化鈦溶膠、硅溶膠、玻璃料等，從確保膜強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選相對(duì)于100質(zhì)量份骨材粒子添加5～20質(zhì)量份。
制膜法的種類沒有特別限制，可以舉出例如浸漬制膜法、特公昭63-66566號(hào)公報(bào)中記載的過濾制膜法等。骨材粒子、有機(jī)粘合劑等可以使用與制造基材時(shí)所使用的相同的物質(zhì)。但是，需要以基材、中間膜、過濾膜的順序使50％細(xì)孔徑(d50)依次變小，對(duì)于骨材粒子的50％粒徑(D50)，一般是按照基材、中間膜、過濾膜的順序依次變小。
實(shí)施例下面，通過實(shí)施例更具體地說明本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材及其制造方法、以及蜂窩過濾器，但本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材及其制造方法、以及蜂窩過濾器并不受這些實(shí)施例的任何限制。
(各種物性值的測(cè)定方法、各種評(píng)價(jià)方法)[25％粒徑(D25)、50％粒徑(D50)、75％粒徑(D75)]準(zhǔn)備公稱孔徑不同的多個(gè)篩子，將它們以越是上段孔徑就越大的方式多段層積，在最上段的篩子中投入作為粒徑測(cè)定對(duì)象的粉末試樣，用振動(dòng)機(jī)振動(dòng)15分鐘后，由處于各段篩子上的粉末質(zhì)量和其篩子的孔徑的關(guān)系繪制粒度分布曲線，分別將粉末的積算質(zhì)量為其全體質(zhì)量的25％時(shí)的粒徑規(guī)定為25％粒徑(D25)、為50％時(shí)的粒徑規(guī)定為50％粒徑(D50)、為75％時(shí)的粒徑規(guī)定為75％粒徑(D75)。另外，在以下的實(shí)施例、比較例中，簡(jiǎn)單地稱作“平均粒徑”時(shí)，是指上述50％粒徑(D50)。
以實(shí)施例或比較例的條件擠出成形坯料而制造蜂窩成形體時(shí)，把相對(duì)于蜂窩成形體全部制造個(gè)數(shù)100個(gè)的、沒有因擠出用噴嘴狹縫部分堵塞而產(chǎn)生缺陷的蜂窩成形體(即合格品)的個(gè)數(shù)的比率(％)規(guī)定為成形體成品率。成形體成品率超過90％時(shí)評(píng)價(jià)為良好，小于等于90％時(shí)評(píng)價(jià)為稍差，小于等于80％時(shí)評(píng)價(jià)為差。
平均表面粗糙度由按照J(rèn)IS B0601“表面粗糙度-定義及表示”測(cè)定的表面粗糙度(Ra)計(jì)算出。從粗糙度曲線在其平均線方向只抽取基準(zhǔn)長(zhǎng)度，以所述平均線為基準(zhǔn)而折回該基準(zhǔn)長(zhǎng)度的表面粗糙度曲線，由該表面粗糙度曲線和所述平均線包圍的面積除以所述基準(zhǔn)長(zhǎng)度，將得到的值用微米(μm)表示并規(guī)定為表面粗糙度(Ra)。在蜂窩過濾器用基材的用來分開多個(gè)小室的隔壁表面中任意選擇10處測(cè)定該表面粗糙度(Ra)，將其測(cè)定值的平均值規(guī)定為平均表面粗糙度。
50％細(xì)孔徑(d50)通過水銀壓入法測(cè)定。從實(shí)施例或比較例的蜂窩過濾器用基材或蜂窩過濾器切取給定形狀的試樣，針對(duì)該試樣邊緩慢提高壓力邊壓入水銀，當(dāng)壓入的水銀的累積容積為試樣全細(xì)孔容積的50％時(shí)，由壓力P按照下述式(4)計(jì)算出細(xì)孔徑d，將其規(guī)定為50％細(xì)孔徑(d50)。
d＝-γ×cosθ/P…(4)(式中，d為氣孔徑；γ為液體-空氣界面的表面張力；θ為接觸角；P為壓力。)[最大細(xì)孔徑(dmax)、去除雜質(zhì)的性能]過濾膜的最大細(xì)孔徑(dmax)按照ASTM F316中記載的氣流法測(cè)定。用水溫為20℃的水潤(rùn)濕實(shí)施例或比較例的蜂窩過濾器，從所述被水潤(rùn)濕的蜂窩過濾器的多個(gè)小室內(nèi)，邊緩慢提高壓力邊送入加壓空氣，當(dāng)最先確認(rèn)從蜂窩過濾器的外周面有氣泡時(shí)，由空氣壓力P按照上述式(4)計(jì)算出細(xì)孔徑d，將其規(guī)定為最大細(xì)孔徑(dmax)。最大細(xì)孔徑(dmax)不足1.8μm時(shí)，則膜沒有缺陷，評(píng)價(jià)為去除雜質(zhì)性能優(yōu)異的過濾器；當(dāng)大于等于1.8μm時(shí)，則膜存在缺陷，評(píng)價(jià)為去除雜質(zhì)性能不充分的過濾器。
中間膜、過濾膜的平均膜厚由根據(jù)定量顯微鏡測(cè)定的膜厚計(jì)算出來。在與小室開口端面平行的面切斷實(shí)施例或比較例的蜂窩過濾器，沿著該蜂窩過濾器的直徑方向分別測(cè)定一列(44個(gè)小室)的膜厚，將其測(cè)定值的平均值規(guī)定為平均膜厚。
將實(shí)施例或比較例的蜂窩過濾器在水中以小于等于6.7kPa的減壓條件放置2小時(shí)，將蜂窩過濾器內(nèi)的氣泡脫氣后，在差壓4.8～9.8kPa、溫度25℃的條件下把純水注入到蜂窩過濾器的多個(gè)小室內(nèi)，通過從小室內(nèi)向蜂窩過濾器的外周面?zhèn)韧高^而進(jìn)行過濾，測(cè)定每單位過濾面積、單位時(shí)間的透水量。當(dāng)透水量大于等于1.67m3/hr·m2時(shí)，流體透過量大，評(píng)價(jià)為處理能力高的過濾器；當(dāng)透水量不足1.67m3/hr·m2時(shí)，流體透過量小，評(píng)價(jià)為處理能力不充分的過濾器。
(實(shí)施例、比較例)[蜂窩過濾器用基材及其制造方法]首先，準(zhǔn)備作為骨材粒子的表1中記載的材料、作為無機(jī)粘合材料的平均粒徑為3.5μm的玻璃料、作為有機(jī)粘合劑的甲基纖維素、作為分散劑的聚乙二醇。接著，以100∶11.1∶13.1∶3.6∶0.9的質(zhì)量比配合骨材粒子、無機(jī)粘合材料、水、有機(jī)粘合劑、分散劑，用真空混砂機(jī)混合、混煉，從而調(diào)制成粘度適當(dāng)?shù)呐髁稀?br> 表1

采用具有形狀與所希望的蜂窩結(jié)構(gòu)(整體形狀、小室形狀、隔壁厚度)相符的擠出用噴嘴的以往公知的擠出成形機(jī)，將上述的坯料擠出成形為具有被隔壁分開的成為流體流路的多個(gè)小室的蜂窩狀，在100℃熱風(fēng)干燥48小時(shí)，得到蜂窩成形體。將該蜂窩成形體用電爐在1300℃燒成2小時(shí)，從而得到蜂窩過濾器用基材(以下，簡(jiǎn)單地記作“基材”)。
如上所述得到的基材的整體形狀是端面(小室開口面)外徑為180mmφ的圓形、長(zhǎng)度為1000mm的圓筒形，小室形狀是內(nèi)接圓直徑為2.5mmφ的六邊形，隔壁厚度(W)為650μm并且總小室數(shù)目為2000小室。在表1中表示針對(duì)這些基材評(píng)價(jià)了50％細(xì)孔徑(d50)、隔壁的平均表面粗糙度的結(jié)果。
如表1所示，對(duì)于作為基材原料的骨材粒子的50％粒徑(D50)、D25/D50、D75/D50處于本發(fā)明制造方法范圍內(nèi)的實(shí)施例1～7，可以得到50％細(xì)孔徑(d50)被控制在8.5～13μm并且隔壁的平均表面粗糙度被控制在3.0～5.5μm的基材，顯示出良好的結(jié)果。另外，對(duì)于蜂窩成形體的成品率，也大大超過了90％，完全沒有問題。
另外，對(duì)于骨材粒子的50％粒徑(D50)不到本發(fā)明制造方法的范圍的比較例1～3，得到的基材的50％細(xì)孔徑(d50)不足8.5μm，可以預(yù)測(cè)出流體透過基材內(nèi)部時(shí)流動(dòng)阻力會(huì)增大。即，可以預(yù)測(cè)出最終得到的蜂窩過濾器的流體透過量會(huì)減少，處理能力下降。
另一方面，對(duì)于骨材粒子的50％粒徑(D50)超過本發(fā)明制造方法的范圍的比較例8～14，得到的基材的50％細(xì)孔徑(d50)超過了13μm，在制膜中間膜或過濾膜時(shí)，可以預(yù)測(cè)出發(fā)生膜缺陷等制膜不良情況會(huì)增加。尤其是，對(duì)于比較例8，擠出成形基材時(shí)在擠出用噴嘴的狹縫部分產(chǎn)生堵塞，因此，擠出的蜂窩成形體發(fā)生較多的缺陷，導(dǎo)致蜂窩成形體的成品率下降到90％或其以下。進(jìn)而，對(duì)于50％粒徑(D50)/隔壁厚度(W)的值超過本發(fā)明制造方法的范圍的比較例13、14，蜂窩成形體的成品率顯著下降到80％或其以下。
進(jìn)而，對(duì)于骨材粒子的D75/D50的值超過本發(fā)明制造方法的范圍的比較1、4～7，由于在擠出成形基材時(shí)，在擠出用噴嘴的狹縫部分產(chǎn)生堵塞，因此，擠出的蜂窩成形體發(fā)生較多的缺陷，導(dǎo)致蜂窩成形體的成品率下降到90％或其以下。
在上述基材中按照以下方法形成中間膜和過濾膜，從而得到蜂窩過濾器。
首先，準(zhǔn)備作為骨材粒子的平均粒徑為3.2μm的氧化鋁粒子、作為無機(jī)粘合材料的平均粒徑為0.9μm的玻璃料、作為有機(jī)粘合劑的甲基纖維素、作為分散劑的聚羧酸鹽。接著，以100∶20∶400∶0.5∶2.0的質(zhì)量比混合骨材粒子、無機(jī)粘合材料、水、有機(jī)粘合劑、分散劑，調(diào)制成制膜用漿液(中間膜用)。
另外，準(zhǔn)備作為骨材粒子的平均粒徑為0.4μm的氧化鋁粒子、作為有機(jī)粘合劑的甲基纖維素、作為分散劑的聚羧酸鹽。接著，以100∶1000∶4.0∶0.2的質(zhì)量比混合骨材粒子、水、有機(jī)粘合劑、分散劑，調(diào)制成制膜用漿液(過濾膜用)。
接著，使用特公昭63-66566號(hào)公報(bào)中記載的過濾制膜法，在上述基材的隔壁表面上附著上述的制膜用漿液(中間膜用)，從而得到制膜體，將該制膜體在100℃熱風(fēng)干燥2小時(shí)，用電爐在1350℃燒成2小時(shí)，形成中間膜。
進(jìn)而，使用特公昭63-66566號(hào)公報(bào)中記載的過濾制膜法，在形成于上述基材隔壁表面的中間膜的表面上附著上述的制膜用漿液(過濾膜用)，從而得到制膜體，將該制膜體在100℃熱風(fēng)干燥24小時(shí)，用電爐在1300℃燒成2小時(shí)，從而形成過濾膜，得到蜂窩過濾器(以下，簡(jiǎn)單地記作“過濾器”)。
如上所述得到的過濾器的中間膜和過濾膜具有表2所記載的平均膜厚、50％細(xì)孔徑(d50)。在表2表示針對(duì)這些過濾器評(píng)價(jià)了濾膜的最大細(xì)孔徑(dmax)、透水量的結(jié)果。
表2

(結(jié)果)如表2所示，對(duì)于使用50％細(xì)孔徑(d50)、隔壁的平均表面粗糙度處于本發(fā)明范圍內(nèi)的基材的實(shí)施例1～7的過濾器，透水量在1.67m3/hr·m2或其以上，過濾膜的最大細(xì)孔徑不足1.8μm，去除雜質(zhì)性能、流體透過量(即處理能力)都顯示出了良好的結(jié)果。
另外，對(duì)于使用50％細(xì)孔徑(d50)不到本發(fā)明范圍的基材的比較例2、3的過濾器，由于流體透過基材內(nèi)部時(shí)的流動(dòng)阻力增大，因此透水量不足1.67m3/hr·m2。即，流體透過量減少，處理能力下降。
另外，對(duì)于使用隔壁的平均表面粗糙度超過本發(fā)明范圍的基材的比較例9～12的過濾器，基材的隔壁的表面粗糙，凹凸程度大，因此，如果像比較例9、11的過濾器那樣形成薄的中間膜，過濾膜會(huì)發(fā)生膜缺陷。即，過濾膜的最大細(xì)孔徑(dmax)會(huì)大于等于1.8μm，從而導(dǎo)致去除雜質(zhì)性能不充分。為了防止這種情況，需要像比較例10、12的過濾器那樣，形成厚的中間膜的膜厚，但這種過濾器的問題在于，流體在中間膜部分的流動(dòng)阻力大。也就是說，對(duì)于比較例10、12的過濾器，透水量不足1.67m3/hr·m2，流體透過量小，處理能力也低。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如上所述，本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材由于隔壁的表面較為平滑并且凹凸程度小，因此在形成中間膜時(shí)，不需要填埋隔壁的凹凸，即使中間膜薄，也能夠使其表面平滑。這說明能夠在防止過濾膜發(fā)生缺陷的情況下，使過濾膜和中間膜的合計(jì)膜厚變小，使流體在該部分的流動(dòng)阻力變小。也就是說，本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材適宜用于制造去除雜質(zhì)性能優(yōu)異、流體透過量大、處理能力高的蜂窩過濾器。
權(quán)利要求
1.蜂窩過濾器用基材，由具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成，具有被隔壁分開的成為流體流路的多個(gè)小室，所述多孔陶瓷體的50％細(xì)孔徑(d50)在8.5～13μm范圍內(nèi)，并且所述分開多個(gè)小室的隔壁的平均表面粗糙度在3.0～5.5μm范圍內(nèi)，這里，“50％細(xì)孔徑(d50)”是根據(jù)水銀壓入法測(cè)定的細(xì)孔徑，是指當(dāng)壓入到多孔體的水銀的累積容積為多孔體全細(xì)孔容積的50％時(shí)由壓力計(jì)算出的細(xì)孔徑。
2.蜂窩過濾器用基材的制造方法，通過至少混合、混煉骨材粒子和水而制成坯料，將所述坯料成形為具有被隔壁分開的成為流體流路的多個(gè)小室的蜂窩狀，并干燥而得到蜂窩成形體，再通過燒成所述蜂窩成形體得到蜂窩過濾器用基材，對(duì)于所使用的所述骨材粒子，50％粒徑(D50)在50～70μm范圍內(nèi)，同時(shí)所述50％粒徑(D50)在25％粒徑(D25)和75％粒徑(D75)之間滿足下述式(1)和下述式(2)的關(guān)系0.4≤D25/D50…(1)D75/D50≤1.4…(2)這里，“x％粒徑(Dx)”是根據(jù)篩分法測(cè)定的粉末粒徑，是指使用公稱孔徑不同的多個(gè)篩子，由篩子的孔徑和篩子上的粉末質(zhì)量之間的關(guān)系制成粒度分布曲線，在該粒度分布曲線中粉末的積算質(zhì)量為其全體質(zhì)量的x％時(shí)的粒徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蜂窩過濾器用基材的制造方法，所使用的所述骨材粒子為，所述50％粒徑(D50)在與所述蜂窩過濾器用基材的隔壁厚度(W)之間滿足下述式(3)的關(guān)系D50/W≤0.12…(3)。
4.蜂窩過濾器，包括權(quán)利要求1所述的蜂窩過濾器用基材；中間膜，形成于所述蜂窩過濾器用基材的用來分開所述多個(gè)小室的隔壁的表面，并且由50％細(xì)孔徑(d50)比構(gòu)成所述基材的多孔陶瓷體小的多孔體構(gòu)成；過濾膜，形成于所述中間膜的表面，并且由50％細(xì)孔徑(d50)比構(gòu)成所述中間膜的多孔體小的多孔體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的蜂窩過濾器用基材(1)，由具有許多細(xì)孔的多孔陶瓷體構(gòu)成，具有被隔壁(4)分開的成為流體流路的多個(gè)小室(3)，并且使多孔陶瓷體的50％細(xì)孔徑(d
文檔編號(hào)B01D46/00GK1767884SQ200480008758
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者馬場(chǎng)龍夫 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社