JP3215839B2

JP3215839B2 - セラミックス用合成粘土及びその製造方法

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Publication number: JP3215839B2
Application number: JP50829797A
Authority: JP
Inventors: 家光大嶋; 明菊畑
Original assignee: ユニオン化成株式会社
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2016-07-22
Also published as: NO971516L; DE69604377D1; CA2201937A1; US5763345A; KR100214923B1; KR970706216A; EP0785175B1; CN1167478A; DK0785175T3; NO971516D0; DE69604377T2; EP0785175A4; EP0785175A1; WO1997006117A1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、セラミックス用合成粘土及びその製造方法
に関するものである。

背景技術一般に、陶磁器とは珪酸−アルミナを主成分とし、こ
れに副成分としてアルカリ、アルカリ土類を含有する長
石、セリサイト、タルクなどを添加混合して成形し、釉
薬を施して所定の温度（1250〜1450℃）で焼結したもの
である。ここに用いられる陶土は珪石−長石−粘土系で
あり、珪石は珪酸を、長石はアルカリ−アルミナ−珪酸
を、また、粘土はアルミナ−珪酸をそれぞれ主成分とす
る組成材であり、それらは成形の主材として用いられ
る。このように、珪石、長石及び粘土が陶磁器の３大要
素である。この３大要素の一つである粘土は高い可塑性
を有し、かつ不純物が少ない良質な粘土が理想的であ
る。この可塑性が高い粘土は、製品の成形性を高めて、
高精度で複雑な形状の製品を作ることを可能にし、また
機械による成形及び加工を容易にする。ところが、かか
る優れた特性を備えた高品位の天然産粘土は近年益々枯
渇化しつつあるのが実状である。

一方、上述したような天然産粘土は精密処理し精製さ
れた原料の平均粒度でも直径が一般には0.5〜2.0μｍ程
度であり、そのために陶土の移動度、伸延性などの成形
能や生強度において必ずしも満足できない面がある。ま
た、天然産粘土には高温で焼成した焼結体の白色度を低
下させる含鉄鉱物、含チタン鉱物などの有色鉱物や有機
物などの不純物が混入しており、水簸分級や化学的処理
等で、粘土の特性を失わずにこれらの有色鉱物や不純物
を除去するのは不可能である。また、採掘原料、処理原
料の物性が不安定であり、原料処理時に凝集剤が添加さ
れる場合には使用時において分散、解膠ができにくく、
解膠剤の添加量が多くなる等の問題がある。更には、セ
ラミックス用粘土鉱物は一定の形状の結晶体（板状、柱
状）であるため、二軸方向（上下面）に剪断応力が生じ
た場合には結晶粒子が圧力方向に並ぶ性質があり、この
配向性のためにＸ軸とＹ軸とでは収縮率が異なる。これ
は成形品の寸法精度を不良にする要因となる。

本発明は上述したような天然産粘土の有する問題点を
解消するもので、平均粒径が天然産粘土類の最小径より
細かい0.4μｍ以下で構成することが可能で保水性、水
膜の生成量に富み、鉄成分やチタン成分が少なく、かつ
粒子の配向性が生ぜず、成形品の寸法精度が良好である
と共に、焼成、焼結時に活性が高く焼結性が向上する等
の優れた特性を有するセラミックス用合成粘土を提供す
ることを目的とする。また本発明の他の目的は、製造工
程上有害な添加物がなく、原料処理及び調合が簡単で、
製造容易なセラミックス用合成粘土の製造方法を提供す
ることにある。

発明の開示本発明は、微細な非晶質シリカ30〜65重量％、アルミ
ナ三水和物30〜65重量％及びセピオライト、パリゴルス
カイト、ベントナイトのうちの１種又は２種以上の混合
物２〜20重量％からなるセラミックス用合成粘土であ
る。

非晶質シリカとしては、シリカフュームが最も優れた
原料として用いられる。アルミナ三水和物としては通
常、水酸化アルミニウムが用いられる。本発明粘土の第
３の成分としては、セピオライト、パリゴルスカイト、
ベントナイトのうちの１種又は２種以上の混合物が用い
られるが、なかでもセピオライトが最も好ましい。この
第３成分は、粘土に粘性を与えるために加えられる粘性
源物質である。

本発明の合成粘土を製造するに当ってはまず、微細な
非晶質シリカ30〜65重量％、アルミナ三水和物30〜65重
量％及びセピオライト、パリゴルスカイト、ベントナイ
トのうちの１種又は２種以上の混合物２〜20重量％から
なる原料に水を加えて混合攪拌する。

次いで、このスラリーを湿式粉砕機にて粉砕混合して
均一なスラリー状とし、スラリー状の合成粘土を得る。
本発明はこのスラリー状の合成粘土を得ることに限定さ
れず、このスラリーを脱水して水分含有量を減少させた
粘土状の合成粘土を得てもよく或いはこれを更に乾燥し
て塊状、若しくは、乾粉状の合成粘土を得てもよい。

本発明は陶磁器製造用の材料として優れており、しか
も本発明粘土を用いて製造した陶磁器は天然産粘土を用
いて製造したものよりも物性に優れている。陶磁器の三
大要素のうち珪石と長石類は世界各地でほぼ同品位のも
のが得られるが、良質かつ最適の粘土は世界的に偏在
し、限られており、地域によっては枯渇化しつつある。
本発明の合成粘土はこの問題を解決し、各種陶磁器の生
産を可能にする。本発明によれば、製造しようとする陶
磁器の組成及び物性を任意に調整でき、それにより従来
の製造プロセスを見直して製造上の効率化や省力化を図
ることが可能となる。本発明の合成粘土は平均粒径0.4
μｍ以下であり、天然産粘土に組べて粒径が小さく、微
細であり、保水性、水膜の生成量に富み、そのため陶土
の移動が円滑であり、成形密度差が生じにくく、乾燥、
焼成による変形量は少なくなる。

本発明粘土は、鉄分の含有量が極めて少なく、チタン
分の含有量は痕跡程度にとどまるため製品としての陶磁
器において高白色度の発現が可能となる。また本発明粘
土は、粒子形状が球形である成分と粒子形状として微細
な繊維状形態を有する成分を含有することから、粒子の
配向性が生じないという特質があり、その結果、本発明
粘土を用いた成形品の寸法精度が優れるという利点をも
たらす。

本発明粘土は微粒子で構成されているので、陶土を製
造するに当って、焼成・焼結時の活性が高く、焼結性が
向上し、天然産粘土を用いる場合よりも低温域での焼結
が可能となる。また焼成温度の幅が広がり、焼成変形が
少なく、焼成品の機械的強度が向上する。

図面の簡単な説明図１は本発明合成粘土の製造工程を示すブロック図、
図２は本発明合成粘土を用いて合成陶土を製造する工程
を示すブロック図、図３は合成陶土を製造する別の態様
を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態本発明合成粘土は、非晶質シリカとアルミナ三水和物
と粘性源物質の３つの成分からなる。ここで粘性源物質
としては、セピオライト、パリゴルスカイト、ベントナ
イトのうちの１種又は２種以上の混合物を用いる。

本発明に用いる合成粘土の原料としては、天然産粘土
類よりも微細な原料を用いる。その珪酸源である微細な
非晶質シリカとしてはシリカフューム、ケイソウ土が挙
げられるが、シリカフュームが最も好ましい。シリカフ
ュームは、平均粒径0.2μｍ以下の高純度非晶質シリカ
で、その粒子形状は球形である。本発明においてシリカ
フュームとしては、シリコンメンタル又はフェロシリコ
ンの製造時に電気炉から収集される副産物を用いること
ができる。粘土組成における非晶質シリカの配合割合と
しては30〜65重量％含有させるもので、30重量％未満で
は充填率の低下により焼結が悪くなり所定の強度（曲げ
強度、800kgf/cm²以上）が得られない。また、65重量％
を超えると硝子層の生成量が多くなるため焼成時に軟化
変性を起こしやすい。非晶質シリカの好ましい配合割合
は33〜42重量％である。

アルミナ三水和物としては通常、水酸化アルミニウム
が用いられる。水酸化アルミニウムはモース硬度３、比
重2.4で極めて軟質であり、Al₂O₃65％、水35％を含有す
るものである。粘土組成におけるアルミナ三水和物の配
合割合としては30〜65重量％含有させる必要がある。30
重量％未満であると適正な焼成温度範囲が狭くなる。65
重量％を超えると焼成温度が高くなり、所定の温度で磁
硝化出来ず、所定の強度（曲げ強度、800kgf/cm²以上）
が得られない。アルミナ三水和物の好ましい配合割合は
52〜62重量％である。

上記非晶質シリカ及びアルミナ三水和物の２種のみの
調合では全く粘性がない。従って、これに粘性源物質と
してセピオライト、パリゴルスカイト、ベントナイトの
うちの１種又は２種以上の混合物を配合する。セピオラ
イト、パリゴルスカイト、ベントナイトはいずれも複鎖
状結晶構造を有し、これら３種のうちではセピオライト
が最も好ましく、このセピオライトは水分調整剤または
保水剤、水膜形成剤及び粘結剤（結合剤）として機能す
る。セピオライトはMgO−SiO₂を主成分とするマグネシ
ウム珪酸塩で微細な粒径を持ち、長さ0.2〜２μｍの繊
維を束ねた状態の構造を有し、粒子形状としては微細な
繊維状形態を有する。セピオライトは水に対して非常に
分散性が良く、かつ高い保水性を有する。セピオライ
ト、パリゴルスカイト、ベントナイトはいずれも軟質な
ためボールミルやサンドミルなどの適当な粉砕機類を用
いて水中で、衝撃と摩擦を連続的に加えると超微細化
（セピオライトの場合、束ねた繊維がほぐされ、単繊維
化される）され、非常に安定した糊状に変化する。粘土
組成における粘性源物質の配合割合は２〜20重量％であ
り、２重量％未満では成形性に乏しく、成形が困難とな
り、また、20重量％を超えると陶土の可塑水量が増加し
て、乾燥、焼成時の収縮が大きくなり、割れ、歪み、捩
れが発生し、寸法精度が悪化する。粘性源物質の好まし
い配合割合は４〜12重量％である。

本発明粘土における３種の成分の最も好ましい組み合
わせは、シリカフューム、水酸化アルミニウム、セピオ
ライトである。ここでシリカフューム、水酸化アルミニ
ウム、セピオライトの化学分析値を表１に示す。また本
発明の合成粘土と天然産粘土（ニュージランドカオリ
ン、蛙目粘土）の化学分析値を表２に示す。

本発明の合成粘土は図１に示す手順に従って製造され
る。ここで、シリカフューム、水酸化アルミニウム、セ
ピオライトの３種の原料を用いて合成粘土を製造する場
合について説明すると、まずそれらの原料は湿式粉砕に
よって微粒・微細化される。この場合、各原料に水を加
え、ボールミル等の粉砕機によって湿式粉砕を行い、ス
ラリーを得る。粉砕機としては、湿式で粉砕、分散、微
粒・微細化できるものであればよく、公知のものを使用
できる。

４この湿式粉砕によって、シリカフューム、水酸化ア
ルミニウム、セピオライトの各原料は微粒・微細化さ
れ、いずれも平均粒径は0.4μｍ以下となる。

このようにして、シリカフューム、水酸化アルミニウ
ム、セピオライトの各スラリーが得られる。各スラリー
中の固形分含有率は任意に決定できるが、好ましい固形
分含有率としては、シリカフュームスラリーの場合は10
〜40重量％、水酸化アルミニウムスラリーの場合は20〜
60重量％、セピオライトスラリーの場合は１〜30重量％
である。

次いで、シリカフュームスラリーに水酸化アルミニウ
ムスラリーを混合し、この混合スラリーにセピオライト
スラリーを混合する。しかし、上記３種のスラリーを同
時に混合しても差支えない。

このようにして各原料のスラリーを混合した後、均一
に攪拌し、スラリー状の合成粘土を得る。得られた合成
粘土の平均粒径は0.4μｍ以下である。

スラリー状の合成粘土を脱水処理することにより、含
水粘土状の合成粘土が得られる。更にこの含水粘土状の
合成粘土を乾燥処理することにより塊状若しくは乾粉状
の合成粘土を得ることができる。

本発明の合成粘土は、天然産粘土類の代表的な成分で
あるカオリナイト族に近似した化学的組成を有する。

本発明の合成粘土を用いて図２に示す手順に従って合
成陶土を製造することができる。珪石20〜50重量％と長
石10〜40重量％からなる原料を湿式粉砕して微粒化し、
スラリーを得る。このスラリーに本発明合成粘土20〜40
重量％（乾燥重量としての重量％）を均一に混合攪拌し
た後、スクリーン分級し、次いで脱鉄処理を行う。この
脱鉄処理は、原料をマグネットフィルターに通すことに
よって行われる。この脱鉄処理によって原料中の鉄分が
除去され、鉄分含有量を低減できる。

脱鉄処理後、脱水処理を行い、真空土練機で混練する
ことにより合成陶土が得られる。

合成陶土製造に当って、図３に示すように、珪石、長
石以外に、原料としてカオリンを配合してもよい。この
場合の原料配合割合は、カオリン10〜20重量％、珪石30
〜35重量％、長石10〜25重量％、本発明合成粘土20〜30
重量％（乾燥重量としての重量％）である。

このように、原料の配合割合を調整することにより、
各種成形法や陶磁器に最も適した合成陶土を製造するこ
とが可能である。

以下、本発明の実施例を示す。

実施例1. シリカフューム35重量％、水酸化アルミニウム60重量
％、セピオライト５重量％からなる原料を用意し、ボー
ルミルを用いて湿式粉砕によって各原料を微粒・微細化
し、スラリーを得た。シリカフュームスラリーと水酸化
アルミニウムスラリーとを混合し、この混合スラリーに
セピオライトスラリーを混合して均一に攪拌し、平均粒
径0.3μｍの合成粘土を得た（以下、合成粘土Ａとい
う）。この混合攪拌に当って、分散剤0.1重量％を添加
混合した。

実施例2. 原料の配合割合をシリカフューム30重量％、水酸化ア
ルミニウム50重量％、セピオライト20重量％として、実
施例１と同様の方法により平均粒径0.2μｍの合成粘土
（以下、合成粘土Ｂという）を製造した。

実験1. 上記の如く得られた合成粘土Ａ及びＢについて、固形
分30％時における泥漿の流動性を測定した。比較のた
め、天然産粘土であるニュージランドカオリン及び蛙目
粘土についても同様に測定を行った。実験方法は以下の
通りである。

１）各粘土に200〜300％の水を加え、ボールミルを用
い、これを24時間運転してボールミル内で粘土を均一に
分散させ、解膠状態とした。

２）得られた低濃度の泥漿を吸引脱水装置にて高濃度化
し、固形分30％とした。

３）この固形分30％の泥漿を150メッシュの篩いに通し
た後、24時間放置し、エージングを行ない、試料とし
た。

４）東機産業（株）製デジタル粘度計DV−Ｂ型を用い、
ローターNo.6W、回転数0.5、1.0、2.5、5.0、10、20、5
0、100（rpm）、測定溶液温度12〜13℃の条件で各試料
の流動性を測定した。結果を表３に示す。

測定結果によれば、本発明の合成粘土Ａ、Ｂは、いず
れも天然産粘土より高い流動性を示しており、このこと
から本発明合成粘土は天然産粘土に比べ優れた可塑性を
有することが判る。

実験2. 合成粘土Ａ及びＢについて、乾燥曲げ強度を測定し
た。比較のため、ニュージランドカオリン及び蛙目粘土
についても同様に測定を行った。実験方法は以下の通り
である。

２）得られた低濃度の泥漿を吸引脱水装置にて高濃度化
し、各粘土の硬度が同等となるよう調整しながら練土状
の粘土を得た。

３）練土状の粘土を真空押出し成型機にて直径10mmの棒
状に押し出し、成形した。この成形の際、練土状の粘土
中の気泡を可能な限り脱気により除去した。

４）得られた成形体を歪みが発生しないよう密封状態で
吊り下げて自然乾燥を行った後、定温乾燥機に入れて10
0℃で完全に乾燥し、試料とした。

５）各試料につき三点曲げ試験方法により乾燥曲げ強度
を測定した。試験はJIS Ｒ 1601に準拠して行なっ
た。尚、スパンは90mmとし、荷重速度は1g/秒とした。
結果を表３に示す。

測定結果によれば、本発明の合成粘土Ａ、Ｂはいずれ
もニュージランドカオリンに比べ、高い乾燥曲げ強度を
示しており、このことから本発明合成粘土は高い生強度
を発現できることが判る。

実施例3. 原料の配合割合をシリカフューム41重量％、水酸化ア
ルミニウム54重量％、セピオライト５重量％として、実
施例１と同様の方法により平均粒径0.25μｍの合成粘土
を製造した。

珪石40重量％、長石25重量％からなる原料をボールミ
ルにより湿式粉砕してスラリーを得た。このスラリーに
上記の合成粘土35重量％（乾燥重量としての重量％）を
均一に混合攪拌した後、スクリーン分級、脱鉄処理、脱
水処理を行い、真空土練機で混練して合成陶土を得た。

この合成陶土について、JIS Ｌ 0803に準拠して白
色度を測定したところ、93.5であった。天然産粘土を用
いて製造した陶土の白色度は一般に、64.1〜92.9である
から、天然産粘土系陶土に比べ合成陶土は高い白色度を
示すことが判る。

また上記の如く得られた合成陶土について、JIS Ｒ
1601に準拠して曲げ強度を測定すると共に、JIS Ｒ
2205に準拠して吸水率を測定した。比較のため、天然
産粘土系陶土についても同様に曲げ強度及び吸水率を測
定した。上記の天然産粘土系陶土としては、珪石40重量
％、長石25重量％、ニュージランドカオリン35重量％の
配合割合からなる原料を用いて製造した陶土（以下、ニ
ュージランドカオリン系陶土という）及び珪石40重量
％、長石25重量％、蛙目粘土35重量％の配合割合からな
る原料を用いて製造した陶土（以下、蛙目粘土系陶土と
いう）を用いた。結果を表４に示す。

測定結果から、合成陶土は天然産粘土系陶土に比べ、
焼結速度が速く、磁器化が最も早く進むことが判る。こ
のことは、本発明粘土を用いて合成陶土を製造する場
合、天然産粘土を用いる場合よりも低温域での焼結が可
能であり、しかも強度に優れた焼成品を得ることができ
ることを示している。

産業上の利用可能性本発明の合成粘土は強度、可塑性等の物性において優
れており、陶磁器用製造原料として最適であり、近年枯
渇化しつつある良質の天然産粘土に置き代るものとして
有益である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 33/00 - 33/36 C04B 35/00 - 35/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質シリカ30〜65重量％、アルミナ三水
和物30〜65重量％及びセピオライト、パリゴルスカイ
ト、ベントナイトのうちの１種又は２種以上の混合物２
〜20重量％からなることを特徴とするセラミックス用合
成粘土。
【請求項２】非晶質シリカがシリカフュームである請求
の範囲第１項記載のセラミックス用合成粘土。
【請求項３】シリカフュームは平均粒径0.2μｍ以下で
あり、球形の粒子形状を有するものである請求の範囲第
２項記載のセラミックス用合成粘土。
【請求項４】アルミナ三水和物が水酸化アルミニウムで
ある請求の範囲第１項記載のセラミックス用合成粘土。
【請求項５】粘土粒子の平均粒径が0.4μｍ以下である
請求の範囲第１項記載のセラミックス用合成粘土。
【請求項６】シリカフューム30〜65重量％、水酸化アル
ミニウム30〜65重量％及びセピオライト２〜20重量％か
らなることを特徴とするセラミックス用合成粘土。
【請求項７】粘土粒子の平均粒径が0.4μｍ以下である
請求の範囲第６項記載のセラミックス用合成粘土。
【請求項８】非晶質シリカ30〜65重量％、アルミナ三水
和物30〜65重量％及びセピオライト、パリゴルスカイ
ト、ベントナイトのうちの１種又は２種以上の混合物２
〜20重量％からなる原料を用い、各原料を湿式粉砕によ
り微粒・微細化してスラリー状となし、各原料のスラリ
ーを均一に混合攪拌してスラリー状の合成粘土を得るよ
うにしたことを特徴とするセラミックス用合成粘土の製
造方法。
【請求項９】スラリー状の合成粘土を脱水処理して含水
粘土状の合成粘土を得るようにした請求の範囲第７項記
載のセラミックス用合成粘土の製造方法。
【請求項１０】スラリー状の合成粘土を脱水処理した
後、乾燥処理して塊状若しくは乾粉状の合成粘土を得る
ようにした請求の範囲第７項記載のセラミックス用合成
粘土の製造方法。