JP6292774B2 - セラミック多孔質体 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック多孔質体に関する。

例えば、水道水の浄化方法には、浮上・沈降、遠心分離・脱水、ろ過、膜分離、吸着、イオン交換等、様々な手段がある。実際の浄化方法は、それら手段の組み合わせによって実施されている。

このうち、ろ過は、通常、大きさが約１〜５０μｍ程度の懸濁物質を除去する手段である。このろ過に使用されるフィルタには様々な材質があり、その一つの材質にセラミック多孔質体がある。セラミック多孔質体のフィルタであれば、耐水性はもちろん、水道水の水圧（通常最大約０．７〜０．８ＭＰａ）に耐えることが可能な強度を提供でき、また、耐熱性や耐薬品性も提供可能である。

セラミック多孔質体のフィルタを用いてろ過を行う場合、大きさが数μｍ〜数１０μｍ程度の懸濁物質には、例えば、粒径制御をした原料を焼成することにより生じる粒子間空隙を利用したセラミック多孔質体が用いられ得る。

一方、珪藻土は、藻類の一種である珪藻の殻の化石よりなる堆積物である。珪藻土の殻は多数の細孔を持っている。細孔の直径は約０．１μｍである。以下、殻の細孔を殻孔という。珪藻土は、古くから広く用いられている材料であり、ろ過助剤、あるいは成形後、加熱したセラミック多孔質体として調湿材、脱臭剤等に用いられている。

珪藻土をろ過助剤として用いる場合には、殻孔を利用するのではなく、珪藻土を融剤（通常ソーダ灰が用いられる。）とともに仮焼し、過小な気孔を無くした多孔質の粉体として用いられる。

また、珪藻土を成形後、加熱したセラミック多孔質体として用いる場合には、殻孔を利用するために、特許文献１のような製造方法でセラミック多孔質体を製造している。この製造方法では、まず珪藻土とカルシウム成分とシリカ成分とからなるセラミック多孔質体用組成物を得る。カルシウム成分としては、生石灰、消石灰、ポルトランドセメント、貝殻粉末の焼成物を使用できるとされている。また、シリカ成分としては、珪石粉末、シリカゲル及び石炭灰の１種以上が用いられるとされている。得られたセラミック多孔質体用組成物は、水が添加されて混練された後、所定形状の成形体に成形される。成形体がオートクレーブ処理され、セラミック多孔質体が製造される。こうして得られたセラミック多孔質体は、珪藻土の殻孔からなる多数の気孔を有している。このセラミック多孔質体は、気孔が殻孔からなり、気孔の直径が非常に小さいことから、脱臭材等に採用され得るようである。

その他、珪藻土を用いたセラミック多孔質体として、様々なものが作られてはいるが、従来では、成形性や焼結性の付与のために、粘土やガラス等の溶剤を珪藻土に添加したり（特許文献２、特許文献３）、粘土を多く含んだ珪藻土を用いたりしている。

特開２００７−６３０８４号公報 特表２００９−５３９５８９号公報 特開平１１−３４３１６６号公報

しかし、上記従来のセラミック多孔質体は、珪藻土の殻孔によって気孔が構成されているため、気孔の直径が小さすぎる。このため、このセラミック多孔質体は用途が限定されやすい。

例えば、粒径が１μｍ付近の懸濁物質には、大腸菌（大きさ約１〜６μｍ）を含む細菌類のほとんどや、クリプトスポリジウム（大きさ約３〜８μｍ）等の原生動物の全てが含まれており、こうした懸濁物質を除去することは水道水の浄化において非常に有用である。

従来のセラミック多孔質体の製造方法では、粒径が１μｍ付近の懸濁物質を除去できる水道水のフィルタとしても使用可能な、気孔の体積割合が大きく、好適な直径の気孔を有するセラミック多孔質体が得られていない。仮に、粒径制御をした原料を焼成することにより生じる粒子間空隙を利用したセラミック多孔質体により、大きさが１μｍ付近の懸濁物質を除去する場合には、例えば、膜状のセラミック多孔質体からなるフィルタのように、支持層とその表面の分離層とからなる二層以上の構造のセラミック多孔質体がしばしば使用される。しかしながら、このようなセラミック多孔質体は、製造技術も非常に高度であり、製造コストも非常に高い。

このため、古くから広く用いられている珪藻土を使用して、粒径が１μｍ付近の懸濁物質を除去できる好適な直径の気孔を有し、かつ気孔の体積割合の大きな一体型セラミック多孔質体を得ることができれば、水道水の浄化用フィルタとして実用的である。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、より広い用途で実用可能なセラミック多孔質体を提供することを解決すべき課題としている。

本発明のセラミック多孔質体を得るためのセラミック多孔質体用組成物は、殻に多数の細孔である殻孔を有する珪藻土と、水酸化カルシウムとからなり、
成形後、焼成されることにより多数の気孔を有するセラミック多孔質体とされ、
前記セラミック多孔質体は、前記気孔の直径が前記殻孔の直径より大きく、直径が３μｍ以上の大きさの前記気孔の体積割合が１０％以下であり、直径が１μｍ未満の大きさの前記気孔の体積割合が１５％以下であり、前記気孔の体積割合が６０％以上であることを特徴とする。

また、本発明のセラミック多孔質体は、セラミック多孔質体用組成物から製造され、多数の気孔を有するセラミック多孔質体において、
前記セラミック多孔質体用組成物は、殻に多数の細孔である殻孔を有する珪藻土と、水酸化カルシウムとからなり、
前記気孔の直径は、前記殻孔の直径より大きく、
直径が３μｍ以上の大きさの前記気孔の体積割合が１０％以下であり、直径が１μｍ未満の大きさの前記気孔の体積割合が１５％以下であり、前記気孔の体積割合が６０％以上であることを特徴とする。

珪藻土は、殻が殻孔をもっている一方、よく知られているように、一般的な土や砂と同様、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ等の成分を有している。このため、珪藻土に加えられる一般的なカルシウム成分として、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）と水酸化カルシウム（消石灰、Ｃａ（ＯＨ）₂）とがある。

しかし、発明者らの試験結果によれば、珪藻土と炭酸カルシウムとによりセラミック多孔質体用組成物を構成すれば、このセラミック多孔質体用組成物を成形後、焼成したとしても、特許文献１のセラミック多孔質体と同様、気孔が珪藻土の殻孔によって構成されたセラミック多孔質体しか得られない。つまり、そのセラミック多孔質体用組成物では、気孔の直径が小さすぎるセラミック多孔質体しか得られない。

一方、発明者らの試験結果によれば、珪藻土と水酸化カルシウムとによりセラミック多孔質体用組成物を構成すれば、このセラミック多孔質体用組成物を成形後、焼成することにより、気孔の直径が珪藻土の殻孔の直径よりも大きいセラミック多孔質体を得ることができる。焼成後のセラミック多孔質体の結晶構造はクリストバライトであり、曲げ強度は７ＭＰａであった。本発明のセラミック多孔質体を得るためのセラミック多孔質体用組成物によれば、焼成により、珪藻土の殻孔を残存させず、又はあまり残存させず、珪藻土の殻と殻との間に新たに所望の直径の気孔を生じさせていると考えられる。

また、本発明のセラミック多孔質体を得るためのセラミック多孔質体用組成物は、珪藻土と水酸化カルシウムとからなり、上記特許文献１のセラミック多孔質体用組成物のように、他のシリカ成分を含有しない。また、このセラミック多孔質体用組成物は、成形後、焼成されることによりセラミック多孔質体とされ、上記特許文献１のセラミック多孔質体用組成物のように、オートクレーブ処理されない。上記特許文献１のセラミック多孔質体用組成物は、セラミック多孔質体の気孔を珪藻土の殻孔によって構成しようとしているのに対し、このセラミック多孔質体用組成物は、セラミック多孔質体の気孔を珪藻土の殻孔に頼らず、珪藻土の殻自体によって再構成しているからである。

なお、本発明のセラミック多孔質体を得るためのセラミック多孔質体用組成物は分散相の分散質とされる。このため、成形の際には、水や有機溶媒の分散媒にこのセラミック多孔質体用組成物を分散質として分散させるとともに、解膠剤等の分散剤や成形助剤を添加することが可能である。分散剤や成形助剤としては、ＰＶＡ、ＣＭＣ、ワックス等を採用することが可能である。

発明者らは、特に、粒径が１μｍ付近より大きな懸濁物質を除去することができるセラミックフィルタとして使用可能で、実用的な一体型のセラミック多孔質体を所望した。このため、得られたセラミック多孔質体の気孔分布のうち、（１）直径が３μｍ以上の大きさの気孔の体積割合が少ないこと（１０％以下）、（２）直径が１μｍ未満の大きさの気孔の体積割合が少ないこと（１５％以下）、（３）気孔の体積割合が高いこと（６０％以上）、及び（４）得られたセラミック多孔質体の強度がある程度以上であること（５ＭＰａ以上）を設定した。

（１）〜（３）の条件の設定は以下の理由に基づく。（１）の条件は、直径が３μｍ以上の大きさの気孔の体積割合が多くなると、粒径が１μｍ付近以上の大きさの懸濁物質を通過させてしまう貫通孔ができやすくなってしまう。（２）の条件は、直径が１μｍ未満の大きさの気孔の体積割合が多くなると、ろ過時の水の圧損が大きくなる。（３）の条件も、同様に気孔の体積割合が小さくなると、それだけ水の圧損が大きくなり、ろ過用フィルタとしては性能が落ちる。すなわち、粒径が１μｍ付近より小さい懸濁物質は他の方法を併用することによって除去すればよい。また、（４）の条件は、水道水の圧力が通常０．２〜０．４ＭＰａ程度であり、目詰まりによりフィルタにかかる圧力が上がることを想定して設定した。

セラミック多孔質体の製造方法は、セラミック多孔質体用組成物を得、前記セラミック多孔質体用組成物を成形した成形品を得、前記成形品を焼成して多数の気孔を有するセラミック多孔質体を得る製造方法であって、
珪藻土と水酸化カルシウムとの合計を１００質量％とした場合の水酸化カルシウムの割合を横軸、焼成温度を縦軸としたグラフにおいて、
水酸化カルシウムの割合が１５質量％未満であり、焼成温度が１０５０〜１２５０°Ｃであり、
直径が３μｍ以上の前記気孔が１０％以下の体積割合で存在している場合の第１曲線で囲まれた第１範囲を設定し、
直径が１μｍ未満の前記気孔が１５％以下の体積割合で存在している場合の第２曲線で囲まれた第２範囲を設定し、
前記気孔が６０％以上の体積割合で存在している場合の第３曲線で囲まれた第３範囲を設定し、
前記第１範囲、前記第２範囲及び前記第３範囲内の前記セラミック多孔質体用組成物を用いるとともに、前記第１範囲、前記第２範囲及び前記第３範囲内の温度で前記成形品を焼成することを特徴とする。

発明者らの試験結果によれば、第１範囲内のセラミック多孔質体用組成物を第１範囲内の温度で焼成すれば、そのセラミック多孔質体は、過大な気孔をあまり有しておらず、水をろ過するフィルタ等として好適なものとなる。

グラフ上で直径が３μｍ以上の気孔が５％以下の体積割合で存在している場合の第１曲線で囲まれた第１範囲を設定し、第１範囲内のセラミック多孔質体用組成物を用いるとともに、第１範囲内の温度で成形品を焼成することがより好ましい。

また、セラミック多孔質体の製造方法は、直径が１μｍ未満の前記気孔が１５％以下の体積割合で存在している場合の第２曲線で囲まれた第２範囲を設定し、
前記第２範囲内の前記セラミック多孔質体用組成物を用いるとともに、前記第２範囲内の温度で成形品を焼成することが好ましい。

発明者らの試験結果によれば、第２範囲内のセラミック多孔質体用組成物を第２範囲内の温度で焼成すれば、そのセラミック多孔質体は、過小な気孔をあまり有しておらず、水をろ過するフィルタ等として好適なものとなる。

グラフ上で直径が１μｍ未満の気孔が１０％以下、より好ましくは５％以下の体積割合で存在している場合の第２曲線で囲まれた第２範囲を設定し、第２範囲内のセラミック多孔質体用組成物を用いるとともに、第２範囲内の温度で成形品を焼成することがより好ましい。

さらに、セラミック多孔質体の製造方法は、前記気孔が６０％以上の体積割合で存在している場合の第３曲線で囲まれた第３範囲を設定し、
前記第３範囲内の前記セラミック多孔質体用組成物を用いるとともに、前記第３範囲内の温度で成形品を焼成することが好ましい。

発明者らの試験結果によれば、第３範囲内のセラミック多孔質体用組成物を第３範囲内の温度で焼成すれば、そのセラミック多孔質体は、気孔を高い体積割合で含み、水をろ過するフィルタ等として好適なものとなる。

グラフ上で気孔の体積割合が６２％以上で存在している場合の第３曲線で囲まれた第３範囲を設定し、第３範囲内のセラミック多孔質体用組成物を用いるとともに、第３範囲内の温度で成形品を焼成することがより好ましい。

本発明のセラミック多孔質体は、より高い実用性を発揮可能である。

試験１に係り、３種のセラミック多孔質体における気孔分布を示すグラフである。 試験２に係り、図（Ａ）及び図（Ｂ）共に、珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を７００°Ｃで焼成したセラミック多孔質体の４０００倍のＳＥＭ写真である。 試験２に係り、図（Ａ）及び図（Ｂ）共に、珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を９５０°Ｃで焼成したセラミック多孔質体の４０００倍のＳＥＭ写真である。 試験２に係り、図（Ａ）及び図（Ｂ）共に、珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を１１００°Ｃで焼成したセラミック多孔質体の４０００倍のＳＥＭ写真である。 試験２に係り、図（Ａ）及び図（Ｂ）共に、珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を１１６０°Ｃで焼成したセラミック多孔質体の４０００倍のＳＥＭ写真である。 試験２に係り、図（Ａ）及び図（Ｂ）共に、珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を１２００°Ｃで焼成したセラミック多孔質体の４０００倍のＳＥＭ写真である。 試験３に係り、珪藻土が１００質量％であり、水酸化カルシウムが０質量％のセラミック多孔質体用組成物を５種の温度で焼成したセラミック多孔質体についての焼成温度と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、珪藻土が９７質量％であり、水酸化カルシウムが３質量％のセラミック多孔質体用組成物を５種の温度で焼成したセラミック多孔質体についての焼成温度と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、珪藻土が９４質量％であり、水酸化カルシウムが６質量％のセラミック多孔質体用組成物を５種の温度で焼成したセラミック多孔質体についての焼成温度と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、珪藻土が９１質量％であり、水酸化カルシウムが９質量％のセラミック多孔質体用組成物を５種の温度で焼成したセラミック多孔質体についての焼成温度と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、珪藻土が８８質量％であり、水酸化カルシウムが１２質量％のセラミック多孔質体用組成物を５種の温度で焼成したセラミック多孔質体についての焼成温度と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、珪藻土が８５質量％であり、水酸化カルシウムが１５質量％のセラミック多孔質体用組成物を５種の温度で焼成したセラミック多孔質体についての焼成温度と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、６種のセラミック多孔質体用組成物を１０５２°Ｃの温度で焼成したセラミック多孔質体についての水酸化カルシウムの割合と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、６種のセラミック多孔質体用組成物を１１０６°Ｃの温度で焼成したセラミック多孔質体についての水酸化カルシウムの割合と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、６種のセラミック多孔質体用組成物を１１６９°Ｃの温度で焼成したセラミック多孔質体についての水酸化カルシウムの割合と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、６種のセラミック多孔質体用組成物を１２１６°Ｃの温度で焼成したセラミック多孔質体についての水酸化カルシウムの割合と気孔分布との関係を示すグラフである。 試験３に係り、６種のセラミック多孔質体用組成物を１２６０°Ｃの温度で焼成したセラミック多孔質体についての水酸化カルシウムの割合と気孔分布との関係を示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、３μｍ以上の気孔の体積割合を示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、１μｍ未満の気孔の体積割合を示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、気孔率を示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、３μｍ以上の気孔の体積割合を示すグラフと、１μｍ未満の気孔の体積割合を示すグラフと、気孔率とを示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、気孔の直径の平均を示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、嵩比重を示すグラフである。 珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを異ならせたセラミック多孔質体において、見掛け比重を示すグラフである。 試験４のろ過試験に係り、ろ過前の試験液の粒度分布を示すグラフである。 試験４のろ過試験に係り、ろ過後の試験液の粒度分布を示すグラフである。

以下、本発明を試験１〜４によって説明する。
試験１は、珪藻土に添加するカルシウム成分の種類の選定に関する。
試験２は、組成物の焼成温度の選定に関する。
試験３は、珪藻土に添加する水酸化カルシウムの量と、焼成温度との関係に関する。
試験４は、得られたセラミック多孔質体を使用し、水の懸濁物をろ過した結果に関する。

（試験１）
用意した珪藻土の特性を表１に示す。水酸化カルシウムはＪＩＳ工業用消石灰１号を使用した。使用した珪藻土の組成、水酸化カルシウムの組成及び炭酸カルシウムの組成を表２に示す。

珪藻土が９１質量％であり、炭酸カルシウムが９質量％のセラミック多孔質体用組成物１００質量％に対し、水３５質量％及びＰＶＡ２．５質量％を添加して混練し、混練物とした。次いで、混練物をプレス成形し、１２０°Ｃ乾燥炉で３時間以上乾燥して成形品とした。これを最高温度１１６０°Ｃで焼成し、セラミック多孔質体を得た。

また、珪藻土が９１質量％であり、水酸化カルシウムが９質量％のセラミック多孔質体用組成物を用い、上記と同様にして成形体を用意した。これを最高温度１１００°Ｃ又は１１８０°Ｃで焼成し、セラミック多孔質体を得た。

３種のセラミック多孔質体における気孔分布を図１に示す。

（評価１）
図１より、炭酸カルシウムを使用したセラミック多孔質体は１１６０°Ｃで焼成を行っても、気孔分布のピークは気孔の直径１μｍ付近である。これは元の珪藻土の殻孔が残存している、あるいは、残存している量が多いものと考えられる。一方、水酸化カルシウムを使用したセラミック多孔質体は、気孔分布のピークがより気孔の直径の大きい側へシフトしている。これは、珪藻土の殻孔が残存していない、あるいは残存している量が少ないものと考えられる。この結果から、今回の課題に対しては、水酸化カルシウムを用いる方が好ましい。

（考察１）
ＳｉＯ₂質原料とカルシウム質原料との反応ということでは、例えば、オートクレーブ処理により珪酸カルシウムを製造する場合、カルシウム質原料として、炭酸カルシウムではなく、水酸化カルシウムが通常用いられる。このＳｉＯ₂−ＣａＯ−Ｈ₂Ｏ系での低温時の反応において、炭酸カルシウムは化学的に安定で反応し難く、より反応性の高い水酸化カルシウムが選択されているものと考えられる。

本発明においては、オートクレーブ処理ではなく、焼成によって珪藻土の殻孔をガラス化溶融して塞ぐことを狙いとしている。しかし、混練物は水も含んでいるため、焼成前の段階においても、ＳｉＯ₂−ＣａＯ−Ｈ₂Ｏ系での何らかの反応が起こっていることが考えられる。水酸化カルシウムを使用すれば、自然とこうした反応を利用することになり、効率的に珪藻土とカルシウム成分とを反応させることができるとも考えられる。逆に、炭酸カルシウムを使用した場合には低温時での反応が起こり難いために、試験１のような結果になったとも考えられる。

なお、カルシウム質原料として酸化カルシウム（生石灰、ＣａＯ）を使用することにより、水酸化カルシウムを使用した場合と同様の結果が得られることも考えられるが、酸化カルシウムは水との反応により発熱することから混練、成形時の扱いが難しく、本発明の課題の解決方法として適していないと思われる。

炭酸カルシウムを使用する場合においても、さらに添加量を増やす、さらに焼成温度を高くする、あるいは混練物、成形体の養生時間を取る等によって、水酸化カルシウムの使用時と同様の結果が得られることも考えられる。しかし、その場合には、相対的な珪藻土の使用量の減少や焼成温度が高いことによる焼成収縮により、得られるセラミック多孔質体の気孔の体積割合が小さくなることが考えられる。また、効率という面からも、本発明の課題の解決方法に対して適しているとは言えない。

（試験２）
珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を用い、試験１と同様にして成形体を用意した。これを最高温度７００°Ｃ、９５０°Ｃ、１１００°Ｃ、１１６０°Ｃ又は１２００°Ｃで焼成し、セラミック多孔質体を得た。

５種の焼成温度で焼成したセラミック多孔質体の４０００倍の走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;ＳＥＭ)写真を図２〜６に示す。

（評価２）
図２及び図３からわかるように、珪藻土と水酸化カルシウムとからなるセラミック多孔質体用組成物は、最高温度が７００°Ｃでは未だ十分な焼成が行われておらず、最高温度が９５０°Ｃでも珪藻土の殻孔が残存し、好ましくない。一方、図４〜６からわかるように、このセラミック多孔質体用組成物は、最高温度を１１００〜１２００°Ｃとすることにより、珪藻土の殻孔が残存しておらず、あるいは残存する量が少なく、珪藻土の殻と殻との間に所望の径の気孔を生じさせており、好ましい。

（試験３）
表３に示す割合で珪藻土と水酸化カルシウムとを乾式混合し、セラミック多孔質体用組成物である組成物１〜６とした。

各組成物１〜６を用い、試験１と同様にして成形品１〜６を得た。各成形品１〜６を最高温度１０５２°Ｃ、１１０６°Ｃ、１１６９°Ｃ、１２１６°Ｃ又は１２６０°Ｃで焼成した。こうして、セラミック多孔質体を得た。

組成物１〜６のセラミック多孔質体用組成物を用い、５種の温度で焼成したセラミック多孔質体における焼成温度と気孔径分布との関係を図７〜１２に示す。また、５種の温度で焼成したセラミック多孔質体における水酸化カルシウムの割合と気孔分布との関係を図１３〜１７に示す。

（評価３）
図７〜１７より、珪藻土と水酸化カルシウムとによりセラミック多孔質体用組成物を構成すれば、このセラミック多孔質体用組成物を成形後、焼成することにより、気孔の直径が珪藻土の殻孔の直径よりも大きいセラミック多孔質体を得ることができることが確認できる。

上記図７〜１７の結果に基づき、珪藻土と水酸化カルシウムとの合計を１００質量％とした場合の水酸化カルシウムの割合を横軸、焼成温度を縦軸としたグラフにおいて、水酸化カルシウムの割合が１５質量％未満であり、焼成温度が１０５０〜１２５０°Ｃであり、セラミック多孔質体の直径が３μｍ以上の気孔の体積割合を求めた。結果を図１８に示す。

図１８に示すように、セラミック多孔質体の直径が３μｍ以上の気孔が１０％以下の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第１曲線Ｃ１によって区画される。この第１曲線Ｃ１で囲まれた第１範囲Ａ１内のセラミック多孔質体用組成物が第１範囲Ａ１内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、過大な気孔をあまり有しておらず、水をろ過するフィルタとして好適なものとなる。

セラミック多孔質体の直径が３μｍ以上の気孔が５％以下の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第１曲線Ｃ１１によって区画される。この第１曲線Ｃ１１で囲まれた第１範囲Ａ１１内のセラミック多孔質体用組成物が第１範囲Ａ１１内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、過大な気孔をより有しておらず、水をろ過するフィルタとしてさらに好適なものとなる。

上記図７〜１７の結果に基づき、同種のグラフにおいて、セラミック多孔質体の直径が１μｍ未満の気孔の体積割合を求めた。結果を図１９に示す。

図１９に示すように、セラミック多孔質体の直径が１μｍ未満の気孔が１５％以下の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第２曲線Ｃ２によって区画される。この第２曲線Ｃ２で囲まれた第２範囲Ａ２内のセラミック多孔質体用組成物が第２範囲Ａ２内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、過小な気孔をあまり有しておらず、水をろ過するフィルタとして好適なものとなる。

セラミック多孔質体の直径が１μｍ未満の気孔が１０％以下の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第２曲線Ｃ２１によって区画される。この第２曲線Ｃ２１で囲まれた第２範囲Ａ２１内のセラミック多孔質体用組成物が第２範囲Ａ２１内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、過小な気孔をより有しておらず、水をろ過するフィルタとしてさらに好適なものとなる。

セラミック多孔質体の直径が１μｍ未満の気孔が５％以下の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第２曲線Ｃ２２によって区画される。この第２曲線Ｃ２２で囲まれた第２範囲Ａ２２内のセラミック多孔質体用組成物が第２範囲Ａ２２内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、過小な気孔をさらに一層有しておらず、水をろ過するフィルタとしてさらに一層好適なものとなる。

上記図７〜１７の結果に基づき、同種のグラフにおいて、気孔の体積割合を求めた。結果を図２０に示す。

図２０に示すように、セラミック多孔質体の気孔が６０％以上の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第３曲線Ｃ３によって区画される。この第３曲線Ｃ３で囲まれた第３範囲Ａ３内のセラミック多孔質体用組成物が第３範囲Ａ３内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、気孔を高い体積割合で含み、水をろ過するフィルタとして好適なものとなる。

セラミック多孔質体の気孔がより高い６２％以上の体積割合で存在している場合は、グラフ上で第３曲線Ｃ３１によって区画される。この第３曲線Ｃ３１で囲まれた第３範囲Ａ３１内のセラミック多孔質体用組成物が第３範囲Ａ３１内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は、気孔をより高い体積割合で含み、水をろ過するフィルタとしてさらに一層好適なものとなる。

図１８〜２０を重ね合わせると、図２１が得られる。図２１において、第１〜３曲線Ｃ１〜Ｃ３で囲まれた範囲Ｂ内のセラミック多孔質体用組成物が範囲Ｂ内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は水をろ過するフィルタとして好適なものとなる。特に、第１〜３曲線Ｃ１１〜Ｃ３１で囲まれた範囲Ｄ内のセラミック多孔質体用組成物が範囲Ｄ内の温度で焼成されれば、そのセラミック多孔質体は水をろ過するフィルタとして最適なものとなる。

同種のグラフにおいて、セラミック多孔質体の気孔の直径の平均を求めた。結果を図２２に示す。

図２２に示すように、珪藻土と水酸化カルシウムとよりなるセラミック多孔質体用組成物は、焼成温度がより高いほど、あるいは、水酸化カルシウムの添加割合がより大きいほど直径の大きな気孔を持つ多孔質体を得られ、この２つのパラメータに対しては依存関係がみられる。しかし、図２０に示したように、気孔の体積割合は単純な依存関係とはなっておらず、ある範囲において、極大を示している。

（考察２）
珪藻土と水酸化カルシウムとの焼成時の反応においては、まず、珪藻土と水酸化カルシウムのガラス化反応が殻孔部分で選択的に起き、これにより、殻孔が溶融し塞がっているものと思われる。このとき、殻孔部分以外の珪藻土のＳｉＯ₂は、そのままクリストバライト化しているものと考えられる。続いて反応が進むと、珪藻土の殻が全体として焼成収縮していくと考えられる。この反応は、水酸化カルシウムの量が多いほど、あるいは、焼成温度が高いほど、起こりやすいようである。

水酸化カルシウムの添加量と焼成温度との関係において、珪藻土の殻孔部分が選択的にガラス化し、珪藻土の殻自体は収縮せずにその大きさをほぼ保っているような場合、本発明のセラミック多孔質体は、気孔の体積割合が最大になると考えられる。さらに反応が進むと、珪藻土の殻自体の収縮による珪藻土の殻間の空隙が大きくなることにより、気孔の直径は大きくなる。但し、焼成体全体も収縮することから、気孔の体積割合は低くなっていくものと考えられる。このことが図２２における気孔の直径の平均の分布と、図２０における気孔の体積割合の分布とに相関が無いことの理由と思われる。

なお、図２２に示したように、セラミック多孔質体に気孔の直径の平均の所望があれば、グラフに基づいて珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを設定し、その範囲内のセラミック多孔質体用組成物をその範囲内の温度で焼成すればよい。

図２３に示すように、同種のグラフにセラミック多孔質体の嵩比重を記す。セラミック多孔質体に嵩比重の所望があれば、グラフに基づいて珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを設定し、その範囲内のセラミック多孔質体用組成物をその範囲内の温度で焼成すればよい。

図２４に示すように、同種のグラフにセラミック多孔質体の見掛け比重を記す。セラミック多孔質体に見掛け比重の所望があれば、グラフに基づいて珪藻土及び水酸化カルシウムの割合と焼成温度とを設定し、その範囲内のセラミック多孔質体用組成物をその範囲内の温度で焼成すればよい。

なお、このセラミック多孔質体の曲げ強度は、７ＭＰａ程度（６〜８ＭＰａ）であった。水道水のろ過には充分な強度を有していると言える。

（試験４）
珪藻土が９３．５質量％であり、水酸化カルシウムが６．５質量％のセラミック多孔質体用組成物を用い、試験１と同様にして成形体を用意した。これを最高温度１１６０°Ｃで焼成し、セラミック多孔質体を得た。このセラミック多孔質体をろ過試験に供した。図２５にはろ過前の試験液の粒度分布を示す。図２６にはろ過後の試験液の粒度分布を示す。

図２５及び図２６より、このセラミック多孔質体は水中の１μｍ程度よりおおきな懸濁物をろ過するフィルタとして好適であることがわかる。

これまでの試験で示したように、このセラミック多孔質体用組成物を用いれば、特に高度な製造技術を用いることなく、組成と焼成温度の選定により、実用可能なセラミック多孔質体が得られる。

以上において、本発明を試験１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明は、セラミックフィルタ、吸着材等に利用可能である。

Ｃ１、Ｃ１１…第１曲線
Ａ１、Ａ１１…第１範囲
Ｃ２、Ｃ２１、Ｃ２２…第２曲線
Ａ２、Ａ２１、Ａ２２…第２範囲
Ｃ３、Ｃ３１…第３曲線
Ａ３、Ａ３１…第３範囲

Claims (3)

1. セラミック多孔質体用組成物から製造され、多数の気孔を有するセラミック多孔質体において、
   前記セラミック多孔質体用組成物は、殻に多数の細孔である殻孔を有する珪藻土と、水酸化カルシウムとからなり、
   前記気孔の直径は、前記殻孔の直径より大きく、
   直径が３μｍ以上の大きさの前記気孔の体積割合が１０％以下であり、直径が１μｍ未満の大きさの前記気孔の体積割合が１５％以下であり、前記気孔の体積割合が６０％以上であることを特徴とするセラミック多孔質体。
2. 直径が３μｍ以上の大きさの前記気孔の体積割合が５％以下であり、直径が１μｍ未満の大きさの前記気孔の体積割合が１０％以下であり、前記気孔の体積割合が６２％以上である請求項１記載のセラミック多孔質体。
3. 強度が５ＭＰａ以上である請求項１又は２記載のセラミック多孔質体。

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