专利名称：蜂窝过滤器用基材及其制造方法、以及蜂窝过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝过滤器、以及蜂窝过滤器用基材及其制造方法，更详细地说，本发明涉及去除杂质效果优异的同时，流体透过量(即处理能力)也大的蜂窝过滤器以及能够适宜地用来制造这种蜂窝过滤器的蜂窝过滤器用基材及其制造方法。
背景技术：
近年来，在水处理、医药和食品领域等广泛领域，为了去除混杂在流体(液体、气体)中的悬浮物质、细菌、粉尘等杂质，使用了以多孔陶瓷体为过滤材料的过滤器。
作为上述过滤器，广泛使用的是由如图2所示的具有许多细孔的多孔陶瓷体构成的、具有被隔壁分开的成为流体的流路的多个小室23的(下面，将这种形状叫做“蜂窝状”)的蜂窝过滤器22。
对于如上所述的蜂窝过滤器，当把处理对象的流体(被处理流体)供给到多个小室内时，该流体就会从小室内透过构成蜂窝过滤器的多孔陶瓷体并从其外周面流出，此时就会去除悬浮物质等。从而，通过形成在用密封材料(O环等)液密性地隔离蜂窝过滤器的外周面侧和小室开口端面侧的状态将其内置于套管内的结构，就可以回收被净化的流体(完成净化的流体)。
另外，蜂窝过滤器多是采用具有基材和过滤膜的结构，所述基材是由具有许多细孔的多孔陶瓷体构成，并且具有被隔壁分开的、成为流体流路的多个小室；所述过滤膜则是形成于分开多个小室的隔壁表面，并且由平均细孔径小于基材的多孔体构成(例如参照特开2001-260117号公报、特开2001-340718号公报)。
如上所述的构造中，通过以小于杂质的粒径的方式构成过滤膜的平均细孔径(0.01～1.0μm左右)，可以确保去除杂质的性能，另一方面，通过以大于过滤膜的方式构成基材的平均粒径(1～几百μm左右)，可以降低流体透过基材内部时的流动阻力，增大流体透过量，同时提高处理能力。也就是说，为了构成流体透过量大且处理能力高的蜂窝过滤器，可以尽量增大基材的平均细孔径。
但是，对于平均细孔径大的基材，如果要在分开多个小室的隔壁表面形成平均细孔径小于基材的过滤膜，就会存在如下的问题。
即，制造蜂窝过滤器时，其过滤膜通常是通过在基材的隔壁表面(即小室内壁)附着含有骨材粒子的浆液而得到制膜体后，干燥并烧成该制膜体而形成，如果要形成平均细孔径小的过滤膜，就必须使用含有平均粒径小的骨材粒子的浆液来制膜。但是，如果要在平均细孔径大的基材的隔壁表面(即小室内壁)附着含有平均粒径小的骨材粒子的浆液，浆液中的骨材粒子不仅会在基材的隔壁表面，还会进入到基材的细孔内部，导致基材细孔堵塞。从而，存在的问题是，不能像期待的那样，增大过滤器的流体透过量，提高处理能力。
作为避免上述问题的方法，也考虑了在基材与过滤膜之间形成由平均细孔径在基材和过滤膜中间的多孔体构成的中间膜的方法。根据该方法，浆液中的骨材粒子在中间膜的表面被捕获，可以防止浆液中的骨材粒子进入到基材的细孔内部，但是过滤膜和中间膜的合计膜厚变大，流体在该部分的流动阻力会增大。从而，即使采用该方法，也不能增大过滤器的流体透过量，提高处理能力。
发明内容
本发明是鉴于所述以往技术中存在的问题而进行的，其目的在于提供去除杂质性能优异的同时、流体透过量大、处理能力高这样具有有益效果的蜂窝过滤器，具体来讲，其目的在于提供适宜地用于制造这种蜂窝过滤器的蜂窝过滤器用基材及其制造方法。
本发明人为了解决上述课题进行了刻苦研究，其结果发现通过使构成蜂窝过滤器用基材的多孔陶瓷体的50％细孔径(d50)处于8.5～13μm范围内，同时把分开多个小室的隔壁的平均表面粗糙度控制在3.0～5.5μm范围内，可以解决上述课题，从而完成了本发明。即，本发明提供如下的蜂窝过滤器用基材及其制造方法、以及蜂窝过滤器。
蜂窝过滤器用基材，其由具有许多细孔的多孔陶瓷体构成，具有被隔壁分开的成为流体流路的多个小室，所述多孔陶瓷体的50％细孔径(d50)在8.5～13(μm)范围内，并且所述分开多个小室的隔壁的平均表面粗糙度在3.0～5.5(μm)范围内。
这里，“50％细孔径(d50)”是根据水银压入法测定的细孔径，是指当压入到多孔体的水银的累积容积为多孔体的全细孔容积的50％时从压力计算出的细孔径。
蜂窝过滤器用基材的制造方法，至少混合、混炼骨材粒子和水而制成坯料，将所述坯料成形为具有被隔壁分开的成为流体流路的多个小室的蜂窝状，并干燥而得到蜂窝成形体，再通过烧成所述蜂窝成形体得到蜂窝过滤器用基材，对于所使用的所述骨材粒子，50％粒径(D50)在50～70(μm)范围内，同时所述50％粒径(D50)在25％粒径(D25)和75％粒径(D75)之间满足下述式(1)和下述式(2)的关系0.4≤D25/D50…(1)D75/D50≤1.4…(2)这里，“x％粒径(Dx)”是根据筛分法测定的粉末粒径，是指使用公称孔径不同的多个筛子，由筛子的孔径和筛子上的粉末质量之间的关系制成的粒度分布曲线，在该粒度分布曲线中粉末的积算质量为其全体质量的x％时的粒径。
权利要求2所述的蜂窝过滤器用基材的制造方法，所使用的所述骨材粒子为，所述50％粒径(D50)在与所述蜂窝过滤器用基材的隔壁厚度(W)之间满足下述式(3)的关系D50/W≤0.12…(3)。
蜂窝过滤器，其具有上述[1]所述的蜂窝过滤器用基材、中间膜和过滤膜，所述中间膜形成于所述蜂窝过滤器用基材的用来分开所述多个小室的隔壁的表面，并且由50％细孔径(d50)比构成所述基材的多孔陶瓷体小的多孔体构成；所述过滤膜形成于所述中间膜的表面，并且由50％细孔径(d50)比构成所述中间膜的多孔体小的多孔体构成。
图1是示意地表示蜂窝过滤器用基材的一个实施方式的主视图，表示从小室开口端面侧看到的结构。
图2是示意地表示蜂窝过滤器的一个实施方式的斜视图。
具体实施例方式
本发明人在开发本发明的蜂窝过滤器时，首先，针对在基材和过滤膜之间形成由平均细孔径处于基材和过滤膜中间的多孔体构成的中间膜的方法，研究了过滤膜和中间膜的合计膜厚增大，从而流体的流动阻力在该部分增加的原因。其结果是，发现以往是为了尽可能形成平滑的中间膜表面，才形成厚的中间膜这样的事实。
对于为过滤膜底层的中间膜的表面，为了防止过滤膜发生膜缺陷，需要尽可能地平滑。但是，由于以往的基材的隔壁表面粗糙，凹凸程度大，因此在形成中间膜时，首先需要填埋隔壁的凹凸。并且，为了尽可能形成平滑的中间膜的表面，不得不使中间膜的膜厚增厚。
因此，在本发明中，就使构成蜂窝过滤器用基材的多孔陶瓷体的50％细孔径(d50)处于8.5～13μm范围内，同时将分开多个小室的隔壁的平均表面粗糙度控制在3.0～5.5μm范围内。
这样，基材隔壁的表面变得较为平滑，凹凸程度变小，因此形成中间膜时，不需要填埋隔壁的凹凸，即使中间膜薄，也可以使其表面平滑。从而，可以在防止过滤膜发生缺陷的同时，减小过滤膜和中间膜的合计膜厚，从而可以减小流体在该部分的流动阻力。即，能够增大流体透过量，提高处理能力。
下面，具体地说明本发明的蜂窝过滤器用基材及其制造方法、以及蜂窝过滤器的实施方式。
(1)蜂窝过滤器用基材本发明的蜂窝过滤器用基材例如像图1所示的蜂窝过滤器用基材1，由具有许多细孔的多孔陶瓷体构成，具有被隔壁4分开的成为流体流路的多个小室3。
蜂窝过滤器用基材(下面，有时会简称为“基材”)的形状如上所述，只要是具有成为流体流路的多个小室(贯通孔)的蜂窝状，则没有特别限制。作为整体形状，除了如图1所示的圆筒形以外，还可以列举四棱柱形、三棱柱形等形状。另外，作为基材的小室形状(与小室的形成方向垂直的截面的小室形状)，除了如图1所示的四边形以外，还可以列举圆形、六边形、三角形等形状。
基材通常是由陶瓷构成。与有机高分子相比，由于物理强度和耐久性优异，可靠性高，并且耐腐蚀性高，因此即使用酸碱等进行洗涤，劣化少，进而，可以精确地控制决定过滤能力的平均细孔径。陶瓷的种类没有特别限制，例如可以举出堇青石、莫来石、氧化铝、碎片粉(セルベン)、钛酸铝、硅酸锂铝、碳化硅、氮化硅或者它们的混合物等。
基材由具有许多细孔的多孔陶瓷体构成，但在本发明中需要使其50％细孔径(d50)处于8.5～13μm范围内。如果50％细孔径(d50)不到上述范围，则流体透过基材内部时流动阻力会增大，导致流体透过量减少，处理能力下降，从该方面来说并非理想。另一方面，如果超过上述范围，则会导致基材的机械强度下降，从该方面来说并非理想。
另外，本发明中所说的“50％细孔径(d50)”是根据水银压入法测定的细孔径，是指当压入到多孔体的水银的累积容积为多孔体全细孔容积的50％时由压力计算出的细孔径。水银压入法是以下述式(4)为原理公式的细孔径测定方法，具体来讲，如果对干燥后的多孔体边缓慢提高压力边压入水银，则从孔径大的细孔依次压力水银，水银的累积容积逐渐增加，当最终全部细孔充满水银时，则累积容积达到恒量(相当于该多孔体的全细孔容积)。在本发明中，将由累积容积为多孔体全细孔容积的50％时的压力P计算出的细孔径d规定为“50％细孔径(d50)”。在该测定方法中，“50％细孔径(d50)”为所谓的平均细孔径。
d＝-γ×cosθ/P…(4)(式中，d为细孔径；γ为液体-空气界面的表面张力；θ为接触角；P为压力。)本发明的蜂窝过滤器用基材需要使分开多个小室的隔壁的平均表面粗糙度处于3.0～5.5μm范围内。如果隔壁的平均表面粗糙度不到上述范围，则隔壁表面会超乎必要地平滑，在隔壁表面形成中间膜时，中间膜容易从隔壁表面剥离。另一方面，如果超过上述范围，则隔壁表面粗糙，凹凸程度变大，因此在形成中间膜时，首先需要填埋隔壁的凹凸，并且，为了使中间膜的表面变得平滑，不得不厚地形成中间膜的膜厚。即，流体在中间膜部分的流动阻力增大，从而最终得到的蜂窝过滤器的流体透过量减少，处理能力下降。
另外，本发明中所说的“表面粗糙度”是指按照JIS B0601“表面粗糙度-定义及表示”测定的表面粗糙度。具体来讲，从粗糙度曲线在其平均线方向只抽取基准长度，以所述平均线为基准而折回该基准长度的表面粗糙度曲线，由该表面粗糙度曲线和所述平均线包围的面积除以所述基准长度，把得到的值用微米(μm)表示并规定为表面粗糙度(Ra)。另外，本发明中所说的“平均表面粗糙度”是指在蜂窝过滤器用基材的分开多个小室的隔壁表面中任意选择10处而测定上述的表面粗糙度(Ra)，将其测定值平均而得到的值。
(2)蜂窝过滤器用基材的制造方法本发明的蜂窝过滤器用基材的制造方法为，至少混合、混炼骨材粒子和水而制成坯料，将该坯料成形为具有被隔壁分开的成为流体流路的多个小室的蜂窝状，并干燥而得到蜂窝成形体，再通过烧成该蜂窝成形体得到蜂窝过滤器用基材。
骨材粒子是成为基材(烧结体)的主要构成成分的粒子。骨材粒子的种类没有特别限制，可以举出堇青石、莫来石、氧化铝、碎片粉、钛酸铝、硅酸锂铝、碳化硅、氮化硅或者它们的混合物等。
本发明的制造方法中，所使用的骨材粒子需要50％粒径(D50)在50～70μm范围内。如果50％粒径(D50)不到上述范围，则由于所制造的基材的细孔径变小，从而流体透过基材内部时流动阻力增大，流体透过量减少，处理能力下降，从该方面来说并非理想。
另一方而，如果超过上述范围，则由于所制造的基材的细孔径变大，在制膜中间膜或过滤膜时，制膜用浆液中的骨材粒子会进入到基材的细孔内，或者会透过基材的细孔，从而成为产生膜缺陷等制膜不良情况增加的原因，从该方面来说并非理想。另外，作为蜂窝成形体的成形方法，采用通过使用形状与所希望的蜂窝结构(小室形状、隔壁厚度、小室密度等)相符的挤出用喷嘴挤出成形含有骨材粒子的坯料的方法时，由于容易在挤出用喷嘴的与基材隔壁相当的部分(喷嘴的狭缝部分)产生堵塞，导致挤出后的蜂窝成形体会产生较多的缺陷，蜂窝成形体的成品率下降，从该方面来说是并非理想。
本发明的制造方法中，骨材粒子除了满足上述条件以外，优选50％粒径(D50)在与蜂窝过滤器用基材的隔壁厚度(W)之间满足下述式(3)的关系D50/W≤0.12…(3)通过满足上述式(3)的关系，可以更加有效地防止因上述挤出用喷嘴狭缝部分堵塞而引起的蜂窝成形体的成品率低下的问题。另外，本发明中称作“隔壁”时是指基材中所有用来分开多个小室的部分，并不限于具有一定厚度的部分。例如，当基材的小室形状为圆形时，分开多个小室的部分的厚度并不一样，但这些部分也包含在本发明中所说的“隔壁”中。另外，当分开多个小室的部分的厚度不一样时，上述“隔壁厚度(W)”的定义成为问题，在本发明中把分开多个小室的部分中最薄部分的厚度定义为“隔壁厚度(W)”。
本发明的制造方法的特征在于，作为骨材粒子敢于使用粒度分布比以往宽的物质。这种骨材粒子由于含有较多的粒径小的物质，因此可以使基材隔壁的平均表面粗糙度变小。在该方法中，基材的细孔径分布也变宽，但是与需要通过具有规定的细孔径来确保确实地去除流体中杂质功能的过滤膜不同，对于基材的情况，只要是流体透过基材内部时流动阻力小，流体透过量大，处理能力高，细孔径分布不一定要窄。从而，并不需要象以往的制造方法那样，为了使基材的细孔径分布变窄而使用粒度分布窄的骨材粒子。
具体来讲，所使用的骨材粒子为，50％粒径(D50)在25％粒径(D25)和75％粒径(D75)之间满足下述式(1)和下述式(2)的关系0.4≤D25/D50…(1)D75/D50≤1.4…(2)如果不满足上述式(1)的关系，则粒径小的骨材粒子的比例过大，从而所制造的基材的细孔径可能变小。即，对于所制造的基材，流体透过基材内部时流动阻力会增大，流体透过量减少，处理能力下降，从该方面来说并非理想。另一方面，如果不满足上述式(2)的关系，则由于上述的挤出用喷嘴的狭缝部分产生堵塞，蜂窝成形体的成品率会下降，从该方面来说并非理想。
另外，本发明中所说的“x％粒径(Dx)”是根据筛分法测定的粉末粒径，是指使用公称孔径不同的多个筛子，由筛子的孔径和筛子上的粉末质量之间的关系制成粒度分布曲线，在该粒度分布曲线中粉末的积算质量为其全体质量的x％时的粒径。具体来讲，准备公称孔径不同的多个筛子，将它们以越是上段孔径越大的方式多段层积，在最上段的筛子中投入作为粒径测定对象的粉末试样，用振动机振动15分钟后，由处于各段筛子上的粉末质量和其筛子的孔径的关系绘制粒度分布曲线，把粉末的积算质量为其全体质量的x％时的粒径规定为x％粒径(Dx)。在该测定方法中，“50％粒径(D50)”成为了所谓的平均粒径。
作为调制具有如上所述的50％粒径(D50)、粒度分布的骨材粒子的方法，可以举出例如把市场上销售的陶瓷原料直接或者经过粉碎和分级作为骨材粒子的方法；或者将这种骨材粒子以满足所述条件的方式适宜地混合两种或其以上的方法等。
本发明的制造方法除了使用如上所述的骨材粒子以外，可以采用与以往公知的蜂窝过滤器用基材的制造方法相同的方法。首先，通过至少混合、混炼如上所述的骨材粒子和水而制成坯料。
这里，上述坯料中除了骨材粒子和水以外，根据需要还可以含有其他添加剂，例如有机粘合剂、分散剂、无机粘合材料等。
有机粘合剂在烧成前的成形体(坯料)中是凝胶状，是实现作为维持成形体的机械强度的增强剂的作用的添加剂。从而，有机粘合剂可以适宜使用能够在成形体(坯料)中凝胶化的有机高分子，例如羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。
分散剂是用于促进骨材粒子在分散介质即水中分散的添加剂。分散剂可以使用例如乙二醇、糊精、脂肪酸皂、多元醇等。
无机粘合材料是用于强化骨材粒子之间的结合的添加材料，可以使用从平均粒径小于等于10μm的氧化铝、硅石、氧化锆、氧化钛、玻璃料、长石、堇青石组成的组中选出的至少一种。另外，无机粘合材料虽然是由陶瓷构成的粒子，但并不包含在本发明中所说的“骨材粒子”中。
相对于100质量份骨材粒子，无机粘合材料优选添加10～35质量份。如果不足10质量份，则基材强度会下降，从该方面来说并非理想，相反，如果超过35质量份，虽然强度会提高，但是无机粘合材料会堵住骨材粒子的间隙，从而会堵塞基材内部的细孔，流体透过量下降，从该方面来说并非理想。
上述骨材粒子、水及有机粘合剂通过采用例如真空混砂机等混合、混炼，可以调制适宜粘度的坯料。再把该坯料成形为蜂窝状，并干燥而得到蜂窝成形体。
成形的方法可以使用挤出成形、注塑成形、加压成形等以往公知的方法，其中，可以适宜采用通过使用形状与所希望的蜂窝结构(小室形状、隔壁厚度、小室密度等)相符的挤出用喷嘴挤出成形如上所述调制的坯料的方法等。干燥的方法也可以使用热风干燥、微波干燥、介电干燥、减压干燥、真空干燥、冻结干燥等以往公知的干燥方法，其中，从迅速且均匀地干燥蜂窝成形体全体的角度考虑，优选组合了热风干燥和微波干燥或介电干燥的干燥方法。
最后，通过烧成如上所述得到的蜂窝成形体而得到蜂窝过滤器用基材。烧成是烧结蜂窝成形体中的骨材粒子而使其致密化，以确保规定强度的操作。烧成条件(温度和时间)可以根据所使用的骨材粒子的种类而选择适当的条件。例如，使用碳化硅作为骨材粒子时，优选在1300～2300℃的温度烧成1～5小时左右。
另外，如果在烧成前或烧成的升温过程中进行将蜂窝成形体中的有机物(有机粘合剂等)燃烧而去除的操作(煅烧)，则可以促进去除有机物，从该方面来说是优选的。例如，有机粘合剂的燃烧温度为160℃左右，因此，如果想去除，煅烧温度可以为200～1000℃左右。煅烧时间没有特别限制，通常为1～10小时左右。
(3)蜂窝过滤器本发明的蜂窝过滤器具有上述的蜂窝过滤器用基材、中间膜和过滤膜，所述的中间膜形成于该蜂窝过滤器用基材的用来分开多个小室的隔壁表面，并且由50％细孔径(d50)比构成基材的多孔陶瓷体小的多孔体构成；所述的过滤膜形成于所述中间膜的表面，并且由50％细孔径(d50)比构成中间膜的多孔体小的多孔体构成。这种蜂窝过滤器由于隔壁表面比较平滑且凹凸程度小的上述蜂窝过滤器用基材的特殊结构，可以防止过滤膜发生缺陷，因此不需要形成厚的中间膜。从而，可以减小流体在中间膜部分的流动阻力，增加过滤器的流体透过量，提高处理能力。
本发明的蜂窝过滤器可以使用以往公知的制膜法在上述的蜂窝过滤器用基材的隔壁表面形成中间膜，进而在该中间膜的表面形成过滤膜来制造。例如，可以在上述的蜂窝过滤器用基材的隔壁表面上附着至少含有骨材粒子和水(根据需要可以进一步含有有机粘合剂、pH调节剂、表面活性剂等)的制膜用浆液而得到制膜体，然后干燥并烧结该制膜体，从而形成中间膜和过滤膜。
另外，出于与制造基材的情况相同的目的，制膜用浆液中可以含有无机粘合材料。这里，制膜用浆液中含有的无机粘合材料与成形用坯料中含有的不同，可以使用平均粒径小于等于1μm的粘土、高岭土、氧化钛溶胶、硅溶胶、玻璃料等，从确保膜强度的观点考虑，优选相对于100质量份骨材粒子添加5～20质量份。
制膜法的种类没有特别限制，可以举出例如浸渍制膜法、特公昭63-66566号公报中记载的过滤制膜法等。骨材粒子、有机粘合剂等可以使用与制造基材时所使用的相同的物质。但是，需要以基材、中间膜、过滤膜的顺序使50％细孔径(d50)依次变小，对于骨材粒子的50％粒径(D50)，一般是按照基材、中间膜、过滤膜的顺序依次变小。
实施例下面，通过实施例更具体地说明本发明的蜂窝过滤器用基材及其制造方法、以及蜂窝过滤器，但本发明的蜂窝过滤器用基材及其制造方法、以及蜂窝过滤器并不受这些实施例的任何限制。
(各种物性值的测定方法、各种评价方法)[25％粒径(D25)、50％粒径(D50)、75％粒径(D75)]准备公称孔径不同的多个筛子，将它们以越是上段孔径就越大的方式多段层积，在最上段的筛子中投入作为粒径测定对象的粉末试样，用振动机振动15分钟后，由处于各段筛子上的粉末质量和其筛子的孔径的关系绘制粒度分布曲线，分别将粉末的积算质量为其全体质量的25％时的粒径规定为25％粒径(D25)、为50％时的粒径规定为50％粒径(D50)、为75％时的粒径规定为75％粒径(D75)。另外，在以下的实施例、比较例中，简单地称作“平均粒径”时，是指上述50％粒径(D50)。
以实施例或比较例的条件挤出成形坯料而制造蜂窝成形体时，把相对于蜂窝成形体全部制造个数100个的、没有因挤出用喷嘴狭缝部分堵塞而产生缺陷的蜂窝成形体(即合格品)的个数的比率(％)规定为成形体成品率。成形体成品率超过90％时评价为良好，小于等于90％时评价为稍差，小于等于80％时评价为差。
平均表面粗糙度由按照JIS B0601“表面粗糙度-定义及表示”测定的表面粗糙度(Ra)计算出。从粗糙度曲线在其平均线方向只抽取基准长度，以所述平均线为基准而折回该基准长度的表面粗糙度曲线，由该表面粗糙度曲线和所述平均线包围的面积除以所述基准长度，将得到的值用微米(μm)表示并规定为表面粗糙度(Ra)。在蜂窝过滤器用基材的用来分开多个小室的隔壁表面中任意选择10处测定该表面粗糙度(Ra)，将其测定值的平均值规定为平均表面粗糙度。
50％细孔径(d50)通过水银压入法测定。从实施例或比较例的蜂窝过滤器用基材或蜂窝过滤器切取给定形状的试样，针对该试样边缓慢提高压力边压入水银，当压入的水银的累积容积为试样全细孔容积的50％时，由压力P按照下述式(4)计算出细孔径d，将其规定为50％细孔径(d50)。
d＝-γ×cosθ/P…(4)(式中，d为气孔径；γ为液体-空气界面的表面张力；θ为接触角；P为压力。)[最大细孔径(dmax)、去除杂质的性能]过滤膜的最大细孔径(dmax)按照ASTM F316中记载的气流法测定。用水温为20℃的水润湿实施例或比较例的蜂窝过滤器，从所述被水润湿的蜂窝过滤器的多个小室内，边缓慢提高压力边送入加压空气，当最先确认从蜂窝过滤器的外周面有气泡时，由空气压力P按照上述式(4)计算出细孔径d，将其规定为最大细孔径(dmax)。最大细孔径(dmax)不足1.8μm时，则膜没有缺陷，评价为去除杂质性能优异的过滤器；当大于等于1.8μm时，则膜存在缺陷，评价为去除杂质性能不充分的过滤器。
中间膜、过滤膜的平均膜厚由根据定量显微镜测定的膜厚计算出来。在与小室开口端面平行的面切断实施例或比较例的蜂窝过滤器，沿着该蜂窝过滤器的直径方向分别测定一列(44个小室)的膜厚，将其测定值的平均值规定为平均膜厚。
将实施例或比较例的蜂窝过滤器在水中以小于等于6.7kPa的减压条件放置2小时，将蜂窝过滤器内的气泡脱气后，在差压4.8～9.8kPa、温度25℃的条件下把纯水注入到蜂窝过滤器的多个小室内，通过从小室内向蜂窝过滤器的外周面侧透过而进行过滤，测定每单位过滤面积、单位时间的透水量。当透水量大于等于1.67m3/hr·m2时，流体透过量大，评价为处理能力高的过滤器；当透水量不足1.67m3/hr·m2时，流体透过量小，评价为处理能力不充分的过滤器。
(实施例、比较例)[蜂窝过滤器用基材及其制造方法]首先，准备作为骨材粒子的表1中记载的材料、作为无机粘合材料的平均粒径为3.5μm的玻璃料、作为有机粘合剂的甲基纤维素、作为分散剂的聚乙二醇。接着，以100∶11.1∶13.1∶3.6∶0.9的质量比配合骨材粒子、无机粘合材料、水、有机粘合剂、分散剂，用真空混砂机混合、混炼，从而调制成粘度适当的坯料。
表1
采用具有形状与所希望的蜂窝结构(整体形状、小室形状、隔壁厚度)相符的挤出用喷嘴的以往公知的挤出成形机，将上述的坯料挤出成形为具有被隔壁分开的成为流体流路的多个小室的蜂窝状，在100℃热风干燥48小时，得到蜂窝成形体。将该蜂窝成形体用电炉在1300℃烧成2小时，从而得到蜂窝过滤器用基材(以下，简单地记作“基材”)。
如上所述得到的基材的整体形状是端面(小室开口面)外径为180mmφ的圆形、长度为1000mm的圆筒形，小室形状是内接圆直径为2.5mmφ的六边形，隔壁厚度(W)为650μm并且总小室数目为2000小室。在表1中表示针对这些基材评价了50％细孔径(d50)、隔壁的平均表面粗糙度的结果。
如表1所示，对于作为基材原料的骨材粒子的50％粒径(D50)、D25/D50、D75/D50处于本发明制造方法范围内的实施例1～7，可以得到50％细孔径(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，显示出良好的结果。另外，对于蜂窝成形体的成品率，也大大超过了90％，完全没有问题。
另外，对于骨材粒子的50％粒径(D50)不到本发明制造方法的范围的比较例1～3，得到的基材的50％细孔径(d50)不足8.5μm，可以预测出流体透过基材内部时流动阻力会增大。即，可以预测出最终得到的蜂窝过滤器的流体透过量会减少，处理能力下降。
另一方面，对于骨材粒子的50％粒径(D50)超过本发明制造方法的范围的比较例8～14，得到的基材的50％细孔径(d50)超过了13μm，在制膜中间膜或过滤膜时，可以预测出发生膜缺陷等制膜不良情况会增加。尤其是，对于比较例8，挤出成形基材时在挤出用喷嘴的狭缝部分产生堵塞，因此，挤出的蜂窝成形体发生较多的缺陷，导致蜂窝成形体的成品率下降到90％或其以下。进而，对于50％粒径(D50)/隔壁厚度(W)的值超过本发明制造方法的范围的比较例13、14，蜂窝成形体的成品率显著下降到80％或其以下。
进而，对于骨材粒子的D75/D50的值超过本发明制造方法的范围的比较1、4～7，由于在挤出成形基材时，在挤出用喷嘴的狭缝部分产生堵塞，因此，挤出的蜂窝成形体发生较多的缺陷，导致蜂窝成形体的成品率下降到90％或其以下。
在上述基材中按照以下方法形成中间膜和过滤膜，从而得到蜂窝过滤器。
首先，准备作为骨材粒子的平均粒径为3.2μm的氧化铝粒子、作为无机粘合材料的平均粒径为0.9μm的玻璃料、作为有机粘合剂的甲基纤维素、作为分散剂的聚羧酸盐。接着，以100∶20∶400∶0.5∶2.0的质量比混合骨材粒子、无机粘合材料、水、有机粘合剂、分散剂，调制成制膜用浆液(中间膜用)。
另外，准备作为骨材粒子的平均粒径为0.4μm的氧化铝粒子、作为有机粘合剂的甲基纤维素、作为分散剂的聚羧酸盐。接着，以100∶1000∶4.0∶0.2的质量比混合骨材粒子、水、有机粘合剂、分散剂，调制成制膜用浆液(过滤膜用)。
接着，使用特公昭63-66566号公报中记载的过滤制膜法，在上述基材的隔壁表面上附着上述的制膜用浆液(中间膜用)，从而得到制膜体，将该制膜体在100℃热风干燥2小时，用电炉在1350℃烧成2小时，形成中间膜。
进而，使用特公昭63-66566号公报中记载的过滤制膜法，在形成于上述基材隔壁表面的中间膜的表面上附着上述的制膜用浆液(过滤膜用)，从而得到制膜体，将该制膜体在100℃热风干燥24小时，用电炉在1300℃烧成2小时，从而形成过滤膜，得到蜂窝过滤器(以下，简单地记作“过滤器”)。
如上所述得到的过滤器的中间膜和过滤膜具有表2所记载的平均膜厚、50％细孔径(d50)。在表2表示针对这些过滤器评价了滤膜的最大细孔径(dmax)、透水量的结果。
表2
(结果)如表2所示，对于使用50％细孔径(d50)、隔壁的平均表面粗糙度处于本发明范围内的基材的实施例1～7的过滤器，透水量在1.67m3/hr·m2或其以上，过滤膜的最大细孔径不足1.8μm，去除杂质性能、流体透过量(即处理能力)都显示出了良好的结果。
另外，对于使用50％细孔径(d50)不到本发明范围的基材的比较例2、3的过滤器，由于流体透过基材内部时的流动阻力增大，因此透水量不足1.67m3/hr·m2。即，流体透过量减少，处理能力下降。
另外，对于使用隔壁的平均表面粗糙度超过本发明范围的基材的比较例9～12的过滤器，基材的隔壁的表面粗糙，凹凸程度大，因此，如果像比较例9、11的过滤器那样形成薄的中间膜，过滤膜会发生膜缺陷。即，过滤膜的最大细孔径(dmax)会大于等于1.8μm，从而导致去除杂质性能不充分。为了防止这种情况，需要像比较例10、12的过滤器那样，形成厚的中间膜的膜厚，但这种过滤器的问题在于，流体在中间膜部分的流动阻力大。也就是说，对于比较例10、12的过滤器，透水量不足1.67m3/hr·m2，流体透过量小，处理能力也低。
产业上的利用可能性如上所述，本发明的蜂窝过滤器用基材由于隔壁的表面较为平滑并且凹凸程度小，因此在形成中间膜时，不需要填埋隔壁的凹凸，即使中间膜薄，也能够使其表面平滑。这说明能够在防止过滤膜发生缺陷的情况下，使过滤膜和中间膜的合计膜厚变小，使流体在该部分的流动阻力变小。也就是说，本发明的蜂窝过滤器用基材适宜用于制造去除杂质性能优异、流体透过量大、处理能力高的蜂窝过滤器。
权利要求
1.蜂窝过滤器用基材，由具有许多细孔的多孔陶瓷体构成，具有被隔壁分开的成为流体流路的多个小室，所述多孔陶瓷体的50％细孔径(d50)在8.5～13μm范围内，并且所述分开多个小室的隔壁的平均表面粗糙度在3.0～5.5μm范围内，这里，“50％细孔径(d50)”是根据水银压入法测定的细孔径，是指当压入到多孔体的水银的累积容积为多孔体全细孔容积的50％时由压力计算出的细孔径。
2.蜂窝过滤器用基材的制造方法，通过至少混合、混炼骨材粒子和水而制成坯料，将所述坯料成形为具有被隔壁分开的成为流体流路的多个小室的蜂窝状，并干燥而得到蜂窝成形体，再通过烧成所述蜂窝成形体得到蜂窝过滤器用基材，对于所使用的所述骨材粒子，50％粒径(D50)在50～70μm范围内，同时所述50％粒径(D50)在25％粒径(D25)和75％粒径(D75)之间满足下述式(1)和下述式(2)的关系0.4≤D25/D50…(1)D75/D50≤1.4…(2)这里，“x％粒径(Dx)”是根据筛分法测定的粉末粒径，是指使用公称孔径不同的多个筛子，由筛子的孔径和筛子上的粉末质量之间的关系制成粒度分布曲线，在该粒度分布曲线中粉末的积算质量为其全体质量的x％时的粒径。
3.根据权利要求2所述的蜂窝过滤器用基材的制造方法，所使用的所述骨材粒子为，所述50％粒径(D50)在与所述蜂窝过滤器用基材的隔壁厚度(W)之间满足下述式(3)的关系D50/W≤0.12…(3)。
4.蜂窝过滤器，包括权利要求1所述的蜂窝过滤器用基材；中间膜，形成于所述蜂窝过滤器用基材的用来分开所述多个小室的隔壁的表面，并且由50％细孔径(d50)比构成所述基材的多孔陶瓷体小的多孔体构成；过滤膜，形成于所述中间膜的表面，并且由50％细孔径(d50)比构成所述中间膜的多孔体小的多孔体构成。
全文摘要
本发明的蜂窝过滤器用基材(1)，由具有许多细孔的多孔陶瓷体构成，具有被隔壁(4)分开的成为流体流路的多个小室(3)，并且使多孔陶瓷体的50％细孔径(d
文档编号B01D46/00GK1767884SQ200480008758
公开日2006年5月3日 申请日期2004年2月12日 优先权日2003年3月31日
发明者马场龙夫 申请人:日本碍子株式会社