産業技術総合研究所の先進製造プロセス研究部門は,日本ガイシとの共同研究で,従来の半分以下の有機バインダを添加するだけでセラミックスを成形する新しい製造プロセス技術を開発した。セラミックス原料粒子の表面に有機バインダの単分子層を直接化学結合させ,さらにバインダ層同士が外部からの刺激によってお互いに結合することが特徴。有機バインダがより強固な化学結合で原料粒子同士を結びつけることで,セラミックス製造プロセスに必要なバインダの使用量を減らすための有効な手段となる。この研究成果は国際セラミックス総合展(2005年4月6~8日に東京ビッグサイトで開催)に出展する予定。
現在,セラミックスに形状を与えるために,有機高分子をバインダとして添加することは避けられない。ポリビニルアルコール,メチルセルロース,アクリル樹脂,寒天などの代表的なバインダは焼成プロセスで焼き出され,分解生成物として二酸化炭素を排出する。環境への負荷低減のために,有機バインダの使用量を減らすことが必要だ。産総研と日本ガイシは,セラミックスの低環境負荷型製造プロセスを実現するため,平成15年度より資金提供型共同研究を進めてきた。具体的には有機バインダ使用量の削減・不使用化技術,低温焼成技術,無焼成化技術がテーマだ。
従来の高分子有機バインダは,原料粒子の表面に吸着され,或いは緩やかに結合しているに過ぎず,原料粒子同士の結合力は十分でない。また,高分子有機バインダと原料粒子表面の親和性が低く,これらが相分離して部分的に凝集するため,有機バインダの効果が有効に機能していない。このため,成形性を良くし,成形後の保形性を確保するためには有機バインダを多量に添加する必要があった。
今回,反応性の高い有機分子をセラミックス原料粒子の表面に単分子層の状態で固定し,単分子層の有機バインダ同士を外部刺激によって相互に化学結合させることで,粒子同士が直接化学反応で結合している構造を実現することに世界で始めて成功した。また,原料粒子表面に単分子層の状態で有機バインダが結合しているため,原料粒子と有機バインダの相分離をも同時に防ぐことができた。セラミックス原料粒子の表面処理技術について検討し,粒子表面の化学的活性を向上させることで実現した技術である。
これからは,この技術の汎用性・取り扱いの簡便性の向上,コストの低減などを目指して更に検討を進める。また,製造した成形体の,無機・有機複合材料としての応用についても検討する。 |