KR100781928B1 - Honeycomb structure - Google Patents
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- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
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Abstract
본 발명에서는 다수의 관통 구멍이 관통 구멍 벽면을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 하니콤 유닛이 시일재층을 통해, 복수개 결속된 하니콤 구조체로서, 상기 하니콤 유닛은 적어도 세라믹 입자와, 무기 섬유 및/또는 위스커를 함유하고, 상기 하니콤 유닛의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적이 5㎠ 이상 50㎠ 이하이고, 상기 하니콤 유닛의 각부는 R면 및/또는 C면의 형상인 것을 특징으로 하는 하니콤 구조체가 제공된다.In the present invention, a honeycomb unit in which a plurality of through holes are arranged in a longitudinal direction with a through hole wall surface interposed therebetween is a honeycomb structure in which a plurality of honeycomb units are bound through a seal layer, wherein the honeycomb unit includes at least ceramic particles, inorganic fibers and And / or a whisker, wherein a cross-sectional area in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb unit is 5 cm 2 or more and 50 cm 2 or less, and each portion of the honeycomb unit has a shape of an R plane and / or a C plane. A honeycomb structure is provided.
하니콤, 촉매, 배기가스 Honeycomb, catalyst, exhaust
Description
본 발명은 하니콤 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a honeycomb structure.
종래, 일반적으로 자동차 배기 가스 정화에 사용되는 하니콤 촉매는 일체 구조로 저열팽창성의 코디어라이트질 하니콤 구조체의 표면에 활성 알루미나 등의 고비표면적 재료와 백금 등의 촉매 금속을 담지함으로써 제조되고 있다. 또한, 린번 엔진 및 디젤 엔진과 같은 산소 과잉 분위기 하에서의 NOx 처리를 위해 NOx 흡장제로서 Ba 등의 알칼리 토금속을 담지하고 있다. 그런데, 정화 성능을 보다 향상시키기 위해서는 배기 가스와 촉매 귀금속 및 NOx 흡장제와의 접촉 확률을 높일 필요가 있다. 이를 위해서는 담체를 보다 고비표면적으로 하여, 귀금속의 입자 사이즈를 작게, 또한 고분산시킬 필요가 있다. 그러나, 단순히 활성 알루미나 등의 고비표면적 재료의 담지량을 증가시키는 것만으로는 알루미나층의 두께 증가를 초래할 뿐, 접촉 확률을 높이는 것으로 이어지지 않거나, 압력 손실이 지나치게 커진다는 문제도 생기기 때문에, 셀 형상, 셀 밀도, 및 벽두께 등을 궁리하고 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평10-263416호 참조). 한편, 고비표면적 재료로 이루어지는 하니콤 구조체로서, 무기 섬유 및 무기 바인더와 함께 압출 성형한 하니콤 구조체가 알려져 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평5-213681호 참조). 또, 이러한 하니콤 구조체를 대형화하는 것을 목적으로 하여, 접착층을 통해, 하니콤 유닛을 접합한 것이 알려져 있다 (예를 들어, DE4341159호 참조).Conventionally, the honeycomb catalyst generally used for automobile exhaust gas purification is produced by supporting a high specific surface area material such as activated alumina and a catalyst metal such as platinum on the surface of the cordierite-like honeycomb structure having low thermal expansion in an integral structure. . In addition, alkaline earth metals such as Ba are supported as the NOx sorbent for the treatment of NOx in an excess oxygen atmosphere such as a lean burn engine and a diesel engine. However, in order to further improve the purification performance, it is necessary to increase the probability of contact between the exhaust gas and the catalyst noble metal and the NOx sorbent. For this purpose, it is necessary to make a carrier a higher specific surface area, and to make small and high dispersion | distribution of the particle size of a noble metal. However, simply increasing the supporting amount of a high specific surface area material such as activated alumina leads to an increase in the thickness of the alumina layer and does not lead to an increase in the probability of contact or a problem that the pressure loss is too large. The density, the wall thickness, and the like are devised (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-263416). On the other hand, as a honeycomb structure made of a high specific surface area material, a honeycomb structure extruded together with an inorganic fiber and an inorganic binder is known (see, for example, JP-A-5-213681). Moreover, in order to enlarge such a honeycomb structure, what joined the honeycomb unit through the contact bonding layer is known (for example, refer to DE4341159).
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 평10-263416호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-263416
특허문헌 2: DE4341159호Patent Document 2: DE4341159
발명의 개시Disclosure of the Invention
발명이 해결하고자 하는 과제Problems to be Solved by the Invention
그러나, 전술한 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 있었다. 알루미나 등의 고비표면적 재료는 열에이징에 의해서, 소결이 진행하여, 비표면적이 저하된다. 또, 담지되어 있는 백금 등의 촉매 금속은 그에 수반되어, 응집하여 입경이 크고, 비표면적이 작아진다. 요컨대, 열에이징 (촉매 담체로서 사용) 후에, 보다 고비표면적이기 위해서는 초기 단계에서 그 비표면적을 높일 필요가 있다. 또한, 상기 기술한 바와 같이, 정화 성능을 보다 향상시키기 위해서는 배기 가스와 촉매 귀금속 및 NOx 흡장제와의 접촉 확률을 높일 필요가 있다. 요컨대, 담체를 보다 고비표면적으로 하여, 촉매 금속의 입자를 작게, 또한 보다 고분산시키는 것이 중요하지만, 일본 공개특허공보 평10-263416호와 같은 코디어라이트질 하니콤 구조체의 표면에 활성 알루미나 등의 고비표면적 재료와 백금 등의 촉매 금속을 담지한 것에서는, 배기 가스와의 접촉 확률을 높이기 위해서, 셀 형상, 셀 밀도, 및 벽두께 등을 연구하여, 촉매 담체를 고비표면적화하였지만, 그래도 충분히 크지는 않고, 따라서, 촉매 금속이 충분히 고분산되지 않아, 열에이징 후의 배기 가스의 정화 성능이 부족하였다. 그래서, 이 부족을 보완하기 위해서, 촉매 금속을 다량으로 담지하는 것이나, 촉매 담체 자신을 대형화함으로써 해결하여 왔다. 그러나, 백금 등의 귀금속은 매우 고가이고, 한정된 귀중한 자원이다. 또한, 자동차에 설치하는 경우, 그 설치 공간은 매우 한정된 것이기 때문에 모두 적당한 수단이 아니었다.However, the above-described prior art had the following problems. In high specific surface area materials, such as alumina, sintering advances by heat aging and a specific surface area falls. Moreover, the supported catalyst metals, such as platinum, aggregate with them, have a large particle diameter, and a small specific surface area. In short, after heat aging (used as a catalyst carrier), it is necessary to increase the specific surface area at an early stage in order to have a higher specific surface area. In addition, as described above, in order to further improve the purification performance, it is necessary to increase the probability of contact between the exhaust gas and the catalyst noble metal and the NOx sorbent. In other words, although it is important to make the carrier a higher specific surface area and to make the particles of the catalyst metal smaller and more highly dispersed, activated alumina or the like is formed on the surface of the cordierite-like honeycomb structure such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-263416. In the case of supporting a high specific surface area material and a catalyst metal such as platinum, in order to increase the probability of contact with the exhaust gas, the cell shape, the cell density, and the wall thickness were studied to make the catalyst carrier high specific surface area. It was not large, and therefore, the catalyst metal was not sufficiently dispersed, and the purification performance of the exhaust gas after thermal aging was insufficient. Therefore, in order to make up for this deficiency, it has been solved by carrying a large amount of catalyst metal and increasing the size of the catalyst carrier itself. However, precious metals such as platinum are very expensive and are a limited precious resource. In addition, when installing in an automobile, since the installation space is very limited, all were not suitable means.
또, 고비표면적 재료를 무기 섬유 및 무기 바인더와 함께 압출 성형하는 일본 공개특허공보 평5-213681호의 하니콤 구조체는 기재 자체가 고비표면적 재료로 이루어지기 때문에, 담체로서도 고비표면적이어서, 충분히 촉매 금속을 고분산시킬 수 있지만, 기재인 알루미나 등은 비표면적을 유지하기 위해서는 충분히 소결시킬 수 없어, 기재의 강도는 매우 약한 것이었다. 또, 상기 기술한 바와 같이 자동차용으로 사용하는 경우, 설치하기 위한 공간은 매우 한정된다. 그래서, 단위 체적당 담체의 비표면적을 높이기 위해서 격벽을 얇게 하는 등의 수단을 이용하는데, 그렇게 함으로써, 기재의 강도는 더욱 약한 것이 되었다. 또한, 알루미나 등은 열팽창율이 큰 경우도 있어, 소성 (예비 소성) 시, 및 사용시에 열응력에 의해서 쉽게 크랙이 발생된다. 이들을 고려하면, 자동차용으로서 이용한 경우, 사용시에 급격한 온도 변화에 의한 열응력이나 큰 진동 등의 외력이 가해지기 때문에, 쉽게 파손되어, 하니콤 구조체로서의 형상을 유지할 수 없어, 촉매 담체로서의 기능을 다할 수 없다는 문제가 있었다.In addition, the honeycomb structure of JP-A-5-213681, which extrudes a high specific surface material together with an inorganic fiber and an inorganic binder, is made of a high specific surface area material, so that the substrate has a high specific surface area, and thus a catalyst metal is sufficiently used. Although highly dispersed, alumina or the like could not be sufficiently sintered to maintain a specific surface area, and the strength of the substrate was very weak. In addition, when used for automobiles as described above, the space for installation is very limited. Therefore, in order to increase the specific surface area of the carrier per unit volume, a means such as thinning the partition wall is used. By doing so, the strength of the substrate becomes weaker. In addition, alumina or the like may have a large thermal expansion rate, and cracks are easily generated by thermal stress during firing (preliminary firing) and during use. In consideration of these, when used for automobiles, external stresses such as thermal stress or large vibration due to rapid temperature change are applied at the time of use, so that they are easily broken, and the shape as a honeycomb structure cannot be maintained, thus serving as a catalyst carrier. There was a problem that could not.
또, DE4341159호에 있는 자동차용 촉매 담체에서는 하니콤 구조체를 대형화하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에, 하니콤 유닛의 단면적이 200㎠ 이상인 것이 개시되어 있지만, 급격한 온도 변화에 의한 열응력 또한 큰 진동 등이 가해지는 상황에서 사용한 경우에는 상기 기술한 바와 같이 쉽게 파손되어, 형상을 유지할 수 없어, 촉매 담체로서의 기능을 다할 수 없다는 문제가 있었다.In addition, the catalyst support for automobiles in DE4341159 is intended to increase the size of the honeycomb structure. Therefore, the cross-sectional area of the honeycomb unit is disclosed to be 200 cm 2 or more. When used in the applied situation, as described above, there is a problem that it is easily broken, the shape cannot be maintained, and the function as the catalyst carrier cannot be fulfilled.
또한 통상, 하니콤 유닛은 전체적으로 모난 형상을 하고 있기 때문에, 외주면에서의 각부에 응력이 집중되기 쉽고, 각부에 결손 (치핑) 이 생기는 경우가 있었다. 또한 각부를 기점으로 하여 시일(seal)재층측에 크랙이 발생되고, 그것이 원인이 되어 하니콤 구조체가 파괴될 우려가 있었다. 또한 파괴에 이르지 않더라도, 배기 가스가 누설되어, 처리 효율이 저하된다는 문제가 있었다.In general, since the honeycomb unit has an angular shape as a whole, stress tends to be concentrated on the corners of the outer circumferential surface, and defects (chipping) may occur in the corners. In addition, cracks were generated on the seal layer side starting from the respective parts, which caused the honeycomb structure to be destroyed. Moreover, even if it did not reach destruction, there existed a problem that exhaust gas leaked and processing efficiency will fall.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 촉매 성분을 고분산시킴과 함께 열충격이나 진동에 대한 강도를 높일 수 있는 하니콤 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of such a subject, Comprising: It aims at providing the honeycomb structure which can disperse | distribute a catalyst component and can raise the intensity | strength to thermal shock and a vibration.
과제를 Task 해결하기 위한To solve 수단 Way
본 발명의 하니콤 구조체는 다수의 관통 구멍이 관통 구멍 벽면을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 하니콤 유닛이 시일재층을 통해, 복수개 결속된 하니콤 구조체로서, 상기 하니콤 유닛은 적어도 세라믹 입자와, 무기 섬유 및/또는 위스커를 함유하고, 상기 하니콤 유닛의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적이 5㎠ 이상 50㎠ 이하이고, 상기 하니콤 유닛의 각부는 R면 및/또는 C면의 형상인 것을 특징으로 한다. 그럼으로써 열충격이나 진동에 대한 강도가 높고, 촉매 성분을 고분산시킴과 함께 열충격이나 진동에 대한 강도를 높일 수 있는 하니콤 구조체를 제공할 수 있다.The honeycomb structure of the present invention is a honeycomb structure in which a plurality of honeycomb units in which a plurality of through holes are arranged in a longitudinal direction with a through hole wall surface interposed therebetween are bonded through a sealing material layer, wherein the honeycomb unit is formed of at least ceramic particles. Containing inorganic fibers and / or whiskers, and having a cross-sectional area of 5 cm 2 or more and 50 cm 2 or less in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb unit, wherein each portion of the honeycomb unit has an R plane and / or a C plane. It is characterized by the shape. As a result, a honeycomb structure can be provided that has a high strength against thermal shock and vibration, can highly disperse a catalyst component, and can increase the strength against thermal shock and vibration.
상기 하니콤 구조체의 하니콤 유닛의 각부의 R면의 곡률 반경 (R) 은 0.3∼2.5mm 인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하니콤 구조체의 단부에 대한 응력 집중이 완화되어, 하니콤 구조체의 강도가 향상된다.It is preferable that the radius of curvature R of each R surface of the honeycomb unit of the honeycomb structure is 0.3 to 2.5 mm. As a result, stress concentration at the end of the honeycomb structure is relaxed, and the strength of the honeycomb structure is improved.
또한 상기 하니콤 구조체의 하니콤 유닛의 각부의 C면은 0.3∼2.5mm 의 C면 형상인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하니콤 구조체의 단부에 대한 응력 집중이 완화되어, 하니콤 구조체의 강도가 향상된다.Moreover, it is preferable that C surface of each part of the honeycomb unit of the said honeycomb structure is C surface shape of 0.3-2.5 mm. As a result, stress concentration at the end of the honeycomb structure is relaxed, and the strength of the honeycomb structure is improved.
또한 상기 하니콤 구조체는 상기 하니콤 구조체의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적에 대하여, 상기 하니콤 유닛의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적의 총합이 차지하는 비율은 85% 이상인 것이 바람직하다. 그럼으로써 촉매를 담지할 수 있는 표면적을 상대적으로 크게 함과 함께, 압력 손실을 상대적으로 작게 할 수 있다.The honeycomb structure preferably has a ratio of the sum of the cross-sectional areas in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb unit to the cross-sectional area in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb structure. Do. As a result, the surface area capable of supporting the catalyst can be made relatively large, and the pressure loss can be made relatively small.
또한 상기 하니콤 구조체는 관통 구멍이 개구되어 있지 않은 외주면에 코팅재층을 갖는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 외주면을 보호하여 강도를 높일 수 있다.In addition, the honeycomb structure preferably has a coating material layer on the outer circumferential surface of which the through hole is not opened. Thus, the outer circumferential surface can be protected to increase the strength.
또한, 상기 하니콤 구조체의 세라믹 입자는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 멀라이트 및 제올라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하니콤 유닛의 비표면적을 향상시킬 수 있다.In addition, the ceramic particles of the honeycomb structure is preferably one or more selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, titania, ceria, mullite and zeolite. Thereby, the specific surface area of a honeycomb unit can be improved.
또한, 상기 무기 섬유 및/또는 위스커는 알루미나, 실리카, 탄화규소, 실리카-알루미나, 유리, 티탄산칼륨 및 붕산알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하니콤 유닛의 강도를 향상시킬 수 있다.The inorganic fiber and / or whisker is preferably at least one member selected from the group consisting of alumina, silica, silicon carbide, silica-alumina, glass, potassium titanate and aluminum borate. Thereby, the intensity | strength of a honeycomb unit can be improved.
또한, 상기 하니콤 유닛은 상기 무기 입자와, 상기 무기 섬유 및/또는 위스커와, 무기 바인더를 함유하는 혼합물을 사용하여 제조되고 있고, 상기 무기 바인더는 알루미나 졸, 실리카 졸, 티타니아 졸, 물유리, 세피올라이트 및 아타팔자이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하니콤 유닛을 소성하는 온도를 낮게 하더라도 충분한 강도를 얻을 수 있다.In addition, the honeycomb unit is manufactured using a mixture containing the inorganic particles, the inorganic fibers and / or whiskers, and an inorganic binder, wherein the inorganic binder is an alumina sol, silica sol, titania sol, water glass, sepi It is preferable that it is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of an olite and an atapalzite. Thereby, sufficient strength can be obtained even if the temperature which bakes a honeycomb unit is made low.
또한 상기 하니콤 구조체는 촉매 성분이 담지되어 있는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 촉매 성분이 고분산되어 있는 하니콤 촉매를 얻을 수 있다.In addition, it is preferable that the honeycomb structure is supported with a catalyst component. Thereby, the honeycomb catalyst with which the catalyst component is highly dispersed can be obtained.
또한, 상기 촉매 성분은 귀금속, 알칼리금속, 알칼리 토금속 및 산화물에서 선택된 1종 이상의 성분을 함유하는 것이 바람직하다.In addition, the catalyst component preferably contains at least one component selected from precious metals, alkali metals, alkaline earth metals and oxides.
또한 상기 하니콤 구조체는 차량의 배기 가스 정화에 사용되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 정화 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the honeycomb structure is preferably used for exhaust gas purification of a vehicle. As a result, the purification performance can be improved.
발명의 효과Effects of the Invention
본 발명에 의하면, 열충격이나 진동에 대한 강도가 높은 하니콤 구조체를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a honeycomb structure having high strength against thermal shock and vibration.
도 1 은 본 발명의 하니콤 유닛 (11) 의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a
도 2 는 본 발명의 하니콤 구조체 (10) 의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of the
도 3 은 본 발명의 하니콤 유닛 (11) 의 벽면의 SEM 사진이다.3 is an SEM photograph of the wall surface of the
도 4a 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.4A is an explanatory diagram of an experimental example in which a plurality of
도 4b 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.4B is an explanatory diagram of an experimental example in which a plurality of
도 4c 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.4C is an explanatory diagram of an experimental example in which a plurality of
도 4d 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.4D is an explanatory diagram of an experimental example in which a plurality of
도 5a 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.5: A is explanatory drawing of the experiment example which bonded the
도 5b 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.5B is an explanatory diagram of an experimental example in which a plurality of
도 5c 는 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 실험예의 설명도이다.5C is an explanatory diagram of an experimental example in which a plurality of
도 6a 는 진동 장치 (20) 의 정면도이다.6A is a front view of the
도 6b 는 진동 장치 (20) 의 측면도이다.6B is a side view of the
도 7 은 압력 손실 측정 장치 (40) 의 설명도이다.7 is an explanatory diagram of the pressure
도 8 은 하니콤 유닛의 단면적과 중량 감소율 및 압력 손실과의 관계를 나타내는 도면이다.8 is a diagram showing the relationship between the cross-sectional area, weight loss rate and pressure loss of a honeycomb unit.
도 9 는 유닛 면적 비율과 중량 감소율 및 압력 손실과의 관계를 나타내는 도면이다.9 is a diagram illustrating a relationship between a unit area ratio, a weight loss rate, and a pressure loss.
도 10 은 실리카-알루미나 섬유의 애스펙트비(aspect ratio)와 중량 감소율의 관계를 나타내는 도면이다.FIG. 10 is a diagram showing a relationship between an aspect ratio and a weight reduction rate of silica-alumina fibers. FIG.
부호의 설명Explanation of the sign
10: 하니콤 구조체10: honeycomb structure
11: 하니콤 유닛11: Honeycomb Unit
12: 관통 구멍12: through hole
13: 외면13: exterior
14: 시일재층14: seal floor
16: 코팅재층16: coating material layer
18: 각부18: parts
19: 외주 단부19: circumferential end
20: 진동 장치20: vibration device
21: 금속 케이싱21: metal casing
22: 대좌22: pedestal
23: 고정구23: fixture
24: 나사24: screw
40: 압력 손실 측정 장치40: pressure loss measuring device
발명을 실시하기Implement the invention 위한 최선의 형태 Best form for
다음으로, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 도면과 함께 설명한다.Next, the best mode for implementing this invention is demonstrated with drawing.
본 발명의 하니콤 구조체 (10) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 다수의 관통 구멍이 관통 구멍 벽면을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 하니콤 유닛이 시일재층을 통해, 복수개 결속된 하니콤 구조체로서, 상기 하니콤 유닛은 적어도 세라믹 입자와, 무기 섬유 및/또는 위스커를 함유하고, 상기 하니콤 유닛의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적이, 5㎠ 이상 50㎠ 이하이고, 상기 하니콤 유닛의 각부는 R면 및/또는 C면의 형상인 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 2, the
이 하니콤 구조체에서는 복수의 하니콤 유닛이 시일(seal)재층을 통해 접합 된 구조를 취하기 때문에, 열충격이나 진동에 대한 강도를 높일 수 있다. 이 이유로서는, 급격한 온도 변화 등에 의해서 하니콤 구조체에 온도 분포가 생긴 경우에도 각각의 하니콤 유닛당 생기는 온도차를 작게 억제할 수 있기 때문인 것으로 추찰된다. 또는 열충격이나 진동을 시일재층에 의해서 완화할 수 있게 되기 때문인 것으로 추찰된다. 또한, 이 시일재층은 열응력 등에 의해서 하니콤 유닛에 크랙이 생긴 경우에도, 크랙이 하니콤 구조체 전체로 퍼지는 것을 막고, 또한 하니콤 구조체의 프레임으로서의 역할도 담당하고, 하니콤 구조체로서의 형상을 유지하여, 촉매 담체로서의 기능을 잃지 않게 되는 것으로 생각된다. 하니콤 유닛의 크기는 관통 구멍에 대하여 직교하는 단면의 면적 (간단히 단면적이라고 한다. 이하 동일.) 이, 5㎠ 미만에서는 복수의 하니콤 유닛을 접합하는 시일재층의 단면적이 커지기 때문에 촉매를 담지하는 비표면적이 상대적으로 작아짐과 함께, 압력 손실이 상대적으로 커져, 단면적이 50㎠ 를 초과하면, 유닛의 크기가 지나치게 커, 각각의 하니콤 유닛에 발생되는 열응력을 충분히 억제할 수 없다. 요컨대, 유닛의 단면적은 5∼50㎠ 의 범위로 함으로써, 비표면적을 크게 유지하면서, 압력 손실을 작게 억제하여, 열응력에 대하여 충분한 강도를 갖고, 높은 내구성이 얻어져 실용가능한 레벨이 된다. 따라서, 이 하니콤 구조체에 의하면, 촉매 성분을 고분산시킴과 함께 열충격이나 진동에 대한 강도를 높일 수 있다. 여기서, 단면적이란, 하니콤 구조체가 단면적이 상이한 복수의 하니콤 유닛을 포함할 때에는, 하니콤 구조체를 구성하는 기본 유닛으로 되어 있는 하니콤 유닛의 단면적을 말하고, 통상, 하니콤 유닛의 단면적이 최대인 것을 말한다.In this honeycomb structure, since a plurality of honeycomb units have a structure in which a plurality of honeycomb units are joined through a seal material layer, strength against thermal shock and vibration can be increased. This reason is assumed to be because the temperature difference generated in each honeycomb unit can be suppressed small, even when a temperature distribution occurs in the honeycomb structure due to a sudden temperature change or the like. Or it is inferred that it is because heat shock and a vibration can be alleviated by a sealing material layer. In addition, this seal material layer prevents cracks from spreading to the entire honeycomb structure even when a crack occurs in the honeycomb unit due to thermal stress or the like, and also serves as a frame of the honeycomb structure, and maintains the shape as a honeycomb structure. It is thought that such a function will not be lost as a catalyst carrier. The size of the honeycomb unit is the area of the cross section orthogonal to the through-hole (simply referred to as cross-sectional area. The same below). When the specific surface area becomes relatively small and the pressure loss becomes relatively large, and when the cross-sectional area exceeds 50 cm 2, the size of the unit is too large and the thermal stress generated in each honeycomb unit cannot be sufficiently suppressed. In other words, when the cross-sectional area of the unit is in the range of 5 to 50 cm 2, while maintaining a large specific surface area, the pressure loss is suppressed to be small, sufficient strength to thermal stress is obtained, high durability is obtained, and the level becomes practical. Therefore, according to this honeycomb structure, the catalyst component can be highly dispersed and the strength against thermal shock and vibration can be increased. Here, when a honeycomb structure contains several honeycomb units from which a cross-sectional area differs, the cross-sectional area means the cross-sectional area of the honeycomb unit used as the basic unit which comprises a honeycomb structure, and usually, the cross-sectional area of a honeycomb unit is the largest. Say that it is.
또한, 상기 하니콤 유닛의 각부의 R면의 곡률 반경 (R) 은 0.3∼2.5mm 인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the curvature radius R of the R surface of each part of the said honeycomb unit is 0.3-2.5 mm.
본 발명의 하니콤 구조체에서는 하니콤 유닛의 외주면에서의 각부는 R면 및/또는 C면의 형상을 갖기 때문에, 당해 개소에 대한 응력 집중을 회피할 수 있다. 따라서 하니콤 유닛에 치핑이 생기거나, 각부를 기점으로 하여 시일재층에 크랙이 발생, 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또 이 R면의 형상의 곡률 반경은 R=0.3∼2.5mm 인 것이 바람직하다. 곡률 반경 (R) 이 0.3mm 미만에서는 각부에 대한 응력 집중을 충분히 회피할 수 없어, 치핑이나 크랙의 발생으로 이어진다. 또한, 곡률 반경 (R) 이 2.5mm 를 초과하면, 하니콤 유닛의 단면적이 감소되어, 하니콤 구조체의 처리 능력이 저하된다.In the honeycomb structured body of the present invention, since each portion on the outer circumferential surface of the honeycomb unit has a shape of an R surface and / or a C surface, it is possible to avoid stress concentration on the location. Therefore, chipping occurs in the honeycomb unit, or cracks can be prevented from occurring and propagating in the sealing material layer starting from each part. Moreover, it is preferable that the radius of curvature of the shape of this R surface is R = 0.3-2.5mm. If the radius of curvature R is less than 0.3 mm, stress concentration on each part cannot be sufficiently avoided, leading to chipping or cracking. Further, when the radius of curvature R exceeds 2.5 mm, the cross-sectional area of the honeycomb unit is reduced, and the processing capacity of the honeycomb structure is lowered.
또, 이 C면의 형상은 0.3mm∼2.5mm의 C면 형상인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 하니콤 구조체의 단부에 대한 응력 집중이 완화되어, 하니콤 구조체의 강도가 향상되기 때문이다. C면의 형상이 0.3mm 미만에서는, 각부에 대한 응력 집중을 충분히 회피할 수 없어, 치핑이나 크랙의 발생으로 이어진다. 또한 C면의 형상이 2.5mm 를 초과하면, 시일재의 두께의 차가 커져, 열응력에 의해서 파괴되기 쉬워진다. 또한, 하니콤 유닛의 단면적이 감소되어, 하니콤 구조체의 처리 능력이 저하된다.Moreover, it is preferable that the shape of this C surface is C surface shape of 0.3 mm-2.5 mm. This is because stress concentration on the end of the honeycomb structure is relaxed, and the strength of the honeycomb structure is improved. If the shape of the C surface is less than 0.3 mm, stress concentration on each part cannot be sufficiently avoided, leading to chipping or cracking. Moreover, when the shape of C surface exceeds 2.5 mm, the difference of the thickness of a sealing material will become large and it will become easy to be destroyed by thermal stress. In addition, the cross-sectional area of the honeycomb unit is reduced, and the processing capacity of the honeycomb structure is lowered.
또한, 하니콤 구조체의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적에 대하여, 상기 하니콤 유닛의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 단면적의 총합이 차지하는 비율은 85% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 비율이 85% 미만에서는 시일재층의 단면적이 커져, 하니콤 유닛의 총단면적이 감소되므로, 촉매를 담지하는 비표면적이 상대적으로 작아짐과 함께, 압력 손실이 상대적으로 커져 버리기 때문이다. 또한, 이 비율이 90% 이상에서는, 보다 압력 손실을 작게 할 수 있다.Moreover, it is preferable that the ratio of the sum total of the cross-sectional area in the cross section perpendicular | vertical to the longitudinal direction of the said honeycomb unit to the cross section in the cross section perpendicular | vertical to the longitudinal direction of a honeycomb structure is 85% or more, and is 90% or more. It is more preferable. This is because if the ratio is less than 85%, the cross-sectional area of the seal material layer is increased, and the total cross-sectional area of the honeycomb unit is reduced, so that the specific surface area carrying the catalyst is relatively small and the pressure loss is relatively large. Moreover, when this ratio is 90% or more, pressure loss can be made smaller.
본 발명의 하니콤 구조체에 있어서, 시일재층으로 접합된 하니콤 유닛 중, 관통 구멍이 개구되어 있지 않은 외주면을 피복하는 코팅재층을 구비해도 된다. 그럼으로써 하니콤 구조체의 외주면을 보호하여 강도를 높일 수 있다.In the honeycomb structure according to the present invention, a honeycomb unit bonded to the sealing material layer may include a coating material layer covering an outer circumferential surface of which the through hole is not opened. Thus, the outer circumferential surface of the honeycomb structure can be protected to increase the strength.
하니콤 유닛을 접합한 하니콤 구조체의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 각주형의 것이어도 된다.The shape of the honeycomb structure in which the honeycomb unit is joined is not particularly limited, and may be, for example, a prismatic square.
본 발명의 하니콤 구조체에 있어서, 하니콤 유닛에 함유되는 무기 섬유 및/또는 위스커의 애스펙트비(aspect ratio)는 2∼1000 인 것이 바람직하고, 5∼800 인 것이 보다 바람직하고, 10∼500 인 것이 가장 바람직하다. 무기 섬유 및/또는 위스커의 애스펙트비가 2 미만에서는 하니콤 구조체의 강도의 향상에 대한 기여가 작아지는 경우가 있고, 1000 을 초과하면 성형시에 성형용 금형에 막힘 등을 일으키기 쉬워져 성형성이 나빠지는 경우가 있고, 또한, 압출 성형 등의 성형시에 무기 섬유 및/또는 위스커가 접혀 길이에 편차가 생겨 하니콤 구조체의 강도의 향상에 대한 기여가 작아지는 경우가 있다. 여기서, 무기 섬유 및/또는 위스커의 애스펙트비에 분포가 있을 때에는 그 평균치로 해도 된다.In the honeycomb structure of the present invention, the aspect ratio of the inorganic fibers and / or whiskers contained in the honeycomb unit is preferably 2 to 1000, more preferably 5 to 800, more preferably 10 to 500 Most preferred. If the aspect ratio of the inorganic fiber and / or whisker is less than 2, the contribution to the improvement of the strength of the honeycomb structure may become small. If the ratio exceeds 1000, the molding die may be easily clogged in forming, resulting in poor moldability. In addition, the inorganic fibers and / or whiskers may be folded at the time of molding such as extrusion molding to cause variation in the length, thereby reducing the contribution to the improvement of the strength of the honeycomb structure. Here, when there is distribution in the aspect ratio of the inorganic fiber and / or whisker, the average value may be used.
본 발명의 하니콤 구조체에 있어서, 하니콤 유닛에 함유되는 세라믹 입자로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 탄화규소, 질화규소, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 멀라이트 및 제올라이트에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있고, 이 중 알루미나가 바람직하다.In the honeycomb structure of the present invention, the ceramic particles contained in the honeycomb unit are not particularly limited, and for example, 1 selected from silicon carbide, silicon nitride, alumina, silica, zirconia, titania, ceria, mullite and zeolite. Species or more are mentioned, Among these, alumina is preferable.
본 발명의 하니콤 구조체에 있어서, 하니콤 유닛에 함유되는 무기 섬유 및/또는 위스커로서는 특별히 한정되지 않고, 알루미나, 실리카, 탄화규소, 실리카알루미나, 붕산알루미늄, 유리 및 티탄산칼륨에서 선택되는 1 이상을 들 수 있다.In the honeycomb structure of the present invention, the inorganic fibers and / or whiskers contained in the honeycomb unit are not particularly limited, and at least one selected from alumina, silica, silicon carbide, silica alumina, aluminum borate, glass and potassium titanate Can be mentioned.
하니콤 구조체에 함유되는 세라믹 입자의 양은 30∼97중량% 가 바람직하고, 30∼90중량% 가 보다 바람직하고, 40∼80중량% 가 더욱 바람직하고, 50∼75중량% 가 가장 바람직하다. 세라믹 입자의 함유량이 30중량% 미만에서는 비표면적 향상에 기여하는 세라믹 입자의 양이 상대적으로 적어지기 때문에, 하니콤 구조체로서의 비표면적이 작아 촉매 성분을 담지할 때에 촉매 성분을 고분산시킬 수 없게 되고, 90중량% 를 초과하면 강도 향상에 기여하는 무기 섬유 및/또는 위스커의 양이 상대적으로 적어지기 때문에, 하니콤 구조체의 강도가 저하된다.30-97 weight% is preferable, as for the quantity of the ceramic particle contained in a honeycomb structure, 30-90 weight% is more preferable, 40-80 weight% is more preferable, 50-75 weight% is the most preferable. If the content of the ceramic particles is less than 30% by weight, the amount of ceramic particles contributing to the improvement of the specific surface area is relatively small, so that the specific surface area of the honeycomb structure is small, and the catalyst component cannot be highly dispersed when supporting the catalyst component. When the content exceeds 90% by weight, the amount of the inorganic fibers and / or whiskers that contribute to the strength improvement is relatively low, so that the strength of the honeycomb structure is lowered.
하니콤 구조체의 하니콤 유닛에 함유되는 무기 섬유 및/또는 위스커의 양은 3∼70중량% 가 바람직하고, 3∼50중량% 가 보다 바람직하고, 5∼40중량% 가 더욱 바람직하고, 8∼30중량% 가 가장 바람직하다. 무기 섬유 및/또는 위스커의 함유량이 3중량% 미만에서는 하니콤 구조체의 강도가 저하되고, 50중량% 를 초과하면 비표면적 향상에 기여하는 세라믹 입자의 양이 상대적으로 적어지기 때문에, 하니콤 구조체로서의 비표면적이 작아 촉매 성분을 담지할 때에 촉매 성분을 고분산시킬 수 없게 된다.The amount of the inorganic fibers and / or whiskers contained in the honeycomb unit of the honeycomb structure is preferably 3 to 70% by weight, more preferably 3 to 50% by weight, still more preferably 5 to 40% by weight, 8 to 30 % By weight is most preferred. When the content of the inorganic fibers and / or whiskers is less than 3% by weight, the strength of the honeycomb structure is lowered. When the content of the inorganic fibers and / or whisker is more than 50% by weight, the amount of ceramic particles that contribute to the improvement of the specific surface area is relatively small. The specific surface area is small so that the catalyst component cannot be highly dispersed when supporting the catalyst component.
본 발명의 하니콤 구조체에 있어서, 하니콤 유닛은 추가로 무기 바인더를 함 유하여 제조되어도 된다. 이렇게 하면, 하니콤 유닛을 소성하는 온도를 낮게 하더라도 충분한 강도를 얻을 수 있다. 하니콤 구조체에 함유되는 무기 바인더로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 무기 졸이나 점토계 바인더 등을 들 수 있다. 이 중, 무기 졸로서는 예를 들어 알루미나 졸, 실리카 졸, 티타니아 졸 및 물유리 등에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 점토계 바인더로서는 예를 들어 백토, 카올린, 몬모릴로나이트, 복쇄 구조형 점토 (세피올라이트, 아타팔자이트) 등에서 선택되는 1종 이상의 점토계 바인더 등을 들 수 있다. 하니콤 유닛을 제조할 때에 함유되는 무기 바인더의 양은 하니콤 구조체에 함유되는 고형분으로서, 50중량% 이하가 바람직하고, 5∼50중량% 가 보다 바람직하고, 10∼40중량% 가 더욱 바람직하고, 15∼35중량% 가 가장 바람직하다. 무기 바인더의 함유량이 50중량% 를 초과하면 성형성이 나빠진다.In the honeycomb structured body of the present invention, the honeycomb unit may further be produced by containing an inorganic binder. In this way, sufficient strength can be obtained even if the temperature which bakes a honeycomb unit is made low. It does not specifically limit as an inorganic binder contained in a honeycomb structure, For example, an inorganic sol, a clay binder, etc. are mentioned. Among these, as an inorganic sol, 1 or more types chosen from an alumina sol, a silica sol, a titania sol, water glass, etc. are mentioned, for example. As the clay binder, for example, one or more kinds of clay binders selected from clay, kaolin, montmorillonite, double-chain clay (sepiolite, attapalzite) and the like can be given. The amount of the inorganic binder contained in the production of the honeycomb unit is preferably 50% by weight or less, more preferably 5 to 50% by weight, still more preferably 10 to 40% by weight, as the solid content contained in the honeycomb structure. Most preferably 15 to 35% by weight. When content of an inorganic binder exceeds 50 weight%, moldability will worsen.
하니콤 유닛의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 하니콤 유닛끼리를 접합하기 쉬운 형상인 것이 바람직하고, 관통 구멍에 대하여 직교하는 면의 단면 (간단히 단면이라고 한다. 이하 동일) 이 정사각형이나 직사각형인 것이어도 된다. 하니콤 유닛의 일례로서 단면 정사각형의 직육면체인 하니콤 유닛 (11) 의 개념도를 도 1 에 나타낸다. 하니콤 유닛 (11) 은 앞쪽에서 안쪽으로 향하여 관통 구멍 (12) 을 다수 갖고, 관통 구멍 (12) 을 갖지 않은 외면 (13) 을 갖는다. 관통 구멍 (12) 끼리의 사이의 벽두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.05∼0.35mm 의 범위가 바람직하고, 0.10∼0.30mm 가 보다 바람직하고, 0.15∼0.25mm 가 가장 바람직하다. 벽두께가 0.05mm 미만에서는 하니콤 유닛의 강도가 저하되고, 0.35mm 를 초과하면, 배기 가스와의 접촉 면적이 작아지는 것과, 가스가 충분히 깊은 곳까지 침투하지 않기 때문에, 벽내부에 담지된 촉매와 가스가 접촉하기 어렵게 되기 때문에, 촉매 성능이 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 단위 단면적당 관통 구멍의 수는 15.5∼186개/㎠ (100∼1200cpsi) 가 바람직하고, 46.5∼170.5개/㎠ (300∼1100cpsi) 가 보다 바람직하고, 62.0∼155개/㎠ (400∼1000cpsi) 가 가장 바람직하다. 관통 구멍의 수가 15.5개/㎠ 미만에서는 하니콤 유닛 내부의 배기 가스와 접촉하는 벽의 면적이 작아지고, 186개/㎠ 를 초과하면, 압력 손실도 높아져, 하니콤 유닛의 제작이 곤란해지기 때문이다.Although the shape of a honeycomb unit is not specifically limited, It is preferable that it is a shape which is easy to connect honeycomb units, and even if the cross section (simplistic cross-section. It is the same hereafter) of the surface orthogonal to a through-hole is square or rectangular. do. As an example of a honeycomb unit, the conceptual diagram of the
하니콤 구조체를 구성시키는 하니콤 유닛의 크기로서는 단면적이 5∼50㎠ 가 되는 것이 바람직하지만, 6∼40㎠ 가 되는 것이 보다 바람직하고, 8∼30㎠ 가 가장 바람직하다. 단면적이 5∼50㎠ 의 범위이면, 하니콤 구조체에 대한 시일재층이 차지하는 비율을 조정시킬 수 있게 된다. 이 점에 의해, 하니콤 구조체의 단위 체적당 비표면적을 크게 유지할 수 있어, 촉매 성분을 고분산시킬 수 있게 됨과 함께, 열충격이나 진동 등의 외력이 가해지더라도 하니콤 구조체로서의 형상을 유지할 수 있다. 또한, 단위 체적당 비표면적은 후술하는 식 (1) 에 의해서 구할 수 있다.The honeycomb unit constituting the honeycomb structure preferably has a cross-sectional area of 5 to 50 cm 2, more preferably 6 to 40 cm 2, and most preferably 8 to 30 cm 2. If the cross-sectional area is in the range of 5 to 50 cm 2, the proportion of the sealing material layer to the honeycomb structure can be adjusted. As a result, the specific surface area per unit volume of the honeycomb structure can be largely maintained, the catalyst component can be highly dispersed, and the shape as a honeycomb structure can be maintained even when external force such as thermal shock or vibration is applied. In addition, the specific surface area per unit volume can be calculated | required by Formula (1) mentioned later.
다음으로, 상기 기술한 본 발명의 하니콤 구조체의 제조 방법의 일례에 관해서 설명한다. 우선, 상기 기술한 세라믹 입자, 무기 섬유 및/또는 위스커 및 무기 바인더를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 사용하여 압출 성형 등을 행하고, 하니콤 유닛 성형체를 제작한다. 원료 페이스트에는 이들 외에 유기 바인더, 분산매 및 성형 보조제를 성형성에 맞춰 적절히 첨가해도 된다. 유기 바인더로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 페놀 수지 및 에폭시 수지에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 유기 바인더의 배합량은 세라믹 입자와, 무기 섬유 및/또는 위스커와, 무기 바인더의 합계 100중량부에 대하여, 1∼10중량부가 바람직하다. 분산매로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 물, 유기 용매 (벤젠 등) 및 알코올 (메탄올 등) 등을 들 수 있다. 성형 보조제로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산비누 및 폴리알코올을 들 수 있다.Next, an example of the manufacturing method of the honeycomb structured body of this invention mentioned above is demonstrated. First, extrusion molding etc. are performed using the raw material paste whose main component is a ceramic particle, an inorganic fiber, and / or a whisker, and an inorganic binder mentioned above, and a honeycomb unit molded object is produced. In addition to these, you may add an organic binder, a dispersion medium, and a shaping | molding adjuvant suitably to a raw material paste according to moldability. It does not specifically limit as an organic binder, For example, 1 or more types chosen from methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, a phenol resin, and an epoxy resin is mentioned. As for the compounding quantity of an organic binder, 1-10 weight part is preferable with respect to a total of 100 weight part of ceramic particle, an inorganic fiber and / or whisker, and an inorganic binder. It does not specifically limit as a dispersion medium, For example, water, an organic solvent (benzene etc.), alcohol (methanol etc.), etc. are mentioned. It does not specifically limit as a shaping | molding adjuvant, For example, ethylene glycol, dextrin, fatty acid, fatty acid soap, and polyalcohol are mentioned.
원료 페이스트는 특별히 한정되지 않지만, 혼합·혼련하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 믹서나 어트리터(attritor) 등을 사용하여 혼합해도 되고, 니더(kneader) 등으로 충분히 혼련해도 된다. 원료 페이스트를 성형하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 압출 성형 등에 의해서 관통 구멍을 갖는 형상으로 성형하는 것이 바람직하다.Although a raw material paste is not specifically limited, It is preferable to mix and knead | mix, For example, you may mix using a mixer, an attritor, etc., or you may fully knead with a kneader etc. The method of molding the raw material paste is not particularly limited, and for example, molding of the raw material paste into a shape having a through hole is preferable.
압출 성형에 사용하는 금형의 외주면을 R면 및/또는 C면의 형상으로 함으로써, 하니콤 유닛의 각부를 R면 및/또는 C면으로 할 수 있다.By making the outer peripheral surface of the metal mold | die used for extrusion molding into the shape of R surface and / or C surface, each part of a honeycomb unit can be made into R surface and / or C surface.
하니콤 유닛의 각 각부 (18) 에 대하여, 연마, 절삭 등의 모따기 가공을 행하여, 소정 크기의 곡률 반경 (R) 의 R면 및/또는 C면의 형상을 형성해도 된다. 또 모따기 가공의 단계는 이 시점에 한정되지 않고, 예를 들어 소성 후에 행할 수도 있다. 이 경우, 유닛 각부가 얇아지지 않도록, 유닛 각부의 막두께를 미리 두껍게 해 두는 것이 바람직하다.Each
다음으로, 얻어진 성형체는 건조시키는 것이 바람직하다. 건조에 사용하는 건조기는 특별히 한정되지 않고, 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기 및 동결 건조기 등을 들 수 있다. 또한, 얻어진 성형체는 탈지하는 것이 바람직하다. 탈지하는 조건은 특별히 한정되지 않고, 성형체에 함유되는 유기물의 종류나 양에 따라서 적절히 선택하면 되지만, 대략 400℃, 2hr 이 바람직하다.Next, it is preferable to dry the obtained molded object. The dryer used for drying is not specifically limited, A microwave dryer, a hot air dryer, an oilfield dryer, a vacuum dryer, a vacuum dryer, and a freeze dryer are mentioned. Moreover, it is preferable to degrease the obtained molded object. The conditions for degreasing are not specifically limited, What is necessary is just to select suitably according to the kind and quantity of the organic substance contained in a molded object, but about 400 degreeC and 2hr are preferable.
또, 얻어진 성형체는 소성하는 것이 바람직하다. 소성 조건으로서는 특별히 한정되지 않지만, 600∼1200℃ 가 바람직하고, 600∼1000℃ 가 보다 바람직하다. 이 이유는 소성 온도가 600℃ 미만에서는 세라믹 입자 등의 소결이 진행되지 않아 하니콤 구조체로서의 강도가 낮아지고, 1200℃ 를 초과하면 세라믹 입자 등의 소결이 지나치게 진행되어 단위 체적당 비표면적이 작아져, 담지시키는 촉매 성분을 충분히 고분산시킬 수 없게 되기 때문이다. 이들의 공정을 거쳐 복수의 관통 구멍을 갖는 하니콤 유닛을 얻을 수 있다.Moreover, it is preferable to bake the obtained molded object. Although it does not specifically limit as baking conditions, 600-1200 degreeC is preferable and 600-1000 degreeC is more preferable. The reason for this is that when the firing temperature is less than 600 ° C, sintering of ceramic particles and the like does not proceed, and the strength as a honeycomb structure is lowered. When it exceeds 1200 ° C, sintering of ceramic particles and the like proceeds excessively and the specific surface area per unit volume becomes small. This is because the catalyst component to be supported cannot be sufficiently dispersed. Through these steps, a honeycomb unit having a plurality of through holes can be obtained.
다음으로, 얻어진 하니콤 유닛에 시일재층이 되는 시일재 페이스트를 도포하여 하니콤 유닛을 순차 접합시키고, 그 후 건조시키고, 고정화시켜, 소정 크기의 하니콤 유닛 접합체를 제작해도 된다. 시일재로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 무기 바인더와 세라믹 입자를 섞은 것이나, 무기 바인더와 무기 섬유를 섞은 것이나, 무기 바인더와 세라믹 입자와 무기 섬유를 섞은 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들의 시일재에 유기 바인더를 첨가한 것으로 해도 된다. 유 기 바인더로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스 및 카르복시메틸셀룰로오스 등에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.Next, you may apply | coat the sealing material paste which becomes a sealing material layer to the obtained honeycomb unit, joining a honeycomb unit one by one, drying and immobilizing after that, and manufacturing the honeycomb unit bonding body of a predetermined | prescribed magnitude | size. It does not specifically limit as a sealing material, For example, the thing which mixed the inorganic binder and ceramic particle, the thing which mixed the inorganic binder and inorganic fiber, the thing which mixed the inorganic binder, ceramic particle, and inorganic fiber can be used. In addition, it is good also as what added the organic binder to these sealing materials. It does not specifically limit as an organic binder, For example, 1 or more types chosen from polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, etc. are mentioned.
하니콤 유닛을 접합시키는 시일재층의 두께는 0.5∼2mm 가 바람직하다. 시일재층의 두께가 0.5mm 미만에서는 충분한 접합 강도가 얻어지지 않을 우려가 있기 때문이다. 또한, 시일재층은 촉매 담체로서 기능하지 않는 부분이기 때문에, 2mm 를 초과하면, 하니콤 구조체의 단위 체적당 비표면적이 저하되기 때문에, 촉매 성분을 담지하였을 때에 충분히 고분산시킬 수 없게 된다. 또한, 시일재층의 두께가 2mm 를 초과하면, 압력 손실이 커지는 경우가 있다. 또, 접합시키는 하니콤 유닛의 수는 하니콤 촉매로서 사용하는 하니콤 구조체의 크기에 맞춰 적절히 정하면 된다. 또한, 하니콤 유닛을 시일재에 의해서 접합한 접합체는 하니콤 구조체의 형상, 크기에 맞춰, 적절히 절단·연마 등을 해도 된다.As for the thickness of the sealing material layer which joins a honeycomb unit, 0.5-2 mm is preferable. It is because there exists a possibility that sufficient bonding strength may not be obtained when the thickness of a sealing material layer is less than 0.5 mm. In addition, since the sealing material layer does not function as a catalyst carrier, if it exceeds 2 mm, the specific surface area per unit volume of the honeycomb structure decreases, so that it cannot be sufficiently high dispersed when the catalyst component is supported. Moreover, when the thickness of a sealing material layer exceeds 2 mm, a pressure loss may become large. The number of honeycomb units to be bonded may be appropriately determined in accordance with the size of the honeycomb structure used as the honeycomb catalyst. In addition, the joined body which joined the honeycomb unit with the sealing material may be appropriately cut and polished according to the shape and size of the honeycomb structure.
하니콤 구조체의 관통 구멍이 개구되어 있지 않은 외주면 (측면) 에 코팅재를 도포하여 건조시키고, 고정화시켜, 코팅재층을 형성시켜도 된다. 이렇게 하면, 외주면을 보호하여 강도를 높일 수 있다.You may apply | coat a coating material to the outer peripheral surface (side surface) in which the through hole of a honeycomb structure is not opened, dry it, fix it, and form a coating material layer. In this way, the outer circumferential surface can be protected to increase the strength.
코팅재는 특별히 한정되지 않고, 시일재와 동일한 재료로 이루어져도 되고 상이한 재료로 이루어져도 된다. 또한, 코팅재는 시일재와 동일한 배합비로 해도 되고, 상이한 배합비로 해도 된다. 코팅재층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.1∼2mm 인 것이 바람직하다. 0.1mm 미만에서는 외주면을 완전히 보호할 수 없어 강도를 높이지 못할 우려가 있고, 2mm 을 초과하면, 하니콤 구조체로서 의 단위 체적당 비표면적이 저하되어 촉매 성분을 담지하였을 때에 충분히 고분산시킬 수 없게 된다.The coating material is not particularly limited and may be made of the same material as the sealing material or may be made of a different material. In addition, a coating material may be made into the same compounding ratio as a sealing material, and may be made into a different compounding ratio. Although the thickness of a coating material layer is not specifically limited, It is preferable that it is 0.1-2 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, the outer circumferential surface may not be fully protected and the strength may not be increased. If the thickness is more than 2 mm, the specific surface area per unit volume as the honeycomb structure is lowered, so that it may not be sufficiently dispersed when the catalyst component is supported. do.
복수의 하니콤 유닛을 시일재에 의해서 접합시킨 후 (단, 코팅재층을 형성한 경우에는 코팅재층을 형성시킨 후) 에, 예비 소성하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 시일재, 코팅재에 유기 바인더가 함유되어 있는 경우 등에는 탈지 제거시킬 수 있기 때문이다. 예비 소성하는 조건은 함유되는 유기물의 종류나 양에 따라서 적절히 정해도 되지만, 대략 700℃ 에서 2hr 가 바람직하다. 예비 소성하여 얻어진 하니콤 구조체는 사용되었을 때에, 하니콤 구조체에 남겨진 유기 바인더가 연소되어, 오염된 배기 가스를 방출시키는 일이 없다. 여기서, 하니콤 구조체의 일례로서 단면 정사각형의 직육면체의 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시켜 외형을 원주형으로 한 하니콤 구조체 (10) 의 개념도를 도 2 에 나타낸다. 이 하니콤 구조체 (10) 는 시일재층 (14) 에 의해 하니콤 유닛 (11) 을 접합시켜 원주형으로 절단한 후에 코팅재층 (16) 에 의해서 하니콤 구조체 (10) 의 관통 구멍 (12) 이 개구되어 있지 않은 외주면을 덮은 것이다. 또, 예를 들어, 단면이 부채형인 형상이나 단면이 정사각형인 형상으로 하니콤 유닛 (11) 을 성형하여 이들을 접합시켜 소정 하니콤 구조체의 형상 (도 2 에서는 원주형) 이 되도록 하여, 절단·연마 공정을 생략해도 된다.It is preferable to pre-fire after joining a some honeycomb unit with a sealing material (however, after forming a coating material layer in the case of forming a coating material layer). This is because degreasing can be performed when the sealing material or the coating material contains an organic binder. Although conditions for preliminary baking may be suitably determined according to the kind and quantity of organic substance to contain, 2hr is preferable at about 700 degreeC. When the honeycomb structure obtained by preliminary firing is used, the organic binder left in the honeycomb structure is not burned, and contaminated exhaust gas is not released. Here, as an example of a honeycomb structure, the conceptual diagram of the
얻어진 하니콤 구조체의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 차량의 배기 가스 정화용의 촉매 담체로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 디젤 엔진의 배기 가스 정화용의 촉매 담체로서 사용하는 경우, 탄화규소 등의 세라믹 하니콤 구조를 갖고, 배기 가스 중의 입상 물질 (PM) 을 여과하여 연소 정화하는 기능을 갖는 매연여과장치 (DPF) 와 병용하는 경우가 있지만, 이 때 본 발명의 하니콤 구조체와 DPF 의 위치 관계는 본 발명의 하니콤 구조체가 전측이어도 후측이어도 된다. 전측에 설치된 경우에는, 본 발명의 하니콤 구조체가, 발열을 수반하는 반응을 나타낸 경우에 있어서, 후측의 DPF 에 전해져, DPF 의 재생시의 승온을 촉진시킬 수 있다. 또한, 후측에 설치된 경우에는, 배기 가스 중의 PM 이 DPF 에 의해 여과되어, 본 발명의 하니콤 구조체의 관통 구멍을 통과하기 때문에, 막힘을 잘 일으키기 않고, 또, DPF 에서 PM 을 연소할 때에 불완전 연소에 의해 발생된 가스 성분에 대해서도 본 발명의 하니콤 구조체를 사용하여 처리할 수 있기 때문이다. 또, 이 하니콤 구조체는 상기 기술한 기술 배경에 기재된 용도 등에 대해서 이용할 수 있는 것은 물론, 촉매 성분을 담지하지 않고 사용하는 용도 (예를 들어, 기체 성분이나 액체 성분을 흡착시키는 흡착재 등) 에도 특별히 한정되지 않고 이용할 수 있다.Although the use of the obtained honeycomb structural body is not specifically limited, It is preferable to use as a catalyst carrier for exhaust gas purification of a vehicle. Moreover, when used as a catalyst carrier for exhaust gas purification of a diesel engine, the particulate filter (DPF) which has a ceramic honeycomb structure, such as a silicon carbide, and has the function to filter and purify particulate matter (PM) in exhaust gas. Although it may be used together, the positional relationship between the honeycomb structure of the present invention and the DPF may be the front side or the rear side of the honeycomb structure of the present invention. When provided in the front side, when the honeycomb structure of the present invention exhibits a reaction involving heat generation, the honeycomb structure of the present invention can be transferred to the rear DPF to promote a temperature increase during regeneration of the DPF. In addition, when installed in the rear side, since the PM in the exhaust gas is filtered by the DPF and passes through the through hole of the honeycomb structure of the present invention, clogging is not caused well, and incomplete combustion when burning PM in the DPF is performed. This is because the honeycomb structured body of the present invention can also be treated with respect to the gas component generated by the present invention. In addition, the honeycomb structure can be used not only for the use described in the technical background described above, but also for use without using a catalyst component (for example, an adsorbent for adsorbing a gas component or a liquid component). It is not limited and can use.
또한, 얻어진 하니콤 구조체에 촉매 성분을 담지하여 하니콤 촉매로 해도 된다. 촉매 성분으로서는 특별히 한정되지 않고, 귀금속, 알칼리금속, 알칼리 토금속, 산화물 등이어도 된다. 귀금속으로서는 예를 들어, 백금, 팔라듐, 로듐에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있고, 알칼리금속으로서는 예를 들어, 칼륨, 나트륨 등에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있고, 알칼리 토금속으로서는 예를 들어, 바륨 등을 들 수 있고, 산화물로서는 페로브스카이트 (La0 .75K0 .25MnO3 등) 및 CeO2 등을 들 수 있다. 얻어진 하니콤 촉매는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 자동차의 배기 가스 정화용의 이른바 3원 촉매나 NOx 흡장 촉매로서 사용할 수 있다. 또, 촉매 성분의 담지는 특별히 한정되지 않고, 하니콤 구조체를 제작한 후에 담지시켜도 되고, 원료의 세라믹 입자의 단계에서 담지시켜도 된다. 촉매 성분의 담지 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 함침법 등에 의해서 행해도 된다.Moreover, it is good also as a honeycomb catalyst by carrying a catalyst component in the obtained honeycomb structure. The catalyst component is not particularly limited and may be a noble metal, an alkali metal, an alkaline earth metal, an oxide, or the like. Examples of the noble metal include one or more selected from platinum, palladium and rhodium, and examples of the alkali metal include one or more selected from potassium, sodium, and the like, and examples of the alkaline earth metal include, for example, there may be mentioned barium, there may be an oxide of the perovskite (La 0 .75 K 0 .25 MnO 3 , and so on), and CeO 2 or the like. The obtained honeycomb catalyst is not particularly limited, and can be used, for example, as a so-called three-way catalyst or NO x storage catalyst for exhaust gas purification of automobiles. Moreover, the support of a catalyst component is not specifically limited, You may carry out after carrying out manufacture of a honeycomb structure, and you may carry out at the stage of the ceramic particle of a raw material. The method of supporting the catalyst component is not particularly limited and may be performed by, for example, an impregnation method.
이하에는 여러 조건에서 하니콤 구조체를 구체적으로 제조한 예를, 실험예 로서 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실험예에 전혀 한정되지 않는다.Hereinafter, although the example which manufactured the honeycomb structure specifically in various conditions is demonstrated as an experiment example, this invention is not limited to these experiment examples at all.
[실험예 1]Experimental Example 1
우선, γ알루미나 입자 (평균 입경 2μm) 40중량%, 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10μm, 평균 섬유 길이 100μm, 애스펙트비 10) 10중량%, 실리카 졸 (고체 농도 30중량%) 50중량% 를 혼합하고, 얻어진 혼합물 100중량부에 대하여 유기 바인더로서 메틸셀룰로오스 6중량부, 가소제 및 윤활제를 소량 첨가하고 나아가 혼합·혼련하여 혼합 조성물을 얻었다. 다음으로, 이 혼합 조성물을 압출 성형기에 의해 압출 성형을 행하여, 생형을 얻었다.First, 40 wt% of γ-alumina particles (average particle size 2 μm), 10 wt% silica-alumina fiber (
하니콤 유닛의 각 각부 (18) 에 곡률 반경 R=1.5mm 의 R면의 형상이 형성되도록 한 금형을 사용하여 압출 성형을 행하였다.Extrusion was performed using the metal mold | die so that the shape of the R surface of curvature radius R = 1.5 mm was formed in each
다음으로 마이크로파 건조기 및 열풍 건조기를 사용하여 생형을 충분히 건조시켜, 400℃ 에서 2hr 유지하여 탈지하였다.Next, the green mold was sufficiently dried using a microwave dryer and a hot air dryer, and maintained at 400 ° C. for 2 hours to be degreased.
그 후, 800℃ 에서 2hr 유지하여 소성을 행하고, 각주형 (34.3mm×34.3mm× 150mm), 셀 밀도가 93개/㎠ (600cpsi), 벽두께가 0.2mm, 셀 형상이 사각형 (정사각형) 인 하니콤 유닛 (11) 을 얻었다. 이 하니콤 유닛 (11) 의 벽면의 전자 현미경 (SEM) 사진을 도 3 에 나타낸다. 이 하니콤 유닛 (11) 은 원료 페이스트의 압출 방향을 따라 실리카-알루미나 섬유가 배향하고 있음을 알 수 있다.Thereafter, firing was carried out at 800 ° C. for 2 hours, and the resultant was a prismatic mold (34.3 mm × 34.3 mm × 150 mm), a cell density of 93 cells / cm 2 (600 cpsi), a wall thickness of 0.2 mm, and a cell shape of a square (square).
다음으로, γ알루미나 입자 (평균 입경 2μm) 29중량%, 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10μm, 평균 섬유 길이 100μm) 7중량%, 실리카 졸 (고체 농도 30중량%) 34중량%, 카르복시메틸셀룰로오스 5중량% 및 물 25중량% 를 혼합하여 내열성의 시일재 페이스트로 하였다. 이 시일재 페이스트를 사용하여 하니콤 유닛 (11) 을 접합시켰다. 관통 구멍을 갖는 면 (정면으로 한다. 이하 동일) 에서 본 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합시킨 접합체를 도 4a 에 나타낸다. 이 접합체는 상기 기술한 하니콤 유닛 (11) 의 외면 (13) 에 시일재층 (14) 의 두께가 1mm 가 되도록 시일재 페이스트를 도포하여 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합 고정화시킨 것이다. 이와 같이 접합체를 제작하고, 접합체의 정면이 대략 점대칭이 되도록 원주형으로 다이아몬드 커터를 사용하여 이 접합체를 절단하고, 관통 구멍을 갖지 않는 원형의 외표면에 상기 기술한 시일재 페이스트를 0.5mm 두께가 되도록 도포하여 외표면을 코팅하였다. 그 후, 120℃ 에서 건조시키고, 700℃ 에서 2hr 유지하여 시일재층 및 코팅재층의 탈지를 행하여, 원주형 (직경 143.8mmφ×길이 150mm) 의 하니콤 구조체 (10) 를 얻었다.Next, 29 wt% of γ-alumina particles (average particle diameter 2 μm), 7 wt% silica-alumina fiber (
이 하니콤 구조체 (10) 의 세라믹 입자 성분, 유닛 형상, 유닛 단면적, 유닛 면적 비율 (하니콤 구조체의 단면적에 대한 하니콤 유닛의 총단면적이 차지하는 비 율을 말한다. 이하 동일), 시일재층 면적 비율 (하니콤 구조체의 단면적에 대한 시일재층 및 코팅재층의 총단면적이 차지하는 비율을 말한다. 이하 동일.) 등의 각 수치 등을 정리한 것을 표 1 에 나타낸다.The ceramic particle component, unit shape, unit cross-sectional area, and unit area ratio of the honeycomb structure 10 (the ratio of the total cross-sectional area of the honeycomb unit to the cross-sectional area of the honeycomb structure. (The ratio which occupies the total cross-sectional area of a sealing material layer and a coating material layer with respect to the cross-sectional area of a honeycomb structure is the same. The following is summarized.
1) 무기 섬유 = 실리카 - 알루미나 섬유(직경 10μm, 길이 100μm, 애스펙트비 10)1) inorganic fiber = silica-alumina fiber (diameter 10μm, length 100μm, aspect ratio 10)
2) 코팅재층의 면적 포함2) Including the area of coating layer
이 표 1 에는 후술하는 실험예 2∼29 에 관한 내용도 정리하여 나타낸다. 표 1 에 나타낸 모든 샘플은 무기 섬유가 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10μm, 평균 섬유 길이 100μm, 애스펙트비 10) 이고, 무기 바인더가 실리카 졸 (고체 농도 30중량%) 인 것이다. 또한, 후술하는 실험예 30∼34 의 무기 섬유 (종류, 직경, 길이, 애스펙트비), 유닛 형상 및 유닛 단면적 등의 각 수치 등을 정리한 것을 표 2 에 나타낸다.Table 1 also summarizes the contents of Experimental Examples 2 to 29 described later. All samples shown in Table 1 have inorganic fibers of silica-alumina fibers (average fiber diameter of 10 μm, average fiber length of 100 μm, aspect ratio 10) and inorganic binder of silica sol (solid concentration of 30% by weight). In addition, Table 2 summarizes each numerical value such as inorganic fibers (type, diameter, length, aspect ratio), unit shape, and unit cross-sectional area of Experimental Examples 30 to 34 described later.
1) 세라믹 입자 = γ알루미나 입자1) Ceramic Particle = γ-Alumina Particle
2) 유닛 면적 비율 = 93.5%2) Unit Area Ratio = 93.5%
시일재층+코팅재층의 면적 비율 = 6.5% Area ratio of seal layer + coating layer = 6.5%
표 2 에 나타낸 모든 샘플은 세라믹 입자가 γ알루미나 입자이고, 무기 바인더가 실리카 졸 (고체 농도 30중량%) 이고, 유닛 면적 비율이 93.5%, 시일재층 면적 비율이 6.5% 인 것이다. 또한, 후술하는 실험예 44∼51 의 하니콤 구조체 (10) 의 무기 바인더의 종류, 유닛 단면적, 시일재층의 두께, 유닛 면적 비율, 시일재층 면적 비율 및 하니콤 유닛 (11) 의 소성 온도의 각 수치 등을 정리한 것을 표 3 에 나타낸다.All samples shown in Table 2 were ceramic particles of gamma alumina particles, inorganic binders of silica sol (solid concentration of 30% by weight), unit area ratio of 93.5%, and sealing material layer area ratio of 6.5%. In addition, the types of the inorganic binder of the honeycomb
1) 세라믹 입자 = γ알루미나 입자1) Ceramic Particle = γ-Alumina Particle
무기 섬유 = 실리카 - 알루미나 섬유 (직경 10μm, 길이 100μm, 애스펙트비 10) Inorganic Fiber = Silica-Alumina Fiber (Diameter 10μm, Length 100μm, Aspect Ratio 10)
2) 코팅재층의 면적 포함2) Including the area of coating layer
표 3 에 나타낸 모든 샘플은 세라믹 입자가 γ알루미나 입자 (평균 입경 2μm) 이고, 무기 섬유가 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10μm, 평균 섬유 길이 100μm, 애스펙트비 10) 이다.In all the samples shown in Table 3, the ceramic particles were γ-alumina particles (average particle diameter 2 μm), and the inorganic fibers were silica-alumina fibers (
또 표 1∼3 의 실험예에서는 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 곡률 반경 (R) 은 모두 1.5mm 로 하였다.In addition, in the experiment example of Tables 1-3, the curvature radius R of each
[실험예 A∼T]Experimental Examples A-T
실험예 A∼T 에서는 하니콤 유닛의 각부의 R면의 형상이, 소정 곡률 반경 (R) 이 되도록 금형을 바꿔 압출 성형을 행하고, 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 곡률 반경 (R) 을 0∼3.0mm 까지 변화시키고, 그 이외의 사항에 대해서는 실험예 1 과 동일한 방법으로, 하니콤 구조체를 제작하였다. 실험예 K∼T 에서는 하니콤 유닛의 각부의 C면의 형상이, 소정 C면 형상이 되도록 금형을 바꿔 압출 성형을 행하고, 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 C면의 형상을 0∼3.0mm까지의 C면 형상으로 변화시키고, 그 이외의 사항에 대해서는 실험예 1 과 동일한 방법으로, 하니콤 구조체를 제작하였다. 또한, 실험예 J 및 실험예 T 에서는, 외주부에 코팅재층 (16) 은 형성하지 않았다. 각 실험예의 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 곡률 반경 R 및 C면 형상을 유닛 단면적 등, 다른 항목과 함께 표 4 에 나타냈다.In Experimental Examples A-T, extrusion molding is performed by changing a metal mold so that the shape of the R surface of each portion of the honeycomb unit becomes a predetermined radius of curvature R, and the radius of curvature R of each
[실험예 2∼7]Experimental Examples 2-7
표 1 에 나타내는 형상이 되도록 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 실험예 2, 3, 4 의 접합체의 형상을 각각 도 4a, b, c, d 에 나타내고, 실험예 5, 6, 7 의 접합체의 형상을 각각 도 5a, b, c 에 나타낸다. 실험예 7 은 하니콤 구조체 (10) 를 일체 성형한 것이기 때문에, 접합 공정 및 절단 공정은 행하지 않았다.A honeycomb
[실험예 8∼14]Experimental Examples 8-14
세라믹 입자를 티타니아 입자 (평균 입경 2μm) 로 하고, 표 1 의 표에 나타내는 형상이 되도록 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 유닛 (11) 을 제작하고, 계속해서 시일재층과 코팅재층의 세라믹 입자를 티타니아 입자 (평균 입경 2μm) 로 한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 또, 실험예 8∼11 의 접합체의 형상은 각각 도 4a∼d 의 것과 동일하고, 실험예 12∼14 의 접합체의 형상은 각각 도 5a∼c 의 것과 동일하다. 또한, 실험예 14 는 하니콤 구조체 (10) 를 일체 성형한 것이다.The
[실험예 15∼21]Experimental Examples 15-21
세라믹 입자의 세라믹 입자를 실리카 입자 (평균 입경 2μm) 로 하고, 표 1 의 표에 나타내는 형상이 되도록 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 유닛 (11) 을 제작하고, 계속해서 시일재층과 코팅재층의 세라믹 입자를 실리카 입자 (평균 입경 2μm) 로 한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 또, 실험예 15∼18 의 접합체의 형상은 각각 도 4a∼d 의 것과 동일하고, 실험예 19∼21 의 접합체의 형상은 각각 도 5a∼c 의 것과 동일하다. 또한, 실험예 21 은 하니콤 구조체 (10) 를 일체 성형한 것이다.The
[실험예 22∼28]Experimental Examples 22-28
세라믹 입자의 세라믹 입자를 지르코니아 입자 (평균 입경 2μm) 로 하고, 표 1 의 표에 나타내는 형상이 되도록 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 유닛 (11) 을 제작하고, 계속해서 시일재층과 코팅재층의 세라믹 입자를 지르코니아 입자 (평균 입경 2μm) 로 한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 또, 실험예 22∼25 의 접합체의 형상은 각각 도 4a∼d 의 것과 동일하고, 실험예 26∼28 의 접합체의 형상은 각각 도 5a∼c 의 것과 동일하다. 또한, 실험예 28 은 하니콤 구조체 (10) 를 일체 성형한 것이다.The
[실험예 29]Experimental Example 29
관통 구멍 내부에 촉매 담지층인 알루미나를 형성시키고 있는, 시판 중인 원주형 (직경 143.8mmφ×길이 150mm) 의 코디어라이트 하니콤 구조체 (10) 를 실험예 29 로 하였다. 또, 셀 형상은 육각형이고, 셀 밀도는 62개/㎠ (400cpsi), 벽두께는 0.18mm 이었다. 또, 정면에서 본 하니콤 구조체의 형상은 도 5c 의 것과 동일하다.A commercially available
[실험예 30∼34]Experimental Examples 30-34
무기 섬유로서 표 2 에 나타내는 형상의 실리카-알루미나 섬유를 사용하여 하니콤 유닛을 설계한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 유닛 (11) 을 제작하고, 계속해서 시일재층과 코팅재층의 실리카-알루미나 섬유를 하니콤 유닛과 같은 실리카-알루미나 섬유로 한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 또, 실험예 30∼34 의 접합체의 형상은 도 4a 의 것과 동일하다.Except having designed the honeycomb unit using the silica-alumina fiber of the shape shown in Table 2 as an inorganic fiber, the
[실험예 44∼47]Experimental Examples 44-47
표 3 에 나타내는 바와 같이, 하니콤 유닛의 단면적 및 하니콤 유닛을 접합시키는 시일재층의 두께를 변경한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 또, 실험예 44∼45 의 접합체의 형상은 도 4a 의 것과 동일하고, 실험예 46∼47 의 접합체의 형상은 도 4c 의 것과 동일하다.As shown in Table 3, the honeycomb
[실험예 48]Experimental Example 48
표 3 에 나타내는 바와 같이, 무기 바인더를 알루미나 졸 (고체 농도 30중량%) 로 하여 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다.As shown in Table 3, the
[실험예 49∼50]Experimental Examples 49-50
표 3 에 나타내는 바와 같이, 무기 바인더를 세피올라이트 및 아타팔자이트로 하여 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 구체적으로는 γ알루미나 입자 (평균 입경 2μm) 40중량%, 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10μm, 평균 섬유 길이 100μm, 애스펙트비 10) 10중량%, 무기 바인더 15중량% 및 물 35중량% 를 혼합하고, 실험예 1 과 동일하게 유기 바인더, 가소제 및 윤활제를 첨가하여 성형·소성을 행하여 하니콤 유닛 (11) 을 얻었다. 다음으로, 실험예 1 과 동일한 시일재 페이스트에 의해 이 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합하고, 실험예 1 과 동일하게 이 접합체를 절단하여 코팅재층 (16) 을 형성시키고, 원주형 (직경 143.8mmφ×길이 150mm) 의 하니콤 구조체 (10) 를 얻었다.As shown in Table 3, the
[실험예 51]Experimental Example 51
표 3 에 나타내는 바와 같이, 무기 바인더를 혼합하지 않고 하니콤 유닛을 제작한 것 이외에는 실험예 1 과 동일하게 하여 하니콤 구조체 (10) 를 제작하였다. 구체적으로는 γ알루미나 입자 (평균 입경 2μm,) 50중량%, 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10μm, 평균 섬유 길이 100μm, 애스펙트비 10) 15중량% 및 물 35중량% 를 혼합하고, 실험예 1 과 동일하게 유기 바인더, 가소제 및 윤활제를 첨가하여 성형하고, 이 성형체를 1000℃ 에서 소성하여, 하니콤 유닛 (11) 을 얻었다. 다음으로, 실험예 1 과 동일한 시일재 페이스트에 의해 이 하니콤 유닛 (11) 을 복수 접합하고, 실험예 1 과 동일하게 이 접합체를 절단하여 코팅재층 (16) 을 형성시키고, 원주형 (직경 143.8mmφ×길이 150mm) 의 하니콤 구조체 (10) 를 얻었다.As shown in Table 3, the honeycomb
[비표면적 측정][Specific surface area measurement]
실험예 1∼51, 및 실험예 A∼T 의 하니콤 유닛 (11) 의 비표면적을 측정하였다. 우선 하니콤 유닛 (11) 및 시일재의 체적을 실측하여, 하니콤 구조체의 체적에 대하여 유닛의 재료가 차지하는 비율 A (체적%) 을 계산하였다. 다음으로 하니콤 유닛 (11) 의 단위 중량당 BET 비표면적 B (㎡/g) 을 측정하였다. BET 비표면적은 BET 측정 장치 (시마즈 제작소 제조 Micromeritics 프로소브 II-2300) 를 사용하여, 일본 공업 규격에서 정해진 IS-R-1626 (1996) 에 준하여 1점법에 의해 측정하였다. 측정에는 원주형의 소편 (직경 15mmφ×길이 15mm) 으로 잘라낸 샘플을 사용하였다. 그리고, 하니콤 유닛 (11) 의 외관 밀도 C (g/L) 를 하니콤 유닛 (11) 의 중량과 외형의 체적으로부터 계산하여, 하니콤 구조체의 비표면적 S (㎡/L) 을, 다음 식 (1) 로부터 구하였다. 또, 여기서의 하니콤 구조체의 비표면적은 하니콤 구조체의 외관 체적당 비표면적을 말한다.The specific surface area of the
S(㎡/L)=(A/100)×B×C; 식 (1)S (m 2 / L) = (A / 100) × B × C; Formula (1)
[열충격·진동 반복 시험][Thermal shock and vibration repeat test]
실험예 1∼51, 및 실험예 A∼T 의 하니콤 구조체의 열충격·진동 반복 시험을 행하였다. 열충격 시험은 알루미나 섬유로 이루어지는 단열재의 알루미나 매트 (미츠비시 화학 제조 마프텍, 46.5cm×15cm, 두께 6mm) 를 하니콤 구조체의 외주면에 감아 금속 케이싱 (21) 에 넣은 상태에서 600℃ 로 설정된 소성로에 투입하여 10분간 가열하고, 소성로에서 꺼내어 실온까지 급냉시켰다. 다음으로, 하니콤 구조체를 이 금속 케이싱에 넣은 채로 진동 시험을 행하였다. 도 6a 에 진동 시험에 사용한 진동 장치 (20) 의 정면도를, 도 6b 에 진동 장치 (20) 의 측면도를 나타낸다. 하니콤 구조체를 넣은 금속 케이싱 (21) 을 대좌 (22) 의 위에 놓고, 대략 U자 형상의 고정구 (23) 를 나사 (24) 에 의해서 조여 금속 케이싱 (21) 을 고정시켰다. 그렇게 하면, 금속 케이싱 (21) 은 대좌 (22) 와 고정구 (23) 가 일체로 된 상태에서 진동가능해진다. 진동 시험은 실험예 1∼51 에 관해서는 주파수 160Hz, 가속도 30G, 진폭 0.58mm, 유지 시간 10hr, 실온, 진동 방향 Z축 방향 (상하) 의 조건에서 행하였다. 한편 실험예 1-1∼1-9 에 관해서는 유지 시간을 20Hr 로 하였다. 이 열충격 시험과 진동 시험을 교대로 각각 10회 반복하고, 시험 전의 하니콤 구조체의 중량 (T0) 과 시험 후의 중량 (Ti) 을 측정하여, 다음 식 (2) 를 사용하여 중량 감소율 (G) 을 구하였다.The thermal shock and vibration repeated tests of the honeycomb structures of Experimental Examples 1 to 51 and Experimental Examples A to T were performed. The thermal shock test was carried out in a firing furnace set at 600 ° C. with an alumina mat (Mitsubishi Chemical Maftech, 46.5 cm × 15 cm, 6 mm thick) made of alumina fibers wound around the outer circumferential surface of the honeycomb structure and placed in a
G(중량%)=100×(T0-Ti)/T0; 식 (2)G (% by weight) = 100 x (T0-Ti) / T0; Formula (2)
[압력 손실 측정][Pressure loss measurement]
실험예 1∼51 및 실험예 A∼T 의 하니콤 구조체의 압력 손실을 측정하였다. 압력 손실 측정 장치 (40) 를 도 7 에 나타낸다. 측정 방법은 2L 의 커먼 레일식 디젤 엔진의 배기관에 알루미나 매트를 감은 하니콤 구조체를 금속 케이싱에 넣어 배치하고, 하니콤 구조체의 전후에 압력계를 장착하였다. 또, 측정 조건은 엔진 회전수를 1500rpm, 토크 50Nm 으로 설정하고, 운전 개시부터 5분 후의 차압을 측정하였다.The pressure loss of the honeycomb structures of Experimental Examples 1 to 51 and Experimental Examples A to T was measured. The pressure
[실험 결과][Experiment result]
실험예 1∼29 및 실험예 44∼47 의 세라믹 입자 성분, 유닛 단면적, 유닛 면적 비율, 하니콤 유닛의 비표면적, 하니콤 구조체의 비표면적 S, 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G) 및 압력 손실의 각 수치 등을 정리한 것을 표 5 에 나타내고, 하니콤 유닛의 단면적을 가로축으로 하여 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G) 및 압력 손실을 세로축으로 하여 플롯한 것을 도 8 에 나타내고, 유닛 면적 비율을 가로축으로 하여 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G) 및 압력 손실을 세로축으로 하여 플롯한 것을 도 9 에 나타낸다.Ceramic particle component, unit cross-sectional area, unit area ratio, specific surface area of honeycomb unit, specific surface area S of honeycomb structure, test weight reduction rate (G) of repeated thermal shock and vibration tests of Experimental Examples 1 to 29 and Experimental Examples 44 to 47, and Table 5 shows the sum of the numerical values of the pressure loss and the like, and FIG. 8 shows a plot of the weight loss rate (G) and the pressure loss of the thermal shock / vibration repeated test using the cross-sectional area of the honeycomb unit as the horizontal axis. Fig. 9 is a plot showing the unit area ratio as the horizontal axis and the weight loss rate (G) and the pressure loss in the thermal shock / vibration repeated test as the vertical axis.
※ 무기 섬유 = 실리카-알루미나 섬유 (직경 10 ㎛, 길이 100 ㎛, 애스팩트비 10)※ Inorganic fiber = silica-alumina fiber (
표 5 및 도 8 에 나타낸 실험예 1∼29 및 실험예 44∼47 의 측정 결과로부터 분명한 바와 같이, 세라믹 입자, 무기 섬유 및 무기 바인더를 주성분으로 하고, 하니콤 유닛 (11) 의 단면적을 5∼50㎠ 의 범위로 하면, 하니콤 구조체의 단위 체적당 비표면적이 커져, 열충격·진동에 대한 충분한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 입자, 무기 섬유 및 무기 바인더를 주성분으로 하고, 하니콤 유닛 (11) 의 단면적을 50㎠ 이하의 범위로 하고, 유닛 면적 비율을 85% 이상으로 하면, 하니콤 구조체의 단위 체적당 비표면적을 크게 할 수 있어, 열충격·진동에 대한 충분한 강도가 얻어져, 압력 손실이 내려 가는 것을 알 수 있었다. 특히 유닛 면적 비율이 90% 이상에서 압력 손실의 저하가 현저하였다.As is clear from the measurement results of Experimental Examples 1 to 29 and Experimental Examples 44 to 47 shown in Table 5 and FIG. 8, the cross-sectional area of the
다음으로, 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 곡률 반경 (R) 을 변화시킨 실험예 A∼J 와, 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 C면 형상을 변화시킨 실험예 K∼T 의 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G), 압력 손실의 결과 등을 정리한 것을 표 4 에 나타낸다. 이 결과로부터, 하니콤 유닛의 각부 (18) 의 곡률 반경 (R) 이 0.3∼2.5mm 의 범위에 있을 때, 하니콤 구조체에 양호한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, C면 형상을 0.3∼2.5mm 로 하였을 때에, 하니콤 구조체에 양호한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또, 하나의 하니콤 유닛의 각부가 상기 범위의 R면의 형상 및 C면의 형상의 양방을 포함하고 있는 경우에도, 동일한 효과가 얻어지는 것은 용이하게 추찰된다.Next, the thermal shocks of Experimental Examples A to J in which the radius of curvature R of the
다음으로, 무기 섬유의 애스펙트비를 변화시킨 실험예 1, 30∼34 에 관하여, 실리카-알루미나 섬유의 직경, 길이, 애스펙트비, 하니콤 유닛 (11) 의 비표면적, 하니콤 구조체의 비표면적 (S), 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G) 및 압력 손실의 각 수치 등을 정리한 것을 표 6 에 나타내고, 실리카-알루미나 섬유의 애스펙트비를 가로축으로 하고 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G) 을 세로축으로 하여 플롯한 것을 도 10 에 나타낸다.Next, with respect to Experimental Examples 1 and 30 to 34 in which the aspect ratio of the inorganic fiber was changed, the diameter, length, aspect ratio of the silica-alumina fiber, the specific surface area of the
※ 세라믹 입자 = γ알루미나※ ceramic particle = γ-alumina
이 결과로부터 무기 섬유의 애스펙트비가 2∼1000 의 범위일 때에 열충격·진동에 대한 충분한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.From this result, it turned out that sufficient strength with respect to thermal shock and vibration is obtained when the aspect ratio of an inorganic fiber is the range of 2-1000.
다음으로, 무기 바인더의 종류를 바꿔 하니콤 유닛 (11) 을 제작한 실험예 48∼50 및 무기 바인더를 혼합하지 않고 제작한 실험예 51 에 관하여, 무기 바인더의 종류, 하니콤 유닛 (11) 의 소성 온도, 유닛 면적 비율, 하니콤 유닛의 비표면적, 하니콤 구조체의 비표면적 (S), 열충격·진동 반복 시험의 중량 감소율 (G) 및 압력 손실의 각 수치 등을 정리한 것을 표 7 에 나타낸다.Next, about the experimental examples 48-50 which produced the
※) 세라믹 입자= γ알루미나※) Ceramic particle = γ-alumina
무기 섬유 = 실리카 - 알루미나 섬유(직경 10μm, 길이 100μm, 애스펙트비 10) Inorganic Fiber = Silica-Alumina Fiber (Diameter 10μm, Length 100μm, Aspect Ratio 10)
유닛 형상 = 3.43cm각 Unit shape = 3.43 cm
이 결과를 통해, 무기 바인더를 혼합하지 않을 때에는 비교적 고온에서 소성하면 충분한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 무기 바인더를 혼합할 때에는 비교적 저온에서 소성하더라도 충분한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 무기 바인더를 알루미나 졸이나 점토계 바인더로 하더라도, 하니콤 구조체 (10) 의 단위 체적당 비표면적을 크게 할 수 있어, 열충격·진동에 대한 충분한 강도가 얻어지는 것을 알 수 있었다.From this result, it turned out that when an inorganic binder is not mixed, it bakes at comparatively high temperature, and sufficient strength is obtained. Moreover, when mixing an inorganic binder, even if it baked at comparatively low temperature, it turned out that sufficient strength is obtained. In addition, even when the inorganic binder was an alumina sol or a clay-based binder, it was found that the specific surface area per unit volume of the
[하니콤 촉매]Honeycomb Catalyst
실험예 1∼43 의 하니콤 구조체 (10) 를 질산 백금 용액에 함침시키고, 하니콤 구조체 (10) 의 단위 체적당 백금 중량이 2g/L 가 되도록 조절하여 촉매 성분을 담지하고, 600℃ 에서 1hr 유지하여 하니콤 촉매를 얻었다.The
본 발명은 차량의 배기 가스 정화용의 촉매 담체나, 기체 성분이나 액체 성분을 흡착시키는 흡착재 등으로서 이용할 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a catalyst carrier for purifying exhaust gas of a vehicle, or as an adsorbent for adsorbing gas components and liquid components.
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Citations (3)
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JP2001096117A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-10 | Ibiden Co Ltd | Ceramic filter aggregate and honeycomb filter |
EP1142619A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-10-10 | Ibiden Co., Ltd. | Honeycomb filter and ceramic filter assembly |
-
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- 2005-06-24 KR KR1020057025220A patent/KR100781928B1/en not_active IP Right Cessation
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EP1142619A1 (en) * | 1999-09-29 | 2001-10-10 | Ibiden Co., Ltd. | Honeycomb filter and ceramic filter assembly |
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