JP2002173875A

JP2002173875A - 耐熱性マット及びその製造方法ならびに排気ガス浄化用触媒コンバータ

Info

Publication number: JP2002173875A
Application number: JP2000370043A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Sugyo; 保成須尭; Kiichi Ito; 喜一伊藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-21
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: JP4573427B2

Abstract

(57)【要約】【課題】適用場所に容易装着し得る様に改良された耐熱
性マットを提供する。【解決手段】厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マッ
ト中に熱分解によって消失する有機バインダーが含有さ
れて成る耐熱性マットであって、少なくとも片面に液体
潤滑剤による塗布面を形成して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性マット及び
その製造方法ならびに排気ガス浄化用触媒コンバータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚さ方向に圧縮されたアルミ
ナ質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バイン
ダーが均一に含有されて成る耐熱性マットが知られてい
る（例えば特許第３０２５４３３号公報など）。この耐
熱マットは、アルミナ質繊維マットに有機バインダー液
を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸された
アルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、
圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま
有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含す
る方法で製造される（同上）。そして、耐熱性マット
は、排気ガス浄化用触媒コンバータにおいてモノリス
（触媒保持体）と当該モノリスの外側を覆う金属性シェ
ル（キャン）との間に挿入配置されるモノリス保持材と
して優れている（同上）。また、その他の分野における
各種の耐熱性パッキング材としても有用である。

【０００３】しかしながら、上記の耐熱性マットは、時
として、金属性シェル等の適用場所への装着が容易に行
なえない場合がある。また、上記の耐熱性マットの製造
方法には、有機バインダー液の媒体液を除去する工程で
有機バインダー液が除去装置に付着したり、付着した有
機バインダーが耐熱性マットを汚損するといった問題が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、適用場所に容易
に装着し得る様に改良された耐熱性マットを提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、圧縮されたアルミナ質
繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒
体液を除去する工程を包含し、そして、当該有機バイン
ダー液の付着に伴う種々の問題を解決した、耐熱性マッ
トの製造方法を提供することにある。更に、本発明の他
の目的は、モノリス保持材として上記の改良された耐熱
性マットを使用して成る排気ガス浄化用触媒コンバータ
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の第１
の要旨は、厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット
中に熱分解によって消失する有機バインダーが含有され
て成る耐熱性マットであって、少なくとも片面に液体潤
滑剤による塗布面を形成して成ることを特徴とする耐熱
性マットに存する。

【０００６】そして、本発明の第２の要旨は、アルミナ
質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工
程、有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マッ
トを厚さ方向に圧縮する第２工程、圧縮されたアルミナ
質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の
媒体液を除去する第３工程を包含する耐熱性マットの製
造方法において、上記の第１工程と第２工程との間に、
有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットの
少なくとも片面に液体潤滑剤による塗布面を形成する工
程を設けてなることを特徴とする耐熱性マットの製造方
法に存する。

【０００７】更に、本発明の第３の要旨は、モノリスと
当該モノリスの外側を覆う金属性シェルとの間にモノリ
ス保持材として上記の耐熱性マットを挿入配置して成る
ことを特徴とする排気ガス浄化用触媒コンバータに存す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。先ず、説明の便宜上、本発明に係る耐熱性マットの
製造方法について説明する。本発明においては、基材マ
ットとして、主としてアルミナ繊維の積層シートから成
るアルミナ質繊維マットを使用する。アルミナ繊維の繊
維長は、通常２０〜２００ｍｍ、繊維径は通常１〜４０
μｍ、好ましくは２〜２０μｍである。アルミナ繊維
は、Ａｌ₂Ｏ₃ ／ＳｉＯ₂重量比（以下、Ａｌ₂Ｏ₃ ／
ＳｉＯ₂という）＝７０／３０〜７４／２６のムライト
組成であることが好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃ ／ＳｉＯ₂が上
記範囲外のアルミナ繊維では、高温時の結晶化および結
晶成長による繊維の劣化が早く、長期の使用に不向きで
ある。

【０００９】上記のムライト組成アルミナ繊維の結晶化
度は０〜１０％であることが好ましい。ここで、結晶化
度とは１３００℃で４時間焼成して完全に結晶化したム
ライトのＣｕＫα線によるＸ線回折における２θ＝２
６．３°に発現するピークの強度に対する、ムライト組
成アルミナ繊維の２θ＝２６．３°のピーク強度を百分
率（％）で表したものである。低結晶性のムライト組成
アルミナ繊維は、結晶成長の核となる結晶が少ないた
め、８００〜１０００℃の加熱によっても繊維の劣化が
生じ難い。

【００１０】また、粒径４５μｍ以上の大粒径のショッ
トは、繊維の切断を起こし、マットの復元性力を損う傾
向がある。また、大粒径のショットは、マットの比重を
部分的に増大させ、熱伝導率等が不均一となる原因とな
る。例えば、排気ガス浄化用触媒コンバータにおいてモ
ノリス保持材として使用した場合、触媒の均一保持が困
難となる虞がある。従って、本発明で使用するアルミナ
繊維は、粒径４５μｍ以上のショットの含有率が７重量
％以下であることが好ましい。

【００１１】更に、アルミナ繊維の単繊維引張強度は、
好ましくは１５０〜４００ｋｇ／ｍｍ²である。引張強
度が１５０ｋｇ／ｍｍ²に満たないと、耐熱性マットと
して使用する際に十分な面圧が得られない。一方、４０
０ｋｇ／ｍｍ²を超えると繊維が脆くなる傾向がある。

【００１２】以上のアルミナ繊維は、他のセラミック繊
維と比較し、耐熱性に優れ、軟化収縮などの熱劣化が極
めて少ないため、耐熱性マットとして使用する際に弾力
性に富んでいる。すなわち、低い嵩密度で高い保持力を
発生し且つその温度変化が少ない。従って、例えば、触
媒コンバーターにおけるモノリス保持材として使用した
場合、熱膨張の差によってモノリスと金属製シェルとの
間隔が変化し、その嵩密度が上昇した場合にも、モノリ
スに対する保持圧が急激に変化することがない点におい
て優れている。

【００１３】以上の様なアルミナ質繊維のマットは、例
えば、オキシ塩化アルミニウム等のアルミナ源、シリカ
ゾル等のシリカ源、ポリビニルアルコール等の有機バイ
ンダー及び水の混合物から成る紡糸原液を使用し、次の
様にして得られる。すなわち、紡糸したアルミナ繊維前
駆体を積層してシート化し、次いで、好ましくはニード
ルパンチングを施した後、通常１０００〜１３００℃で
焼成する。

【００１４】上記のニードルパンチング処理は、繊維の
一部を積層面に対して縦方向に配向させる効果がある。
従って、シート内のアルミナ繊維前駆体の一部がシート
を貫通して縦方向に配向してシートを緊縛するため、シ
ートの嵩比重が高められ、また、層間の剥離や層間のず
れが防止される。ニードルパンチングの密度は通常１〜
５０打／ｃｍ²であり、ニードルパンチングの密度によ
り、マットの厚さ、嵩比重、強度などが調節される。マ
ットの厚さは通常３〜３０ｍｍであり、嵩密度は通常
０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³である。

【００１５】なお、本発明においては、アルミナ繊維に
その他のセラミック繊維や無機膨張材を補助的に併用し
てもよい。この場合、マットに均一に混合してもよい
が、特に加熱される箇所を避けて局在させることによ
り、補助材の性能を維持しつつ低コスト化することが可
能である。上記のセラミック繊維としては、シリカ繊
維、ガラス繊維、石綿繊維などが挙げられ、無機膨張材
としては、ベントナイト、膨張性バーキュライト、膨張
性黒鉛などが挙げられる。

【００１６】本発明の製造方法は、基本的には、従来公
知の方法と同様に、アルミナ質繊維マットに有機バイン
ダー液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸
されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２
工程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持し
たまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を
包含する。

【００１７】上記の有機バインダーとしては、各種のゴ
ム、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性
樹脂などを使用できる。上記のゴム類としては、天然ゴ
ム；エチルアクリレートとクロロエチルビニルエーテル
の共重合体、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリ
ルの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリル
の共重合体などのアクリルゴム；ブタジエンとアクリロ
ニトリルの共重合体のニトリルゴム；ブタジエンゴム等
が挙げられ、水溶性有機高分子化合物としては、カルボ
キシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等が挙げ
られる。熱可塑性樹脂としては、アクリル酸、アクリル
酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタ
クリル酸、メタクリル酸エステル等の単独重合体および
共重合体であるアクリル樹脂；アクリロニトリル・スチ
レン共重合体；アクリロニトリル・ブタジエン・スチレ
ン共重合体などが挙げられる。また、熱硬化性樹脂とし
ては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エ
ポキシ樹脂などが挙げられる。

【００１８】上記の有機バインダーを有効成分とする水
溶液、水分散型エマルション、ラテックス、有機溶媒溶
液（これらを総称して「バインダー液」と言う）は、市
販品として入手することが出来、そのまま又は水などの
溶媒で希釈して使用できる。上記の有機バインダーの中
では、特に、アクリルゴム、ニトリルゴム等の合成ゴム
の様な柔軟性のあるゴムが有効である。

【００１９】前記の第１工程、第２工程、第３工程は、
例えば、特許第３０２５４３３号公報などに記載された
公知の方法に従って行うことが出来る。

【００２０】すなわち、第１工程（アルミナ質繊維マッ
トに有機バインダー液を含浸させる工程）は、例えば、
有機バインダー液にマットを浸漬する方法、マットに有
機バインダー液を噴霧する方法などで行うことが出来
る。有機バインダーの含有量（有効成分としての値）
は、アルミナ繊維１００重量部に対し、通常３〜３０重
量部、好ましくは５〜２０重量部である。有機バインダ
ーの含有量が３重量部未満の場合は、マットの反発によ
って成形体としての厚さを維持できない虞があり、３０
重量部を超える場合は、コスト高になる他、成形体の柔
軟性が損なわれる虞がある。

【００２１】有機バインダーは好ましくはマット内に均
一含浸させられる。しかしながら、有機バインダーの含
浸は常に均一である必要はなく、部所によって含浸の程
度を異らせることが良い場合もある。例えば、触媒コン
バータの場合は、耐熱性マット（モノリス保持材）にお
ける、モノリスとの接触表面の有機バインダー濃度Ａ
と、金属シェルと相対する表面の有機バインダー濃度Ｂ
の比率（Ａ／Ｂ）は、モノリス保持材の装着を容易にす
るため、１．５〜３．０とするのが好ましい。

【００２２】第２工程（有機バインダー液が含浸された
アルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する工程）は、
プレス板、プレスローラー等の圧縮手段によって行うこ
とが出来る。プレス板としては、２枚の透液性板状体、
典型的にはパンチングメタル、樹脂ネット、金網（メッ
シュ）、多孔板または通気性の良い板状体などを使用し
得る。圧縮手段には、バインダー液の吸引手段を併用す
るのが好ましい。

【００２３】第３工程（圧縮されたアルミナ質繊維マッ
トの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除
去する工程）は、第２工程に引き続き行われ、有機バイ
ンダーが変質や分解を引き起こさない温度条件下に高温
熱風処理することにより行うことが出来る。

【００２４】本発明の製造方法の特徴は、上記の第３工
程で有機バインダー液が除去装置に付着したり、除去装
置から剥がれた有機バインダーの付着により耐熱性マッ
トが汚損するのを防止するため、上記の第１工程と第２
工程との間に、有機バインダー液が含浸されたアルミナ
質繊維マットの少なくとも片面に液体潤滑剤による塗布
面を形成する工程を設けた点にある。

【００２５】上記の潤滑剤としては、例えば、ジメチル
シリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、
メチルハイドロジェンシリコーンオイル、アルキル変性
シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、塩素
変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオ
イル、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シ
リコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、エポ
キシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、フェノール
変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオ
イル、メルカプト変性シリコーンオイル、アミド変性シ
リコーンオイル、イミド変性シリコーンオイル等が挙げ
られる。

【００２６】液体潤滑剤の塗布面の形成は、通常、マッ
トに潤滑剤を噴霧する方法で行われる。この際、高粘度
の液体潤滑剤は適当な溶媒に溶解し溶液として使用され
る。また、液体潤滑剤の塗布面は、マットの表面全体
（表裏面）に形成するのが好ましい。液体潤滑剤の使用
量は、アルミナ繊維マット１００重量部当たりの値とし
て、通常０．０００１〜１重量部、好ましくは０．００
１〜０．８重量部である。液体潤滑剤の使用量が０．０
００１重量部未満では本発明の効果を得ることが困難と
なり、１重量部を超える場合は、取り扱い時に装置や運
搬機器や作業者に付着してハンドリングが悪化すること
がある。

【００２７】次に、本発明の耐熱性マット及び本発明の
排気ガス浄化用触媒コンバータについて説明する。

【００２８】本発明の耐熱性マットは、基本的には、従
来公知のものと同様に、厚さ方向に圧縮されたアルミナ
質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バインダ
ーが均一に含有されて成る。そして、本発明の耐熱性マ
ットは、適用場所に容易装着し得る様に改良され、その
特徴は、少なくとも片面に液体潤滑剤による塗布面を形
成して成る点にある。液体潤滑剤による塗布面は、前述
の第３工程の後に形成してもよく、また、マットの表面
全体（表裏面）に形成するのが好ましい。

【００２９】本発明の排気ガス浄化用触媒コンバータ
は、基本的には、従来公知のものと同様に、モノリスと
当該モノリスの外側を覆う金属性シェルとの間にモノリ
ス保持材として耐熱性マットを挿入配置して成る。そし
て、本発明の触媒コンバータの特徴は、耐熱性マットと
して上記の耐熱性マットを使用した点にある。本発明の
触媒コンバータによれば、モノリスの固定の安定化によ
りモノリス外周からの排気ガスの漏洩が一層確実に防止
される。

【００３０】そして、本発明の耐熱性マット（モノリス
保持材）は、潤滑表面の作用によって装着がスムーズに
行われるため、表面付近の繊維の破損が防止され、ま
た、隙間のない均一装着が可能である。また、本発明の
耐熱性マットは、上記の特徴を活かし、モノリス保持材
以外の各種の耐熱性パッキング材としても好適に使用し
得る。

【００３１】

【実施例】次に、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例
によって限定されるものではない。

【００３２】実施例１アルミナ質繊維マットとして、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂重量
比＝７２／２８、結晶化度０％、繊維径約４μｍ、４５
μｍ以上のショットを４重量％含有し、短繊維引張強度
２００ｋｇ／ｍｍ²のアルミナ繊維のマット（厚さ１
２．５ｍｍ、嵩密度０．１ｇ／ｃｍ³）を使用した。

【００３３】先ず、上記のマット１００重量部当たりア
クリレート系ラテックス（日本ゼオン社製「ニッポール
ラテックスＬｘ−８７４」）１５重量部を添着した。
その後、固体重量として１００ｃｍ²当たり０．００３
重量部のジメチルシリコーンオイル（東レダウコーニン
グシリコーン株式会社製「ＳＨ２００」）を表面に均一
にスプレーした。その後、圧縮乾燥して厚さ６ｍｍで潤
滑表面を有する耐熱性マットを得た。圧縮乾燥機にはア
クリレート系ラテックス樹脂の付着は認められなかっ
た。

【００３４】次いで、モノリスと金属性シェル（キャ
ン）との間にモノリス保持材として上記の耐熱性マット
を装着し排気ガス浄化用触媒コンバータを製作した。こ
のときのキャンとモノリスの隙間は約３．５ｍｍであ
る。耐熱性マットの潤滑表面が接触する様にしてモノリ
スに巻きつけ、テープで接合部を固定後、キャンに装着
を試みたが、耐熱性マットとキャンの滑りが良好であ
り、装着が容易であった。また、装着後、キャンを電動
カッターで切り開き、耐熱性マット表面を観察したとこ
ろ、表面の傷みはなく良好に装着されていることが確認
された。

【００３５】実施例２〜６実施例１において、表１に示すシリコーンオイル（何れ
も東レダウコーニングシリコーン株式会社製の商品）及
びスプレー量を採用し、そして、シリコーンオイルをト
ルエンに１０重量％濃度となる様に溶解して使用し、そ
の後にトルエン溶媒の乾燥除去を行ったこと以外は、実
施例１と同様にして耐熱性マットの製造および触媒コン
バータの製作を行った。表１中のスプレー量は、乾燥後
に固体重量として１００ｃｍ²当たりの重量部を表す。

【００３６】

【表１】

【００３７】上記の何れの実施例においても、耐熱性マ
ットの製造において圧縮乾燥機へのアクリレート系ラテ
ックス樹脂の付着は認められなかった。また、触媒コン
バータの製作においては、耐熱性マットとキャンの滑り
が良好であり、装着が容易であった。また、装着後、キ
ャンを電動カッターで切り開き、耐熱性マット表面を観
察したところ、表面の傷みはなく良好に装着されている
ことが確認された。

【００３８】比較例１実施例１において、ジメチルシリコーンオイルのスプレ
ーを省略したこと以外は、実施例１と同様にして耐熱性
マットの製造および触媒コンバータの製作を行った。耐
熱性マットの製造において圧縮乾燥機にアクリレートラ
テックス樹脂が５重量部（アクリレートラテックス換算
値）付着していた。また、触媒コンバータの製作におい
ては、耐熱性マットとキャンの滑りが悪く、その結果、
耐熱性マットとモノリスとの間にズレが生じた。また、
装着後、キャンを電動カッターで切り開き、耐熱性マッ
ト表面を観察したところ、滑り不良によると思われる表
面傷や剥離が生じていた。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、適用場所
に容易装着し得る様に改良された耐熱性マット及びモノ
リス保持材が提供される共に、有機バインダー液の付着
に伴う種々の問題を解決した耐熱性マットの製造方法が
提供される。

フロントページの続きＦターム(参考） 3G091 AB01 BA39 GA06 GB01Z GB10Z GB16Z GB19Z HA27 HA28 HA29 HA31 4D048 CC04 CC06 4G069 EE01 4L033 AA09 AC05 AC15 CA59 4L047 AA02 BA03 BA12 BC07 BC14 CB05 CC12 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マ
ット中に熱分解によって消失する有機バインダーがに含
有されて成る耐熱性マットであって、少なくとも片面に
液体潤滑剤による塗布面を形成して成ることを特徴とす
る耐熱性マット。
【請求項２】アルミナ質繊維マットに有機バインダー
液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸され
たアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工
程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持した
まま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包
含する耐熱性マットの製造方法において、上記の第１工
程と第２工程との間に、有機バインダー液が含浸された
アルミナ質繊維マットの少なくとも片面に液体潤滑剤に
よる塗布面を形成する工程を設けてなることを特徴とす
る耐熱性マットの製造方法。
【請求項３】液体潤滑剤重量の使用量がアルミナ繊維
マット１００重量部当たり０．０００１〜１．０重量部
である請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】液体潤滑剤がシリコーンオイルである請
求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項５】シリコーンオイルが有機変成物質である
請求項２〜４の何れかに記載の製造方法。
【請求項６】アルミナ質繊維マットがアルミナ繊維の
積層シートであって且つニードルパンチングによりその
繊維の一部を積層面に対して縦方向に配向させて成る請
求項２〜５の何れかに記載の製造方法。
【請求項７】アルミナ質繊維マットの厚さが３〜３０
ｍｍであり且つ嵩密度が０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³であ
る請求項２〜６の何れかに記載の製造方法。
【請求項８】モノリスと当該モノリスの外側を覆う金
属性シェルとの間にモノリス保持材として請求項１〜７
の何れかの耐熱性マットを挿入配置して成ることを特徴
とする排気ガス浄化用触媒コンバータ。