JP2004051674A - コーティング材、ハニカム構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外壁5が、セル構造体2の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布した後、乾燥して形成されてなるものであることを特徴とするハニカム構造体1。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】本発明は、コーティング材、ハニカム構造体及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、例えば、内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子捕集フィルター等に用いられるハニカム構造体に塗布し高温乾燥することによって、耐熱性及び化学耐久性を向上させ、クラック等の欠陥の発生を防止することのできるコーティング材、また、このようなコーティング材によって形成された外壁を有するハニカム構造体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子、特にディーゼル微粒子の捕集フィルター等にハニカム構造体が用いられている。
【0003】このような目的で使用されるハニカム構造体は、一般に、図6(a)及び図6(b)に示すように、隔壁24によって区画された流体の流路となる複数のセル23を有し、端面が市松模様状を呈するように、隣接するセル23が互いに反対側となる一方の端部で封止された構造を有する。このような構造を有するハニカム構造体21において、被処理流体は流入孔側端面25が封止されていないセル23、すなわち流出孔側端面26で端部が封止されているセル23に流入し、多孔質の隔壁24を通って隣のセル23、すなわち流入孔側端面25で端部が封止され、流出孔側端面26が封止されていないセル23から排出される。この際、隔壁24がフィルターとなり、例えば、ディーゼルエンジンから排出されるスート(スス)等が隔壁24に捕捉され隔壁24上に堆積する。このように使用されるハニカム構造体21は、排気ガスの急激な温度変化や局所的な発熱によってハニカム構造21内の温度分布が不均一となり、ハニカム構造体21にクラックを生ずる等の問題があった。特にディーゼルエンジンの排気中の粒子状物質を捕集するフィルター(以下DPFという)として用いられる場合には、溜まったカーボン微粒子を燃焼させて除去し再生することが必要であり、この際に局所的な高温化がおこり、再生温度の不均一化による再生効率の低下及び大きな熱応力によるクラックが発生しやすいという問題があった。
【0004】このため、ハニカム構造体を複数に分割したセグメントを接合材により接合する方法が提案された。例えば、米国特許第4335783号公報には、多数のハニカム体を不連続な接合材で接合するハニカム構造体の製造方法が開示されている。また、特公昭61−51240号公報には、セラミックス材料よりなるハニカム構造のマトリックスセグメントを押出し成形し、焼成後その外周部を加工して平滑にした後、その接合部に焼成後の鉱物組成がマトリックスセグメントと実質的に同じで、かつ熱膨張率の差が800℃において0.1%以下となるセラミックス接合材を塗布し、焼成する耐熱衝撃性回転蓄熱式が提案されている。また、1986年のSAE論文860008には、コージェライトのハニカムセグメントを同じくコージェライトセメントで接合したセラミックスハニカム構造体が開示されている。さらに、熱伝導率が高く、耐熱性の高い炭化珪素系の材料等を用いてハニカム構造体を作ることにより局所的な高温化を防止し、熱応力によるハニカム構造体の破損を防止することも試みられている。
【0005】しかしながらセグメント化することにより、及び/又は炭化珪素系の材料のように耐熱性の高い材料を用いることにより熱応力による、ハニカム構造体内部の破損はある程度抑制できるものの、ハニカム構造体の外周面部と中心部の温度差を解消することはできず、このためにハニカム構造体の外壁にクラックを生じるという問題があった。
【0006】また、特開2000−102709公報には、セラミック構造体の外周面を強化するためのコーティング材中に、繊維長100μm〜100mmの無機繊維を固形分で10〜70重量%含有することにより、その外壁に弾性を持たせたセラミック構造体が開示されている。しかしながら無機繊維を含有することにより、熱応力に起因するセラミック構造体の破損を抑制することができるものの、繊維長が100μm〜100mmもの長い繊維を使用した場合、塗布可能なペーストを得るためには有機溶媒又は大量の水を必要とする。このように大量の溶媒を使用したコーティング材は、急激な乾燥により大きく収縮することからクラックを生ずることがあるために、塗布したコーティング材を高温で乾燥することができなかった。よって、特開2000−102709公報においては、このようなコーティング材を塗布したセラミック構造体を120℃にて乾燥を行っているが、コーティング材に含有されたコロイド状酸化物は、120℃では可逆的な水の吸脱着を行う状態にあり、乾燥温度が不十分であることから、得られたセラミック構造体の外壁においては、耐水性、耐酸性のような化学耐久性という点で問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えば、内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子捕集フィルター等に用いられるハニカム構造体に塗布し、高温乾燥することによって、耐熱性及び化学耐久性を向上させ、クラック等の欠陥の発生を防止することのできるコーティング材、また、このようなコーティング材によって形成された外壁を有し、熱応力に対する機械的強度の向上したハニカム構造体及びその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のコーティング材は、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、前記無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであることを特徴とする(以下、「第一の発明」ということがある)。
【0009】第一の発明においては、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であり、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなることが好ましい。
【0010】また、第一の発明においては、造孔材をさらに含んでなることが好ましい。
【0011】また、本発明のハニカム構造体は、隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有するセル構造体と、前記セル構造体の外周面に配設された外壁とからなる筒状のハニカム構造体であって、前記外壁が、前記セル構造体の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、前記無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布した後、乾燥して形成されてなるものであることを特徴とする(以下、「第二の発明」ということがある)。
【0012】第二の発明においては、コーティング材が、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であり、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなることが好ましい。
【0013】また、上述したコーティング材が、造孔材をさらに含んでなることが好ましい。
【0014】さらに、第二の発明においては、前述したセル構造体が、一以上のセルを有する複数のハニカムセグメントを接合一体化して形成されてなることが好ましい。
【0015】さらに、本発明のハニカム構造体の製造方法は、隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有するセル構造体を形成する工程と、得られた前記セル構造体の外周面に外壁を形成する工程とを含むハニカム構造体の製造方法であって、前記セル構造体の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、前記無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布し、塗布した前記コーティング材を乾燥して前記外壁を形成することを特徴とする(以下、「第三の発明」ということがある)。
【0016】第三の発明においては、上述したコーティング材に含まれる液体の表面張力を、25℃において、70dyn/cm以下に制御して、上述したコーティング材をセル構造体の外周面に塗布することが好ましい。
【0017】また、第三の発明においては、上述したコーティング材が、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であるとともに、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなることが好ましい。
【0018】また、第三の発明においては、上述したコーティング材が、造孔材をさらに含んでなることが好ましく、さらに、上述したセル構造体に塗布したコーティング材を、150℃以上の温度で乾燥することが好ましい。
【0019】また、第三の発明においては、上述したセル構造体を、一以上のセルを有するハニカムセグメントを複数形成し、得られた複数のハニカムセグメントを接合一体化して形成することが好ましい。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明のコーティング材、ハニカム構造体及びその製造方法の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【0021】まず、第一の発明のコーティング材の実施の形態について説明する。本実施の形態のコーティング材は、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであることを特徴とするコーティング材である。第一の発明のコーティング材においては、無機繊維の軸方向の長さの平均値は、10〜80μmであることがさらに好ましく、20〜60μmであることが最も好ましい。また、無機繊維の径方向の長さの平均値が3〜15μmであることがさらに好ましく、5〜10μmであることが最も好ましい。このような無機繊維としては、アルミノシリケート、炭化珪素等のセラミックファイバー、銅、鉄等のメタルファイバー等を好適に用いることができる。
【0022】コーティング材に用いられる無機繊維の軸方向の長さの平均値が10μm未満であると、コーティング材の乾燥時における収縮が大きくなるためにクラックが発生し、かつ、例えば、コーティング材をハニカム構造体の外壁として用いた場合は、乾燥して形成された外壁に弾性を付与することができない。一方、無機繊維の軸方向の長さの平均値が100μmを超えると、コーティング材を良好に塗布することが可能な粘性を有するペーストを得るためには、溶媒としての水を大量に必要とすることになる。大量の水を用いたコーティング材は、乾燥時における収縮が大きくなるためにクラックが発生することがある。また、無機繊維の径方向の長さの平均値が1μm未満であると、コーティング材の乾燥時における収縮が大きくなるためにクラックが発生し、かつ、例えば、コーティング材をハニカム構造体の外壁として用いた場合は、乾燥して形成した外壁に弾性を付与することができない。一方、無機繊維の径方向の長さの平均値が20μmを超えると、コーティング材を塗布する際にかすれ等が生じ、均一に塗布することができない。従って、無機繊維の軸方向の長さが10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmである無機繊維を使用することにより、溶媒として用いる水の量を30重量%以下であっても良好に塗布することができる粘性を有するコーティング材とすることができる。また、溶媒として用いる水の量を30重量%以下にすることにより、塗布したコーティング材を150℃以上で乾燥したとしてもクラックが発生しないため、コーティング材を高温で乾燥することが可能となる。
【0023】本実施の形態のコーティング材に用いられるコロイド状酸化物としては、例えば、シリカゾル又はアルミナゾル等を好適例として挙げることができ、また、無機粒子としては、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれるセラミックス、Fe−Cr−Al系金属、ニッケル系金属又は金属SiとSiC等を好適に用いることができる。コロイド状酸化物は、接着力を付与するために好適であり、無機粒子は、コーティング材が塗布される表面の材質に合わせて適宜選択することで、コーティング材の親和性を向上させることができる。上述したコロイド状酸化物は、乾燥し脱水することによって無機繊維及び無機粒子と結合し、乾燥したコーティング材を耐熱性等に優れた強固なものとすることができる。特に、このコロイド状酸化物は、150℃以上で乾燥することによって、不可逆的な結合をすることから、乾燥したコーティング材を化学耐久性にも優れたものとすることができる。
【0024】また、本実施の形態においては、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であり、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなることが好ましい。具体的な表面張力の数値としては、25℃における水の表面張力は、約72dyn/cmであることから、例えば、20〜70dyn/cmであることが好ましい。さらに、この有機溶媒は、水と良く混和するような、水との親和性を有するものであることが好ましい。このような有機溶媒としては、例えば、ジメチルフォルムアミド、酢酸、安息香酸エチル、ギ酸エチルを挙げることができる。
【0025】また、本実施の形態のコーティング材は、造孔材をさらに含んでなることが好ましい。造孔材の種類は、特に限定されることはないが、例えば、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、発泡樹脂、シラスバルーン、フライアッシュバルーン等を好適例として挙げることができる。このような造孔材を用いることによって、コーティング時の嵩密度を変化させることができるために、乾燥収縮を任意に制御することが可能となる。また、コーティング材の粘度は、25℃において10〜100Pa・sであることが好ましく、15〜50Pa・sであることがさらに好ましい。
【0026】これまでに説明したように、本実施の形態のコーティング材は、塗布したコーティング材を高温で乾燥することが可能であるとともに、乾燥に伴うコーティング材の破損、クラックの発生等を有効に防止し、乾燥したコーティング材を、耐熱性及び化学耐久性に優れたものとすることができる。
【0027】次に、第二の発明のハニカム構造体の一の実施の形態について、図1を用いて具体的に説明する。本実施の形態のハニカム構造体1は、隔壁4によって区画された流体の流路となる複数のセル3を有するセル構造体2と、セル構造体2の外周面に配設された外壁5とからなる筒状のハニカム構造体1であって、この外壁5が、セル構造体2の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布した後、乾燥して形成されてなるものであることを特徴とする。本実施の形態のハニカム構造体1の外壁5に用いられるコーティング材は、前述した第一の発明のコーティング材を好適に用いることができる。
【0028】このように構成することによって、例えば、内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子捕集フィルター等に用いられるハニカム構造体1の外壁5を、耐熱性及び化学耐久性に優れたものとすることができる。
【0029】本実施の形態においては、コーティング材が、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であり、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなることが好ましい。このような有機溶媒としては、例えば、ジメチルフォルムアミド、酢酸、安息香酸エチル、ギ酸エチルを挙げることができる。
【0030】また、外壁5を形成するコーティング材が、造孔材をさらに含んでなることが好ましい。造孔材の種類は、特に限定されることはないが、例えば、グラファイト、小麦粉、澱粉、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、発泡樹脂、シラスバルーン、フライアッシュバルーン等を好適例として挙げることができる。このような造孔材を用いることによって、コーティング時の嵩密度を変化させることができるために、乾燥収縮を任意に制御することが可能となる。
【0031】また、セル構造体2の材質としては酸化物、非酸化物の各種セラミックスが考えられるが、炭化珪素または珪素−炭化珪素系複合材料からなることが好ましい。また、ハニカム構造体全体の熱伝導率に特に制限はないが、熱伝導率が高すぎるとハニカム構造体の放熱が大きすぎて、再生時に十分に温度が上昇せず再生効率が低下するため好ましくない。また、熱伝導率が低すぎると放熱が少なすぎるために温度上昇が大きすぎて好ましくない。40℃における熱伝導率は10〜60W/mKが好ましく、15〜55W/mKがさらに好ましく、20〜50W/mKが最も好ましい。
【0032】本実施の形態において、ハニカム構造体1のセル密度(単位断面積当たりのセル3の数)に特に制限はないが、セル密度が小さすぎると、フィルターとしての強度及び有効GSA(幾何学的表面積)が不足し、セル密度が大きすぎると、被処理流体が流れる場合の圧力損失が大きくなる。セル密度は、6〜2000セル/平方インチ(0.9〜311セル/cm2)が好ましく、50〜1000セル/平方インチ(7.8〜155セル/cm2)がさらに好ましく、100〜400セル/平方インチ(15.5〜62.0セル/cm2)が最も好ましい。また、セル3の断面形状に特に制限はないが、製作上の観点から、三角形、四角形、六角形及びコルゲート形状のうちのいずれかであることが好ましい。
【0033】本実施の形態のハニカム構造体1の断面形状は特に制限はなく、例えば、図1に示すような円形状の他、楕円形状、レーストラック形状、長円形状、三角、略三角、四角、略四角形状等の多角形状や異形形状とすることができる。
【0034】本実施の形態のハニカム構造体1を、特にDPFとして用いる場合には、図2(a)及び図2(b)に示すように、所定のセル3aの開口部が一の端面8において封止され、残余のセル3bの開口部が他の端面9において封止されていることが好ましい。特に、端面8及び9が市松模様状を呈するように、隣接するセル3が互いに反対側となる一方の端部で封止されていることが好ましい。このようにセル3を封止することにより、例えば、一の端面8から流入した被処理流体は隔壁4を通って、他の端面9から流出し、被処理流体が隔壁4を通る際に隔壁4がフィルターの役目をはたし、目的物を除去することができる。
【0035】封止に用いる材料としては、酸化物又は非酸化物の各種セラミックス等が考えられるが、強度、耐熱性等の観点から、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、炭化珪素−コージェライト系複合材料、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Fe−Cr−Al系金属及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる1種又は2種以上の材料を好適に用いることができる。
【0036】本実施の形態のハニカム構造体1を、触媒担体として内燃機関等の熱機関若しくはボイラー等の燃焼装置の排気ガスの浄化、又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いようとする場合、本実施の形態のハニカム構造体1に触媒、例えば、触媒能を有する金属を担持させることが好ましい。触媒能を有する金属の代表的なものとしては、Pt、Pd、Rh等が挙げられ、これらのうちの少なくとも1種をハニカム構造体1に担持させることが好ましい。
【0037】また、第二の発明の他の実施の形態として、図3に示すように、セル構造体2が、一以上のセル3を有する複数のハニカムセグメント6を接合一体化して形成されてなるものであってもよい。具体的には、図4に示すように、ハニカム構造体1(図1参照)を所望の大きさに分割した形状のハニカムセグメント6を複数形成する。このように形成されたハニカムセグメント6を、図3に示すように、接合材7を用いて接合一体化することでセル構造体2を形成し、得られたセル構造体2の外周面に、前述したコーティング材を用いて外壁を配設することで、ハニカム構造体1を形成することができる。このように構成されたハニカム構造体は、大型又は形状の特殊なものであっても容易に製造することができる。図3及び図4においては、ハニカムセグメント6の端面の形状が正方形のものを例示して説明したが、特に制限はなく、正方形の他、楕円形状、レーストラック形状、長円形状、三角、略三角、四角、略四角形状等の多角形状や異形形状とすることができる。
【0038】次に、第三の発明のハニカム構造体の製造方法の一の実施の形態について説明する。本実施の形態のハニカム構造体の製造方法は、図5(a)に示すような、隔壁4によって区画された流体の流路となる複数のセル3を有するセル構造体2を形成する工程と、図5(b)に示すような、得られたセル構造体2の外周面に外壁5を形成する工程とを含むハニカム構造体1の製造方法であって、セル構造体2の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布し、塗布したコーティング材を乾燥して外壁5を形成することを特徴とする。
【0039】図5(a)に示すようなセル構造体2を形成する工程における製造方法については、特に制限はなく、一般的にハニカム構造を有するものを製造する方法を用いることができるが、例えば、次のような工程で形成することができる。
【0040】セル構造体2を形成する原料の粒子状物質として、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト、ジルコニア、燐酸ジルコニウム、アルミニウムチタネート、チタニア及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれる少なくとも1種のセラミックス、Fe−Cr−Al系金属、ニッケル系金属又は金属SiとSiC等の粒子状物質を用い、これにメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース等のバインダー、界面活性剤及び水等を添加して、可塑性の坏土を作製する。このようにして作成した坏土を、例えば、所望のセル形状を有する口金を用いて押出成形し、押出成形された坏土をマイクロ波及び熱風等で乾燥した後、焼成することにより、隔壁4によって区画された流体の流路となる複数のセル3を有するセル構造体2を形成する。
【0041】次に、このように形成されたセル構造体2の外周面に、図5(b)に示すように、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布し、塗布したコーティング材を乾燥して外壁5を形成する。ここで用いられたコーティング材は、前述した第一の発明のコーティング材を好適に用いることができる。
【0042】本実施の形態においては、コーティング材が、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であるとともに、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなることが好ましい。具体的な有機溶媒としては、第一の発明のコーティング材において説明した有機溶媒を好適に用いることができる。
【0043】また、本実施の形態においては、コーティング材に含まれる液体の表面張力を、25℃において、70dyn/cm以下に制御して、コーティング材をセル構造体の外周面に塗布することが好ましく、20〜70dyn/cmに制御して塗布することが好ましい。このように、コーティング材に含まれる液体の表面張力を70dyn/cm以下に制御することで、セル構造体2の外周面に塗布したコーティング材を乾燥する際に、コーティング材の乾燥収縮により発生するクラックを抑制することができる。コーティング材に含まれる液体の表面張力を70dyn/cm以下に制御する理由としては、水の表面張力72dyn/cmに対して、コーティング材に含まれる液体の表面張力を下げることで、コーティング材を乾燥する際に収縮によって生じるクラックを防止することができる。表面張力を制御する方法としては、上述した表面張力が水よりも小さい有機溶媒を加えることで容易に制御することができる。
【0044】また、本実施の形態のハニカム構造体の製造方法においては、コーティング材が、造孔材をさらに含んでなることが好ましい。具体的な造孔材としては、第一の発明のコーティング材において説明した造孔材を好適に用いることができる。
【0045】また、このように製造されたハニカム構造体1をフィルター、特にDPF等に用いる場合には、セル3の開口部を封止材により交互に目封止することが好ましく、さらに端面を交互に市松模様状になるように目封止することが好ましい。封止材による目封止は、目封止をしないセル3をマスキングし、原料をスラリー状として、ハニカム構造体1の開口端面に施与し、乾燥後焼成することにより行うことができる。目封止材の材料としては、前述したセル構造体2を形成する好ましい原料として挙げた群の中から好適に選ぶことができるが、セル構造体2に用いる原料と同材質の原料を用いることが好ましい。
【0046】また、本発明において、ハニカム構造体1に触媒を担持させても良い。この方法は、当業者が通常行う方法で良く、例えば、触媒スラリーをウォッシュコートして乾燥、焼成することにより触媒を担持させることができる。この工程もセル構造体2の成形後であればどの時点で行っても良い。
【0047】また、本実施の形態のハニカム構造体の製造方法においては、セル構造体2に塗布したコーティング材を、150℃以上の温度で乾燥することが好ましい。本実施の形態に用いられるコーティング材は、含有する無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるために、溶媒として用いる水分の量が30重量%以下であっても良好に塗布することができる粘性を有するとともに、このように水分の量が少ないコーティング材は、150℃以上の温度で乾燥したとしても、乾燥による収縮量が小さいために、クラック等の破損を生じない。
【0048】さらに、本実施の形態においては、上述したセル構造体2を形成する工程において、図3に示すような、セル構造体2を、一以上のセル3を有するハニカムセグメント6を複数形成し、得られた複数のハニカムセグメント6を接合一体化して形成することが好ましい。
【0049】具体的には、前述した杯土と同様に形成された杯土を、例えば、押出成形し、押出成形された坏土をマイクロ波及び熱風等で乾燥した後、焼成することにより、図4に示すような一以上のセル3を有するハニカムセグメント6を形成する。
【0050】次に、図3に示すような、接合層を形成するための接合材7をハニカムセグメント6の外周壁上に施与する工程とハニカムセグメント6を一体化する工程とを含む接合工程によりセル構造体2を形成する。接合材7をハニカムセグメント6の外周壁上に施与する方法については、特に制限はなく、例えば、スプレー法、ハケ・筆等による塗布、ディッピング法等により施与することができる。また、接合材7の材料としては特に制限はなく、例えば、無機繊維、無機粒子及び無機バインダー等を含む接合材7を挙げることができる。このようにして複数のハニカムセグメントが接合一体化して形成したセル構造体2を形成することができる。この後、得られたセル構造体2の外周面にコーティング材を塗布し、乾燥することによってハニカム構造体1を製造することができる。このように構成することによって、大型のハニカム構造体や、形状の特殊なハニカム構造体であっても容易に製造することができる。
【0051】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0052】(セル構造体の作製)
原料として、SiC粉80重量%、金属Si粉20重量%を混合し、ポリメタクリル酸メチル、メチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を作製した。この坏土を押出成形し、マイクロ波及び熱風で乾燥して隔壁の厚さが380μm、セル密度が約31.0セル/cm2(200セル/平方インチ)、断面が一辺35mmの正方形、長さが152mmのハニカムセグメントを得た。これを、端面が市松模様状を呈するように、隣接するセルが互いに反対側となる一方の端部で、ハニカムセグメントの製造に用いた材料と同様の材料で目封止して、乾燥させた後、大気雰囲気中約400℃で脱脂し、その後Ar不活性雰囲気中で約1450℃で焼成して、Si結合SiCのハニカムフィルターのセグメントを得た。このようにして形成されたハニカムフィルターのセグメントを無機繊維、無機粒子及び無機バインダー等を含む接合材を用いてハニカムセグメント同士を一体化し、144mm(5.66インチ)×152mm(6インチ)のDPF用セル構造体を作製した。
【0053】(実施例1〜7及び比較例1〜5)
表1に示す組成で、アルミノシリケート繊維、平均径5μmの炭化珪素、及びシリカゾル40重量%水溶液に造孔材として澱粉を混合し、表1に示すように、実施例1においては水、実施例2〜7及び比較例1〜5においては水とジメチルフォルムアミドを加えてミキサーを用いて30分間混練を行い、コーティング材1〜7(実施例1〜7)及びコーティング材8〜12(比較例1〜5)を得た。アルミノシリケート繊維の軸方向及び径方向の長さの平均値は、光学顕微鏡にて写真をとり込んだ後、長軸と短軸の長さを画像処理によって求め、それぞれ軸方向、径方向の長さの平均値とした。溶媒の表面張力は毛管法によって求めた。粘度は25℃において300Pとなるように溶媒量にて調整した。実施例1〜7及び比較例1〜5においては、シリカゾル水溶液が水を含んだものであるため、コーティング材1〜12に含まれる水の量を総水量として示した。
【0054】
【表1】
【0055】(実施例8〜14)
前述したDPF用セル構造体の外周面に、表1に示した組成のコーティング材1〜7(実施例1〜7)を、厚さ1.0mmで塗布し、乾燥後、得られたハニカム構造体(実施例8〜14)の外壁の表面の様子を観察し、クラックの有無を確認した。コーティング材の乾燥は、自然乾燥48時間と、200℃で5時間との2つ条件を、各実施例8〜14について行った。観察結果を表2に示す。
【0056】
【表2】
【0057】(比較例6〜10)
前述したDPF用セル構造体の外周面に、表1に示した組成のコーティング材8〜12(比較例1〜5)を、厚さ1.0mmで塗布し、乾燥後、得られたハニカム構造体(比較例6〜10)の外壁の表面の様子を観察し、クラックの有無を確認した。コーティング材の乾燥は、自然乾燥48時間と、200℃で5時間との2つ条件を、各比較例6〜10について行った。観察結果を表2に示す。
【0058】表2に示すように、実施例9〜14においては、ハニカム構造体の表面にクラックは確認されなかった、又、実施例8において、200℃乾燥後の表面観察結果では数カ所のマイクロクラックが確認されたが、実施例8のハニカム構造体をフィルターとして使用するには問題無いものであった。
【0059】また、比較例6〜8及び10においては、200℃乾燥後の表面観察結果では、ハニカム構造体の外壁の全面にクラックが確認され、フィルターとして使用することはできないものであった。また、比較例9においては、セル構造体にコーティング材を塗布することができなかった。このことから、本実施例8〜14のハニカム構造体は耐久性において明らかに優れていることがわかる。
【0060】(実施例15及び比較例11)
次に、実施例10において200℃で乾燥したハニカム構造体を、70℃の10%硫酸水溶液に24時間浸漬した実施例15と、比較例7において自然乾燥したハニカム構造体を実施例15と同様に処理した比較例11との外壁の表面の様子を観察した。観察結果を表3に示す。
【0061】
【表3】
【0062】実施例15のハニカム構造体は、外壁の表面に変化は見られなかったが、比較例11のハニカム構造体は、一部外壁が剥離してしまった。この結果から分かるように、コーティング材を塗布したハニカム構造体を高温にて乾燥したハニカム構造体の外壁は、化学耐久性に優れていることがわかる。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、第一の発明のコーティング材は、例えば、内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子捕集フィルター等に用いられるハニカム構造体に塗布し高温乾燥することによって、耐熱性及び化学耐久性を向上させ、クラック等の欠陥の発生を防止することができる。第一の発明のコーティング材は、上述したようにハニカム構造体の外壁を形成するに際し、特に有効に用いることができるものであるが、このコーティング材はハニカム構造体の外壁を形成するのみに用いられるものではなく、温度変化を伴う状況下で使用される物質の表面に塗布し乾燥することによって、その物質の耐熱性及び化学耐久性を向上させることができる。
【0064】また、第二の発明のハニカム構造体及び第三の発明のハニカム構造体の製造方法によれば、熱応力に対する機械的強度の向上したハニカム構造体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明(第二の発明)のハニカム構造体の一の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】本実施の形態のハニカム構造体を、DPFとして用いた場合を示す説明図であって、(a)は、ハニカム構造体の斜視図、(b)は、ハニカム構造体の端面の一部拡大平面図である。
【図3】本発明(第二の発明)のハニカム構造体の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図4】本発明(第二の発明)のハニカム構造体の他の実施の形態に用いられるハニカムセグメントを示す斜視図である。
【図5】本発明(第三の発明)のハニカム構造体の製造方法の一の実施の形態を示す説明図であって、(a)は、セル構造体を示す斜視図、(b)は、ハニカム構造体示す斜視図である。
【図6】従来のハニカム構造体を示す説明図であって、(a)は、ハニカム構造体の斜視図、(b)は、ハニカム構造体の端面の一部拡大平面図である。
【符号の説明】
1…ハニカム構造体、2…セル構造体、3,3a,3b…セル、4…隔壁、5…外壁、6…ハニカムセグメント、7…接合材、8,9…端面、21…ハニカム構造体、23…セル、24…隔壁、25…流入孔側端面、26…流出孔側端面。
Claims (13)
- 無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、前記無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであることを特徴とするコーティング材。
- 25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であり、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなる請求項1に記載のコーティング材。
- 造孔材をさらに含んでなる請求項1又は2に記載のコーティング材。
- 隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有するセル構造体と、前記セル構造体の外周面に配設された外壁とからなる筒状のハニカム構造体であって、
前記外壁が、前記セル構造体の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、前記無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布した後、乾燥して形成されてなるものであることを特徴とするハニカム構造体。 - 前記コーティング材が、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であり、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなる請求項4に記載のハニカム構造体。
- 前記コーティング材が、造孔材をさらに含んでなる請求項4又は5に記載のハニカム構造体。
- 前記セル構造体が、一以上のセルを有する複数のハニカムセグメントを接合一体化して形成されてなる請求項4〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 隔壁によって区画された流体の流路となる複数のセルを有するセル構造体を形成する工程と、得られた前記セル構造体の外周面に外壁を形成する工程とを含むハニカム構造体の製造方法であって、
前記セル構造体の外周面に、無機繊維、コロイド状酸化物、無機粒子、及び30重量%以下の水を含んでなり、前記無機繊維の軸方向の長さの平均値が10〜100μmであるとともに、その径方向の長さの平均値が1〜20μmであるコーティング材を塗布し、塗布した前記コーティング材を乾燥して前記外壁を形成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。 - 前記コーティング材に含まれる液体の表面張力を、25℃において、70dyn/cm以下に制御して、前記コーティング材を前記セル構造体の外周面に塗布する請求項8に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記コーティング材が、25℃における密度が0.9〜1.1g/cm3であるとともに、その表面張力が水よりも小さい有機溶媒をさらに含んでなる請求項8又は9に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記コーティング材が、造孔材をさらに含んでなる請求項8〜10のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記セル構造体に塗布した前記コーティング材を、150℃以上の温度で乾燥する請求項8〜11のいずれか一項に記載のハニカム構造体の製造方法。
- 前記セル構造体を、一以上の前記セルを有するハニカムセグメントを複数形成し、得られた複数の前記ハニカムセグメントを接合一体化して形成する請求項8〜12のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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