JP2005505485A - 生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとを含有する組成物 - Google Patents
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Abstract
生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとの混合物を含む組成物が記載されている。この組成物は、生理学媒体中で吸入可能であるが耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製することができる。この組成物は、一般的にシート材料またはペーストの形態にあり、例えば、公害防止エレメントの周囲の保護梱包材料として、または公害防止装置の端部コーン領域において絶縁材料として用いることができる。この組成物から形成されたシート材料は、約９００℃まで加熱したとき約６パーセント未満減少するＸ−Ｙ面の領域を有している。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、耐火材、絶縁材料として耐熱材、または保護梱包材料として用いることのできる組成物に関する。特に、本発明は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとの混合物を含む組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
公害防止装置は、大気汚染を減少させるために車両に用いられている。触媒コンバータおよびディーゼル微粒子フィルタまたはトラップの２種類の装置が現在広く用いられている。触媒コンバータは、一般に、モノリシック構造の形態で基材上に被覆される１種類以上の触媒を含有している。金属モノシスが用いられているが、モノリシック構造は、一般的にセラミックである。触媒は、一酸化炭素および炭化水素を酸化し、排気ガス中の窒素酸化物を減じるか、またはその両方を行う。ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップは、一般的に多孔性結晶セラミック材料から作成されたハニカムモノリシック構造を有する壁フローフィルタである。これらの公害防止装置の現在の最新の構造において、各種類のモノリシック構造は筐体で囲まれている。
【０００３】
典型的なモノリシック構造は、表面積を大きくするために、比較的薄い壁を有しているのが一般的である。従って、構造は易損しやすく壊れやすい。セラミック材料から形成された典型的なモノリシック構造の熱膨張係数は、それが含まれている金属（通常、ステンレス鋼）筐体よりも非常に小さい。モノリスの道路の衝撃や振動による損傷を防ぎ、熱膨張の差を補い、モノリスと金属筐体間に排気ガスが流れるのを防ぐために、セラミックマットやペースト材料のような保護梱包材料がセラミックモノリスと金属筐体間に配置される。保護梱包材料を配置または挿入するプロセスは、キャンニングと呼ばれ、モノリスと金属筐体間の間隙にペーストを注入したり、モノリスの周囲をシート（例えば、装着マット）で巻き付き、巻かれたモノリスを筐体に挿入するようなプロセスが含まれる。
【０００４】
一般的に、従来の保護梱包材料を作成するのに用いられる組成物には、高温耐久性、良好な取扱い性、弾力性、可撓性および強度のような特性を与える耐火セラミックファイバーが含まれている。膨張性材料もまた含まれ、保護梱包材料の体積を高温で膨張させることができる。かかる膨張は、モノリスを使用中に保持する補助となる。公害防止装置の筐体にモノリスを装着するのに有用なセラミックシート材料、セラミックペーストおよび膨張性シート材料は、例えば、米国特許第３，９１６，０５７ 号（ハッチら（Ｈａｔｃｈ ｅｔ ａｌ．））、同第４，３０５，９９２号（ランジャーら（Ｌａｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，３８５，１３５号（ランジャーら）、同第５，２５４，４１０号（ランジャーら）および同第５，２４２，８７１号（橋本ら（Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．））に記載されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例えば、耐火材、燃料電池または公害防止装置におけるモノリシック構造の周囲の保護梱包材料または公害防止装置の端部コーン領域に配置される絶縁材料のような耐熱材として用いることのできる組成物が提供される。特に、本組成物には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。この組成物は、生理学媒体中で吸入可能であるが耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製することができる。
【０００６】
本発明の一態様は、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含む組成物を提供する。本組成物はまた、任意で、膨張性材料、吸入不可能な無機ファイバー、ポリマーバインダー、ポリマーファイバーまたはこれらの組み合わせを含むことができる。本組成物は、例えば、シート材料の形態またはペーストの形態で提供することができる。
【０００７】
本発明の他の態様は、筐体と、筐体中に配置された公害防止エレメントと、少なくとも一部の筐体および公害防止エレメントの間に配置された保護梱包材料とを含む公害防止装置を提供する。一般的にペーストまたはシート材料の形態である本保護梱包材料には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。保護梱包材料は、易損公害防止エレメントを道路の衝撃や振動による損傷から防ぎ、公害防止エレメントと筐体との間の熱膨張の差を補い、公害防止エレメントに排気ガスが流れるのを防ぐか、またはこれらの組み合わせを行うことができる。
【０００８】
本発明のさらに他の態様は、筐体と筐体に配置された耐熱材（例えば、絶縁材料）とを含む公害防止装置を提供する。耐熱材には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。耐熱材は、一般的に、公害防止装置の端部コーン領域に配置され、シート材料またはペーストの形態とすることができる。
【０００９】
本発明はまたシート材料の製造方法も提供する。本方法には、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量で雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含むスラリーを形成する工程と、凝固剤を添加して凝固スラリーを形成する工程と、凝固スラリーから水を除去してシート材料を形成する工程とが含まれる。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、公害防止エレメントを含む公害防止装置と、保護梱包材料と、公害防止エレメントとを製造する方法を提供する。本方法には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含む保護梱包材料を作成する工程と、筐体中に公害防止エレメントを配置する工程と、少なくとも一部の筐体と公害防止エレメントとの間に保護梱包材料に配置する工程とが含まれる。保護梱包材料は、シート材料またはペーストの形態とすることができる。
【００１１】
本発明の他の態様は、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含むシート材料を提供するものである。シート材料を約９００℃または公害防止装置が受ける温度まで加熱すると、Ｘ−Ｙ面のシート面積が約６パーセント未満収縮する。
【００１２】
本発明の上記概要は、開示された各実施形態または本発明のそれぞれの実施を説明することを意図するものではない。以下の図面および詳細な説明により、これらの実施形態をより詳細に実証する。
【００１３】
添付の図面に関連して本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を鑑みることによって、本発明をより完全に理解できるであろう。
【００１４】
本発明は様々な修正および変形形態に訂正可能であるが、その特定例については、図面により例示されておりこれについて詳細に説明する。しかしながら、本発明を記載された特定の実施形態に限定するものではない。逆に、本発明の技術思想および範囲内に含まれる全ての修正、等価物および変形を含むものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
耐熱材（例えば、絶縁材料）、耐火材または保護梱包材料として用いることのできる組成物が提供される。特に、本組成物には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。組成物は、例えば、シート材料またはペーストの形態とすることができる。この組成物は、生理学媒体中で吸入可能であるが耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製される。
【００１６】
本発明の組成物は、耐熱材、耐火材またはこれらの組み合わせとして用いることができる。例えば、本組成物は、管、加熱装置または建築支持具のような構造エレメント周囲に配置することができる。
【００１７】
他の例では、本組成物は、絶縁材料のような公害防止装置に用いることができる。例えば、本組成物は、公害防止装置の入口または出口領域（例えば、端部コーン領域）に配置することができる。本組成物は、排気システムの残りの部分およびエンジンを公害防止装置が受ける温度から絶縁する機能も果たす。組成物がシート材料の形態にあるときは、シート材料をカットし成形して、公害防止装置の端部コーン領域の形状に合わせることができる。あるいは、組成物を所望の最終形状を有する鋳型に配置することができる。
【００１８】
組成物はまた、保護梱包材料を提供するのに用いることもできる。例えば、組成物は燃料電池のモノリシック構造の周囲の保護梱包材料として用いることができる。他の例では、組成物は、公害防止エレメントの易損モノリス構造と公害防止装置の筐体との間の保護材料として用いることができる。すなわち、組成物は、公害防止エレメントのモノリスと公害防止装置の筐体との間の間隙に配置することができる。組成物は、例えば、ペーストまたはシート材料の形態とすることができる。一実施形態において、組成物は装着マットのようなシート材料の形態である。モノリス公害防止エレメントの少なくとも一部をシート材料で巻く。巻かれた公害防止エレメントを公害防止装置の筐体に配置する。他の実施形態において、組成物は、公害防止エレメントの易損モノリス構造の少なくとも一部と筐体との間で、公害防止装置に注入可能なペーストの形態である。
【００１９】
触媒コンバータ１０の形態の公害防止装置の一例を図１に示す。触媒コンバータ１０には、触媒コンバータエレメント２０を囲む筐体１１が含まれる。筐体１１には入口１２と出口１３があり、排気ガスのフローがそれぞれそこから触媒コンバータ１０に出入りする。缶またはケースとも呼ばれる筐体１１は、かかる使用についての業界に公知の好適な材料から作成することができる。一般的に、筐体１１には１種類以上の金属、金属合金および／または金属間組成物（以降、まとめて「金属類」と呼ぶ）が含まれる。例えば、筐体１１はステンレス鋼とすることができる。
【００２０】
モノリスとも呼ばれる好適な触媒コンバータエレメントは業界に公知であり、金属、セラミックまたはその他材料からできたものが挙げられる。様々なセラミック触媒コンバータエレメントが様々な源より市販されている。例えば、ハニカムセラミック触媒コンバータエレメントは、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．，）より「セルコア（ＣＥＬＣＯＲ）」、ＮＧＫインスレーテッド社（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ．）より「ハニセラム（ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ）」という商品名で販売されている。金属触媒コンバータエレメントはドイツのベーア社（Ｂｅｈｒ ＧｍｂＨ ａｎｄ Ｃｏ．）より市販されている。
【００２１】
１種類以上の触媒材料を、従来のやり方に従って触媒コンバータエレメント２０に被覆することができる。触媒コンバータエレメント２０に用いる触媒は、一般的に１種類以上の金属（例えば、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムおよび白金）および／または金属酸化物（例えば、五酸化バナジウムおよび二酸化チタン）である。最も一般的には、これらの触媒は、一酸化炭素および炭化水素のような排気汚染物質を酸化または排除する機能を果たす。かかる触媒はまた、エンジン排気ガス中の窒素酸化物の量を減じるのを補助する機能も果たす。
【００２２】
広い表面積を与えるために、触媒コンバータエレメント２０の実施形態は非常に薄い壁を有している。薄い壁によって触媒コンバータエレメント２０は易損しやすく壊れやすい。さらに、いくつかの実施形態においては、触媒コンバータエレメント２０は、筐体１１よりも非常に小さい熱膨張係数を有している。筐体１１が金属（通常、ステンレス鋼）を含んでいて、エレメント２０がセラミックのとき、これは特に当てはまる。熱特性の差により、触媒コンバータエレメント２０には温度変化による損傷のリスクがある。筐体１１とエレメント２０との間に配置された装着マットまたはシート材料３０は、エレメント２０を道路の衝撃や振動および／または熱膨張差による損傷から保護する補助となる。装着マットまたはシート材料３０はまた、排気ガスがエレメント２０と金属筐体１１との間を通るのを防ぐ補助ともなる。
【００２３】
図２に、ディーゼル微粒子フィルタ４０の形態の公害防止装置の代表例を示す。ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップ４０は、一束の管を有するハニカムモノリシック構造４２を含む壁フローフィルタである。かかるディーゼル微粒子フィルタエレメントは、例えば、コーニング社（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ， Ｎ．Ｙ．））およびＮＧＫインシュレータ社（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｌｔｄ．）（日本、名古屋（Ｎａｇｏｙａ， Ｊａｐａｎ））をはじめとする数多くの源より市販されている。有用なディーゼル微粒子フィルタエレメントについては、ホヴィットら（Ｈｏｗｉｔｔ ｅｔ ａｌ．）著、「セルラーセラミックディーゼル微粒子フィルタ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」、文書番号８１０１１４、ＳＡＥ専門紙シリーズ（ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ）、１９８１年に述べられている。
【００２４】
触媒は、ディーゼル微粒子フィルタ４０に装着されたモノリシック構造４２に被覆してもよい。ディーゼル微粒子フィルタ４０には、入口４６と出口４８とを有する筐体４４が含まれている。筐体４４は微粒子フィルタエレメント４２（モノリスまたはモノリシック構造とも呼ばれる）を囲っている。装着マットまたはシート材料５０は、フィルタエレメント４２と金属筐体４４との間に配置され、図１の装着シート３０と同じ利点を与える。
【００２５】
比較的小さな耐火セラミックファイバー、すなわち、平均直径が約５〜６マイクロメートル未満、長さが約５マイクロメートルより大きいファイバーは、公害防止装置の公知の装着マット組成物の重要な構成要素であった。しかしながら、このサイズ範囲のファイバーは吸入可能であるため、生理流体、特に、肺流体において耐久性のあるものであることが多い。このように、耐久性があり、吸入可能な耐火セラミックファイバーを使わない、保護梱包材料組成物が望まれている。しかしながら、耐久性があり、吸入可能な耐火セラミックファイバーを用いずに、公害防止装置用の装着マットのような許容可能なシート材料を作成することは技術的に重大なことであった。
【００２６】
本明細書において「ファイバー」という用語は、幅より大きな長さを有する材料を指す。いくつかの実施形態において、長さは直径の少なくとも１０倍、少なくとも１００倍または少なくとも１０００倍である。
【００２７】
本明細書において「吸入可能な」という用語は、動物がその肺に吸い込むことのできるファイバーを指す。一般的に、吸入可能なファイバーの平均直径は約５マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態において、吸入可能なファイバーの平均直径は約３マイクロメートル未満である。これとは逆に、本明細書において「吸入不可能な」という用語は、動物がその肺に吸い込むことのできないファイバーを指す。一般的に、吸入不可能なファイバーの平均直径は少なくとも約３マイクロメートルである。いくつかの実施形態において、吸入不可能なファイバーの平均直径は少なくとも約５マイクロメートルである。
【００２８】
本発明の一態様は、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーとを含む組成物を提供するものである。本組成物はまた、任意で、膨張性材料、吸入不可能な無機ファイバー、ポリマーバインダー、ポリマーファイバーまたはこれらの組み合わせを含むことができる。この組成物は、吸入可能であるが、生理学媒体中で耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製することができる。
【００２９】
ある実施形態において、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーの組み合わせは、公害防止装置のような様々な用途に用いられる従来のシート材料の耐久性のある吸入可能なものと吸入不可能なものの両方の耐火ファイバー内容物の全てまたは一部と置換することができる。特に、生体溶解性ファイバーと雲母バインダーの組み合わせは、吸入可能なサイズの耐久性のある耐火セラミックファイバーと置換すると有利である。
【００３０】
本明細書において「生体溶解性無機酸化物ファイバー」とは、生理学媒体またはシミュレートされた生理学媒体中で分解する無機ファイバーを指す。生理学媒体とは、これらに限られるものではないが、例えば、動物または人間の肺のような気道にある体液のことを指す。本明細書において「耐久性のある」とは、生体溶解性でない無機ファイバーを指す。
【００３１】
生体溶解性は、無機ファイバーの試験動物における直接移植の影響を観察するか、または無機ファイバーに露出した動物または人間を検査することにより推定できる。生体溶解性はまた、食塩水、緩衝食塩水等といったシミュレートされた生理学媒体において時間の関数としてのファイバーの溶解性を測定することによっても推定することができる。溶解性を判断する一つの方法は、米国特許第５，８７４，３７５号（ゾイタスら（Ｚｏｉｔａｓ ｅｔ ａｌ．））に記載されている。
【００３２】
一般的に、生体溶解性無機ファイバーは、約１年以内で生理学媒体に溶解性または実質的に溶解性である。本明細書において「実質的に溶解性」という用語は、少なくとも約７５重量パーセントが溶解している無機ファイバーを指す。ある実施形態において、少なくとも約５０パーセントの無機ファイバーが約６ヶ月以内で生理学媒体に溶解する。他の実施形態において、少なくとも約５０パーセントのファイバーが約３ヶ月以内で生理学流体に溶解する。さらに他の実施形態において、少なくとも約５０パーセントの無機ファイバーが約４０日以内で生理学流体に溶解する。例えば、無機ファイバーは、フラウンホーファインスティテュート（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ）により、気管内吹送後のラットにおける高温絶縁ファイバーの生体抵抗性についての試験に合格したものと認定できる（すなわち、ファイバーは４０日未満のハーフタイムを有している）。
【００３３】
無機ファイバーの生体溶解性を推定するさらに他のやり方は、無機ファイバーの組成に基づくものである。例えば、ドイツでは、発ガン性指数（ＫＩ値）に基づいて吸入可能な無機酸化物ファイバーを分類している。ＫＩ値は、アルカリおよびアルカリ土類酸化物の重量パーセントを合計し、無機酸化物ファイバー中の酸化アルミニウムの重量パーセントの２倍を減算することにより計算される。生体溶解性である無機ファイバーは一般に約４０以上のＫＩ値を有している。
【００３４】
生体溶解性無機ファイバーは一般的に、例えば、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2ＯおよびＢａＯまたはこれらとシリカの組み合わせのような無機酸化物を含んでいる。その他の金属酸化物またはその他のセラミック成分を生体分解性無機ファイバーに含めることができる。ただし、これらの成分自身には所望の溶解性はなく、全体としてファイバーが生理学媒体中で尚分解可能となるような十分に少ない量で存在している。かかる金属酸化物としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｂ2Ｏ3および酸化鉄が挙げられる。生体溶解性無機ファイバーはまた、ファイバーが生理学媒体またはシミュレートされた生理学媒体中で分解可能となるような量で金属成分を含むこともできる。
【００３５】
一実施形態において、生体溶解性無機ファイバーとしては、シリカ、マグネシウムおよびカルシウムの酸化物が挙げられる。これらの種類のファイバーは、一般的に、カルシウムマグネシウムシリケートファイバーと呼ばれている。カルシウムマグネシウムシリケートファイバーは、通常、約１０重量パーセント未満の酸化アルミニウムを含有している。いくつかの実施形態において、ファイバーは約４５〜約９０重量パーセントのＳｉＯ2と、約４５重量パーセントまでのＣａＯと、約３５重量パーセントまでのＭｇＯと、約１０重量パーセント未満のＡｌ2Ｏ3を含んでいる。例えば、ファイバーは約５５〜約７５重量パーセントのＳｉＯ2と、約２５〜約４５重量パーセントのＣａＯと、約１〜約１０重量パーセントのＭｇＯと、約５重量パーセント未満のＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００３６】
好適な生体溶解性無機酸化物ファイバーは、米国特許第５，３３２，６９９号（オールズら（Ｏｌｄｓ ｅｔ ａｌ．））、同第５，５８５，３１２号（テンエイクら（ＴｅｎＥｙｃｋ ｅｔ ａｌ．））、同第５，７１４，４２１号（オールズら）、同第５，８７４，３７５号（ゾイタスら（Ｚｏｉｔａｓ ｅｔ ａｌ．））および２００２年７月３１日出願の欧州特許出願第０２０７８１０３．５号に記載されている。これらに限られるものではないが、ゾルゲル形成、結晶成長プロセスおよびスピンニングやブローイングのような溶融形成技術をはじめとする、様々な方法を用いて、生体溶解性無機ファイバーを形成することができる。
【００３７】
生体溶解性ファイバーは、ユニフラックスコーポレーション（Ｕｎｉｆｒａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（ニューヨーク州ナイアガラフォールズ（Ｎｉａｇａｒａ Ｆａｌｌｓ，ＮＹ））より「インサルフラックス（ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ）」という商品名で市販されている。その他の生体溶解性ファイバーは、サーマルセラミックス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）（所在地はジョージア州オーガスタ（Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ））より「スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）」という商品名で販売されている。例えば、スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７は、６０〜７０重量パーセントのＳｉＯ2、２５〜３５重量パーセントのＣａＯ、４〜７重量パーセントのＭｇＯおよび微量のＡｌ2Ｏ3を含有している。スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７マックス（ＭＡＸ）は、やや高温で使用でき、６０〜７０重量パーセントのＳｉＯ2、１６〜２２重量パーセントのＣａＯ、１２〜１９重量パーセントのＭｇＯおよび微量のＡｌ2Ｏ3を含有している。
【００３８】
好適な生体溶解性無機ファイバーは様々な平均直径および平均長を有することができる。生体溶解性無機ファイバーは市販されており、約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の平均ファイバー直径を有している。いくつかの実施形態において、生体溶解性無機ファイバーは、約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの範囲の平均ファイバー直径を有している。生体溶解性無機ファイバーの平均直径が減少するにつれて、ある体積のシート材料に組み込むことのできるファイバーの量が増え、雲母バインダーのトラップが良好になる。高密度ファイバーを有するように作成されたシート材料は、良好な弾性と可撓性を有する傾向にある。
【００３９】
生体溶解性無機ファイバーは、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均ファイバー長さを有している。通常、選択したファイバーは、製造プロセス中に、所望であれば、短い長さに破断できるため、生体溶解性無機ファイバーの長さは重要ではない。
【００４０】
本明細書において「雲母鉱物」なる成句は、平面シートまたは板へと分裂するか、または分離できる鉱物系列を指す。雲母鉱物としては、膨張バーミキュライト、非膨張性バーミキュライトおよびマイカが挙げられるがこれらに限られるものではない。雲母鉱物は、一般に、約３を超える平均アスペクト比（すなわち、厚さで除算した粒子の長さ）を有している。
【００４１】
本明細書で用いる「雲母バインダー」とは、濡らしてから乾燥させると、自立形の凝集体を形成できる１種類以上の雲母鉱物を指す。本明細書において「自立形」とは、乾燥したシートを少なくとも５分間にわたって２５℃および５０パーセントまでの相対湿度でいずれかの端部で、破砕したり落ちて離れたりすることなく水平に保持できる、他の材料を含有しない５ｃｍ×５ｃｍ×３ｍｍのシートへ形成可能な雲母バインダーを指す。
【００４２】
雲母バインダーは、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満（すなわち、雲母バインダーが１００メッシュのスクリーンを通過できる雲母鉱物を含有している）の雲母鉱物を含んでいる。ある実施形態において、雲母バインダーは、約１５０マイクロメートル未満のサイズおよび約８を超える、または約１０を超える平均アスペクト比を有する雲母鉱物を含有している。
【００４３】
好適な雲母バインダーは、破砕された雲母鉱物を含むことができる。本明細書において「破砕」とは、平均粒子サイズを減じるべく何らかの好適なやり方で処理された雲母鉱物を指す。破砕方法としては、希釈または濃縮スラリーの機械的剪断、ミリング、空気衝撃および圧延が挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００４４】
その他の方法を、単独、または破砕と組み合わせて用いて粒子サイズを減じることができる。例えば、熱的または化学的方法を用いて、雲母鉱物を膨張または膨張プラス剥離することができる。膨張バーミキュライトを水中で剪断またはその他処理すると、層剥離したバーミキュライト粒子または板の水性分散液を生成することができる。剪断は、例えば、ブレンダのような高剪断ミキサーを用いて適切に実施することができる。
【００４５】
雲母バインダーは、非膨張性、膨張性またはこれらの組み合わせとすることができる。本明細書において「非膨張性」とは、約８００℃〜約９００℃の温度まで加熱したときに厚さ約１０パーセント未満の自由膨張を示す材料を指す。自由膨張とは、制限なしに加熱したときに材料が受けるＺ軸における膨張の量のことを指す。本明細書において「膨張」とは、同じ条件下で、厚さ少なくとも約１０パーセントの自由膨張を示すことができる材料を指す。
【００４６】
いくつかの実施形態において、雲母バインダーには処理済みバーミキュライト（すなわち、膨張、剥離および破砕されたバーミキュライト）が含まれる。処理済みバーミキュライトは、一般的に非膨張性である。他の実施形態において、雲母バインダーには、膨張および剥離していないか、または部分的にのみ膨張および剥離したバーミキュライトが含まれる。かかる材料は膨張性である傾向にある。
【００４７】
好適な雲母バインダーは、Ｗ．Ｒ．グレース＆カンパニー（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ）より市販されており、剥離バーミキュライト粉末（「ＶＦＰＳ」という商品名）および化学的に剥離したバーミキュライト（「マイクロライト（ＭＩＣＲＯＬＩＴＥ）」という商品名）の水性分散液を含む。また、膨張バーミキュライトフレークもＷ．Ｒ．グレース＆カンパニー（「ゾネライト５番（ＺＯＮＥＬＩＴＥ ＃５）」という商品名）より入手可能であり、これは雲母バインダーを形成すべく粒子サイズを減じることができる。
【００４８】
ある実施形態において、本発明の組成物はシート材料の形態である。生体溶解性無機ファイバーは自身は、従来のシート材料に用いられている耐久性のある耐火性セラミックファイバーの実際的な代替物ではない。例えば、生体溶解性無機ファイバーは、一般的な公害防止装置の使用中に受ける温度限界に曝されると、過剰の収縮を示す傾向がある。装着マットまたはシート材料が過剰に収縮すると、易損のモノリス公害防止エレメントの公害防止装置の筐体内部での保持が緩んでしまう。緩く保持されたモノリス構造は、例えば、物理的な衝撃により容易に損傷してしまう。
【００４９】
従来の装着マットにおける耐久性のある耐火セラミックファイバーを、生体溶解性無機ファイバーと直接交換することにより作成されたシート材料（すなわち装着マット）は、適正な初期寒冷保持性能を有する（すなわち、かかる装着マットは、高温に曝される前は室温で金属筐体中に公害防止エレメントを保持できる）。しかしながら、かかるシート材料は収縮する傾向があるため、実用温度まで加熱すると所望の保持能を保つことができない。
【００５０】
本発明は、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含むシート材料を提供するものである。本発明のシート材料は、約９００℃または公害防止装置の使用中に受ける温度まで加熱した際に約６パーセント未満収縮する。意外にも、生体溶解性無機ファイバーに負担をかける収縮問題は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーを組み合わせて用いると、ほぼ回避できる。
【００５１】
雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーの組み合わせを含有するシート材料は、雲母バインダーなしで生体溶解性無機ファイバーを含有するシート材料に好適な温度より遥かに高い操作温度で用いることができる。シート材料は、一般的に、約８００℃までの温度で用いることができる。ある実施形態において、シート材料は約８５０℃まで、約９００℃まで、または約９５０℃までの温度で用いることができる。
【００５２】
本発明のシート材料に含められる生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーの量は、様々な範囲で変えることができる。生体溶解性無機ファイバーは、得られる装着マットまたはシート材料が所望の程度の可撓性および取扱い特性を確実に有するような量で存在させる。可撓性シート材料は、キャンニングプロセス中、シート材料を公害防止エレメント周囲に巻き付けるのを促す。しかしながら、生体溶解性無機ファイバーの量が多すぎると、装着マットまたはシート材料は加熱時に所望するよりもさらに収縮してしまう恐れがある。
【００５３】
これらの問題点の釣り合いをとって、本発明の組成物は乾燥重量ベースで約９０重量パーセントまでの生体溶解性無機ファイバーを含有している。いくつかの実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約８５パーセントまで、約８０パーセントまで、約６０重量パーセントまで、約４０重量パーセントまで、または約３０重量パーセントまでの生体溶解性ファイバーが含まれている。
【００５４】
組成物の乾燥重量は、組成物中の固体の重量のことを指す。このように、組成物がシート材料の形態にあるときは、乾燥重量は、水および溶剤を全て除去するためにシート材料を乾燥した後の最終重量のことを指す。組成物がスラリーまたはペーストの形態にあるときは、乾燥重量は総重量マイナス水およびその他溶剤の重量である。すなわち、乾燥重量には、生体溶解性ファイバー、雲母バインダーおよびポリマーバインダー、ポリマーファイバー、膨張性材料、吸入不可能な無機ファイバー等といったその他個体の重量が含まれる。乾燥重量には、一般的に、消泡剤、凝集剤および界面活性剤のような微量の（すなわち、マットの乾燥重量ベースの約０．５重量パーセント未満）固体となるその他材料は含まれない。これらの材料の大部分は溶液中に残る傾向にあり、シート材料の作成プロセス中に水と共に排出される。
【００５５】
組成物には、通常、乾燥重量ベースで少なくとも約５重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。いくつかの実施形態において、組成物には、乾燥重量ベースで少なくとも約１０重量パーセントまたは少なくとも約１５重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーが含まれる。
【００５６】
生体溶解性無機ファイバーは、通常、組成物に、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの範囲、約５〜約８５重量パーセントの範囲、約５〜約８０重量パーセントの範囲、約１０〜約６０重量パーセントの範囲、約１５〜約４０重量パーセントの範囲、または約１５〜約３０重量パーセントの範囲の量で組成物に含まれる。
【００５７】
組成物には、通常、乾燥重量ベースで約８０重量パーセントまでの雲母バインダーが含まれる。いくつかの実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約６０パーセントまで、約５０パーセントまで、または約４５重量パーセントまでの雲母バインダーを含まれる。
【００５８】
組成物には、通常、組成物の総乾燥重量に基づいて少なくとも約５重量パーセントの雲母バインダーが含まれる。いくつかの実施形態において、組成物には、乾燥重量ベースで少なくとも約１０重量パーセントまたは少なくとも約１５重量パーセントの雲母バインダーが含まれる。
【００５９】
雲母バインダーは、通常、組成物に、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの範囲、約１０〜約６０重量パーセントの範囲、約１５〜約５０重量パーセントの範囲または約１５〜約４５重量パーセントの範囲の量で組成物に含まれる。
【００６０】
シート材料が、膨張、剥離および破砕バーミキュライトを用いて上述した組成物から形成されるとき、得られるシート材料は、実質的に非膨張性である。非膨張バーミキュライトダストを用いると、用いた非膨張バーミキュライトの量に応じて、Ｚ軸に沿って大量の自由膨張が得られる。非膨張性または膨張性雲母バインダーを用いて調製したかどうかに関らず、シート材料は一般に、シートのＸ−Ｙ面において約６パーセント未満の収縮を示す。いくつかの実施形態において、Ｘ−Ｙ面の収縮は約５パーセント未満である。収縮を求める式を以下に挙げる。
【００６１】
組成物は任意で吸入不可能な無機ファイバーを含むことができる。吸入不可能なファイバーは生体溶解性または耐久性とすることができる。耐久性のある吸入不可能な無機ファイバーとしては、例えば、酸化セラミック、窒化セラミック、ガラス材料またはこれらの組み合わせのようなセラミック材料を挙げることができる。本明細書で用いる「ガラス」という用語は、少なくとも実質的に明確なラインまたは結晶相のその他の徴のない拡散ｘ線回折パターンを有する酸化物のようなアモルファス無機材料のことを指す。
【００６２】
ファイバーが所望の源から入手したときに所望のものより長い場合には、細断したり、カットしたりまたはその他の処理を行って、所望の長さまでファイバー長さを減じることができる。ファイバーは一般に、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍの範囲の平均長さを有している。
【００６３】
組成物に組み込まれる吸入不可能な無機ファイバーの量は様々に変えることができる。一般的な指針として、本発明の組成物は乾燥重量ベースで約１５重量パーセントまでの吸入不可能な無機ファイバーを含有することができる。いくつかの実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約１０重量パーセントまで、約５重量パーセントまで、または約３重量パーセントまでの吸入不可能な無機ファイバーを含まれている。
【００６４】
本発明の組成物はまた、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える膨張性の無機材料も含むことができる。いくつかの実施形態において、膨張性材料は雲母であり、粒子サイズが１５０マイクロメートルを超える（すなわち、粒子は１００メッシュスクリーンを通過しない）。すなわち、膨張性材料が雲母のときは、約１５０マイクロメートルより小さな粒子は雲母バインダーと考えられる。
【００６５】
膨張性材料を含有する組成物は加熱すると膨張し、一般に、公害防止エレメントと、公害防止装置の筐体との間で十分な圧力を出して、支持的な保護シールを形成する。いくつかの実施形態において、かかる組成物は、弾性圧縮されたままとして、公害防止エレメントの物理的衝撃に対する緩衝とする。
【００６６】
平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える好適な膨張性無機材料としては、非膨張バーミキュライト、バーミキュライト鉱石、ハイドロバイオタイト、米国特許第３，００１，５７１号（ハッチ（Ｈａｔｃｈ））に記載された水膨潤性合成四ケイ酸フッ素タイプのマイカ、米国特許第４，５２１，３３３号（グラハムら（Ｇｒａｈａｍ ｅｔ ａｌ．））に記載されたアルカリ金属ケイ酸塩顆粒、膨張性グラファイト、これらの組み合わせ等が例示される。その他の好適な膨張性材料としては、例えば、３Ｍ（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））より「エクスパントロール（ＥＸＰＡＮＴＲＯＬ）４ＢＷ」という商品名で販売されている顆粒が挙げられる。これらの膨張性材料のいくつかは、約２００℃または約３００℃を超える温度まで加熱したときに厚さ約１０パーセント未満の自由膨張を示す。さらに、これらの膨張性材料のいくつかは加熱したとき約５０パーセントを超える自由膨張を示す。
【００６７】
組成物中に含められる平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える膨張性材料の量は、様々なに変えることができる。膨張性材料が少なすぎると、組成物の膨張が所望よりも少なくなる恐れがある。例えば、かかる組成物が公害防止装置の装着マットの形態のときは、装着マットは使用中モノリスを適切に支持できない。一方、膨張性材料が多すぎると、組成物は加熱したときに膨張し過ぎる恐れがある。例えば、組成物が装着マットの形態にあるときは、公害防止エレメントに対する圧力が高くなりすぎて、公害防止エレメントを損傷する恐れがある。
【００６８】
これらの問題点の釣り合いをとって、組成物には平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約８０重量パーセントまで、約７０重量パーセントまで、または約６０重量パーセントまでの膨張性材料が含まれている。いくつかの実施形態において、組成物には平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセント、約２０〜約７０重量パーセント、約３０〜約６０重量パーセント、または約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料が含まれている。重量パーセントは組成物の乾燥重量に基づいている。
【００６９】
例えば、組成物は、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、乾燥重量ベースで約１０〜約８０重量パーセントの量の膨張性材料を含むことができる。雲母バインダーは、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満のバーミキュライトを含むことができ、膨張性材料は粒子サイズが約１５０マイクロメートルを超えるバーミキュライトを含むことができる（いずれも１００メッシュスクリーンは通らない）。膨張性バーミキュライトは、約３００マイクロメートルを超える平均粒子サイズを有することができる。
【００７０】
本発明の組成物はまた、１種類以上のポリマーバインダーも含むことができる。ポリマーバインダーを用いると、組成物の形成中および取扱い中に更なる弾性および可撓性を与えることができる。例えば、組成物が公害防止装置の装着マットのようなシート材料の形態だと、装着マットを公害防止エレメントにより容易に巻き付けることができる。かかる装置が受ける操作温度はポリマー成分を壊す（すなわち、分解または除去する）場合がある。このように、ある実施形態において、有機成分は、組成物の永続的ではなく、遷移的な成分である。
【００７１】
好適なポリマーバインダーは熱可塑性または熱硬化性とすることができ、１００パーセント固体の組成物、溶液、分散液、ラテックス、エマルジョン、これらの組み合わせ等として提供することができる。いくつかの実施形態において、ポリマーバインダーはエラストマーである。好適なポリマーとしては、天然ゴム、スチレンおよびブタジエンを含む２種類以上の共重合性種のコポリマー、ブタジエンおよびアクリロニトリルを含む２種類以上の共重合性種のコポリマー、（メソ）アクリレートポリマーおよびコポリマー、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、セルロースポリマー、その他エラストマーポリマーまたはこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００７２】
組成物は乾燥重量ベースで約０．１〜約１５重量パーセント、約０．５〜約１２重量パーセントまたは約１〜約１０重量パーセントのポリマーバインダーを含むことができる。
【００７３】
ある実施形態において、ポリマーバインダーはアクリル−および／またはメタクリレート−含有ラテックス組成物である。かかるラテックス組成物は、望ましくない量の毒性または腐蝕性副生成物を生成することなくきれいに燃焼する傾向にある。好適なアクリルエマルジョンとしては、ペンシルバニア州フィラデルフィアのローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ ｏｆ Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）より「ＲＨＯＰＬＥＸ ＨＡ−８」（アクリルコポリマーの４４．５重量％固体の水性エマルジョン）という商品名で、ペンシルバニア州アレンタウンのエアプロダクツ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）「エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ」（５５％固体の酢酸エチレンビニルコポリマー）という商品名で市販されているものが例示される。
【００７４】
ポリマーファイバーは任意で、組成物に含めて、取扱い性、可撓性、弾性またはこれらの組み合わせを改善することができる。組成物がシート材料の形態のときは、ポリマーファイバーは処理性を高め、シート材料の湿潤強度を改善する傾向がある。ポリマーバインダーと同様に、ポリマーファイバーは、組成物を公害防止装置で用いた場合の１回以上の加熱サイクル後バーンアウト（すなわち、分解または除去）される傾向がある。
【００７５】
ポリマーファイバーは、ポリマーバインダーに関して上に挙げたいずれかのポリマーから形成することができる。組成物には、乾燥重量ベースで約５重量パーセントまでのポリマーファイバーを含めることができる。いくつかの実施形態において、組成物は約２重量パーセントまで、または約１重量パーセントまでのポリマーファイバーを含む。例えば、組成物は乾燥重量ベースで約０．１〜約２重量パーセントまたは約０．２〜約１．０重量パーセントのポリマーファイバーを含むことができる。ポリマーファイバーはステープルファイバーまたはフィブリル化ファイバーであってもよい。一実施形態において、ポリマーファイバーは約０．５〜約５デニールの範囲のステープルファイバーである。
【００７６】
組成物はまた従来のやり方に従ってその他の材料も含むことができる。かかる材料としては、例えば、可塑剤、湿潤剤、消泡剤、ラテックス凝固剤、クレイ、軽量フィラー、耐火フィラー、金属ファイバーまたはこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７７】
ある実施形態において、組成物はシート材料の形態にあり、シート材料は端部保護具を含み、シート材料の角部の腐食を最小にしている。かかる腐食は、例えば、シート材料を公害防止装置で用いるときの排気ガスにより生じるものである。好適な端部保護具としては、例えば、シート角部に配置された金属メッシュ、または米国特許第６，２４５，３０１号（ストロームら（Ｓｔｒｏｏｍ ｅｔ ａｌ．））に開示されたバインダーとガラスの混合物が挙げられる。業界に公知のその他の端部保護部も用いることができる。
【００７８】
本発明の一実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーとが含まれている。例えば、組成物は約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、約５〜約８５重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーまたは約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーとを含むことができる。
【００７９】
他の実施例において、組成物は乾燥重量ベースで約１０〜約６０重量パーセントの雲母バインダーと、約１０〜約６０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーまたは約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーとを含むことができる。さらに他の実施例では、組成物は乾燥重量ベースで約１５〜約４５重量パーセントの雲母バインダーと約１５〜約３０重量パーセントの生体溶解性ファイバーとを含むことができる。
【００８０】
本発明の他の実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセントの膨張性材料とが含まれている。例えば、組成物は乾燥重量ベースで、約１０〜約６０重量パーセントの雲母バインダーと、約１０〜約６０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約２０〜約７０重量パーセントの膨張性材料とを含むことができる。
【００８１】
本実施形態の他の例では、組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約３０〜約６０重量パーセントの膨張性材料とを含むことができる。さらに他の例では、組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約４５重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約３０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料とを含むことができる。
【００８２】
他の実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセントの膨張性材料と、約１５重量パーセントまでのポリマーバインダーとが含まれている。
【００８３】
例えば、本実施形態による組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料と、約０．５〜約１２重量パーセントのポリマーバインダーとを含むことができる。
【００８４】
さらに他の実施形態において、組成物は乾燥重量ベースで、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセントの膨張性材料と、約１５重量パーセントまでのポリマーバインダーと、約５重量パーセントまでのポリマーファイバーとを含むことができる。
【００８５】
例えば、本実施形態による組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料と、約０．５〜約１２重量パーセントのポリマーバインダーと、約２重量パーセントまでのポリマーファイバーとを含むことができる。
【００８６】
本発明の組成物から作成したシート材料は単一層または多層構造とすることができる。一実施形態において、シート材料は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとを有する第１の層と、この第１の層に提供された少なくとも１枚の追加の層とを含むことができる。かかる追加の層の代表的な実施形態としては、米国特許第５，２９０，５２２号（ロジャーら（Ｒｏｇｅｒｓ ｅｔ ａｌ．））に開示されたガラスファイバーのような成分、米国特許第４，９２９，４２９号（メリー（Ｍｅｒｒｙ））に開示されたショットフリーセラミックファイバー、膨張性材料またはこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００８７】
例えば、多層シート材料は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとを含有する第１の層と、高温に耐えられるファイバーを含有する第２の層とを含むことができる。高温に耐えられるファイバーとしては、サフィルリミテッド（Ｓａｆｆｉｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ）（英国、ピルキントン（Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ，Ｕ．Ｋ））より「サフィル（ＳＡＦＦＩＬ）」という商品名で販売されているファイバーおよび３Ｍ（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ． Ｐａｕｌ，ＭＮ））より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）」という商品名で販売されているファイバーが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００８８】
多層シート材料は、様々な従来の製造技術を用いて形成することができる。一つの代表的な製造法は、個々の層を形成してから、接着剤を用いて層をラミネートするものである。多層シート材料はまた、米国特許第５，８５３，６７５号（ホワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ））に記載されたようにして形成することもできる。あるいは、米国特許第６，０５１，１９３号（ランジャーら）に記載されているように、ある層を他の層の上部にして形成することもできる。
【００８９】
本発明の組成物から作成したシート材料は、例えば、製紙プロセスのような様々な好適な技術を用いて形成することができる。製紙法の一実施形態において、雲母バインダーは膨張雲母鉱物を水に加えることにより作成される。濃度および温度は両者とも様々に変えることができる。いくつかの実施形態において、約３０℃〜約７５℃の温度の温水を用いてスラリーを調製することができる。例えば、水は約３５℃〜約４５℃の温度とすることができる。鉱物を剥がす（例えば、剥離）して、バインダーに好適な粒子サイズ（例えば、約１５０マイクロメートル未満）に粉砕する。
【００９０】
水を雲母バインダーに加えることにより希釈スラリーを調製することができる。生体溶解性無機ファイバーおよび任意のその他の無機およびポリマーファイバー成分をスラリーに加えることができる。雲母バインダーおよび生体溶解性ファイバーを分散する任意の量の剪断を用いることができる。いくつかの実施形態において、比較的短い時間、例えば、１秒〜１０分または約３〜８０秒間で、低〜中程度の剪断を用いてファイバーを分散することができる。スラリーは、中速で混合して、固体成分の懸濁を保つことができる。消泡剤およびポリマーバインダーのようなその他の成分を加えることができる。
【００９１】
酸化剤のような好適な凝固剤を加えることができる。基本的な手段によって凝固させることのできるその他の凝固剤も、従来のやり方に従って用いることができる。凝固中、一般的にポリマーバインダーの大きな粒子が形成される。微粉およびその他微粒子物質は、ポリマーバインダーに結合して、ファイバーマトリックス中にトラップされる傾向にある。すなわち、微粉がろ過に用いるスクリーンを詰まらせることはない。微粉をファイバーマトリックスに結合すると、スラリーからの水の排出を促し、シート材料を作成するのに必要な処理時間を減じることができる。
【００９２】
約３００マイクロメートルを超える平均粒子サイズを有する任意の膨張性材料は、一般的に凝固後に加えられる。この特定の添加順はまた、固体をスラリー中に分散し、水をスラリーから除去するのも促す。しかしながら、添加順は重要なことではなく、他の添加順でもよい。
【００９３】
得られたスラリー組成物は好適なスクリーンに鋳造し、排水してプレスすることができる。あるいは、スラリーをワイヤメッシュまたはスクリーンに真空鋳造することによりプライを形成することができる。得られたプレス済みシート材料は好適なやり方で、例えば、空気乾燥またはオーブン乾燥で乾燥することができる。用いた標準的な製紙技術のより詳細な説明については米国特許第３，４５８，３２９号（オーウェンズら（Ｏｗｅｎｓ ｅｔ ａｌ．））を参照のこと。
【００９４】
シート材料は、公害防止装置の端部コーン領域において装着マットまたは耐熱材（例えば、絶縁材料）として用いるのに好適な形状といった所望の形状にカットすることができる。カッティングは、例えば、ダイスタンピングプロセスにより行うことができる。本発明の組成物から作成したシート材料は、厳しいサイズ公差を満足するよう再現可能にカットすることができる。シート材料は、好適な取扱い特性を示し、手で砕けるほど脆くはない。例えば、シート材料は、公害防止エレメントを壊すことなくその周囲に容易に、かつ柔軟に固定でき、公害防止装置に弾性のある保護支持シールを形成する。
【００９５】
本発明の組成物はまた、ペーストの形態で調製することもできる。ペーストを調製するには、固体の合計は一般に約３０パーセントよりも多い。ある実施形態において、固体は約３０〜約６０パーセントである。ペーストは、例えば、公害防止エレメントと、公害防止装置の筐体との間の間隙に注入可能なコンシステンシーおよび粘度を有しているのが一般的である。米国特許第５，７３６，１０９（ホワース）にはペーストを作成するのに好適なプロセスが記載されている。ペーストはまた、まずスラリーを形成してから水を除去して固体パーセントを増大することによって形成することもできる。さらに、ペーストを用いてシート材料を形成することができる。
【００９６】
本発明の目的および利点を以下の実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。特に断らない限り、部およびパーセンテージは全て重量基準である。
【実施例】
【００９７】
以下の試験を用いて実施例および比較例のシート材料を調べた。
【００９８】
高温収縮
この試験を用いて、公害防止装置が受ける温度でシート材料の収縮を求めた。試料を、４．４４ｃｍ×４．４４ｃｍの寸法の正方形ダイを用いてシートからカットした。ダイアルキャリパゲージを用いて試料をＸ−Ｙ面で測定して、面積（Ａ加熱前）を求め、次に９００℃まで予熱させておいたサーマリン（Ｔｈｅｒｍａｌｙｎｅ）タイプ４８０００炉に入れた。試験結果に示されるように、試料を２４時間、４８時間または７２時間加熱した。炉から取り出した後、試料を室温まで冷やし、キャリパゲージで測定して加熱後の面積（Ａ加熱後）を求めた。パーセント収縮（％収縮）を次のようにして求めた。
％収縮＝［（Ａ加熱前−Ａ加熱後）／Ａ加熱前］×１００
【００９９】
加熱の結果、シート材料はＺ軸で膨張するが、この種の膨張は上式でパーセント収縮を求めるときには無視した。本発明のシート材料の収縮は約６パーセント未満である。一般的な装着マットは約４パーセント〜約５パーセントの収縮である。
【０１００】
実条件備品試験（ＲＣＦＴ）
この試験を用いて、通常の使用中の触媒コンバータのような公害防止エレメントでみられる実際の条件を代表する条件下でのシート材料により出される圧力を測定した。詳細については米国特許第５，８６９，０１０号に記載されている。
【０１０１】
４．４４ｃｍ×４．４４ｃｍの寸法のシート材料試料を、それぞれ加熱つまみを有する２枚の５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍの加熱した金属プラテン間に配置した。各プラテンを異なる温度プロフィールまで増分して加熱して、触媒コンバータ中の金属筐体およびモノリスの温度をシミュレートした。加熱中、代表的な触媒コンバータ筐体とモノリスの温度および熱膨張係数から計算した値によりプラテン間の間隙を増やした。最大温度まで加熱した後、プラテンを増分で冷却し、温度および熱膨張係数から計算した値により間隙を減じた。
【０１０２】
材料を、まず、選択した密度まで圧縮して、保護防止装置中の保護梱包材料をシミュレートした。一般に、約０．８０〜約１．０ｇ／ｃｃの範囲のこの初期の密度を装着密度と呼ぶ。
【０１０３】
装着材料が出す力を、伸び計（ＭＴＳシステムズ、ノースカロライナ州、リサーチトライアングルパーク（ＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐ．， Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ， ＮＣ）より入手可能）を備えたシンテック（Ｓｉｎｔｅｃｈ）ＩＤコンピュータ制御の負荷フレームを用いて測定した。加熱および冷却サイクル中により出される圧力を温度プロフィールに対してプロットした。試料およびプラテンを室温まで冷やし、サイクルをさらに２回繰り返して、圧力対温度の３つのプロットのグラフとした。３つのサイクルのそれぞれについて、少なくとも５０キロパスカル（ｋＰａ）の最低値が一般的に望ましいものと考えられる。しかしながら、プロットのある点でこれより低い圧力が観察された場合でもまだ好適であろう。
【０１０４】
実施例１〜３および比較例Ｃ１
４０℃の１５００ｍｌの水道水および膨張バーミキュライト（マサチューセッツ州ケンブリッジのＷ．Ｒ．グレース（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ）より入手したゾネライト（ＺＯＮＥＬＩＴＥ）膨張バーミキュライト５番）をワリング（Ｗａｒｉｎｇ）ブレンダに加えることによりシート材料を作成した。ブレンダを低い設定で３分間操作して、バーミキュライトを剥離および粉砕した。次に、フランホーファ（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）認定生体溶解性無機ファイバー（ジョージア州オーガスタのサーマルセラミックス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ， Ａｕｇｕｓｔａ ＧＡ）より入手可能なスーパーウール６０７）を加え、低速で３秒間ブレンドした。膨張バーミキュライトおよび生体溶解性無機ファイバーの量は合計で２５グラムである。詳細は表１に示す。
【０１０５】
ブレンダの中身をステンレス鋼容器に注ぎ、４０℃の水２０００ｍｌを用いて、ブレンダを濯ぎ、中身をステンレス鋼容器に加えた。容器の中身および３滴の消泡剤（ヘンケル（Ｈｅｎｋｅｌ）より入手可能なフォームマスター（ＦＯＡＭＭＡＳＴＥＲ）ＩＩＩ）をプロペラミキサーを用いて中速で混合して、固体の懸濁を保った。５５パーセント固体の酢酸エチレンビニルコポリマーラテックス（ペンシルバニア州アレンタウンのエアプロダクツ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， ＰＡ）より入手可能なエアフレックス６００ＢＰ）を示された量で加え１分間混合した。次に、２０グラムの２５パーセント固体の硫酸アルミニウム溶液（ミネソタ州パインベンドのコッホシュルプルプロダクツ（Ｋｏｃｈ Ｓｕｌｐｈｕｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｐｉｎｅｂｅｎｄ，ＭＮ）より入手可能な硫酸アルミニウム溶液）を加えてラテックスを凝固した。
【０１０６】
得られたスラリーをハンドシート形成機へ注いで流した。得られたシートを吸取紙でカバーした。ローリングピンで３回転がした後、シートを吸取紙間に入れて、５５２キロパスカルで５分間プレスして、次に１５０℃に設定された対流オーブンで１５分間乾燥した。シートを室温（約２２℃）で調整して、上記の手順に従って収縮について試験した。
【０１０７】
膨張バーミキュライトを用いなかった以外は同じやり方で比較例Ｃ１を作成した。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
表１のデータによれば、本発明のシート材料は、溶解性ファイバーしか有していない組成物よりも収縮が大幅に少ないことが分かる。
【０１１０】
実施例４および比較例Ｃ２〜Ｃ３
実施例１に記載した手順および表２に示した組成を用いて膨張性マット組成物を調製した。生体溶解性無機ファイバーをラテックスに加える前に約５秒間ブレンドし、５０パーセント固体の硫酸アルミニウム溶液１０部を加えてラテックスを凝固した。非膨張バーミキュライトはバーミキュライト鉱石であり、ニューヨーク州ニューヨークのコメタル社（Ｃｏｍｅｔａｌｓ， Ｉｎｃ． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ）より入手したものであり、メッシュサイズは１８メッシュ未満（約１ｍｍ未満のサイズ）であった。非膨張バーミキュライトは、ラテックスを凝固した後加えて混合し、かなり均一な分散液を形成した。
【０１１１】
比較例Ｃ２は、膨張バーミキュライトを使わなかった以外は実施例４と同様にして作成した。
【０１１２】
シート材料の９００℃での２５時間および７２時間の加熱後の収縮を試験した。結果を表２に示す。
【０１１３】
【表２】
【０１１４】
表２のデータによれば、本発明の膨張性シート材料の収縮は、膨張、剥離および粉砕バーミキュライトバインダーなしの同じ組成のマットよりかなり少ないことが分かる。
【０１１５】
実施例４を実条件備品試験（ＲＣＦＴ）で試験した。実装密度は０．９０ｇ／ｃｃであった。試料をピーク温度で２時間保持した。これらの結果を図３に示す。第１のサイクルをプロット２で、第２のサイクルをプロット３で、第３のサイクルをプロット１で示す。全ての温度で３つのサイクル中全て圧力は５０ｋＰａを超えており、マットは触媒コンバータに用いるのに好適であることを示している。
【０１１６】
実施例５
膨張バーミキュライトが、アーカンサス州パインブラフのザ・ストロング社（Ｔｈｅ Ｓｔｒｏｎｇ Ｃｏ．， Ｉｎｃ．， Ｐｉｎｅ Ｂｌｕｆｆ，ＡＲ）より入手したミクロン等級の膨張バーミキュライト（Ｍｉｃｒｏｎ Ｇｒａｄｅ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）であり、１グラムの０．６３５長レーヨンファイバー（テネシー州ジョンソンシティのミニファイバー社（Ｍｉｎｉｆｉｂｅｒｓ Ｉｎｃ Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｉｔｙ，ＴＮ））を溶解性ファイバーと共にスラリーに加えた以外は実施例４と同じようにして、シート材料を作成した。結果のグラフを図４に示す。実装密度は０．９５ｇ／ｃｃであった。試料をピーク温度で２時間保持した。第１のサイクルをプロット４で、第２のサイクルをプロット５で、第３のサイクルをプロット６で示す。ＲＣＦＴで試験したとき、膨張性マットは許容される収縮および１００ｋＰａを超える圧力を有していた。
【０１１７】
実施例６
多層構造を、水分含有層と、米国特許第５，２９０，５２２（ロジャースら（Ｒｏｇｅｒｓ，ｅｔ ａｌ．））に記載されたようにして作成した１平方メートル当たり約７００グラムの乾燥したニードルパンチシートと、１平方メートル当たり約２７７０グラムの実施例５の膨張性シート層とから形成した。２層を併せて置き、実施例５の層を加熱側のプラテンの隣に置き、そして乾燥したシートを冷却側のプラテンの隣に置いて、構造をＲＣＦＴ（実条件備品試験）で試験した。１立方センチメートル当たり実装密度約０．７グラムだが、加熱プラテンで５００℃、冷却プラテンで２００℃に達するだけの最大プラテン温度により、実施例５に記載した３つの温度サイクルについて試験したところ、最低圧力約７５キロパスカルおよび最大圧力約２２０キロパスカルが観察された。これらの結果によれば、本発明の多層構造を、様々な用途において装着システムとして用いる多様性が示されている。
【０１１８】
実施例７
雲母バインダーとして非膨張バーミキュライトを含有する試料を作成した。４５重量パーセントの非膨張バーミキュライト、４５重量パーセントのスーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７および１５重量パーセントのエアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００Ｂラテックスを用いてシート材料を作成した。
【０１１９】
非膨張バーミキュライトは、ニューヨーク州ニューヨークのコメタル社より入手可能なバーミキュライト鉱石から得た。バーミキュライト鉱石をスクリーニングして、２０メッシュのスクリーンは通過するが５０メッシュのスクリーンは通過しない部分を集めた。バーミキュライト鉱石の５４グラムの２０〜５０メッシュ部分と、４０℃に調整した１５００ｍｌの水道水をワリング（Ｗａｒｉｎｇ）ブレンダに加え、低速で３分間混合した。次にバーミキュライトスラリーをさらに３分間、１分の増分の高速で混合して、操作中ブレンダモータを３〜５冷却した。５４グラムのスーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７および１０００の調整水道水をブレンダに加えて３〜５秒混合した。次にスラリーを混合容器に移し、ブレンダを１０００ｍｌの調整水道水で濯いでブレンダから残りの固体を除去した。
【０１２０】
スラリーを懸濁させて、パドルミキサーにより中速で混合し、フォームマスター（ＦＯＡＭＭＡＳＴＥＲ）１１１を３滴加えた。次に２１．８２グラムのエアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰラテックスを加え２〜３分間分散させた。次に１０グラムの５０％明礬溶液を加えて、混合物を沈殿させた。
【０１２１】
沈殿した混合物を、６０メッシュのスクリーンを有する８インチ×８インチのハンドシート鋳型に注いだ。水を鋳型から流してハンドシートを形成した。次にハンドシートをローリングピンで吸取紙に巻いて、過剰の水を除去し、金属枠の２つの４０メッシュスクリーン間で３５ｐｓｉで５分間プレスし、１５０℃の対流オーブンで乾燥させた。
【０１２２】
室温および室内湿度まで一晩平衡させた後、１−３／４インチ×１−３／４インチの試料を試験のためにハンドシートからダイカットした。
【０１２３】
ダイカット試料寸法をダイアルマイクロメータを用いてｘ−ｙ面で測定し、１０００℃に設定された小マッフル炉に４８時間入れた。冷却後、試料寸法を再びｘ−ｙ面で測定した。加熱前後の面積およびパーセント収縮をマイクロメータ測定から計算した。収縮は４．３パーセントであった。
【０１２４】
本発明の他の実施形態は、本明細書またはここに開示された本発明の実施から当業者には明白であろう。ここに記載した原理および実施形態の様々な省略、修正および変更は、添付の請求項に示される本発明の正確な範囲および技術思想から逸脱することなく当業者によりなされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施形態を組み込んだ触媒コンバータの斜視図であり、分解状態で示している。
【図２】本発明の実施形態を組み込んだディーゼル微粒子フィルタを通した長手方向中央断面である。
【図３】本発明のシート材料実施形態の実条件備品試験（Ｒｅａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｆｉｘｔｕｒｅ Ｔｅｓｔ）から得られた圧力対温度のプロットである。
【図４】本発明の他のシート材料実施形態の実条件備品試験から得られた圧力対温度のプロットである。
【０００１】
本発明は、例えば、耐火材、絶縁材料として耐熱材、または保護梱包材料として用いることのできる組成物に関する。特に、本発明は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとの混合物を含む組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
公害防止装置は、大気汚染を減少させるために車両に用いられている。触媒コンバータおよびディーゼル微粒子フィルタまたはトラップの２種類の装置が現在広く用いられている。触媒コンバータは、一般に、モノリシック構造の形態で基材上に被覆される１種類以上の触媒を含有している。金属モノシスが用いられているが、モノリシック構造は、一般的にセラミックである。触媒は、一酸化炭素および炭化水素を酸化し、排気ガス中の窒素酸化物を減じるか、またはその両方を行う。ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップは、一般的に多孔性結晶セラミック材料から作成されたハニカムモノリシック構造を有する壁フローフィルタである。これらの公害防止装置の現在の最新の構造において、各種類のモノリシック構造は筐体で囲まれている。
【０００３】
典型的なモノリシック構造は、表面積を大きくするために、比較的薄い壁を有しているのが一般的である。従って、構造は易損しやすく壊れやすい。セラミック材料から形成された典型的なモノリシック構造の熱膨張係数は、それが含まれている金属（通常、ステンレス鋼）筐体よりも非常に小さい。モノリスの道路の衝撃や振動による損傷を防ぎ、熱膨張の差を補い、モノリスと金属筐体間に排気ガスが流れるのを防ぐために、セラミックマットやペースト材料のような保護梱包材料がセラミックモノリスと金属筐体間に配置される。保護梱包材料を配置または挿入するプロセスは、キャンニングと呼ばれ、モノリスと金属筐体間の間隙にペーストを注入したり、モノリスの周囲をシート（例えば、装着マット）で巻き付き、巻かれたモノリスを筐体に挿入するようなプロセスが含まれる。
【０００４】
一般的に、従来の保護梱包材料を作成するのに用いられる組成物には、高温耐久性、良好な取扱い性、弾力性、可撓性および強度のような特性を与える耐火セラミックファイバーが含まれている。膨張性材料もまた含まれ、保護梱包材料の体積を高温で膨張させることができる。かかる膨張は、モノリスを使用中に保持する補助となる。公害防止装置の筐体にモノリスを装着するのに有用なセラミックシート材料、セラミックペーストおよび膨張性シート材料は、例えば、米国特許第３，９１６，０５７ 号（ハッチら（Ｈａｔｃｈ ｅｔ ａｌ．））、同第４，３０５，９９２号（ランジャーら（Ｌａｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．））、同第４，３８５，１３５号（ランジャーら）、同第５，２５４，４１０号（ランジャーら）および同第５，２４２，８７１号（橋本ら（Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．））に記載されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例えば、耐火材、燃料電池または公害防止装置におけるモノリシック構造の周囲の保護梱包材料または公害防止装置の端部コーン領域に配置される絶縁材料のような耐熱材として用いることのできる組成物が提供される。特に、本組成物には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。この組成物は、生理学媒体中で吸入可能であるが耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製することができる。
【０００６】
本発明の一態様は、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含む組成物を提供する。本組成物はまた、任意で、膨張性材料、吸入不可能な無機ファイバー、ポリマーバインダー、ポリマーファイバーまたはこれらの組み合わせを含むことができる。本組成物は、例えば、シート材料の形態またはペーストの形態で提供することができる。
【０００７】
本発明の他の態様は、筐体と、筐体中に配置された公害防止エレメントと、少なくとも一部の筐体および公害防止エレメントの間に配置された保護梱包材料とを含む公害防止装置を提供する。一般的にペーストまたはシート材料の形態である本保護梱包材料には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。保護梱包材料は、易損公害防止エレメントを道路の衝撃や振動による損傷から防ぎ、公害防止エレメントと筐体との間の熱膨張の差を補い、公害防止エレメントに排気ガスが流れるのを防ぐか、またはこれらの組み合わせを行うことができる。
【０００８】
本発明のさらに他の態様は、筐体と筐体に配置された耐熱材（例えば、絶縁材料）とを含む公害防止装置を提供する。耐熱材には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。耐熱材は、一般的に、公害防止装置の端部コーン領域に配置され、シート材料またはペーストの形態とすることができる。
【０００９】
本発明はまたシート材料の製造方法も提供する。本方法には、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量で雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含むスラリーを形成する工程と、凝固剤を添加して凝固スラリーを形成する工程と、凝固スラリーから水を除去してシート材料を形成する工程とが含まれる。
【００１０】
本発明のさらに他の態様は、公害防止エレメントを含む公害防止装置と、保護梱包材料と、公害防止エレメントとを製造する方法を提供する。本方法には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含む保護梱包材料を作成する工程と、筐体中に公害防止エレメントを配置する工程と、少なくとも一部の筐体と公害防止エレメントとの間に保護梱包材料に配置する工程とが含まれる。保護梱包材料は、シート材料またはペーストの形態とすることができる。
【００１１】
本発明の他の態様は、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含むシート材料を提供するものである。シート材料を約９００℃または公害防止装置が受ける温度まで加熱すると、Ｘ−Ｙ面のシート面積が約６パーセント未満収縮する。
【００１２】
本発明の上記概要は、開示された各実施形態または本発明のそれぞれの実施を説明することを意図するものではない。以下の図面および詳細な説明により、これらの実施形態をより詳細に実証する。
【００１３】
添付の図面に関連して本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を鑑みることによって、本発明をより完全に理解できるであろう。
【００１４】
本発明は様々な修正および変形形態に訂正可能であるが、その特定例については、図面により例示されておりこれについて詳細に説明する。しかしながら、本発明を記載された特定の実施形態に限定するものではない。逆に、本発明の技術思想および範囲内に含まれる全ての修正、等価物および変形を含むものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
耐熱材（例えば、絶縁材料）、耐火材または保護梱包材料として用いることのできる組成物が提供される。特に、本組成物には、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。組成物は、例えば、シート材料またはペーストの形態とすることができる。この組成物は、生理学媒体中で吸入可能であるが耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製される。
【００１６】
本発明の組成物は、耐熱材、耐火材またはこれらの組み合わせとして用いることができる。例えば、本組成物は、管、加熱装置または建築支持具のような構造エレメント周囲に配置することができる。
【００１７】
他の例では、本組成物は、絶縁材料のような公害防止装置に用いることができる。例えば、本組成物は、公害防止装置の入口または出口領域（例えば、端部コーン領域）に配置することができる。本組成物は、排気システムの残りの部分およびエンジンを公害防止装置が受ける温度から絶縁する機能も果たす。組成物がシート材料の形態にあるときは、シート材料をカットし成形して、公害防止装置の端部コーン領域の形状に合わせることができる。あるいは、組成物を所望の最終形状を有する鋳型に配置することができる。
【００１８】
組成物はまた、保護梱包材料を提供するのに用いることもできる。例えば、組成物は燃料電池のモノリシック構造の周囲の保護梱包材料として用いることができる。他の例では、組成物は、公害防止エレメントの易損モノリス構造と公害防止装置の筐体との間の保護材料として用いることができる。すなわち、組成物は、公害防止エレメントのモノリスと公害防止装置の筐体との間の間隙に配置することができる。組成物は、例えば、ペーストまたはシート材料の形態とすることができる。一実施形態において、組成物は装着マットのようなシート材料の形態である。モノリス公害防止エレメントの少なくとも一部をシート材料で巻く。巻かれた公害防止エレメントを公害防止装置の筐体に配置する。他の実施形態において、組成物は、公害防止エレメントの易損モノリス構造の少なくとも一部と筐体との間で、公害防止装置に注入可能なペーストの形態である。
【００１９】
触媒コンバータ１０の形態の公害防止装置の一例を図１に示す。触媒コンバータ１０には、触媒コンバータエレメント２０を囲む筐体１１が含まれる。筐体１１には入口１２と出口１３があり、排気ガスのフローがそれぞれそこから触媒コンバータ１０に出入りする。缶またはケースとも呼ばれる筐体１１は、かかる使用についての業界に公知の好適な材料から作成することができる。一般的に、筐体１１には１種類以上の金属、金属合金および／または金属間組成物（以降、まとめて「金属類」と呼ぶ）が含まれる。例えば、筐体１１はステンレス鋼とすることができる。
【００２０】
モノリスとも呼ばれる好適な触媒コンバータエレメントは業界に公知であり、金属、セラミックまたはその他材料からできたものが挙げられる。様々なセラミック触媒コンバータエレメントが様々な源より市販されている。例えば、ハニカムセラミック触媒コンバータエレメントは、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．，）より「セルコア（ＣＥＬＣＯＲ）」、ＮＧＫインスレーテッド社（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｌｔｄ．）より「ハニセラム（ＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ）」という商品名で販売されている。金属触媒コンバータエレメントはドイツのベーア社（Ｂｅｈｒ ＧｍｂＨ ａｎｄ Ｃｏ．）より市販されている。
【００２１】
１種類以上の触媒材料を、従来のやり方に従って触媒コンバータエレメント２０に被覆することができる。触媒コンバータエレメント２０に用いる触媒は、一般的に１種類以上の金属（例えば、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムおよび白金）および／または金属酸化物（例えば、五酸化バナジウムおよび二酸化チタン）である。最も一般的には、これらの触媒は、一酸化炭素および炭化水素のような排気汚染物質を酸化または排除する機能を果たす。かかる触媒はまた、エンジン排気ガス中の窒素酸化物の量を減じるのを補助する機能も果たす。
【００２２】
広い表面積を与えるために、触媒コンバータエレメント２０の実施形態は非常に薄い壁を有している。薄い壁によって触媒コンバータエレメント２０は易損しやすく壊れやすい。さらに、いくつかの実施形態においては、触媒コンバータエレメント２０は、筐体１１よりも非常に小さい熱膨張係数を有している。筐体１１が金属（通常、ステンレス鋼）を含んでいて、エレメント２０がセラミックのとき、これは特に当てはまる。熱特性の差により、触媒コンバータエレメント２０には温度変化による損傷のリスクがある。筐体１１とエレメント２０との間に配置された装着マットまたはシート材料３０は、エレメント２０を道路の衝撃や振動および／または熱膨張差による損傷から保護する補助となる。装着マットまたはシート材料３０はまた、排気ガスがエレメント２０と金属筐体１１との間を通るのを防ぐ補助ともなる。
【００２３】
図２に、ディーゼル微粒子フィルタ４０の形態の公害防止装置の代表例を示す。ディーゼル微粒子フィルタまたはトラップ４０は、一束の管を有するハニカムモノリシック構造４２を含む壁フローフィルタである。かかるディーゼル微粒子フィルタエレメントは、例えば、コーニング社（ニューヨーク州コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ， Ｎ．Ｙ．））およびＮＧＫインシュレータ社（ＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｌｔｄ．）（日本、名古屋（Ｎａｇｏｙａ， Ｊａｐａｎ））をはじめとする数多くの源より市販されている。有用なディーゼル微粒子フィルタエレメントについては、ホヴィットら（Ｈｏｗｉｔｔ ｅｔ ａｌ．）著、「セルラーセラミックディーゼル微粒子フィルタ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」、文書番号８１０１１４、ＳＡＥ専門紙シリーズ（ＳＡＥ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒ Ｓｅｒｉｅｓ）、１９８１年に述べられている。
【００２４】
触媒は、ディーゼル微粒子フィルタ４０に装着されたモノリシック構造４２に被覆してもよい。ディーゼル微粒子フィルタ４０には、入口４６と出口４８とを有する筐体４４が含まれている。筐体４４は微粒子フィルタエレメント４２（モノリスまたはモノリシック構造とも呼ばれる）を囲っている。装着マットまたはシート材料５０は、フィルタエレメント４２と金属筐体４４との間に配置され、図１の装着シート３０と同じ利点を与える。
【００２５】
比較的小さな耐火セラミックファイバー、すなわち、平均直径が約５〜６マイクロメートル未満、長さが約５マイクロメートルより大きいファイバーは、公害防止装置の公知の装着マット組成物の重要な構成要素であった。しかしながら、このサイズ範囲のファイバーは吸入可能であるため、生理流体、特に、肺流体において耐久性のあるものであることが多い。このように、耐久性があり、吸入可能な耐火セラミックファイバーを使わない、保護梱包材料組成物が望まれている。しかしながら、耐久性があり、吸入可能な耐火セラミックファイバーを用いずに、公害防止装置用の装着マットのような許容可能なシート材料を作成することは技術的に重大なことであった。
【００２６】
本明細書において「ファイバー」という用語は、幅より大きな長さを有する材料を指す。いくつかの実施形態において、長さは直径の少なくとも１０倍、少なくとも１００倍または少なくとも１０００倍である。
【００２７】
本明細書において「吸入可能な」という用語は、動物がその肺に吸い込むことのできるファイバーを指す。一般的に、吸入可能なファイバーの平均直径は約５マイクロメートル未満である。いくつかの実施形態において、吸入可能なファイバーの平均直径は約３マイクロメートル未満である。これとは逆に、本明細書において「吸入不可能な」という用語は、動物がその肺に吸い込むことのできないファイバーを指す。一般的に、吸入不可能なファイバーの平均直径は少なくとも約３マイクロメートルである。いくつかの実施形態において、吸入不可能なファイバーの平均直径は少なくとも約５マイクロメートルである。
【００２８】
本発明の一態様は、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーとを含む組成物を提供するものである。本組成物はまた、任意で、膨張性材料、吸入不可能な無機ファイバー、ポリマーバインダー、ポリマーファイバーまたはこれらの組み合わせを含むことができる。この組成物は、吸入可能であるが、生理学媒体中で耐久性のある耐火セラミックファイバーを含めずに調製することができる。
【００２９】
ある実施形態において、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーの組み合わせは、公害防止装置のような様々な用途に用いられる従来のシート材料の耐久性のある吸入可能なものと吸入不可能なものの両方の耐火ファイバー内容物の全てまたは一部と置換することができる。特に、生体溶解性ファイバーと雲母バインダーの組み合わせは、吸入可能なサイズの耐久性のある耐火セラミックファイバーと置換すると有利である。
【００３０】
本明細書において「生体溶解性無機酸化物ファイバー」とは、生理学媒体またはシミュレートされた生理学媒体中で分解する無機ファイバーを指す。生理学媒体とは、これらに限られるものではないが、例えば、動物または人間の肺のような気道にある体液のことを指す。本明細書において「耐久性のある」とは、生体溶解性でない無機ファイバーを指す。
【００３１】
生体溶解性は、無機ファイバーの試験動物における直接移植の影響を観察するか、または無機ファイバーに露出した動物または人間を検査することにより推定できる。生体溶解性はまた、食塩水、緩衝食塩水等といったシミュレートされた生理学媒体において時間の関数としてのファイバーの溶解性を測定することによっても推定することができる。溶解性を判断する一つの方法は、米国特許第５，８７４，３７５号（ゾイタスら（Ｚｏｉｔａｓ ｅｔ ａｌ．））に記載されている。
【００３２】
一般的に、生体溶解性無機ファイバーは、約１年以内で生理学媒体に溶解性または実質的に溶解性である。本明細書において「実質的に溶解性」という用語は、少なくとも約７５重量パーセントが溶解している無機ファイバーを指す。ある実施形態において、少なくとも約５０パーセントの無機ファイバーが約６ヶ月以内で生理学媒体に溶解する。他の実施形態において、少なくとも約５０パーセントのファイバーが約３ヶ月以内で生理学流体に溶解する。さらに他の実施形態において、少なくとも約５０パーセントの無機ファイバーが約４０日以内で生理学流体に溶解する。例えば、無機ファイバーは、フラウンホーファインスティテュート（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ）により、気管内吹送後のラットにおける高温絶縁ファイバーの生体抵抗性についての試験に合格したものと認定できる（すなわち、ファイバーは４０日未満のハーフタイムを有している）。
【００３３】
無機ファイバーの生体溶解性を推定するさらに他のやり方は、無機ファイバーの組成に基づくものである。例えば、ドイツでは、発ガン性指数（ＫＩ値）に基づいて吸入可能な無機酸化物ファイバーを分類している。ＫＩ値は、アルカリおよびアルカリ土類酸化物の重量パーセントを合計し、無機酸化物ファイバー中の酸化アルミニウムの重量パーセントの２倍を減算することにより計算される。生体溶解性である無機ファイバーは一般に約４０以上のＫＩ値を有している。
【００３４】
生体溶解性無機ファイバーは一般的に、例えば、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｌｉ2ＯおよびＢａＯまたはこれらとシリカの組み合わせのような無機酸化物を含んでいる。その他の金属酸化物またはその他のセラミック成分を生体分解性無機ファイバーに含めることができる。ただし、これらの成分自身には所望の溶解性はなく、全体としてファイバーが生理学媒体中で尚分解可能となるような十分に少ない量で存在している。かかる金属酸化物としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｂ2Ｏ3および酸化鉄が挙げられる。生体溶解性無機ファイバーはまた、ファイバーが生理学媒体またはシミュレートされた生理学媒体中で分解可能となるような量で金属成分を含むこともできる。
【００３５】
一実施形態において、生体溶解性無機ファイバーとしては、シリカ、マグネシウムおよびカルシウムの酸化物が挙げられる。これらの種類のファイバーは、一般的に、カルシウムマグネシウムシリケートファイバーと呼ばれている。カルシウムマグネシウムシリケートファイバーは、通常、約１０重量パーセント未満の酸化アルミニウムを含有している。いくつかの実施形態において、ファイバーは約４５〜約９０重量パーセントのＳｉＯ2と、約４５重量パーセントまでのＣａＯと、約３５重量パーセントまでのＭｇＯと、約１０重量パーセント未満のＡｌ2Ｏ3を含んでいる。例えば、ファイバーは約５５〜約７５重量パーセントのＳｉＯ2と、約２５〜約４５重量パーセントのＣａＯと、約１〜約１０重量パーセントのＭｇＯと、約５重量パーセント未満のＡｌ2Ｏ3を含むことができる。
【００３６】
好適な生体溶解性無機酸化物ファイバーは、米国特許第５，３３２，６９９号（オールズら（Ｏｌｄｓ ｅｔ ａｌ．））、同第５，５８５，３１２号（テンエイクら（ＴｅｎＥｙｃｋ ｅｔ ａｌ．））、同第５，７１４，４２１号（オールズら）、同第５，８７４，３７５号（ゾイタスら（Ｚｏｉｔａｓ ｅｔ ａｌ．））および２００２年７月３１日出願の欧州特許出願第０２０７８１０３．５号に記載されている。これらに限られるものではないが、ゾルゲル形成、結晶成長プロセスおよびスピンニングやブローイングのような溶融形成技術をはじめとする、様々な方法を用いて、生体溶解性無機ファイバーを形成することができる。
【００３７】
生体溶解性ファイバーは、ユニフラックスコーポレーション（Ｕｎｉｆｒａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（ニューヨーク州ナイアガラフォールズ（Ｎｉａｇａｒａ Ｆａｌｌｓ，ＮＹ））より「インサルフラックス（ＩＮＳＵＬＦＲＡＸ）」という商品名で市販されている。その他の生体溶解性ファイバーは、サーマルセラミックス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）（所在地はジョージア州オーガスタ（Ａｕｇｕｓｔａ，ＧＡ））より「スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）」という商品名で販売されている。例えば、スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７は、６０〜７０重量パーセントのＳｉＯ2、２５〜３５重量パーセントのＣａＯ、４〜７重量パーセントのＭｇＯおよび微量のＡｌ2Ｏ3を含有している。スーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７マックス（ＭＡＸ）は、やや高温で使用でき、６０〜７０重量パーセントのＳｉＯ2、１６〜２２重量パーセントのＣａＯ、１２〜１９重量パーセントのＭｇＯおよび微量のＡｌ2Ｏ3を含有している。
【００３８】
好適な生体溶解性無機ファイバーは様々な平均直径および平均長を有することができる。生体溶解性無機ファイバーは市販されており、約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の平均ファイバー直径を有している。いくつかの実施形態において、生体溶解性無機ファイバーは、約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの範囲の平均ファイバー直径を有している。生体溶解性無機ファイバーの平均直径が減少するにつれて、ある体積のシート材料に組み込むことのできるファイバーの量が増え、雲母バインダーのトラップが良好になる。高密度ファイバーを有するように作成されたシート材料は、良好な弾性と可撓性を有する傾向にある。
【００３９】
生体溶解性無機ファイバーは、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均ファイバー長さを有している。通常、選択したファイバーは、製造プロセス中に、所望であれば、短い長さに破断できるため、生体溶解性無機ファイバーの長さは重要ではない。
【００４０】
本明細書において「雲母鉱物」なる成句は、平面シートまたは板へと分裂するか、または分離できる鉱物系列を指す。雲母鉱物としては、膨張バーミキュライト、非膨張性バーミキュライトおよびマイカが挙げられるがこれらに限られるものではない。雲母鉱物は、一般に、約３を超える平均アスペクト比（すなわち、厚さで除算した粒子の長さ）を有している。
【００４１】
本明細書で用いる「雲母バインダー」とは、濡らしてから乾燥させると、自立形の凝集体を形成できる１種類以上の雲母鉱物を指す。本明細書において「自立形」とは、乾燥したシートを少なくとも５分間にわたって２５℃および５０パーセントまでの相対湿度でいずれかの端部で、破砕したり落ちて離れたりすることなく水平に保持できる、他の材料を含有しない５ｃｍ×５ｃｍ×３ｍｍのシートへ形成可能な雲母バインダーを指す。
【００４２】
雲母バインダーは、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満（すなわち、雲母バインダーが１００メッシュのスクリーンを通過できる雲母鉱物を含有している）の雲母鉱物を含んでいる。ある実施形態において、雲母バインダーは、約１５０マイクロメートル未満のサイズおよび約８を超える、または約１０を超える平均アスペクト比を有する雲母鉱物を含有している。
【００４３】
好適な雲母バインダーは、破砕された雲母鉱物を含むことができる。本明細書において「破砕」とは、平均粒子サイズを減じるべく何らかの好適なやり方で処理された雲母鉱物を指す。破砕方法としては、希釈または濃縮スラリーの機械的剪断、ミリング、空気衝撃および圧延が挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００４４】
その他の方法を、単独、または破砕と組み合わせて用いて粒子サイズを減じることができる。例えば、熱的または化学的方法を用いて、雲母鉱物を膨張または膨張プラス剥離することができる。膨張バーミキュライトを水中で剪断またはその他処理すると、層剥離したバーミキュライト粒子または板の水性分散液を生成することができる。剪断は、例えば、ブレンダのような高剪断ミキサーを用いて適切に実施することができる。
【００４５】
雲母バインダーは、非膨張性、膨張性またはこれらの組み合わせとすることができる。本明細書において「非膨張性」とは、約８００℃〜約９００℃の温度まで加熱したときに厚さ約１０パーセント未満の自由膨張を示す材料を指す。自由膨張とは、制限なしに加熱したときに材料が受けるＺ軸における膨張の量のことを指す。本明細書において「膨張」とは、同じ条件下で、厚さ少なくとも約１０パーセントの自由膨張を示すことができる材料を指す。
【００４６】
いくつかの実施形態において、雲母バインダーには処理済みバーミキュライト（すなわち、膨張、剥離および破砕されたバーミキュライト）が含まれる。処理済みバーミキュライトは、一般的に非膨張性である。他の実施形態において、雲母バインダーには、膨張および剥離していないか、または部分的にのみ膨張および剥離したバーミキュライトが含まれる。かかる材料は膨張性である傾向にある。
【００４７】
好適な雲母バインダーは、Ｗ．Ｒ．グレース＆カンパニー（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ ＆ Ｃｏｍｐａｎｙ）より市販されており、剥離バーミキュライト粉末（「ＶＦＰＳ」という商品名）および化学的に剥離したバーミキュライト（「マイクロライト（ＭＩＣＲＯＬＩＴＥ）」という商品名）の水性分散液を含む。また、膨張バーミキュライトフレークもＷ．Ｒ．グレース＆カンパニー（「ゾネライト５番（ＺＯＮＥＬＩＴＥ ＃５）」という商品名）より入手可能であり、これは雲母バインダーを形成すべく粒子サイズを減じることができる。
【００４８】
ある実施形態において、本発明の組成物はシート材料の形態である。生体溶解性無機ファイバーは自身は、従来のシート材料に用いられている耐久性のある耐火性セラミックファイバーの実際的な代替物ではない。例えば、生体溶解性無機ファイバーは、一般的な公害防止装置の使用中に受ける温度限界に曝されると、過剰の収縮を示す傾向がある。装着マットまたはシート材料が過剰に収縮すると、易損のモノリス公害防止エレメントの公害防止装置の筐体内部での保持が緩んでしまう。緩く保持されたモノリス構造は、例えば、物理的な衝撃により容易に損傷してしまう。
【００４９】
従来の装着マットにおける耐久性のある耐火セラミックファイバーを、生体溶解性無機ファイバーと直接交換することにより作成されたシート材料（すなわち装着マット）は、適正な初期寒冷保持性能を有する（すなわち、かかる装着マットは、高温に曝される前は室温で金属筐体中に公害防止エレメントを保持できる）。しかしながら、かかるシート材料は収縮する傾向があるため、実用温度まで加熱すると所望の保持能を保つことができない。
【００５０】
本発明は、雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含むシート材料を提供するものである。本発明のシート材料は、約９００℃または公害防止装置の使用中に受ける温度まで加熱した際に約６パーセント未満収縮する。意外にも、生体溶解性無機ファイバーに負担をかける収縮問題は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーを組み合わせて用いると、ほぼ回避できる。
【００５１】
雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーの組み合わせを含有するシート材料は、雲母バインダーなしで生体溶解性無機ファイバーを含有するシート材料に好適な温度より遥かに高い操作温度で用いることができる。シート材料は、一般的に、約８００℃までの温度で用いることができる。ある実施形態において、シート材料は約８５０℃まで、約９００℃まで、または約９５０℃までの温度で用いることができる。
【００５２】
本発明のシート材料に含められる生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーの量は、様々な範囲で変えることができる。生体溶解性無機ファイバーは、得られる装着マットまたはシート材料が所望の程度の可撓性および取扱い特性を確実に有するような量で存在させる。可撓性シート材料は、キャンニングプロセス中、シート材料を公害防止エレメント周囲に巻き付けるのを促す。しかしながら、生体溶解性無機ファイバーの量が多すぎると、装着マットまたはシート材料は加熱時に所望するよりもさらに収縮してしまう恐れがある。
【００５３】
これらの問題点の釣り合いをとって、本発明の組成物は乾燥重量ベースで約９０重量パーセントまでの生体溶解性無機ファイバーを含有している。いくつかの実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約８５パーセントまで、約８０パーセントまで、約６０重量パーセントまで、約４０重量パーセントまで、または約３０重量パーセントまでの生体溶解性ファイバーが含まれている。
【００５４】
組成物の乾燥重量は、組成物中の固体の重量のことを指す。このように、組成物がシート材料の形態にあるときは、乾燥重量は、水および溶剤を全て除去するためにシート材料を乾燥した後の最終重量のことを指す。組成物がスラリーまたはペーストの形態にあるときは、乾燥重量は総重量マイナス水およびその他溶剤の重量である。すなわち、乾燥重量には、生体溶解性ファイバー、雲母バインダーおよびポリマーバインダー、ポリマーファイバー、膨張性材料、吸入不可能な無機ファイバー等といったその他個体の重量が含まれる。乾燥重量には、一般的に、消泡剤、凝集剤および界面活性剤のような微量の（すなわち、マットの乾燥重量ベースの約０．５重量パーセント未満）固体となるその他材料は含まれない。これらの材料の大部分は溶液中に残る傾向にあり、シート材料の作成プロセス中に水と共に排出される。
【００５５】
組成物には、通常、乾燥重量ベースで少なくとも約５重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーとが含まれる。いくつかの実施形態において、組成物には、乾燥重量ベースで少なくとも約１０重量パーセントまたは少なくとも約１５重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーが含まれる。
【００５６】
生体溶解性無機ファイバーは、通常、組成物に、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの範囲、約５〜約８５重量パーセントの範囲、約５〜約８０重量パーセントの範囲、約１０〜約６０重量パーセントの範囲、約１５〜約４０重量パーセントの範囲、または約１５〜約３０重量パーセントの範囲の量で組成物に含まれる。
【００５７】
組成物には、通常、乾燥重量ベースで約８０重量パーセントまでの雲母バインダーが含まれる。いくつかの実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約６０パーセントまで、約５０パーセントまで、または約４５重量パーセントまでの雲母バインダーを含まれる。
【００５８】
組成物には、通常、組成物の総乾燥重量に基づいて少なくとも約５重量パーセントの雲母バインダーが含まれる。いくつかの実施形態において、組成物には、乾燥重量ベースで少なくとも約１０重量パーセントまたは少なくとも約１５重量パーセントの雲母バインダーが含まれる。
【００５９】
雲母バインダーは、通常、組成物に、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの範囲、約１０〜約６０重量パーセントの範囲、約１５〜約５０重量パーセントの範囲または約１５〜約４５重量パーセントの範囲の量で組成物に含まれる。
【００６０】
シート材料が、膨張、剥離および破砕バーミキュライトを用いて上述した組成物から形成されるとき、得られるシート材料は、実質的に非膨張性である。非膨張バーミキュライトダストを用いると、用いた非膨張バーミキュライトの量に応じて、Ｚ軸に沿って大量の自由膨張が得られる。非膨張性または膨張性雲母バインダーを用いて調製したかどうかに関らず、シート材料は一般に、シートのＸ−Ｙ面において約６パーセント未満の収縮を示す。いくつかの実施形態において、Ｘ−Ｙ面の収縮は約５パーセント未満である。収縮を求める式を以下に挙げる。
【００６１】
組成物は任意で吸入不可能な無機ファイバーを含むことができる。吸入不可能なファイバーは生体溶解性または耐久性とすることができる。耐久性のある吸入不可能な無機ファイバーとしては、例えば、酸化セラミック、窒化セラミック、ガラス材料またはこれらの組み合わせのようなセラミック材料を挙げることができる。本明細書で用いる「ガラス」という用語は、少なくとも実質的に明確なラインまたは結晶相のその他の徴のない拡散ｘ線回折パターンを有する酸化物のようなアモルファス無機材料のことを指す。
【００６２】
ファイバーが所望の源から入手したときに所望のものより長い場合には、細断したり、カットしたりまたはその他の処理を行って、所望の長さまでファイバー長さを減じることができる。ファイバーは一般に、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍの範囲の平均長さを有している。
【００６３】
組成物に組み込まれる吸入不可能な無機ファイバーの量は様々に変えることができる。一般的な指針として、本発明の組成物は乾燥重量ベースで約１５重量パーセントまでの吸入不可能な無機ファイバーを含有することができる。いくつかの実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約１０重量パーセントまで、約５重量パーセントまで、または約３重量パーセントまでの吸入不可能な無機ファイバーを含まれている。
【００６４】
本発明の組成物はまた、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える膨張性の無機材料も含むことができる。いくつかの実施形態において、膨張性材料は雲母であり、粒子サイズが１５０マイクロメートルを超える（すなわち、粒子は１００メッシュスクリーンを通過しない）。すなわち、膨張性材料が雲母のときは、約１５０マイクロメートルより小さな粒子は雲母バインダーと考えられる。
【００６５】
膨張性材料を含有する組成物は加熱すると膨張し、一般に、公害防止エレメントと、公害防止装置の筐体との間で十分な圧力を出して、支持的な保護シールを形成する。いくつかの実施形態において、かかる組成物は、弾性圧縮されたままとして、公害防止エレメントの物理的衝撃に対する緩衝とする。
【００６６】
平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える好適な膨張性無機材料としては、非膨張バーミキュライト、バーミキュライト鉱石、ハイドロバイオタイト、米国特許第３，００１，５７１号（ハッチ（Ｈａｔｃｈ））に記載された水膨潤性合成四ケイ酸フッ素タイプのマイカ、米国特許第４，５２１，３３３号（グラハムら（Ｇｒａｈａｍ ｅｔ ａｌ．））に記載されたアルカリ金属ケイ酸塩顆粒、膨張性グラファイト、これらの組み合わせ等が例示される。その他の好適な膨張性材料としては、例えば、３Ｍ（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））より「エクスパントロール（ＥＸＰＡＮＴＲＯＬ）４ＢＷ」という商品名で販売されている顆粒が挙げられる。これらの膨張性材料のいくつかは、約２００℃または約３００℃を超える温度まで加熱したときに厚さ約１０パーセント未満の自由膨張を示す。さらに、これらの膨張性材料のいくつかは加熱したとき約５０パーセントを超える自由膨張を示す。
【００６７】
組成物中に含められる平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える膨張性材料の量は、様々なに変えることができる。膨張性材料が少なすぎると、組成物の膨張が所望よりも少なくなる恐れがある。例えば、かかる組成物が公害防止装置の装着マットの形態のときは、装着マットは使用中モノリスを適切に支持できない。一方、膨張性材料が多すぎると、組成物は加熱したときに膨張し過ぎる恐れがある。例えば、組成物が装着マットの形態にあるときは、公害防止エレメントに対する圧力が高くなりすぎて、公害防止エレメントを損傷する恐れがある。
【００６８】
これらの問題点の釣り合いをとって、組成物には平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約８０重量パーセントまで、約７０重量パーセントまで、または約６０重量パーセントまでの膨張性材料が含まれている。いくつかの実施形態において、組成物には平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセント、約２０〜約７０重量パーセント、約３０〜約６０重量パーセント、または約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料が含まれている。重量パーセントは組成物の乾燥重量に基づいている。
【００６９】
例えば、組成物は、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、乾燥重量ベースで約１０〜約８０重量パーセントの量の膨張性材料を含むことができる。雲母バインダーは、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満のバーミキュライトを含むことができ、膨張性材料は粒子サイズが約１５０マイクロメートルを超えるバーミキュライトを含むことができる（いずれも１００メッシュスクリーンは通らない）。膨張性バーミキュライトは、約３００マイクロメートルを超える平均粒子サイズを有することができる。
【００７０】
本発明の組成物はまた、１種類以上のポリマーバインダーも含むことができる。ポリマーバインダーを用いると、組成物の形成中および取扱い中に更なる弾性および可撓性を与えることができる。例えば、組成物が公害防止装置の装着マットのようなシート材料の形態だと、装着マットを公害防止エレメントにより容易に巻き付けることができる。かかる装置が受ける操作温度はポリマー成分を壊す（すなわち、分解または除去する）場合がある。このように、ある実施形態において、有機成分は、組成物の永続的ではなく、遷移的な成分である。
【００７１】
好適なポリマーバインダーは熱可塑性または熱硬化性とすることができ、１００パーセント固体の組成物、溶液、分散液、ラテックス、エマルジョン、これらの組み合わせ等として提供することができる。いくつかの実施形態において、ポリマーバインダーはエラストマーである。好適なポリマーとしては、天然ゴム、スチレンおよびブタジエンを含む２種類以上の共重合性種のコポリマー、ブタジエンおよびアクリロニトリルを含む２種類以上の共重合性種のコポリマー、（メソ）アクリレートポリマーおよびコポリマー、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、セルロースポリマー、その他エラストマーポリマーまたはこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００７２】
組成物は乾燥重量ベースで約０．１〜約１５重量パーセント、約０．５〜約１２重量パーセントまたは約１〜約１０重量パーセントのポリマーバインダーを含むことができる。
【００７３】
ある実施形態において、ポリマーバインダーはアクリル−および／またはメタクリレート−含有ラテックス組成物である。かかるラテックス組成物は、望ましくない量の毒性または腐蝕性副生成物を生成することなくきれいに燃焼する傾向にある。好適なアクリルエマルジョンとしては、ペンシルバニア州フィラデルフィアのローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ ｏｆ Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）より「ＲＨＯＰＬＥＸ ＨＡ−８」（アクリルコポリマーの４４．５重量％固体の水性エマルジョン）という商品名で、ペンシルバニア州アレンタウンのエアプロダクツ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ）「エアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰ」（５５％固体の酢酸エチレンビニルコポリマー）という商品名で市販されているものが例示される。
【００７４】
ポリマーファイバーは任意で、組成物に含めて、取扱い性、可撓性、弾性またはこれらの組み合わせを改善することができる。組成物がシート材料の形態のときは、ポリマーファイバーは処理性を高め、シート材料の湿潤強度を改善する傾向がある。ポリマーバインダーと同様に、ポリマーファイバーは、組成物を公害防止装置で用いた場合の１回以上の加熱サイクル後バーンアウト（すなわち、分解または除去）される傾向がある。
【００７５】
ポリマーファイバーは、ポリマーバインダーに関して上に挙げたいずれかのポリマーから形成することができる。組成物には、乾燥重量ベースで約５重量パーセントまでのポリマーファイバーを含めることができる。いくつかの実施形態において、組成物は約２重量パーセントまで、または約１重量パーセントまでのポリマーファイバーを含む。例えば、組成物は乾燥重量ベースで約０．１〜約２重量パーセントまたは約０．２〜約１．０重量パーセントのポリマーファイバーを含むことができる。ポリマーファイバーはステープルファイバーまたはフィブリル化ファイバーであってもよい。一実施形態において、ポリマーファイバーは約０．５〜約５デニールの範囲のステープルファイバーである。
【００７６】
組成物はまた従来のやり方に従ってその他の材料も含むことができる。かかる材料としては、例えば、可塑剤、湿潤剤、消泡剤、ラテックス凝固剤、クレイ、軽量フィラー、耐火フィラー、金属ファイバーまたはこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７７】
ある実施形態において、組成物はシート材料の形態にあり、シート材料は端部保護具を含み、シート材料の角部の腐食を最小にしている。かかる腐食は、例えば、シート材料を公害防止装置で用いるときの排気ガスにより生じるものである。好適な端部保護具としては、例えば、シート角部に配置された金属メッシュ、または米国特許第６，２４５，３０１号（ストロームら（Ｓｔｒｏｏｍ ｅｔ ａｌ．））に開示されたバインダーとガラスの混合物が挙げられる。業界に公知のその他の端部保護部も用いることができる。
【００７８】
本発明の一実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーとが含まれている。例えば、組成物は約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、約５〜約８５重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーまたは約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーとを含むことができる。
【００７９】
他の実施例において、組成物は乾燥重量ベースで約１０〜約６０重量パーセントの雲母バインダーと、約１０〜約６０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーまたは約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーとを含むことができる。さらに他の実施例では、組成物は乾燥重量ベースで約１５〜約４５重量パーセントの雲母バインダーと約１５〜約３０重量パーセントの生体溶解性ファイバーとを含むことができる。
【００８０】
本発明の他の実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセントの膨張性材料とが含まれている。例えば、組成物は乾燥重量ベースで、約１０〜約６０重量パーセントの雲母バインダーと、約１０〜約６０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約２０〜約７０重量パーセントの膨張性材料とを含むことができる。
【００８１】
本実施形態の他の例では、組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約３０〜約６０重量パーセントの膨張性材料とを含むことができる。さらに他の例では、組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約４５重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約３０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料とを含むことができる。
【００８２】
他の実施形態において、組成物には乾燥重量ベースで、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセントの膨張性材料と、約１５重量パーセントまでのポリマーバインダーとが含まれている。
【００８３】
例えば、本実施形態による組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料と、約０．５〜約１２重量パーセントのポリマーバインダーとを含むことができる。
【００８４】
さらに他の実施形態において、組成物は乾燥重量ベースで、約５〜約８０重量パーセントの生体溶解性無機ファイバーと、約５〜約８０重量パーセントの雲母バインダーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約１０〜約８０重量パーセントの膨張性材料と、約１５重量パーセントまでのポリマーバインダーと、約５重量パーセントまでのポリマーファイバーとを含むことができる。
【００８５】
例えば、本実施形態による組成物は乾燥重量ベースで、約１５〜約５０重量パーセントの雲母バインダーと、約１５〜約４０重量パーセントの生体溶解性ファイバーと、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える約４０〜約６０重量パーセントの膨張性材料と、約０．５〜約１２重量パーセントのポリマーバインダーと、約２重量パーセントまでのポリマーファイバーとを含むことができる。
【００８６】
本発明の組成物から作成したシート材料は単一層または多層構造とすることができる。一実施形態において、シート材料は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとを有する第１の層と、この第１の層に提供された少なくとも１枚の追加の層とを含むことができる。かかる追加の層の代表的な実施形態としては、米国特許第５，２９０，５２２号（ロジャーら（Ｒｏｇｅｒｓ ｅｔ ａｌ．））に開示されたガラスファイバーのような成分、米国特許第４，９２９，４２９号（メリー（Ｍｅｒｒｙ））に開示されたショットフリーセラミックファイバー、膨張性材料またはこれらの組み合わせが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００８７】
例えば、多層シート材料は、生体溶解性無機ファイバーと雲母バインダーとを含有する第１の層と、高温に耐えられるファイバーを含有する第２の層とを含むことができる。高温に耐えられるファイバーとしては、サフィルリミテッド（Ｓａｆｆｉｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ）（英国、ピルキントン（Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ，Ｕ．Ｋ））より「サフィル（ＳＡＦＦＩＬ）」という商品名で販売されているファイバーおよび３Ｍ（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ． Ｐａｕｌ，ＭＮ））より「ネクステル（ＮＥＸＴＥＬ）」という商品名で販売されているファイバーが挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００８８】
多層シート材料は、様々な従来の製造技術を用いて形成することができる。一つの代表的な製造法は、個々の層を形成してから、接着剤を用いて層をラミネートするものである。多層シート材料はまた、米国特許第５，８５３，６７５号（ホワース（Ｈｏｗｏｒｔｈ））に記載されたようにして形成することもできる。あるいは、米国特許第６，０５１，１９３号（ランジャーら）に記載されているように、ある層を他の層の上部にして形成することもできる。
【００８９】
本発明の組成物から作成したシート材料は、例えば、製紙プロセスのような様々な好適な技術を用いて形成することができる。製紙法の一実施形態において、雲母バインダーは膨張雲母鉱物を水に加えることにより作成される。濃度および温度は両者とも様々に変えることができる。いくつかの実施形態において、約３０℃〜約７５℃の温度の温水を用いてスラリーを調製することができる。例えば、水は約３５℃〜約４５℃の温度とすることができる。鉱物を剥がす（例えば、剥離）して、バインダーに好適な粒子サイズ（例えば、約１５０マイクロメートル未満）に粉砕する。
【００９０】
水を雲母バインダーに加えることにより希釈スラリーを調製することができる。生体溶解性無機ファイバーおよび任意のその他の無機およびポリマーファイバー成分をスラリーに加えることができる。雲母バインダーおよび生体溶解性ファイバーを分散する任意の量の剪断を用いることができる。いくつかの実施形態において、比較的短い時間、例えば、１秒〜１０分または約３〜８０秒間で、低〜中程度の剪断を用いてファイバーを分散することができる。スラリーは、中速で混合して、固体成分の懸濁を保つことができる。消泡剤およびポリマーバインダーのようなその他の成分を加えることができる。
【００９１】
酸化剤のような好適な凝固剤を加えることができる。基本的な手段によって凝固させることのできるその他の凝固剤も、従来のやり方に従って用いることができる。凝固中、一般的にポリマーバインダーの大きな粒子が形成される。微粉およびその他微粒子物質は、ポリマーバインダーに結合して、ファイバーマトリックス中にトラップされる傾向にある。すなわち、微粉がろ過に用いるスクリーンを詰まらせることはない。微粉をファイバーマトリックスに結合すると、スラリーからの水の排出を促し、シート材料を作成するのに必要な処理時間を減じることができる。
【００９２】
約３００マイクロメートルを超える平均粒子サイズを有する任意の膨張性材料は、一般的に凝固後に加えられる。この特定の添加順はまた、固体をスラリー中に分散し、水をスラリーから除去するのも促す。しかしながら、添加順は重要なことではなく、他の添加順でもよい。
【００９３】
得られたスラリー組成物は好適なスクリーンに鋳造し、排水してプレスすることができる。あるいは、スラリーをワイヤメッシュまたはスクリーンに真空鋳造することによりプライを形成することができる。得られたプレス済みシート材料は好適なやり方で、例えば、空気乾燥またはオーブン乾燥で乾燥することができる。用いた標準的な製紙技術のより詳細な説明については米国特許第３，４５８，３２９号（オーウェンズら（Ｏｗｅｎｓ ｅｔ ａｌ．））を参照のこと。
【００９４】
シート材料は、公害防止装置の端部コーン領域において装着マットまたは耐熱材（例えば、絶縁材料）として用いるのに好適な形状といった所望の形状にカットすることができる。カッティングは、例えば、ダイスタンピングプロセスにより行うことができる。本発明の組成物から作成したシート材料は、厳しいサイズ公差を満足するよう再現可能にカットすることができる。シート材料は、好適な取扱い特性を示し、手で砕けるほど脆くはない。例えば、シート材料は、公害防止エレメントを壊すことなくその周囲に容易に、かつ柔軟に固定でき、公害防止装置に弾性のある保護支持シールを形成する。
【００９５】
本発明の組成物はまた、ペーストの形態で調製することもできる。ペーストを調製するには、固体の合計は一般に約３０パーセントよりも多い。ある実施形態において、固体は約３０〜約６０パーセントである。ペーストは、例えば、公害防止エレメントと、公害防止装置の筐体との間の間隙に注入可能なコンシステンシーおよび粘度を有しているのが一般的である。米国特許第５，７３６，１０９（ホワース）にはペーストを作成するのに好適なプロセスが記載されている。ペーストはまた、まずスラリーを形成してから水を除去して固体パーセントを増大することによって形成することもできる。さらに、ペーストを用いてシート材料を形成することができる。
【００９６】
本発明の目的および利点を以下の実施例によりさらに説明するが、これらの実施例に挙げられた特定の材料および量、その他条件および詳細は本発明を不当に限定するものではない。特に断らない限り、部およびパーセンテージは全て重量基準である。
【実施例】
【００９７】
以下の試験を用いて実施例および比較例のシート材料を調べた。
【００９８】
高温収縮
この試験を用いて、公害防止装置が受ける温度でシート材料の収縮を求めた。試料を、４．４４ｃｍ×４．４４ｃｍの寸法の正方形ダイを用いてシートからカットした。ダイアルキャリパゲージを用いて試料をＸ−Ｙ面で測定して、面積（Ａ加熱前）を求め、次に９００℃まで予熱させておいたサーマリン（Ｔｈｅｒｍａｌｙｎｅ）タイプ４８０００炉に入れた。試験結果に示されるように、試料を２４時間、４８時間または７２時間加熱した。炉から取り出した後、試料を室温まで冷やし、キャリパゲージで測定して加熱後の面積（Ａ加熱後）を求めた。パーセント収縮（％収縮）を次のようにして求めた。
％収縮＝［（Ａ加熱前−Ａ加熱後）／Ａ加熱前］×１００
【００９９】
加熱の結果、シート材料はＺ軸で膨張するが、この種の膨張は上式でパーセント収縮を求めるときには無視した。本発明のシート材料の収縮は約６パーセント未満である。一般的な装着マットは約４パーセント〜約５パーセントの収縮である。
【０１００】
実条件備品試験（ＲＣＦＴ）
この試験を用いて、通常の使用中の触媒コンバータのような公害防止エレメントでみられる実際の条件を代表する条件下でのシート材料により出される圧力を測定した。詳細については米国特許第５，８６９，０１０号に記載されている。
【０１０１】
４．４４ｃｍ×４．４４ｃｍの寸法のシート材料試料を、それぞれ加熱つまみを有する２枚の５０．８ｍｍ×５０．８ｍｍの加熱した金属プラテン間に配置した。各プラテンを異なる温度プロフィールまで増分して加熱して、触媒コンバータ中の金属筐体およびモノリスの温度をシミュレートした。加熱中、代表的な触媒コンバータ筐体とモノリスの温度および熱膨張係数から計算した値によりプラテン間の間隙を増やした。最大温度まで加熱した後、プラテンを増分で冷却し、温度および熱膨張係数から計算した値により間隙を減じた。
【０１０２】
材料を、まず、選択した密度まで圧縮して、保護防止装置中の保護梱包材料をシミュレートした。一般に、約０．８０〜約１．０ｇ／ｃｃの範囲のこの初期の密度を装着密度と呼ぶ。
【０１０３】
装着材料が出す力を、伸び計（ＭＴＳシステムズ、ノースカロライナ州、リサーチトライアングルパーク（ＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｒｐ．， Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ， ＮＣ）より入手可能）を備えたシンテック（Ｓｉｎｔｅｃｈ）ＩＤコンピュータ制御の負荷フレームを用いて測定した。加熱および冷却サイクル中により出される圧力を温度プロフィールに対してプロットした。試料およびプラテンを室温まで冷やし、サイクルをさらに２回繰り返して、圧力対温度の３つのプロットのグラフとした。３つのサイクルのそれぞれについて、少なくとも５０キロパスカル（ｋＰａ）の最低値が一般的に望ましいものと考えられる。しかしながら、プロットのある点でこれより低い圧力が観察された場合でもまだ好適であろう。
【０１０４】
実施例１〜３および比較例Ｃ１
４０℃の１５００ｍｌの水道水および膨張バーミキュライト（マサチューセッツ州ケンブリッジのＷ．Ｒ．グレース（Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，ＭＡ）より入手したゾネライト（ＺＯＮＥＬＩＴＥ）膨張バーミキュライト５番）をワリング（Ｗａｒｉｎｇ）ブレンダに加えることによりシート材料を作成した。ブレンダを低い設定で３分間操作して、バーミキュライトを剥離および粉砕した。次に、フランホーファ（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）認定生体溶解性無機ファイバー（ジョージア州オーガスタのサーマルセラミックス（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ， Ａｕｇｕｓｔａ ＧＡ）より入手可能なスーパーウール６０７）を加え、低速で３秒間ブレンドした。膨張バーミキュライトおよび生体溶解性無機ファイバーの量は合計で２５グラムである。詳細は表１に示す。
【０１０５】
ブレンダの中身をステンレス鋼容器に注ぎ、４０℃の水２０００ｍｌを用いて、ブレンダを濯ぎ、中身をステンレス鋼容器に加えた。容器の中身および３滴の消泡剤（ヘンケル（Ｈｅｎｋｅｌ）より入手可能なフォームマスター（ＦＯＡＭＭＡＳＴＥＲ）ＩＩＩ）をプロペラミキサーを用いて中速で混合して、固体の懸濁を保った。５５パーセント固体の酢酸エチレンビニルコポリマーラテックス（ペンシルバニア州アレンタウンのエアプロダクツ（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ， ＰＡ）より入手可能なエアフレックス６００ＢＰ）を示された量で加え１分間混合した。次に、２０グラムの２５パーセント固体の硫酸アルミニウム溶液（ミネソタ州パインベンドのコッホシュルプルプロダクツ（Ｋｏｃｈ Ｓｕｌｐｈｕｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｐｉｎｅｂｅｎｄ，ＭＮ）より入手可能な硫酸アルミニウム溶液）を加えてラテックスを凝固した。
【０１０６】
得られたスラリーをハンドシート形成機へ注いで流した。得られたシートを吸取紙でカバーした。ローリングピンで３回転がした後、シートを吸取紙間に入れて、５５２キロパスカルで５分間プレスして、次に１５０℃に設定された対流オーブンで１５分間乾燥した。シートを室温（約２２℃）で調整して、上記の手順に従って収縮について試験した。
【０１０７】
膨張バーミキュライトを用いなかった以外は同じやり方で比較例Ｃ１を作成した。
【０１０８】
【表１】
表１のデータによれば、本発明のシート材料は、溶解性ファイバーしか有していない組成物よりも収縮が大幅に少ないことが分かる。
【０１１０】
実施例４および比較例Ｃ２〜Ｃ３
実施例１に記載した手順および表２に示した組成を用いて膨張性マット組成物を調製した。生体溶解性無機ファイバーをラテックスに加える前に約５秒間ブレンドし、５０パーセント固体の硫酸アルミニウム溶液１０部を加えてラテックスを凝固した。非膨張バーミキュライトはバーミキュライト鉱石であり、ニューヨーク州ニューヨークのコメタル社（Ｃｏｍｅｔａｌｓ， Ｉｎｃ． Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ）より入手したものであり、メッシュサイズは１８メッシュ未満（約１ｍｍ未満のサイズ）であった。非膨張バーミキュライトは、ラテックスを凝固した後加えて混合し、かなり均一な分散液を形成した。
【０１１１】
比較例Ｃ２は、膨張バーミキュライトを使わなかった以外は実施例４と同様にして作成した。
【０１１２】
シート材料の９００℃での２５時間および７２時間の加熱後の収縮を試験した。結果を表２に示す。
【０１１３】
【表２】
表２のデータによれば、本発明の膨張性シート材料の収縮は、膨張、剥離および粉砕バーミキュライトバインダーなしの同じ組成のマットよりかなり少ないことが分かる。
【０１１５】
実施例４を実条件備品試験（ＲＣＦＴ）で試験した。実装密度は０．９０ｇ／ｃｃであった。試料をピーク温度で２時間保持した。これらの結果を図３に示す。第１のサイクルをプロット２で、第２のサイクルをプロット３で、第３のサイクルをプロット１で示す。全ての温度で３つのサイクル中全て圧力は５０ｋＰａを超えており、マットは触媒コンバータに用いるのに好適であることを示している。
【０１１６】
実施例５
膨張バーミキュライトが、アーカンサス州パインブラフのザ・ストロング社（Ｔｈｅ Ｓｔｒｏｎｇ Ｃｏ．， Ｉｎｃ．， Ｐｉｎｅ Ｂｌｕｆｆ，ＡＲ）より入手したミクロン等級の膨張バーミキュライト（Ｍｉｃｒｏｎ Ｇｒａｄｅ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｖｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）であり、１グラムの０．６３５長レーヨンファイバー（テネシー州ジョンソンシティのミニファイバー社（Ｍｉｎｉｆｉｂｅｒｓ Ｉｎｃ Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｉｔｙ，ＴＮ））を溶解性ファイバーと共にスラリーに加えた以外は実施例４と同じようにして、シート材料を作成した。結果のグラフを図４に示す。実装密度は０．９５ｇ／ｃｃであった。試料をピーク温度で２時間保持した。第１のサイクルをプロット４で、第２のサイクルをプロット５で、第３のサイクルをプロット６で示す。ＲＣＦＴで試験したとき、膨張性マットは許容される収縮および１００ｋＰａを超える圧力を有していた。
【０１１７】
実施例６
多層構造を、水分含有層と、米国特許第５，２９０，５２２（ロジャースら（Ｒｏｇｅｒｓ，ｅｔ ａｌ．））に記載されたようにして作成した１平方メートル当たり約７００グラムの乾燥したニードルパンチシートと、１平方メートル当たり約２７７０グラムの実施例５の膨張性シート層とから形成した。２層を併せて置き、実施例５の層を加熱側のプラテンの隣に置き、そして乾燥したシートを冷却側のプラテンの隣に置いて、構造をＲＣＦＴ（実条件備品試験）で試験した。１立方センチメートル当たり実装密度約０．７グラムだが、加熱プラテンで５００℃、冷却プラテンで２００℃に達するだけの最大プラテン温度により、実施例５に記載した３つの温度サイクルについて試験したところ、最低圧力約７５キロパスカルおよび最大圧力約２２０キロパスカルが観察された。これらの結果によれば、本発明の多層構造を、様々な用途において装着システムとして用いる多様性が示されている。
【０１１８】
実施例７
雲母バインダーとして非膨張バーミキュライトを含有する試料を作成した。４５重量パーセントの非膨張バーミキュライト、４５重量パーセントのスーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７および１５重量パーセントのエアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００Ｂラテックスを用いてシート材料を作成した。
【０１１９】
非膨張バーミキュライトは、ニューヨーク州ニューヨークのコメタル社より入手可能なバーミキュライト鉱石から得た。バーミキュライト鉱石をスクリーニングして、２０メッシュのスクリーンは通過するが５０メッシュのスクリーンは通過しない部分を集めた。バーミキュライト鉱石の５４グラムの２０〜５０メッシュ部分と、４０℃に調整した１５００ｍｌの水道水をワリング（Ｗａｒｉｎｇ）ブレンダに加え、低速で３分間混合した。次にバーミキュライトスラリーをさらに３分間、１分の増分の高速で混合して、操作中ブレンダモータを３〜５冷却した。５４グラムのスーパーウール（ＳＵＰＥＲＷＯＯＬ）６０７および１０００の調整水道水をブレンダに加えて３〜５秒混合した。次にスラリーを混合容器に移し、ブレンダを１０００ｍｌの調整水道水で濯いでブレンダから残りの固体を除去した。
【０１２０】
スラリーを懸濁させて、パドルミキサーにより中速で混合し、フォームマスター（ＦＯＡＭＭＡＳＴＥＲ）１１１を３滴加えた。次に２１．８２グラムのエアフレックス（ＡＩＲＦＬＥＸ）６００ＢＰラテックスを加え２〜３分間分散させた。次に１０グラムの５０％明礬溶液を加えて、混合物を沈殿させた。
【０１２１】
沈殿した混合物を、６０メッシュのスクリーンを有する８インチ×８インチのハンドシート鋳型に注いだ。水を鋳型から流してハンドシートを形成した。次にハンドシートをローリングピンで吸取紙に巻いて、過剰の水を除去し、金属枠の２つの４０メッシュスクリーン間で３５ｐｓｉで５分間プレスし、１５０℃の対流オーブンで乾燥させた。
【０１２２】
室温および室内湿度まで一晩平衡させた後、１−３／４インチ×１−３／４インチの試料を試験のためにハンドシートからダイカットした。
【０１２３】
ダイカット試料寸法をダイアルマイクロメータを用いてｘ−ｙ面で測定し、１０００℃に設定された小マッフル炉に４８時間入れた。冷却後、試料寸法を再びｘ−ｙ面で測定した。加熱前後の面積およびパーセント収縮をマイクロメータ測定から計算した。収縮は４．３パーセントであった。
【０１２４】
本発明の他の実施形態は、本明細書またはここに開示された本発明の実施から当業者には明白であろう。ここに記載した原理および実施形態の様々な省略、修正および変更は、添付の請求項に示される本発明の正確な範囲および技術思想から逸脱することなく当業者によりなされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施形態を組み込んだ触媒コンバータの斜視図であり、分解状態で示している。
【図２】本発明の実施形態を組み込んだディーゼル微粒子フィルタを通した長手方向中央断面である。
【図３】本発明のシート材料実施形態の実条件備品試験（Ｒｅａｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｆｉｘｔｕｒｅ Ｔｅｓｔ）から得られた圧力対温度のプロットである。
【図４】本発明の他のシート材料実施形態の実条件備品試験から得られた圧力対温度のプロットである。
Claims (40)
- ａ）乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、
ｂ）乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと
を含む組成物。 - 前記組成物が、ペーストまたはシート材料の形態にある請求項１記載の組成物。
- 前記組成物が、公害防止装置に用いるのに好適な形態にある請求項１記載の組成物。
- 前記組成物が、前記公害防止装置の装着マットとして用いるのに好適な形態にある請求項１記載の組成物。
- 前記組成物が、公害防止装置の端部コーン領域において絶縁材料として用いるのに好適な形態にある請求項３記載の組成物。
- 前記組成物が、耐熱材、耐火材または保護梱包材料として用いるのに好適な形態にある請求項１記載の組成物。
- 前記組成物が、Ｘ−Ｙ面に領域を有するシート材料の形態にあって、前記シート材料を約９００℃まで加熱したときに前記領域が約６パーセント未満減少する請求項１記載の組成物。
- 前記生体溶解性無機ファイバーが、前記生体溶解性無機ファイバーの重量に基づいて、約４５〜約９０重量パーセントのＳｉＯ2、約４５重量パーセントまでのＣａＯ、約３５重量パーセントまでのＭｇＯおよび１０重量パーセント未満のＡｌ2Ｏ3を含む請求項１記載の組成物。
- 前記雲母バインダーが、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満の雲母鉱物を含む請求項１記載の組成物。
- 前記雲母鉱物がバーミキュライトを含む請求項９記載の組成物。
- 前記バーミキュライトが非膨張性である請求項１０記載の組成物。
- 乾燥重量ベースで約１５重量までの量の吸入不可能な無機ファイバーをさらに含む請求項１記載の組成物。
- 乾燥重量ベースで約８０重量パーセントまでの量で膨張性材料をさらに含み、前記膨張性材料の平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える請求項１記載の組成物。
- 乾燥重量ベースで約８０重量パーセントまでの量で膨張性材料をさらに含み、前記膨張性材料の粒子サイズが約１５０マイクロメートルを超える雲母鉱物を含む請求項１記載の組成物。
- 前記雲母材料が非膨張性バーミキュライトを含む請求項１４記載の組成物。
- 乾燥重量ベースで約０．１〜約１５重量パーセントまでの量のポリマーバインダーをさらに含む請求項１記載の組成物。
- 前記ポリマーバインダーがエラストマーである請求項１６記載の組成物。
- ポリマーファイバーをさらに含む請求項１記載の組成物。
- 前記組成物が多層構造を有するシート材料の形態にある請求項１記載の組成物。
- 前記シート材料が端部保護具をさらに含む請求項２記載の組成物。
- 前記組成物が耐久性のある吸入可能な無機ファイバーを含まない請求項１記載の組成物。
- ａ）乾燥重量ベースで約１５〜約５０重量パーセントの量の雲母バインダーであって、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満のバーミキュライトを含む前記雲母バインダーと、
ｂ）乾燥重量ベースで約１５〜約４０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーと、
ｃ）乾燥重量ベースで約３０〜約６０重量パーセントの量の膨張性材料であって、粒子サイズが約１５０マイクロメートルを超える非膨張性バーミキュライトを含む前記膨張性材料と
を含む組成物。 - 乾燥重量ベースで約０．１〜約１５重量パーセントの量のポリマーバインダーをさらに含む請求項２２記載の組成物。
- ａ）筐体と、
ｂ）前記筐体中に配置された公害防止エレメントと、
ｃ）少なくとも前記筐体の一部と前記公害防止エレメントの一部との間に配置された
ｉ）雲母バインダーおよび
ｉｉ）生体溶解性無機ファイバー
を含む保護材料と
を含む公害防止装置。 - 前記保護材料がシート材料またはペーストの形態にある請求項２４記載の公害防止装置。
- 前記保護材料が乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含む請求項２４記載の公害防止装置。
- 前記生体溶解性無機ファイバーが、前記生体溶解性無機ファイバーの重量に基づいて、約４５〜約９０重量パーセントのＳｉＯ2、約４５重量パーセントまでのＣａＯ、約３５重量パーセントまでのＭｇＯおよび１０重量パーセント未満のＡｌ2Ｏ3を含む請求項２４記載の公害防止装置。
- 前記雲母バインダーが、粒子サイズが約１５０マイクロメートル未満のバーミキュライトを含む請求項２４記載の公害防止装置。
- 前記保護材料が、乾燥重量ベースで約８０重量パーセントまでの量で膨張性材料をさらに含み、前記膨張性材料の平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える請求項２４記載の公害防止装置。
- 前記保護材料が、乾燥重量ベースで約１５重量パーセントまでの量の吸入不可能な無機ファイバーをさらに含む請求項２４記載の公害防止装置。
- 前記保護材料が、Ｘ−Ｙ面に領域を有するシート材料を含み、前記公害防止装置を用いるときに前記領域が約６パーセント未満減少する請求項２４記載の公害防止装置。
- 筐体と、雲母バインダーおよび生体溶解性ファイバーを含む、前記筐体に配置された絶縁材料とを含む公害装置装置。
- 前記絶縁材料が前記筐体の端部コーン領域にある請求項３２記載の公害防止装置。
- 前記絶縁材料が乾燥重量ベースで約５〜約８０重量パーセントの量の雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含む請求項３２記載の公害防止装置。
- 雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとの混合物を含むシート材料であって、前記シート材料はＸ−Ｙ面に領域を有し、前記シート材料を約９００℃まで加熱したときに前記領域が約６パーセント減少するシート材料。
- 前記シート材料が、約５〜約９０重量パーセントの量の雲母バインダーと、約５〜約８０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含む請求項３５記載のシート材料。
- 筐体と公害防止エレメントとを提供する工程と、
雲母バインダーと生体溶解性無機ファイバーとを含む保護梱包材料を形成する工程と、
前記筐体中に前記公害防止エレメントを配置する工程と、
少なくとも一部の公害防止エレメントと前記筐体との間に前記保護梱包材料を位置付ける工程と
を含む公害防止装置の製造方法。 - 前記保護梱包材料がシート材料の形態にあり、前記シート材料が前記公害防止装置の少なくとも一部の周囲に巻き付けられている請求項３７記載の方法。
- 前記シート材料が、平均粒子サイズが約３００マイクロメートルを超える膨張性材料を含む請求項３７記載の方法。
- 乾燥重量ベースで約５重量パーセント〜約８０重量パーセントの量で雲母バインダーと、乾燥重量ベースで約５〜約９０重量パーセントの量の生体溶解性無機ファイバーとを含む水性スラリーを形成する工程と、
凝固剤を添加して凝固スラリーを形成する工程と、
前記凝固スラリーから水を除去してシート材料を形成する工程と
を含むシート材料の製造方法。
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