JP2007007496A - スラリーの粘度の調整方法および触媒用コーティングスラリー - Google Patents
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Abstract
【課題】 スラリーの粘度を調整した触媒用コーティングスラリーを提供すること。
【解決手段】 本発明のスラリーの粘度の調整方法は、分散粒子が分散したスラリーに、分散粒子より小さなメジアン径をもつ微細粒子を分散させることを特徴とする。本発明のスラリーの粘度の調整方法は、メジアン径の大きな分散粒子と、メジアン径の小さな微細粒子とを分散させたスラリーとすることで、スラリーの粘度が低下する。
【選択図】 なし
【解決手段】 本発明のスラリーの粘度の調整方法は、分散粒子が分散したスラリーに、分散粒子より小さなメジアン径をもつ微細粒子を分散させることを特徴とする。本発明のスラリーの粘度の調整方法は、メジアン径の大きな分散粒子と、メジアン径の小さな微細粒子とを分散させたスラリーとすることで、スラリーの粘度が低下する。
【選択図】 なし
Description
本発明は、排ガス浄化用触媒の製造に用いられる触媒用コーティングスラリーに関し、詳しくは、粘度が低下した触媒用コーティングスラリーに関する。
自動車のエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスは、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分を含有している。この排気ガスをそのまま排出すると、公害や環境の悪化が引き起こされる。このため、これらの排気ガスは排ガス浄化用触媒等の浄化装置を用いて浄化され、その後に大気中に排出されている。
一般的な排ガス浄化用触媒は、耐熱性セラミックスや耐熱性金属などの材質で形成された触媒担体基材と、この触媒担体の表面に形成された耐熱性多孔質層と、この多孔質層に担持された触媒成分と、をもつ触媒層と、を備えている。排ガス浄化用触媒の触媒層は、触媒成分を含有したあるいは含有しない耐熱性粉末の触媒用コーティングスラリーを触媒担体基材に塗布し、その後、乾燥、焼成することで製造されている。ここで、触媒用コーティングスラリーの触媒担体基材への塗布、乾燥を複数回繰り返した後に焼成することで、所定量の触媒用コーティングスラリーをコートしている。この触媒用コーティングスラリーは、活性アルミナ粉末、セリア粉末などの耐熱性粉末粒子をバインダーとともに純水などの溶媒に分散させて調整していた。
そして、触媒用コーティングスラリーを触媒担体基材の表面にコートする時の作業性は、触媒用コーティングスラリーの粘度により変化していた。このため、触媒用コーティングスラリーの粘度を所望の範囲とすることが求められている。
触媒用コーティングスラリーの粘度が高くなると、その流動性が低下し、触媒担体基材の表面に触媒用コーティングスラリーをコートしにくくなっていた。具体的には、排ガス浄化用触媒の触媒担体基材としては多数のセルをもつハニカム体が用いられており、このハニカム体のセルの内表面に触媒用コーティングスラリーをコートして触媒層を形成している。触媒用コーティングスラリーの粘度が高くなると、触媒用コーティングスラリーがセルの内部で詰まる。そして、セルの内部を触媒用コーティングスラリーが流動しなくなる。
流動性が低下した触媒用コーティングスラリーの粘度を低下させる方法として、溶媒（水）を触媒用コーティングスラリーに添加する方法が用いられている。しかしながら、溶媒を添加して触媒用コーティングスラリーの流動性を向上しても、触媒用コーティングスラリーがセルの目詰まりを生じさせる問題があった。溶媒を添加したことで、一度の塗布処理で触媒担体基材の表面に塗布できる粉末粒子量が減少する。このため、触媒用コーティングスラリーを触媒担体基材の表面に塗布する工程の回数が増加する。また、所定量の触媒層を形成するために必要な触媒用コーティングスラリー量が増加し、セルの内表面に塗布された触媒用コーティングスラリーがセル内で流動して目詰まりを生じていた。
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、スラリーの粘度を調整した触媒用コーティングスラリーを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明者らは触媒用コーティングスラリーの特性について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明のスラリーの粘度の調整方法は、分散粒子が分散したスラリーに、分散粒子より小さなメジアン径をもつ微細粒子を分散させることを特徴とする。
また、本発明の触媒用コーティングスラリーは、溶媒と、溶媒に分散したメジアン径が３〜４０μｍの分散粒子と、溶媒に分散したメジアン径が０．１〜２μｍの微細粒子と、を有することを特徴とする。
本発明のスラリーの粘度の調整方法は、スラリーの特性を変化させることなく粘度を低下させることができる。また、本発明の触媒用コーティングスラリーは、排ガス浄化用触媒の製造時に粘度が過剰に上昇しなくなっている。この結果、本発明の触媒用コーティングスラリーは、排ガス浄化用触媒の製造時に触媒担体基材へのコートを簡単に行うことが出きる効果を持つ。
（粘度の調整方法）
本発明のスラリーの粘度の調整方法は、分散粒子が分散したスラリーに、分散粒子より小さなメジアン径をもつ微細粒子を分散させる方法である。メジアン径の小さな微細粒子を分散させたスラリーとすることで、スラリーの粘度を低下させる。
本発明のスラリーの粘度の調整方法は、分散粒子が分散したスラリーに、分散粒子より小さなメジアン径をもつ微細粒子を分散させる方法である。メジアン径の小さな微細粒子を分散させたスラリーとすることで、スラリーの粘度を低下させる。
メジアン径の小さな微細粒子を分散させることでスラリーの粘度が低下することの理由については明らかではないが以下のように推測している。
まず、スラリーの粘度の上昇は、分散粒子が溶媒を吸収することにより生じる。つまり、分散粒子は、比較的大きな粒径をもち、その表面に多数の細孔を有している。分散粒子のこの細孔の内部に溶媒が蓄えられる。この溶媒の蓄積により、スラリー中の溶媒量が減少し、結果として分散粒子同士が近接し、場合によっては分散粒子同士が粗大な二次粒子を形成する。この分散粒子同士の近接がスラリーの高粘度化を招いている。そして、本発明の粘度の調整方法は、このスラリー中にメジアン径の小さな微細粒子を分散させている。微細粒子を分散させたことで、微細粒子が分散粒子同士の接近を規制することで、分散粒子の流動性が向上し、粘度が低下する。
微細粒子のメジアン径が、分散粒子のメジアン径の０．１〜７０％であることが好ましい。微細粒子のメジアン径が分散粒子のメジアン径の０．１〜７０％となることで、スラリーの粘度を低下させる効果が発揮される。微細粒子のメジアン径が分散粒子のメジアン径の０．１％未満では、粒径の差が大きすぎて微細粒子が分散粒子の接近を規制できなくなり添加の効果が得られなくなる。微細粒子のメジアン径が分散粒子のメジアン径の７０％を超えると、両粒子の粒径の差が小さく、微細粒子と分散粒子との接近による粘度の上昇を招く。微細粒子のメジアン径は、分散粒子のメジアン径の０．２５〜６７％であることがより好ましく、さらに好ましくは０．３〜５０％である。
微細粒子は、球状粒子であることが好ましい。微細粒子が球状粒子となると、二つの分散粒子同士が近接したときに、両分散粒子を微細粒子の表面に沿って移動させることができる。この結果、分散粒子の当接を抑えることができる。また、微細粒子が表面に凹凸を有したときには、微細粒子の表面の凹凸と分散粒子の表面の凹凸とが係合し、粗大な二次粒子を形成することとなる。つまり、微細粒子の表面に凹凸がないことが好ましい。さらに、微細粒子がその表面に凹凸をもたなくなることで、凹部の内部に溶媒が侵入して貯留されスラリー濃度が上昇することが抑えられる。
微細粒子の重量が、分散粒子と微細粒子の合計の重量の１〜２０ｗｔ％であることが好ましい。つまり、スラリー中の固形分に占める微細粒子の重量が１〜２０ｗｔ％であることが好ましい。微細粒子が１ｗｔ％未満となると、微細粒子の量が少なく、添加の効果が得られなくなる。また、微細粒子が２０ｗｔ％を超えると、スラリーの粘度が低下し、スラリーとしての特性が得られなくなる。好ましい微細粒子の割合は、１．５〜１５％であり、さらに好ましくは２〜１２％である。
本発明のスラリーの粘度の調整方法において、スラリーを構成する分散粒子および溶媒、スラリーに添加される微細粒子については、特に限定されるものではない。なお、本発明のスラリーの粘度の調整方法において、分散粒子および微細粒子は、溶媒に溶解しない材質よりなる。
（触媒用コーティングスラリー）
本発明の触媒用コーティングスラリーは、溶媒と、溶媒に分散したメジアン径が３〜４０μｍの分散粒子と、溶媒に分散したメジアン径が０．１〜２μｍの微細粒子と、を有する。
本発明の触媒用コーティングスラリーは、溶媒と、溶媒に分散したメジアン径が３〜４０μｍの分散粒子と、溶媒に分散したメジアン径が０．１〜２μｍの微細粒子と、を有する。
触媒用コーティングスラリーとは、排ガス浄化用触媒を製造するときに調製され、触媒担体基材にコートされるスラリーである。一般的な排ガス浄化用触媒は、触媒担体基材上に耐火性無機酸化物などからなる担持層が形成され、この担持層に触媒金属が担持された構成を有している。そして、担持層は、触媒担体基材上に耐火性無機酸化物などのスラリーを塗布し、乾燥、焼成することで製造されている。この耐火性無機酸化物などのスラリーが本発明のコーティングスラリーである。また、排ガス浄化用触媒は、ゼオライトなどの吸着材からなる吸着材層をもつことがある。この吸着材層も、吸着材のスラリーを触媒担体基材にコートして製造される。つまり、本発明の触媒用コーティングスラリーは、このような吸着材のスラリーを含む。
本発明の触媒用コーティングスラリーは、メジアン径の大きな分散粒子と、メジアン径の小さな微細粒子とが溶媒に分散している。メジアン径の異なる二つの粒子が溶媒に分散してなることで、触媒用コーティングスラリーの粘度が低下する。この粘度の低下は、上記したように、微細粒子が分散粒子同士の接近を規制し、分散粒子の流動性を向上させることにより生じると考えている。
本発明の触媒用コーティングスラリーを構成する溶媒は、分散粒子および微細粒子を分散する。溶媒の種類は特に限定されるものではないが、水あるいは水系溶媒であることが好ましい。
分散粒子は、溶媒に分散したメジアン径が３〜４０μｍの粒子である。分散粒子のメジアン径が３〜４０μｍとなることで、排ガス浄化用触媒を形成したときに触媒担体基材上に担持層などを形成できる。つまり、メジアン径が３μｍより小さくなると、分散粒子の粒径が小さすぎて、触媒用コーティングスラリーから形成される担持層が細孔を有することができなくなる。また、メジアン径が３μｍより小さくなると、微細粒子との粒径差が小さくなり、微細粒子を添加してもその効果が得られなくなる。また、メジアン径が４０μｍを超えると、微細粒子の分散粒子に対する大きさが小さくなり、微細粒子が分散粒子同士の近接を阻害できなくなる。また、メジアン径が４０μｍを超えると、分散粒子の重量が増加し、触媒用コーティングスラリー中で分散粒子が沈降するようになる。
微細粒子は、溶媒に分散したメジアン径が０．１〜２μｍの粒子である。微細粒子のメジアン径がこの範囲内となることで、触媒用コーティングスラリーが所望の粘度に低下する。微細粒子のメジアン径が０．１μｍより小さくなると、触媒用コーティングスラリーの粘度が過剰に低下し、触媒用コーティングスラリーが沈降する。また、メジアン径が２μｍを超えると、分散粒子との粒径の差が小さくなり、分散粒子と同様に振る舞うようになり、粘度が高くなる。
本発明の触媒用コーティングスラリーにおいて分散粒子は、その材質が特に限定されるものではなく、従来から排ガス浄化用触媒の製造時に触媒用コーティングスラリーを形成するために用いられていた物質を用いることができる。このような分散粒子としては、たとえば、アルミナなどの耐火性無機酸化物、セリウム酸化物、安定化ジルコニウム酸化物、ゼオライトなどの少なくとも一種の粒子をあげることができる。
本発明の触媒用コーティングスラリーにおいて微細粒子は、その材質が特に限定されるものではなく、従来から排ガス浄化用触媒の製造時に触媒用コーティングスラリーを形成するために用いられていた物質を用いることができる。また、製造される排ガス浄化用触媒の特性をほとんど変化させない物質を用いてもよい。このような特性を持つ材質としては、たとえば、耐火性無機酸化物、硫酸バリウムや、酸化ニッケルをあげることができる。
本発明の触媒用コーティングスラリーは、分散粒子がアルミナ等の耐火性無機酸化物、セリウム酸化物、安定化ジルコニウム酸化物の少なくとも一種よりなり、微細粒子が触媒性能を低下させない硫酸バリウムおよび／またはアルミナ等の耐火性無機酸化物よりなることが好ましい。
また、本発明の触媒用コーティングスラリーは、排ガス浄化用触媒を製造するときに使用されるスラリーであり、これらの物質粒子以外の溶媒に溶解する添加剤を有していてもよい。この添加剤としては、たとえば、ｐＨ調製剤などをあげることができる。
微細粒子は、ＢＥＴ比表面積が０．１〜１０ｍ2／ｇであることが好ましい。微細粒子の比表面積が１０ｍ2／ｇ以下となることで、微細粒子が球状粒子となる。微細粒子が球状粒子となると、二つの分散粒子同士が近接したときに、両分散粒子を微細粒子の表面に沿って移動させることができる。この結果、分散粒子の当接を抑えることができる。また、微細粒子が表面に凹凸を有したときには、微細粒子の表面の凹凸と分散粒子の表面の凹凸とが係合し、粗大な二次粒子を形成することとなる。つまり、微細粒子の表面に凹凸がないことが好ましい。さらに、微細粒子がその表面に凹凸をもたなくなることで、凹部の内部に溶媒が侵入して貯留され、触媒用コーティングスラリー濃度が上昇することが抑えられる。微細粒子のＢＥＴ比表面積は、０．１〜９ｍ2／ｇであることがより好ましく、０．１〜８ｍ2／ｇであることがさらに好ましい。
コーティングスラリーの固形分の重量を１００ｗｔ％としたときに、微細粒子の重量が１〜２０ｗｔ％であることが好ましい。つまり、微細粒子が、分散粒子と微細粒子の合計の重量の１〜２０ｗｔ％を占めることが好ましい。微細粒子が１ｗｔ％未満となると、微細粒子の量が少なく、粘度を低下する効果が十分に得られなくなる。つまり、触媒用コーティングスラリーの粘度が十分に低下しない。また、微細粒子が２０ｗｔ％を超えると、スラリーの粘度が過剰に低下して沈降を生じ、排ガス浄化用触媒の製造に不向きとなる。好ましい微細粒子の割合は、１．５〜１５％であり、さらに好ましくは２〜１２％である。
分散粒子は、触媒担体基材へのコート性や製造される触媒層の耐剥離性からＤ１０が１μｍ以上、Ｄ５０（メジアン径）が３〜４０μｍ、Ｄ９０が５０μｍ以下であることが好ましい。Ｄ１０が１μｍ以上、Ｄ５０が４〜２５μｍ、Ｄ９０が４０μｍ以下であることがより好ましい。
本発明の触媒用コーティングスラリーは、その製造方法が特に限定されるものではない。たとえば、分散粒子が水に分散したスラリーを調製し、このスラリー中に微細粒子を分散させて製造することができる。
本発明の触媒用コーティングスラリーは、排ガス浄化用触媒の製造時に用いられるコーティングスラリーに上記したスラリーの粘度の調整方法を適用した例であり、従来公知の部材を用いて従来公知のスラリーを調製し、このスラリーに排ガス浄化用触媒を形成したときに浄化性能に影響をほとんど与えないあるいは性能を向上させる微細粒子を分散させて調製されたことが好ましい。
本発明の触媒用コーティングスラリーは、排ガス浄化用触媒の製造時に用いられるコーティングスラリーに上記したスラリーの粘度の調整方法を適用した例であり、微細粒子をもつことで、溶媒を添加することなくスラリーの粘度を低下させることができる。排ガス浄化用触媒の製造時に、スラリーが高粘度化することにより生じる不具合が発生しなくなっており、排ガス浄化用触媒の製造に余分な手間がかからなくなるという効果を発揮する。
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
本発明の実施例として、触媒用コーティングスラリーを製造した。
（実施例１）
まず、酸化セリウム粉末、酸化アルミナ粉末および酸化ジルコニウム粉末を、重量比が３５：３０：３５となるように秤量した。その後、これらの粉末を水に投入し、攪拌して原料スラリーを調製した。原料スラリーに分散した分散粒子のメジアン径を測定したところ、１５μｍであった。また、Ｄ１０は２．５μｍ、Ｄ９０は２８μｍであった。なお、本実施例においては、原料スラリーの製造時に適宜添加剤を添加したが、添加剤による分散粒子のメジアン径の変化は生じなかった。
まず、酸化セリウム粉末、酸化アルミナ粉末および酸化ジルコニウム粉末を、重量比が３５：３０：３５となるように秤量した。その後、これらの粉末を水に投入し、攪拌して原料スラリーを調製した。原料スラリーに分散した分散粒子のメジアン径を測定したところ、１５μｍであった。また、Ｄ１０は２．５μｍ、Ｄ９０は２８μｍであった。なお、本実施例においては、原料スラリーの製造時に適宜添加剤を添加したが、添加剤による分散粒子のメジアン径の変化は生じなかった。
原料スラリーに分散した分散粒子のメジアン径は、原料スラリーの希釈溶液を調製し、この希釈溶液をレーザー回折式の粒度分布計で測定した。
つづいて、ＢＥＴ比表面積が４ｍ2／ｇ、メジアン径が１μｍの硫酸バリウム粉末を、この原料スラリーに添加し、攪拌して分散させた。これにより、本実施例の触媒用コーティングスラリーが調製された。原料スラリーに添加された硫酸バリウム粉末は、添加後のスラリーの固形分を１００ｗｔ％としたときに０．５〜２８ｗｔ％の範囲内の所定量で添加された。
（評価）
実施例１において製造された原料スラリーおよび触媒用コーティングスラリーの粘度を測定し、測定結果を表１および図１に示した。なお、図１は、硫酸バリウムの添加量と、触媒用コーティングスラリーの粘度の減少率の関係を示した図である。また、粘度の測定は、Ｂ型粘度計を用いて、ロータ回転速度６０ｒｐｍの条件で測定した。
実施例１において製造された原料スラリーおよび触媒用コーティングスラリーの粘度を測定し、測定結果を表１および図１に示した。なお、図１は、硫酸バリウムの添加量と、触媒用コーティングスラリーの粘度の減少率の関係を示した図である。また、粘度の測定は、Ｂ型粘度計を用いて、ロータ回転速度６０ｒｐｍの条件で測定した。
表１に示したように、硫酸バリウム粉末の添加量が増加するにつれて、触媒用コーティングスラリーの粘度が低下していることがわかる。そして、さらに、硫酸バリウム粉末が固形分に占める割合が１〜２０ｗｔ％となることで、触媒用コーティングスラリーとして取り扱いが容易な粘度範囲内となっている。
（実施例２）
まず、実施例１と同様な方法で原料スラリーを調製した。そして、この原料スラリーに添加後のスラリーの固形分を１００ｗｔ％としたときに添加量が１ｗｔ％となるように硫酸バリウム粉末を添加し、攪拌して分散させた。これにより、本実施例の触媒用コーティングスラリーが調製された。原料スラリーに添加された硫酸バリウム粉末は、０．１〜４μｍの範囲内の所定のメジアン径を有していた。また、原料スラリーに添加された硫酸バリウム粉末は、表２に示したＢＥＴ比表面積を有していた。
まず、実施例１と同様な方法で原料スラリーを調製した。そして、この原料スラリーに添加後のスラリーの固形分を１００ｗｔ％としたときに添加量が１ｗｔ％となるように硫酸バリウム粉末を添加し、攪拌して分散させた。これにより、本実施例の触媒用コーティングスラリーが調製された。原料スラリーに添加された硫酸バリウム粉末は、０．１〜４μｍの範囲内の所定のメジアン径を有していた。また、原料スラリーに添加された硫酸バリウム粉末は、表２に示したＢＥＴ比表面積を有していた。
（評価）
実施例２において製造された原料スラリーおよび触媒用コーティングスラリーの粘度を測定し、測定結果を表２および図２に示した。
実施例２において製造された原料スラリーおよび触媒用コーティングスラリーの粘度を測定し、測定結果を表２および図２に示した。
図２に示したように、原料スラリーにメジアン径の小さな硫酸バリウム粉末を添加すると、触媒用コーティングスラリーの粘度が低下し、硫酸バリウム粉末のメジアン径が大きくなるにつれて触媒用コーティングスラリーの粘度が常用する。そして、メジアン径が２μｍより大きくなると、触媒用コーティングスラリーの粘度が高くなり、排ガス浄化用触媒の製造には不向きとなった。
Claims (9)
- 分散粒子が分散したスラリーに、該分散粒子より小さなメジアン径をもつ微細粒子を分散させることを特徴とするスラリーの粘度の調整方法。
- 前記微細粒子のメジアン径が、前記分散粒子のメジアン径の０．１〜７０％である請求項１記載のスラリーの粘度の調整方法。
- 前記微細粒子は、球状粒子である請求項１記載のスラリーの粘度の調整方法。
- 前記微細粒子の重量が、前記分散粒子と該微細粒子の合計の重量の１〜２０ｗｔ％である請求項１記載のスラリーの粘度の調整方法。
- 溶媒と、
該溶媒に分散したメジアン径が３〜４０μｍの分散粒子と、
該溶媒に分散したメジアン径が０．１〜２μｍの微細粒子と、
を有することを特徴とする触媒用コーティングスラリー。 - 前記微細粒子のＢＥＴ比表面積が０．１〜１０ｍ2／ｇである請求項５記載の触媒用コーティングスラリー。
- 前記コーティングスラリーの固形分の重量を１００ｗｔ％としたときに、前記微細粒子の重量が１〜２０ｗｔ％である請求項５記載の触媒用コーティングスラリー。
- 前記分散粒子は、耐火性無機酸化物、セリウム酸化物、安定化ジルコニウム酸化物の少なくとも一種よりなる粒子である請求項５記載の触媒用コーティングスラリー。
- 前記微細粒子は、耐火性無機酸化物、硫酸バリウムより選ばれる少なくとも一種である請求項５記載の触媒用コーティングスラリー。
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