JP2015222064A - 汚染コントロール要素用保持材、その製造方法及び汚染コントロール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の一態様による保持材は、無機繊維材料を有するマット状保持材であって、無機コロイド粒子を有する表面層と、無機コロイド粒子と有機バインダが含浸された、前記表面層よりも内側に位置する内部領域と、を備え、表面層において、内部領域に比較し、より高濃度に前記無機コロイド粒子が存在し、内部領域における前記無機コロイド粒子の量は、保持材の全質量基準で1質量%〜10質量%である。
【選択図】図3
Description
保持力=(面圧)×(静止摩擦係数)
<含浸工程>
24gのコロイダルシリカ(スノーテックスOS、日産化学工業株式会社製)及び0.7gのニッポール LX874(Tg:−31℃、日本ゼオン株式会社製)を500mLの水中に添加し、5分間攪拌することで、無機コロイド粒子及び有機バインダを含有する第一の液を調製した。ニードルパンチ処理を施したアルミナファイバーブランケット(三菱樹脂株式会社製、マフテックMLS−2ブランケット(商品名))を14cm×49cmに裁断し、スプレーを用いて第一の液をコートし、更に金属メッシュ上で5秒間吸引脱水した。このようにしてブランケットに上記第一の液を含浸させた後、温度を170℃に設定した温風乾燥機で30分間にわたって乾燥処理をした。
63gのコロイダルシリカ(スノーテックスOS)及び10gのニッポール LX874を65mLの水中に添加し、1分間攪拌することで、無機コロイド粒子及び有機バインダを含有する第二の液を調製した。この第二の液を、第一の液を含浸後乾燥したブランケットの上表面及び下表面に、それぞれコロイダルシリカが3.5g/m2となるように、合計でブランケット1枚当たり7g/m2となる量をスプレーを用いて両表面に塗布した。第二の液を塗布したブランケットを、温度を170℃に設定した温風乾燥機で5分間にわたって乾燥処理して、保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.7質量%であった。
第一の液を含浸後乾燥したブランケットの上表面及び下表面に、第二の液をそれぞれコロイダルシリカが7.0g/m2となるように、合計でブランケット1枚当たり14g/m2となる量を塗布したこと以外は、実施例1と同様にして保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.8質量%であった。
第一の液を含浸後乾燥したブランケットの上表面及び下表面に、第二の液をそれぞれコロイダルシリカが14g/m2となるように、合計でブランケット1枚当たり28g/m2となる量を塗布したこと以外は、実施例1と同様にして保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.8質量%であった。
36gのコロイダルアルミナ(アルミナゾル、日産化学工業株式会社製)及び0.7gのニッポール LX874を500mLの水中に添加し、5分間攪拌することで、無機コロイド粒子及び有機バインダを含有する第一の液を調製した。この第一の液を用いたこと以外は実施例2と同様にして保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.8質量%であった。
0.7gのニッポール LX874を500mLの水中に添加し、5分間攪拌して第一の液を調製した。ニードルパンチ処理を施したアルミナファイバーブランケットを14cm×49cmに裁断し、第一の液をスプレーコートし、更に金属メッシュ上で5秒間吸引脱水した。このようにしてブランケットに上記第一の液を含浸させた後、温度を170℃に設定した温風乾燥機で30分間にわたって乾燥処理をし、保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.4質量%であった。
比較例1の保持材に対し、実施例1の<表面のコーティング工程>と同様の処理を行い、保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.8質量%であった。
実施例1の<含浸工程>のみを行ったものを、保持材として作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.4質量%であった。
95gのコロイダルシリカ(スノーテックスOS、日産化学工業株式会社製)及び0.7gのニッポール LX874を430mLの水中に添加し、5分間攪拌することで、無機コロイド粒子及び有機バインダを含有する第一の液を調製した。この第一の液を用いたこと以外は実施例1と同様にして保持材を作製した。この保持材の有機バインダの量は、保持材の全質量基準で0.7質量%であった。
各保持材から切り出した25mm×25mmのサンプルを110℃、1時間オーブンで乾燥した後に有機バインダを含むサンプルの質量(W0)を測定した。その後、そのサンプルを900℃の炉中で1時間加熱し、有機バインダを燃焼させた後の質量(W1)を測定した。保持材全体での有機バインダの含有率に相当する加熱減量(LOIt)を以下の式より算出した。
加熱減量(LOIt)(質量%) = (W0−W1)/W0 ×100
まず、含浸前の無機繊維シートから50mm×50mmのサンプルを切り出し、重量を測定した(Wm0)。次に、当該サンプルに各実施例、比較例の条件で、有機バインダ及び無機コロイド粒子を含む溶液を含浸した無機繊維シートを110℃、1時間オーブンで乾燥した後に、無機繊維シート重量を測定した(Wm1)。その後、そのサンプルを900℃の炉中で1時間加熱し、有機バインダを燃焼させた後の質量(Wm2)を測定した。
次に、各実施例、比較例の条件で、含浸工程(含浸、乾燥後)を経た上記無機繊維シートから新たに50mm×50mmのサンプルを切り出し、重量を測定した(Wm3)。次に、当該サンプルに各実施例、比較例の条件で、有機バインダ及び無機コロイド粒子を含む溶液を片側表面にスプレーし、110℃、1時間オーブンで乾燥し、重量を測定した(Wm4)。その後、そのサンプルを900℃の炉中で1時間加熱し、有機バインダを燃焼させた後の質量(Wm5)を測定した。
内部領域における有機バインダの含有率に相当する加熱減量(LOIm)を以下の式より算出した。
加熱減量(LOIm)(質量%)= (Wm1−Wm2)/Wm4×Wm3/Wm1×100
無機コロイド粒子量(ICm)(質量%)= (Wm2−Wm0)/Wm4×Wm3/Wm1×100
加熱減量(LOIs)(質量%)= (Wm4−Wm5)/Wm4×100−LOIm
無機コロイド粒子量(ICs)(質量%)= (Wm5−Wm3)/Wm4×100+LOIm
無機繊維シートの単位面積あたりの重量及びサンプルのサイズから、単位面積あたりの無機コロイド粒子量が算出できる。
(1)実施例1と同様にして作製した保持材(サイズ:250mm×250mm)から、円形試験片(直径:45mm)を打ち抜き型にて作製し、その質量を測定した。
(2)質量の測定値から、充填密度が0.25g/cm3になるマット厚を計算した。
(3)試験片を圧縮試験機(型番「Autograph AG−I」、島津製作所製)の圧縮板の中心に載置し、上記の計算で求めた所定のマット厚になるまで20mm/分の速度で圧縮した。そのピーク時の圧力を面圧(kPa)とした。
ステンレススチール(SS)プレートと保持材との間の静止摩擦係数は、オートグラフAGS100D(登録商標、株式会社島津製作所製)を用いて、下記の手順により測定した。
各保持材を50mm角となるように切り出し、サンプル片を調製した。このサンプル片を600℃に設定した電気炉で1時間焼成した。その後、常温に冷ましたサンプル片を用いたこと以外は、<焼成前の保持材の静止摩擦係数の測定>に記載した方法で静止摩擦係数を測定した。
各保持材を幅75mm、長さ350mmに切り出し、長さ115mm、外径105mmを有する円筒形状を有する触媒担体(登録商標「ハニセラム(HONEYCERAM)」、日本碍子株式会社製)の外周に巻き付けた。これを、ガイドコーンを使用して、長さ150mm、内径114mmの円筒形のステンレススチールケーシングの中に、40mm/秒で圧入した。圧入してから24時間後に、触媒担体を40mm/秒でステンレススチールケーシングから引き抜く際の最大荷重(N)から、保持材の単位面積当たりの担体引抜力(N/cm2)を算出した。なお、内部領域における無機コロイド粒子の量が多かったことにより、保持材が硬くなり、触媒担体の周りに巻き付けることが困難だったため、比較例4の保持材は担体引抜力を測定できなかった。
(1)実施例1と同様にして作製した保持材から、円形試験片(直径:45mm)を打ち抜き型にて作製し、その質量を測定した。
(2)質量の測定値から、充填密度が0.25g/cm3(有機成分等の焼失成分を除く。)になるマット厚を計算した。
(3)圧縮試験機(型番「Autograph AG−I」、島津製作所製)が有する2枚のプレート(ステンレス鋼製)で試験片を挟み、上記の計算で求めた所定のマット厚になるまで20mm/分の速度で圧縮した。
(4)試験片を圧縮している状態で、2枚のプレートのうちの一方を900℃に加熱し、他方を650℃に加熱した。面圧の経時変化を観察するため、2枚のプレートがそれぞれ900℃及び650℃に到達した時点(試験開始時)から、30分毎に20時間にわたって面圧を測定した。表2及び図7に結果を示す。なお、この面圧変化は、下記式で近似でき、この近似式から十年後の面圧を算出した。
Y=aXb
式中、Xは時間(hour);Yは面圧(kPa);a、bは係数をそれぞれ示す。
Claims (14)
- 無機繊維材料を有するマット状保持材であって、
無機コロイド粒子を有する表面層と、
無機コロイド粒子と有機バインダが含浸された、前記表面層よりも内側に位置する内部領域と、
を備え、
前記表面層において、内部領域に比較し、より高濃度に前記無機コロイド粒子が存在し、
前記内部領域における前記無機コロイド粒子の量は、前記保持材の全質量基準で1質量%〜10質量%である、
保持材。 - 当該保持材は、その両面にそれぞれ前記表面層を有する、請求項1に記載の保持材。
- 前記表面層における前記無機コロイド粒子の単位面積当たりの量は1g/m2〜20g/m2である、請求項1又は2に記載の保持材。
- 前記有機バインダの量は、前記保持材の全質量基準で3質量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の保持材。
- ニードルパンチされた成形物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の保持材。
- 前記有機バインダは、アクリル系ラテックスである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の保持材。
- 前記無機コロイド粒子は、平均粒径が1μm以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の保持材。
- ケーシングと、
前記ケーシング内に設置された汚染コントロール要素と、
前記ケーシングと前記汚染コントロール要素との間に配置された請求項1〜7のいずれか一項に記載の保持材と、
を備える汚染コントロール装置。 - 前記汚染コントロール要素は、触媒担体もしくはフィルター要素である、請求項8に記載の汚染コントロール装置。
- 無機繊維材料からなるシートに、無機コロイド粒子及び有機バインダを含有する第一の液を含浸する工程と、
前記第一の液が含浸されたシートを乾燥する工程と、
無機コロイド粒子を含有する第二の液で前記シートの表面をコーティングすることによって表面層を形成する工程と、
を備える、保持材の製造方法。 - 前記シートの両面に前記第二の液をそれぞれコーティングする、請求項10に記載の方法。
- 前記表面層よりも内側に位置する、前記シートの内部領域において、前記無機コロイド粒子の量が前記内部領域の全質量基準で1質量%〜10質量%となるように前記第一の液の組成を調整する、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記表面層における前記無機コロイド粒子の単位面積当たりの量が1g/m2〜20g/m2となるように、前記第二の液の組成と、前記第二の液のコーティング量とを調整する、請求項10〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記保持材の全質量基準で前記有機バインダの量が3質量%以下となるように、前記第一及び第二の液の組成と、前記第二の液のコーティング量とを調整する、請求項10〜13のいずれか一項に記載の方法。
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