JP2021527563A

JP2021527563A - マット材料、それを作製する方法、汚染防止装置及び断熱材

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Publication number: JP2021527563A
Application number: JP2020570765A
Authority: JP
Inventors: 健二酒匂; ビー．ラトッド，シャイレンドラ; ピーターティー．ディーツ，
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2021-10-14
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Also published as: CN112313400A; US20210246819A1; EP3810908A1; CN115680847A; JP7402828B2; WO2019246180A1

Abstract

マット材料は、２つの部材間に挟み込まれた状態で使用される。マット材料は、第１の表面及び第２の表面を有するマット状本体部と、無機接着剤を含有する領域であって、本体部の第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも１つに形成された領域と、を備え、無機接着剤は加熱されると接着性を示す。

Description

本開示は、マット材料、その製造方法、並びに汚染防止装置及び断熱構造に関する。

自動車エンジンからの排気ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などを含有する。ディーゼルエンジンからの排気ガスは、煤などの粒子状物質を更に含む。これらを除去する手段として、セラミック触媒コンバータ又はディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を使用する排気ガス浄化システムが知られている。加えて、ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）の実装も検討されている。これらのデバイスは一般に、汚染防止装置と呼ばれる。

例えば、汚染防止装置（例えば、セラミック触媒コンバータ）は、汚染防止要素（例えば、セラミック製のハニカム形状の触媒担体）と、汚染防止要素を包み込む金属製のケーシングと、汚染防止要素の外周面とケーシングの内面との間の隙間に充填された保持材料とを含む。保持材料は、ケーシング内に汚染防止要素を保持して、汚染防止要素に衝撃や振動などによる機械的衝撃が偶発的に加わることを防止する。保持材料は、汚染防止要素がケーシング内で移動及び破壊することを防止し、汚染防止要素の動作寿命にわたって望ましい効果を提供する。この種の保持材料は、一般に実装用材料と呼ばれる。このような保持材料は、一般に、単一層又は複数の層を含むマット状材料であり、汚染防止要素の周囲に巻き付けられることによって使用される。

保持材料は、一般に、優れた断熱性及び耐熱性を達成する観点から、無機繊維などの無機材料を主成分として含む。このような保持材料（実装用材料）は、例えば、特許文献特開昭５７−６１６８６号（Ａ）、特開２００２−６６３３１号（Ａ）、及び特開２００６−２２３９２０号（Ａ）に記載されている。

保持材料は、汚染防止装置のケーシング内に汚染防止要素を実装する技術分野では、主に保持材料の圧縮反発力及び摩擦力によって使用中の位置のずれを防止するように設計されている。すなわち、保持材料は、ケーシング内の汚染防止要素と一緒に封入された後に、汚染防止要素が所定の位置から移動しないように、保持材料が接触している他の部材の表面（すなわち、ケーシングの内面及び／又は汚染防止要素の外面）に対する圧縮反発力によって、汚染防止要素を保持する。

本開示の目的は、加熱環境下で使用される装置又は構造に適用されるマット材料を提供することであり、マット材料は、使用中にマット材料及びそれと接触する他の部材の位置のずれを抑制することができる。本開示の別の目的は、このようなマット材料を製造する方法、及びマット材料を含むデバイス（例えば、汚染防止装置及び断熱構造）を提供することである。

本開示の一態様は、マット材料に関する。マット材料は、２つの部材間に挟み込まれた状態で使用される。マット材料は、第１の表面及び第２の表面を有するマット状本体部と、本体部の第１の表面及び第２の表面のうちの少なくとも１つに形成された領域とを含む。この領域は、無機接着剤を含有し、無機接着剤は、加熱されると（例えば、デバイスの動作温度に加熱されるか、又は、マット材料が使用される断熱構造の環境温度に加熱される）、接着性を示す。

本開示の別の態様は、上記のマット材料（例えば、汚染防止装置及び断熱構造）を含むデバイスに関する。汚染防止装置は、ケーシングと、ケーシング内に設けられた汚染防止要素と、ケーシングと汚染防止要素との間に配設された上記マット材料とを備えることができる。断熱構造は、２００℃以上に達する可能性がある温度を有する表面を備えた第１の部材と、第１の部材の表面と対向する表面を有する第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に配設された上記マット材料と、を備えることができる。

別の態様では、本開示は、マット材料を作製又は製造する方法に関する。この製造方法は、第１の表面及び第２の表面を有するマット状本体部を提供することと、無機接着剤を含有する溶液を、本体部の第１の表面又は第２の表面のうちの少なくとも１つにコーティングすることと、を含み得る。

本開示によれば、加熱環境下で使用される装置又は構造に適用されるマット材料が提供され、マット材料によって、使用中にマット材料及びそれに接触する他の部材の位置のずれを完全に防止又は大幅に抑制することができる。

本開示によるマット材料の一実施形態を示す斜視図である。図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った概略的な断面図である。本開示による汚染防止装置の一実施形態を概略的に示す断面図である。本開示による断熱構造を概略的に示す断面図である。マット材料の一部（無機接着剤としてリン酸アルミニウムを使用する）がケーシングの内面に固定された状態を示す写真である。マット材料の一部（無機接着剤としてケイ酸ナトリウムを使用する）が触媒担体の外面に固定された状態を示す写真である。

本実施形態によるマット材料は、２つの部材間に挟み込まれた状態で使用され、マット材料は、第１の表面及び第２の表面を有するマット状本体部と、本体部の第１の表面又は第２の表面のうちの少なくとも１つに形成された領域であって、領域が無機接着剤を含有する、領域と、を備え、無機接着剤が、加熱されると接着性を示す。マット材料を、加熱環境下で使用される装置又は構造に適用することにより、使用中にマット材料及びそれと接触する他の部材の位置のずれを抑制することができる。

本実施形態によるマット材料は、汚染防止装置及び断熱構造などのデバイスに適用される。本実施形態による汚染防止装置は、ケーシングと、ケーシング内に設けられた汚染防止要素と、ケーシングと汚染防止要素との間に配設された上記マット材料とを有する。断熱構造は、２００℃以上に達する可能性がある温度を有する表面を有する第１の部材と、第１の部材の表面と対向する表面を有する第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に配設された上記マット材料と、を備える。

以下、図面を参照して、本開示の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態のマット材料の一例を示す斜視図である。この図面に示したマット材料１０は、円形円筒又は楕円形円筒の外形を有する汚染防止要素３０の周りに巻き付けられるように、また汚染防止要素３０をケーシング２０内に保持するように構成されている（図３を参照）。マット材料１０は、汚染防止要素３０の外周の長さに一致する長さを有する。マット材料１０は、例えば、一端に凸部１０ａを有し、他方の端に凹部１０ｂを有し、マット材料１０が汚染防止要素３０の周囲に巻かれたときに凸部１０ａと凹部１０ｂとが互いに嵌合する形状を有している。また、Ｌ形状などの他の形状も可能であり、嵌合のための形状は特に限定されないことに留意されたい。

マット材料１０は、図２に示すように、マット状本体部１と、本体部１の両方の表面に設けられた、約５〜約１５ｍｍほどの厚さの表面層５（無機接着剤を含む領域）とを含む。本体部１は、第１の表面１ａと第２の表面１ｂとを有する。本体部１は、約３〜約１０μｍの直径（例えば、平均直径）を有することができる無機繊維を含む。本体部１は、必要に応じて配合された他の構成要素を含んでもよい。各表面層５は、加熱されると接着性を示す無機接着剤と、必要に応じて任意に配合された他の成分とを含む。マット材料１０は、その１つの表面に表面層５のみを有してもよいことに留意されたい。あるいは、マット材料１０は、表面層５を、１つの表面又は両方の表面１ａ及び１ｂの領域の一部分又は一部のみに有してもよい。加えて、図２は、表面層５が表面１ａ及び表面１ｂにラミネートされた（laminated）状態を示しているが、表面層５が表面１ａ及び／又は表面１ｂに接着されている、又は表面層５の一部を本体部１に含浸されている、他の状態が可能である場合がある。

上記のように、表面層５は、加熱されると接着性を示す無機接着剤を含有する。本明細書に記載の無機接着剤としては、加熱される際の他の部材との反応生成物の形成による接着のみならず、加熱されると表面層５の無機接着剤によって示される流動性、及び他の部材の表面の接触面への浸透により得られる固着効果（固定状態）による接着性も提供するものが含まれる。接着性が示される温度は限定されないが、例えば２００℃以上、３００℃以上、又は６００℃以上である。例えば、マット材料１０は、２つの部材間に挟み込まれた状態で配置され、６００℃の温度条件下で１時間放置される。次いで、マット材料１０は、他の部材との接着性を示す。加熱されたマット材料１０が冷却された後に、マット材料１０と他の部材との間に固定領域が形成されているか否かを確認することによって、目視で判断することができる（図５及び６を参照）。

無機接着剤は概ね、通常の温度で液体状態であるが、表面層５は、未使用マット材料１０上で実質的に乾燥している。本明細書において「実質的に乾燥した」とは、例えば、無機接着剤をコーティングした後の乾燥プロセスによって得られる乾燥状態を指し、このような乾燥状態では、マット材料１０を１２０℃で３０分加熱した後の質量損失率は、加熱前のマット材料１０の質量に基づいて約５％以内である。表面層５は、実質的に乾燥しているため、マット材料１０をデバイスに組み立てる際の作業性に優れるという利点を有する。

上記無機接着剤は、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩からなる群から選択される少なくとも１つの塩である。アルカリ金属塩の具体例としては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムなどのアルカリ金属ケイ酸塩が挙げられる。アルカリ土類金属塩の具体例としては、ケイ酸マグネシウム及びケイ酸カルシウムなどのアルカリ土類金属ケイ酸塩が挙げられる。リン酸塩の具体例としては、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、及びリン酸カルシウムが挙げられる。これらの成分の１種は単独であってもよく、又は２種以上の組み合わせを使用してもよい。

上記無機接着剤を含有する液体を本体部１の表面にコーティングした後、乾燥プロセスによって表面層５を形成してもよい。表面層５中の無機接着剤（上記塩）の含有量は、例えば、１ｇ／ｍ^２〜５０ｇ／ｍ^２であり、２ｇ／ｍ^２〜４０ｇ／ｍ^２、又は５ｇ／ｍ^２〜３０ｇ／ｍ^２であってもよい。表面層５の無機接着剤の量は、マット材料１０が他の部材に必要とされる接着性に応じて適宜設定することができる。

表面層５は、無機コロイド粒子を含有してもよい。無機コロイド粒子を形成するために無機材料の各種微粒子を用いることができるが、好ましい無機材料としては、金属酸化物、窒化物、炭化物、並びに耐熱性を有する材料が挙げられる。例えば、好ましい例としては、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、マグネシア、及びチタニアが挙げられるが、これらに限定されない。他の好適な材料の例としては、窒化ホウ素及び炭化ホウ素が挙げられる。これらの無機材料は、単独で、又はこれらの２つ以上の組み合わせで使用することができる。

上述の無機コロイド粒子は、無機材料の種類及び所望の摩擦改善効果に従って様々な粒径で使用することができるが、約１〜１００ｎｍの平均粒径を有することが一般的に好ましい。無機コロイド粒子が１ｎｍ未満の平均粒径を有する場合、このような無機コロイド粒子は、摩擦増加効果に寄与し得る摩擦層を形成することができない。対照的に、無機コロイド粒子が１００ｎｍを超える平均粒径を有する場合、粒子は、摩擦の増加に適切に寄与するには大きすぎるため、脱落し得る。無機コロイド粒子の平均粒径は、より好ましくは約１０〜８０ｎｍの範囲であり、最も好ましくは約２０〜５０ｎｍの範囲である。無機コロイド粒子に関しては、国際公開第２００７／０３０４１０号を参照することができる。

無機接着剤はまた、粘土（カオリン）、ベーマイト、二酸化チタン、ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、沈降シリカ、ＡＴＨ、並びに粘度及び吸収特性を改質するための他の適合性のある一般的なフィラーを含んでもよい。

無機接着剤はまた、グリセリン、ソルビトール、他の糖アルコール、及びエチレングリコールなどの保湿剤を含有してもよい。これらの材料は、取り扱い特性を改善するために無機接着剤を可塑化するのに役立ち得る。

適合性のある染料及び顔料もまた、無機接着剤の存在及び位置を特定するのを助けるために組み込まれてもよい。接着が所望される表面を濡らすのを助けるために、適合性のある界面活性剤も含まれ得る。

表面層５は、必要に応じて、無機繊維を更に含んでもよい。無機繊維の直径は、約１ｎｍ〜約１５ｎｍであってもよく、これらは、例えば、約１ｎｍ以上、約２ｎｍ以上、又は約３ｎｍ以上であり、約１５ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、又は約５ｎｍ以下であってもよい。約１ｎｍ以上の直径を有する無機繊維は、１ｎｍより細い無機繊維と比較して容易に利用可能であるという利点を有する。加えて、このような無機繊維は、汚染防止装置の製造中に、繊維片の飛散を抑制することができる傾向がある。一方、約１５ｎｍ以下の直径を有する無機繊維は、約１５ｎｍよりも太い無機繊維と比較して、デバイスの製造中に繊維片の生成を抑制できる傾向がある。無機繊維の平均長さは、例えば、約５００〜約５０００ｎｍであり、約１０００〜約４０００ｎｍ、又は約１４００〜約３０００ｎｍであってもよい。

無機繊維の直径（平均直径）及び平均長さ（平均繊維長）は、例えば、顕微鏡画像（ＴＥＭ画像、ＳＥＭ画像など）からランダムにサンプリングされた５０以上の繊維の太さ及び長さを測定し、その平均値を計算することによって決定することができる。無機繊維のアスペクト比は、平均長さの値を直径の値で割ることによって計算される。

上記無機繊維の平均長さは、例えば、約６０〜約２０００であり、約１００〜約１５００ｎｍ、又は約３００〜約８００ｎｍであってもよい。アスペクト比が約６０以上の無機繊維は、アスペクト比が約６０よりも小さい無機繊維と比較して、デバイスの製造中の繊維片の飛散を抑制できる傾向がある。一方、約２０００以下のアスペクト比を有する無機繊維は、アスペクト比が約２０００よりも大きい無機繊維と比較して容易に利用可能であるという利点がある。無機繊維に関しては、特開２０１７−２１０８１５号を参照することができる。

本体部１は、主に無機繊維で構成される。本体部１を構成する無機繊維の具体例としては、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ホウ素繊維等が挙げられるが、他の無機繊維を必要に応じて使用することができる。上記のものから選択される１種類の無機繊維は、単独であってもよく、又は２種以上の組み合わせが使用されてもよい。また、無機繊維は複合繊維の形態で使用されてもよい。中でも特に好ましいのは、アルミナ繊維、シリカ繊維、及びアルミナ−シリカ繊維などのセラミック繊維である。１種類のセラミック繊維が単独で使用されてもよく、又は２種以上の組み合わせが使用されてもよい。また、セラミック繊維は複合繊維の形態で使用されてもよい。未膨張バーミキュライトなどの膨張材料もまた、本体部１の総重量の約５〜約５０％の濃度で本体部１内に収容されてもよい。

本体部１は、主に無機繊維を含み、任意の添加剤として有機結合剤を有する。その２つの代表的な製造方法、すなわち、乾式プロセス及び湿式プロセスが存在する。

乾式プロセスでは、例えば、アルミナ繊維前駆体は、オキシ塩化アルミニウムなどのアルミナ源とシリカゾルなどのシリカ源と、ポリビニルアルコールなどの有機結合剤と、水との混合物を含むゾル−ゲルを紡糸することによって得られる。この後、アルミナ繊維前駆体をシート状にラミネートし（laminating）、次いでラミネート（laminate）をニードルパンチし、約１０００〜１３００℃の範囲の高温で焼成して本体部１を得る。ニードルパンチ密度は、例えば、約１パンチ／ｃｍ^２〜５０パンチ／ｃｍ^２であり、この密度を変更することによって、マットの厚さ、バルク比重、及び強度を調整することができる。一方、湿式プロセスでは、出発物質としての無機繊維と有機結合剤とを、任意の添加剤と混合した後、無機繊維を開繊する工程、スラリーを調製する工程、抄造成形、成形型への加圧などを連続的に行うことによって、本体部１が得られる。湿式プロセス（ウェットラミネーションプロセス(wet lamination process)）についての詳細については、国際公開第２００４／０６１２７９号及び米国特許第６，０５１，１９３号を参照することができる。有機結合剤の種類及び使用量は特に限定されないことに留意されたい。有機結合剤としては、例えば、ラテックスの形態で提供されるアクリル樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、アクリロニトリル樹脂、ポリウレタン樹脂、天然ゴム、ポリ酢酸ビニル樹脂などを用いることができる。あるいは、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルエステル樹脂などの熱可塑性樹脂を有機結合剤として使用してもよい。

本実施形態によるマット材料１０を製造する方法は、本体部１を提供することと、無機接着剤を含有する液体を、本体部１の第１の表面１ａ又は第２の表面１ｂのうちの少なくとも１つにコーティングすることと、上記液体をコーティングした後に、本体部１に熱を加えることと、を含む。上記製造方法によれば、本体部１の少なくとも１つの表面に表面層５が形成されたマット材料１０を得ることができる。

本体部１として、有機結合剤及び／又は無機微細粒子を含む無機繊維を含むマットを使用した場合には、表面層５の形成の前に、無機繊維を含むマットに有機結合剤及び／又は無機微細粒子を含有するコロイド溶液を含浸させる工程（工程（ａ））が行われる。

マットが無機微細粒子をその中に含有する場合、微細粒子の含有量が本体部１の総質量に基づいて約１〜約１０質量％となるように、工程（ａ）において、コロイド溶液の組成を調整することが好ましい。無機微細粒子の含有量が約１質量％以上であることにより、十分な表面圧が得られやすく、無機微細粒子の含有量が約１０質量％以下であることにより、マット材料１０を汚染防止要素の周囲に巻き付けるのに十分な可撓性が容易に得られる。

コロイド溶液を含浸したマットを乾燥させる工程は、必要に応じて行われることに留意されたい。また、コロイド溶液のこのような乾燥は、他の乾燥工程と共に行うことができることにも留意されたい。例えば、表面層５を形成する工程の後に実施される無機接着剤の乾燥工程と組み合わせることもできる。あるいは、このような工程は、他の溶液をコーティングした後、乾燥工程と組み合わせることもできる。コロイド溶液の乾燥は、例えば、約８０〜約２５０℃に設定された温風乾燥機で約１０〜約１８０分間行われる。

表面層５の形成に用いられる液体は、必要に応じて配合される無機接着剤及び成分（無機繊維及び／又は無機微細粒子）を含有する。本体部１の表面上への液体のコーティングは、例えば、スプレーコーティング、ロールコーティング、フィルム転写、カーテンコーティングなどによって実施されてもよい。単位面積当たりのコーティング量（固形物の質量）は、一実施形態では、例えば、約１ｇ／ｍ^２〜約２００ｇ／ｍ^２である。更に、コーティング量は、一実施形態では、単位面積当たり約１０ｇ／ｍ^２〜約１７５ｇ／ｍ^２であってもよい。コーティング量は、単位面積当たり約２０ｇ／ｍ^２〜約１５０ｇ／ｍ^２であってもよい。コーティング後の乾燥工程は、水を揮発させることによって表面層５を形成するためのものである。例えば、溶液でコーティングされた後の本体部１は、約７５〜約２５０℃に設定された温風乾燥機で約１０〜約１８０分間乾燥させることができる。これにより、本体部１の表面に表面層５が形成される。無機接着剤のコーティングは、表面層のうちの１つの一部、例えばストライプのパターンなどに形成されてもよい。

表面層５を形成する工程は、複数の工程に分割されて行われてもよい。例えば、まず、無機接着剤を含有する液体を本体部１の表面に塗布した後、他の成分を含有する液体を本体部１の表面にコーティングしてもよい。順序は逆であってもよく、すなわち最初に、他の成分を含有する液体を本体部１の表面上にコーティングし、次いで、無機接着剤を含有する液体を本体部１の表面上にコーティングしてもよい。無機接着剤は、湿潤した又は乾燥した本体部１のいずれかに適用されてもよい。

マット材料１０は、図３に示すように、汚染防止装置５０内に汚染防止要素３０を保持するために使用される。汚染防止要素３０の具体例としては、エンジンからの排気ガスの浄化のための、触媒担体、フィルタ要素などが挙げられる。汚染防止装置５０の具体例としては、触媒コンバータ及び排気浄化デバイス（例えば、ディーゼル微粒子フィルタデバイス）が挙げられる。

図３に示した汚染防止装置５０は、ケーシング２０と、ケーシング２０内に設けられた汚染防止要素３０と、ケーシング２０の内面と汚染防止要素３０の外面との間に配設されたマット材料１０と、を含む。汚染防止装置５０は、排気ガスを汚染防止要素３０に導入するガス流入口２１と、汚染防止要素３０を通過した排気ガスが排出されるガス流出口２２と、を更に含む。

汚染防止装置５０において、マット材料１０は、ケーシング２０の内面と汚染防止要素３０の外面との間に挟み込まれた状態で配設されている。ケーシング２０の内面と汚染防止要素３０の外面との間の間隙の幅は、気密性を確保し、マット材料１０の使用量を低減する観点から、好ましくは約１．５〜約１５ｍｍである。マット材料１０は、好ましくは、加熱されると、マット材料１０がその上に当接する他の部材に固定され得るように、適切に圧縮された状態にある。マット材料１０は、ケーシング２０の内面に、及び汚染防止要素３０の外面に固定されるため、汚染防止装置５０内の汚染防止要素３０の位置ずれを高度に抑制することができる。加えて、アセンブリの嵩密度は、関連技術における材料と比較して低く設定することができ、したがって、使用される比較的高価な無機繊維材料の量を低減することができる。マット材料１０を圧縮及び組み立てるための技術の例としては、クラムシェル（clamshell）技術、スタッフィング（stuffing）技術、及びターニキット（tourniquet）技術が挙げられる。

汚染防止要素３０は、高温の排気ガスの通過時に高温に達する。汚染防止要素３０とマット材料１０との間の部分は、２００〜１１００℃ほどの高温に加熱される。一方、マット材料１０とケーシング２０との間の部分は、１００〜８００℃ほどの高温に加熱される。汚染防止装置５０は、加熱されると接着性を示す表面層５を有するマット材料１０を含んでいるため、ケーシング２０内に汚染防止要素３０を強固に保持することができる。

触媒担体によって担持される触媒は、一般に、金属（例えば、白金、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、及びパラジウム）並びに金属酸化物（例えば、五酸化バナジウム、及び二酸化チタン）であり、好ましくはコーティングの形態で使用される。汚染防止装置は、触媒担体の代わりにフィルタ要素を適用することによって、ディーゼル微粒子フィルタ又はガソリン微粒子フィルタとして構成され得ることに留意されたい。

本開示の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態は、マット材料１０を汚染防止装置に適用する例で説明したが、マット材料１０は、熱源を含む断熱構造、例えば、排気マニホールド及び排気管、又は高温流体が流れる排気ガスシステム部品、及びその周囲に設置された熱シールドカバーに適用されてもよい。図４に簡単に示すように、断熱構造６０は、２００℃以上に到達する可能性がある温度を有する表面６１ａを有する第１の部材６１（例えば、高温流体が流れる熱源又は排気ガスシステム部品）と、第１の部材６１の表面６１ａと対向する表面６２ａを有する第２の部材６２（例えば、熱シールドカバー）と、第１の部材６１と第２の部材６２との間に配設されたマット材料１０とを含む。第１の部材６１からの熱は、２００℃以上の温度に上昇させることができ、マット材料１０の無機接着剤を促進して接着性を示す。無機接着剤の接着性により、断熱構造６０におけるマット材料１０の位置ずれを抑制することができる。

本開示は、その実施例を参照して説明する。言うまでもなく、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

本体部の作製
以下に列挙する化学物質を、１分間の間隔で撹拌しながら１０Ｌの水に導入し、有機結合剤及び無機微細粒子を含有するコロイド溶液を調製した。
（１）硫酸アルミニウム（固形分濃度４０％の水溶液）：６ｇ
（２）有機結合剤（日本ゼオン株式会社から入手可能なＡｃｒｙｌｉｃＬａｔｅｘＬＸ８７４（商品名））：２．６ｇ
（３）コロイドシリカ（日産化学株式会社から入手可能なＳｎｏｗｔｅｘＯ（商品名））：１０ｇ
（４）液体アルミン酸ナトリウム（固形分４０％）：３．５ｇ

ニードルパンチされたアルミナ繊維ブランケット（三菱ケミカル株式会社から入手可能なＭａｆｔｅｃＭＬＳ−２Ｂｌａｎｋｅｔ（商品名））を１５ｃｍ×４０ｃｍに切り出した。これを金属メッシュ上に置き、上記のコロイド溶液を上から注いだ後、金属メッシュ上で１５秒間吸引して水を除去した。このようにして、上記コロイド溶液をブランケットに含浸させた後、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で４５分間乾燥プロセスを行った。これにより、マット材料の本体部を作製した。

無機接着剤を含有する水溶液
水溶液１：濃度５０％に希釈したケイ酸ナトリウム（富士化学株式会社から入手可能なケイ酸ナトリウムＮｏ．３）の水溶液を調製した。
水溶液２：濃度５０％に希釈したリン酸アルミニウム（多木化学株式会社から入手可能なＷＲ−１００Ｂ）の水溶液を調製した。

実施例１
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、本体部の第１の表面（担体側の表面）上に下記のようにコーティングした。水溶液１を、第１の表面の全面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ^２のコーティング量までスプレーコーティングした。次いで、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、第１の表面の全面に無機接着剤を含有する領域を形成した。上記と同様な方法で、本体部の第２の表面（ケーシング側面）の全面にも、無機接着剤を含有する領域を形成した。

実施例１ａ
第１の表面及び第２の表面上の水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）のコーティング量（固形分換算）を、それぞれ２０ｇ／ｍ^２の代わりに２ｇ／ｍ^２としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例によるマット材料を作製した。

実施例１ｂ
第１の表面及び第２の表面上の水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）のコーティング量（固形分換算）を、それぞれ２０ｇ／ｍ^２の代わりに４０ｇ／ｍ^２としたこと以外は、実施例１と同様にして、本実施例によるマット材料を作製した。

実施例２
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）の代わりに水溶液２（リン酸アルミニウム水溶液）を用いた以外は、実施例１と同様にして、本実施例によるマット材料を作製した。

比較例１
実施例１と同様にして作製した本体部（無機接着剤を含有する領域を有さない）を、この例によるマット材料として用いた。

加熱される際の接着性の評価
上記実施例及び比較例のマット材料が、加熱されると接着性を示すかどうかを下記のように評価した。マット材料を幅７５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに切り出し、長さ１１５ｍｍ及び外径１０５ｍｍを有する円筒状触媒担体（日本ガイシ株式会社から入手可能なＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（商品名））の外周に巻き付けた。これを長さ１５０ｍｍ及び内径１１４ｍｍを有する円筒状のステンレス鋼ケーシングに、ガイドコーンを使用して、４０ｍｍ／秒で圧入した。このようにして作製されたコンバータサンプルを６００℃で１時間加熱した後、マット材料とケーシングとが位置ずれしないように触媒担体を引き抜き、その後、マット材料の一部がケーシングの内面に固定されたサンプルを、ケーシングとの接着性を有するものとして評価した。結果を表１に示す。図５は、マット材料の一部がケーシングの内面に固定された状態を示す写真であることに留意されたい。

上記と同様にして作製したコンバータサンプルを６００℃で１時間加熱した後、マット材料と触媒担体が位置ずれしないようにケーシングから引き抜いた。マット材料の一部が触媒担体の外面に固定されたサンプルを、その後、触媒担体との接着性を有するものとして評価した。結果を表１に示す。図６は、マット材料の一部が触媒担体の外面に固定された状態を示す写真であることに留意されたい。

実施例３
アルミナゾルＡＳ５２０（日産化学株式会社から入手可能、固形物濃度；２０質量％）を水で５質量％の固形物濃度に希釈してコロイド溶液を調製した。このコロイド溶液を、本体部の第１の表面（担体側の表面）上に下記のようにコーティングした。水溶液１を、ＳｐｒａｙＧｕｎＰＳ−９５１３（商品名、アネスト岩田株式会社から入手可能）によって、固形分に換算して５ｇ／ｍ^２のコーティング量で第１の表面上にコーティングした。次いで、実施例１と同様にして、水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、固形分に換算して２０ｇ／ｍ^２のコーティング量で第１の表面上にスプレーコーティングした。次いで、１７０℃の温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを行った。これにより、第１の表面の全面に無機繊維及び無機接着剤を含有する領域を形成した。上記と同様な方法で、本体部の第２の表面（ケーシング側の表面）にも、無機繊維及び無機接着剤を含有する領域を形成した。

実施例４
上記コロイド溶液（アルミナゾル水溶液）及び水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を噴霧する順序を変更したこと、すなわち、水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を噴霧した後、コロイド溶液（アルミナゾル水溶液）を噴霧したこと以外は、実施例３と同様にして、無機繊維及び無機接着剤を含有する領域を本体部の両方の表面に形成した。

触媒担体を引き抜くために必要な力の測定
触媒担体を引き抜くための力を、実施例１〜４及び比較例１に従ってマット材料上で下記のように測定した。長さ１１５ｍｍ、外径１０５ｍｍを有する円筒状触媒担体（日本ガイシ株式会社から入手可能なＨＯＮＥＹＣＥＲＡＭ（商品名））の外面を加熱することができるようにヒーターを設置した。マット材料を７５ｍｍの幅及び３５０ｍｍの長さで切り出し、触媒担体の外周に巻き付けた。これを、１５０ｍｍの長さ及び１１４ｍｍの内径を有する円筒状のステンレス鋼ケーシングに、４０ｍｍ／秒で圧入した。圧入の２４時間後、これを加熱し、触媒担体とマット材料との間の温度が９００℃に達し、マット材料とケーシングとの間の温度が６００℃に達した。これらの温度に達した後、ステンレス鋼ケーシングから４０ｍｍ／秒で触媒担体を引き抜く際に、力（Ｎ）を測定した。測定中の最大力（Ｎ）から、触媒担体を引き抜くために必要な力（Ｎ／ｃｍ^２のマット材料の単位面積当たりの力）を計算した。結果を表２に示す。

実施例５
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、本体部の第１の表面（担体側の表面）上に下記のようにコーティングした。水溶液を、表面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ^２のコーティング量まで滴下コーティングした。１／２インチの列間の間隔及び１／２インチのドット間の間隔を有する列のウェブ幅にわたって液滴を堆積させた。次いで、１７０Ｃの温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、無機接着剤を含有する領域を、第１の表面の全面に均一に分布した別個の液滴で形成した。上記と同様な方法で、無機接着剤を含有する領域を、本体部の第２の表面（ケーシング側の表面）の全面に、均一に分布した別個の液滴で形成した。

実施例５では、両方の表面がコーティングされているが、第１の表面又は第２の表面のみがコーティングされ得ることも考えられる。表面に適用される量は、実施例５に記載された量とは異なり得る。ドットの列間の距離はまた、例えば、約１／４インチ〜約２インチのどこかで異なっていてもよい。

実施例６
水溶液１（ケイ酸ナトリウム水溶液）を、本体部の第１の表面（担体側の表面）上に下記のようにコーティングした。水溶液を、表面に、固形分に換算して２０ｇ／ｍ^２のコーティング量までストライプでコーティングした。ストライプは、１／２インチのストライプ間の間隔を有するウェブ幅にわたって堆積させた。次いで、１７０Ｃの温度に設定した温風乾燥機で５分間乾燥プロセスを実施した。これにより、無機接着剤を含有する領域を、第１の表面の全面に均一に分布した別個のストライプで形成した。上記と同様な方法で、無機接着剤を含有する領域を、本体部の第２の表面（ケーシング側の表面）の全面に、均一に分布した別個のストライプで形成した。

実施例６では、両方の表面がコーティングされているが、第１の表面又は第２の表面のみがコーティングされ得ることも考えられる。表面に適用される量は、実施例６に記載された量とは異なり得る。ストライプ間の距離はまた、例えば、約１／４インチ〜約２インチのどこかで異なっていてもよい。更に、実施例６のストライプは直線として想定されるが、非直線のストライプもまた可能であることも考えられる。例えば、ストライプはジグザグ状であってもよく、又は正弦波などとして適用されてもよい。

実施例７：
ニードルパンチされたアルミナ繊維ブランケット（３ＭＣｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．ＰａｕｌＭＮから入手可能な３Ｍ１６００ＨＴＥ１４７４坪量）を、８４ｃｍ×５２０ｃｍに切り取った。

ＰＱｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＶａｌｌｅｙＦｏｒｇｅＰＡから入手可能なＰＱタイプＮケイ酸ナトリウム９５０グラム、グリセリン５０グラム、及びＣｌａｒｉａｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＭｕｔｔｅｎｚＳｗｉｔｚｅｒｌａｎｄから入手可能なアシッドブルーＡＥ０３の１グラムを混合することにより、接着剤溶液を調製した。

接着剤溶液を、２ｍｍの流体先端を備えた３Ｍ１６５７０ＡｃｃｕｓｐｒａｙＭｏｄｅｌＨＧ１８ＳｐｒａｙＧｕｎを使用して、ニードルパンチされたブランケット上に噴霧した。３つの別個のサンプルを、湿潤接着剤の６６、１３２、及び２７３グラム毎平方メートルでコーティングした。７５℃のオーブン中で４５分間乾燥させた後、乾燥コーティング重量はそれぞれ、３２、６４、及び１３９グラム毎平方メートルであった。

各コーティングされたサンプルから、試験片４４．５×４４．５ｍｍを切り取った。ＭａｕｄｌｉｎＰｒｏｄｕｃｔｓから部品番号３１６−００２−１２−１００で入手可能な３１６ステンレス鋼シム（０．０５×５０×１５０ｍｍ）の片を、ステンレス鋼シムに面する接着剤コーティングを用いて試験片間に均等に配置した。接着剤コーティングされた試料／シム／試料からなるアセンブリを、１０ｐｓｉ（６８．９ｋＰａ）の圧力で、２つの加熱された４４．５×４４．５ｍｍのプラテン（滑りを防ぐための水平溝を有する）の間に配置し、記載された温度で１０分間保持した。１０分後、力を記録しながら、シムをアセンブリから１００ｍｍ／分で取り外した（垂直に引っ張った）。接合形成の証拠（シム上の接着剤又は繊維の存在、又は試料の分離）が認められた。各温度設定点及び接着剤コーティング重量（ｇｓｍ）の結果については、表３を参照されたい。表３の力は、重量ポンドである。接合点が決定されると、全ての温度範囲を試験する必要はないことに留意されたい。

本開示によれば、加熱環境下で使用される装置又は構造に適用されるマット材料が提供され、マット材料では、使用中にマット材料及びそれに接触する他の部材の位置のずれを抑制することができる。

Claims

２つの部材間に挟み込まれた状態で使用されるように構成されたマット材料であって、前記マット材料が、
第１の表面及び第２の表面を有するマット状本体部と、
前記本体部の前記第１の表面又は第２の表面のうちの少なくとも１つに形成された領域であって、前記領域が無機接着剤を含む、領域と、を備え、
前記無機接着剤が、加熱されると接着性を示す、マット材料。
実質的に乾燥している、請求項１に記載のマット材料。
前記無機接着剤が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、及びリン酸塩からなる群から選択される少なくとも１つの塩を含有する、請求項１又は２に記載のマット材料。
前記アルカリ金属塩が、アルカリ金属ケイ酸塩である、請求項３に記載のマット材料。
前記アルカリ金属ケイ酸塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸リチウムからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項４に記載のマット材料。
前記リン酸塩が、リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、及びリン酸カルシウムからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項３に記載のマット材料。
前記塩の含有量が、前記無機接着剤を含有する前記領域において１ｇ／ｍ^２〜５０ｇ／ｍ^２である、請求項３に記載のマット材料。
前記無機接着剤を含有する前記領域が、前記本体部の前記第１の表面及び第２の表面の両方に形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のマット材料。
前記無機接着剤を含有する前記領域が、前記本体部の前記第１の表面又は第２の表面のうちの少なくとも１つの全面に形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット材料。
前記無機接着剤を含有する前記領域が、前記本体部の前記第１の表面又は第２の表面のうちの少なくとも１つの一部に形成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のマット材料。
前記無機接着剤を含有する前記領域が、無機コロイド粒子を含有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のマット材料。
前記無機コロイド粒子が、アルミナである、請求項１１に記載のマット材料。
前記無機接着剤を含有する前記領域が、６０〜２０００のアスペクト比を有する無機繊維を含有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のマット材料。
前記６０〜２０００のアスペクト比を有する無機繊維が、アルミナ繊維である、請求項１３に記載のマット材料。
ケーシングと、
前記ケーシング内に設けられた汚染防止要素と、
前記ケーシングと前記汚染防止要素との間に配設された請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマット材料と、を備える、汚染防止装置。
前記マット材料を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、前記ケーシングの内面と前記マット材料の外面との間、及び前記マット材料の内面と前記汚染防止要素の外面との間、のうちの少なくとも１つに形成される、請求項１５に記載の汚染防止装置。
２００℃以上に達する可能性がある温度を有する表面を有する第１の部材と、
前記第１の部材の前記表面と対向する表面を有する第２の部材と、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に配設された、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のマット材料と、を備える、断熱構造。
前記マット材料を６００℃の温度条件下で１時間加熱した後、固定領域が、前記第１の部材の前記表面と前記マット材料との間、及び前記マット材料と前記第２の部材の前記表面との間、のうちの少なくとも１つに形成される、請求項１７に記載の断熱構造。
第１の表面及び第２の表面を有するマット状本体部を提供することと、
無機接着剤を含有する溶液を、前記本体部の前記第１の表面又は第２の表面のうちの少なくとも１つの一部にコーティングすることと、を含む、マット材料を製造する方法。
乾燥プロセスによって実質的に乾燥したマット材料を得ることを更に含む、請求項１９に記載のマット材料を製造する方法。
前記マット材料を少なくとも約１００〜１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、前記ケーシングの内面と前記マット材料の外面との間に固定領域が形成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の汚染防止サポートマット材料。
前記マット材料を少なくとも約１００〜１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、前記マット材料の内面と前記汚染防止要素の外面との間に固定領域が形成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の汚染防止サポートマット材料。
前記マット材料を少なくとも約１００〜１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、前記第１の部材の前記表面と前記マット材料との間に固定領域が形成される、請求項１７に記載の断熱構造。
前記マット材料を少なくとも約１００〜１５０℃の温度条件下で少なくとも約１０分間加熱した後、前記マット材料と前記第２の部材の前記表面との間に固定領域が形成される、請求項１７に記載の断熱構造。
前記塩の含有量が、前記無機接着剤を含有する前記領域において１ｇ／ｍ^２〜２００ｇ／ｍ^２である、請求項３に記載のマット材料。