JP3959089B2 - シート状触媒担体用構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無機充填材、無機結合剤及び凝集剤を含んで成り、所定の触媒を担体させ得るシート状触媒担体用構造体の製造方法に関するものである。

近年の環境問題の意識向上に伴い、例えば種々の排気ガス浄化のためなどに用いられる浄化用触媒が広く普及しつつある。この浄化用触媒として、従来、例えば特許文献１にて開示されているような、シート状のセラミックスシートに所定の触媒を担持させたシート状触媒担体用構造体が提案されている。かかるシート状触媒担体用構造体は、主に無機酸化物から成る触媒担体、耐熱性無機繊維、及び触媒となり得る貴金属などを湿式抄造法（分散、凝集、抄紙、乾燥工程）にてシート化して得られるものであった。
特開平７−２０４５１７号公報

しかしながら、上記従来のシート状触媒担体用構造体においては、湿式抄造法にてシート状に成形するための必要な繊維が耐熱性無機繊維とされていたため、乾燥工程後の焼成工程（加熱してシート状を長期に亘って保持させる工程）を経ても溶融せず、結合剤としての機能を果たし得なかったという問題があった。然るに、湿式抄造法においては、一般的に、コロイダルシリカやアルミナなどから成る無機結合剤を添加していたが、かかる結合剤は製造過程における触媒担体用構造体中において点状に分散するため、結合力に劣るという問題があった。即ち、シート状の触媒担体用構造体を湿式抄造で製造するので、無機結合剤の内添量が少なくなり、強度を向上させることができないのである。また、焼成工程における焼結を促進させる焼結助剤を別途添加する必要があるという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焼成時において繊維状が維持され、形状保持効果を有するとともに、焼結助剤として機能させ得る鉱物繊維を具備したシート状触媒担体用構造体の製造方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、無機充填材、無機結合剤及び凝集剤を含んでなるシート状の多孔質構造体を焼成してシート状の触媒構造体を得る焼成工程を有するシート状触媒担体用構造体の製造方法において、前記シート状の多孔質構造体は、前記無機充填材、無機結合剤及び凝集剤の他、前記焼成工程における焼成温度直前まで繊維状を保持するとともに、焼成温度にて溶融して焼結作用を生じる鉱物繊維を含有したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、シート状の多孔質構造体が、焼成温度直前まで繊維状を保持しつつ焼結作用を向上させるとともに、焼成温度にて溶融して結合作用を得る鉱物繊維を含有して成るので、当該鉱物繊維により、焼成時において繊維状が維持され、且つ焼結助剤として機能するとともに、結合力の大きな結合剤として機能させることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係るシート状触媒担体用構造体は、所定の金属触媒を担持させ得るシート状の構造体から成るもので、図１に示すように、スラリー生成工程Ｓ１と、フロック生成工程Ｓ２と、シート化工程Ｓ３と、乾燥工程Ｓ４と、焼成工程Ｓ５とを経ることにより製造されるものである。尚、スラリー生成工程Ｓ１の前に、原料としての有機繊維を叩いて解す叩解工程を付加してもよい。

スラリー生成工程Ｓ１は、無機繊維、有機繊維、無機充填材、無機結合剤、有機結合剤、金属酸化物と所定の金属（例えば銅金属）から成る触媒粉末、気孔調整剤及び鉱物繊維を所定量の水に混入した後、攪拌器などにて十分に撹拌し、含有物を均一に分散させたスラリーを生成する工程である。

無機繊維は、例えばＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｃ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｏなどにより構成され、耐熱温度が１０００℃以上の繊維から成り、ウィスカも含むものである。焼成温度において熱的に安定である。有機繊維は、植物系有機繊維を使用するのが好ましく、添加により抄造後のシート状構造体の均一化、歩留まりの向上或いは高強度化を図ることができる。

無機充填材は、例えばアルミナ、フォルステライト、エンスタタイト、スピネル、シリカ、ムライト、コージェライト、ジルコン、アルミニウムチタネート、マグネシア、チタニア、ジルコニアなどの酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化チタンなどの水酸化物、炭酸カルシウムなどの炭酸塩、タルク、クレイ、カオリナイトなどの粘度、本黒、チタン黄、陶試紅などの練り込み絵の具、或いはこれらの原料となるバナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、タングステンなどの金属酸化物、セリウム、プロセオジム、ネオジム、サマリウムなどの希土類元素の酸化物などが挙げられる。

無機結合剤は、コロイダルアルミナ、コロイダルシリカ、コロイダルジルコニア、コロイダルチタニアなどが挙げられ、かかる無機結合剤により、乾燥工程Ｓ４や焼成工程Ｓ５時、含有する繊維と無機充填材とを結合させることができるとともに、当該焼成工程Ｓ５で消失した後の有機繊維の代わりに形状保持効果を奏する。有機結合剤は、抄造後のシート状構造体の補強効果を奏するものであり、添加により引っ張り強度を向上させて加工性を良好とすることができる。

触媒粉末は、既述の如く金属酸化物と所定の金属から成るものであり、期待する触媒活性に応じて選択されるべきものである。即ち、所定の金属は、金属酸化物を触媒担体として、抄造後のシート状多孔質構造体の空孔内に均一に分散されて付着され、所望の触媒反応を行う。気孔調整剤は、主に不織布の空隙率を調整する際に汎用的に用いられるものであり、例えば天然珪藻土、炭素繊維又は黒鉛等から成る。

ここで、本実施形態においては、スラリー生成工程Ｓ１において、無機充填材や無機結合剤などの他、鉱物繊維をも所定量の水に混合して生成されるスラリー中に含有させている。かかる鉱物繊維は、焼成工程Ｓ５における焼成温度（約１３００〜１５００℃）直前まで繊維状を保持するとともに、焼成温度にて溶融して焼結作用を生じるものであり、例えばセピオライト、ワラストナイト、トバモライト、ゾノトライトなどから成るロックウール、ガラスウール、スラグウール等で構成されている。

フロック生成工程Ｓ２は、スラリー生成工程Ｓ１で得られたスラリーに凝集剤を添加してフロックを生成するための工程であり、本実施形態においては、カチオン系高分子及びアニオン系高分子の２つの高分子凝集剤が使用される。これら２つの高分子凝集剤を併せて用いることにより、製造されるシート状触媒担体用構造体の歩留まりを著しく向上させることができる。

シート化工程Ｓ３は、フロック生成工程Ｓ２で得られたフロックを抄造してシート状の多孔質構造体を得るための工程であり、かかる工程を経ることにより均一な厚さのシート形状を得ることができる。得られたシート状の多孔質構造体は、乾燥工程Ｓ４を経て焼成工程Ｓ５にて焼成されることにより、シート状触媒担体用構造体となる。尚、乾燥工程Ｓ４と焼成工程Ｓ５との間に、シート化工程Ｓ５で得られたシート状多孔質構造体に対し、その表面からプレスして空隙率を制御するようにしてもよい。

焼成工程Ｓ５は、シート化工程Ｓ５で得られたシート状の多孔質構造体を焼成してシート状の触媒構造体を得るための工程であり、具体的には、既述の如く約１３００〜１５００℃まで昇温することによりシート状多孔質構造体を焼結させ、所定強度（曲げ強度）を有したシート状の触媒担体用構造体とする工程である。前述のように、焼成工程Ｓ５における鉱物繊維は、焼成温度直前までは、その繊維形状が保持されて形状保持効果を奏するとともに、焼成温度にて溶融して焼結作用を生じることにより、焼結助剤として機能する。

以上、一連の工程を経ることにより、本実施形態に係るシート状触媒担体用構造体を得ることができる。本実施形態によれば、湿式抄紙法にてシート状触媒担体用構造体が得られるため、スラリー生成工程Ｓ１時に生成するスラリーに鉱物繊維を含有させれば足りることから、既存の設備（湿式抄紙法を用いる製造設備）を流用することができる。従って、新たに別個の工程を付加するものに比べ、製造コストが嵩んでしまうのを回避することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば湿式抄造法以外の製造方法にて得られたシート状触媒担体用構造体にも適用することができる。また、含有する鉱物繊維として、焼成温度直前まで繊維状を保持するとともに、焼成温度にて溶融して焼結作用を生じるものであれば、本実施形態と異なる他の繊維状物質を使用してもよい。

次に、本発明の更に具体的な実施例について説明する。勿論、本発明はこれら実施例に限定されず、任意に変更、追加等を施すことができる。
（実施例）
有機繊維５重量部、無機充填材（粉末）８０重量部、無機結合剤５重量部、鉱物繊維（繊維長１２５μｍ）５重量部、有機結合剤５重量部を所定量の水に混入させスラリーを得た後、その中に高分子凝集剤を投入してフロックを生成し、抄造してシート状の多孔質構造体を得た。その多孔質構造体を乾燥した後、約１３００℃で焼成することにより、実施例に係るシート状触媒担体用構造体を得た。

（比較例）
有機繊維５重量部、無機充填材（粉末）８５重量部、無機結合剤５重量部、有機結合剤５重量部を所定量の水に混入させスラリーを得た後、実施例と同様に、フロックを生成し、抄造及び乾燥後、約１３００℃で焼成することにより、比較例に係るシート状触媒担体用構造体を得た。

（実験）
実施例のものと比較例のものとの物性を比較するため、３点曲げによる強度の評価（ＪＩＳ Ｒ１６０１）をそれぞれ行い、その結果を以下の表１に示す。この表１によれば、実施例のものは、鉱物繊維の添加により、比較例のものと比べて曲げ強度が著しく向上することが分かる。

無機充填材、無機結合剤及び凝集剤を含んでなり、焼成温度直前まで繊維状を保持するとともに、焼成温度にて溶融して焼結作用を生じる鉱物繊維を含有して成るシート状触媒担体用構造体の製造方法であれば、種々他の原料を含有したものにも適用することができる。

本発明の実施形態に係るシート状触媒担体用構造体の製造工程を示すフローチャート

符号の説明

Ｓ１ スラリー生成工程
Ｓ２ フロック生成工程
Ｓ３ シート化工程
Ｓ４ 乾燥工程
Ｓ５ 焼成工程

Claims (1)

1. 無機充填材、無機結合剤及び凝集剤を含んでなるシート状の多孔質構造体を焼成してシート状の触媒構造体を得る焼成工程を有するシート状触媒担体用構造体の製造方法において、
   前記シート状の多孔質構造体は、前記無機充填材、無機結合剤及び凝集剤の他、前記焼成工程における焼成温度直前まで繊維状を保持するとともに、焼成温度にて溶融して焼結作用を生じる鉱物繊維を含有したことを特徴とするシート状触媒担体用構造体の製造方法。

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