JP4233031B2 - Ceramic honeycomb filter and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ディーゼル機関の排出ガス中に含まれる微粒子を除去するためのセラミックハニカムフィルタ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic honeycomb filter for removing fine particles contained in exhaust gas of a diesel engine and a method for manufacturing the same.
ディーゼル機関から排出される微粒子を除去するため、セラミックハニカム構造体の隔壁を多孔質構造とし、その隔壁に微粒子を含んだ排気ガスを通過せしめる構造の微粒子捕集用フィルタ(ディーゼルパティキュレートフィルタ)を採用する検討が進められている。このフィルタの特性に関しては、微粒子の捕集効率、圧力損失(圧損)、微粒子の捕集時間(捕集開始から一定圧損に達するまでの時間)の3つが重要とされている。中でも、捕集効率と圧損は相反する関係にあり、捕集効率を高くしようとすると、圧損が増大し、捕集時間が短くなり、また圧損を低くすると、捕集時間は長くできるが、捕集効率が悪くなる。これらの相反するフィルタの特性を満足するように、セラミックハニカム構造体に対しては、下記のように、気孔率、平均細孔径、隔壁表面に存在する細孔の大きさを制御する技術が従来から検討されてきた。 In order to remove particulates discharged from diesel engines, a filter for collecting particulates (diesel particulate filter) that has a porous structure for the partition walls of the ceramic honeycomb structure and allows exhaust gas containing particulates to pass through the partition walls. Consideration is underway. Regarding the characteristics of this filter, three are important: the collection efficiency of fine particles, the pressure loss (pressure loss), and the collection time of fine particles (the time from the start of collection until reaching a certain pressure loss). In particular, the collection efficiency and the pressure loss are in a contradictory relationship. If you try to increase the collection efficiency, the pressure loss increases and the collection time is shortened, and if the pressure loss is low, the collection time can be increased, The efficiency of collection becomes worse. In order to satisfy these contradictory filter characteristics, a technology for controlling the porosity, the average pore diameter, and the size of the pores existing on the partition walls has been conventionally applied to the ceramic honeycomb structure as follows. Has been considered.
特公平3−10365号公報では、フィルタ隔壁表面に存在する細孔を、孔径5〜40μmの小孔と、孔径40〜100μmの大孔とから構成し、該小孔の数が該大孔の数の5〜40倍となるように構成することにより、捕集効率を初期から高い値に維持できると共に、圧力損失の低い排ガス浄化用フィルタの得られることが開示されている。一方、隔壁内部に存在する内部細孔の平均孔径は15μmより大きく、かつ累積細孔容積は0.3〜0.7cm3/gが好ましい範囲となっている。ここで、隔壁の気孔率P(体積%)の記載はないが、実施例に記載されているコージェライト材料の真比重ρを2.5g/cm3とすると、累積細孔容積V(cm3/g)から以下の計算式で算出することができる。P=100×V×ρ/(1+V×ρ)。従って、隔壁内部に存在する内部細孔の累積細孔容積の好ましい範囲0.3〜0.7cm3/gは、気孔率に換算すると42.8〜63.6体積%となる。(特許文献1参照。)
また、特公昭61−54750号公報には、オープンポロシティ(気孔率)と平均細孔径を制御することによって、高捕集率タイプから低捕集率タイプまでのフィルタを設計しうることが開示されている。本公報での好適な具体例として、第20頁の図8の点1−5−6−4を結ぶ境界内に限定される帯域内のオープンポロシティ(気孔率)及び平均気孔径(平均細孔径)が記載されている。ここで点1はオープンポロシティ58.5容量%、平均気孔直径1μm、点5はオープンポロシティ39.5容量%、平均気孔直径15μm、点6は、オープンポロシティ62.0容量%、平均気孔直径15μm、点4はオープンポロシティ90.0容量%、平均気孔直径1μmである。(特許文献2参照。)
そして、特開平9−77573号公報には、気孔率55〜80%、平均細孔径が25〜40μmであり、かつ隔壁表面の細孔は5〜40μmの小孔と40〜100μmの大孔とよりなり、該小孔の数を該大孔の数の5〜40倍とすることにより、高捕集率、低圧損、かつ低熱膨張率の特性を合わせもつハニカム構造体の得られることが開示されている。(特許文献3参照。)
In Japanese Examined Patent Publication No. 3-10365, the pores existing on the surface of the filter partition are composed of small pores having a pore diameter of 5 to 40 μm and large pores having a pore diameter of 40 to 100 μm. It is disclosed that, by configuring so as to be 5 to 40 times the number, the collection efficiency can be maintained at a high value from the beginning, and an exhaust gas purification filter with low pressure loss can be obtained. On the other hand, the average pore diameter of the internal pores existing inside the partition walls is larger than 15 μm, and the cumulative pore volume is preferably in the range of 0.3 to 0.7 cm 3 / g. Here, there is no description of the porosity P (volume%) of the partition walls, but when the true specific gravity ρ of the cordierite material described in the examples is 2.5 g / cm 3 , the cumulative pore volume V (cm 3 / G) can be calculated by the following calculation formula. P = 100 × V × ρ / (1 + V × ρ). Therefore, the preferable range of 0.3 to 0.7 cm 3 / g of the cumulative pore volume of the internal pores existing inside the partition walls is 42.8 to 63.6% by volume in terms of porosity. (See
Japanese Patent Publication No. 61-54750 discloses that a filter from a high collection rate type to a low collection rate type can be designed by controlling open porosity (porosity) and average pore diameter. ing. As a preferable specific example in this publication, the open porosity (porosity) and the average pore diameter (average pore diameter) in the zone limited to the boundary connecting the points 1-5-6-4 in FIG. ) Is described. Here,
In JP-A-9-77573, the porosity is 55 to 80%, the average pore diameter is 25 to 40 μm, and the pores on the partition wall surface are 5 to 40 μm small pores and 40 to 100 μm large pores. It is disclosed that a honeycomb structure having a high collection rate, a low pressure loss, and a low thermal expansion coefficient can be obtained by making the number of
しかしながら、上記従来の技術に示す如く気孔率、平均細孔径、隔壁表面の孔の大きさの最適化により、気孔率と捕集効率のバランスはある程度達成できるものの、隔壁自体が多孔質体であり、多孔質体の強度はその気孔率、平均細孔径と相反する関係にあることから、セラミックハニカム構造体の強度は、必然的に低下することになる。即ち、気孔率や細孔の大きさが大きくなると、セラミックハニカム構造体の強度は低下するのである。特に低圧力損失のフィルタを得るために、気孔率を60%以上、或いは平均細孔径を15μm以上にした場合は、強度低下が顕著になる。このため、低圧力損失と高捕集効率を両立させ、しかもディーゼル機関の微粒子捕集用フィルタとして使用した場合に発生する熱応力や熱衝撃応力、組立時の機械的締め付け力や振動による応力等により破損することなく、長期にわたり耐久性のあるセラミックハニカムフィルタが得られないという問題があり、ディーゼルパティキュレートフィルタの実用化の障害になっていた。 However, as shown in the above prior art, the balance between the porosity and the collection efficiency can be achieved to some extent by optimizing the porosity, average pore diameter, and pore size on the partition wall surface, but the partition itself is a porous body. The strength of the porous body is inevitably lowered because the strength of the porous body is in a relationship with the porosity and the average pore diameter. That is, as the porosity and pore size increase, the strength of the ceramic honeycomb structure decreases. In particular, when the porosity is set to 60% or more, or the average pore diameter is set to 15 μm or more in order to obtain a low pressure loss filter, the strength reduction becomes remarkable. For this reason, it is possible to achieve both low pressure loss and high collection efficiency, as well as thermal stress and thermal shock stress generated when used as a diesel particulate filter, stress due to mechanical tightening force and vibration during assembly, etc. Therefore, there is a problem that a ceramic honeycomb filter that is durable for a long period of time cannot be obtained without being damaged, and this has been an obstacle to the practical use of a diesel particulate filter.
本発明は、上記問題を解決するため、低圧力損失のフィルタが得られるように、隔壁の気孔率を60%以上、平均細孔径15μm以上としても、ディーゼル機関の微粒子捕集用フィルタとして使用した場合に発生する熱応力や熱衝撃応力、組立時の機械的締め付け力や振動による応力等により破損することなく、長期にわたり耐久性を有するセラミックハニカムフィルタ及びその製造方法を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention was used as a filter for collecting particulates of a diesel engine even when the porosity of the partition wall was 60% or more and the average pore diameter was 15 μm or more so as to obtain a low pressure loss filter. An object of the present invention is to provide a ceramic honeycomb filter having durability over a long period of time without being damaged by thermal stress or thermal shock stress generated in the case, mechanical tightening force during assembly, stress due to vibration, or the like, and a method for manufacturing the same. .
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を行った結果、製造方法に工夫を加えてハニカム構造体の隔壁に形成される細孔の分布をある一定範囲内とすることにより、低圧力損失、高捕集効率、さらには高強度の3つの特性を満足させたセラミックハニカムフィルタが得られることを見出し、本発明に想到した。
すなわち、本発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミック原料粉末に、平均粒径20μm以上、粒径20〜100μmが50%以上の粒度分布を有し略球状である造孔材を少なくとも添加した後、水等を添加混合したバッチを、押出成形後、乾燥、焼成して得られるセラミックハニカム構造体の所定の流路端部を目封止し、該流路を区画する多孔質の隔壁に排気ガスを通過せしめることにより、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するセラミックハニカムフィルタにおいて、前記多孔質隔壁を構成する多孔質セラミックスの主成分の化学組成がSiO 2 :42〜56質量%、Al 2 O 3 :30〜45質量%、MgO:12〜16質量%で、結晶相の主成分がコージェライトであり、前記多孔質隔壁は水銀圧入法により測定した場合に60〜80%の気孔率、15〜40μmの平均細孔径を有し、前記多孔質隔壁の累積細孔容積分布曲線の傾きに関する下記式(1)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Snはn番目の測定点における細孔径に対する累積細孔容積分布曲線の傾きである。)により表されるSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であることを特徴とする。
この時、Snの最大値は0.9以上であることが好ましい。
また、本発明のセラミックハニカムフィルタは、セラミック原料粉末に、平均粒径20μm以上、粒径20〜100μmが50%以上の粒度分布を有し略球状である造孔材を少なくとも添加した後、水等を添加混合したバッチを、押出成形後、乾燥、焼成して得られるセラミックハニカム構造体の所定の流路端部を目封止し、該流路を区画する多孔質の隔壁に排気ガスを通過せしめることにより、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するセラミックハニカムフィルタであって、前記多孔質隔壁表面及び、多孔質隔壁内部に触媒が担持されているセラミックハニカムフィルタにおいて、前記多孔質隔壁を構成する多孔質セラミックスの主成分の化学組成がSiO 2 :42〜56質量%、Al 2 O 3 :30〜45質量%、MgO:12〜16質量%で、結晶相の主成分がコージェライトであり、前記多孔質隔壁は水銀圧入法により測定した場合に60〜80%の気孔率、15〜40μmの平均細孔径を有し、前記多孔質隔壁の累積細孔容積分布曲線の傾きに関する下記式(1)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Snはn番目の測定点における細孔径に対する累積細孔容積分布曲線の傾きである。)により表されるSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied and, as a result, devised the manufacturing method to make the distribution of pores formed in the partition walls of the honeycomb structure within a certain range, thereby reducing the pressure. The inventors have found that a ceramic honeycomb filter satisfying three characteristics of loss, high collection efficiency, and high strength can be obtained, and the present invention has been conceived.
That is, in the ceramic honeycomb filter of the present invention, after adding at least a pore former having a particle size distribution with an average particle size of 20 μm or more and a particle size of 20 to 100 μm of 50% or more to the ceramic raw material powder, Etc., the batch ends of the ceramic honeycomb structure obtained by extruding, drying and firing the plugs are plugged, and the end portions of the predetermined flow paths are plugged, and the exhaust gas is supplied to the porous partition walls defining the flow paths. In the ceramic honeycomb filter that removes the fine particles contained in the exhaust gas by allowing it to pass through, the chemical composition of the main component of the porous ceramic constituting the porous partition wall is SiO 2 : 42 to 56 mass%, Al 2 O 3 : 30 to 45 wt%, MgO: at 12-16 wt%, the main component of the crystalline phase is cordierite, wherein when the porous partition measured by mercury porosimetry 6 80% of the porosity has an average pore diameter of 15 ~40Myuemu, following equation for the slope of the cumulative pore volume distribution curve of the porous partition walls (1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n−1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) th measurement point,
Sn is the slope of the cumulative pore volume distribution curve with respect to the pore diameter at the nth measurement point. The maximum value of S n represented by), characterized in that at least 0.7 at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m.
In this case, the maximum value of S n is not preferable to be 0.9 or more.
In the ceramic honeycomb filter of the present invention, after adding at least a pore former having a particle size distribution with an average particle size of 20 μm or more and a particle size of 20 to 100 μm of 50% or more to the ceramic raw material powder, Etc., the batch ends of the ceramic honeycomb structure obtained by extruding, drying and firing the plugs are plugged, and the end portions of the predetermined flow paths are plugged, and the exhaust gas is supplied to the porous partition walls defining the flow paths. A ceramic honeycomb filter that removes particulates contained in exhaust gas by allowing it to pass through, wherein the porous partition wall is formed in the ceramic honeycomb filter in which a catalyst is supported on the surface of the porous partition wall and inside the porous partition wall. configured to porous main component of the ceramic chemical composition SiO 2: 42 to 56 wt%, Al 2 O 3: 30~45 wt%, MgO: 12 to 16 mass In the main component of the crystalline phase is cordierite, the porous partition porosity of 60-80% when measured by mercury porosimetry, has an average pore diameter of 15 ~40Myuemu, of the porous partition walls The following formula (1) regarding the slope of the cumulative pore volume distribution curve
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n−1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) th measurement point,
Sn is the slope of the cumulative pore volume distribution curve with respect to the pore diameter at the nth measurement point. The maximum value of S n represented by), characterized in that at least 0.7 at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m.
次に、本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法は、セラミック原料粉末に、造孔材、水等を添加混合したバッチを押出成形後、乾燥、焼成して得られるセラミックハニカム構造体の所定の流路端部を目封止し、該流路を区画する多孔質の隔壁に排気ガスを通過せしめることにより、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、前記造孔材は、平均粒径20μm以上、粒径20〜100μmが50%以上を占める粒度分布を有し略球状かつ中空であることを特徴とする。
更に、本発明の製造方法おいて、前記多孔質隔壁を構成する多孔質セラミックスの主成分の化学組成がSiO 2 :42〜56質量%、Al 2 O 3 :30〜45質量%、MgO:12〜16質量%で、結晶相の主成分がコージェライトであり、前記セラミックハニカムフィルタの多孔質隔壁は水銀圧入法により測定した場合に60〜80%の気孔率、15〜40μmの平均細孔径を有し、n番目の測定点における細孔径に対する前記隔壁の累積細孔容積分布曲線の傾きSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であり、前記累積細孔容積分布曲線の傾きSnは下記式(1)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)である。)
により表されることが好ましい。
Next, in the method for manufacturing a ceramic honeycomb filter of the present invention, a predetermined flow of a ceramic honeycomb structure obtained by extruding, drying and firing a batch obtained by adding a pore former, water and the like to a ceramic raw material powder is mixed. A method for manufacturing a ceramic honeycomb filter, wherein fine particles contained in exhaust gas are removed by plugging a road end and allowing exhaust gas to pass through a porous partition wall defining the flow path. The pore material is characterized by having an average particle size of 20 μm or more and a particle size distribution in which a particle size of 20 to 100 μm occupies 50% or more and is substantially spherical and hollow .
Furthermore, keep the production method of the present invention, the main component of the chemical composition of the porous ceramics constituting the porous partition walls SiO 2: 42 to 56 wt%, Al 2 O 3: 30~45 wt%, MgO: 12 ˜16% by mass, the main component of the crystal phase is cordierite, and the porous partition walls of the ceramic honeycomb filter have a porosity of 60 to 80% and an average pore diameter of 15 to 40 μm when measured by a mercury intrusion method. a maximum value of the slope S n of a cumulative pore volume distribution curve of the barrier to the pore size in the n-th measurement point, is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, the cumulative pore volume slope S n is represented by the following formula of the distribution curve (1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n-1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) -th measurement point. )
Is preferably represented by:
次に、本発明における作用効果につき説明する。
本発明のセラミックハニカムフィルタでは、セラミックハニカム構造体の多孔質隔壁は水銀圧入法により測定した場合に60〜80%の気孔率、15〜40μmの平均細孔径を有し、前記多孔質隔壁の累積細孔容積分布曲線(横軸を細孔径とし、縦軸を累積細孔容積とするグラフで表される曲線)の傾きに関する下記式(1)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Snはn番目の測定点における細孔径に対する累積細孔容積分布曲線の傾きである。)により表されるSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であることから、高気孔率で細孔分布がシャープとなり、平均細孔径を中心とした細孔の占める割合が多くなるため、圧力損失が低く抑えられると共に、強度を高く維持することが可能となるのである。
ここで、累積細孔容積分布曲線の傾きSnを限定した理由について詳細に説明する。
セラミックハニカム構造体の強度は、気孔率や平均細孔径の影響を受けるのは勿論であるが、細孔径分布に依存することが大きく、特に細孔径分布をシャープに、言い換えれば細孔寸法の均一性を向上させることにより、気孔率が60〜80%、平均細孔径15〜40μmであっても高強度の得られることを見出したことによる。
ここで気孔率、平均細孔径、累積細孔容積分布曲線の傾きSnは、Micromeritics社製のオートポアIII9410を使用し、水銀圧入法で測定した。この水銀圧入法の測定においては、測定用の試料を測定セル内に収納し、セル内を減圧した後、水銀を導入して、加圧し、このときの圧力と試料内に存在する細孔中に押し込まれた水銀の体積との関係から、細孔径と累積細孔容積の関係を求める。即ち、加圧力が大きいと、より微細な細孔にまで水銀が浸入し、加圧力に相当する微細な細孔の容積が測定される。このため、測定は、細孔径の大きいものから小さいものへと順次行われる。このとき、測定開始から、(n―1)番目の測定点における細孔径Dn−1、及び累積細孔容積Vn-1と、(n)番目の測定点における細孔径Dnと累積細孔容積Vnから、上記式(1)により求めたものが、(n)番目の測定点における傾きSnとなる。Snの測定結果の一例を図3に示す。図3において点aは1番目と2番目の測定点における細孔径D1、D2及び累積細孔容積V1、V2から求めた傾きS1[(V1−V2)/(logD1−logD2)]であり、点bは2番目と3番目の測定点における細孔径D2、D3及び累積細孔容積V2、V3から求めた傾きS2[(V2−V3)/(logD2−logD3)]である。
ここで、図3に示す細孔径と累積細孔容積分布曲線の傾きSnの分布から、Snの最大値が0.7未満であると細孔径分布はブロードであり、Snの最大値が0.7以上であれば細孔径分布は非常にシャープであることが分かる。細孔径分布がブロードであると、強度低下の原因である粗大細孔や、微粒子が目詰まりして圧損増大の原因となる微細細孔の割合が低下し、低圧損と高強度の両立が困難なるが、Snの最大値が0.7以上になると、細孔径分布がシャープになるので、粗大細孔や微細細孔の割合が低下し、低圧損と高強度の両立が達成できる。これは、累積細孔容積分布曲線の傾きSnの最大値とA軸圧縮強度比の関係を示す図4からも明らかである。、ここで、A軸圧縮強度比とは従来品レベルを1.0として求めたA軸圧縮強度の相対値である。Snの最大値が0.7以上になると、A軸圧縮強度は従来品レベル(例えばSnの最大値が0.6以下の領域)の1.5以上となることが判る。すなわち、Snの最大値が0.7以上になると、セラミックハニカム構造体の機械的強度は著しく向上することが分かる。低圧力損失と高強度を両立させるためにはSnの最大値は0.9以上がより好ましい。
ここで、セラミックハニカム構造体の気孔率を60%以上に限定するのは、気孔率が60%未満ではフィルタの圧力損失が高くなるからである。また、気孔率が80%を越えると、フィルタの強度が低下すると共に、微粒子の捕集効率も悪くなるから気孔率60〜80%が好ましい範囲である。さらには、気孔率65%以上で、圧力損失を低減する効果が更に大きくなり、気孔率75%以下で、強度や捕集効率の低下をより小さくできることから気孔率65〜75%がより好ましい範囲である。
また、セラミックハニカム構造体中に存在する細孔の平均細孔径を15μm以上に限定するのは、平均細孔径が15μm未満ではフィルタの圧力損失が大きくなってしまうからである。また、平均細孔径が40μmを超える場合、フィルタの強度が低下すると共に、小さな微粒子が捕捉されずにフィルタを通過してしまい捕集効率が悪くなるから平均細孔径15〜40μmが好ましい範囲である。さらに、平均細孔径25μm以下で、強度や捕集効率の低下をより小さくできることから、平均細孔径15〜25μmが低圧力損失と高強度の相反する特性の両立が達成できるより好ましい範囲である。
Next, the effect in this invention is demonstrated.
In the ceramic honeycomb filter of the present invention, the porous partition walls of the ceramic honeycomb structure have a porosity of 60 to 80% and an average pore diameter of 15 to 40 μm when measured by a mercury intrusion method. The following formula (1) regarding the slope of the pore volume distribution curve (curve represented by a graph in which the horizontal axis is the pore diameter and the vertical axis is the cumulative pore volume)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n−1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) th measurement point,
Sn is the slope of the cumulative pore volume distribution curve with respect to the pore diameter at the nth measurement point. The maximum value of S n represented by) is because it is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, the pore distribution becomes sharp, high porosity, with a focus on the average pore diameter was pores Since the proportion occupied is large, the pressure loss can be kept low and the strength can be kept high.
It will now be described in detail the reasons for limiting the inclination S n of a cumulative pore volume distribution curve.
The strength of the ceramic honeycomb structure is, of course, influenced by the porosity and average pore diameter, but is highly dependent on the pore diameter distribution, and in particular, the pore diameter distribution is sharp, in other words, the pore size is uniform. This is because it has been found that high strength can be obtained even when the porosity is 60 to 80% and the average pore diameter is 15 to 40 μm .
Here the porosity, average pore diameter, the slope S n of a cumulative pore volume distribution curve, using a Micromeritics Co. Autopore III9410, measured by mercury porosimetry. In this mercury intrusion measurement, a sample for measurement is stored in a measurement cell, the inside of the cell is decompressed, mercury is introduced and pressurized, and the pressure at this time and the pores present in the sample are measured. From the relationship with the volume of mercury pushed in, the relationship between the pore diameter and the cumulative pore volume is obtained. That is, when the applied pressure is large, mercury enters the finer pores, and the volume of the fine pores corresponding to the applied pressure is measured. For this reason, the measurement is sequentially performed from a large pore diameter to a small one. At this time, from the start of measurement, the pore diameter D n-1 and cumulative pore volume V n-1 at the (n -1 ) th measurement point, and the pore diameter D n and cumulative fineness at the (n) th measurement point. from pore volume V n, as determined by the above equation (1) becomes the slope S n in (n) th measurement point. An example of measurement results of the S n shown in FIG. FIG point in 3 a the
Here, the distribution of the slope S n of the pore size and the cumulative pore volume distribution curve shown in FIG. 3, the pore size distribution and the maximum value of S n is smaller than 0.7 is broad, the maximum value of S n It can be seen that the pore size distribution is very sharp when the value is 0.7 or more. If the pore size distribution is broad, the proportion of coarse pores that cause strength reduction and fine pores that cause clogging of fine particles and increase in pressure loss will decrease, making it difficult to achieve both low pressure loss and high strength. It becomes, but when the maximum value of S n is 0.7 or more, since the pore size distribution becomes sharp, decreases the proportion of coarse pores and fine pores, both low pressure loss and high strength can be achieved. This is also clear from FIG. 4 showing the relationship between the maximum value and the A-axis compressive strength ratio of the slope S n of a cumulative pore volume distribution curve. Here, the A-axis compressive strength ratio is a relative value of the A-axis compressive strength obtained by setting the conventional product level to 1.0. If the maximum value of S n is 0.7 or more, A-axis compressive strength is seen that conventional level (maximum value of, for example, S n is 0.6 or less in the region) becomes 1.5 or more. That is, when the maximum value of S n is 0.7 or more, the mechanical strength of the ceramic honeycomb structure can be seen that significantly improved. The maximum value of S n in order to achieve both low pressure loss and high strength is more preferably 0.9 or more.
Here, the porosity of the ceramic honeycomb structure is limited to 60% or more because the pressure loss of the filter increases when the porosity is less than 60%. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the strength of the filter is lowered and the collection efficiency of the fine particles is deteriorated. Therefore, the porosity is preferably 60 to 80%. Furthermore, when the porosity is 65% or more, the effect of reducing the pressure loss is further increased, and when the porosity is 75% or less, the decrease in strength and collection efficiency can be further reduced. Therefore, the porosity is more preferably 65 to 75%. It is.
The reason why the average pore diameter of the pores present in the ceramic honeycomb structure is limited to 15 μm or more is that the pressure loss of the filter increases if the average pore diameter is less than 15 μm. In addition, when the average pore diameter exceeds 40 μm, the strength of the filter is lowered, and small fine particles are not captured but pass through the filter, so that the collection efficiency is deteriorated. Therefore, the average pore diameter of 15 to 40 μm is a preferable range. . Furthermore, since the decrease in strength and collection efficiency can be further reduced when the average pore diameter is 25 μm or less, the average pore diameter of 15 to 25 μm is a more preferable range in which both low pressure loss and high strength conflicting characteristics can be achieved.
そして、本発明のセラミックハニカムフィルタにおいて、ハニカム構造体の隔壁を構成する多孔質セラミックスの主成分の化学組成がSiO2:42〜56質量%、Al2O3:30〜45質量%、MgO:12〜16質量%で、結晶相の主成分がコージェライトであることが好適としたのは、元来コージェライトが有する低熱膨張性を利用し、熱衝撃が加わってもクラックの発生しにくいセラミックハニカムフィルタが得られるからである。
In the ceramic honeycomb filter of the present invention, the chemical composition of the main components of the porous ceramics constituting the partition walls of the honeycomb structure is SiO 2 : 42 to 56 mass%, Al 2 O 3 : 30 to 45 mass%, MgO: The reason why the main component of the crystal phase is cordierite is 12 to 16% by mass is to use the low thermal expansion inherent in cordierite, and it is difficult to generate cracks even when a thermal shock is applied. This is because a honeycomb filter is obtained.
また、多孔質隔壁表面及び多孔質隔壁内部に触媒が担持されているセラミックハニカムフィルタにおいて、セラミックハニカム構造体の多孔質隔壁は水銀圧入法により測定した場合に60〜80%の気孔率、15〜40μmの平均細孔径を有し、前記多孔質隔壁の累積細孔容積分布曲線(横軸を細孔径とし、縦軸を累積細孔容積とするグラフで表される曲線)の傾きに関する下記式(1)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Snはn番目の測定点における細孔径に対する累積細孔容積分布曲線の傾きである。)により表されるSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であることから、前述したような低圧力損失、高捕集効率、高強度を両立させる効果が、隔壁表面及び隔壁内部に触媒が担持されているセラミックハニカムフィルタにおいて顕著であるからである。
Further, in the ceramic honeycomb filter in which the catalyst is supported on the surface of the porous partition wall and inside the porous partition wall, the porous partition wall of the ceramic honeycomb structure has a porosity of 60 to 80% when measured by a mercury intrusion method, and 15 to An average pore diameter of 40 μm , and the following formula (indicated by a graph represented by a graph in which the horizontal axis represents the pore diameter and the vertical axis represents the cumulative pore volume) of the porous partition wall (the curve represented by the horizontal axis) ( 1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n−1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) th measurement point,
Sn is the slope of the cumulative pore volume distribution curve with respect to the pore diameter at the nth measurement point. The maximum value of S n represented by) is because it is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, the effect to achieve both low pressure loss as described above, a high collection efficiency, a high strength, This is because it is remarkable in the ceramic honeycomb filter in which the catalyst is supported on the partition wall surface and inside the partition wall.
次に、本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法は、セラミック原料粉末に、造孔材、水等を添加混合したバッチを押出成形後、乾燥、焼成して得られるセラミックハニカム構造体の所定の流路端部を目封止し、該流路を区画する多孔質の隔壁に排気ガスを通過せしめることにより、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するセラミックハニカムフィルタの製造方法であって、前記造孔材は、平均粒径20μm以上、粒径20〜100μmが50%以上を占める粒度分布を有し略球状かつ中空であることを特徴とする。
まずセラミックス原料粉末に、平均粒径20μm以上、特に粒径20〜100μmが50%以上を占める粒度分布を有し略球状かつ中空である造孔材を焼成後の気孔率が60〜80%得られる範囲で添加する。この混合物に対して必要に応じてバインダー、潤滑剤等の成形助剤を加え、混合した後、水を添加して可塑化可能なバッチを作製する。このバッチを公知の押出成形法によりハニカム構造の成形体を押出し成形した後、乾燥、造孔材の燃焼除去、焼成を行うことにより、隔壁中にセラミックス固有の微細孔及び造孔材燃焼除去後の痕跡により形成された細孔を有するハニカム構造体を得る。このように、セラミックスが元来保有する微細孔と粒径が揃った粒度分布を有し略球状である造孔材(平均粒径20μm以上で、粒径20〜100μmが50%以上を占める)により形成された細孔との組合せにより、隔壁の平均細孔径を15〜25μmの範囲に収めることが出来るのと共に、細孔分布のシャープさを示すSnの最大値を0.7以上とすることができる。特に、コージェライト質セラミックスは、元来1〜20μm程度の細孔径の細孔を有すので、平均粒径20μm以上で、粒径20〜100μmが50%以上を占める粒度分布を有し略球状である造孔材との組合せが有効である。また、造孔材が略球状であることから、隔壁中に形成される細孔も略球状となるため、細孔への応力集中を低減することができ、優れた機械的強度を有するセラミックハニカム構造体が得られるため、低圧力損失と高強度を両立させたセラミックハニカムフィルタを製造することが可能となる。なお略球状の造孔材は、公知のグラファイト、小麦粉、樹脂粉末等であり、平均粒径20μm以上、粒径20〜100μmが50%以上を占める粒度分布となるように分級するのが好ましい。また樹脂粉末を使用する場合、その製造条件を調整して、平均粒径20μm以上、粒径20〜100μmが50%以上を占める粒度分布としても良い。
本発明の製造方法において、前記造孔剤は中空であることが好ましいのは、造孔材が中空であると、造孔材を燃焼除去する際に、容易に隔壁中から除去することが可能となり、燃焼除去の際に隔壁に亀裂が入るといった問題が起こり難く、製造歩留まりが向上するからである。
更に、本発明の製造方法において、前記多孔質隔壁を構成する多孔質セラミックスの主成分の化学組成がSiO 2 :42〜56質量%、Al 2 O 3 :30〜45質量%、MgO:12〜16質量%で、結晶相の主成分がコージェライトであり、前記セラミックハニカムフィルタの多孔質隔壁は水銀圧入法により測定した場合に60〜80%の気孔率、15〜40μmの平均細孔径を有し、n番目の測定点における細孔径に対する前記隔壁の累積細孔容積分布曲線の傾きSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であり、前記累積細孔容積分布曲線の傾きSnは下記式(1)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)である。)
により表されることが好ましいのは、前述のように、低圧力損失と高強度を両立させることができるからである。
Next, in the method for manufacturing a ceramic honeycomb filter of the present invention, a predetermined flow of a ceramic honeycomb structure obtained by extruding, drying and firing a batch obtained by adding a pore former, water and the like to a ceramic raw material powder is mixed. A method for manufacturing a ceramic honeycomb filter, wherein fine particles contained in exhaust gas are removed by plugging a road end and allowing exhaust gas to pass through a porous partition wall defining the flow path. The pore material is characterized by having an average particle size of 20 μm or more and a particle size distribution in which a particle size of 20 to 100 μm occupies 50% or more and is substantially spherical and hollow .
First ceramic raw material powder, the average particle diameter of 20μm or more, a porosity of 60-80% obtained after firing the pore former is particularly
In the production method of the present invention, the pore former is preferably hollow. When the pore former is hollow, it can be easily removed from the partition wall when the pore former is burned and removed. This is because the problem that the partition wall cracks during combustion removal hardly occurs and the manufacturing yield is improved.
Further, in the manufacturing method of the present invention, the main component of the chemical composition of the porous ceramics constituting the porous partition walls SiO 2: 42 to 56 wt%, Al 2 O 3: 30~45 wt%, MgO:. 12 to 16 mass%, the main component of the crystal phase is cordierite, and the porous partition walls of the ceramic honeycomb filter have a porosity of 60 to 80% and an average pore diameter of 15 to 40 μm when measured by mercury porosimetry. and, the maximum value of the slope S n of a cumulative pore volume distribution curve of the barrier to the pore size in the n-th measurement point, is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, the cumulative pore volume distribution The slope S n of the curve is the following formula (1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n-1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) -th measurement point. )
As described above, it is preferable that both low pressure loss and high strength can be achieved.
本発明のセラミックハニカムフィルタ及びその製造方法によれば、セラミックハニカムフィルタを構成するセラミックハニカム構造体の隔壁中の細孔の累積細孔容積分布曲線における傾きSnの最大値を0.7以上とすることにより、気孔率が60%以上、平均細孔径が15μm以上の高い値であっても、ディーゼルパティキュレートフィルタとして使用した際に、相反する性質である、低圧力損失と高捕集効率の両特性を両立させることが可能である。しかも使用時の熱応力や熱衝撃応力、組立持の機械的締め付け力や振動による応力に対しても破損しない、耐久性に優れたセラミックハニカムフィルタが得られる。 According to the ceramic honeycomb filter and production method thereof of the present invention, the maximum value of the inclination S n in a cumulative pore volume distribution curve of the pores in the partition walls of the ceramic honeycomb structural body constituting the ceramic honeycomb filter of 0.7 or more and Thus, even when the porosity is 60% or more and the average pore diameter is 15 μm or more, when used as a diesel particulate filter, it is a contradictory property, which is low pressure loss and high collection efficiency. It is possible to make both characteristics compatible. Moreover, a ceramic honeycomb filter having excellent durability that is not damaged by thermal stress or thermal shock stress during use, mechanical clamping force during assembly, or stress due to vibration can be obtained.
以下、本発明の実際の実施例を説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although the actual Example of this invention is described, this invention is not limited to them.
SiO2が42〜56質量%、Al2O3が30〜45質量%、MgOが12〜16質量%となるようにカオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、タルク等のコージェライト化セラミック原料粉末にバインダー、潤滑剤、及び造孔材としてNo.1〜3の3種類の球状樹脂粉末をそれぞれ所定量混合した。この時、造孔材として使用した球状樹脂粉末の粒度分布を図5に、また平均粒径及び20〜100μmの粒径の割合を表1に示す。次に、この混合物に水を添加して可塑化可能なバッチを作製し、このバッチを公知の押出成形法により、円筒形ハニカム構造体を成形した。次いでこの成形体を乾燥した上で1380〜1420℃の温度域で焼成して、第1図(a)、(b)の正面図及び側面図に示すように、多孔質セラミック隔壁3と貫通孔2からなり、造孔材No.1〜3に対応した試験No.1〜3の3種類のコージェライト質セラミックハニカム構造体1を得た。得られたハニカム構造体の直径は143mm、長さ152mmで、隔壁の壁厚が0.3mm、1cm2当たりの流路の数が46個であった。
Cordierite such as kaolin, calcined kaolin, alumina, aluminum hydroxide, silica, talc, etc., so that SiO 2 is 42 to 56 mass%, Al 2 O 3 is 30 to 45 mass%, and MgO is 12 to 16 mass%. As a binder, a lubricant, and a pore-forming material in the ceramic raw powder, No. A predetermined amount of each of the three types of
得られた試験No.1〜3の3種類のコージェライト質セラミックハニカム構造体の気孔率、平均細孔径、累積細孔容積分布曲線の傾きSnをMicromeritics社製のオートポアIII9410を使用し、水銀圧入法で測定した。測定で得られた数値は、試料に加えた水銀の圧力と試料中に圧入された水銀の体積であるが、(n)番目の測定点の細孔径Dnは(2)式より、(n)番目の測定点の累積細孔容積Vnは(3)式より計算した。
(n)番目の測定点の細孔径Dn=−4αcosθ/Pn (2)
ここで、αは、水銀の表面張力(4.935×10−4kg/cm)
θは、水銀と固体の接触角(130°)
Pnは、(n)番目の測定点の水銀の圧力である。
(n)番目の測定点の累積細孔容積Vn=vn/w (3)
ここで、vnは、(n)番目の測定点の試料中に圧入された試料の体積
wは、試料の重量である。
得られた細孔径と累積細孔容積との関係(累積細孔容積分布曲線)を図6に示す。図6から明らかなように、約10μm〜約100μmの間で、試験No.1のハニカム構造体の累積細孔容積分布曲線の傾きは非常に急峻であり、試験No.2のハニカム構造体の累積細孔容積分布曲線の傾きも急峻であるが、試験No.3のハニカム構造体の累積細孔容積分布曲線の傾きは比較的緩やかであった。
上記と図6に示す累積細孔容積分布曲線から、試験No.1〜3のハニカム構造体の累積細孔容積分布曲線の傾きSnを求めた。累積細孔容積分布曲線の傾きSnは、測定データのプロットから滑らかな近似曲線を求め、その曲線上で細孔径の微小間隔における微分値として求めるべきところであるが、図6から明らかなように、累積細孔分布曲線は十分に滑らかであり、且つ測定点は細孔径の対数(logDn)に関して実質的に等間隔であるので、(n)番目の測定点と(nー1)番目の測定点における細孔径、および累積細孔容積の測定値から、傾きSnを求めても、誤差は殆どない。このようにして得られた各ハニカム構造体の細孔径と累積細孔容積分布曲線の傾きSnの関係を図7に示す。図6の累積細孔容積分布曲線で傾きが最も急峻であった試験No.1のハニカム構造体のSnが最も高く、次に急峻であった試験No.2のハニカム構造体のSnが次に高く、傾きが比較的緩やかであった試験No.3のハニカム構造体のSnは最も小さかった。このようにして求めたSnの最大値、及び気孔率、平均細孔径の測定結果を表2に記載した。
Test No. obtained The porosity of the three types of cordierite ceramic honeycomb
(N) Pore diameter D n = −4αcos θ / Pn at the second measurement point (2)
Where α is the surface tension of mercury (4.935 × 10 −4 kg / cm)
θ is the contact angle between mercury and solid (130 °)
Pn is the mercury pressure at the (n) th measurement point.
(N) Cumulative pore volume V n = v n / w at the third measurement point (3)
Here, v n is the volume of the sample is pressed into a sample of the (n) th measurement point
w is the weight of the sample.
FIG. 6 shows the relationship between the obtained pore diameter and the cumulative pore volume (cumulative pore volume distribution curve). As apparent from FIG. 6, test Nos. No. 1 honeycomb structure has a very steep slope of the cumulative pore volume distribution curve. No. 2 honeycomb structure has a steep slope of the cumulative pore volume distribution curve. The slope of the cumulative pore volume distribution curve of No. 3 honeycomb structure was relatively gentle.
From the cumulative pore volume distribution curve shown above and FIG. It was determined slope S n of a cumulative pore volume distribution curve of 1-3 of the honeycomb structure. Slope S n of a cumulative pore volume distribution curve, determined a smooth approximation curve from a plot of measured data, but on the curve is where should seek a differential value at a minute interval of pore size, as is clear from FIG. 6 Since the cumulative pore distribution curve is sufficiently smooth and the measurement points are substantially equally spaced with respect to the logarithm of the pore diameter (logD n ), the (n) th measurement point and the (n−1) th measurement point Even if the slope Sn is obtained from the measured pore diameter at the measurement point and the measured value of the cumulative pore volume, there is almost no error. FIG. 7 shows the relationship between the pore diameter of each honeycomb structure thus obtained and the slope Sn of the cumulative pore volume distribution curve. In the cumulative pore volume distribution curve of FIG. Test No. 1 in which the honeycomb structure No. 1 had the highest Sn and the next steepest was obtained. Then
上記のように作製したセラミックハニカム構造体の端面を、第2図(a)、(b)にその正面図及び側面図を示すように封じ材5により目封じし、多孔質セラミックハニカムフィルタを得た。
この得られた多孔質セラミックハニカムフィルターのフィルター特性を、圧損、耐破損性について評価を行った。その結果を合せて表2に示す。
ここで、圧損は、圧力損失テストスタンドにて所定流量の空気を流した時のハニカムフィルター流入前と流出後の圧力損失で評価を行ない、実用的に許容される値以下の圧力損失であれば合格とし(○)で、実用的に許容される圧力損失を超える圧力損失であれば不合格とし(×)で示した。耐破損性は、A軸圧縮強度比の値で評価し、これが従来品レベルを1.0として、1.5以上の場合は合格とし(○)で、更に2.0以上の好ましい場合は(◎)で、1.5未満の場合には不合格とし(×)で示した。 また、A軸圧縮強度の測定は、社団法人自動車技術会が定める規格M505−87「自動車排気ガス浄化触媒用セラミックモノリス担体の試験方法」に従って行った。
そして、総合判定として、圧損、耐破損性のいずれも合格であるものを(○)、そのうち(◎)判定があった場合は(◎)、いずれか1つでも不合格であるものを(×)で評価した。
The end face of the ceramic honeycomb structure produced as described above is sealed with a sealing
The filter characteristics of the obtained porous ceramic honeycomb filter were evaluated for pressure loss and breakage resistance. The results are shown in Table 2.
Here, the pressure loss is evaluated by the pressure loss before and after the inflow of the honeycomb filter when a predetermined flow rate of air is flowed in the pressure loss test stand. If the pressure loss exceeds a practically acceptable pressure loss with a pass (◯), it was determined to be a failure and indicated with (×). The breakage resistance is evaluated by the value of the A-axis compression strength ratio, and this is a conventional product level of 1.0, when it is 1.5 or more, it is a pass (◯), and when 2.0 or more is preferable ( In (◎), when it was less than 1.5, it was judged as rejected and indicated by (x). The A-axis compressive strength was measured according to the standard M505-87 “Testing method for ceramic monolithic carrier for automobile exhaust gas purification catalyst” established by the Japan Society for Automotive Engineers.
And as a comprehensive judgment, (○) indicates that both the pressure loss and breakage resistance are acceptable, and (◎) indicates that the judgment is (◎), and if any one fails (×) ).
表2に示す結果のうち、本発明例である試験No.1〜2に示すセラミックハニカムフィルタ及び製造方法では、累積細孔容積分布曲線における傾きSnの最大値が0.7以上であることから、気孔率が60〜80%、平均細孔径が15〜40μmという多孔質材料であっても、圧力損失が低く、耐破損性についても合格し、総合判定は(○)及び(◎)であった。
一方、表2に示す結果のうち、比較例の試験No.3に示すセラミックハニカムフィルタ及び製造方法は、累積細孔容積分布曲線における傾きSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7を下まわったことから、圧力損失は合格したが、耐破損性は不合格(×)となり、総合判定は(×)であった。
以上、表2の結果から明らかなように、微粒子捕集用フィルターとして重要な特性である圧力損失、耐破損性の結果から総合判定すると、本発明の実施例である試験No.1〜2のセラミックハニカムフィルタ及び製造方法はいずれも圧損特性、耐破損性を満足するフィルタであった。
Among the results shown in Table 2, test No. which is an example of the present invention. The ceramic honeycomb filter and a manufacturing method shown in 1-2, since the maximum value of the inclination S n in a cumulative pore volume distribution curve is 0.7 or more, a porosity of 60-80%, an average pore diameter of 15 ~ Even with a porous material of 40 μm , the pressure loss was low and the breakage resistance was passed, and the overall judgment was (◯) and (◎).
Meanwhile, among the results shown in Table 2, a ceramic honeycomb filter and production method in Test No.3 of the comparative example, the maximum value of the inclination S n in a cumulative pore volume distribution curve, in the range of pore diameter 15~30μm Although the pressure loss passed because it was below 0.7, the breakage resistance was rejected (x), and the overall judgment was (x).
As can be seen from the results in Table 2, when the overall judgment is made based on the results of pressure loss and breakage resistance, which are important characteristics as a particulate collection filter, the test No. which is an example of the present invention. Both the
実施例1の試験No.1と同様の可塑化可能なバッチを作製し、このバッチを公知の押出成形法により、円筒形ハニカム構造体を成形した。この際各種の隔壁厚さ、1cm2当たりの流路の数が得られるよう公知の金型の寸法を調整した。次いでこの成形体を乾燥した上で1380〜1420℃の温度域で焼成して、多孔質セラミック隔壁3と貫通孔2からなる各種コージェライト質セラミックハニカム構造体1を得た。得られたハニカム構造体の直径は143mm、長さ152mmで、試験No.4〜8に示すように隔壁の壁厚が0.15mm〜0.33mm、1cm2当たりの流路の数が39〜62個での5種類であった。
以下、実施例1と同様の方法により、端面の目封じを行った上で、フィルター特性である圧損と耐破損性についての測定を行った。その結果を表3に示す。なお、試験No.4〜8のいずれも、気孔率は65%、平均細孔径は20.8%、累積細孔容積分布曲線における傾きSnの最大値は1.12であった。
Test No. 1 of Example 1 A plasticizable batch similar to 1 was prepared, and a cylindrical honeycomb structure was formed from this batch by a known extrusion method. At this time, the dimensions of the known mold were adjusted so that various partition wall thicknesses and the number of channels per 1 cm 2 were obtained. Next, this formed body was dried and then fired in a temperature range of 1380 to 1420 ° C. to obtain various cordierite
Hereinafter, the end face was sealed by the same method as in Example 1, and then pressure loss and breakage resistance, which are filter characteristics, were measured. The results are shown in Table 3. In addition, Test No. Both 4-8, porosity 65%, mean pore diameter 20.8%, the maximum value of the inclination S n in a cumulative pore volume distribution curve was 1.12.
表3に示すように、本発明例である試験No.4〜8に示すセラミックハニカムフィルタは、いずれの隔壁構造であっても、フィルター特性の総合判定は(○)、または(◎)であった。 As shown in Table 3, test No. which is an example of the present invention. In the ceramic honeycomb filters shown in 4 to 8, regardless of the partition wall structure, the comprehensive judgment of the filter characteristics was (◯) or (◎).
実施例1で使用した、試験No.1〜3のセラミックハニカムフィルタに対して以下のように隔壁表面及び内部に触媒を担持した。 Test No. used in Example 1 1 to 3 ceramic honeycomb filters were loaded with a catalyst on the surface and inside of the partition walls as follows.
高比表面積材料として、中心粒径5μmの活性アルミナとアルミナゾルを水と共に混合し、撹拌した活性アルミナスラリーに得られたフィルタをウオッシュコートした。その後、余分に付着したスラリーを取り除き、コーティングを繰り返して、コート量60g/Lのフィルタを作製した。さらにその後、120℃で乾燥させた後、800℃で焼成後、塩化白金酸水溶液中に浸積し、120℃で乾燥させた後、800℃で焼成して、白金を担持させたセラミックハニカムフィルタを得た。このときの白金の担持量は約2g/Lであった。 As a high specific surface area material, activated alumina having a center particle size of 5 μm and alumina sol were mixed with water, and the obtained filter was washed on the stirred activated alumina slurry. Thereafter, the excessively adhered slurry was removed, and coating was repeated to produce a filter with a coating amount of 60 g / L. Further, after being dried at 120 ° C., fired at 800 ° C., immersed in a chloroplatinic acid aqueous solution, dried at 120 ° C., fired at 800 ° C., and supported on the ceramic honeycomb filter. Got. The amount of platinum supported at this time was about 2 g / L.
この触媒担持後のセラミックハニカムフィルタのフィルタに対して、実施例1と同様の方法により圧力損失を測定した。さらに、圧力損失テストスタンドにて所定流量に、所定量のカーボンを投入し、ハニカムフィルターにカーボンを捕捉させた際の、カーボン捕捉前後の圧力損失差ΔP(カーボン捕捉後の圧力損失―カーボン捕捉前の圧力損失)の測定を行い、圧力損失差ΔPが実用的に許容される値以下であれば合格とし(○)で、実用的に許容される値を超える圧力損失であれば不合格とし(×)で示した。結果を合せて表4に示す。 The pressure loss of the ceramic honeycomb filter after supporting the catalyst was measured by the same method as in Example 1. Furthermore, when a predetermined amount of carbon is injected at a predetermined flow rate at the pressure loss test stand and the honeycomb filter captures carbon, the pressure loss difference ΔP before and after carbon capture (pressure loss after carbon capture-before carbon capture) Pressure loss), and if the pressure loss difference ΔP is less than or equal to a practically acceptable value, it will be accepted (◯), and if the pressure loss exceeds a practically acceptable value, it will be rejected ( X). The results are shown in Table 4.
表4に示す結果のうち、本発明例である試験No.1〜2に示すセラミックハニカムフィルタ及び製造方法は、触媒担持による圧力損失の上昇は殆ど認められず、圧力損失の結果はすべて合格(○)となった。一方、比較例である試験No.3に示すセラミックハニカムフィルタ及び製造方法は、触媒担持により圧力損失の上昇が認められ圧力損失の結果は不合格(×)となった。また、本発明例である試験No.1〜2に示すセラミックハニカムフィルタ及び製造方法は、カーボン捕捉前後の圧力損失差ΔPが実用的に許容される値未満で合格(○)となっが、比較例である試験No.3に示すハニカムフィルタ及び製造方法はΔPが実用的に許容される値を越えて不合格(×)となった。以上の様に、累積細孔容積分布曲線における傾きSnの最大値が、細孔径15〜30μmの範囲において0.7以上であるセラミックハニカムフィルタは、触媒担持後においても、圧力損失の上昇や、カーボン捕捉による圧力損失上昇が小さく優れたフィルタ性能を示すことは明白である。
Among the results shown in Table 4, test No. which is an example of the present invention. In the ceramic honeycomb filter and the manufacturing method shown in 1-2, almost no increase in pressure loss due to catalyst loading was observed, and all the results of pressure loss passed (◯). On the other hand, test No. which is a comparative example. In the ceramic honeycomb filter and the manufacturing method shown in No. 3, an increase in pressure loss was recognized due to catalyst loading, and the result of pressure loss was rejected (x). In addition, Test No. which is an example of the present invention. In the ceramic honeycomb filter and the manufacturing method shown in FIGS. 1 and 2, the pressure loss difference ΔP before and after the carbon capture was less than a practically acceptable value and passed (◯). In the honeycomb filter and the manufacturing method shown in No. 3, ΔP exceeded the practically allowable value and was rejected (x). As described above, the maximum value of the inclination S n in a cumulative pore volume distribution curve, ceramic honeycomb filter is 0.7 or more at a pore diameter of from 15~30μm, even after catalyst supporting, Ya increase in pressure loss It is clear that the pressure loss increase due to carbon capture is small and the filter performance is excellent.
1:セラミックハニカム構造体、 2:隔壁、 3:貫通孔、
4:セラミックハニカムフィルタ、5:封じ材、
a:累積細孔容積分布曲線における1番目と2番目の測定結果から求めた傾きS1、
b:累積細孔容積分布曲線における2番目と3番目の測定結果から求めた傾きS2、
1: Ceramic honeycomb structure, 2: Partition wall, 3: Through hole,
4: Ceramic honeycomb filter, 5: Sealing material,
a: slope S 1 determined from the first and second measurement results in the cumulative pore volume distribution curve,
b: slope S 2 determined from the second and third measurement results in the cumulative pore volume distribution curve,
Claims (5)
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)である。)
により表されることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。 After adding at least a pore-forming material having a particle size distribution with an average particle size of 20 μm or more and a particle size distribution of 20 to 100 μm of 50% or more to a ceramic raw material powder, a batch in which water or the like is added and mixed is extruded. After that, it is included in the exhaust gas by plugging a predetermined flow path end portion of the ceramic honeycomb structure obtained by drying and firing and allowing the exhaust gas to pass through the porous partition walls that define the flow path. In the ceramic honeycomb filter for removing fine particles, the chemical composition of the main component of the porous ceramic constituting the porous partition wall is SiO 2 : 42 to 56 mass%, Al 2 O 3 : 30 to 45 mass%, MgO: 12 ˜16% by mass, the main component of the crystal phase is cordierite, and the porous partition wall has a porosity of 60 to 80% and an average pore diameter of 15 to 40 μm when measured by mercury porosimetry. A maximum value of the slope S n of a cumulative pore volume distribution curve of the barrier to the pore size in the n-th measurement point, is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, the cumulative pore volume slope S n is represented by the following formula of the distribution curve (1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n-1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) -th measurement point. )
A ceramic honeycomb filter represented by:
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)である。)
により表されることを特徴とするセラミックハニカムフィルタ。 After adding at least a pore-forming material having a particle size distribution with an average particle size of 20 μm or more and a particle size distribution of 20 to 100 μm of 50% or more to a ceramic raw material powder, a batch in which water or the like is added and mixed is extruded. After that, it is included in the exhaust gas by plugging a predetermined flow path end portion of the ceramic honeycomb structure obtained by drying and firing and allowing the exhaust gas to pass through the porous partition walls that define the flow path. The ceramic honeycomb filter for removing fine particles, wherein the catalyst is supported on the porous partition wall surface and inside the porous partition wall, and the chemical composition of the main component of the porous ceramic constituting the porous partition wall There SiO 2: 42 to 56 wt%, Al 2 O 3: 30~45 wt%, MgO: at 12-16 wt%, the main component of the crystalline phase is cordierite, before Porous partition 60 to 80% of porosity as measured by mercury porosimetry, has an average pore diameter of 15 ~40Myuemu, the cumulative pore volume distribution curve of the barrier to the pore size in the n-th measurement point maximum value of the slope S n is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, gradient S n of the cumulative pore volume distribution curve the following formula (1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n-1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) -th measurement point. )
A ceramic honeycomb filter represented by:
Sn=−(Vn−Vn-1)/(log(Dn)−log(Dn-1)) (1)、
(但し、Dnは(n)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Dn-1は(n−1)番目の測定点における細孔径(μm)であり、
Vnは(n)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)であり、
Vn-1は(n−1)番目の測定点における累積細孔容積(cm3/g)である。)
により表されることを特徴とする請求項4記載のセラミックハニカムフィルタの製造方法。
The chemical composition of the main component of the porous ceramic constituting the porous partition walls is SiO 2 : 42 to 56 mass%, Al 2 O 3 : 30 to 45 mass%, MgO: 12 to 16 mass%, The component is cordierite, and the porous partition walls of the ceramic honeycomb filter have a porosity of 60 to 80% and an average pore diameter of 15 to 40 μm when measured by mercury porosimetry, and are fine at the nth measurement point. maximum value of the slope S n of a cumulative pore volume distribution curve of the barrier to hole diameter is 0.7 or more at a pore diameter of from 15 to 30 [mu] m, gradient S n of the cumulative pore volume distribution curve the following formula ( 1)
S n = − (V n −V n−1 ) / (log (D n ) −log (D n−1 )) (1),
(However, D n is the pore diameter (μm) at the (n) -th measurement point,
D n-1 is the pore diameter (μm) at the (n-1) th measurement point,
V n is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n) th measurement point,
V n-1 is the cumulative pore volume (cm 3 / g) at the (n−1) -th measurement point. )
The method for manufacturing a ceramic honeycomb filter according to claim 4, wherein:
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