JP4578712B2

JP4578712B2 - 耐熱性マットの製造方法

Info

Publication number: JP4578712B2
Application number: JP2001103373A
Authority: JP
Inventors: 保成須堯; 喜一伊藤; 勇二野口
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002293954A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は耐熱性マットの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バインダーが含有されて成る耐熱性マットが知られている（例えば特許第３０２５４３３号公報など）。この耐熱性マットは、アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含する方法で製造される（同上）。
【０００３】
上記の耐熱性マットは、排気ガス浄化用触媒コンバータにおいてモノリス（触媒保持体）と当該モノリスの外側を覆う金属性シェル（キャン）との間に挿入配置されるモノリス保持材として優れている（同上）。また、その他の分野における各種の耐熱性パッキング材としても有用である。
【０００４】
ところで、上記の製造方法において、有機バインダー液として、有機溶剤を使用せずに、工業的に有利な有機バインダー水分散液を使用した場合、第３工程において次の様な問題が惹起される。すなわち、（１）有機バインダー水分散液の水媒体がアルミナ質繊維マット中に多量に残るために乾燥に時間が掛かり、（２）加熱によって粘度が低下した有機バインダーがアルミナ質繊維マット中を水媒体が蒸発する方向に移動して有機バインダーが偏在し、実質的に均一な厚さの耐熱性マットが得られない。その結果、熱分解によって有機バインダーが消失した際に発生する耐熱性マットの面圧にバラツキが生じ、しかも、厚さの不均一性の程度によっては金属性シェル等の適用場所への装着が困難になる場合がある。
【０００５】
特開２００１−２７１１７号公報には、均一な所定厚みと圧縮束縛力を有する排気ガス浄化用触媒コンバーターのモノリス保持材の製造方法として、アルミナ質繊維マットに有機バインダー水分散液を含浸させる工程と水媒体を除去する工との間に、水媒体の凍結または電解質の添加によりラテックス粒子を凝集させる工程を設けた方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、水媒体を凍結する方法は、経済的かつ製造上有利な方法ではなく、また、電解質を添加する方法は、電解質の多価金属により浄化用触媒コンバーターの触媒が失活する可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バインダーが含有されて成る耐熱性マットの製造方法であって、有機バインダーが実質的に均一に存在して厚さが実質的に均一である耐熱性マットが得られる様に改良された工業的に有利な製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、特に排気ガス浄化用触媒コンバーターのモノリス保持材として好適に使用し得る耐熱性マットの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含する耐熱性マットの製造方法において、有機バインダー液として、曇点が４０℃以上である非イオン性界面活性剤を含有し且つその含有量が有機バインダーに対して０．０１〜５重量％である有機バインダー水分散液を使用することを特徴とする耐熱性マットの製造方法に存する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。本発明においては、基材マットとして、主としてアルミナ繊維の積層シートから成るアルミナ質繊維マットを使用する。
アルミナ繊維の繊維長は、通常２０〜２００ｍｍ、繊維径は通常１〜４０μｍ、好ましくは２〜２０μｍである。アルミナ繊維は、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂重量比（以下、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂という）＝７０／３０〜７４／２６のムライト組成であることが好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂が上記範囲外のアルミナ繊維では、高温時の結晶化および結晶成長による繊維の劣化が早く、長期の使用に不向きである。
【００１０】
上記のムライト組成アルミナ繊維の結晶化度は０〜１０％であることが好ましい。ここで、結晶化度とは１３００℃で４時間焼成して完全に結晶化したムライトのＣｕＫα線によるＸ線回折における２θ＝２６．３°に発現するピークの強度に対する、ムライト組成アルミナ繊維の２θ＝２６．３°のピーク強度を百分率（％）で表したものである。低結晶性のムライト組成アルミナ繊維は、結晶成長の核となる結晶が少ないため、８００〜１０００℃の加熱によっても繊維の劣化が生じ難い。
【００１１】
また、粒径４５μｍ以上の大粒径のショットは、繊維の切断を起こし、マットの復元性を損う傾向がある。また、大粒径のショットは、マットの比重を部分的に増大させ、熱伝導率などが不均一となる原因となる。例えば、排気ガス浄化用触媒コンバータにおいてモノリス保持材として使用した場合、触媒の均一保持が困難となる虞がある。従って、本発明で使用するアルミナ繊維は、粒径４５μｍ以上のショットの含有率が７重量％以下であることが好ましい。
【００１２】
更に、アルミナ繊維の単繊維引張強度は、好ましくは１５０〜４００ｋｇ／ｍｍ²である。引張強度が１５０ｋｇ／ｍｍ²に満たないと耐熱性マットとして使用する際に十分な面圧が得られない。一方、４００ｋｇ／ｍｍ²を超えると繊維が脆くなる傾向がある。
【００１３】
上述のアルミナ繊維は、他のセラミック繊維と比較し、耐熱性に優れ、軟化収縮などの熱劣化が極めて少ないため、耐熱性マットとして使用する際に弾力性に富んでいる。すなわち、低い嵩密度で高い保持力を発生し且つその温度変化が少ない。従って、例えば、触媒コンバーターにおけるモノリス保持材として使用した場合、熱膨張の差によってモノリスと金属製シェルとの間隔が変化し、その嵩密度が上昇した場合にも、モノリスに対する保持圧が急激に変化することがない点において優れている。
【００１４】
前記のアルミナ質繊維のマットは、例えば、オキシ塩化アルミニウム等のアルミナ源、シリカゾル等のシリカ源、ポリビニルアルコール等の有機バインダー及び水の混合物から成る紡糸原液を使用し、次の様にして得られる。すなわち、紡糸したアルミナ繊維前駆体を積層してシート化し、次いで、好ましくはニードルパンチングを施した後、通常１０００〜１５００℃で焼成する。
【００１５】
上記のニードルパンチング処理は、繊維の一部を積層面に対して縦方向に配向させる効果がある。従って、シート内のアルミナ繊維前駆体の一部がシートを貫通して縦方向に配向してシートを緊縛するため、シートの嵩比重が高められ、また、層間の剥離や層間のずれが防止される。ニードルパンチングの密度は通常１〜５０打／ｃｍ²であり、ニードルパンチングの密度により、マットの厚さ、嵩比重、強度などが調節される。マットの厚さは通常３〜３０ｍｍであり、嵩密度は通常０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³である。
【００１６】
なお、本発明においては、アルミナ繊維にその他のセラミック繊維や無機膨張材を補助的に併用してもよい。この場合、マットに均一に混合してもよいが、特に加熱される箇所を避けて局在させることにより、補助材の性能を維持しつつ低コスト化することが可能である。上記のセラミック繊維としては、シリカ繊維、ガラス繊維、石綿繊維などが挙げられ、無機膨張材としては、ベントナイト、膨張性バーミキュライト、膨張性黒鉛などが挙げられる。
【００１７】
本発明の製造方法は、基本的には、従来公知の方法と同様に、アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含する。
【００１８】
上記の有機バインダーとしては、各種のゴム、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを使用できる。上記のゴム類としては、天然ゴム；エチルアクリレートとクロロエチルビニルエーテルの共重合体、ｎ−ブチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体、エチルアクリレートとアクリロニトリルの共重合体などのアクリルゴム；ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体のニトリルゴム；ブタジエンゴム等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等の単独重合体および共重合体であるアクリル系樹脂；アクリロニトリル・スチレン共重合体；アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などが挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。上記の有機バインダーの中ではアクリル又はメタクリル系のポリマーであるアクリル系樹脂が好ましい。
【００１９】
本発明において、上記の有機バインダーは、曇点が４０℃以上である非イオン性界面活性剤を含有し且つその含有量が有機バインダーに対して０．０１〜５重量％である有機バインダー水分散液（ラテックス）に調製されて使用される。
【００２０】
上記の様に調製された有機バインダー水分散液は次の様な作用を発揮する。すなわち、通常の乾燥で達成される４０℃以上の温度に加熱した場合、曇点が４０℃以上である非イオン性界面活性剤はその界面活性能力を失う。その結果、加熱によって粘度が低下することにより有機バインダーが移動する前に有機バインダー粒子が凝集し、有機バインダーと水媒体とが相分離する。その結果、乾燥速度が速められて短時間で乾燥を行うことが出来、しかも、有機バインダー粒子同士の融着に時間が掛からず有機バインダーの偏在化が防止される。曇点が４０℃未満の非イオン性界面活性剤を使用した場合は、ハンドリング途中に上記の作用が発揮され、本発明の目的を達成することが出来ない。
【００２１】
本発明においては、非イオン性界面活性剤の含有量は、上記の様に、有機バインダーに対して０．０１〜５重量％の範囲でなければならない。非イオン性界面活性剤の含有量が０．０１重量％未満の場合は、前記の様な作用は十分に発揮されず、５重量％を超える場合は、経済的でないばかりか、得られる耐熱性マットの表面がべとつき取り扱い上問題を生じる。
【００２２】
非イオン性界面活性剤の曇点は好ましくは５０℃以上であり且つその含有量は好ましくは有機バインダーに対して０．１〜３重量％である。なお、非イオン性界面活性剤の曇点の上限値は通常１１０℃である。
【００２３】
非イオン性界面活性剤としては、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロック化合物、アルキルフェノールのエチレンオキサイド付加化合物、高級アルコールのエチレンオキサイド付加化合物、高級脂肪酸のエチレンオキサイド付加化合物、グリセリンのエチレンオキサイド付加化合物、ソルビタンアルキルエステルのエチレンオキサイド付加化合物、シュガーエステルのエチレンオキサイド付加化合物などのポエチレンオキサイド基を含有する界面活性剤が挙げられる。これらは適宜併用しても構わない。特に、ポリエチレングリコール及び／又はポリオキシエチレンポリプロピレンオキサイドブロック体が好ましい。
【００２４】
前記の第１工程、第２工程、第３工程は、例えば、特許第３０２５４３３号公報などに記載された公知の方法に従って行うことが出来る。
【００２５】
すなわち、第１工程（アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる工程）は、例えば、有機バインダー液にマットを浸漬する方法、マットに有機バインダー液を噴霧する方法などで行うことが出来る。有機バインダーの含有量（有効成分としての値）は、アルミナ繊維１００重量部に対し、通常３〜３０重量部、好ましくは５〜２０重量部である。有機バインダーの含有量が３重量部未満の場合は、マットの反発力によって成形体としての厚さを維持できない虞があり、３０重量部を超える場合は、コスト高になる他、成形体の柔軟性が損なわれる虞がある。
【００２６】
第２工程（有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する工程）は、プレス板、プレスローラー等の圧縮手段によって行うことが出来る。プレス板としては、２枚の透液性板状体、典型的にはパンチングメタル、樹脂ネット、金網（メッシュ）、多孔板または通気性の良い板状体などを使用し得る。圧縮手段には、バインダー液の吸引手段を併用するのが好ましい。
【００２７】
第３工程（圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除去する工程）は、第２工程に引き続き行われ、有機バインダーが変質や分解を起こさない温度条件下で高温熱風処理することにより行うことが出来る。
【００２８】
本発明の製造方法で得られた耐熱性マットは、厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バインダーが実質的に均一に存在して厚さが実質的に均一である。
【００２９】
従って、本発明の製造方法で得られた耐熱性マットは、排気ガス浄化用触媒コンバーターにおけるモノリス保持材、すなわち、モノリスと当該モノリスの外側を覆う金属性シェルとの間に装入されるモノリス保持材として好適に使用される。この場合、本発明の製造方法で得られた耐熱性マット（モノリス保持材）は、厚さが実質的に均一であるため、装着がスムーズに行われて表面付近の繊維の破損が防止され、また、隙間のない均一装着が可能である。また、本発明の耐熱性マットは、上記の特徴を活かし、モノリス保持材以外の各種の耐熱性パッキング材としても好適に使用し得る。
【００３０】
【実施例】
次に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。以下の諸例において、非イオン性界面活性剤の曇点は次の様にして測定した。すなわち、界面活性剤の１重量％水溶液を調製し、０．５℃／分の速度で昇温し、水溶液が不透明となる温度を測定し、これを曇点とした。
【００３１】
実施例１
アルミナ質繊維マットとして、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂重量比＝７２／２８、結晶化度０％、繊維径約４μｍ、４５μｍ以上のショットを４重量％含有し、短繊維引張強度２００ｋｇ／ｍｍ²のアルミナ繊維のマット（厚さ１２．５ｍｍ、嵩密度０．１ｇ／ｃｍ³）を使用した。
【００３２】
先ず、上記のマット１００重量部当たり、曇点６２．５℃の非イオン性界面活性剤（東邦化学工業株式会社製「ペポールＢ１８４」）０．５重量％（対樹脂固形分）を添加したアクリレート系ラテックス（中央理化工業社製「ＦＫ６４」）を１５重量部添着した。その後、圧縮乾燥（１３０℃で１時間）して厚さ６ｍｍの耐熱性マットを得た。この乾燥の際にマットからの水の浸出が認められた。得られた耐熱性マットを厚さ方向にカッターで切断し、切断面を観察した結果、有機バインダーが実質的に均一に存在していた。
【００３３】
次いで、モノリスと金属性シェル（キャン）との間にモノリス保持材として上記の耐熱性マットを装着し排気ガス浄化用触媒コンバータを製作した。このときのキャンとモノリスの隙間は約３．５ｍｍである。耐熱性マットの装着は、その厚さが実質的に均一であるため、無理な力を掛けることなく容易に行うことが出来た。また、装着後、キャンを電動カッターで切り開き、耐熱性マット表面を観察したところ、表面の傷みはなく良好に装着されていることが確認された。
【００３４】
実施例２
実施例１において、非イオン性界面活性剤として、曇点１００℃のもの（東邦化学工業株式会社製「ペポールＢ１８８」）を使用した以外は、実施例１と同様にして耐熱性マットの製造および触媒コンバータの製作を行って評価した。耐熱性マットを厚さ方向にカッターで切断し、切断面を観察した結果、有機バインダーが均一に存在していた。また、耐熱性マットは、厚さが均一であり、触媒コンバータの製作において良好に装着できた。
【００３５】
比較例１
実施例１において、非イオン性界面活性剤（「ペポールＢ１８４」）の添加を省略した以外は、実施例１と同様にして耐熱性マットの製造および触媒コンバータの製作を行って評価した。乾燥はマットからの水の浸出がないまま行われた。
得られた耐熱性マットの切断面を観察したところ、不均一に有機バインダーが存在していた。
【００３６】
比較例２
実施例１において、非イオン性界面活性剤として、曇点２４℃のもの（東邦化学工業株式会社製「ペポールＢ１８１」）を使用した以外は、実施例１と同様にして耐熱性マットの製造および触媒コンバータの製作を行って評価した。ただし、アクリレート系ラテックスへの非イオン性界面活性剤の添加は、ラテックスの温度を２０℃に下げて行った。マットへのアクリレート系ラテックスの含浸工程でマットからの水の浸出が認められた。得られた耐熱性マットを厚さ方向にカッターで切断し、切断面を観察した結果、有機バインダーの存在状態は実質的に不均一であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バインダーが含有されて成る耐熱性マットの製造方法であって、有機バインダーが実質的に均一に存在して厚さが実質的に均一である耐熱性マットが得られる様に改良された工業的に有利な製造方法が提供される。

Claims

アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含する耐熱性マットの製造方法において、有機バインダー液として、曇点が４０℃以上である非イオン性界面活性剤を含有し且つその含有量が有機バインダーに対して０．０１〜５重量％である有機バインダー水分散液を使用することを特徴とする耐熱性マットの製造方法。
非イオン性界面活性剤の曇点が５０℃以上であり且つその含有量が有機バインダーに対して０．１〜３重量％である請求項１に記載の製造方法。
有機バインダーがアクリル系樹脂である請求項２又は３に記載の製造方法。
アルミナ質繊維マット１００重量部当たりの有機バインダーの含有量が３〜３０重量部である請求項１〜３の何れかに記載の製造方法。