JP5336479B2 - 固定可能なマウント材料及びその製造方法並びに使用方法 - Google Patents

Description

汚染防止装置は、大気汚染を抑制するために自動車に使用されている。こうした装置として２つの種類、即ち、触媒コンバータ及びディーゼル微粒子フィルタ又はトラップが、現在、広範に使用されている。触媒コンバータは触媒を含有し、触媒は典型的には、コンバータ中に取り付けられたモノリシック構造体の上にコーティングされている。このモノリシック構造（「モノリス」と呼ばれる）は典型的にはセラミックであるが、金属モノリスも使用されている。前記触媒は一酸化炭素及び炭化水素を酸化し、自動車排気ガス中の窒素酸化物を還元し大気汚染を抑制する。ディーゼル微粒子フィルタ又はトラップは一般に、ハニカム状のモノリシック構造（これも「モノリス」と呼ばれる）を有するウォールフロー型フィルタであり、典型的には多孔質結晶セラミック材料から製造される。

典型的には、構築された状態で、これら各種類の装置が金属ハウジングを有し、この金属ハウジングはその中に金属又はセラミック（最も一般的にはセラミック）のモノリシック構造又はモノリシック要素を保持する。このセラミックモノリスは、一般に、広い表面積を供給する非常に薄い壁を有し、脆く、かつ容易に破損しやすい。更に、自動車用触媒コンバータに使用されるセラミックモノリスに関する現在の業界トレンドは、モノリスがより滑らかな外側表面を有する方向に向かっており、缶封入手順中にセラミックモノリスに対するマウント材料接着の維持がますます難しくなっている。また、セラミックモノリスは通常、使用時にこれを中に入れる典型的な金属ハウジング（例えばステンレススチール製ハウジング）より、熱膨張係数が１桁少ない。道路の衝撃及び振動によるセラミックモノリスへの損傷を避け、熱膨張の差を補い、モノリスと金属ハウジングとの間を排気ガスが通過することを防ぐために、多くの場合、セラミックモノリスと金属ハウジングとの間にセラミックマット又は膨張シート材料が配置される。

一態様において、本発明は固定可能なマウント材料を提供し、当該固定可能なマウント材料は、
無機繊維を含み、第１及び第２の相対する主表面を有するマウント材料と、
第１の主表面の少なくとも一部分に隣接してマウント材料の上に内部方向に配置されるが、マウント材料の全体にわたって広がらない熱的に活性化可能な接着剤の層と、を含み、
次の化学式：
（Ｍ^ｍ＋）_ｄ（（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）^ｎ−）_ｅ・（Ｈ_２Ｏ）_ｆ
〔式中、各Ｍ^ｍ＋は、独立して、Ｈ^＋以外のカチオン種を表し、正電荷ｍ＋を有し、
（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）^ｎ−は電荷ｎ−を有する種を示し、Ｚはホウ素又はリンを表し、更に式中：
ｆは０以上の実数であり
ｄ、ｎ、ｑ及びｒは０以上の整数であり、
ｅ、ｍ及びｐは１以上の整数であり、並びに
ｄ×ｍはｅ×ｎに等しい。〕で表わされる少なくとも１つの化合物が、乾燥重量基準で、熱的に活性化可能な接着剤の大部分を占め、かつ
可撓性である固定可能なマウント材料である。

特定の実施形態において、熱的に活性化可能な接着剤の層は第２の主表面と接触しない。

本明細書で使用される場合、用語「可撓性」とは後述に含まれる可撓性試験に合格する性能を意味し、用語「層」にはマウント材料全体に広がるものは除外され、上付き記号「＋」は正電荷を意味し、上付き記号「−」は負電荷を意味する。ｄがゼロの場合、ｎも必然的にゼロになり、数量（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）は実質的な電荷をもたない。

本発明による固定可能なマウント材料は、汚染防止装置における使用に適合されてもよい。したがって、別の態様において、本発明は、ハウジングと、ハウジング内に配置される汚染防止要素と、ハウジングに隣接して、又はハウジング内に配置される本発明による固定可能なマウント材料と、を含む汚染防止装置を提供する。別の態様において、本発明は汚染防止装置の製造方法を提供し、当該方法は、ハウジング（この中に汚染防止要素が配置されている）に隣接して又はハウジング内に本発明による固定可能なマウント材料を配置することを含む。

特定の実施形態において、固定可能なマウント材料は、汚染防止要素とハウジングとの間に配置される。

更に別の態様によると、本発明は固定可能なマウント材料の製造方法を提供し、当該方法は、
無機繊維と主表面を含み、該複数の主表面が第１の主表面を含むマウント材料を提供することと、
液体溶媒に溶解された熱的に活性化可能な接着剤を含む乾燥可能な溶液を、第１の主表面に隣接する無機繊維に適用することと、
乾燥可能な溶液を実質的に乾燥して、第１の主表面に隣接して内部方向に配置されるが、マウント材料の全体にわたって広がらない熱的に活性化可能な接着剤を含む層を提供することを含み、
次の化学式：
〔（Ｍ^ｍ＋）_ｄ（（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）^ｎ−）_ｅ・（Ｈ_２Ｏ）_ｆ
（式中、各Ｍ^ｍ＋は、独立して、Ｈ^＋以外のカチオン種を表し、正電荷ｍ＋を有し、
（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）^ｎ−は電荷ｎ−を有する種を示し、Ｚはホウ素又はリンを表し、更に式中：
ｆは０以上の実数であり、
ｄ、ｎ、ｑ及びｒは０以上の整数であり、
ｅ、ｍ及びｐは１以上の整数であり、並びに
ｄ×ｍはｅ×ｎに等しい。〕で表わされる少なくとも１つの化合物が、乾燥重量基準で、熱的に活性化可能な接着剤の大部分を占め、かつ
可撓性である固定可能なマウント材料を製造する方法である。

特定の実施形態において、上記少なくとも１つの化合物は、ホウ酸、ホウ酸塩、リン酸、リン酸塩、これらの水和物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。特定の実施形態において、各Ｍ^ｍ＋は、独立して、金属カチオン及びＮＲ_４ ^＋からなる群から選択される（式中、各Ｒは独立したＨ又はアルキル基を表わす）。特定の実施形態において、熱的に活性化可能な接着剤は本質的に有機成分を含まない。特定の実施形態において、無機繊維の少なくとも一部分を、結合剤によって互いに結着する。これら実施形態の特定のものにおいて、結合剤は有機材料を含む。

特定の実施形態において、マウント材料は、乾燥坪量が１平方メートル当たり０．４〜１５キログラムである。特定の実施形態において、マウント材料は更に、未膨張の膨張性材料を含む。特定の実施形態において、未膨張の膨張性材料は、バーミキュライト、グラファイト、又はこれらの組み合わせを含む。特定の実施形態では、無機繊維はセラミック繊維を含む。特定の実施形態において、熱的に活性化可能な接着剤の層は０．３センチメートル以下の内部方向厚さを有する。特定の実施形態において、熱的に活性化可能な接着剤の層は、主表面に隣接して無機繊維の上に内部方向に配置される。特定の実施形態において、当該方法は、固定可能なマウント材料を汚染防止装置における使用に適合させることを更に含む。

本発明による固定可能なマウント材料は、まず第一に可撓性であり、これにより割れ又は破損なしに一般的なモノリスの周囲に巻き付けることが可能である。更に、上記に記載したもののような汚染防止装置の中で使用される場合、固定可能なマウント材料は、熱くなった排気ガスによってハウジング及び／又はモノリスに固定され、これによりハウジング及び／又はモノリスに対して滑るのを防ぎ、かつハウジング及び／又はモノリスへの密な封止を維持することができる。滑りを防止することにより、典型的には、当該技術分野の現在の実施におけるよりも少ないマウント材料を使用することが可能である。

本明細書で使用する場合、用語「乾燥可能」は、存在する任意の液体溶媒が蒸発により少なくとも実質的に除去することができることを意味する。

本発明の１つの実施形態による代表的な固定可能なマウント材料の概略斜視図。 本発明の１つの実施形態による代表的な汚染防止装置の断面図。

図１は、本発明による代表的な固定可能なマウント材料１００を示す。ここで図１を参照すると、マウント材料１１０は、任意に結合剤（図示せず）によって互いに結着される無機繊維１４０と、任意の未膨張の膨張粒子１３０とを有する。マウント材料１１０は、第１の主表面１２５と第２の主表面１２７とを有する。熱的に活性化可能な接着剤１６０の層は、第１の主表面１２５に隣接して無機繊維１４０の上に内部方向に配置されるが、マウント材料１１０の全体にわたって広がらず、例えば、第２の主表面１２７と接触しない。熱的に活性化可能な接着剤１６０の層と同一の又は異なる組成物を有してもよい、熱的に活性化可能な接着剤の任意の第２の層１６５は、第２の主表面１２７に隣接して無機繊維１４０の上に内部方向に配置されるが、第１の主表面１２５と接触しない。

このマウント材料は無機繊維を含み、これが十分に絡まり、及び／又は互いに結着して、凝集したウェブを形成する。この繊維は、機械プロセス（例えばニードルタック又は水流交絡）により絡めるか、及び／又は結合剤（例えば有機結合剤、無機結合剤、又はそれらの組み合わせ）の使用により結着することができる。いくつかの実施形態において、このマウント材料には有機繊維も含めることができるが、含まれたとしてもその量は通常僅かである。

有用な無機繊維には、例えば、繊維ガラス、セラミック繊維、非酸化物無機繊維（例えばステンレススチール繊維又はホウ素繊維）、及びこれらの混合物が挙げられる。

有用なセラミック繊維には、例えば、アルミノボロシリケート繊維、アルミノシリケート繊維、アルミナ繊維、それらの熱処理された種類、及びこれらの混合物が挙げられる。好適なアルミノボロシリケート繊維の例には、ミネソタ州セントポールのスリーエム社（3M Company）から市販されている、商品名「ネクステル３１２セラミック繊維（NEXTEL 312 CERAMIC FIBERS）」、「ネクステル４４０セラミック繊維（NEXTEL 440 CERAMIC FIBERS）」、及び「ネクステル５５０セラミック繊維（NEXTEL 550 CERAMIC FIBERS）」が挙げられる。好適なアルミノシリケート繊維の例には、ニューヨーク州ナイアガラフォールズのユニフラックス社（Unifrax Corp.）から市販されている、商品名「ファイバーフラックス（FIBERFRAX）」７０００Ｍ、ジョージア州オーガスタのサーマル・セラミックス（Thermal Ceramics）社から市販されている、商品名「セラファイバー（CERAFIBER）」、及び日本・東京の新日鐵化学株式会社（Nippon Steel Chemical Company）から市販されている、商品名「ＳＮＳＣタイプ１２６０Ｄ１（SNSC Type 1260 D1）」が挙げられる。好適な市販のアルミナ繊維の例には、英国ウィドネスのサフィル（Saffil）社から市販されている、商品名「サフィル（SAFFIL）」として入手可能な多結晶アルミナ繊維が挙げられる。好適なセラミック繊維の例は、米国特許第３，７９５，５２４号（ソーマン（Sowman））及び同第４，０４７，９６５号（カースト（Karst）ら）にも開示されている。

他の好適な無機繊維には、石英繊維、高シリカ含有量の非晶質及び結晶性繊維、アルミナ繊維及び高アルミナ繊維、非晶質及び結晶性アルミナ−シリカ繊維、酸化物及び非酸化物繊維、金属繊維、溶融物の吹き込み、紡績、牽引により形成された繊維、ゾル−ゲル形成繊維、有機前駆体から形成された繊維、ガラス繊維、溶出ガラス繊維、及び実質的に無機組成物の他の繊維が挙げられる。好適な無機繊維はまた、有機及び無機材料の表面コーティング又はサイジングも含めることができる。好適な無機繊維は、言うまでもなく、単独で又は他の好適な無機繊維との組み合わせにおいて使用されてもよい。

一般的に言えば、ショットの相当量を含有する無機繊維は、ショットを含まない、又は部分的に浄化された無機繊維より安価である。しかしながら、ショットを含まない無機繊維は、一般に、より弾力的な物品（例えば、ウェブ、シート、マット）を提供し、これは室温への復帰を包含するすべての温度において、保持力をより良好に維持する。したがって、マウント材料は、マウント材料の合計乾燥重量の、５０、３０、又は更に１５重量％未満のショットを含み得る。

このマウント材料に好適な有機結合剤は当該技術分野において既知であり、ラテックス形態のポリマー及びエラストマー（例えば天然ゴムラテックス、スチレン−ブタジエンラテックス、ブタジエン−アクリロニトリルラテックス、並びにアクリレートとメタクリレートのポリマー及びコポリマーのラテックス）を含む。典型的には、当該技術分野において知られているように、有機結合剤は、特にウェットレイド製造プロセスにおいて、凝集剤を使用することによりウェブの繊維状に凝集する。このような用途において好適な無機結合剤は、当該技術分野において既知であり、四ケイ素フッ素雲母（水膨潤の未交換形態、又は、二価又は多価カチオンとの交換塩として凝集）、及びベントナイトが含まれる。

所望により、マウント材料には１つ以上の膨張材料（未膨張、部分的に膨張済み、膨張済み、又はこれらの混合）を含めることができ、典型的には望む最終用途に応じて用いられる。例えば、約５００℃を超える温度での使用において、未膨張のバーミキュライト材料が、それらが約３００℃〜約３４０℃の範囲の温度で膨張し始めるために好適である。これは、触媒コンバータ中の膨張する金属ハウジングとモノリスとの間の膨張する隙間を充填するために有用である場合がある。ディーゼルモノリス又は微粒子フィルタの中などでの約５００℃未満の温度での使用において、膨張可能なグラファイト、又は膨張可能なグラファイトと未膨張のバーミキュライト材料との混合物が好ましい場合があるが、これは膨張可能なグラファイトは、約２１０℃で膨張（expand）又は膨張（intumesce）し始めるためである。処理したバーミキュライトもまた有用であり、典型的には、約２９０℃の温度で膨張する。

有用な膨張性材料の例としては、未膨張のバーミキュライトフレーク又は鉱石、処理済みの未膨張バーミキュライトフレーク又は鉱石、部分的に脱水されたバーミキュライト鉱石、膨張可能なグラファイト、膨張可能なグラファイトと処理済み又は未処理の未膨張バーミキュライト鉱石との混合物、加水黒雲母、水膨潤可能な合成四ケイ素フッ素型雲母（例えば米国特許第３，００１，５７１号（ハッチ（Hatch））に記載されているもの）、アルカリ金属ケイ酸塩細粒（例えば米国特許第４，５２１，３３３号（グラハム（Graham）ら）に記載されているもの）、処理済み膨張可能ケイ酸ナトリウム（例えばスリーエム（3M）社から商品名「エクスパントロール（EXPANTROL）」として市販されている不溶性ケイ酸塩ナトリウム）、及びこれらの混合物が含まれる。市販の膨張可能なグラファイト材料の例は、オハイオ州クリーブランドのＵＣＡＲカーボン社（UCAR Carbon Co.）から商品名「グラフォイル（GRAFOIL）グレード３３８−５０」膨張可能グラファイトフレークとして入手可能なものである。処理済み未膨張バーミキュライトフレーク又は鉱石には、イオン交換塩（例えばリン酸二水素アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、塩化カリウム、又は当該技術分野において既知であるような他の好適な化合物）によるイオン交換などのプロセスによって処理された、未膨張のバーミキュライトが挙げられる。

膨張シート材料を選択する際に考慮する要素としては通常、使用温度とモノリスのタイプ（例えばセラミックモノリス又は金属モノリス）が含まれる。好適な膨張シート材料は通常、未膨張のバーミキュライト鉱石（市販のもので、例えばマサチューセッツ州ケンブリッジのＷ．Ｒ．グレース社（W.R.Grace and Co.）から入手可能）有機結合剤、及び／又は無機結合剤、セラミック繊維、及び充填剤（例えば粘土（カオリンなど）及び中空セラミックのビーズ又はバブルなど）を含む。例えば、米国特許第３，９１６，０５７号（ハッチ（Hatch）ら）は、未膨張のバーミキュライト、無機繊維材料、及び無機結合剤を含む膨張シート材料を開示している。米国特許第４，３０５，９９２号（ランガー（Langer）ら）では、アンモニウムイオン処理済みのバーミキュライト、無機繊維材料、及び有機結合剤を含む膨張シート材料を開示している。更に、膨張シート材料は市販のものが入手でき、例えばミネソタ州セントポールのスリーエム社（3M Company）から市販されている、商品名「インタラムマットマウント（INTERAM MAT MOUNT）」がある。

典型的には、このマウント材料は、乾燥重量基準で３０〜９９．５重量％（例えば、４０〜９８．５重量％、５０〜９７重量％、又は６０〜９７重量％）の無機繊維、０．５〜１２重量％（例えば、０．５、１．０、又は１．５から３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、又は１２重量％まで）の無機及び／又は無機の結合剤、並びに任意に６０重量％までの膨張性材料を含むが、ただしこの範囲外になる組成もまた使用されてもよい。膨張材料がマウント材料に含まれていない実施形態において、乾燥重量基準で無機繊維の割合が通常、少なくとも８５％（例えば、重量基準で少なくとも９０、９１、９２、９３、９４、９５重量％又はそれ以上）であり、ただしこれより低い重量パーセンテージのものも使用することができる。

このマウント材料は、任意に１つ以上の無機充填剤、無機結合剤、有機結合剤、有機繊維、及びこれらの混合物を含んでもよい。

充填剤の例には、層剥離バーミキュライト、中空のガラスミクロスフェア、パーライト、アルミナ三水和物、炭酸カルシウム、及びこれらの混合物が挙げられる。充填剤は、マウント材料中に、５％まで、１０％まで、又は２５％まで、又はそれ以上の濃度で存在してもよい。ただし充填剤を高濃度で使用すると、マウント材料の弾力性を低下させる傾向が生じる場合がある。

無機結合剤の例には、雲母粒子、カオリン粘土、ベントナイト粘土、及び他の粘土様鉱物が挙げられる。無機結合剤は、マウント材料の乾燥重量に基づき、マウント材料中に５％まで、１０％まで、１５％まで、又はそれ以上の濃度で存在してもよい。ただし無機結合剤を高濃度で使用すると、マウント材料の弾力性を低下させる傾向が生じる場合がある。

所望により、有機繊維（例えば、短繊維又はフィブリル化繊維）は例えば、加工中に湿潤強度を供給し、並びに缶封入前にマット及びシートマウント材料に乾燥強度及び弾力性を供給するために、本発明のマウント材料中に含めることができる。しかしながら、一般に、こうした繊維は好ましくない燃焼に寄与するために、その含有量を最小にすることが望ましい。

本発明によるマウント材料中に含めることができる他の添加物又は加工助剤には、消泡剤、界面活性剤、分散剤、湿潤剤、塩析のための塩、殺真菌剤、及び殺菌剤が挙げられる。マウント材料は通常、汚染防止装置に適した物理的特性を有するよう配合される。ただし、所望により別の物理的特性に配合することもできる。

固定可能なマウント材料は、例えば、特定のアプリケーション要件に応じて任意の所望の寸法及び形状に製造することができる。例えば、自動車用触媒コンバータは一般的にはディーゼル用コンバータよりも小さく、通常これに対応して小さなマウントマットが必要となる。マウントマットは、複数の層のマットでモノリス周囲を巻くよう重ねることができる。典型的には、各膨張性の固定可能なマウント材料の厚さは、約１．５ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲内であるが、その他の厚さ（例えば、より薄い又はより厚い）を用いてもよい。

典型的には、このマウント材料は乾燥坪量が約４００ｇ／ｍ^２〜約１５ｋｇ／ｍ^２の範囲であるが、この範囲外の坪量のものも使用することができる。典型的には、マウント材料の最大引張り強度は、少なくとも５０ｋＰａ、７５ｋＰａ、１００ｋＰａ、２００ｋＰａ、３００ｋＰａ、又は更には少なくとも４００ｋＰａ、又はそれ以上であるが、その他の引張り強度も用いることができる。

熱的に活性化可能な接着剤は、マウント材料の第１の主表面をハウジング又はモノリスに接着することが可能な、次の化学式で表わされる少なくとも１つの化合物を含む（例えば、本質的に化合物からなる、又は更には化合物からなる）：
（Ｍ^ｍ＋）_ｄ（（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）^ｎ−）_ｅ・（Ｈ_２Ｏ）_ｆ
広くは、上記の化学式で表わされる化合物は、ホウ酸及びリン酸以外は、塩（例えば、水溶性塩又は非水溶性塩）である。乾燥重量基準で、上記少なくとも１つの化合物は、熱的に活性化可能な接着剤の大部分を占める。例えば、乾燥重量基準で、上記少なくとも１つの化合物は、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０重量％を超える、又は更には９５重量％を超える熱的に活性化可能な接着剤を含む。

各数量Ｍ^ｍ＋は、独立して、Ｈ^＋以外のカチオン種で、電荷ｍ＋を有するものを表わす。好適なカチオン種の例としては、例えば、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｃａ^２＋、Ａｌ^３＋、Ｆｅ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｃｒ^６＋、Ｎｉ^２＋、又はＺｎ^２＋などの金属イオン、アンモニウムイオン、有機カチオン（例えば、スルホニウム、ホスホニウム、アンモニウム（例えば、モノ−、ジ−、トリ−、又はテトラアルキルアンモニウム、及びベンザルコニウム））、有機金属カチオンが含まれる。アルカリ金属カチオンが使用される場合は、無機繊維を溶かすことがあり、更に約８００℃を上回る温度ではマットの弾力性に有害な影響が生じることがあるため、注意深く使用すべきである。

数量ｆはゼロ以上の実数（例えば０、１、２、３．４、４．７など）であり、整数と分数の両方の水和物の存在を認識する。数量ｄ、ｎ、ｑ、及びｒはゼロ以上の整数である（例えば、０、１、２、３など）。数量ｅ、ｍ、及びｐはゼロ以上の整数である（例えば、０、１、２、３、４など）。

各数量の（Ｚ_ｐＯ_ｑ（ＯＨ）_ｒ）^ｎ−は、電荷ｎ−を有する種を表わし、ここでＺはホウ素又はリンを表わす。ｄ×ｍ＝ｅ×ｎであるため、ｄがゼロのときはｎがゼロになる。ｎがゼロに等しい化合物の例には、ホウ酸、リン酸、ポリリン酸、及びこれらの水和物が含まれる。

熱的に活性化可能な接着剤に含まれ得る化合物の例には、ホウ酸、ホウ砂、リン酸マグネシウム（例えば、水酸化マグネシウムとリン酸の逐次適用、及び順を追った適用によって調製）、二水素リン酸アルミニウム、及びホウ酸エステル（これは水又は蒸気に接触すると自発的に加水分解してホウ酸を生成する）が含まれる。

本発明に包含される特定のリン酸塩は、約１５０℃を超える温度まで加熱されると、マウント材料を硬質化する傾向がある。したがって、低温で乾燥する必要がある。

いくつかの実施形態において、熱的に活性化可能な接着剤はコロイドシリカ又はコロイド状アルミナ少なくとも一方を更に含むが、このような材料は固定可能なマウント材料に剛性を付与する傾向があるので、少量で注意深く使用する必要がある。

汚染防止装置の中に適切に設置するのを容易とするために、熱的に活性化可能な接着剤は、強化材料の配置を視覚的に示す着色剤を更に含む。代表的な着色剤には顔料及び／又は染料が含まれる。

熱的に活性化可能な接着剤は、任意に、着色剤、香料、増粘剤、界面活性剤、分散剤、保湿剤、難燃剤、殺生物剤等のような非干渉性の成分を更に含有してもよい。

構成要素（例えば、触媒コンバータモノリス）の効果を減少させることのある初期バーンアウトを最小限に抑えるために、熱的に活性化可能な接着剤の有機成分（有機カチオン種、有機アニオン種、又は中性有機化合物を問わず）の含有量を少なくしてもよい。例えば、乾燥重量基準で、熱的に活性化可能な接着剤の有機成分含有量は、熱的に活性化可能な接着剤の総重量の２０パーセント未満、１０パーセント未満、又は更には５パーセント未満である。有利には、熱的に活性化可能な接着剤は、有機成分を本質的に含まない（即ち、固形分基準で熱的に活性化可能な接着剤の総量の１パーセント未満を含有する）、又は更には完全に含まなくてもよい。

熱的に活性化可能な接着剤を配合する際、及び適用レベルを決定する際には、固定可能なマウント材料が可撓性試験に確実に合格可能であり続けるように注意を払うべきであり、何故なら、これは本発明の１つの大きな利益であるからである。適用レベル及び適用方法の具体的な選択は、当業者によって容易に決定され、典型的には、例えば、使用するマウント材料、特定の強化材料及びその溶液の濃度、並びに第１の主表面からマウント材料への望ましい浸透深さによって異なる。

熱的に活性化可能な接着剤は、典型的には、前述の化合物を液体溶媒に溶かした溶液（例えば、乾燥可能な溶液）として取り扱うことができ、この溶液は、適切な方法（例えば浸漬、スプレー、ロールコーティング、又は適用など）、及びその後の液体溶媒除去によって適用される。液体溶媒には例えば、水、有機溶媒、又は水性溶媒（即ち、水と水溶性有機溶媒からなる）を含めることができる。第１の主表面全体にわたって、又は一部分のみに熱的に、活性化可能な接着剤を適用してもよい。例えば、当該接着剤はストリップ又はスポットとして適用されてもよく、これにより可撓性を更に促進することができる。

いくつかの実施形態において、少量のコロイド状材料（例えばシリカ又はアルミナゾル）も溶液中に存在することができる。しかしながらこれらの材料は固定可能なマウント材料に剛性を付与する傾向があり、通常、これらは注意深く少量で用いるべきである。

場合によっては、例えば、各溶液の化合物が互いに反応する（例えばそれによって沈殿を生じる）場合には、２つの溶液を順次使用するのが望ましい場合がある。

典型的には、熱的に活性化可能な接着剤溶液は、固体成分が約１〜約２０重量％の範囲、より典型的には約２〜約１５％の範囲、更により典型的には約５〜約１０％の範囲となる。しかしながら、これより高濃度又は低濃度も、特定の材料要件について望ましい場合には使用することができる（例えば、最高約８５重量％のリン酸を使用することができる）。一般に、熱的に活性化可能な接着剤のコーティング重量が高いと（例えば、高濃度の熱的に活性化可能な接着剤溶液を用いることにより得られる）、低いコーティング重量と比べて、接着性は等しいかより良好となるが、可撓性は低くなる。したがって、強化材料層の内部方向（即ち、マウント材料の中央に向かう方向）の深さ、及びそのコーティング合計重量は通常、望ましいレベルの接着性を達成するのに必要な最小限に抑えられる。比較すると、強化材料層がマウント材料全体に広がるマウント材料（これに対応して強化材料のコーティング合計重量も増大する）の場合、本発明の固定可能なマウント材料に比べ、可撓性と弾力性の度合いが失われる。

典型的には、汚染防止装置のハウジング及び／又はモノリスとマウント材料との間の適切な接着を確実なものとするために、主表面に隣接して十分な溶液が適用される。溶液は、適用されるとすぐにマウント材料の内部へと浸透し、次々と層を形成し、液体溶媒の除去後には熱的に活性化可能な接着剤の層となる。当該層の内部方向厚さ（即ち、主表面からの距離）は０．５、０．４、０．３３、０．２以下、又は更には０．１センチメートル以下である。しかし、熱的に活性化可能な接着剤がマウント材料の第２の主表面と接触しない限り、より大きな内部方向厚さを用いることもできる。

液体溶媒の除去は、例えば室温での蒸発、又は高温での蒸発などの方法によって達成できる。高温加熱（例えば、約１５０℃超過）は熱的に活性化可能な接着剤を硬質化させる傾向があり得るので、典型的には、乾燥温度は低い方がより望ましい。同様に、いくつかの実施形態では、可撓性を向上させるために、熱的に活性化可能な接着剤に保湿剤を含ませるのが望ましい場合がある。

本発明による固定可能なマウント材料は、任意の寸法及び／又は厚さを有することができる。しかしながら、汚染防止装置に使用するには、固定可能なマウント材料、及び同様のマウント材料の厚さは、典型的には、０．３ｃｍ（０．１インチ）、０．３８ｃｍ（０．１５インチ）、又は０．５ｃｍ（０．２インチ）から、０．８ｃｍ（０．３インチ）、１．３ｃｍ（０．５インチ）、１．８ｃｍ（０．７インチ）、２．５ｃｍ（１インチ）又はそれ以上までの範囲となる。典型的には、マウント材料の乾燥坪量は、１平方メートル当たりのグラム数（ｇｓｍ）が４００、７００、１０００、１５００、又は２０００から、５０００、１００００、又は１５０００ｇｓｍ、又はそれ以上までの範囲となる。例えば、非膨張性マウント材料は、典型的には、４００〜２５００ｇｓｍ、より典型的には１０００〜１８００ｇｓｍの乾燥坪量を有する。膨張性マウント材料は、典型的には１２００〜１５０００ｇｓｍ、より典型的には２４００〜８０００ｇｓｍの乾燥坪量を有する。

このマウント材料は、任意の好適な技法によって作製することができ、例えば、当該技術分野において周知のエアレイド法やウェットレイド法を用いて作製できる。

１つの代表的かつ有用な方法では、無機繊維、及び有機ポリマーの水中スラリー（例えば、典型的には、水の重量の９５重量パーセントを超える）が調製され、凝集剤と組み合わされる。任意成分（例えば、消泡剤、膨張性材料、又は充填剤）が次に添加され（使用される場合）、そしてスラリーは、次に従来のウェットレイド不織布抄紙技術によってマウント材料に形成される。つまり、このプロセスは、成分を混合し、スラリーをワイヤーメッシュ又はスクリーン上に注いで水の大部分を取り除くことを包含する。形成されたシートを次に乾燥させ、マウント材料を形成する。マウント材料は次に、シート及びマットなどの望ましい形態に変換することができる。プロセスは、段階的に行うことも、バッチで行うことも、及び／又は連続方式で行うこともできる。

スラリーを作製するとき、任意の膨張性材料及びより高密度の充填剤（使用される場合）のようなより高密度の材料が、より小さい混合容器中のスラリーに、付着工程の直前に、一定速度で添加されてもよい。充填剤及び膨張性材料を含有するスラリーは、これらの粒子が、スラリーをメッシュ上に注ぐ前に、混合タンク中に沈殿するのを防ぐために十分に攪拌される。こうしたスラリーは、より高密度の粒子の望ましくない沈殿を防ぐために、典型的には、メッシュ上に付着されたほとんど直後に部分的に脱水されるべきである。スラリーの真空脱水が望ましい。有用な乾燥方法は、当該技術分野において既知のように、脱水されたスラリーを圧縮又は加圧ローラーを通してウェットプレスし、続いて材料を加熱されたローラーに通過させ、強制熱風乾燥を行うことを含む。

本発明による固定可能なマウント材料は、モノリスをハウジング内へのマウントするための、及び／又はエンドコーン断熱のためのマウント材料（例えば、マウントマット）として、汚染防止装置に有用である。例えば、固定可能なマウント材料は、モノリスを固定可能なマウント材料で巻き、ハウジング内にその巻いたモノリスを挿入することによって、あるいは、内側エンドコーンハウジングを固定可能なマウント材料で巻き、次に外側エンドコーンハウジングを内側エンドコーンハウジングに溶接することによって、モノリスとハウジングとの間に配置することができる。

図２を参照すると、代表的な汚染防止装置２００は、ハウジング２１２を包含し、ほぼ円錘形の入口２１４及び出口２１６（即ち、エンドコーンと一般的に称される）を有する。ハウジング２１２、これは缶又はケーシングと一般的に称され、金属（例えば、ステンレススチール）から通常作製される。ハウジング２１２内に配置されるのはモノリス２１８であり、これは通常セラミック材料又は金属材料製であり、触媒を含むことができる。固定可能なマウント材料２１０はモノリス２１８を取り囲む。熱的に活性化可能な接着剤２６０の層を有する固定可能なマウント材料２１０の第１の主表面２２５は、ハウジング２１２と接触する。モノリス２１８は、例えば、触媒コンバータ要素又はディーゼル粒子フィルタ要素であり得る。

入口２１４及び出口２１６には、内側エンドコーンハウジング２２８及び外側エンドコーンハウジング２２６が含まれる。絶縁材料２３０が、内側エンドコーンハウジング２２８と外側エンドコーンハウジング２２６との間に配置される。本発明による固定可能なマウント材料は、断熱材２３０として使用することができる。

汚染防止装置の多くの例が当該技術分野において既知であり、例えば触媒コンバータ、エンドコーンサブアセンブリ、選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置、ディーゼル微粒子トラップ及びフィルタが含まれる。このような装置に関する詳細は、例えば米国特許第５，８８２，６０８号（サノッキ（Sanocki）ら）、同第６，２４５，３０１号（ストルーム（Stroom）ら）、及び再発行特許第２７，７４７号（ジョンソン（Johnson）、及び公開米国特許出願第２００６／０１５４０４０ Ａ１号（メリー（Merry））に記載されているものがあり得る。

熱的に活性化可能な接着剤は熱によって活性化することができる。いったん活性化されると（例えば、熱い排気ガス、炎、又は車両への設置前のオーブンにより）、当該接着剤は固定可能なマウント材料を、汚染防止装置のハウジング又は他の部分に固定することができる。典型的には、約１５０℃〜約３００℃の範囲内の温度が熱的に活性化可能な接着剤を活性化するが、この範囲外の温度も用いることができる。活性化は、汚染防止装置（例えば、触媒コンバータ）の自己温度への暴露により達成することができる。汚染防止装置の操作温度が、その強化組成物の活性化温度よりも低い場合には、活性化温度を上回る温度までその汚染防止装置を加熱してから自動車に取り付けるようにすると、都合が良い場合がある。有利には、本開示の教示に従うことにより、通常、マウント材料の弾力性特性のほとんどを維持することが可能である。

本発明の目的及び利点を以下の非限定的な実施例により更に例示するが、これらの実施例の中で挙げた特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本発明を不当に限定するように解釈されるべきではない。

特に記載のない限り、実施例及び本明細書の残りの部分におけるすべての部分、割合、及び比率は、重量による。

表１（下記）は、実施例全体に使用される略称を列記したものである：

可撓性試験：
評価材料から２つのストリップ（１８ｃｍ（７インチ）×９ｃｍ（３．５インチ））を得る。一方のストリップを、外側に向いた処理表面（又は処理表面がない場合は処理されていない表面）を有する直径６．４ｃｍ（２．５インチ）の鋼製マンドレルの周囲に巻き、もう一方を、内側に向いた同じ表面を有する同じ鋼製マンドレルの周囲に巻く。ストリップの大部分にわたる亀裂がなく又は割れて大きな剛体セグメントにならずに、両方のストリップをマンドレルの周囲に個別に巻くことができれば、試料は合格であると考えられる。表面の少量の亀裂は許容範囲内である。

溶液１〜１９の調製
表２（下記）に記載の原料を１１８ｍｌ（４オンス）の密閉ガラス瓶に加え、固形物が溶解するまで密閉瓶を８０℃のオーブンの中に置いて、溶液１〜１９を調製した。表２において、「ｇ」はグラムを指す。

使用前に、瓶を振盪して原料を確実に完全に混合した。溶液１０は厳密には溶液ではなく、むしろ粘性のペースト状材料である。説明の便宜上のみの理由で、実施例においては溶液と言う。

実施例１Ａ〜１７Ａ及び比較例Ａ１〜Ｉ１
スチール・ルール型を使用して、マウント材料を２つの４．４５ｃｍ×４．４５ｃｍ（１．７５インチ×１．７５インチ）の正方形試料に切断した。表３に示される溶液を、使い捨てポリエチレン点眼器を使用して、２つの試料のそれぞれの上部主表面に適用した。コーティング重量は１グラム又は３グラムのいずれかであり、これはそれぞれ１平方センチメートル当たり０．０５１グラム又は０．１５２グラム（１平方インチ当たり０．３２７グラム又は０．９８グラム）と一致する。個々の液滴からなるコーティングを上部主表面上に均等に置き、反対面に浸透しなかった。コーティングの適用後、８０℃で少なくとも３０分にわたり、乾燥するまで試料を加熱した。試料の乾燥後、以下のように試料を試験した。

各実施例に関し、２つの試料の処理面を、ブライト仕上げの３２１アニールステンレススチールシムの新しい一片（５ｃｍ（２インチ）×２５ｃｍ（１０インチ）×０．０７６ｍｍ（３ミル））の両側に取り付けて試験集合体を作製した。シムの約２ｃｍ（３／４インチ）は試料を越えて延在した。透明テープの小片を用いて試料を定位置に保持した。粗面を有し、力測定装置（マサチューセッツ州ノーウッドのインストロン（Instron）から商品名「インストロン（INS（登録商標）TRON）４２０１」で入手可能）に取り付けられた、電気的に加熱された２つの圧盤（インコ・アロイス・インターナショナル（Inco Alloys International）から商品名「インコネル（INCONEL）６０１」で入手可能なニッケル・クロム合金）の間に、試験集合体を垂直にクランプした（クランプ力は６９ｋＰａ（１０ｐｓｉ）であった）。各圧盤の寸法は５ｃｍ×８ｃｍ（２インチ×３インチ）であった。ステンレススチールシムの上端部を、下側の圧盤の真上１５ｃｍ（６インチ）に配置された空圧グリッパでクロスヘッドにクランプした。試料を所定の位置にクランプした後、圧盤を７５０℃で加熱し、４分間そのまま放置してあらゆる有機結合剤を焼失した。その後、圧盤を５００℃まで冷却し、５００℃で５分間保持した。次に、力測定装置のクロスヘッドを、１０ｃｍ／分（４インチ／分）で上昇させ、移動距離は１．２７ｃｍ（０．５インチ）であった。２つの試料の間からステンレススチールシムを引っ張るのに必要な力をロードセルで測定した。ピーク力及び故障モードを記録した。結果を表３（以下）に報告する。

比較例Ａ１で使用したＣＢ６７１は非常に厚くてマットに染み込まず、その結果マットの表面上に固い液滴が生じた。

実施例１Ｂ〜１７Ｂ及び比較例Ａ２〜Ｉ２
試験する材料を、スチール・ルール型を使用して寸法１８ｃｍ（７インチ）×１８ｃｍ（７インチ）に切断して試料を作製した。溶液１〜１４の１つを、使い捨てポリエチレン点眼器を使用して、所望量の溶液が適用されるまで試料の一方の全主表面の上に滴状にかつ均一に適用した。試験溶液は試料の反対側の主表面まで浸透しなかった。コーティング重量を記録した。試験溶液の適用後、コーティングされた試料を８０℃のオーブンで最低３０分間乾燥した。試料が乾燥したら室温まで冷却し、可撓性試験で評価した。結果を表４（下記）に記す。

表４において、実施例及び比較例のコーティング重量は、表３の対応する番号の実施例のコーティング重量に等しい。即ち、表３の実施例１Ａは表４の実施例１Ｂと同じコーティング坪量を有し、表３の比較例Ａ１は表４の比較例Ａ２と同じコーティング坪量を有する。表４においてコーティング重量が多いことは試料寸法が大きいことを示す。比較例Ａ２で使用したＣＢ６７１は非常に厚くてマットに染み込まず、その結果、マットの表面上に固い液滴が生じた。

本発明の種々の修正及び変更は、本発明の範囲及び趣旨を逸脱しなければ当業者によって行われてもよく、また本発明は、本明細書に記載された例示的な実施形態に不当に限定されるべきではないと理解されるべきである。

Claims (4)

1. 無機繊維を含み、第１及び第２の相対する主表面を有するマウント材料と、
   前記第１の主表面の少なくとも一部分に隣接して前記マウント材料の上に内部方向に配置されるが、前記マウント材料の全体にわたって広がらない、熱的に活性化可能な接着剤の乾燥層と、を含み、
   次の化学式
   （Ｍ^m+）_d（（Ｚ_pＯ_q（ＯＨ）_r）^n-）_e・（Ｈ₂Ｏ）_f
   〔式中、各Ｍ^m+は、独立して、Ｈ⁺以外のカチオン種を表し、正電荷ｍ＋を有し、
   （Ｚ_pＯ_q（ＯＨ）_r）^n-は電荷ｎ−を有する種を示し、Ｚはホウ素を表し、更に式中：
   ｆは０以上の実数であり、
   ｄ、ｎ、ｑ及びｒは０以上の整数であり、
   ｅ、ｍ及びｐは１以上の整数であり、並びに、
   ｄ×ｍはｅ×ｎに等しい。〕で表わされる少なくとも１つの化合物が、乾燥重量基準で、該熱的に活性化可能な接着剤の大部分を占め、かつ
   可撓性である、
   固定可能なマウント材料。
2. ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置される汚染防止要素と、
   前記ハウジングに隣接して、又は前記ハウジング内に配置された請求項１に記載の固定可能なマウント材料と、を含む汚染防止装置。
3. 請求項１に記載の固定可能なマウント材料を、汚染防止要素がその中に配置されたハウジングに隣接して、又はハウジング内に配置することを含む、汚染防止装置の製造方法。
4. 無機繊維と複数の主表面を含み、該複数の主表面が第１の主表面を含む、マウント材料を提供することと、
   液体溶媒に溶解した熱的に活性化可能な接着剤を含む乾燥可能な溶液を、前記第１の主表面に隣接する前記無機繊維に適用することと、
   前記乾燥可能な溶液を実質的に乾燥して、前記第１の主表面に隣接して内部方向に配置されるが、前記マウント材料の全体にわたって広がらない前記熱的に活性化可能な接着剤を含む乾燥層を提供することを含み、
   次の化学式
   〔（Ｍ^m+）_d（（Ｚ_pＯ_q（ＯＨ）_r）^n-）_e・（Ｈ₂Ｏ）_f
   （式中、各Ｍ^m+は、独立して、Ｈ⁺以外のカチオン種を表し、正電荷ｍ＋を有し、
   （Ｚ_pＯ_q（ＯＨ）_r）^n-は電荷ｎ−を有する種を示し、Ｚはホウ素であり、更に式中：
   ｆは０以上の実数であり、
   ｄ、ｎ、ｑ及びｒは０以上の整数であり、
   ｅ、ｍ及びｐは１以上の整数であり、並びに、
   ｄ×ｍはｅ×ｎに等しい。〕で表わされる少なくとも１つの化合物が、乾燥重量基準で、前記熱的に活性化可能な接着剤の大部分を占め、かつ
   可撓性である、固定可能なマウント材料を製造する方法。

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