JP5707203B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明のハニカム構造体の一実施形態を、図を参照しながら説明する。ここで、図1は、本発明のハニカム構造体の一実施形態を模式的に示す斜視図であり、図2は、図1に示すハニカム構造体の一方の端面を模式的に示す平面図であり、図3は、図2中のA−A’断面を模式的に示す断面図である。
本実施形態のハニカム構造体を構成するハニカム基材(目封止部及び捕集層が形成されていないハニカム構造体)は、図1〜図3に示すように、排ガスの流路となる一方の端部15aから他方の端部15bまで延びる複数のセル11を区画形成する多孔質の隔壁12を有するものである。そして、本実施形態のハニカム構造体1を構成する目封止部13は、図1〜図3に示すように、複数のセル11の排ガス流入側の開口端部と排ガス流出側の開口端部とを互い違いに目封止するものである。
本実施形態のハニカム構造体は、排ガス流入側の開口端部が開口した流入セルを区画形成する側の隔壁の表面に膜状に配設された多孔質の捕集層を備えるものである。そして、本実施形態のハニカム構造体の捕集層は、セラミックスからなる骨材粒子と、前記骨材粒子どうしを結合する結合部と、を有するものである。更に、前記結合部の融点が前記骨材粒子の融点よりも高いものである。本実施形態のハニカム構造体は、このような構成を有することにより、排ガス中の粒子状物質を効率良く捕集することができると共に、高温条件下においても、捕集層が破損、剥離等することがないという効果を奏するものである。なお、図3においては、流入セル11aを区画形成する側の隔壁12の表面のみに、上記捕集層20が配設された場合の例を示しているが、例えば、捕集層の機能上、流出端部側目封止部13bの内側にも捕集層が配設されていてもよい。
まず、捕集層が形成されている隔壁を、セルの貫通方向に対して垂直に切断する。次に、得られた隔壁の断面における所望領域を、樹脂埋め研磨する。次に、樹脂埋め研磨した断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって500倍の倍率で撮像する。撮影したSEM写真を、横に100分割する直線を引き、この直線を、SEM写真の上から順に観察し、隔壁の表面に触れる直線のうち一番上の直線と、捕集層を形成する粒子に触れる直線のうち一番上の直線と、をそれぞれ決定する。決定された2本の直線間の幅を、その視野の(即ち、当該SEM写真における)膜厚とし、20視野の(即ち、同様の倍率で異なる部位を撮像した20枚のSEM写真における)平均値を、捕集層の厚さとする。
以下、本発明のハニカム構造体を製造する方法について説明する。本発明のハニカム構造体を製造する方法としては、特に限定されないが、多孔質の隔壁によって複数のセルが区画形成され、且つ、その一方の端面と他方の端面における前記複数のセルの開口端部が互い違いに目封止されたハニカム基材を得、得られたハニカム基材の、前記一方の端面側の開口端部が目封止されていないセルを区画形成する側の前記隔壁の表面に、セラミックスからなる骨材粒子と、結合部形成原料と、を含む捕集層形成原料を塗布して、捕集層前駆体を形成する製膜工程と、前記捕集層前駆体が形成された前記ハニカム基材を熱処理することにより、前記骨材粒子どうしを前記結合部形成原料によって結合させて捕集層を形成する熱処理工程と、を備える製造方法(以下、適宜「本製造方法」ともいう)が好ましい。
次に、捕集層の作製方法について説明する。捕集層の作製方法は、上述の作製方法で得られたハニカム基材の、前記一方の端面側の開口端部が目封止されていないセルを区画形成する側の前記隔壁の表面に、セラミックスからなる骨材粒子と、結合部形成原料と、を含む捕集層形成原料を塗布して、捕集層前駆体を形成する製膜工程と、前記捕集層前駆体が形成された前記ハニカム基材を熱処理することにより、前記骨材粒子どうしを前記結合部形成原料によって結合させて捕集層を形成する熱処理工程と、を備える製造方法である。
捕集層の作製方法における製膜工程には、特に制限なく、例えば、気流法、スラリー法等の従来公知の方法を適宜用いることができる。これらの方法の中でも、気流法による方法が特に好ましい。
捕集層の作製方法における熱処理工程は、上述の製膜工程において捕集層前駆体が形成されたハニカム基材を、例えば、700〜1600℃で熱処理する工程である。
[ハニカム基材の作製]
コージェライト化原料として、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用し、コージェライト化原料100質量部に、造孔材を13質量部、分散媒を35質量部、有機バインダを6質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。分散媒として水を使用し、造孔材としては平均粒子径10μmのコークスを使用し、有機バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。
骨材粒子として平均粒子径2.1μmのコージェライト粉末2.0質量部、結合部形成原料としてリン酸二水素アンモニウム1.5質量部を混合し、更に乳鉢を使用して混合し、捕集層形成原料を得た。なお、コージェライト粉末は、コージェライト製ハニカム基材等を作製する際に生じる廃材を平均粒子径が2.1μmとなるように粉砕したもの(コージェライトセルベン)を用い、リン酸二水素アンモニウムは、和光純薬工業社製の商品名「りん酸二水素アンモニウム」を用いた。
ハニカム構造体の流出側から、エアガン(栗田製作所製の商品名「エアーガン(AG50)」(噴出し口径2mm))を使用して0.4MPaに圧縮された空気を、ハニカム構造体の流出側端面の全体に吹きつけた。この際、エアガンの噴出し口を、ハニカム構造体の流出側端面からの距離を20mmに固定して吹きつけた。
式: 剥離率(%)=剥離量/製膜量×100
炉内温度が1000℃に設定された電子炉内で1分間加熱した。捕集層の微細構造を走査型電子顕微鏡(SEM)(日立製作所製の商品名「S−3200N」)を使用して観察し、上記熱サイクル試験の前後で、捕集層が維持されているものを「良好」と評価し、結合部が溶融し捕集層の細孔が閉塞したり、ハニカム基材の隔壁の細孔内へ浸透したりしている等、捕集層が維持されなかったものを「不良」と評価した。評価結果を表1に示した。なお、上記耐熱性評価については、上記耐剥離性評価の評価結果が「0%」であった実施例1及び比較例1に対して行った。
表1に示す結合部形成原料及び結合部形成原料の配合量(質量部)としたこと以外は、実施例1のハニカム構造体と同様にして、ハニカム構造体を作製し、その評価を実施した。評価結果を併せて表1に示した。なお、比較例7は、骨材粒子と結合部形成原料とを別々の原料として用いるのではなく、コージェライト粉末のみで捕集層を形成した。
表1の結果から明らかなように、骨材粒子の融点より高い融点の結合部を有する捕集層は、耐熱性が良好なものであった(実施例1)。一方、比較例1のハニカム構造体ように、融点が低いガラスフリットを結合部形成原料として用いた場合には、ガラス成分が溶融し、捕集層の細孔を閉塞させたり、ハニカム基材の隔壁の細孔に浸透したりしており、耐熱性に劣るものであった。また、比較例3〜6は、低温(700℃)では溶融又は骨材粒子に含有される成分との反応が起こらず、結合部が形成されなかったため、捕集層が剥離した。比較例7のハニカム構造体には結合部形成原料が用いられていないため、低温(700℃)ではコージェライトからなる骨材粒子が溶融せず、結合部が形成されなかったため捕集層が剥離した。
Claims (6)
- 排ガスの流路となる一方の端部から他方の端部まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム基材と、
所定の前記セルの排ガス流入側の開口端部と残余の前記セルの排ガス流出側の開口端部とに配設された目封止部と、
前記排ガス流入側の開口端部が開口した流入セルを区画形成する側の前記隔壁の表面に膜状に配設された多孔質の捕集層と、を備え、
前記ハニカム基材がコージェライトからなり、
前記捕集層は、セラミックスからなる骨材粒子と、前記骨材粒子どうし及び前記骨材粒子と前記隔壁との間を結合する結合部と、を有し、且つ、
前記結合部が、前記骨材粒子及び前記隔壁に含まれるルイス塩基と、前記結合部に含まれるルイス酸とが、熱処理により反応して生成した塩からなり、前記骨材粒子がコージェライトからなる微粒子であるとともに、前記塩が、リン酸アルミニウムであり、前記結合部の少なくとも一部の融点が、複数の前記骨材粒子のうちの少なくとも一の骨材粒子の融点よりも高いものであるハニカム構造体。 - 前記結合部の少なくとも一部の融点が、複数の前記骨材粒子のうちの全ての骨材粒子の融点よりも高いものである請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記結合部の全部の融点が、複数の前記骨材粒子のうちの少なくとも一の骨材粒子の融点よりも高いものである請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記結合部の融点が700〜3000℃である請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記捕集層は、前記隔壁の細孔よりも平均細孔径が小さい細孔を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記捕集層を構成する前記骨材粒子と、前記ハニカム基材の前記隔壁とが前記結合部によって結合され、前記排ガス流入側の開口端部が開口した流入セル内の隔壁の表面に前記捕集層が配設されている請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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