JP7274395B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
前記隔壁は、コージェライトを主成分とし、
前記隔壁の水銀圧入法によって測定された気孔率が、45~55%であり、
前記隔壁の水銀圧入法によって測定された平均細孔径が、8~19μmであり、
前記隔壁に形成された細孔のうち、前記隔壁の厚さT1よりも細孔径が大きな細孔を第一細孔とし、且つ、細孔径が10μm以下の細孔を第二細孔とし、
水銀圧入法によって測定された前記隔壁の累積細孔容積において、前記隔壁の総細孔容積に対する、前記第一細孔の細孔容積率が3.0%以下であり、且つ、前記第二細孔の細孔容積率が30%以上であり、
前記隔壁の細孔径分布が、単峰性分布、又は、細孔容積の最大ピークとなる細孔径の値と当該最大ピークに次ぐ準最大ピークとなる細孔径の値との差が30μm以下の多峰性分布である、ハニカム構造体。
前記隔壁の水銀圧入法によって測定された平均細孔径が、9~18μmであり、
水銀圧入法によって測定された前記隔壁の累積細孔容積において、前記隔壁の総細孔容積に対する、前記第一細孔の細孔容積率が2.5%以下であり、且つ、前記第二細孔の細孔容積率が35%以上であり、
前記隔壁の細孔径分布が、単峰性分布、又は、細孔容積の最大ピークとなる細孔径の値と当該最大ピークに次ぐ準最大ピークとなる細孔径の値との差が28μm以下の多峰性分布である、前記[1]に記載のハニカム構造体。
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図1~図3に示すようなハニカム構造体100である。ここで、図1は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示すハニカム構造体の第一端面側を示す平面図である。図3は、図2のA-A’断面を模式的に示す断面図である。
本発明のハニカム構造体を製造する方法については、特に制限はなく、例えば、以下のような方法を挙げることができる。まず、ハニカム構造部を作製するための可塑性の坏土を調製する。ハニカム構造部を作製するための坏土は、原料粉末として、前述のハニカム構造部の好適な材料の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤、造孔材、及び水を添加することによって調製することができる。原料粉末としては、例えば、コージェライト化原料を挙げることができる。コージェライト化原料とは、焼成されることによりコージェライトになる原料のことであり、具体的には、シリカが42~56質量%、アルミナが30~45質量%、マグネシアが12~16質量%の範囲に入る化学組成となるように配合された原料である。
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を2.5質量部、分散媒を0.5質量部、有機バインダを6.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、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た。分散媒としては、水を使用した。有機バインダとしては、メチルセルロース(Methylcellulose)を使用した。分散剤としては、デキストリン(Dextrin)を使用した。造孔材としては、平均粒子径28μmの中空樹脂粒子を使用した。
実施例1のハニカム構造体のハニカム構造部から、縦20mm、横20mm、高さ20mmの測定用の試験片を切り出した。その試験片の隔壁について研磨を施した後、走査型電子顕微鏡(SEM)によってSEM画像を任意に、3視野、撮影した。撮影視野の1視野の大きさは、X方向を隔壁1枚の厚さ(μm)とし、Y方向を600μmとした。そして、ハニカム構造体に触媒を担持した際に、隔壁に形成された全細孔の容積(V0)に対して、実際に触媒が充填された細孔の容積(V1)の比率(百分率)を求めた。具体的には、隔壁に形成された全細孔の容積(V0)を、画像解析によって二値化を行って抽出した細孔部分(即ち触媒が浸透していない細孔と触媒が浸透した細孔)から算出した。次に、ハニカム構造体に触媒を担持し、画像解析によって二値化を行って触媒が浸透した細孔部分を抽出して容積V1を求めた。そして、これらの値を用いて、触媒充填率(%)を算出した。なお、表2の触媒の充填率(%)の値については、3視野のSEM画像の各触媒充填率の算術平均値である。なお、触媒の充填率は、40%以上を合格とする。
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格(JASO規格)のM505-87で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカム構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。アイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム構造体が破壊したときの加圧圧力値(MPa)で示される。アイソスタティック強度が、0.7MPa以上の場合を「合格」とし、0.7MPa未満の場合を「不合格」とした。
基準となる基準ハニカム構造体について、25℃の状態における、第一端面と第二端面との圧力差を求めた。このようして求められた、基準となる基準ハニカム構造体の圧力損失値を「P0(%)」とした。ここで、基準ハニカム構造体とは、評価対象のハニカム構造体と隔壁の構成(表1参照)が同一のハニカム構造体であって、そのハニカム構造体の隔壁に触媒が担持されていないハニカム構造体のことをいう。また、別途、表2に示す値となるように触媒を担持したハニカム構造体について、25℃の状態における、第一端面と第二端面との圧力差を求めた。このようして求められた、触媒を担持したハニカム構造体の圧力損失値を「P1(%)」とした。そして、圧力損失評価における評価値として、下記式(1)によって求められる値を算出した。下記式(1)の評価値が、-5%以下である場合を合格とする。
式(1):圧力損失評価の評価値=(P1―P0)/P0×100%
まず、ハニカム構造体に、NOxを含む試験用ガスを流した。その後、このハニカム構造体から排出されたガスのNOx量をガス分析計で分析した。なお、ハニカム構造体に流入させる試験用ガスの温度を200℃とした。ハニカム構造体及び試験用ガスは、ヒーターにより温度調整した。ヒーターは、赤外線イメージ炉を用いた。試験用ガスは、窒素に、二酸化炭素5体積%、酸素14体積%、一酸化窒素350ppm(体積基準)、アンモニア350ppm(体積基準)および水10体積%を混合させたガスを用いた。この試験用ガスに関しては、水と、その他のガスを混合した混合ガスとを別々に準備しておき、試験を行う時に配管中でこれらを混合させて用いた。ガス分析計は、「HORIBA社製、MEXA9100EGR」を用いた。また、試験用ガスがハニカム構造体に流入するときの空間速度は、100,000(時間-1)とした。表2の「浄化性能評価(%)」の欄には、試験用ガスのNOx量から、ハニカム構造体から排出されたガスのNOX量を差し引いた値を、試験用ガスのNOx量で除算し、100倍したNOx浄化率を示す。基準となる基準ハニカム構造体のNOx浄化率が58.0%であったため、NOx浄化率が58.0%以上の場合を合格とする。基準ハニカム構造体は、「圧力損失評価(%)」のものと同じである。
隔壁の構成を、表1に示すように変更したハニカム構造体を作製した。「平均細孔径(μm)」、「第一細孔の細孔容積率(%)」、「第二細孔の細孔容積率(%)」、「細孔径分布のピーク間の細孔径の値(μm)」の調整は、成形原料に加える造孔材の粒子径を調節することによって行った。
実施例3においては、平均粒子径38μmの造孔材を用いた。
実施例4においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例5においては、平均粒子径70μmの造孔材を用いた。
実施例6においては、平均粒子径70μmの造孔材を用いた。
実施例7においては、平均粒子径10μmの造孔材を用いた。
実施例8においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例9においては、平均粒子径22μmの造孔材を用いた。
実施例10においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例11においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例12においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例13においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例14においては、平均粒子径70μmの造孔材を用いた。
実施例15においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例16においては、平均粒子径70μmの造孔材を用いた。
実施例17においては、平均粒子径10μmの造孔材を用いた。
実施例18においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例19においては、平均粒子径22μmの造孔材を用いた。
実施例20においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
実施例21においては、平均粒子径28μmの造孔材を用いた。
隔壁の構成を、表1に示すように変更したハニカム構造体を作製した。「平均細孔径(μm)」、「第一細孔の細孔容積率(%)」、「第二細孔の細孔容積率(%)」、「細孔径分布のピーク間の細孔径の値(μm)」の調整は、成形原料に加える造孔材の粒子径を調節することによって行った。
比較例2においては、平均粒子径70μmの造孔材を用いた。
比較例3においては、平均粒子径100μmの造孔材を用いた。
実施例1~21のハニカム構造体は、アイソスタティック強度の低下及び圧力損失の増大を抑制しつつ、浄化性能にも優れたものであった。比較例1のハニカム構造体は、触媒の充填率が低く、隔壁の表面上に多くの触媒が担持されてしまうため、圧力損失が高いものであった。比較例2,3のハニカム構造体は、第一細孔の細孔容積率が高く、触媒の充填率が高いものであった。但し、比較例2,3のハニカム構造体は、アイソスタティック強度が基準ハニカム構造体に対して大きく減少するものであった。比較例3のハニカム構造体は、隔壁に形成された細孔の細孔径分布が、表2に示すようなピーク間の細孔径の値が35μmの多峰性分布であった。この比較例3のハニカム構造体は、浄化性能評価においても低い値を示すものであった。
Claims (6)
- 第一端面から第二端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁は、コージェライトを主成分とし、
前記隔壁の水銀圧入法によって測定された気孔率が、45~55%であり、
前記隔壁の水銀圧入法によって測定された平均細孔径が、8~19μmであり、
前記隔壁に形成された細孔のうち、前記隔壁の厚さT1よりも細孔径が大きな細孔を第一細孔とし、且つ、細孔径が10μm以下の細孔を第二細孔とし、
水銀圧入法によって測定された前記隔壁の累積細孔容積において、前記隔壁の総細孔容積に対する、前記第一細孔の細孔容積率が3.0%以下であり、且つ、前記第二細孔の細孔容積率が30%以上であり、
前記隔壁の細孔径分布が、単峰性分布、又は、細孔容積の最大ピークとなる細孔径の値と当該最大ピークに次ぐ準最大ピークとなる細孔径の値との差が30μm以下の多峰性分布である、ハニカム構造体。 - 前記隔壁の水銀圧入法によって測定された気孔率が、47~53%であり、
前記隔壁の水銀圧入法によって測定された平均細孔径が、9~18μmであり、
水銀圧入法によって測定された前記隔壁の累積細孔容積において、前記隔壁の総細孔容積に対する、前記第一細孔の細孔容積率が2.5%以下であり、且つ、前記第二細孔の細孔容積率が35%以上であり、
前記隔壁の細孔径分布が、単峰性分布、又は、細孔容積の最大ピークとなる細孔径の値と当該最大ピークに次ぐ準最大ピークとなる細孔径の値との差が28μm以下の多峰性分布である、請求項1に記載のハニカム構造体。 - 前記隔壁の厚さT1が、64~104μmである、請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部のセル密度が、85~101個/cm2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。
- 前記隔壁の細孔径分布が、単峰性分布、又は、双峰性分布である、請求項1~4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記隔壁は、コージェライトを、その構成成分中に90質量%以上含む、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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