JPH04305076A - コージェライト質ハニカム構造体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、コージェライト質ハニカム構造
体の製造法に係り、特に得られるコージェライト質ハニ
カム構造体の材料特性を有利に制御し得る技術に関する
ものである。

【０００２】

【背景技術】従来から、タルク、カオリン、仮焼カオリ
ン及びアルミナを主原料として用いて、それらをコージ
ェライト化学組成を与えるように調合することにより、
コージェライト原料バッチを調製し、そしてそのような
原料バッチより、所定のハニカム構造体を押出成形し、
更にその押出成形物を焼成することによって、目的とす
るコージェライト質のハニカム構造体を製造することが
知られているが、そのようなハニカム構造体は、耐熱性
を有すると共に、広い温度範囲に亘って低い熱膨張係数
を有するものであるところから、各種の用途に、その利
用が図られ、特に各種排ガス中の炭化水素、一酸化炭素
及び窒素酸化物を浄化させる装置、中でも、自動車排気
ガス浄化装置に用いられるハニカム状触媒担体材料とし
て、実用化されるに至っている。

【０００３】ところで、このようなコージェライト質の
ハニカム構造体において、その材料特性としては、用途
に応じて種々なるものが要請されることとなるが、代表
的には、ハニカム構造体の壁部の気孔率乃至は吸水率、
またそのようなハニカム構造体の熱膨張率（熱膨張係数
）、耐熱衝撃性や焼成収縮率等が重要と考えられており
、中でも、気孔率乃至は吸水率は、自動車排気ガス浄化
装置におけるハニカム触媒担体としての用途において、
重要な材料特性の一つであることが認められている。蓋
し、ハニカム構造体の気孔率乃至は吸水率は、その壁部
に存在する細孔の分布状態、換言すれば多孔構造の状態
に依存するものであるが、そのような多孔構造は、排気
ガス浄化触媒物質や触媒活性物質の担持において、大き
な影響をもたらし、それ故に、触媒活性を制御するうえ
において、かかる多孔構造、ひいては気孔率乃至は吸水
率を制御する必要があるからである。

【０００４】このため、コージェライト質ハニカム構造
体の多孔構造を改善すべく、従来から、種々なる検討が
なされてきており、例えば特開昭５３−８２８２２号公
報においては、タルク、炭酸マグネシウム、水酸化マグ
ネシウム等のマグネシア源原料の粒度を制御することに
より、得られるコージェライト質ハニカム構造体の熱膨
張係数を制御し、またそのようなハニカム構造体におけ
る細孔径を制御し得ることが明らかにされ、特にそのよ
うなマグネシア源原料の粒度が粗くなると、その粒度に
対応して、ハニカム構造体の細孔径が大きくなることが
明らかにされている。

【０００５】しかしながら、コージェライト質ハニカム
構造体を製造するに際しては、各種の天然原料が配合・
使用されることとなり、マグネシア源原料にあっても、
タルクにて代表される天然原料が用いられることとなる
ところから、前記した従来の粒度調整によるコージェラ
イトセラミック体の細孔径や熱膨張係数等の特性の制御
思想に従って、コージェライト原料バッチにおけるタル
ク等のマグネシア源原料の粒度調整を行なっても、それ
だけでは、目的とする細孔径の多孔質構造、ひいては所
望の気孔率乃至は吸水率等の材料特性を有するコージェ
ライト質ハニカム構造体を再現性良く得ることが出来な
い場合のあることが、本発明者等の更なる研究によって
明らかとなったのである。即ち、タルクの如きマグネシ
ア源原料の粒度を同一にしても、同様な気孔率乃至は吸
水率、熱膨張特性等を有するコージェライト質ハニカム
構造体を安定して再現することが出来ない場合があるこ
とが、明らかとなったのである。

【０００６】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その課題とするところ
は、所定の気孔率乃至は吸水率等の材料特性を有するコ
ージェライト質ハニカム構造体を安定して得ることの出
来る手法を提供することにあり、またコージェライト質
ハニカム構造体における吸水率等の材料特性を有利に制
御し得る手法を提供することにある。

【０００７】

【解決手段】そして、本発明は、かかる課題を解決する
ために、化学組成がＳｉＯ２　：４５〜５５重量％，Ａ
ｌ２　Ｏ３　：３２〜４０重量％，ＭｇＯ：１２〜１５
重量％となるように、タルク、カオリン、仮焼カオリン
及びアルミナを主原料として用いて調製したコージェラ
イト原料バッチより、所定のハニカム構造体を押出成形
し、更に焼成することにより、目的とするコージェライ
ト質のハニカム構造体を製造するに際して、前記タルク
として、ＣａＯの含有量が０．４重量％以下で、結晶子
の大きさが１０μｍ以下のタルク材料の粉末と、ＣａＯ
の含有量が０．４重量％以下で、結晶子の大きさが３０
μｍ以上のタルク材料の粉末とを組み合わせて用いたこ
とを、その特徴とするものである。

【０００８】

【具体的構成・作用】すなわち、かかる本発明は、本発
明者等がコージェライト質ハニカム構造体を与えるコー
ジェライト原料バッチを構成する各原料成分について種
々検討した結果、そのような原料成分の一つたるタルク
が、その生産地の如何によって、ハニカム構造体の吸水
率に大きな影響をもたらしており、そしてそのようなタ
ルク原料を与える天然のタルク材料における結晶子の大
きさが、かかるコージェライト質ハニカム構造体の吸水
率乃至は気孔率等の材料特性に大きく関係している事実
を見い出したことに基づいて、完成されたものである。

【０００９】ところで、本発明に従って、目的とするコ
ージェライト質のハニカム構造体を製造するに際しては
、コージェライトを生成せしめるべく、従来と同様な化
学組成、即ちＳｉＯ２　：４５〜５５重量％，Ａｌ２　
Ｏ３　：３２〜４０重量％，ＭｇＯ：１２〜１５重量％
の化学組成となるように、タルク、カオリン、仮焼カオ
リン及びアルミナを主原料として用いて、コージェライ
ト原料バッチが調合される。勿論、上記の主原料の他に
も、よく知られているように、水酸化アルミニウム、シ
リカ、戻土等が必要に応じて適宜に調合され、コージェ
ライト原料バッチが調製されることは、言うまでもない
ところである。

【００１０】本発明は、このようなコージェライト原料
バッチの調製に対して、前記した知見に基づき、そのタ
ルク成分として、結晶子の大きさの異なった２種のタル
クを組み合わせて使用するようにしたものであり、それ
によって得られるコージェライト体の特性を有利に制御
せしめ得るようにしたものである。即ち、本発明にあっ
ては、結晶子の大きさが１０μｍ以下の小さなタルク材
料から得られる第一のタルク粉末と、結晶子大きさが３
０μｍ以上の大きなタルク材料から得られる第二のタル
ク粉末とを、目的とする特性に応じて、所定の割合にお
いて併用するものであり、そのような結晶子の大きさの
異なる２種のタルク粉末は、その生産地に従って選択す
ることが出来る。例えば、結晶子の大きさが１０μｍ以
下のタルク材料には、米国：モンタナ産やオーストラリ
ア産のものがあり、また中国：遼寧省で産出されるタル
ク材料は、結晶子の大きさが著しく大きく、このため本
発明においては、第二のタルク粉末を与える、結晶子の
大きさが３０μｍ以上のタルク材料として、有利に用い
られ得るものである。

【００１１】なお、これらタルク結晶子の大きさが異な
る２種のタルク材料乃至はタルク粉末は、何れも、その
ＣａＯの含有量が０．４重量％以下であるものを用いる
必要がある。蓋し、ＣａＯの含有量が、０．４重量％を
越えるようになると、得られるコージェライトセラミッ
ク体の熱膨張係数が著しく高くなり、また耐熱衝撃性も
低下して、ハニカム構造体としては適さなくなるからで
ある。

【００１２】また、このようなタルク結晶子の大きさが
異なる２種のタルク材料の配合割合としては、制御され
るべき特性値の如何によって、換言すればコージェライ
ト質ハニカム構造体の特性に応じて適宜に決定されるこ
ととなるが、一般に、結晶子の大きなタルク材料と結晶
子の小さなタルクとは、重量基準にて１／９９〜９９／
１の広い範囲内の割合において、適宜に配合せしめられ
ることとなる。

【００１３】そして、このように結晶子の異なる２種の
タルク材料の粉末をタルク成分として用いて調製された
コージェライト原料バッチからは、従来と同様な成形操
作に従って、所定のハニカム構造体が押出成形され、そ
してそれを焼成することによって、目的とするコージェ
ライト質のハニカム構造体が製造されるのである。例え
ば、よく知られているように、コージェライト原料バッ
チは、必要な助剤を加えて、プラスチック状に変形可能
なバッチとなされ、その可塑化されたバッチを、押出プ
レス成形手法の如き成形手法に従って、ハニカム形状に
成形した後、乾燥し、次いでその乾燥物を１１００℃の
温度までは２５０℃／時間を越えない昇温速度で、更に
１１００℃以上の温度では３０℃／時間〜３００℃／時
間の昇温速度で、そして焼成保持温度は、１３５０℃〜
１４４０℃の温度範囲として、その間０．５〜２４時間
程度保持して焼成することにより、目的とする制御され
た材料特性を有するコージェライト質のハニカム構造体
を製造することが出来るのである。

【００１４】以下に、本発明を更に具体的に明らかにす
るために、本発明の幾つかの実施例を示すが、本発明が
、そのような実施例の記載によって、何等制限的に解釈
されるものでないことは、言うまでもないところである
。本発明は、上記した具体的な説明並びに以下の実施例
の他にも、各種の態様において実施され得るものであり
、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知
識に基づいて実施され得る種々なる態様のものが、何れ
も、本発明の範疇に属するものであると理解されるべき
である。

【００１５】なお、以下の実施例において採用された原
料配合組成は、表１の通りであり、また、実施例で用い
られるタルク結晶子の大きさの異なるタルク材料は、下
記表２に示される如き化学組成、結晶子の大きさ、粉末
の平均粒子径を有するものであった。なお、このタルク
材料における平均粒子径は、セディグラフによる測定値
であり、また結晶子の大きさは、タルクＣ，Ｄ，Ｆ，Ｇ
については、原石中の結晶子が著しく大きいために、原
石タルクの劈開面に垂直な方向の薄片の光学顕微鏡写真
により、結晶の厚さを測定し、その値を用いている。従
って、タルクＣ，Ｄ，Ｆ，Ｇにおける結晶子の大きさは
、実際には表２の値よりも大きいものとして認識される
べきである。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】実施例　　１ 先ず、前記表１に示される原料調合組成において、タル
ク成分として、表２に示される結晶子の大きさが異なる
タルクＡ及びタルクＣを用い、下記表３に示される割合
において、カオリン、仮焼カオリン及びアルミナに配合
せしめ、更に有機バインダーとして、メチルセルロース
をコージェライト化原料組成物の１００重量部あたり３
重量部の割合にて添加して、コージェライト原料バッチ
を調製した。なお、用いたカオリン、仮焼カオリン及び
アルミナの化学分析値は、以下の表４の通りであった。

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】そして、このようにして得られたコージェ
ライト原料バッチを用い、それから通常の押出成形手法
に従って、直径が１１８ｍｍ、長さが１０２ｍｍ、リブ
厚が１５０μｍ、１ｃｍ２　あたりのセル数：約６２個
のハニカム構造体を押出成形せしめ、そしてそれを乾燥
した後、１４００℃×３時間の条件下で焼成を行なうこ
とにより、結晶子の大きさの異なった２種のタルク（Ａ
，Ｃ）を用いて成る各種のコージェライト質ハニカム構
造体を得た。

【００２２】次いで、その得られたハニカム構造体を試
料として用い、それを、触媒担持を行なう方法の模擬と
して、３０℃の温度の水浴中に２分間ディッピングした
後、１ｃｍ２　あたり１．４ｋｇＦの圧力の空気で、余
分な水分を除去した後の吸水重量のハニカム構造体乾燥
重量に対する重量百分率：〔（吸水後重量−乾燥重量）
／乾燥重量〕×１００を吸水率として測定し、その結果
を図１に示した。

【００２３】また、図２には、それぞれの試料について
、４０℃から８００℃までの熱膨張係数（ＣＴＥ）につ
いて、ハニカム押出方向をＡ軸とし、また、かかる押出
方向に垂直な方向をＢ軸として、５０ｍｍの長さにおい
て測定した結果がしめされている。なお、図３には、か
かる試料たるハニカム構造体におけるＡ軸及びＢ軸が示
されている。

【００２４】更に　　図４には、それぞれの試料につい
て、その耐熱衝撃性を評価した結果が示されている。そ
こにおいて、耐熱衝撃性は、各温度（７００℃より２５
℃ずつステップアップ）で電気炉中に２０分保持した後
、室温に取り出した時、クラックが発生し、打音が濁音
となった温度として評価をした。

【００２５】以上の結果から明らかなように、図１より
、結晶子が大きく異なる２種のタルクの比率を変更する
ことによって、吸水率が大きく変化することが認められ
る。なお、ここで使用した２種のタルクの平均粒子径は
略同一であり、そしてタルクの比率を変化させてはいる
が、コージェライト原料中に含まれるタルク平均粒子径
の変化は殆どないものと考えられ、従って結晶子の大き
さによって、吸水率が変化したものであると認められる
。

【００２６】また、図２では、結晶子の小さなタルクの
比率を上げることにより、熱膨張係数のＡ軸は若干大き
くなるが、これに反してＢ軸は小さくなり、熱膨張係数
は、Ａ−Ｂ軸差が小さくなる図４において、結晶子の小
さなタルク比率を上げることにより、耐熱衝撃性が高く
なることが示されている。これは、図２を用いて説明し
たように、熱膨張係数のＡ−Ｂ軸差が小さくなることに
よる熱応力の低下のためであると考えられる。

【００２７】以上の結果より、結晶子の大きく異なる２
種のタルクの比率を変更することによって、吸水率（気
孔率）や耐熱衝撃性の如き特性が制御され得ることが明
瞭に理解されるのである。

【００２８】実施例　　２ 前記表１に示される原料調合組成において、前記表２に
示される結晶子の大きさが異なるタルク材料を、下記表
５に示される組み合わせにおいて用い、タルク成分の１
００重量部に対してそれぞれ７０重量部と３０重量部の
割合となるように配合・使用した。なお、その他の原料
には、前記表４に示される化学分析値を有する原料を用
いた。また、有機バインダーとして、メチルセルロース
をコージェライト化原料組成物の１００重量部あたり３
重量部の割合にて添加し、コージェライト原料バッチを
調製した。そして、この得られたコージェライト原料バ
ッチを用い、それより、通常の押出成形手法に従って、
直径：１１８ｍｍ、長さ：１０２ｍｍ、リブ厚：１５０
μｍ、１ｃｍ２　あたりのセル数：約６２個の、図３に
示される如き構造のハニカム構造体を成形せしめ、更に
それを乾燥した後、１４００℃×３時間の焼成を行なう
ことにより、各種のコージェライト質ハニカム構造体を
得た。

【００２９】

【表５】

【００３０】次いで、かくして得られた各種のハニカム
構造体について、実施例１と同様にして、その吸水率を
測定し、その結果を、熱膨張係数及び耐熱衝撃性の評価
結果と共に、下記表６に示した。

【００３１】

【表６】

【００３２】かかる表６に示されるように、結晶子の大
きなタルクのみの組み合わせ、及び結晶子の小さなタル
クのみの組み合わせにおいては、略一定の吸水率を示す
が、結晶子の大きなタルクと小さなタルクとの組み合わ
せにおいては、吸水率が結晶子の大きなタルク同士の組
み合わせ、及び結晶子の小さなタルク同士の組み合わせ
で得られる吸水率は異なるものとなっている。そして、
それによって、タルク結晶子の大きさの異なる２種のタ
ルクを組み合わせ、コージェライト化原料組成物として
使用することにより、吸水率の制御を行なうことが出来
ることは明らかである。

【００３３】また、熱膨張係数は、タルク結晶子の大き
さが大きく異なる２種の組み合わせで、ある程度の制御
は可能である。即ち、タルク結晶子の大きいものだけの
組み合わせでは、熱膨張係数のＡ−Ｂ軸差が大きくなり
、逆に、タルク結晶子の小さいものだけの組み合わせで
は、熱膨張係数のＡ−Ｂ軸差が小さくなるのである。 従って、タルク結晶子の大きいものと小さいものとの組
み合わせによって、大きいもの同士の組み合わせと小さ
いもの同士の組み合わせにおいて示される、熱膨張係数
のＡ−Ｂ軸差の範囲内において、タルク比率を変更する
ことにより、そのような熱膨張係数を制御することがで
きるのである。

【００３４】また、熱応力の変化によって、タルク結晶
子の大きなもの同士の組み合わせは耐熱衝撃性が低くな
り、一方、タルク結晶子の小さなもの同士の組み合わせ
では耐熱衝撃性が高くなる。但し、タルク中のＣａＯ含
有量が０．４重量％を越える原料を使用すると、熱膨張
係数が著しく高くなり、耐熱衝撃性が低下するようにな
るところから、ハニカム構造体用のコージェライト化原
料には適さないことが認められる。

【００３５】そして、以上の結果より、ＣａＯ量が０．
４重量％を越えない結晶子の大きさが大きく異なる２種
のタルク材料をコージェライト化原料として使用し、そ
れら２種のタルク比率を変更することによって、吸水率
（気孔率）や耐熱衝撃性等の特性を効果的に制御し得る
ことは、明らかである。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に従って、コージェライト質のハニカム構造体を与える
コージェライト原料バッチを構成する一つの原料成分た
るタルクとして、結晶子の大きさが異なる２種のタルク
材料を組み合わせ、原料バッチを調製することにより、
吸水率（気孔率）や耐熱衝撃性等の特性が有利に制御さ
れ、以て所定の特性値を有するコージェライト質ハニカ
ム構造体を再現性良く、安定して得ることが出来、以て
その品質を均一化ならしめ得たものであり、そこに本発
明の大きな技術的意義が存するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において求められたタルクＡ／タルク
Ｃ使用比率と吸水率との関係を示すグラフである。

【図２】実施例１において求められたタルクＡ／タルク
Ｃ使用比率と熱膨張係数との関係を示すグラフである。

【図３】実施例１において製造されたハニカム構造体の
Ａ軸方向及びＢ軸方向を示す説明図である。

【図４】実施例１において求められたタルクＡ／タルク
Ｃ使用比率と耐熱衝撃性との関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　化学組成がＳｉＯ２　：４５〜５５重
   量％，Ａｌ２Ｏ３　：３２〜４０重量％，ＭｇＯ：１２
   〜１５重量％となるように、タルク、カオリン、仮焼カ
   オリン及びアルミナを主原料として用いて調製したコー
   ジェライト原料バッチより、所定のハニカム構造体を押
   出成形し、更に焼成することにより、目的とするコージ
   ェライト質のハニカム構造体を製造するに際して、前記
   タルクとして、ＣａＯの含有量が０．４重量％以下で、
   結晶子の大きさが１０μｍ以下のタルク材料の粉末と、
   ＣａＯの含有量が０．４重量％以下で、結晶子の大きさ
   が３０μｍ以上のタルク材料の粉末とを組み合わせて用
   いたことを特徴とするコージェライト質ハニカム構造体
   の製造法。