JPS6011281A - セラミツク三次元網状構造物及びその製造方法 - 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】 この発明は触媒担体あるいは、各種フィルター材として
注目を浴びているセラミック材料からなシ、内部連通空
間を有する三次元網状のセル構造を有するセラミック三
次元網状構造物及びその製造方法に関するものである。

と９わけこの発明は、自動車排ガス処理用触媒担体等に
用いるコージェライト製三次元網状構造物及びその製造
方法、とくに耐熱衝撃性に値れ、かつ高強度、低圧力損
失であるコージェライト製三次元網状構造物及びその製
造方法に関するものである。

自動車排ガス処理用触媒担体として、と如わけディーゼ
ルエンジンパティキュレー）（粉塵）捕集用フィルター
材としてコージェライト製三次元網状構造物は最適であ
り、近年脚光を沿びている。かかる担体又はフィルター
材として、自動車に装着して使用する場合、以下のよう
な特性が特に重要となる。第１＋７）特性は、耐熱衝撃
性に優れていること、第２の特性は機械的強度が大きい
こと及び第３の特性は圧力損失が小さいことである。

従来、この種の目的及び特性を達成するために、セラミ
ック三次元網状構造物フィルターの他にハニカムフィル
ターが提案されているが、本発明者らの中の一人は、ハ
ニカムフィルターよシ劣っているセラミック三次元締状
構造物フィルターの機械的強度を向上させる方法を開発
して、すでに提案し、この種の目的の使用忙耐え得る強
度を実現したが、この発明は、これに加え強度を低下さ
せることなく、よシ低圧力損失かつ耐熱衝撃性Ｏ向上を
実現し得るセラミック三次元網状構造物、とくにコージ
ェライト製三次元網状構造物及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。しかして、この発明の構造物は、
コアーと外部表面の全ての骨格が連続し、かつ骨格の太
さが核部に向って外側にいくに従い太くなっていくもの
であることを特徴とする◎また、この発明のセラミック
三次元網状構造物の製造方法は、三次元網状のセル構造
を持つ有機多孔体の外部表面に現われている三次元網状
の骨格に、セラミック泥漿を噴霧状にして付着させてか
ら、その構造物をセラミック泥漿中へ浸漬し、余剰の泥
漿を除去し、しかるのち乾燥させてなる工程をくシ返し
、かくて得られた構造物の外部表面に現われている三次
元網状構造の骨格に対し、セラミック泥漿を噴霧状にし
て付着せしめ、さらに焼結させることを特徴とする。

この発明方法に用いるセラミック泥漿としては、コージ
ェライト泥漿、アルミナ泥漿、ムライト泥漿、チタン酸
アルミ泥漿等がある。この中でとくにコージェライト泥
漿が最もよく用いられるが、このコージェライト泥漿を
調製するには、水酸化フルミニラム、滑石及び粘土から
なる組成物を混合、混練し、さらに乾燥した原料粉末と
、この原料粉末を焼成したのち粉砕した結晶系がすべて
コージェライトであるコージェライト粉末とを適当な割
合で混合し、あらかじめポリビニールアルコールのよう
な有機粘結剤と界面活性剤とを溶解した水に、上記の混
合物を分散させることによシおこなう。

上述のようにして調製したコージェライト泥漿等のセラ
ミック泥漿を噴霧状にして、三次元網状構造のウレタン
フオームのような有機多孔体の外部表面の骨格に付着さ
せる。しかるのち、有機多孔体をとの泥漿中に浸漬し、
泥漿を有機多孔体の表面に付着させたのち、余剰の泥漿
を除去し、さらに乾燥するという一連の工程を繰シ返す
と図に示すコアーＪが得られる。つぎに、このコアー１
の外表匍へとの泥漿を噴霧状にして付着させる。このよ
うにして、有機多孔体にコージェライト泥漿を付着せし
めたものをついで乾燥、焼結させると、有機多孔体が消
失するとともに、コージェライト製三次元網状構造物が
得られる。

この発明方法においては、上記のコアー１のカサ密度が
０．２５　Ｖｍ３〜０．４５ル６３の範囲となるように
泥漿のコーティングをおこなえば、低圧力損失で高強度
の構造物が得られる。なお、はじめに有機多孔体の外部
表面に噴霧状にして付着せしめる量は、０．０５〜０．
３０　ｆｊ／ｃｍが好適である。次に泥漿への漬浸、余
剰泥漿の除去及び乾燥の一連の工程を数回Ｗｊａ　Ｄ返
すと、図に示す所望の重量のコアー１が得られる。なお
、はじめに有機多孔体の外部表面に噴霧状にして付着さ
せる場合、外部表面のうち、通風に関与しない側面２の
みに噴霧状にして付着させてもよい。

つぎに、外部表面のうち、コアー１の通風に関与しない
側面２へ泥漿を付着させるが、その量は、０．３９７ｃ
ｍ２未満とすることが好ましい。なお側面２への泥漿の
付着は必ずしも噴霧状にしておこなわなくてもよいが、
噴霧状にしておこなうと、耐熱＠撃性の点で、よシ効果
的である。

さらに、外部表面のうち、コアー１の通風に関与する端
面３へ泥漿を噴霧状にして付着させるが、その付着量は
、０．０４９７ｃｍ２〜０．１ｇ々２の範囲にあること
が好適である。なお、図の矢印は、通風の方向を示す。

以上、詳述したように、この発明のように、構造物の外
部表面に、あらかじめ、−所定量のコージェライト泥漿
のようなセラミック泥漿を噴霧状にして付着させ、しか
る後に、との泥漿への浸漬、余剰泥漿の除去、及び乾燥
の工程を繰り返す間に、三次元網状構造物の骨格が外部
表面に向って外側にいくに従い、太くなる構造物を得る
ことができる。したがって、図に示すコアー１と外部表
面の全ての骨格が連続し、かつ骨格の太さが外側にいく
に従い、太くなる構造物とすることができて、従来品の
強度をそこなうことなく、よシ低圧力損失でかつ優れた
耐熱衝撃性を有するセラミック三次元網状構造物を得る
ことができる。

また、この発明では、あらかじめ噴霧状にして有機多孔
体の外部表面に泥漿を付着させることにより最終的に通
風に関与しない側面２を形成させる時に、コアー１と側
面２との接合部位の強化をはかることができて、通風に
関与する実質部位の軽量化を強度の低下なしに実現し、
その結果として低圧力損失で、かつ耐熱衝撃性の向上し
たセラミック三次元網状構造物とすることができる。な
お、この発明の構造物は、側面２が連続面となシ、気体
のふき抜けを防止する構造となっていることも、その特
長の一つである。

実施例１ 水酸化アルミニウムを１７重量係、滑石を３７重量係及
び粘土を４６重量係とり、混合、混練し、さらに乾燥し
た原料粉末１０重量部と、この原料粉末を１４１０℃の
温度で５時間焼成したのち、平均粒径が１０ミクロンと
なるまで粉砕した結晶系がすべてコージェライトである
コージェライト粉末９０重量部とを混合し、あらかじめ
有機粘結剤としてのポリビニルアルコールと界面活性剤
とを溶解した水に、上記の混合物をよく分散させてコー
ジェライト泥漿を調製した。この泥漿を有機多孔体とし
ての三次元網状のウレタンフオーム（メツシュ数は公称
４ｐ１３を使用）の外部表面のうち、通風に関与しない
側面２へ噴霧状にして単位面積（ｃｒｎ２）当シ０．０
９〜０．１１　ｇを付着せしめた。さらに、との泥漿中
にウレタン７オームを浸漬し、全骨格表面へ泥漿を付着
せしめ、しかるのちに遠心力を利用して余剰の泥漿を除
去したのち乾燥した。

この泥漿への浸漬、除去及び乾燥の工程を４〜出）の図
に示すコアー１を得た。つぎに、コアー１の外部表面の
うちの通風に関与しない側面２に、側面２の単位面積（
１Ｍ２）当シ、０．１〜０、１３　ｐの泥漿を部分浸漬
により塗布し、さらに噴霧状にして０．０２５〜ｏ、　
０５　ｇの泥漿を付着させた。つぎにコアー１の外部表
面のうちの通風に関与する端面３に単位面積（ｃｒｎ２
）当り０、０４５〜ｏ、　０６０　ｇの前記泥漿を噴霧
状にして端面骨格に目づまシレないように付着させ乾燥
後、１４００℃の温度で５時間焼結するとウレタンフオ
ームが焼失するとともに、全体のカサ密度が０．４０９
７ｃｍのコージェライト製三次元網状構造物が得られた
。

以上のセラミック三次元網状構造物について、直径９３
■、高さ６６ｗｎのセラミック三次元網状構造物フィル
ターを試作し、このフィルターにつき、圧力損失、アイ
ソスタティック強度及び耐熱衝撃性の特性について測定
し、その結果を下表に示した。

ここに、耐熱衝撃性の測定方法は、所定温度の電気炉内
にフィルターを入れ、２０分処理してから室温（２０〜
３０℃）で放冷（約１時すするという操作を５５０℃の
温度から始め、各温度でこの操作を２回縁シ返して実施
し、５０℃間隔で順次処理温度を上昇させ、フィルター
の打音が清音から濁音へと変化した時点の温度を亀裂発
生温度として評価し、その後外部表面への亀裂が生じ、
その進行と共にその亀裂を開裂する方向に力が加わシ、
破壊したときの温度を破壊温度として評価した。

比較例１ 三次元網状のウレタンフオームの外部表面のうち通風に
関与しない側面２へ最初に噴霧状にして付着せしめる工
程を実施しなかった以外は実施例１と同様にして全体の
カサ密度が０．４４ｇ々３であるコージェライト製三次
元網状構造物を得た。ただし、泥漿への浸漬、除去及び
乾燥の工程を繰シ返して得られるコアー１のカサ密度は
０．２９〜０．３４　ｇｙ会、その後に側面２に部分浸
漬により付着せしめる泥漿は、単位面積（ｃｒｎ）当り
０．１８〜０．２３　ｊｊ及び噴霧状にして側面２に付
着せしめる泥漿は、単位面積（ｃｒｎ）当り０．０８〜
０．１２　ｇであった。さらに端面３への付着量は、実
施例１と同一量であった。この三次元網状構造物につき
実施例１と同様にして、その特性を測定し、その結果を
下表に示した。

実施例２ 最初に側面２へ噴霧状にして付着せしめる泥漿を単位面
積Ｃｃｍ　）当り０．１４〜０．１６ｇとし、コアー１
を得た後の側面２への部分浸漬によシ付着せしめる泥漿
を０．０７〜０．１０９とした以外は実施例１と同様に
して全体のカサ密度が０、３８　ｊｊ／ｃｍ３のコージ
ェライト製三次元網状構造物を得た。この三次元網状構
造物につき実施例１と同様にしてその特性を測定し、そ
の結果を下表に示した。

実施例３ 最初に側面２へ噴霧状にして付着せしめる泥漿を単位面
積（ｔｙｎ）当り、０，０４〜０．０６　ｇとしてコア
ー１を得た後の側面２への部分浸漬によシ付着せしめる
泥漿を０．１８〜０．２０　ｇとし、さらに噴霧状にし
て付着せしめる泥漿を、０．０７〜０．１０　／ｌとし
た以外は実施例１と同様にして全体のカサ密度が０．４
４　ｇ／ｃｍのコージェライト製三次元網状構造物を得
た。この三次元網状構造物につき実施例１と同様にして
その特性を測定し、その結果を下表に示した。

実施例４ コアーノを得た後の側面２への付着を全て噴霧状にして
付着させる他は、実施例１と同様にして、全体のカサ密
度が０．３８９７ｃｍのコージェライト製三次元網状構
造物を得た。ただし、この噴霧状にして付着せしめた泥
漿は、単位面積（ｍ２）当９０．１２〜０．１６　ｇで
あった。この三次元網状構造物につき実施例１と同様に
してその特性を測定し、その結果を下表に示した。

表に示す実施例１と比較例１の結果を比較すると、この
発明の方法における、あらかじめ三次元網状のセル構造
を持つ有機多孔体の外部表面に現われている三次元網状
の骨格に、セラミック泥漿を噴霧状にして付着させるこ
とが、セラミック三次元網状構造物の強度を殆んど低下
させることなく、圧力損失を低下させ、かつ耐熱衝撃性
にも良好な効果を付与せしめをことに対して有効である
ことが明白である。

このことは、この基材に対して、ディーゼルノ母ティキ
ュレートのトラップ率を向上させる手段又は燃焼除去を
効率的に行なうための触媒貴金属等の担持に必要な、た
とえばｒ−アルミナ等のコーティングを実施する場合に
、そのコート量を増すことが可能となることを助ける役
割をはだすものである。すなわち、圧力損失の上限が、
車両に搭載の際の燃料費低下の点から決定された場合、
それに対応するためには、従来、とのγ−アルミナ等の
コート量が制限されざるを得ない状況が生じたが、上記
に示すようにｒ−アルミナのコート量をこの発明におい
ては増大することができるのである。

又、実施例１と実施例２，３の結果を比較すると明らか
なように、最初に噴霧状にして付着せしめる量は、単位
面積（ｃｒｎ）当り、実施例１のように０．０９〜０．
１１　ｇが最適であることがわかる。すなわち、実施例
２に示すように、これよシ多い量を付着させると、圧力
損失低下への効果及び耐熱衝撃性への効果は同等であり
ながら、強度が若干低下すること、及び実施例３に示す
ように、これよシ少い量を付着させると、圧力損失低下
の効果及び耐熱衝撃性向上の効果が共に少ないことが明
らかである。

つぎに、実施例４で示されるように、コアー１を形成し
た後に、通風に関与しない側面２べ全て噴霧状にして付
着せしめることによシ耐熱衝撃性が一層良好になること
が明白である。

又、上記の実施例にはないが、上記に示すコアー１のカ
サ密度の範囲及び、コアー１の側面２及び端面３へ付着
せしめる単位面積当りの泥漿の重量範囲は、全て圧力損
失、強度及び耐熱衝撃性の三つの特性を、相互に補いあ
うための好適範囲であって、この範囲内で種々の組み合
せが考えられるが、いずれの範囲についても、この好適
範囲内であれば、三つの特性のいずれもが自動車排気ガ
ス処理用触媒担体として使用する場合にすぐれたものと
なり、また、とシわけディーゼルエンジンノＪ？ティキ
ュレート捕集用フィルター材として使用する場合には、
三つの特性についての要求特性に合致することを確認し
である。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の実施例及び比較例で示すセラミック三
次元網状構造物フィルターの各部位の名称を説明するだ
めの概略図である。 １・・・セラミック三次元網状構造物のコアー、２・・
・セラミック三次元絹状構造物コアーの側面、３・・・
セラミック三次元網状構造物コアーの端面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　コアーと外部表面の全ての骨格が連続し、かつ
   骨格の太さが該面に向って外側にいくに従い太くなるこ
   とを特徴とするセラミック三次元網状構造物。
2. （２）三次元網状のセル構造を持つ有機多孔体の外部表
   面に現われている三次元網状の骨格に、セラミック泥漿
   を噴霧状にして付着させてから、その構造物をセラミッ
   ク泥漿中へ浸漬し、余剰の泥漿を除去し、しかるのち乾
   燥させてなる工程を繰シ返し、かくて得られた構造物の
   外部表面に現われている三次元網状構造の骨格に対し、
   セラミック泥漿を噴霧状にして付着せしめ、さらに焼結
   させることを特徴とするセラミック三次元網状構造物の
   製造方法。
3. （３）　セラミック泥漿が、コージェライト泥漿である
   特許請求の範囲第２項記載のセラミ、ツク三次元網状構
   造物の製造方法。