JPWO2016136258A1 - 保持材、その製造方法及びそれを用いた気体処理装置 - Google Patents

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Abstract

アルミナ成分を７０重量％以上含む無機繊維と、表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーと、アルミナゾルと、重量平均分子量が３００万〜６００万のポリアクリルアミドを含み、前記アルミナゾルの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、２〜８重量部であって、前記ポリアクリルアミドの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、０．０１〜１．０重量部である、保持材。

Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガス浄化用気体処理装置に用いられる処理構造体の保持材に関する。
自動車等の車両には、そのエンジンの排気ガス中に含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の有害成分を除去するために、排気ガス浄化用気体処理装置が積載されている。このような気体処理装置は、一般に、筒状に形成された触媒担持体等の処理構造体と、処理構造体を収容する金属製のケーシングと、処理構造体に装着されて処理構造体とケーシングとの間隙に介装される保持材とから構成されている。
処理構造体とケーシングとの間隙に介装される保持材には、自動車の走行中に振動等によって処理構造体がケーシングに衝突して破損しないように処理構造体を安全に保持する機能と、処理構造体とケーシングとの間隙から未浄化の排気ガスが漏れないようにシールする機能とを兼ね備えることが求められる。処理構造体を安全に保持するためには、所定の面圧で、処理構造体を保持する必要があるが、加熱に伴う圧縮を繰り返し受けることにより、面圧が低下する問題があった。
例えば、特許文献１では、シリカ繊維とアルミナゾルを組み合わせた面圧の高い保持材を開示している。
特開２０１３−１４８０７２号公報
本発明の目的は、面圧が高く生産性良く製造できる保持材及びその保持材を用いた気体処理装置を提供することである。
本発明者らは、鋭意研究の結果、所定分子量のポリアクリルアミドと、アルミナゾルを所定配合量含むと、面圧が高く、かつ、製造性の良い保持材が得られることを見い出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の保持材及び気体処理装置等が提供される。
１．アルミナ成分を７０重量％以上含む無機繊維と、
表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーと、
アルミナゾルと、
重量平均分子量が３００万〜６００万のポリアクリルアミドを含み、
前記アルミナゾルの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、２〜８重量部であって、
前記ポリアクリルアミドの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、０．０１〜１．０重量部である、保持材。
２．充填密度０．５ｇ／ｃｍ３、Ｇａｐ開放率１２％で２５００回繰り返し試験の結果、初期開放時面圧からの面圧残存率が、２４％以上である、１記載の保持材。
３．前記無機繊維の交点のうち、短径５００ｎｍ以上の塊でアルミナゾルが付着する交点が、１５％以上である、１又は２記載の保持材。
４．アルミナ成分を７０重量％以上含む無機繊維と、
表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーと、
アルミナゾルと、
重量平均分子量が３００万〜６００万のポリアクリルアミドを含み、
前記アルミナゾルの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、２〜８重量部であって、
前記ポリアクリルアミドの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、０．０１〜１．０重量部となるように、混合して水性スラリーを調製し、
前記水性スラリーを脱水成形して、湿潤成形体を作製し、
前記湿潤成形体を乾燥させる、
保持材の製造方法。
５．筒状に形成された処理構造体と、
前記処理構造体を収容するケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間隙に介装される１〜３のいずれか記載の保持材とを具備する
気体処理装置。
６．前記処理構造体が、触媒担持体又は排ガスフィルタである５記載の気体処理装置。
本発明によれば、面圧が高く生産性良く製造できる保持材及びその保持材を用いた気体処理装置が提供できる。
本発明に係る一実施形態の保持材を装着した気体処理装置を示す断面図である。 実施例３で得られた保持材について面圧を測定した結果を示す図である。
以下、本発明に係る保持材について詳細に説明する。
図１は、本発明の保持材を装着した気体処理装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。図示される気体処理装置１０は、筒状に形成された処理構造体１と、処理構造体１を収容するケーシング２と、処理構造体１に装着されて処理構造体１とケーシング２との間隙に介装された保持材３とから構成されている。保持材３は通常シート状であり、処理構造体１に巻き付けるが、筒状とすることもできる。
気体処理装置１０は、気体に含まれる有害物質及び／又は粒子を除去するために使用される。気体処理装置１０は、例えば、自動車等の車両において、内燃機関（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等）から排出される排気ガスに含まれる有害物質及び／又は粒子を除去する、排気ガス処理装置である。
具体的には、気体処理装置１０は、例えば、ガソリンエンジンの排気ガスに含まれる有害物質を除去するために使用される触媒コンバータ、又はディールエンジンの排気ガスに含まれる粒子を除去するために使用されるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）である。
処理構造体１は、気体を処理する機能を有する構造体である。気体処理装置１０が触媒コンバータである場合、処理構造体１は、気体を浄化するための触媒と、当該触媒を担持する担体とを有する触媒担体である。
また、気体処理装置１０が、ＤＰＦである場合には、処理構造体１は、当該気体中の当該粒子を捕捉するフィルターを有する構造体である。この場合、処理構造体１は、触媒を含んでもよい。
ケーシング２は、例えば、ステンレス、鉄及びアルミニウム等の金属製である。ケーシング２は、複数の部分に分割されていてもよい。
保持材３は、処理構造体１をケーシング２内に保持するために使用される。すなわち、保持材３は、処理構造体１とケーシング２との間隙において圧縮された状態で配置されることにより、当該処理構造体１を当該ケーシング２内に安定して保持する。
本発明の保持材は、アルミナ成分を７０重量％以上含む無機繊維と、表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーと、アルミナゾルと、重量平均分子量が３００万〜６００万のポリアクリルアミドとを含む。
本発明で用いる無機繊維は、通常、アルミナ成分を７０〜１００重量％、シリカ成分を０〜３０重量％含む。好ましくはアルミナ成分を７２〜９８重量％、シリカ成分を２〜２８重量％含む。例えば、アルミナ成分を９０〜９８重量％、シリカ成分を２〜１０重量％含む無機繊維を用いることができる。
また、好ましくは、アルミナ成分とシリカ成分を９８重量％以上又は１００重量％（但し不可避不純物を含む）含む。
アルミナゾルの量は、無機繊維を１００重量部としたとき、２〜８重量部である。好ましくは２．５〜７重量部であり、より好ましくは３〜６重量部である。２重量部未満であると、耐久後の面圧値が向上しない。８重量部を超えると、巻き付け時にマットが割れる恐れがある。また、アルミナゾルの量を増加させると、耐風食性が向上する。
表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーとして、公知のものを用いることができ、ゴム類、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を使用できる。好ましくはアクリル樹脂である。アクリル樹脂の例としては、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル等の単独重合体及び共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体等が挙げられる。
有機バインダーの量は、無機繊維を１００重量部としたとき、通常、０．０１〜２０重量部である。好ましくは０．１〜１５重量部、より好ましくは２〜１２重量部であり、特に好ましくは５〜１１重量部である。有機バインダーを多く含むと、触媒担体への巻き付け性は向上するものの、有機バインダ分解時に有機バインダが炭化して面圧低下を引き起こしやすい。
本発明で用いるポリアクリルアミドの重量平均分子量は、３００万〜６００万であり、例えば、４００万〜５００万である。３００万未満であると、バインダーを付与できなくなる恐れがある。６００万を超えると、製造性が悪化する恐れがある。
ポリアクリルアミドの量は、無機繊維を１００重量部としたとき、０．０１〜１．０重量部である。好ましくは０．０５〜０．８重量部であり、より好ましくは０．１〜０．５重量部である。０．０１重量部未満であると、凝集効果が低下してバインダーを付与できなくなる恐れがある。１．０重量部を超えると、電荷のバランスが崩れることで、かえって凝集効果が低下してバインダーを付与できなくなる恐れがある。
本発明の保持材は、無機繊維、アルミナゾル、ポリアクリルアミド、及び有機バインダーの他に、パルプ等の有機繊維やバーミキュライト等の膨張材等を含むことができる。本発明の保持材は、澱粉を含む必要はない。
本発明の保持材は、無機繊維、アルミナゾル、ポリアクリルアミド、及び有機バインダーを９０重量％以上、９５重量％以上、又は９８重量％以上又は１００重量％（不可避不純物を含んで）含むことができる。本発明の保持材は例えば焼成することにより、有機バインダーを焼失されてもよい。
本発明において、保持材の厚みは限定されないが、通常６ｍｍ〜２０ｍｍである。密度は限定されないが、通常０．１０ｇ／ｃｍ３〜０．２５ｇ／ｃｍ３である。
本発明の保持材は、好ましくは、充填密度０．５ｇ／ｃｍ３、Ｇａｐ開放率１２％で２５００回繰り返し試験の結果、初期開放時面圧からの面圧残存率が、２４％以上である。より好ましくは２６％以上である。
保持材において、無機繊維は絡合して、繊維の周囲や交点にアルミナゾルが付着している。好ましくは、無機繊維の交点のうち、短径５００ｎｍ以上の塊でアルミナゾルが付着する交点が、１５％以上である。交点割合が大きいと、面圧残存率が高くなる傾向がある。より好ましくは２０％以上である。
本発明の保持材の製造方法は、制限されるものではないが、例えば次の方法を採ることができる。
水と、上記の無機繊維、有機バインダー、アルミナゾル及びポリアクリルアミドを混合して水性スラリーを調製する。この水性スラリーを脱水成形して、湿潤成形体を作製する。その後、湿潤成形体を乾燥させて、保持材を得る。
水性スラリーの調製の際は、無機繊維を１００重量部としたとき、アルミナゾルの量が２〜８重量部、ポリアクリルアミドの量が０．０１〜１．０重量部となるようにする。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
実施例１，２
（１）保持体の製造
アルミナ繊維（９６．０重量％のＡｌ２Ｏ３成分及び４．０重量％のＳｉＯ２成分）、アクリル樹脂（アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの共重合体）（有機バインダー）、アルミナゾル及びポリアクリルアミドＡ（重量平均分子量（分子量）４５０万）を水に分散させることにより、水性スラリーを調製した。各成分の配合量を表１に示す。表に示す配合量は、アルミナ繊維を１００重量部としたときの重量部である。
次いで、金網を有する脱水成形型に水性スラリーを流し込み、脱水成形して、アルミナ繊維製湿潤成形体を得た。さらに、湿潤成形体を圧縮しながら、１００℃で乾燥し、保持体を得た。密度は０．１６５ｇ／ｃｍ３であった。
尚、重量平均分子量は、カラムとしてＨＬＣ‐８１２０を用い流速１ｍｌ／ＭｉｎでＧＰＣ法で測定した。
（２）保持体の評価
以下の方法で、保持体の特性を評価した。
（ｉ）凝集状態
目視において、凝集状態を観察した。凝集状態がふっくらした凝集である方が、物性が安定するため好ましい。
（ii）表面平滑性
目視において、表面平滑性を観察した。表面が平滑である方が、巻き付け時に表面の凹凸を基点としてマットに割れ、ヒビが発生しにくいため好ましい。巻き付け時にマットに割れ、ヒビが無いときを良好（○）とし、巻き付け時に表面凹凸部を起点としてマットに割れ、ヒビが発生したとき悪い（×）とした。
（iii）製造性
凝集剤を３００ｒｐｍで攪拌する１０℃の水に、０．５％濃度になるように投入し、完全に溶解するまでの時間を計測した。１時間以内に溶解したものを良好（○）とし、溶解に１時間以上かかるとき悪い（×）とした。
（iv）面圧残存率
面圧残存率を、以下の方法で測定した。
面圧の測定は、島津（株）製万能試験機オートグラフを使用して行った。圧縮治具の円盤（直径１００ｍｍ、厚さ２５ｍｍ）を上下に取り付け、上下圧盤の隙間が１０ｍｍとなる位置をゼロ点とした。次いで、上記で作製したマットを下圧盤に配置し、ゼロ点位置から、圧縮速度１０ｍｍ／ｍｉｎでマットを０．５ｇ／ｃｍ３の充填密度となるように圧縮した後、１２％（充填密度０．４４６ｇ／ｃｍ３）の開放率まで開放する操作を２５００サイクル繰返して測定した。このときの、初期開放時面圧から２５００サイクル目の開放時面圧の残存面圧率とした。
（ｖ）巻き付け性
直径７０ｍｍの触媒担体へ保持材を巻き付け、巻き付け性を観察した。マットに割れ、ヒビが無い時を良好（○）とし、マットに割れ、ヒビが発生したとき悪い（×）とした。
（vi）交点割合
顕微鏡で観察して、無機繊維の交点のうち、短径５００ｎｍ以上の塊でアルミナゾル無機バインダーが付着する交点の交点割合を測定した。
比較例１〜５
表１に示す成分と配合量で、実施例１と同様にして保持体を製造し、評価した。結果を表１に示す。
尚、比較例４では、凝集剤として、重量平均分子量が９００万のポリアクリルアミドＢを用いた。

Figure 2016136258
実施例３
実施例１で用いたアルミナ繊維１００重量部、アクリル樹脂１０重量部、ポリアクリルアミドＡ０．３重量部に対し、アルミナゾルの量を、０．５重量部から６．５重量部に変えて、実施例１と同様に保持材を製造した。実施例１と同様に、２５００回後の解放時面圧を測定した。結果を図２に示す。
本発明の保持材は、自動車等の排気ガス浄化用気体処理装置等に使用できる。
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。

Claims (6)

  1. アルミナ成分を７０重量％以上含む無機繊維と、
    表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーと、
    アルミナゾルと、
    重量平均分子量が３００万〜６００万のポリアクリルアミドを含み、
    前記アルミナゾルの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、２〜８重量部であって、
    前記ポリアクリルアミドの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、０．０１〜１．０重量部である、保持材。
  2. 充填密度０．５ｇ／ｃｍ３、Ｇａｐ開放率１２％で２５００回繰り返し試験の結果、初期開放時面圧からの面圧残存率が、２４％以上である、請求項１記載の保持材。
  3. 前記無機繊維の交点のうち、短径５００ｎｍ以上の塊でアルミナゾルが付着する交点が、１５％以上である、請求項１又は２記載の保持材。
  4. アルミナ成分を７０重量％以上含む無機繊維と、
    表面が負に荷電している、ポリアクリルアミド以外の有機バインダーと、
    アルミナゾルと、
    重量平均分子量が３００万〜６００万のポリアクリルアミドを含み、
    前記アルミナゾルの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、２〜８重量部であって、
    前記ポリアクリルアミドの量が、前記無機繊維を１００重量部としたとき、０．０１〜１．０重量部となるように、混合して水性スラリーを調製し、
    前記水性スラリーを脱水成形して、湿潤成形体を作製し、
    前記湿潤成形体を乾燥させる、
    保持材の製造方法。
  5. 筒状に形成された処理構造体と、
    前記処理構造体を収容するケーシングと、
    前記処理構造体と前記ケーシングとの間隙に介装される請求項１〜３のいずれか記載の保持材とを具備する
    気体処理装置。
  6. 前記処理構造体が、触媒担持体又は排ガスフィルタである請求項５記載の気体処理装置。
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