KR101291964B1

KR101291964B1 - 유지 시일재, 그 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치

Info

Publication number: KR101291964B1
Application number: KR1020120116428A
Authority: KR
Inventors: 게이지 구마노
Original assignee: 이비덴 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-08-09
Also published as: CN103114891A; EP2594758A1; CN103114891B; EP2594758B1; US20130118138A1; US8945269B2; KR20130054139A; JP2013127244A

Abstract

(과제) 무기 섬유의 비산량을 효과적으로 억제할 수 있음과 함께, 유지 시일재에 요구되는 면압이나 전단 응력 등의 특성을 충분히 만족시킬 수 있는 유지 시일재를 제공한다.
(해결 수단) 배기 가스 처리체와, 상기 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과, 상기 배기 가스 처리체와 상기 케이싱의 사이에 배치 형성되는 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재로 구성되는 배기 가스 정화 장치에 사용되는 유지 시일재로서, 상기 유지 시일재를 구성하는 소정의 두께의 매트에는 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착되어 있고, 상기 유기 바인더는 상기 매트를 두께 방향으로 상부, 중앙부, 하부로 분할했을 때, 주로 상부 및 하부에 첨착되어 있는 것을 특징으로 하는 유지 시일재.

Description

유지 시일재, 그 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치 {HOLDING SEALING MATERIAL, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND EXHAUST GAS PURIFYING APPARATUS}

본 발명은 유지 시일재, 그 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에는 그을음 등의 퍼티큘레이트 매터 (이하, PM 이라고도 한다) 가 함유되어 있고, 최근, 이 PM 이 환경이나 인체에 해를 끼치는 것이 문제가 되고 있다. 또한, 배기 가스 중에는 CO, HC, NOx 등의 유해한 가스 성분도 함유되어 있다는 점에서, 이 유해한 가스 성분이 환경이나 인체에 미치는 영향에 대해서도 우려되고 있다.

그래서, 배기 가스 중의 PM 을 포집하거나, 유해한 가스 성분을 정화하거나 하는 배기 가스 정화 장치로서, 탄화규소나 코디어라이트 등의 다공질 세라믹으로 이루어지는 배기 가스 처리체와, 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과, 배기 가스 처리체와 케이싱의 사이에 배치 형성되는 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재로 구성되는 배기 가스 정화 장치가 여러 가지 제안되어 있다. 이 유지 시일재는 자동차의 주행 등에 의해 발생되는 진동이나 충격에 의해, 배기 가스 처리체가 그 외주를 덮는 케이싱과 접촉하여 파손되는 것을 방지하는 것, 및 배기 가스 처리체와 케이싱의 사이로부터 배기 가스가 누출되는 것을 방지하는 것 등을 주된 목적으로 하여 배치 형성되어 있다.

상기 유지 시일재는 평면에서 보아 단변과 장변으로 이루어지는 직사각 형상의 매트로, 통상 일방의 단변측에 사각 형상의 오목부가 형성되고, 상기 단변에 대향하는 장변측에 상기 오목부에 끼워 맞춰지는 볼록부가 형성되어 있다. 또, 유지 시일재는 주로 알루미나 섬유 등의 무기 섬유에 의해 구성되어 있다.

상기 배기 가스 정화 장치를 제작할 때에는, 배기 가스 처리체에 상기한 형상의 유지 시일재를 감고, 그 유지 시일재가 감겨진 배기 가스 처리체 (이하, 권취체라고도 한다) 를 여러 가지의 방법에 의해 케이싱 내에 수용하는 캐닝을 실시한다.

특허문헌 1 에는, 상기 캐닝에 있어서 발생하는 유지 시일재로부터의 무기 섬유의 비산을 방지하기 위해서, 무기 섬유로 이루어지는 매트상물에 유기 바인더 또는 무기 바인더를 첨착 (添着) 함과 함께, 권취 후의 충전 밀도가 0.1 ∼ 0.6 g/㎤ 의 범위 내가 되도록 무기 섬유의 밀도를 조정하고, 또한 상기 매트상물에 첨착된 바인더의 고형분의 분포 비율을, 상기 매트상물을 두께 방향으로 상부, 중부, 하부로 3 등분하여 측정한 경우, 상부 및 하부에 있어서의 분포 비율이 중부에 비해 높게 한 것을 특징으로 하는 유지 시일재가 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2002-4848호

상기한 바와 같이, 유지 시일재는 캐닝에 있어서 무기 섬유가 비산되지 않는 것이 작업 환경면에서 매우 중요한데, 상기한 종래의 유지 시일재에서는 매트의 두께 방향으로 거의 균일하게 바인더가 첨착되어 있기 때문에, 소량의 바인더로는 충분히 무기 섬유의 비산을 방지할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 본 명세서에 있어서는, 캐닝은 상기한 유지 시일재를 배기 가스 처리체에 감는 권취 공정, 및 권취체를 케이싱에 수용하는 수용 공정을 포함하는 개념으로 사용하는 것으로 한다.

본 발명은, 상기의 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 무기 섬유의 비산량을 효과적으로 억제할 수 있음과 함께, 유지 시일재에 요구되는 면압이나 전단 응력 등의 특성을 충분히 만족시킬 수 있는 유지 시일재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 상기 유지 시일재를 사용한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 청구항 1 에 기재된 유지 시일재는, 배기 가스 처리체와, 상기 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과, 상기 배기 가스 처리체와 상기 케이싱의 사이에 배치 형성되는 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재로 구성되는 배기 가스 정화 장치에 사용되는 유지 시일재로서,

상기 유지 시일재를 구성하는 소정의 두께의 매트에는 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착되어 있고, 상기 유기 바인더는 상기 매트를 두께 방향으로 상부, 중앙부, 하부로 분할했을 때, 주로 상부 및 하부에 첨착되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 1 에 기재된 유지 시일재에서는, 무기 바인더가 섬유 표면에 첨착되어 있으므로, 섬유간의 마찰력이 향상되는 (무기 섬유끼리가 가까워진 교차 부분에서 무기 바인더가 무기 섬유끼리를 고정시키는 역할을 한다) 것으로 추정되며, 이것에서 기인하여 유지 시일재의 면압이 높아지고, 전단 응력도 높아진다. 따라서, 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용했을 때, 유지 시일재의 배기 가스 처리체의 유지력이 증가하여, 캐닝에 있어서 매트가 지나치게 변형되지 않고 효율적으로 캐닝의 작업을 진행시킬 수 있다.

또 청구항 1 에 기재된 유지 시일재에서는, 매트를 구성하는 무기 섬유에 무기 바인더가 첨착됨과 함께, 매트의 상부 및 하부에 유기 바인더가 첨착되어 있으므로, 섬유의 교점이 무기 바인더로 고정되고, 그 섬유와 교점으로 구성되는 간극에 유기 바인더가 충전되기 때문에, 비산량이 유기 바인더, 무기 바인더 각각을 단독으로 함유시킨 경우보다 적어진다. 이러한 상승 효과에 의해, 짧게 비산되기 쉬운 무기 섬유를 매트의 내부에 확실하게 가두는 역할을 하여, 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 보다 효과적으로 억제할 수 있어 캐닝에 있어서의 작업 환경을 개선시킬 수 있다.

또, 매트를 구성하는 무기 섬유에 무기 바인더만을 첨착시킨 경우, 및 유기 바인더만을 첨착시킨 경우에 비해, 매트를 구성하는 무기 섬유에 무기 바인더 및 유기 바인더의 양방을 첨착시킨 경우에는, 배기 가스 처리체에 대한 권취성이 향상된다. 그 이유로는 이하의 점을 생각할 수 있다. 즉, 매트의 중앙 부분에서는 무기 섬유의 교점이 무기 바인더로 고정되고, 무기 섬유간에 공극이 잔존하고 있기 때문에, 플렉서빌리티 (가요성) 가 풍부하여 배기 가스 처리체에 감을 때에 매트가 구부러지기 쉽다. 한편, 매트의 상부 및 하부에서는 무기 섬유의 교점 이외의 무기 섬유가 구성하는 공간에 유기 바인더가 충전되어 있으므로, 매트의 배기 가스 처리체와 접하고 있는 면 및 그 반대면이 신축되더라도 크랙이 잘 발생하지 않아 매트의 밴딩 용이함이 손상되지 않는다.

청구항 2 에 기재된 유지 시일재에서는, 상기 매트의 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 매트의 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많거나, 또는 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많다.

청구항 2 에 기재된 유지 시일재에서는, 상기 매트의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상부보다 하부가 많거나, 또는 그 반대이므로, 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용할 때, 상기 매트의 유기 바인더의 첨착량이 많은 쪽의 면을 케이싱과 접촉시키고, 유기 바인더의 첨착량이 적은 쪽의 면을 배기 가스 처리체와 접촉시키도록 배치한다.

청구항 2 에 기재된 유지 시일재에서는 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용할 때, 배기 가스 처리체에 매트를 감는다. 따라서, 매트의 케이싱과 접촉하는 면으로부터 무기 섬유가 비산되기 쉬운데, 청구항 2 에 기재된 유지 시일재에서는 케이싱과 접촉하는 부분의 유기 바인더의 첨착량이 많다. 그 때문에, 상기와 같이 유지 시일재를 배치하면, 비산되기 쉬운 무기 섬유를 매트의 내부에 가둘 수 있어, 무기 섬유가 보다 잘 비산되지 않아 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 매트를 상기와 같이 배치 형성함으로써, 케이싱과의 접촉 부분에서의 매트 균열을 방지할 수 있음과 함께, 배기 가스 처리체와의 접촉 부분에서 주름 발생을 방지할 수 있다.

즉, 매트의 케이싱과 접촉하는 부분에서 유기 바인더의 첨착량이 적으면, 캐닝에 있어서 매트의 케이싱과 접촉하는 부분에 균열이 발생하여, 배기 가스가 균열이 발생한 부분을 통과하기 쉬워지는데, 청구항 2 에 기재된 유지 시일재에서는 그러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

또, 매트의 배기 가스 처리체와 접촉하는 부분에 유기 바인더의 첨착량이 너무 많으면, 반대로 배기 가스 처리체와 접촉하는 부분에 주름이 발생하여, 역시 배기 가스가 주름이 발생한 부분을 통과하기 쉬워지는데, 청구항 2 에 기재된 유지 시일재에서는 그러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

청구항 3 에 기재된 유지 시일재에서는, 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 이며, 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많거나, 또는 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 이며, 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많다.

따라서, 캐닝에 있어서 무기 섬유의 비산량을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 상기 매트의 유기 바인더의 첨착량이 많은 쪽의 면을 케이싱과 접촉시키고, 유기 바인더의 첨착량이 적은 쪽의 면을 배기 가스 처리체와 접촉시키도록 배치함으로써, 케이싱과의 접촉 부분에서의 매트 균열을 방지할 수 있음과 함께, 배기 가스 처리체와의 접촉 부분에서 주름 발생을 방지할 수 있다.

청구항 4 에 기재된 유지 시일재에서는, 상기 무기 섬유는 알루미나 섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 생체 용해성 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 섬유로 구성되어 있으므로, 유지 시일재로서 요구되는 특성, 즉 매트의 내열성 등의 요구에 응할 수 있다.

청구항 5 기재된 유지 시일재에서는, 상기 무기 바인더의 무기 섬유 단위 중량당 첨착량은 고형분 환산으로 0.5 ∼ 3.0 g/100 g 이므로, 매트의 면압 및 전단 응력의 개선의 요구에 응할 수 있다.

청구항 6 에 기재된 유지 시일재에서는, 상기 유지 시일재를 구성하는 매트에는 무기 섬유끼리의 얽힘을 형성하기 위한 니들 펀칭 처리가 실시되어 있으므로, 매트의 부피를 알맞게 감소시킬 수 있어 캐닝에 있어서의 작업 효율을 올릴 수 있음과 함께, 무기 섬유의 얽힘에서 기인하여 매트의 면압을 높일 수 있어 확고히 배기 가스 처리체를 유지할 수 있다.

청구항 7 에 기재된 유지 시일재의 제조 방법은, 니들 펀칭 처리가 실시된 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재용 매트를 준비하는 매트 준비 공정과, 상기 매트를 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액과 접촉시켜, 상기 매트 중의 무기 섬유에 무기 바인더를 함침시키는 함침 공정과, 상기 무기 바인더 함유액이 부착된 매트를 탈수 처리함으로써, 상기 무기 섬유에 대한 상기 무기 바인더 함유액의 부착량을 소정의 범위로 제어하는 탈수 공정과, 상기 매트의 상부측 주면 (主面) 및 하부측 주면에 유기 바인더를 함유하는 유기 바인더 함유액의 액적을 상기 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량이 상이하도록 분사하는 분사 공정과, 무기 바인더 함유액 및 유기 바인더 함유액을 함유한 매트를 건조시키는 건조 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

청구항 7 에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에서는, 탈수 공정에서 무기 바인더의 첨착량을 소정의 범위로 제어하고, 완전히 건조시키기 전에 유기 바인더를 첨착시킨다. 따라서, 무기 바인더와 유기 바인더의 양방이 존재하는 부분에서는 양자가 서로 혼합됨으로써 혼합액의 점도가 상승함과 함께, 점착성도 증가하여 무기 섬유에 달라붙기 쉬워져 보다 광범위한 무기 섬유에 부착된다. 그리고, 무기 섬유에 부착된 혼합액에는 비산되기 쉬운 무기 섬유가 부착되기 쉬워진다. 이와 같은 수분을 함유하는 무기 바인더와 유기 바인더의 상승 효과에 의해, 매트 밖으로 비산되기 쉬운 짧은 무기 섬유를 매트의 내부에 확실하게 가둘 수 있어 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 유지 시일재에는, 무기 바인더를 섬유 표면에 첨착하므로, 섬유간의 마찰력이 향상되는 (무기 섬유끼리를 서로 고정시키는 고정점이 증가하는) 것으로 추정되며, 유지 시일재의 면압이 높아지고, 전단 응력도 높아진다. 따라서, 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용했을 때, 유지 시일재의 배기 가스 처리체의 유지력이 증가하여, 캐닝에 있어서 매트가 지나치게 변형되지 않고 효율적으로 캐닝의 작업을 진행시킬 수 있다.

청구항 8 에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에서는, 무기 섬유는 알루미나 섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 생체 용해성 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 섬유로 구성되어 있으므로, 유지 시일재로서 요구되는 특성, 즉 매트의 내열성 등의 요구에 응할 수 있다.

청구항 9 에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에서는, 상기 무기 바인더 함유액은 알루미나 졸 또는 실리카 졸이다.

상기 알루미나 졸 또는 실리카 졸은 무기 재료의 코팅용으로서 이용되며, 기재와의 밀착성이 우수하다. 이 때문에, 무기 바인더를 첨착했을 때, 기체인 무기 섬유에 밀착성이 양호하게 첨착되어, 유지 시일재로서 요구되는 상기한 특성을 충분히 만족시킬 수 있도록 기능한다.

청구항 10 에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에서는, 상기 탈수 처리는 흡인 탈수에 의해 실시하므로, 흡인력을 조정함으로써 매트를 구성하는 무기 섬유에 첨착되는 무기 바인더의 양을 제어할 수 있다.

청구항 11 에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에 있어서는, 상기한 유기 바인더 함유액은 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무를 물에 분산시킨 라텍스이므로, 접착성이 풍부하여, 비산되기 쉬운 짧은 무기 섬유에 부착됨과 함께, 짧은 무기 섬유가 고무를 개재하여 긴 무기 섬유에 접착되는 것으로 추정되며, 보다 효과적으로 무기 섬유의 매트로부터의 비산을 방지할 수 있다.

청구항 12 에 기재된 배기 가스 정화 장치는, 케이싱과, 상기 케이싱에 수용된 배기 가스 처리체와, 상기 배기 가스 처리체의 주위에 감겨져, 상기 배기 가스 처리체 및 상기 케이싱의 사이에 배치 형성된 유지 시일재를 구비하는 배기 가스 정화 장치로서,

상기 유지 시일재는 청구항 1 ∼ 6 중 어느 한 항에 기재된 유지 시일재인 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 배기 가스 정화 장치는, 상기 서술한 청구항 1 ∼ 6 에 기재된 유지 시일재의 효과를 발휘할 수 있다.

청구항 13 에 기재된 배기 가스 정화 장치는,

케이싱과, 상기 케이싱에 수용된 배기 가스 처리체와, 상기 배기 가스 처리체의 주위에 감겨져, 상기 배기 가스 처리체 및 상기 케이싱의 사이에 배치 형성된 유지 시일재를 구비하는 배기 가스 정화 장치로서,

상기 유지 시일재는 청구항 7 ∼ 11 중 어느 한 항에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에 의해 얻어진 것임을 특징으로 한다.

따라서, 상기 배기 가스 정화 장치는, 상기 서술한 청구항 7 ∼ 11 중 어느 한 항에 기재된 유지 시일재의 제조 방법의 효과를 발휘할 수 있다.

도 1(a), (b) 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 매트의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치의 제조 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 5 는, 전단 응력을 시험하기 위한 전단 강도 시험기를 모식적으로 나타낸 개념도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 적절히 변경하여 적용할 수 있다.

(제 1 실시형태)

이하, 본 발명의 유지 시일재 및 배기 가스 정화 장치의 일 실시형태인 제 1 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재에 대하여 설명한다.

도 1(a) 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이며, 도 1(b) 는, 상기 유지 시일재를 길이 방향으로 평행하게 절단했을 때의 절단면을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 1(a) 및 (b) 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재 (10) 는, 소정의 길이 (이하, 도 1 중 화살표 L 로 나타낸다), 폭 (도 1 중 화살표 W 로 나타낸다) 및 두께 (도 1 중 화살표 T 로 나타낸다) 를 갖는 평면에서 보아 대략 직사각형의 평판상 형상의 매트 (11) 로 구성되어 있다.

도 1 에 나타내는 매트 (11) 에서는, 매트 (11) 의 길이 방향측의 단부 (端部) 중 일방의 단부에는 볼록부 (12) 가 형성되어 있고, 타방의 단부에는 오목부 (13) 가 형성되어 있다. 매트 (11) 의 볼록부 (12) 및 오목부 (13) 는, 후술하는 배기 가스 정화 장치를 조립하기 위해서 배기 가스 처리체에 매트 (11) 를 감았을 때에 정확히 서로 끼워 맞춰지는 형상으로 되어 있다.

매트 (11) 는 무기 섬유를 주성분으로 함유하고 있으며, 그 무기 섬유에 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착되어 있다.

상기 무기 섬유는, 알루미나 섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 생체 용해성 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 섬유로 구성되어 있다.

알루미나 섬유에는, 알루미나 이외에 예를 들어 CaO, MgO, ZrO₂ 등의 첨가제가 함유되어 있어도 된다. 알루미나 실리카 섬유의 조성비로는, 중량비로 Al₂O₃ : SiO₂ = 60 : 40 ∼ 80 : 20 인 것이 바람직하고, Al₂O₃ : SiO₂ = 70 : 30 ∼ 74 : 26 인 것이 보다 바람직하다.

실리카 섬유에는, 실리카 이외에 예를 들어 CaO, MgO, ZrO₂ 등의 첨가제가 함유되어 있어도 된다.

생체 용해성 섬유는, 예를 들어 실리카 등 외에 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 화합물을 함유하는 무기 섬유이다.

이들 화합물로 이루어지는 생체 용해성 섬유는 인체에 받아들여져도 용해되기 쉽기 때문에, 이들 무기 섬유를 함유하여 이루어지는 매트는 인체에 대한 안전성이 우수하다.

생체 용해성 섬유의 구체적인 조성으로는, 실리카 60 ∼ 85 중량％, 그리고, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물 15 ∼ 40 중량％ 를 함유하는 조성을 들 수 있다. 상기 실리카란, SiO 또는 SiO₂ 를 말한다.

상기 알칼리 금속 화합물로는 예를 들어 Na, K 의 산화물 등을 들 수 있고, 상기 알칼리 토금속 화합물로는 Mg, Ca, Ba 의 산화물 등을 들 수 있다. 상기 붕소 화합물로는 B 의 산화물 등을 들 수 있다.

생체 용해성 섬유의 조성에 있어서, 실리카의 함유량이 60 중량％ 미만에서는 유리 용융법으로 제작하기 어려워 섬유화하기 어렵다.

또, 실리카의 함유량이 60 중량％ 미만에서는 유연성을 갖는 실리카의 함유량이 적기 때문에 구조적으로 취약하고, 또 생리 식염수에 잘 녹는 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물의 비율이 상대적으로 높아지므로 생체 용해성 섬유가 생리 식염수에 너무 잘 녹게 되는 경향이 있다.

한편, 실리카의 함유량이 85 중량％ 를 초과하면, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물의 비율이 상대적으로 낮아지므로 생체 용해성 섬유가 생리 식염수에 너무 녹기 어려워지는 경향이 있다.

또한, 실리카의 함유량은, SiO 및 SiO₂ 의 양을 SiO₂ 로 환산하여 산출한 것이다.

또, 생체 용해성 섬유의 조성에 있어서 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물의 함유량이 15 ∼ 40 중량％ 인 것이 바람직하다. 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물의 함유량이 15 중량％ 미만이면, 생체 용해성 섬유가 생리 식염수에 잘 녹지 않게 된다.

한편, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물의 함유량이 40 중량％ 를 초과하면, 유리 용융법으로는 제작하기 어려워 섬유화하기 어렵다. 또, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 붕소 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 화합물의 함유량이 40 중량％ 를 초과하면 구조적으로 취약하고, 생체 용해성 섬유가 생리 식염수에 너무 잘 녹게 된다.

상기 생체 용해성 섬유의 생리 식염수에 대한 용해도는 30 ppm 이상인 것이 바람직하다. 생체 용해성 섬유의 용해도가 30 ppm 미만에서는, 무기 섬유가 체내에 받아들여졌을 경우에, 체외로 잘 배출되지 않아 건강상 바람직하지 않기 때문이다.

유리 섬유는 실리카와 알루미나를 주성분으로 하고, 알칼리 금속 외에 카르시아, 티타니아, 산화아연 등을 함유하는 유리상의 섬유이다.

본 발명의 실시형태에 관련된 매트의 겉보기 중량 (단위 면적당 중량) 은 특별히 한정되지 않지만, 200 ∼ 4000 g/㎡ 인 것이 바람직하고, 1000 ∼ 3000 g/㎡ 인 것이 보다 바람직하다. 매트의 겉보기 중량이 200 g/㎡ 미만이면, 유지 시일재로서의 유지력이 충분하지 않고, 매트의 겉보기 중량이 4000 g/㎡ 를 초과하면, 매트의 부피가 낮아지기 어렵다. 그 때문에, 이와 같은 매트를 유지 시일재로서 이용하여 배기 가스 정화 장치를 제조하는 경우, 배기 가스 처리체가 케이싱으로부터 탈락되기 쉬워진다.

또, 매트의 부피 밀도 (캐닝 전의 유지 시일재의 부피 밀도) 에 대해서도 특별히 한정되지 않지만, 0.10 ∼ 0.50 g/㎤ 인 것이 바람직하다. 매트의 부피 밀도가 0.10 g/㎤ 미만이면, 무기 섬유의 얽힘이 약하여 무기 섬유가 박리되기 쉽기 때문에, 매트의 형상을 소정의 형상으로 유지하기 어려워진다.

또, 매트의 부피 밀도가 0.50 g/㎤ 를 초과하면, 매트가 딱딱해져 배기 가스 처리체로의 권취성이 저하되어 매트가 균열되기 쉬워진다.

본 발명의 실시형태에 관련된 매트의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 1.5 ∼ 50 ㎜ 인 것이 바람직하고, 6 ∼ 20 ㎜ 인 것이 보다 바람직하다.

매트의 두께가 1.5 ㎜ 미만이면, 유지 시일재로서의 유지력이 충분하지 않다. 그 때문에, 이와 같은 매트를 유지 시일재로서 이용하여 배기 가스 정화 장치를 제조하는 경우, 배기 가스 처리체가 케이싱으로부터 탈락되기 쉬워진다. 또, 매트의 두께가 50 ㎜ 를 초과하면, 매트가 너무 두껍기 때문에, 배기 가스 처리체로의 권취성이 저하되어 매트가 균열되기 쉬워진다.

매트 (11) 를 구성하는 무기 섬유에 첨착하는 유기 바인더는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 에폭시 수지, 아크릴 수지, 고무계 수지, 스티렌계 수지 등을 들 수 있다.

상기 유기 바인더 중에서는 고무계 수지 (라텍스) 등이 바람직하다. 유기 바인더를 함유하는 유기 바인더 함유액으로는, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스 또는 폴리비닐알코올 등의 수용성 유기 중합체를 용해시킨 용액, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무를 물에 분산시킨 라텍스 등을 들 수 있다.

도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 상기 유기 바인더는 매트 (11) 를 두께 방향으로 상부 (11a), 중앙부 (11c), 하부 (11b) 로 분할했을 때, 주로 상부 (11a) 및 하부 (11b) 에 첨착되어 있다.

유기 바인더의 첨착 부분은, 엄밀하게 매트 (11) 를 두께 방향으로 3 등분했을 때에 형성되는 상부와 하부가 아니어도 되고, 상부 (11a) 및 하부 (11b) 가 3 등분한 상부, 하부보다 조금 작은 영역이어도 되고, 3 등분한 상부, 하부보다 조금 큰 영역이어도 된다.

또, 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량이 상부, 하부에 비해 적으면, 중앙부 (11c) 의 무기 섬유에 유기 바인더가 다소 첨착되어 있어도 된다.

유기 바인더의 첨착량은 매트 (11) 의 상부 (11a) 및 하부 (11b) 가 대략 동일한 첨착량인 것이 바람직하다.

또, 이 경우의 상부 (11a) 및 하부의 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 6.0 g/100 g 인 것이 보다 바람직하고, 2.0 ∼ 3.0 g/100 g 인 것이 더욱 바람직하다.

상기한 첨착량이면, 유기 바인더를 첨착했을 때, 매트 (11) 를 구성하는 무기 섬유에 유기 바인더가 부착됨과 함께, 비산되기 쉬운 짧은 무기 섬유를 유기 바인더에 의해 매트의 내부에 가둘 수 있어 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 억제할 수 있다.

무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량이 0.5 g/100 g 미만이면, 유기 바인더의 첨착량이 너무 적기 때문에, 무기 섬유의 비산을 충분히 억제할 수 없다. 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량이 10.0 g/100 g 을 초과해도 무기 섬유의 비산 효과는 거의 바뀌지 않고, 유기 바인더의 첨착량이 너무 많기 때문에, 배기 가스 정화 장치에 배치 형성한 후, 배기 가스의 열에 의해 분해되는 유기분의 양이 많아져 주위 환경에 악영향을 끼치게 된다.

중앙부 (11c) 의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량이 상부 (11a), 하부 (11b) 에 비해 많아도 무기 섬유의 비산 효과는 거의 개선되지 않고, 토탈 유기 바인더의 첨착량이 너무 많게 되어, 배기 가스 정화 장치에 배치 형성한 후, 배기 가스의 열에 의해 분해되는 유기분의 양이 많아져 주위 환경에 악영향을 끼친다.

매트 (11) 를 구성하는 무기 섬유에 첨착하는 무기 바인더로는, 서로 접근한 무기 섬유끼리에 부착함으로써 무기 섬유끼리를 고정시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 알루미나 졸, 실리카 졸 등이 바람직하다.

무기 바인더의 무기 섬유 단위 중량당 첨착량은 고형분 환산으로 0.5 ∼ 3.0 g/100 g 인 것이 바람직하다.

무기 바인더의 무기 섬유 단위 중량당 첨착량은 고형분 환산으로 0.5 g/100 g 미만이면, 상기 서술한 무기 섬유의 비산량을 억제 효과, 면압, 전단 응력의 개선 효과가 불충분해지는 한편, 무기 바인더의 무기 섬유 단위 중량당 첨착량은 고형분 환산으로 3.0 g/100 g 을 초과하면, 무기 바인더의 첨착량이 너무 많기 때문에, 매트의 가요성 등이 저하되어 캐닝의 작업이 어려워진다.

상기한 첨착량이면, 매트 (11) 의 내부 또는 표면에 존재하여, 주위에 비산되기 쉬운 길이가 짧은 섬유를 주위에 비산되기 어려운 긴 섬유 등에 부착시킬 수 있어 무기 섬유의 비산량을 억제할 수 있다.

또, 무기 섬유에 무기 바인더를 첨착시키면, 무기 섬유끼리가 가까운 거리에서 교차한 부분 또는 접촉한 부분에 무기 바인더가 부착되어, 무기 섬유끼리가 교차 부분에서 고정된다. 따라서, 매트의 내부에 무기 섬유의 일부를 고정시키는 고정점이 다수 형성되게 되어, 압축이나 변형에 대한 저항력이 커져 유지 시일재의 면압이 높아짐과 함께, 전단 응력 (전단 강도) 도 높아진다. 또한, 무기 바인더를 구성하는 알루미나 졸, 실리카 졸은 무기 섬유에 부착된 후, 가열됨으로써, 알루미나, 실리카가 되어 무기 섬유끼리를 강고하게 접착시킨다.

본 실시의 형태에서는, 무기 바인더가 첨착됨과 함께, 매트의 상부 및 하부에 유기 바인더가 첨착되어 있으므로, 섬유의 교점이 무기 바인더로 고정되고, 그 섬유와 교점으로 구성되는 간극에 유기 바인더가 충전되기 때문에, 비산량이 유기 바인더, 무기 바인더 각각을 단독으로 함유시킨 경우보다 적어진다. 이러한 상승 효과에 의해, 비산되기 쉬운 무기 섬유를 매트의 내부에 확실하게 가두는 역할을 하여, 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 보다 효과적으로 억제할 수 있어 캐닝에 있어서의 작업 환경을 개선시킬 수 있다.

매트 (11) 에 대한 무기 바인더의 첨착 영역은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 매트 (11) 의 기계적 특성의 개선 관점에서, 매트 전체에 첨착되어 있는 것이 바람직하고, 매트 전체에 균일하게 첨착되어 있는 것이 바람직하다.

유지 시일재 (10) 를 구성하는 매트 (11) 에는, 무기 섬유끼리의 얽힘을 형성하기 위한 니들 펀칭 처리가 실시되어 있는 것이 바람직하다.

니들 펀칭 처리란, 니들 등의 섬유 교락 수단을 무기 섬유 전구체의 시트상물에 집어넣었다 뺐다 하는 것을 말한다. 매트 (11) 에서는, 비교적 평균 섬유 길이가 긴 무기 섬유가 니들 펀칭 처리에 의해 3 차원적으로 교락하고 있다. 즉, 매트 (11) 는 길이 방향과 수직인 폭 방향으로 니들 펀칭 처리되어 무기 섬유끼리가 얽혀 있다. 무기 섬유 전구체에 대해서는 후술하는 유지 시일재의 제조 방법에 있어서 설명한다.

이 니들 펀칭 처리에 의해, 매트 (11) 의 부피를 알맞게 감소시킬 수 있어 캐닝에 있어서의 작업 효율을 올릴 수 있음과 함께, 무기 섬유의 얽힘에서 기인하여 매트 (11) 의 면압을 놀일 수 있다.

또한, 무기 섬유의 평균 섬유 길이는, 교락 구조를 나타내기 위해서 어느 정도의 길이가 필요하다. 예를 들어, 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 50 ㎛ ∼ 100 ㎜ 가 바람직하다. 또, 무기 섬유의 평균 직경은 2 ∼ 10 ㎛ 가 바람직하다.

다음으로, 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법에 대하여 설명한다.

제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법은, 상기한 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재를 제조하는 방법에 적합하다.

본 실시 형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법은, 니들 펀칭 처리가 실시된 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재용 매트를 준비하는 매트 준비 공정과, 상기 매트를 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액과 접촉시켜, 상기 매트 중의 무기 섬유에 무기 바인더를 함침시키는 함침 공정과, 상기 무기 바인더 함유액이 부착된 매트를 탈수 처리함으로써, 상기 무기 섬유에 대한 상기 무기 바인더 함유액의 부착량을 소정의 범위로 제어하는 탈수 공정과, 상기 매트의 상부측 주면 및 하부측 주면에 유기 바인더를 함유하는 유기 바인더 함유액의 액적을 상기 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량이 상이하도록 분사하는 분사 공정과, 무기 바인더 함유액 및 유기 바인더 함유액을 함유한 매트를 건조시키는 건조 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(a) 매트 준비 공정

본 실시 형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법에서는, 우선 니들 펀칭 처리가 실시된 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재용 매트를 준비하는 매트 준비 공정을 실시한다.

본 실시 형태의 유지 시일재 (10) 를 구성하는 매트 (11) 는 여러 가지의 방법에 의해 얻을 수 있는데, 예를 들어 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 우선, 예를 들어 염기성 염화알루미늄 수용액과 실리카 졸 등을 원료로 하는 방사용 혼합물을 블로잉법에 의해 방사하여 3 ∼ 10 ㎛ 의 평균 섬유 길이를 갖는 무기 섬유 전구체를 제작한다. 계속해서, 상기 무기 섬유 전구체를 압축하여 소정의 크기의 연속된 시트상물을 제작하여, 이것에 니들 펀칭 처리를 실시하고, 그 후 소성 처리를 실시함으로써 유지 시일재용 매트의 준비가 완료된다.

(b) 함침 공정

다음으로, 상기 매트를 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액과 접촉시켜, 상기 매트 중의 무기 섬유에 무기 바인더를 함침시키는 함침 공정을 실시한다.

무기 바인더 함유액은 알루미나 졸, 실리카 졸의 액인데, 원액으로는 농도가 너무 진하므로, 고형분 환산으로 0.5 ∼ 5 중량％ 정도로 묽게 한 액을 무기 바인더 함유액으로서 사용한다.

이 함침 공정에 있어서, 매트를 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액과 접촉시키는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 매트를 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액에 침지시킴으로써, 매트 중의 무기 섬유에 무기 바인더를 함침시켜도 되고, 커튼 코트법 등의 방법으로 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액을 매트 상에 낙하시킴으로써 매트 중의 무기 섬유에 무기 바인더를 함침시켜도 된다.

(c) 탈수 공정

다음으로, 무기 바인더 함유액이 부착된 매트를 탈수 처리함으로써, 상기 무기 섬유에 대한 상기 무기 바인더 함유액의 부착량을 소정의 범위로 제어하는 탈수 공정을 실시한다.

이 공정에서는, 무기 바인더 함유액이 부착된 매트를 흡인 탈수함으로써 무기 바인더의 첨착량을 조정한다. 이 때, 무기 바인더의 무기 섬유 단위 중량당 첨착량이 고형분 환산으로 0.5 ∼ 3.0 g/100 g 이 되도록 흡인 탈수로 조정한다.

(d) 분사 공정

다음으로, 상기 흡인 탈수로 무기 바인더 함유액의 부착량을 조정한 매트를 완전히 건조시키지 않고, 상기 매트의 상부측 주면 및 하부측 주면에 유기 바인더를 함유하는 유기 바인더 함유액에 분무하여 분사하는 분사 공정을 실시한다.

상기 분사 공정에 있어서도, 무기 바인더의 경우와 마찬가지로 고형분 환산으로 0.5 ∼ 5 중량％ 정도로 묽게 한 액을 유기 바인더 함유액으로서 사용한다. 그리고, 이 유기 바인더 함유액이 미세한 액적이 되도록 매트의 상면 및 하면을 향하여 분무하여, 매트의 상부 및 하부의 일정 영역에 유기 바인더 함유액을 부착시킨다.

(e) 건조 공정

이 후, 무기 바인더 함유액 및 유기 바인더 함유액을 함유한 매트를 110 ∼ 140 ℃ 정도의 온도에서 건조시키는 건조 공정을 실시하여, 수분을 증발시키고, 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착된 매트 (11) 로 한다.

본 실시 형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법에서는, 무기 섬유에 무기 바인더 함유액을 부착시킨 후, 완전히 건조시키지 않고, 유기 바인더 함유액을 부착시킨다. 따라서, 건조 전의 매트의 내부는 수분을 많이 함유하고 있고, 무기 바인더와 유기 바인더의 양방이 존재하는 부분에서는 양자가 서로 혼합됨으로써 혼합액의 점도가 상승함과 함께, 점착성도 증가하여 무기 섬유에 달라붙기 쉬워져 보다 광범위한 무기 섬유에 부착된다. 그리고, 무기 섬유에 부착된 혼합액에는 비산되기 쉬운 무기 섬유가 부착되기 쉬워진다. 이와 같은 수분을 함유하는 무기 바인더와 유기 바인더의 상승 효과에 의해, 매트 밖으로 비산되기 쉬운 길이의 짧은 무기 섬유를 매트의 내부에 확실하게 가둘 수 있어 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 효과적으로 억제할 수 있다.

(배기 가스 정화 장치)

본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재는, 배기 가스 정화 장치의 유지 시일재로서 사용된다.

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치에 대해 설명한다.

도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치 (100) 는, 케이싱 (120) 과, 케이싱 (120) 에 수용된 배기 가스 처리체 (130) 와, 배기 가스 처리체 (130) 및 케이싱 (120) 사이에 배치 형성된 유지 시일재 (110) 를 구비하고 있다.

배기 가스 처리체 (130) 는, 다수의 셀 (131) 이 셀벽 (132) 을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 주상의 것이다. 또한, 케이싱 (120) 의 단부에는, 필요에 따라 내연기관으로부터 배출된 배기 가스를 도입하는 도입관과 배기 가스 정화 장치를 통과한 배기 가스가 외부로 배출되는 배출관이 접속되게 된다.

또한, 도 2 에 나타내는 배기 가스 정화 장치 (100) 에서는, 배기 가스 처리체 (130) 로서 각각의 셀에 있어서의 어느 일방이 봉지재 (133) 에 의해 밀봉된 배기 가스 필터 (허니컴 필터) 를 사용하고 있는데, 어느 단면에도 봉지재에 의한 밀봉이 이루어져 있지 않은 촉매 담체를 사용해도 된다.

도 2 에 나타내는 배기 가스 정화 장치 (100) 에서는, 유지 시일재 (110) 로서 도 1 에 나타낸 매트 (10) 가 사용되고 있다.

상기 서술한 구성을 갖는 배기 가스 정화 장치 (100) 를 배기 가스가 통과하는 경우에 대해, 도 2 를 참조하며 이하에 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이 내연기관으로부터 배출되어 배기 가스 정화 장치 (100) 로 유입된 배기 가스 (도 2 중, 배기 가스를 G 로 나타내고, 배기 가스의 흐름을 화살표로 나타낸다) 는, 배기 가스 처리체 (허니컴 필터) (130) 의 배기 가스 유입측 단면 (130a) 에 개구된 하나의 셀 (131) 에 유입되고, 셀 (131) 을 사이에 둔 셀벽 (132) 을 통과한다. 이 때, 배기 가스 중의 PM 이 셀벽 (132) 에 의해 포집되어 배기 가스가 정화되게 된다. 정화된 배기 가스는, 배기 가스 유출측 단면 (130b) 에 개구된 다른 셀 (131) 로부터 유출되어 외부로 배출된다.

다음으로, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체 (허니컴 필터) 및 케이싱에 대해 설명한다.

또한, 배기 가스 정화 장치를 구성하는 유지 시일재의 구성에 대해서는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재로서 이미 설명하였으므로 생략한다.

먼저, 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체에 대해 설명한다.

도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다.

도 3 에 나타내는 바와 같이 배기 가스 처리체 (허니컴 필터) (130) 는, 주로 다공질 세라믹으로 이루어지고, 그 형상은 대략 원주상이다. 또, 허니컴 필터 (130) 의 외주에는, 허니컴 필터 (130) 의 외주부를 보강하거나, 형상을 조정하거나, 허니컴 필터 (130) 의 단열성을 향상시키거나 하는 목적에서, 외주 코트층 (134) 이 형성되어 있다.

또한, 허니컴 필터 (130) 내부의 구성에 대해서는, 상기 서술한 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치의 설명에서 이미 서술한 바와 같다 (도 2 참조).

다음으로, 배기 가스 정화 장치를 구성하는 케이싱에 대해 설명한다.

케이싱 (140) 은, 주로 스테인리스 등의 금속으로 이루어지고, 그 형상은, 도 4 에 나타내는 바와 같이 양 단부의 내경이 중앙부의 내경보다 작은 대략 원통상이어도 되고, 또한, 내경이 일정한 대략 원통상이어도 된다.

케이싱의 내경 (배기 가스 처리체를 수용하는 부분의 내경) 은, 배기 가스 처리체의 단면 직경과 배기 가스 처리체에 감겨진 상태의 유지 시일재 (매트) 의 두께를 합친 길이보다 약간 짧아져 있는 것이 바람직하다.

계속해서, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치의 제조 방법의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 4 에서는, 내경이 일정한 대략 원통상의 케이싱을 사용한 예를 나타내고 있다.

먼저, 도 1 에 나타낸 매트 (11) 를 배기 가스 처리체 (허니컴 필터) (130) 의 주위에 감음으로써, 권취체 (유지 시일재가 감겨진 배기 가스 처리체) (150) 를 제작하는 권취 공정을 실시한다.

권취 공정에서는, 종래 공지된 방법에 의해 제작한 대략 원주 형상의 배기 가스 처리체 (130) 의 외주에, 매트 (11) 를 볼록부 (12) 와 오목부 (13) 가 끼워 맞춰지도록 하여 감는다.

그 결과, 유지 시일재 (110) 가 감겨진 배기 가스 처리체 (130) 인 권취체 (150) 를 제작할 수 있다.

다음으로, 제작된 권취체 (150) 를, 소정의 크기를 갖는 대략 원통상으로서, 주로 금속 등으로 이루어지는 케이싱 (140) 에 수용하는 수용 공정을 실시한다.

수용 후에 유지 시일재가 압축되어 소정의 반발력 (즉, 배기 가스 처리체를 유지하는 힘) 을 발휘하기 위해서, 케이싱 (140) 의 내경은, 유지 시일재 (110) 를 감은 배기 가스 처리체 (130) 의 유지 시일재 (110) 의 두께를 포함한 최외경보다 조금 작아진다.

이상의 방법에 의해, 도 2 에 나타낸 배기 가스 정화 장치 (100) 를 제조할 수 있다.

수용 공정에 관해, 권취체를 케이싱에 수용하는 방법으로서는, 예를 들어, 케이싱 내부의 소정의 위치까지 권취체를 압입하는 압입 방식 (스태핑 방식), 권취체를 케이싱의 내부에 삽입한 후, 케이싱의 내경을 줄이도록 외주측에서부터 압축하는 사이징 방식 (스웨이징 방식), 케이싱을, 제 1 케이싱 및 제 2 케이싱의 2 개의 부품으로 분리 가능한 형상으로 해두고, 권취체를 제 1 케이싱 상에 재치 (載置) 한 후에 제 2 케이싱을 씌워 밀봉하는 크램쉘 방식 등을 들 수 있다.

이하에, 본 발명의 유지 시일재, 그 유지 시일재의 제조 방법 및 배기 가스 정화 장치의 작용 효과에 대해 열거한다.

(1) 본 실시형태의 유지 시일재에서는, 무기 섬유가 첨착되어 있으므로, 무기 섬유끼리가 가까워진 교차 부분에서 무기 바인더가 무기 섬유끼리를 고정시키는 역할을 하는 것으로 추정되며, 이것에서 기인하여 유지 시일재의 면압이 높아지고, 전단 응력도 높아진다. 따라서, 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용했을 때, 유지 시일재의 배기 가스 처리체의 유지력이 증가하여, 캐닝에 있어서 매트가 너무 변형되지 않고 효율적으로 캐닝의 작업을 진행시킬 수 있다.

(2) 본 실시형태의 유지 시일재에서는, 매트를 구성하는 무기 섬유에 무기 바인더가 첨착됨과 함께, 매트의 상부 및 하부에 유기 바인더가 첨착되어 있으므로, 섬유의 교점이 무기 바인더에 의해 고정되고, 그 섬유와 교점으로 구성되는 간극에 유기 바인더가 충전되기 때문에, 비산량이 유기 바인더, 무기 바인더 각각을 단독으로 함유시킨 경우보다 적어진다. 이와 같은 상승 효과에 의해, 짧게 비산되기 쉬운 무기 섬유를 매트의 내부에 확실하게 가두는 역할을 하여, 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 보다 효과적으로 억제할 수 있어 캐닝에 있어서의 작업 환경을 개선할 수 있다.

(3) 본 실시형태의 유지 시일재에서는, 상기 무기 섬유는, 알루미나 섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 생체 용해성 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 섬유로 구성되어 있으므로, 유지 시일재로서 요구되는 특성, 즉 매트의 내열성 등의 요구에 응할 수 있다.

(4) 본 실시형태의 유지 시일재에서는, 상기 유지 시일재를 구성하는 매트에는 무기 섬유끼리의 얽힘을 형성하기 위한 니들 펀칭 처리가 실시되고 있으므로, 매트의 부피를 알맞게 감소시킬 수 있어 캐닝에 있어서의 작업 효율을 올릴 수 있음과 함께, 무기 섬유의 얽힘에서 기인하여 매트의 면압을 높일 수 있어 확고히 배기 가스 처리체를 유지할 수 있다.

(5) 본 실시형태의 유지 시일재의 제조 방법에서는, 탈수 공정에서 무기 바인더의 첨착량을 소정의 범위로 제어하고, 무기 바인더 함유액을 완전히 건조시키기 전에 유기 바인더 함유액을 부착시키므로, 무기 바인더와 유기 바인더의 양방이 존재하는 부분에서는 양자가 서로 혼합됨으로써 혼합액의 점도가 상승함과 함께, 점착성도 증가하여 무기 섬유에 달라붙기 쉬워져 보다 광범위한 무기 섬유에 부착된다. 그리고, 무기 섬유에 부착된 혼합액에는 비산되기 쉬운 무기 섬유가 부착되기 쉬워진다. 이와 같은 수분을 함유하는 무기 바인더와 유기 바인더의 상승 효과에 의해, 매트 밖으로 비산되기 쉬운 무기 섬유를 매트의 내부에 확실하게 가둘 수 있어 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 효과적으로 억제할 수 있다.

(6) 본 실시형태의 유지 시일재의 제조 방법에서는, 유기 바인더 함유액으로서 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무를 물에 분산시킨 라텍스를 사용할 수 있고, 상기한 고무는, 접착성이 풍부하여 비산되기 쉬운 프리의 짧은 무기 섬유에 부착됨과 함께, 짧은 무기 섬유가 고무를 개재하여 긴 무기 섬유와 접착하는 것이 추정되며, 보다 효과적으로 무기 섬유의 매트로부터의 비산을 방지할 수 있다.

(7) 본 실시형태의 배기 가스 정화 장치는, 상기 서술한 본 실시형태에 관련된 유지 시일재 및 본 실시형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법에 의해 제조된 유지 시일재가 사용되고 있으므로, 상기 서술한 여러 가지 효과를 누릴 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 보다 구체적으로 개시한 실시예를 나타낸다. 또한, 본 발명은 이들의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에서는, 본 발명의 제 1 실시형태를 보다 구체적으로 개시한 유지 시일재 및 그 제조 방법에 대해 설명한다.

(실시예 1)

(a) 매트 준비 공정

먼저, 이하의 순서에 의해 유지 시일재의 매트를 준비하였다.

(a-1) 방사 공정

Al 함유량이 70 g/ℓ 이며, Al : Cl = 1 : 1.8 (원자비) 이 되도록 조제한 염기성 염화알루미늄 수용액에 대해, 소성 후의 무기 섬유에 있어서의 조성비가 Al₂O₃:SiO₂ = 72 : 28 (중량비) 이 되도록 실리카 졸을 배합하고, 추가로 유기 중합체 (폴리비닐알코올) 를 적당량 첨가하여 혼합액을 조제하였다.

얻어진 혼합액을 농축시켜 방사용 혼합물로 하고, 이 방사용 혼합물을 블로잉법에 의해 방사하여 평균 섬유 직경이 5.1 ㎛ 인 무기 섬유 전구체를 제작하였다.

(a-2) 압축 공정

상기 공정 (1) 에서 얻어진 무기 섬유 전구체를 압축하여 연속된 시트상물을 제작하였다.

(a-3) 니들 펀칭 공정

상기 공정 (2) 에서 얻어진 시트상물에 대해, 이하에 나타내는 조건을 이용하여 연속적으로 니들 펀칭 처리를 실시하여 니들 펀칭 처리체를 제작하였다.

먼저, 니들이 21 개/㎠ 의 밀도로 장착된 니들 보드를 준비하였다. 다음으로, 이 니들 보드를 시트상물의 일방 표면의 상방에 배치 형성하고, 니들 보드를 시트상물의 두께 방향을 따라 1 회 상하시킴으로써 니들 펀칭 처리를 실시하여, 니들 펀칭 처리체를 제작하였다. 이 때, 니들의 선단 부분에 형성된 버브가 시트상물의 반대측 표면으로 완전히 뚫고 나올 때까지 니들을 관통시켰다.

(a-4) 소성 공정

상기 공정 (3) 에서 얻어진 니들 펀칭 처리체를 최고 온도 1250 ℃ 에서 연속하여 소성시켜, 알루미나와 실리카를 72 중량부 : 28 중량부로 함유하는 무기 섬유로 이루어지는 소성 시트상물을 제조하였다. 무기 섬유의 평균 섬유 길이는 5.1 ㎛ 이며, 무기 섬유 직경의 최소치는 3.2 ㎛ 였다. 이와 같이 하여 얻어진 알루미나 섬유제는, 부피 밀도가 0.15 g/㎤ 이며, 겉보기 중량이 1400 g/㎡ 였다.

(a-5) 절단 공정

상기 공정 (4) 에서 얻어진 소성 시트상물을 절단하여, 절단 시트상물 (매트 (10)) 을 준비하였다.

(b) 함침 공정

시판되는 알루미나 졸 (닛산 화학 주식회사 제조 알루미나졸-200 (고형분 농도 : 10 중량％)) 을 물로 희석함으로써, 고형분 농도 1 중량％ 로 한 액을 조제하고, 이 무기 바인더 함유액을 커튼 코트법에 의해 매트 중의 무기 섬유와 접촉시켜 매트 중의 무기 섬유에 알루미나 졸을 함침시켰다.

(c) 탈수 공정

알루미나 졸이 부착된 매트를 탈수기로 흡인 탈수함으로써, 알루미나 졸의 무기 섬유 단위 중량당의 첨착량이, 고형분 환산으로 1.0 g/100 g 이 되도록 조정하였다.

(d) 분사 공정

아크릴 고무를 물에 분산시킨 라텍스 (닛폰 제온 주식회사 제조 LX-811H) 를 사용하여 물로 희석함으로써, 고형분 농도가 1 중량％ 의 유기 바인더 함유액을 조제하고, 매트 (11) 의 상부 (11a) 및 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이 1.0 g/100 g 이 되도록 이 유기 바인더 함유액을 매트 (11) 의 상부 매트 (11) 의 상면 및 하면에 스프레이하였다.

(e) 건조 공정

다음으로, 무기 바인더 함유액 및 유기 바인더 함유액이 부착된 매트 (11) 를 135 ℃ 에서 통기 건조시킴으로써, 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착된 매트가 얻어졌다.

(f) 재단 처리

이와 같이 하여 얻어진 니들 펀칭 처리 매트를 평면에서 볼 때의 치수가 전체 길이 776 ㎜ × 폭 290 ㎜ 이고, 일단에 길이 (L) 가 400 ㎜, 폭 (W) 이 100 ㎜ 인 볼록부 (13) 가 형성되고, 타단에 이 볼록부 (12) 와 끼워 맞춰지는 오목부 (13) 가 성형되도록 재단함으로써, 유지 시일재 (10) 의 제조를 완료하였다.

(비교예 1)

무기 바인더를 첨착하지 않았던 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 유지 시일재를 제조하였다. 비교예 1 에 있어서의 유기 바인더 및 무기 바인더의 첨착량을 하기의 표 1 에 나타낸다.

(비교예 2)

무기 바인더를 첨착하지 않고, 유기 바인더 함유액에 매트 (11) 를 침지시킴으로써, 유기 바인더를 첨착한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 유지 시일재를 제조하였다. 즉, 비교예 2 에서는, 매트 (11) 의 전체 영역에 유기 바인더가 첨착되어 있다. 비교예 2 에 있어서의 유기 바인더 및 무기 바인더의 첨착량을 하기의 표 1 에 나타낸다.

(비교예 3)

유기 바인더를 첨착하지 않았던 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 유지 시일재를 제조하였다. 비교예 1 에 있어서의 유기 바인더 및 무기 바인더의 첨착량을 하기의 표 1 에 나타낸다.

(무기 바인더 및 유기 바인더의 첨착량의 결정)

무기 바인더의 첨착량에 대해서는, 사전에 유기 바인더 및 무기 바인더를 첨착한 매트를 700 ℃ 에서 가열하여 유기 바인더를 휘산시킨다. 그 후, 상부 (11a), 중앙부 (11c) 및 하부 (11b) 로부터 0.2 g 정도 무기 섬유를 나누어 놓고, 킬레이트 적정법에 의해, 유기 바인더 및 무기 바인더 첨착 전과 첨착 후에 알루미늄 농도를 비교하는 것으로 산출하였다.

한편, 유기 바인더의 첨착량에 대해서는, 유기 바인더 및 무기 바인더를 첨착한 매트를, 100 ㎜ × 100 ㎜ 의 크기로 절단하고, 절단된 샘플을 상부 (11a), 중앙부 (11c) 및 하부 (11b) 로 3 등분한 후, 산화성 분위기, 700 ℃ 에서 가열하여 중량 감소량을 측정하고, 그 결과에서 산출하였다.

(매트를 구성하는 무기 섬유의 비산량의 측정)

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 매트 (11) 를, 직경 80 ㎜ 의 배기 가스 처리체로의 권취 시험을 실시한 후의 중량을 W₁, 권취 시험전의 중량을 W₀ 으로 했을 때, 하기 (1) 식으로 나타내는 중량 감소율 A 를, 무기 섬유의 비산량 A 로 하였다. 그 결과를 하기의 표 1 에 나타낸다. 권취 방법은 반원통상의 홈이 뚫린 지그의 위에 매트 (11) 를 두고, 추가로 그 위에 배기 가스 처리체를 두고, 배기 가스 처리체를 손으로 지그의 홈에 떨어뜨림으로써 매트 (11) 를 감는다는 것이다.

A (wt％) = [(W₀-W₁)/W₀] × 100 --- (1)

(매트의 면압 측정)

각 실시예 및 비교예에서 얻어진 매트 (11) 에 대해, 이하의 방법에 의해 면압을 측정하였다.

또한, 면압 측정에는, MTS 사 제조의 열간 면압 측정 장치를 사용하였다.

먼저, 실온 상태에서, 샘플의 부피 밀도 (GBD) 가 0.3 g/㎤ 가 될 때까지 압축하여 10 분간 유지하였다. 또한, 샘플의 부피 밀도는, 「부피 밀도 = 샘플의 중량/(샘플의 면적 × 샘플의 두께)」에서 구해지는 값이다.

다음으로, 샘플을 압축한 상태에서 40 ℃／min 로 편면 900 ℃, 편면 650 ℃ 까지 승온시키면서, 부피 밀도를 0.273 g/㎤ 까지 개방하였다. 그리고, 샘플을 온도 편면 900 ℃, 편면 650 ℃, 부피 밀도 0.273 g/㎤ 상태에서 5 분간 유지하였다.

그 후, 1 inch (25.4 ㎜)/min 로 부피 밀도가 0.3 g/㎤ 가 될 때까지 압축하여 그 때의 하중을 측정하였다. 얻어진 하중을 샘플의 면적으로 나눔으로써, 면압 (kPa) 을 구하였다. 그 결과를 하기의 표 1 에 나타낸다.

(매트의 전단 응력의 측정)

먼저, 각 실시예 및 비교예에서 얻어진 매트 (11) 를, 평면에서 볼 때 치수 50 × 50 ㎜ 로 타발하고, 전단 강도 측정용 샘플로 하였다.

도 5 에 나타낸 전단 강도 시험기 (70) 를 사용하여 전단 응력을 측정하였다.

먼저, 일방 판재 (71a) 의 돌기 (72) 가 형성된 주요면 상에 하나의 측정용 샘플 (80) 을 얹고, 그 위에 양면에 돌기 (72) 가 형성된 중간 판재 (73) 를 얹음으로써, 하나의 측정용 샘플 (80) 을 소정의 간격 (g) 으로 끼워 넣었다.

이어서, 중간 판재 (73) 상에 또 하나의 측정용 샘플 (80) 을 얹고, 추가로이 측정용 샘플 (80) 상에, 타방 판재 (71b) 를 소정의 간격 (g) 으로 얹었다.

이로써, 3 매의 판재의 각각의 사이에 1 매씩 합계 2 매의 측정용 샘플 (80) 을 끼워 넣고 압축하였다.

이 때, 압축된 각각의 샘플 (80) 의 밀도가 0.3 g/㎤ 가 되도록 3 매의 판재의 간격을 조정하였다.

이어서, 상하 2 매의 판재 (71a, 71b) 와 중간 판재 (73) 를 서로 반대의 방향 (도 5 중, 화살표 t 의 방향) 으로 잡아 당기고, 그 때에 발생되는 응력 (N) 을 측정하여 전단 응력으로 하였다. 그 결과를 하기의 표 1 에 나타낸다.

표 1 에 나타내는 바와 같이 유지 시일재를 구성하는 매트에 무기 바인더가 무기 섬유 단위 중량당 1.0 g/100 g 첨착되어 있음과 함께, 상기 매트를 두께 방향으로 상부, 중앙부, 하부로 분할했을 때, 주로 상부 및 하부에 유기 바인더가 무기 섬유 단위 중량당 2.0 ∼ 3.0 g/100 g 첨착되어 있는 실시예에 관련된 유지 시일재는, 무기 섬유의 비산량이 적고, 매트의 면압, 전단 응력도 크다. 한편, 유기 바인더만이 첨착되고, 무기 바인더가 첨착되어 있지 않은 비교예 1, 2 에 관련된 유지 시일재는, 무기 섬유의 비산량은, 비교적 적지만, 매트의 면압, 전단 응력이 작고, 유지 시일재로서의 요구 특성을 만족시키지 못하는 것이었다. 한편, 무기 바인더만이 첨착되고, 유기 바인더가 첨착되어 있지 않은 비교예 3 에 관련된 유지 시일재는, 무기 섬유의 비산량이 많다.

(제 2 실시형태)

제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재는, 유기 바인더의 첨착량을 제 1 실시형태의 경우로 변경한 것 이외에는, 제 1 실시형태와 동일하다.

즉, 유지 시일재를 구성하는 무기 섬유 및 그 형상 등은, 제 1 실시형태에서 동일하다. 또, 무기 섬유에 첨착하는 무기 바인더의 종류나 무기 바인더의 첨착량은, 제 1 실시형태의 경우와 동일하다.

한편, 매트 (11) 를 구성하는 무기 섬유에 첨착하는 유기 바인더의 종류는, 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재와 동일해도 되지만, 무기 섬유에 첨착하는 유기 바인더의 첨착량이 상이하다.

즉, 매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많거나, 또는 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많다.

매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많은 경우, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재의 경우와 마찬가지로, 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 6.0 g/100 g 인 것이 보다 바람직하고, 2.0 ∼ 3.0 g/100 g 인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 상기한 첨착량보다 많아진다.

매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많은 경우, 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량의 3 ∼ 5 배인 것이 바람직하다.

하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이, 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많은 경우에는, 상기의 경우와 완전히 반대가 된다. 즉, 매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재의 경우와 마찬가지로, 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 인 것이 바람직하고, 0.5 ∼ 6.0 g/100 g 인 것이 보다 바람직하고, 2.0 ∼ 4.0 g/100 g 인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 상기한 첨착량보다 많아진다.

매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이, 매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많은 경우, 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량의 3 ∼ 5 배인 것이 바람직하다.

상기 매트의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량은, 상부보다 하부가 많거나, 또는 그 반대이므로, 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용했을 때, 상기 매트의 유기 바인더의 첨착량이 많은 쪽의 면을 케이싱과 접촉시키고, 유기 바인더의 첨착량이 적은 쪽의 면을 배기 가스 처리체와 접촉시키도록 배치한다.

유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용할 때, 배기 가스 처리체에 매트를 감으므로, 매트의 케이싱과 접촉하는 면에서 무기 섬유가 비산되기 쉽지만, 케이싱과 접촉하는 부분의 유기 바인더의 첨착량이 많으므로, 무기 섬유가 보다 비산되기 어려워 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 더 효과적으로 억제할 수 있다.

또, 매트를 상기와 같이 배치 형성함으로써, 케이싱과의 접촉 부분에서의 매트의 균열을 방지할 수 있음과 함께, 배기 가스 처리체와의 접촉 부분에서 주름 발생을 방지할 수 있다.

즉, 매트의 케이싱과 접촉하는 부분에서 유기 바인더의 단착량 (端着量) 이 적으면, 캐닝시, 매트의 케이싱과 접촉하는 부분에 균열이 발생하여, 배기 가스가 균열이 발생한 부분을 통과하기 쉬워지는데, 본 발명에서는 그러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

또, 매트의 배기 가스 처리체와 접촉하는 부분에 유기 바인더의 첨착량이 너무 많으면, 반대로 배기 가스 처리체와 접촉하는 부분에 주름이 발생하여, 역시 배기 가스가 주름이 발생한 부분을 통과하기 쉬워지는데, 본 발명에서는 그러한 문제 발생을 억제할 수 있다.

다음으로, 제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법에 대해 설명한다.

하기하는 유지 시일재의 제조 방법에 의해, 상기한 제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재를 제조할 수 있다.

제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법은, 분사 공정이 상이할 뿐, 다른 공정, 즉 (a) 매트 준비 공정, (b) 함침 공정, (c) 탈수 공정, (e) 건조 공정 및 (f) 재단 처리는, 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재의 제조 방법과 동일하다.

제 2 실시형태에 있어서는, (d) 분사 공정에 있어서, 상기 매트의 상부측 주요면 및 하부측 주요면에, 유기 바인더를 포함하는 유기 바인더 함유액의 액적을 상기 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이 상이하도록 분사한다.

그 때, 매트의 상부측 주요면에 분사하는 유기 바인더 함유액의 농도와 매트의 하부측 주요면에 분사하는 유기 바인더 함유액의 농도가 상이하도록 설정하고, 각각 유기 바인더 농도가 상이한 유기 바인더 함유액을 각각의 면에 분사해도 되고, 동일한 농도의 유기 바인더 함유액을 사용하여 각각의 부분에 함침시키는 유기 바인더 함유액의 함침량이 상이하도록 유기 바인더 함유액을 각각의 면에 분사해도 된다.

그 후, 건조시킴으로써, 매트 (11) 의 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이, 매트 (11) 의 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많거나, 또는 하부 (11b) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량이, 상부 (11a) 의 무기 섬유 단위 중량당의 유기 바인더의 첨착량보다 많아진다.

(배기 가스 정화 장치)

배기 가스 정화 장치도, 그 배기 가스 정화 장치에 사용하는 유지 시일재가 제 2 실시형태에 관련된 유지 시일재를 사용하는 것 이외에는, 제 1 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치와 동일하다.

본 실시형태에 있어서는, 제 1 실시형태에 기재된 (1) ∼ (7) 의 효과를 발휘함과 함께, 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용할 때, 상기 매트의 유기 바인더의 첨착량이 많은 쪽의 면을 케이싱과 접촉시키고, 유기 바인더의 첨착량이 적은 쪽의 면을 배기 가스 처리체와 접촉시키도록 배치함으로써, 추가로 이하의 효과를 발휘한다.

(8) 유지 시일재를 배기 가스 정화 장치에 사용할 때, 배기 가스 처리체에 매트를 감으므로, 매트의 케이싱과 접촉하는 면으로부터 무기 섬유가 비산되기 쉽지만, 케이싱과 접촉하는 부분의 유기 바인더의 첨착량이 많으므로, 무기 섬유가 보다 비산되기 어려워 캐닝에 있어서의 무기 섬유의 비산량을 더 효과적으로 억제할 수 있다.

(9) 매트를 상기와 같이 배치 형성함으로써, 케이싱과의 접촉 부분에서의 매트의 균열을 방지할 수 있음과 함께, 배기 가스 처리체와의 접촉 부분에서 주름 발생을 방지할 수 있다.

즉, 매트의 케이싱과 접촉하는 부분에서 유기 바인더의 첨착량이 적으면 캐닝시, 매트의 케이싱과 접촉하는 부분에 균열이 발생하여, 배기 가스가 균열이 발생한 부분을 통과하기 쉬워지는데, 제 2 실시형태에서는 그러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

또, 매트의 배기 가스 처리체와 접촉하는 부분에 유기 바인더의 첨착량이 너무 많으면, 반대로 배기 가스 처리체와 접촉하는 부분에 주름이 발생하여, 역시 배기 가스가 주름이 발생한 부분을 통과하기 쉬워지는데, 제 2 실시형태에서는 그러한 문제의 발생을 억제할 수 있다.

(실시예 2 ∼ 3)

실시예 1 의 (a-1) ∼ (a-5) 와 동일하게 하여 매트를 준비하였다.

또, (b) 함침 공정, (c) 탈수 공정에서는, 실시예 1 과 동일하게 하여 무기 바인더를 무기 섬유에 첨착하였다.

(d) 분사 공정

실시예 1 과 동일하게 하여 조제한 유기 바인더를 사용하여 분사량을 조절함으로써, 상부 및 하부에 첨착량이 상이하게 유기 바인더를 첨착하였다. 이 후, 실시예 1 과 동일하게 (e) 건조 공정 및 (f) 재단 공정을 실시하여 유지 시일재 (10) 를 제조하였다.

(비교예 4)

무기 바인더를 첨착하지 않았던 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 유지 시일재를 제조하였다. 비교예 1 에 있어서의 유기 바인더 및 무기 바인더의 첨착량을 하기의 표 2 에 나타낸다.

(비교예 5)

유기 바인더를 첨착하지 않았던 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 유지 시일재를 제조하였다. 비교예 1 에 있어서의 유기 바인더 및 무기 바인더의 첨착량을 하기의 표 2 에 나타낸다.

실시예 2 ∼ 3 및 비교예 4 ∼ 5 에 관해, 실시예 1 과 동일하게 무기 바인더 및 유기 바인더의 첨착량을 결정하고, 매트를 구성하는 무기 섬유의 비산량의 측정, 매트의 면압의 측정 및 매트의 전단 응력의 측정을 실시하였다. 그 결과를 하기의 표 2 에 나타낸다.

표 2 에 나타내는 바와 같이 유지 시일재를 구성하는 매트에 무기 바인더가 무기 섬유 단위 중량당 1.0 g/100 g 첨착되어 있음과 함께, 상기 매트를 두께 방향으로 상부, 중앙부, 하부로 분할했을 때, 주로 상부에 유기 바인더의 첨착량이 많고, 중앙부 및 하부에는 상부에 비해 유기 바인더의 첨착량이 적은 실시예 2 나 주로 하부에 유기 바인더의 첨착량이 많고, 중앙부 및 상부에는 하부에 비해 유기 바인더의 첨착량이 적은 실시예 3 에서는, 유기 바인더의 첨착량이 실시예 2 와 거의 동일하고, 무기 바인더가 첨착되어 있지 않은 비교예 4 와 비교하여 무기 섬유의 비산량은 변함없지만, 면압이 높고, 전단 응력도 높다. 한편, 유기 바인더가 첨착되어 있지 않은 비교예 5 에서는, 면압 및 전단 응력은, 실시예 2, 3 과 변함없지만, 무기 섬유의 비산량이 많다. 이와 같이 실시예 2, 3 에서는, 무기 섬유의 비산량, 면압, 전단 응력 모두에서 평가하면, 비교예 4, 5 에 비해 실시예 2, 3 에 관련된 유지 시일재가 우수함이 판명되었다.

(그 밖의 실시형태)

본 발명의 실시형태에 관련된 매트의 단면에 형성된 오목부 및 볼록부의 형상은, 오목부와 볼록부가 끼워 맞춰질 수 있는 형상이면 특별히 한정되지 않지만, 1 조의 오목부 및 볼록부로 이루어지는 경우에는, 일방 단면의 일부에 폭 10 ㎜ × 길이 10 ㎜ ∼ 폭 300 ㎜ × 길이 100 ㎜ 의 크기에 걸쳐 돌출된 볼록부가 형성되어 있고, 타방 단면의 일부에 거기에 끼워 맞춰지는 형상의 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 오목부 및 볼록부의 형상을 갖는 매트를 유지 시일재로서 사용하여 배기 가스 정화 장치를 제조하는 경우에는, 유지 시일재로 배기 가스 처리체를 확실히 유지할 수 있으므로, 취급성이 우수해진다.

볼록부의 크기가, 폭 10 ㎜ × 길이 10 ㎜ 보다 작은 경우 및 폭 300 ㎜ × 길이 100 ㎜ 보다 큰 경우에는, 배기 가스 처리체에 매트를 감았을 때에, 매트의 단면끼리와의 접촉 면적이 적기 때문에, 매트의 단면끼리가 잘 맞닿지 않게 된다. 그 결과, 유지 시일재가 배기 가스 처리체를 유지하기 어려워진다.

또한, 본 발명의 실시형태에 관련된 매트에 있어서, 상기 매트의 단면에는, 서로 끼워 맞춰지는 복수의 오목부 및 볼록부가 형성되어 있어도 되고, 오목부 및 볼록부가 형성되어 있지 않아도 된다.

본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 매트에 있어서 설명한 「평면에서 볼 때 대략 사각형」이란, 도 1 에 나타낸 바와 같은 볼록부 및 오목부를 포함하는 개념이다. 또, 「평면에서 볼 때 대략 사각형」에는, 매트의 모서리부가, 90° 이외의 각도를 갖는 형상도 포함된다. 예를 들어, 매트의 모서리부가, 예각 또는 둔각을 갖는 형상이어도 되고, 곡률을 갖는 형상이어도 된다.

본 발명에 의한 제 1 실시형태에 관련된 유지 시일재에는, 추가로 팽창재가 함유되어 있어도 된다. 팽창재는, 400 ∼ 800 ℃ 의 범위에서 팽창되는 특성을 갖는 것이 바람직하다.

매트에 팽창재가 함유되어 있으면, 400 ∼ 800 ℃ 의 범위에서 매트가 팽창되게 되기 때문에, 유리 섬유의 강도가 저하되는 700 ℃ 을 초과하는 고온역에서도, 유지 시일재로서 사용할 때의 유지력을 향상시킬 수 있다.

팽창재로서는, 예를 들어, 버미큘라이트, 벤토나이트, 금운모, 펄라이트, 팽창성 흑연 및 팽창성 불화 운모 등을 들 수 있다. 이들 팽창재는, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

팽창재의 첨가량은, 특별히 한정되지 않지만, 매트의 전체 중량에 대해 10 ∼ 50 중량％ 인 것이 바람직하고, 20 ∼ 30 중량％ 인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 실시형태에 관련된 매트를 배기 가스 정화 장치의 유지 시일재로서 사용하는 경우, 배기 가스 정화 장치를 구성하는 유지 시일재의 매수는 특별히 한정되지 않고, 1 매의 유지 시일재여도 되고, 서로 결합된 복수 매의 유지 시일재여도 된다.

복수 매의 유지 시일재를 결합하는 방법으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 재봉질로 유지 시일재끼리를 봉합하는 방법, 점착 테이프 또는 접착재 등으로 유지 시일재끼를 접착하는 방법 등을 들 수 있다.

본 발명의 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 케이싱의 재 질은, 내열성을 갖는 금속이면 특별히 한정되지 않고, 구체적으로는 스테인리스, 알루미늄, 철 등의 금속류를 들 수 있다.

본 발명의 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 케이싱의 형상은, 대략 원통형 형상 외에, 크램쉘형 형상, 다운사이징형 형상 등을 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체의 형상은, 주상이면 특별히 한정되지 않고, 대략 원주상 이외에, 예를 들어, 대략 타원주상이나 대략 각주상 등 임의의 형상, 크기의 것이어도 된다.

본 발명의 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체로서는, 코젤라이트 등으로 이루어지고, 일체적으로 형성된 일체형 허니컴 구조체여도 되고, 또는 탄화 규소 등으로 이루어지고, 다수의 관통공이 격벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 주상의 허니컴 소성체를 주로 세라믹을 포함하는 접착재층을 개재하여 복수개 결속하여 이루어지는 집합형 허니컴 구조체여도 된다.

본 발명의 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치를 구성하는 배기 가스 처리체에는 촉매가 담지되어 있어도 된다.

배기 가스 처리체에 담지되어 있는 촉매로서는, 예를 들어, 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속, 칼륨, 나트륨 등의 알칼리 금속, 바륨 등의 알칼리 토금속, 또는 산화 세륨 등의 금속 산화물 등을 들 수 있다. 이들 촉매는, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

본 발명의 실시형태에 관련된 배기 가스 정화 장치에 있어서, 배기 가스 처리체가 허니컴 구조체인 경우, 셀에 봉지재가 형성되지 않고, 셀의 단부가 봉지되어 있지 않아도 된다. 이 경우, 배기 가스 처리체는, 백금 등의 촉매를 담지시킴으로써, 배기 가스 중에 함유되는 CO, HC 또는 NOx 등의 유해한 가스 성분을 정화시키는 촉매 담체로서 기능한다.

본 발명의 유지 시일재에 있어서는, 유지 시일재를 구성하는 소정의 두께의 매트에는, 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착되어 있고, 상기 유기 바인더는, 상기 매트를 두께 방향으로 상부, 중앙부, 하부로 분할했을 때, 주로 상부 및 하부에 첨착되어 있는 것을 필수의 구성 요소로 하고 있다.

이러한 필수의 구성 요소에, 본 발명의 제 1 실시형태 및 본 발명의 그 밖의 실시형태에서 상세히 서술한 여러 가지 구성 (예를 들어, 유리 섬유의 조성, 매트의 형상, 매트의 제조 방법 등) 을 적절히 조합함으로써 원하는 효과를 얻을 수 있다.

10, 110 유지 시일재
11 매트
100 배기 가스 정화 장치
120, 140 케이싱
130 배기 가스 처리체

Claims

배기 가스 처리체와, 상기 배기 가스 처리체를 수용하는 케이싱과, 상기 배기 가스 처리체와 상기 케이싱의 사이에 배치 형성되는 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재로 구성되는 배기 가스 정화 장치에 사용되는 유지 시일재로서,
상기 유지 시일재를 구성하는 소정의 두께의 매트에는 무기 바인더 및 유기 바인더가 첨착되어 있고,
상기 유기 바인더는 상기 매트를 두께 방향으로 상부, 중앙부, 하부로 분할했을 때, 주로 상부 및 하부에 첨착되어 있고,
상기 매트의 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 매트의 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많거나, 또는 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많은 것을 특징으로 하는 유지 시일재.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 이며, 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많거나, 또는
상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 0.5 ∼ 10.0 g/100 g 이며, 상기 상부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량은 상기 하부의 무기 섬유 단위 중량당 유기 바인더의 첨착량보다 많은 유지 시일재.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 무기 섬유는 알루미나 섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 생체 용해성 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 섬유로 구성되어 있는 유지 시일재.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 무기 바인더의 무기 섬유 단위 중량당 첨착량은 고형분 환산으로 0.5 ∼ 3.0 g/100 g 인 유지 시일재.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 유지 시일재를 구성하는 매트에는 무기 섬유끼리의 얽힘을 형성하기 위한 니들 펀칭 처리가 실시되어 있는 유지 시일재.
니들 펀칭 처리가 실시된 무기 섬유로 이루어지는 유지 시일재용 매트를 준비하는 매트 준비 공정과,
상기 매트를 무기 바인더를 함유하는 무기 바인더 함유액과 접촉시켜, 상기 매트 중의 무기 섬유에 무기 바인더를 함침시키는 함침 공정과,
상기 무기 바인더 함유액이 부착된 매트를 탈수 처리함으로써, 상기 무기 섬유에 대한 상기 무기 바인더 함유액의 부착량을 소정의 범위로 제어하는 탈수 공정과,
상기 매트의 상부측 주면 및 하부측 주면에 유기 바인더를 함유하는 유기 바인더 함유액의 액적을 분사하는 분사 공정과,
무기 바인더 함유액 및 유기 바인더 함유액을 함유한 매트를 건조시키는 건조 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유지 시일재의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 무기 섬유는 알루미나 섬유, 알루미나 실리카 섬유, 실리카 섬유, 생체 용해성 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 무기 섬유로 구성되어 있는 유지 시일재의 제조 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 무기 바인더 함유액은 알루미나 졸 또는 실리카 졸인 유지 시일재의 제조 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 탈수 처리는 흡인 탈수에 의해 실시하는 유지 시일재의 제조 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 유기 바인더 함유액은 아크릴 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는 스티렌-부타디엔 고무를 물에 분산시킨 라텍스인 유지 시일재의 제조 방법.
케이싱과,
상기 케이싱에 수용된 배기 가스 처리체와,
상기 배기 가스 처리체의 주위에 감겨져, 상기 배기 가스 처리체 및 상기 케이싱의 사이에 배치 형성된 유지 시일재를 구비하는 배기 가스 정화 장치로서,
상기 유지 시일재는 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 유지 시일재인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
케이싱과,
상기 케이싱에 수용된 배기 가스 처리체와,
상기 배기 가스 처리체의 주위에 감겨져, 상기 배기 가스 처리체 및 상기 케이싱의 사이에 배치 형성된 유지 시일재를 구비하는 배기 가스 정화 장치로서,
상기 유지 시일재는 제 7 항 또는 제 8 항에 기재된 유지 시일재의 제조 방법에 의해 얻어진 유지 시일재인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.