KR20000029471A

KR20000029471A - 복합매트

Info

Publication number: KR20000029471A
Application number: KR1019997000471A
Authority: KR
Inventors: 존 딘우디
Original assignee: 로렌스 쇼; 사필 리미티드
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2000-05-25
Also published as: CN1267269C; WO1998004404A1; EP0914246B1; EP0914246A1; JP2000515825A; GB9615720D0; DE69728399T2; DE69728399D1; ES2216159T3; AU3628797A; CN1226199A

Abstract

본 발명은, 발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 그 섬유들을 서로 결합시키고 제1층을 제2층에 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 복합 매트의 제조 방법도 설명하고 있다.

Description

복합 매트{Composite Mat}

본 발명은 결합제에 의해 서로 결합된 무기 섬유들로 된 층, 및 발포성 물질로 된 층을 포함하는 적층형 복합 매트에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 촉매에 의한 변환기 및 디젤 미립자 여과기에 있는 깨지기 쉬운 세라믹 또는 금속 모놀리스 (monoliths)를 그의 금속 외장 내에 탄력성 있게 장착하는데 사용될 수 있는 적층형 복합 매트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적층형 복합 매트의 제조 방법에 관한 것이다.

촉매에 의한 변환기 및 디젤 미립자 여과기는 엔진에 의해 생성되는 배기 가스를 정제하기 위해 자동차 및 다른 도로 주행 운송수단에 일상적으로 장착된다. 보통 이런 장치는, 금속 외장 내에 담기며 촉매의 담지체가 되는 벌집 모양의 세라믹 모놀리스를 포함한다. 세라믹 모놀리스는 여러 개의 아주 작은 유동 채널로 이루어지고, 임의의 도로 주행 운송수단의 작동시 나타나는 진동력과 같은 종류의 힘을 받을 때 손상 받기 쉬운 깨지기 쉬운 구조물이다. 또한, 모놀리스 및 덮개 금속 외장은 작동 중에 매우 고온에 놓이게 되고, 그로 인해 이들이 팽창을 일으키는데 동일한 정도로 팽창되지는 않는다. 결과적으로, 금속 외장 내에 세라믹 모놀리스를 장착하는데 사용되는 장착 시스템은 수반되는 진동력으로부터 모놀리스를 단절시켜야 하고, 모놀리스와 외장 간의 임의의 팽창 차이를 보상해야 한다. 이런 식으로, 팽창의 차이 또는 진동력의 결과로 작동 중에 모놀리스가 받는 스트레스를 허용가능한 수준까지 감소시킬 수 있다.

덮개 금속 외장 내에 깨지기 쉬운 세라믹 모놀리스를 장착하기 위해 복합 섬유 매트를 사용하는 것은 공지되어 있고, 예를 들어 미국 특허 제4,011,651호 및 국제 특허 공개 제94/24425호를 참조하라. 모놀리스와 덮개 금속 외장 사이의 환상 공간에 섬유 매트를 놓고, 섬유 매트를 환상 공간 내에 압축하에 유지시켜 모놀리스와 모놀리스를 제자리에 유지시키는 외장에 방사상의 압력을 가한다.

본 발명에 와서 본 발명자들은 결합제에 의해 서로 결합된 무기 섬유들로 된 층, 및 발포성 물질로 된 층을 포함하는 적층형 복합 매트를 개발했다. 촉매에 의한 변환기 및 디젤 미립자 여과기에 있는 세라믹 또는 금속 모놀리스를 그의 금속 외장 내에 장착하는데 이 복합 매트를 사용할 수 있다.

본 발명의 첫 번째 측면으로, 발포성 (팽창성) 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 그 섬유들을 서로 결합시키고 제1층에 제2층을 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트를 제공한다.

본 발명의 첫 번째 측면의 적층형 복합 매트는 제2층에 함유된 결합제의 접착 작용에 의해 서로 결합하여 일체형 어셈블리를 형성하는 두 개의 별개의 층으로 이루어진다.

본 발명의 두 번째 측면으로, 발포성 (팽창성) 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 제2층 전체에 실질적으로 균일하게 분포되어 섬유들을 서로 결합시키는 결합제를 포함하고 0.1 MPa 이상의 라미나 (laminar) 전단 강도를 갖는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트를 제공한다.

또한, 본 발명의 두 번째 측면의 적층형 복합 매트는 예를 들어, 스티칭 (stitching) 또는 니들-펀칭 (neddle-punching)에 의해 일체형 어셈블리를 형성하도록 함께 유지되는 두 개의 별개의 층으로 이루어진다. 제2층에 함유된 결합제는 그 층 전체에 실질적으로 균일하게 분포되어 있고, 섬유들을 서로 결합시켜 0.1MPa 이상의 라미나 전단 강도를 갖는다. 바람직하게는 본 발명의 두 번째 측면에서, 적층형 복합 매트의 2개의 별개의 층은 제2층에 함유된 결합제의 접착 작용에 의해 서로 구속된다.

제1층에 함유되는 발포성 물질로는 실리케이트 광물 미발포층이 바람직하고, 미발포 질석 (vermiculite)이 보다 바람직하다. 미발포 질석은 플레이크 (flake) 형태가 바람직하고, 이를 처리하지 않거나, 또는 이수소 인산 암모늄, 탄산 암모늄 또는 염화 암모늄과 같은 암모늄 화합물로 이온 교환시킴으로써 처리할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 제1층은 그 자체로 미발포 질석 플레이크, 유기 결합제, 무기 충전제 및 임의로 섬유상 무기 재료의 조합으로 이루어진 가요성 복합 시트이다. 적당한 섬유상 무기 재료로는 알루미노실리케이트 섬유, 유리 섬유, 지르코니아 섬유, 지르코니아-실리카 섬유, 알루미나 섬유, 알루미나 휘스커 (whisker), 알루미노보로실리케이트 섬유, 물라이트 섬유 및 티타니아 섬유가 포함된다. 적당한 유기 결합제로는 천연 고무, 스티렌-부타디엔 공중합체, 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체 및 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 중합체 및 공중합체가 포함된다. 적당한 무기 충전제로는 발포성 질석, 중공 미소 유리구 및 벤토나이트가 포함된다. 바람직한 실시 형태에서, 제1층은 미발포 질석 플레이크 20.0 내지 65.0 중량%, 유기 결합제 3.0 내지 20.0 중량%, 무기 충전제 40.0 중량% 이하, 및 (존재한다면) 섬유상 무기 재료 10.0 내지 50.0 중량%를 포함하는 것이 바람직할 것이다. 이런 가요성 복합 시트는 상표명 인터람 (Interam)으로 약 1.5 내지 약 10.0 mm의 두께로 시판중이다.

본 발명의 복합 매트의 제2층에 함유된 무기 섬유는 당업계에 공지되어 있는 무기 섬유 중 어느 것이어도 무방하다. 그러나, 촉매에 의한 변환기 및 디젤 미립자 여과기에서 이들이 포함하는 세라믹 또는 금속 모놀리스를 탄력성있게 장착하기 위해 복합 매트를 사용해야 할 때, 섬유는 이런 장치에서 발생하는 높은 작동 온도에서 열적으로 안정해야 할 것이다 (즉, 열화되어서는 안될 것이다). 통상적으로, 이런 장착 용도에 사용하고자 하는 복합 매트에 함유되는 섬유는 700 ℃ 초과의 온도, 바람직하게는 800 ℃ 초과의 온도, 보다 바람직하게는 900 ℃ 초과의 온도에서 열적으로 안정할 것이다.

열적으로 안정한 무기 섬유로는 투명한 유리 섬유 뿐만 아니라 알루미나, 물라이트, 알루미노실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 지르코니아 및 티타니아 섬유와 같은 세라믹 섬유가 포함된다. 열적으로 안정한 무기 섬유로는 다결정질 무기 섬유가 바람직하고, 알루미나, 물라이트, 알루미노실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 지르코니아 및 티타니아 섬유와 같은 다결정질 무기 산화물 섬유가 특히 바람직하다. 이 중에서도, 알루미나 섬유 (이 용어는 본 명세서에서 상 안정화제로 첨가된 몇 중량%의 실리카를 포함하는 알루미나 섬유를 포함하여 사용됨)가 특히 바람직하다. 섬유는 1 내지 10 cm 범위의 길이 및 1 내지 10 마이크론 범위의 평균 직경을 갖는 짧은 스테이플 섬유 원료가 바람직하다. 특히 바람직한 알루미나 섬유가 1000 ℃ 초과의 온도에서 열적으로 안정한, 약하게 결합된, 저밀도 매트 형태로 임페리얼 케미칼 인더스트리즈 피엘시 (Imperial Chemical Industries PLC)사에 의해 상표명 사필 (Saffil)로 시판되고 있는 것이다.

제2층은, 균질 혼합되거나, 그렇지 않으면 한정된 패턴 (예를 들면, 별개의 층)으로 분리되어 배열될 수 있는 2가지 이상의 다른 유형의 무기 섬유를 포함할 수 있다.

제2층에 함유된 결합제는 무기 물질일 수 있지만, 유기물이 바람직하고, 유기 중합체가 보다 바람직하다. 적당한 유기 결합제가 보다 특히 참고로 본 명세서에 인용된 문헌인 미국 특허 제4,011,651호 및 국제 특허 공개 제94/24425호에 설명되어 있고, 적당한 유기 결합제로는 복합 매트를 제조하는데 사용된 공정의 일부에서 반응계 내에서 무기 섬유상에 경화되는 전구 중합체 또는 예비 중합체로부터 유도된 중합체가 포함된다.

경화성 중합체 조성물을 경화시킬 때 얻어지는 것이 특히 적당한 결합제이다. 경화성 중합체 조성물의 적당한 예로는 아크릴산 중합체 및 가교제, 특히 에폭시 수지와 같은 에폭시기 함유 가교제의 조합을 포함하는 조성물이 있다. 이런 유형의 경화성 중합체 조성물은 통상적으로 아크릴산 중합체 90.0 내지 99.0 중량%, 바람직하게는 95.0 내지 99.0 중량% 및 가교제 1.0 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량%를 포함할 것이다. 아크릴산 중합체는 C_1-8알킬(C_1-4알킬)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 아크릴산 단량체에서 유도된 단량체 단위를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체가 적당하고, 바람직한 실시형태에서는 C_1-4알킬(메트)아크릴레이트, 예를 들면 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트 및 부틸 아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 아크릴산 단량체로부터 유도된 단량체 단위를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체이다. 이 결합제의 한 가지 적당한 예로는 n-부틸 아크릴레이트 및 아크릴로니트릴을 기재로한 공중합체가 있다.

촉매에 의한 변환기 또는 디젤 미립자 여과기에 세라믹 또는 금속 모놀리스를 장착하기 위해 본 발명의 복합 매트를 사용할 때, 제2층에 함유된 결합제는 작동 중에 이 매트에게 가해지는 고온에 의해서만 실질적으로 열분해/연소되는 유기 결합제가 바람직하다. 또한, 유기 결합제가 열분해/연소될 때 독성 방출물을 발생시키지 않는 것이 바람직하고, 이런 이유로 인해 염소 및 질소가 없는 것이 바람직하다.

제2층의 결합제 충전량은 통상적으로 2 내지 15 중량% 범위이고, 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 범위일 것이다.

본 발명의 복합 매트를 세라믹 또는 금속 모놀리스를 장착하는데 사용하려 할 때, 제2층에 함유된 무기 섬유는 일반적으로 결합제에 의해 압축 상태로 유지될 것이므로, 일단 결합제가 제거되면 이들이 모놀리스와 덮개 외장 사이에 작용하는 어떤 압력을 가할 수 있다. 통상적으로, 제2층은 30 내지 700 kg/m³의 범위, 바람직하게는 100 내지 500 kg/m³의 범위 및 보다 바람직하게는 100 내지 350 kg/m³의 범위의 밀도를 가질 것이다.

본 발명의 두 번째 측면의 복합 매트의 제2층에 함유된 결합제는 그 층 전체에 실질적으로 균일하게 분포되어 있다. 바람직하게는, 제2층에서의 결합제 분포는 그 층의 각 1 mm³영역 내의 결합제의 그 영역에 있는 층의 총중량을 기준으로한 중량 %가 층의 총중량을 기준으로한 층 내의 결합제의 총중량%의 40 % 이내, 보다 바람직하게는 30 % 이내 및 특히 바람직하게는 20 % 이내인 정도이다. 특히 바람직한 실시 형태에서, 제2층에 있는 결합제의 분포는 그 충의 각 1 mm³영역 내의 결합제의 그 영역에 있는 층의 총중량을 기준으로한 중량%가 층의 총중량을 기준으로한 층 내의 결합제의 총중량 %의 10 % 이내이다.

본 발명의 두 번째 측면의 복합 매트에서, 제2층은 0.1 MPa 이상, 바람직하게는 0.2 MPa 이상, 보다 바람직하게는 0.3 MPa 이상의 라미나 전단 강도 (층의 층리를 발생시키기 위해 가해야 하는 힘을 의미함)를 갖는다. 라미나 전단 강도는 인스트론 (Instron) 또는 삼점 벤딩 시험을 사용하는 유사한 기계로 편리하게 측정할 수 있다. 바람직하게는, 제2층은 5 내지 10 mm 범위의 두께를 갖는 층 샘플을 두 개의 플레이트 사이에서 3 mm의 두께로 압축하고 결합제를 제거했을 때, 1.0 kgf/cm²이상, 보다 바람직하게는 1.5 내지 4.0 kgf/cm²범위의 압력을 가할 수 있다.

제2층은, 결합제 또는 그의 전구체 및 담체액을 포함하는 액상 결합제계에 무기 섬유를 포함하는 섬유 덩어리를 함침시킴으로써 편리하게 형성된다. 섬유 덩어리를 액상 결합제계에 함침시킨 후, 이어서 일반적으로 임의 과잉의 담체액을 제거하고, 함침된 섬유 덩어리는 건조 단계를 거치게 한다. 결합제가 섬유를 함께 구속하여, 압축력이 제거되자마자의 섬유층의 팽창을 상당히 제한할 수 있는 시간까지는 적어도 건조 단계 중 일부 동안에는 함침된 섬유 덩어리를 압축하에서 유지하는 것이 바람직하다. 건조 단계 전체를 함침된 섬유 덩어리를 압축하에 유지한 채로 수행하는 것이 일반적이지만, 건조 단계 중 최종 단계만을 이 방법으로 수행하여서도 여전히 만족스러운 결과를 얻을 수도 있다. 건조 단계 중에, 사실상 임의의 잔류 담체액 모두를 제거하는 것이 바람직하다. 함침된 섬유 덩어리를 롤러 또는 플레이트 사이에서 압축시킴으로써, 감압시킴으로써 또는 원심 분리시킴으로써 건조 전에 과잉의 담체액을 제거할 수 있다.

함침된 섬유 덩어리를 압축하기 위해 건조 중에 보통 가하는 압력은 일반적으로 5 내지 500 KPa 범위, 바람직하게는 5 내지 200 KPa 범위일 것이다. 일반적으로, 가해지는 압력은 30 내지 700 kg/m³범위, 바람직하게는 100 내지 500 kg/m³범위, 보다 바람직하게는 100 내지 350 kg/m³범위의 밀도를 갖는 결합된 섬유층을 제공하는 정도이다. 함침된 섬유 덩어리가 두께 10 내지 60 mm 범위, 예를 들면 30 내지 50 mm 범위, 및 면밀도 0.2 내지 2.0 kg/m²범위, 예를 들면, 1.0 내지 2.0 kg/m²의 범위를 갖는 다-섬유 제품일 때, 생성되는 함침된 섬유 덩어리는 일반적으로 건조 단계 중에 2 내지 5 mm 범위의 두께로 압축될 것이다. 플레이트 사이에 함침된 섬유 덩어리 또는 함침된 섬유 덩어리의 적층품과 미리 형성된 발포성 시트를 샌드위칭시키고, 이어서 예를 들어, 클램프, 스프링 하중 클립 또는 수압에 의해 플레이트를 서로 압착함으로써 뱃치식으로 편리하게 압력을 가할 수 있다. 별법으로, 연속식에서는 함침된 섬유 덩어리에 필수적인 압착력을 롤러 또는 벨트의 배열을 사용하여 발생시키는 것이 편리할 수 있다.

함침된 섬유 덩어리는 별개의 섬유 다수개로 이루어지거나, 각각의 섬유가, 섬유 인터위닝 (interwining)에 의해 느슨하게 서로 구속되거나 또는 제직, 편직, 스위칭, 니들-펀칭 또는 진공 패킹과 같은 몇몇 다른 수단에 의해 아마도 더 튼튼하게 결합되는 저밀도 매트로 어셈블리된 다-섬유 제품 형태를 취할 수 있다. 함침된 섬유 덩어리는 다-섬유 제품이 바람직하고, 두께 10 내지 60 mm 범위, 보다 특히 30 내지 50 mm 범위, 및 면밀도 0.2 내지 2.0 kg/m²범위, 보다 특히 1.0 내지 2.0 kg/m²범위를 갖는 제품이 특히 바람직하다.

액상 결합제계는 무기 결합제 재료를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 유기 결합제 또는 그의 전구체, 및 유기 결합제 또는 전구체를 용해 또는 분산시킬 수 있는 유기 또는 수용성 담체액을 포함한다. 적당한 결합제계가 미국 특허 제4,011,651호 및 국제 특허 공개 제94/24425호에 기재되어 있고, 이는 건조 단계의 일부로 또는 이후의 공정 단계에서 함침된 섬유 덩어리 상에 반응계 내에서 경화될 수 있는 중합체 또는 경화성 전구 중합체 (예비 중합체)의 분산액 또는 용액을 포함한다. 유기 결합제 또는 그의 전구체는 본 발명의 적층형 복합 매트의 제조시 생성되는 폐생성물로부터 섬유를 회수하게 하는 재생 재료여도 무방하다.

특히 적당한 결합제계로는 때때로 수지 또는 라텍스라고 불리는 경화성 중합체 조성물의 분산액, 바람직하게는 수분산액이 포함된다. 경화성 중합체 조성물의 적당한 예로는 아크릴산 중합체 및 가교제, 특히 에폭시 수지와 같은 에폭시기 함유 가교제의 조합을 포함하는 조성물이 있다. 이런 형태의 경화성 중합체 조성물은 통상적으로 아크릴산 중합체 90.0 내지 99.0 중량%, 바람직하게는 95.0 내지 99.0 중량% 및 가교제 1.0 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량%를 포함할 것이다. 아크릴산 중합체는 C_1-8알킬(C_1-4알킬)아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 아크릴산 단량체로부터 유도된 단량체 단위를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체가 적당하고, 바람직한 실시 형태에서는 C_1-4알킬(메트)아크릴레이트, 예를 들어 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트 및 부틸 아크릴레이트 중에서 선택된 1종 이상의 아크릴산 단량체로부터 유도된 단량체 단위를 포함하는 단독중합체 또는 공중합체이다. 결합제계는 n-부틸 아크릴레이트 및 아크릴로니트릴을 기재로 하는 경화성 공중합체의 수분산액을 포함하는 것이 바람직하다.

액상 결합제계가 경화성 중합체 조성물을 포함하는 것일 때, 경화 과정을 가속화하기 위해 촉매를 포함할 수도 있다.

본 발명자들이 액상 결합제계라는 용어에, 액상 부형제 중에 미분 고체의 분산액 또는 현탁액을 포함하는 결합제계를 포함하여 사용함은, 위의 기재로부터 자명하다.

통상적으로, 액상 결합제계는 결합제 또는 전구체를 0.5 내지 50.0 중량% 및 담체액을 50.0 내지 99.5 중량% 포함할 것이다. 액상 결합제계는 결합제 또는 전구체를 바람직하게는 0.5 내지 10.0 중량%, 보다 바람직하게는 1.0 내지 5.0 중량%, 및 담체액을 바람직하게는 90.0 내지 99.5 중량%, 보다 바람직하게는 95.0 내지 99.0 중량% 포함할 것이다.

건조 단계는 보통 가열을 포함한다. 열을 공급하기 위해 통상의 오븐을 사용할 수는 있으나, 본 발명의 적층형 복합 매트를 제조하기 위해 사용되는 한가지 방법으로 마이크로파 또는 고주파 가열과 같은 유전체 가열을, 바람직하게는 뜨거운 공기의 흐름과 같은 통상의 가열 방법과 조합하여 사용하는데, 이것이 제2의 섬유층에 있는 결합제를 분명히 보다 균일하게 분포시키기 때문이다. 통상적으로, 건조 단계는 함침된 섬유 덩어리를 80 내지 200 ℃ 범위, 바람직하게는 100 내지 170 ℃ 범위의 온도로 가열하는 것을 포함할 것이다. 140 내지 160 ℃ 범위의 온도가 특히 바람직하다.

따라서, 본 발명의 세 번째 측면에서는, 발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 무기 섬유들을 서로 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 결합제 또는 그의 전구체 및 담체액을 포함하는 액상 결합제계에 무기 섬유를 포함하는 섬유 덩어리를 함침시키고, 적어도 실질적으로는 담체액을 제거하기 위해, 얻어진 함침된 섬유 덩어리를 유전체 가열의 사용을 포함하는 건조 단계를 거치게하는 것을 포함하는 방법에 의해 제2층을 형성하는 것을 포함한다.

본 발명의 적층형 복합 매트를 제조하기 위해 사용된 또 다른 방법에서는, 담체액 제거에 사용되는 과정의 적어도 최종 단계가 결합제가 제1층 및 제2층을 서로 결합시키는 기능을 수행하도록 하기 위해, 발포성 물질로 된 미리 형성된 시트의 한쪽면에 함침된 섬유 덩어리를 놓은 채로 수행된다.

따라서, 본 발명의 네 번째 측면에서는, 발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 무기 섬유들을 서로 결합시키고 제2층을 제1층에 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 결합제 또는 그의 전구체 및 담체액을 포함하는 액상 결합제계에 무기 섬유를 포함하는 섬유 덩어리를 함침시키고, 적어도 실질적으로 담체액을 제거하기 위해, 얻어진 함침된 섬유 덩어리를 발포성 물질로 된 미리 형성된 시트의 한쪽면에 하나의 층으로 부착시킨 채로, 건조 단계를 거치게 하는 것을 포함한다.

본 발명의 네 번째 측면의 방법에서, 건조 단계는 보통 가열을 수반한다. 열을 공급하기 위해 통상의 오븐을 사용하여도 무방하나, 바람직한 실시형태로는 마이크로파 또는 고주파 가열과 같은 유전체 가열을, 바람직하게는 뜨거운 공기의 흐름과 같은 통상의 가열 방법과 조합하여 사용할 수 있다. 건조 단계에서 사용되는 통상적이고, 바람직한 온도는 상기에서 설명된 것과 동일하다.

본 발명의 네 번째 방법으로, 미리 형성된 발포성 시트의 한쪽 면에 무기 섬유층을 부착시킨 다음, 이어서 그 시트의 그 자리에 둔 채로 액상 결합제계에 함침시킬 수 있다. 함침된 섬유층으로부터 담체액의 제거, 및 전구 결합제를 사용할 경우 전구 결합제의 경화에 의해 무기 섬유층이 서로 결합되고 또한 나중에 남아 있는 결합제의 작용에 의해 미리 형성된 발포성 시트에 결합되는 본 발명의 적층형 복합 매트가 제조될 것이다. 별법으로, 먼저 섬유 덩어리를 액상 결합제계에 함침시킨 다음, 이어서 미리 형성된 발포성 시트의 한쪽 면에 부착시켜 하나의 층을 형성할 수도 있다. 상기에서와 같이, 함침된 섬유 덩어리로부터 담체액을 제거하고, 사용할 경우 전구 결합제를 경화시켜서 본 발명의 적층형 복합 매트를 제조할 것이지만, 후자 기술에 있어서는 미리 형성된 발포성 시트 상에 함침된 섬유 덩어리를 부착시키기 전에 담체액 일부를 그로부터 제거할 수 있다.

또한, 예를 들어, 발포성 시트 상에 섬유 덩어리 또는 함침된 섬유 덩어리를 부착시키기 전에 미리 형성된 발포성 시트를, 액상 결합제계를 시트에 분무시키거나 액상 결합제계의 배쓰 내에서 시트를 침지시킴으로써 액상 결합제계로 도포하는 것이 이로울 수 있다.

본 발명의 네 번째 측면으로, 건조 전에 과잉의 담체액을 제거하는 것은 함침된 섬유 덩어리가 미리 형성된 발포성 시트 상에 위치하기 전에 또는 위치된 채로 달성될 수 있다. 또한, 함침된 섬유 덩어리를 예비-건조 단계를 거쳐 함침된 섬유 덩어리가 미리 형성된 발포성 시트 상에 놓이기 전에 담체액의 상당량을 가열에 의해 제거되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 건조 단계 자체는 함침된 섬유 덩어리를 미리 형성된 발포성 시트 상의 제위치에 둔 채로 수행된다.

무기 섬유 덩어리를 함침시키는데 여러가지 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 각각의 섬유를 액상 결합제계에 완전히 분산시키고, 생성되는 분산액을 예를 들어, 제지법을 사용하여 하나의 층으로 주조할 수 있다. 본 발명의 네 번째 방법에서는, 이 분산액을 미리 형성된 발포성 시트 위에 하나의 층으로 주조할 수 있다. 별법으로, 각각의 섬유를 하나의 층으로서 예를 들어, 미리 형성된 발포성 시트에 부착시키고, 생성된 섬유층을 액상 결합제계에 함침시킬 수 있다.

무기 섬유 덩어리가, 각각의 섬유가 하나의 저밀도 매트로 어셈블리되어 있는 다-섬유 제품의 형태를 취할 때, 매트를 액상 결합제계에 단순히 침지시키거나 담글 수 있다. 별법으로, 액상 결합제계를 저밀도 섬유 매트에 분무할 수 있다. 본 발명의 네 번째 방법에서, 액상 결합제계로 매트를 처리하는 것은 매트가 미리 형성된 발포성 시트 상의 제위치에 놓이기 전이나 후에 수행되어도 무방하다.

바람직하게도 액상 결합제계가 경화성 전구 중합체의 분산액을 포함할 때, 건조 단계에 이어 전구 중합체가 경화되는 추가의 공정 단계가 수행될 수 있다. 이런 경화 과정은 몇몇 형태의 가교 반응을 겪는 전구 중합체를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 보통 건조 단계에서 사용되는 온도는 함침된 섬유 덩어리를 건조시키고, 전구 중합체를 경화시키는데 충분해서 일반적으로 별도의 경화 단계가 불필요하다. 그러나, 별도의 경화 단계를 사용할 때, 경화 단계 동안 함침된 섬유 덩어리를 압축하에서 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명의 복합 매트의 두께는 매트의 원하는 최종 용도에 좌우될 것이다. 그러나, 복합 매트를 촉매에 의한 변환기 또는 디젤 미립자 여과기에서 세라믹 또는 금속 모놀리스를 고정시키는데 사용하고자 할 때, 복합 매트는 통상적으로 3 내지 15 mm 범위, 바람직하게는 5 내지 12 mm 범위 및 보다 바람직하게는 5 내지 9 mm의 범위의 두께를 가질 것이다.

제1층 및 제2층의 서로에 대한 두께는 용도에 따라 상이할 수 있고, 복합 매트가 허용가능한 비용선에 맞춰, 주어진 용도에서 최상의 성능을 갖도록 조정될 수 있다. 그러나, 발포성 물질로 된 제1층은 통상적으로 복합 매트 총두께의 10 내지 50 %를 차지할 것이다.

또한, 본 발명의 적층형 복합 매트는 뜨거운 기체 여과 장치 및 석탄 기체화 장치에 설치되는 세라믹 모놀리스를 지지하는데도 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 적층형 복합 매트를 개스켓 용도에서도 유용하게 사용할 수 있다.

이제 본 발명을 하기의 실시예를 언급하여 설명하지만, 이에 제한되지는 않는다.

＜실시예 1＞

약 520 mm×210 mm의 면적 및 25 내지 55 mm의 두께를 갖는 사필 (Saffil: 등록상표) 저밀도 알루미나 섬유 매트 샘플을 고체 함량이 약 3 % w/w가 되도록 희석시킨 라텍스 (아크로날 (Acronal: 등록상표) 35D, 바스프 (BASF)사 제품의 n-부틸 아크릴레이트 및 아크릴로니트릴을 기재로하는 경화성 공중합체의 50 % 수분산액) 중에 침지시켰다. 함침된 사필 매트는 대략 131.0 g의 중량 및 약 1.2 kg/m²의 면밀도를 가졌다.

이어서, 사필 매트와 동일한 라텍스 용액에 미리 침지시킨 비슷한 크기의 인터람 (Interam: 등록상표) 100 마운팅 매트 (3M 제품의 발포성 시트 재료: 면밀도 약 1.05 kg/m²) 조각 위에 함침된 사필 매트를 놓았다. 박리면이 있는 PTFE-도포 유리 섬유 메쉬의 두 개의 시트 사이에 제조된 적층체를 샌드위칭시키고, 이어서 유리 섬유 충전 실리콘 수지 보드의 두 개의 시트 사이에 이 샌드위치를 놓았다. 이어서, 함침된 "사필"층이 약 5 mm (약 0.5 bar (50 KPa)의 가압과 동일)로 감소될 때까지 몰 그립스 (mole grips)를 사용하여 어셈블리 전체를 함께 압축시키고, 이 위치에서 클립으로 고정시켰다. 이 어셈블리 중에 과잉의 라텍스를 샘플로부터 배출시켰다.

이어서, 공기/고주파 (RF)-보조 오븐이 장착된 벨트에 완전히 성형된 어셈블리를 놓고, 체류 시간이 약 20 분이 되도록 벨트 속도를 조절하였다. 오븐에 대한 RF 파워를 약 5.5KW로 맞추고, 오븐에서의 공기 온도는 약 155 ℃로 조절하였다. 라텍스가 완전히 건조되어 경화 (가교)되었을 때 오븐에서 샘플을 꺼내었다. 이어서, 샘플에서 클립과 보드를 조심스럽게 제거하고, 약 8 내지 9 mm 두께를 갖는 최종 복합 매트가 드러나도록 PRFE 메쉬를 벗겼다.

Claims

발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 그 섬유들을 서로 결합시키고 제1층에 제2층을 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트.
발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 제2층 전체에 실질적으로 균일하게 분포되어 섬유들을 서로 결합시키는 결합제를 포함하며 0.1 MPa 이상의 라미나 전단 강도를 갖는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트.
제2항에 있어서, 제1층 및 제2층이 제2층에 함유된 결합제의 접착 작용에 의해 서로 구속되는 적층형 복합 매트.
제2항 또는 제3항에 있어서, 제2층에 있는 결합제의 분포가, 그 층의 각 1 mm³영역 내의 결합제의 그 영역에 있는 층의 총중량을 기준으로한 중량%가 층의 총중량을 기준으로한 층 내의 결합제의 총중량%의 40 % 이내에 있는 정도인 적층형 복합 매트.
제4항에 있어서, 제2층에 있는 결합제의 분포가, 그 층의 약 1 mm³영역 내의 결합제의 그 영역에 있는 층의 총중량을 기준으로한 중량%가 층의 총중량을 기준으로한 층 내의 결합제의 총중량%의 10 % 이내에 있는 정도인 적층형 복합 매트.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층이 0.2 MPa 이상의 라미나 전단 강도를 갖는 적층형 복합 매트.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층이 5 내지 10 mm 범위의 두께를 갖는 층 샘플을 두 개의 플레이트 사이에서 3 mm의 두께로 압착하고 결합제를 제거했을 때, 1.0 kgf/cm²이상의 압력을 가할 수 있는 적층형 복합 매트.
제7항에 있어서, 제2층이 5 내지 10 mm 범위의 두께를 갖는 층 샘플을 두 개의 플레이트 사이에서 3 mm의 두께로 압축하고 결합제를 제거했을 때, 1.5 내지 4.0 kgf/cm²범위의 압력을 가할 수 있는 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1층에 함유된 발포성 물질이 실리케이트 광물 미발포층인 적층형 복합 매트.
제9항에 있어서, 실리케이트 광물 미발포층이 미발포 질석인 적층형 복합 매트.
제9항 또는 제10항에 있어서, 실리케이트 광물 미발포층이 플레이크 (flake) 형태인 적층형 복합 매트.
제10항에 있어서, 제1층이 미발포 질석 플레이크, 유기 결합제, 무기 충전제 및 임의로 섬유상 무기 재료의 조합으로 이루어진 복합 시트인 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층에 함유된 무기 섬유가 700 ℃가 넘는 온도에서 열적으로 안정한 것인 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층에 함유된 무기 섬유가 세라믹 섬유인 적층형 복합 매트.
제13항 또는 제14항에 있어서, 제2층에 함유된 무기 섬유가 알루미나 섬유, 물라이트 섬유, 알루미노실리케이트 섬유, 알루미노보로실리케이트 섬유, 지르코니아 섬유 및 티타니아 섬유로 구성되는 군 중에서 선택된 다결정질 무기 산화물 섬유인 적층형 복합 매트.
제15항에 있어서, 제2층에 함유된 무기 섬유가 알루미나 섬유인 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층에 함유된 무기 섬유가 1 내지 10 cm 범위의 길이 및 1 내지 10 마이크론 범위의 평균 직경을 갖는 짧은 스테이플 섬유 원료인 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층에 함유된 결합제가 유기 물질인 적층형 복합 매트.
제18항에 있어서, 결합제가 유기 중합체인 적층형 복합 매트.
제19항에 있어서, 결합제가 경화성 전구 중합체 조성물의 경화로부터 유도되는 중합체인 적층형 복합 매트.
제20항에 있어서, 결합제가 아크릴산 중합체 및 에폭시기 함유 가교제를 포함하는 경화성 전구 중합체의 경화로부터 유도되는 중합체인 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층이 그 층의 총중량을 기준으로 2 내지 15 중량%의 결합제를 함유하는 적층형 복합 매트.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제2층이 30 내지 700 kg/m³범위의 밀도를 갖는 것인 적층형 복합 매트.
제23항에 있어서, 제2층이 100 내지 500 kg/m³범위의 밀도를 갖는 것인 적층형 복합 매트.
결합제 또는 그의 전구체 및 담체액을 포함하는 액상 결합제계에 무기 섬유를 포함하는 섬유 덩어리를 함침시키고, 적어도 실질적으로 담체액을 제거하기 위해, 얻어진 함침된 섬유 덩어리를 유전체 가열의 사용을 포함하는 건조 단계를 거치게하는 것을 포함하는 방법에 의해 제2층을 형성함을 포함하는,

발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 무기 섬유를 서로 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트의 제조 방법.
결합제 또는 그의 전구체 및 담체액을 포함하는 액상 결합제계에 무기 섬유를 포함하는 섬유 덩어리를 함침시키고, 적어도 실질적으로 담체액을 제거하기 위해, 얻어진 함침된 섬유 덩어리를 발포성 물질로 된 미리 형성된 시트의 한쪽 면에 하나의 층으로 부착시킨 채로 건조 단계를 거치게함을 포함하는,

발포성 물질로 된 제1층, 및 다수의 무기 섬유 및 무기 섬유를 서로 결합시키고 제1층에 제2층을 결합시키는 결합제를 포함하는 제2층을 포함하는 적층형 복합 매트의 제조 방법.
제26항에 있어서, 유전체 가열을 건조 단계 중에 사용하는 방법.
제25항 또는 제27항에 있어서, 유전체 가열 및 뜨거운 공기의 흐름을 건조 단계 중에 사용하는 방법.
제25항, 제27항 또는 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로파 또는 고주파 가열을 사용하는 방법.
제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 건조 단계의 적어도 일부 동안에 압축하에서 함침된 섬유 덩어리를 유지하는 방법.
제30항에 있어서, 건조 단계 전체를 함침된 섬유 덩어리를 압축하에 유지한 채로 수행하는 방법.
제30항 또는 제31항에 있어서, 함침된 섬유 덩어리를 압축시키기 위해 건조 단계 중에 가한 압력이 5 내지 500 KPa 범위에 있는 것인 방법.
제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 함침된 섬유 덩어리가, 각각의 섬유가 저밀도 매트로 어셈블리된 다-섬유 제품인 것인 방법.
제33항에 있어서, 다-섬유 제품이 10 내지 60 mm 범위의 두께 및 0.2 내지 2.0 kg/m²범위의 면밀도를 갖는 것인 방법.