WO2015083460A1 - 保持シール材、保持シール材の製造方法及び排ガス浄化装置 - Google Patents

保持シール材、保持シール材の製造方法及び排ガス浄化装置 Download PDF

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WO2015083460A1
WO2015083460A1 PCT/JP2014/078582 JP2014078582W WO2015083460A1 WO 2015083460 A1 WO2015083460 A1 WO 2015083460A1 JP 2014078582 W JP2014078582 W JP 2014078582W WO 2015083460 A1 WO2015083460 A1 WO 2015083460A1
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sealing material
inorganic
holding sealing
binder
exhaust gas
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PCT/JP2014/078582
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圭司 熊野
隆彦 岡部
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イビデン株式会社
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    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing

Definitions

  • the present invention relates to a holding sealing material, a manufacturing method of the holding sealing material, and an exhaust gas purification device.
  • the exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine contains particulate matter (hereinafter also referred to as PM) such as soot.
  • PM particulate matter
  • this PM has a problem that it causes harm to the environment and the human body. It has become.
  • the exhaust gas contains harmful gas components such as CO, HC and NOx, there is a concern about the influence of the harmful gas components on the environment and the human body.
  • an exhaust gas treatment body made of a porous ceramic such as silicon carbide or cordierite, and a casing that houses the exhaust gas treatment body
  • Various types of exhaust gas purifying apparatuses have been proposed, which are composed of an inorganic fiber aggregate disposed between an exhaust gas treating body and a casing.
  • This holding sealing material prevents the exhaust gas treating body from being damaged by contact with the casing covering the outer periphery due to vibrations or impacts caused by traveling of an automobile or the like, or exhaust gas from between the exhaust gas treating body and the casing.
  • the main purpose is to prevent leakage and the like.
  • the holding sealing material is required to have a function of increasing the surface pressure generated by the repulsive force caused by being compressed and holding the exhaust gas treating body reliably. Furthermore, it is known that when the exhaust gas treating body is accommodated in the casing, the inorganic fibers constituting the holding sealing material are broken and scattered in the atmosphere. Due to such scattering of the inorganic fibers, there is a problem that the inorganic fibers scattered in the atmosphere adversely affect the working environment of the worker handling the holding sealing material.
  • Patent Document 1 a method of impregnating a holding sealing material with an aggregate of an organic binder and an inorganic binder is known (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 uses an aggregate of an organic binder and an inorganic binder, and the effect of suppressing the scattering of inorganic fibers is limited to the portion where the aggregate is attached. Therefore, when the inorganic fiber is broken at a portion where no aggregate is present, the scattering of the inorganic fiber cannot be suppressed.
  • the inorganic binder remaining on the surface of the inorganic fiber improves the surface pressure by preventing the fibers from slipping. Since it exists only on a part of the surface, the effect of improving the surface pressure is small. Therefore, there has been a problem that the effect of improving the surface pressure and the effect of suppressing the scattering of inorganic fibers have not been sufficiently achieved.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and can effectively suppress the scattering amount of the inorganic fibers and can sufficiently satisfy the surface pressure characteristics required for the holding sealing material. It aims at providing a sealing material and its manufacturing method. Moreover, an object of this invention is to provide the exhaust gas purification apparatus provided with the said holding sealing material.
  • the holding sealing material of the present invention is a holding sealing material comprising inorganic fibers, and the inorganic fibers are a coating comprising a cationic organic binder and a component derived from a cationic inorganic binder. It is covered with.
  • the entire surface of the inorganic fiber is covered with a coating made of a component derived from a cationic organic binder and a cationic inorganic binder, so that the flexibility is maintained while maintaining the flexibility.
  • the strength of the coating is improved, and scattering of inorganic fibers can be suppressed when the exhaust gas treating body around which the holding sealing material of the present invention is wound is press-fitted into a metal casing to produce an exhaust gas purification device.
  • the strength of the coating is improved, and when inorganic fibers are in contact with each other, sliding of the fibers with the coating is suppressed, and the surface pressure at room temperature is increased. improves.
  • the surface of the inorganic fiber on which the coating film is formed is preferably smooth.
  • the inorganic fiber is almost entirely covered with the coating, and when the organic binder is sufficiently present and smooth on the surface, the strength of the coating becomes higher and the scattering of the inorganic fiber can be suppressed. .
  • the cationic organic binder is made of a polymer
  • the cationic inorganic binder is a colloidal solution in which inorganic fine particles are dispersed in a solution
  • the coating covering the inorganic fiber is It is preferable that the inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder are dispersed in the polymer derived from the cationic organic binder.
  • the coating using them is the cationic inorganic bond in the polymer derived from the cationic organic binder.
  • the inorganic fine particles derived from the agent are uniformly dispersed, and the strength of the coating is increased.
  • the polymer derived from the cationic organic binder and the inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder are bonded by a silane coupling agent.
  • the coating strength is further improved, the inorganic fibers are more difficult to break, and the scattering of the inorganic fibers is suppressed. Can do.
  • inorganic fibers contact each other, it is suppressed that a fiber slips with a film, and a surface pressure improves more.
  • the coating film covering the inorganic fiber preferably contains 20 to 60% by weight of inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder.
  • the coating contains 20 to 60% by weight of inorganic fine particles derived from a cationic inorganic binder
  • the exhaust gas purification apparatus is produced using the holding sealing material of the present invention.
  • the coating film covering the inorganic fiber contains a polymer derived from the cationic organic binder in an amount of 2% by weight or less based on the total weight of the holding sealing material.
  • the glass transition temperature (Tg) of the polymer constituting the binder is preferably ⁇ 5 ° C. or lower.
  • the holding sealing material of the present invention by using a cationic organic binder made of a polymer having a glass transition temperature of ⁇ 5 ° C. or lower, the coating covering the surface of the inorganic fiber does not become hard and is highly flexible. When the sealing material is wound around the exhaust gas treating body, the holding sealing material is easily bent.
  • the inorganic fiber is an inorganic fiber prepared through a preparation process of an inorganic fiber precursor by a spinning process, a needle punching process process, and a firing process after preparing a spinning stock solution by an inorganic salt method. It is preferable. Since the holding sealing material of the present invention is produced by the inorganic salt method, the strength of the inorganic fibers is high, the variation thereof is small, and a binder film is formed at the entangled portions of the inorganic fibers formed by the needle punching process. By doing so, the entanglement between the inorganic fibers can be strengthened, and the surface pressure of the holding sealing material can be improved.
  • the manufacturing method of the holding sealing material of the present invention includes a mat preparing step of preparing a mat made of inorganic fibers, a binder solution preparing step of preparing a binder solution consisting of a cationic organic binder and a cationic inorganic binder, and the binder It is produced by a process comprising an impregnation step of impregnating the mat with a solution and a drying step of drying the mat impregnated with the binder solution.
  • the cationic organic binder and the cationic inorganic binder are positively charged in the binder solution and uniform without being aggregated due to the repulsion of the charge, as will be described later. Therefore, the binder solution prepared in the binder solution preparation step is estimated to be a binder solution in which the cationic organic binder and the cationic inorganic binder are well dispersed.
  • this binder solution is impregnated with inorganic fibers, the inorganic fibers in the liquid are negatively charged, so that the cationic organic binder and the cationic inorganic binder are spread over the entire surface of the inorganic fibers by the attractive force of the charges.
  • the holding sealing material obtained by the method for manufacturing the holding sealing material of the present invention is a holding sealing material that can suppress the scattering of inorganic fibers and improve the surface pressure.
  • a binder solution made of a silane coupling agent is further prepared in the binder solution preparation step.
  • a cationic organic binder and a cationic inorganic bond are added to the binder solution or inorganic fibers by further preparing a binder solution made of a silane coupling agent.
  • the agent is adsorbed, the polymer constituting the cationic organic binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder are firmly bound by the silane coupling agent to form a stronger film on the inorganic fiber.
  • the coating is difficult to peel from the inorganic fibers, and the inorganic fibers are not easily broken.
  • a spinning dope is prepared by an inorganic salt method, and then the inorganic fiber precursor is produced by a spinning step, a needle punching treatment step, and a firing step. It is preferable to prepare a mat made of inorganic fibers.
  • the mat is produced by an inorganic salt method, so that the strength of the inorganic fibers is high, the variation thereof is small, and further, the entanglement of the inorganic fibers formed by the needle punching process By forming the binder film at the location, the entanglement between the inorganic fibers can be strengthened, and the surface pressure of the holding sealing material can be improved.
  • a cationic organic binder made of a polymer having a glass transition temperature of ⁇ 5 ° C. or lower in the binder solution preparation step.
  • the coating covering the surface of the inorganic fiber does not become hard and is highly flexible. Therefore, the holding sealing material is not easily broken when the holding sealing material is wound around the exhaust gas treating body.
  • the content of the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder is a polymer constituting the cationic organic binder and the cationic inorganic binder. It is preferable to prepare a binder solution of 20 to 60% by weight with respect to the total volume of the inorganic fine particles constituting the material.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present invention includes a metal casing, an exhaust gas treatment body accommodated in the metal casing, and a holding member that is wound around the exhaust gas treatment body and disposed between the exhaust gas treatment body and the metal casing.
  • An exhaust gas purifying apparatus comprising a sealing material, wherein the holding sealing material is the holding sealing material of the present invention.
  • the holding seal material is used as the holding seal material, after the cationic organic binder is decomposed and burned down by introduction of exhaust gas, the inorganic fine particles are firmly attached to the inorganic fibers. Bonding to the surface makes it easy to form a large number of irregularities on the surface of the inorganic fibers, and when the inorganic fibers come into contact with each other, the inorganic fibers are more easily caught, and the surface pressure of the holding sealing material can be improved.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present invention includes a metal casing, an exhaust gas treatment body accommodated in the metal casing, and a holding member that is wound around the exhaust gas treatment body and disposed between the exhaust gas treatment body and the metal casing.
  • An exhaust gas purification apparatus including a sealing material, wherein the holding sealing material is a holding sealing material manufactured by the method for manufacturing a holding sealing material of the present invention.
  • the holding sealing material produced by the above production method is used as the holding sealing material, after the cationic organic binder is decomposed and burned down by heating due to introduction of exhaust gas, The inorganic fine particles are firmly bonded to the surface of the inorganic fiber, and a large number of irregularities are easily formed on the surface of the inorganic fiber. When the inorganic fibers come into contact with each other, the inorganic fibers are more easily caught, and the surface pressure of the holding sealing material Can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the holding sealing material of the present invention.
  • Fig.2 (a) is a side view which shows typically an example of the measuring apparatus for measuring the dispersibility of an inorganic fiber
  • FIG.2 (b) is a measuring apparatus for measuring the dispersibility of an inorganic fiber.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing a part of a sample support arm that constitutes the structure.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of the exhaust gas treating body constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of a method for producing the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
  • the holding sealing material of the present invention is a holding sealing material composed of inorganic fibers, wherein the inorganic fibers are covered with a coating composed of a cationic organic binder and a component derived from a cationic inorganic binder.
  • the inorganic fiber constituting the holding sealing material of the present invention is not particularly limited, but is composed of at least one selected from the group consisting of alumina fiber, silica fiber, alumina silica fiber, mullite fiber, biosoluble fiber, and glass fiber. It is preferable that In the case where the inorganic fiber is at least one of alumina fiber, silica fiber, alumina silica fiber, and mullite fiber, the heat resistance is excellent, and therefore the exhaust gas treating body is exposed to a sufficiently high temperature. However, no alteration or the like occurs, and the function as the holding sealing material can be sufficiently maintained.
  • the alumina fiber may contain additives such as calcia, magnesia, zirconia, and the like.
  • the biosoluble fiber is, for example, an inorganic fiber made of at least one compound selected from the group consisting of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, and a boron compound in addition to silica and the like. Since the biosoluble fiber made of these compounds is easily dissolved even when taken into the human body, the mat containing these inorganic fibers is excellent in safety to the human body.
  • the specific composition of the biosoluble fiber includes 60 to 85% by weight of silica and 15 to 40% by weight of at least one compound selected from the group consisting of alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds and boron compounds. % Composition.
  • the silica refers to SiO or SiO 2 .
  • alkali metal compound examples include sodium and potassium oxides
  • examples of the alkaline earth metal compound include magnesium, calcium, strontium, and barium oxides
  • examples of the boron compound include boron oxide.
  • the silica content when the silica content is less than 60% by weight, it is difficult to produce by a glass melting method, and it is difficult to fiberize.
  • the content of silica when the content of silica is less than 60% by weight, the content of flexible silica is small, so that it is structurally fragile, and is easily soluble in physiological saline, an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, and Since the ratio of at least one compound selected from the group consisting of boron compounds is relatively high, the biosoluble fiber tends to be too soluble in physiological saline.
  • the content of silica exceeds 85% by weight, the ratio of at least one compound selected from the group consisting of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound, and a boron compound is relatively low, so that it is biosoluble. Fibers tend to be too difficult to dissolve in saline.
  • the silica content is calculated by converting the amounts of SiO and SiO 2 into SiO 2 .
  • the content of at least one compound selected from the group consisting of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound and a boron compound exceeds 40% by weight in the composition of the biosoluble fiber, it is produced by the glass melting method. Difficult to fiberize. Further, when the content of at least one compound selected from the group consisting of an alkali metal compound, an alkaline earth metal compound and a boron compound exceeds 40% by weight, it is structurally fragile and the biosoluble fiber becomes physiological saline. It becomes too easy to dissolve.
  • the solubility of the biologically soluble fiber in physiological saline is preferably 30 ppm or more. This is because if the solubility of the biosoluble fiber is less than 30 ppm, it is difficult for the fiber to be discharged from the body when the inorganic fiber is taken into the body, which is not preferable for health.
  • the glass fiber is a glass-like fiber composed mainly of silica and alumina and made of calcia, titania, zinc oxide, etc. in addition to alkali metal.
  • the average fiber length of the inorganic fibers is preferably 5 to 150 mm, and more preferably 10 to 80 mm. If the average fiber length of the inorganic fiber is less than 5 mm, the fiber length of the inorganic fiber is too short, so that the entanglement between the inorganic fibers becomes insufficient, the wrapping property to the exhaust gas treatment body is lowered, and the holding sealing material is easily broken. Become. On the other hand, if the average fiber length of the inorganic fibers exceeds 150 mm, the fiber length of the inorganic fibers is too long, so the number of fibers constituting the holding sealing material is reduced, and the denseness of the mat is lowered. As a result, the shear strength of the holding sealing material is lowered.
  • the inorganic fiber is covered with a coating made of a component derived from a cationic organic binder and a cationic inorganic binder.
  • the cationic inorganic binder used in the present invention refers to an inorganic sol dispersion solution in which cations, that is, inorganic fine particles having a positive charge are dispersed.
  • examples of the inorganic sol dispersion solution (inorganic fine particle solution) in which inorganic fine particles having a positive charge are dispersed include alumina sol.
  • the silica sol is made cationic by surface treatment with an aluminum compound, acidic zirconia sol, etc. Can also be used as a cationic inorganic binder.
  • alumina sol is preferable.
  • the cationic organic binder used in the present invention refers to an organic binder solution in which a positively charged polymer is dispersed in water.
  • the cationic organic binder is not particularly limited as long as it is an organic binder solution in which a positively charged polymer is dispersed in water.
  • examples thereof include a colloidal solution in which a cationic surfactant is adhered and dispersed on the polymer surface, or a solution in which the polymer itself is made of a polymer having a cationic charge.
  • the cationic surfactant is classified into, for example, an amine salt type and a quaternary ammonium salt type, and those having a large molecular weight are preferable, and a quaternary ammonium salt type is preferable.
  • the cationic surfactants of the quaternary ammonium salt type chloride dodecyl dimethyl benzyl ammonium (C 12 H 25 N + ( CH 3) 2 CH 2 C 6 H 5 Cl), chloride octyltrimethylammonium (C 8 H 17 N + ( CH 3 ) 3 Cl), decyltrimethylammonium chloride (C 10 H 21 N + (CH 3 ) 3 Cl), dodecyltrimethylammonium chloride (C 12 H 25 N + (CH 3 ) 3 Cl), tetradecyltrimethylammonium chloride (C 14 H 29 N + (CH 3 ) 3 Cl), cetyltrimethylammonium chloride (C 16 H 33 N + (CH 3 ) 3 Cl),
  • the polymer to which the cationic surfactant is attached is not particularly limited, and examples thereof include acrylate resins, epoxy resins, rubber resins, styrene resins, silicone resins, acrylic resins, polyester resins, polyurethane resins, and the like.
  • an emulsion liquid such as an acrylate latex or a rubber latex prepared using a cationic surfactant as a dispersant can be used.
  • polymer constituting the cationic organic binder examples include vinylpyrrolidone / N, N-dimethylaminoethyl methacrylic acid copolymer sulfate solution (polyquaternium-11, manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), cationic acrylic resin, cation Acrylic rubber, diallyl amine polymer, allylamine polymer (Nittobo Medical), aminoethylated acrylic polymer (Nippon Catalyst), cationized cellulose (Nippon Lubrizol Corporation), acrylamide-diallyldimethylammonium chloride copolymer, poly (Diallyldimethylammonium chloride) in water, poly (trimethylaminoethyl methacrylate methylsulfate), dimethylamine-ammonia-epichlorohydrin condensate, dimethylamine-epichlorohydride Condensate, acrylate - acrylamide - diallylamine hydrochlor
  • the number average molecular weight of the polymer constituting the cationic organic binder is not particularly limited, but is preferably 500 to 100,000.
  • the inorganic fibers constituting the holding sealing material are covered with a coating composed of the above-described cationic organic binder and components derived from the cationic inorganic binder.
  • a coating covering the inorganic fiber can be obtained by impregnating the inorganic fiber in a solution composed of the cationic organic binder and the cationic inorganic binder.
  • the polymer constituting the cationic organic binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder in the solution have a positive charge, and therefore, the repulsion of the charge.
  • the polymer constituting the cationic organic binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder are uniformly dispersed in the solution.
  • the inorganic fiber constituting the holding sealing material is negatively charged in the solution composed of the cationic organic binder and the cationic inorganic binder.
  • the polymer constituting the binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder are electrically attracted and uniformly adsorbed on the surface of the inorganic fibers in the solution.
  • the inorganic fiber obtained by impregnating the inorganic fiber in the solution composed of the cationic organic binder and the cationic inorganic binder has a polymer whose surface constitutes the cationic organic binder and the cationic inorganic binder. Are uniformly covered with inorganic fine particles constituting the.
  • the polymer derived from the cationic organic binder and the inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder are preferably bound by a silane coupling agent.
  • Silane coupling agents are those in which a hydrolyzable group that easily binds inorganic components and an organic functional group that easily bonds to organic components are bonded to silicon atoms (Si). It binds to the polymer while it binds to the inorganic fine particles through the hydrolyzable group. Therefore, by adding the silane coupling agent, the inorganic fibers constituting the holding sealing material are coated in a state where the polymer and the inorganic fine particles are firmly bonded.
  • silane coupling agent examples include vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tris ( ⁇ -methoxyethoxy) vinylsilane, ⁇ -methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -methacryloxypropyltriethoxysilane, ⁇ - ( 3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltriethoxysilane, ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-amino Propyltrimethoxysilane, (N-phenyl- ⁇ -aminopropyl) trimethoxysilane, ⁇ -ureidopropyltriethoxysilane, ⁇ -isocyanatopropyltriethoxysilane, ⁇ -
  • the glass transition temperature of the polymer constituting the organic binder in the present invention is preferably ⁇ 5 ° C. or lower, more preferably ⁇ 10 ° C. or lower, and further preferably ⁇ 30 ° C. or lower.
  • the glass transition temperature of the polymer constituting the organic binder is ⁇ 5 ° C. or lower, it is possible to obtain a holding sealing material having high film elongation and high flexibility while increasing the film strength. Therefore, the holding sealing material is not easily broken when the holding sealing material is wound around the exhaust gas treating body.
  • the film does not become too hard, scattering of inorganic fibers can be easily suppressed.
  • the polymer derived from the cationic organic binder is preferably contained in an amount of 2% by weight or less, more preferably 0.1 to 2% by weight, based on the total weight of the holding sealing material. preferable.
  • the content of the polymer is less than 0.1% by weight, the effect of suppressing scattering of inorganic fibers becomes small.
  • the content of the polymer exceeds 2% by weight, the amount of decomposition gas generated by the heat of the exhaust gas increases, which may adversely affect the surrounding environment.
  • TEM transmission electron microscope
  • the coating film for coating inorganic fibers in the present invention more preferably contains 20 to 60% by weight of inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder.
  • the content of the inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder in the coating is less than 20% by weight, the content of the inorganic fine particles is insufficient, so the effect of improving the binder (coating) strength is not sufficient, The effect of improving the surface pressure tends to be small.
  • the content of the inorganic fine particles exceeds 60% by weight, the effect of improving the surface pressure is hardly changed, but the coating may become too hard and it is difficult to suppress scattering of inorganic fibers. Therefore, in order to sufficiently suppress the scattering of inorganic fibers, the content of inorganic fine particles in the coating in the present invention is more preferably 30 to 60% by weight.
  • the particle diameter of the inorganic fine particles in the present invention is not particularly limited, but the average particle diameter of the inorganic fine particles is preferably 0.005 to 0.1 ⁇ m.
  • the coating covering the inorganic fiber is composed of the polymer derived from the cationic organic binder and the inorganic fine particles derived from the cationic inorganic binder, the polymer or the like contains the inorganic fine particles therein. Since the film is formed in the state, it is relatively smooth, but when the polymer derived from the cationic organic binder is burned out, irregularities due to inorganic fine particles are formed over the entire surface of the inorganic fiber.
  • the polymer in consideration of the fact that the polymer is decomposed and burnt down due to the introduction of exhaust gas, etc., when the polymer is burnt down in an experiment or the like, it means heating in the atmosphere at 600 ° C. for 1 hour unless otherwise specified. Shall.
  • the unevenness due to the inorganic fine particles was formed over the entire surface of the inorganic fiber by the above heating because the inorganic fine particles dispersed in the coating film were exposed due to the burning of the organic binder. If the surface of the inorganic fiber is uneven with inorganic fine particles, the inorganic fiber is caught by the unevenness when the inorganic fiber comes into contact with each other after the organic binder is burned out, and the surface of the inorganic fiber is prevented from slipping. Therefore, it becomes easy to improve the surface pressure.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the holding sealing material of the present invention.
  • the holding sealing material of the present invention has a predetermined longitudinal length (hereinafter, indicated by an arrow L in FIG. 1), a width (indicated by an arrow W in FIG. 1), and a thickness ( 1 may be constituted by a flat mat having a substantially rectangular shape in plan view.
  • a convex portion 111 is formed on the first end which is one of the end portions on the length direction side of the holding sealing material, and the other end A recess 112 is formed at a certain second end.
  • the convex portion 111 and the concave portion 112 of the holding sealing material are shaped so as to be fitted to each other when the holding sealing material is wound around the exhaust gas treatment body in order to assemble an exhaust gas purification device to be described later.
  • substantially rectangular in plan view is a concept including a convex portion and a concave portion.
  • the inorganic fiber constituting the holding sealing material of the present invention is an inorganic fiber prepared through a preparation process of an inorganic fiber precursor by a spinning process, a needle punching process process, and a firing process after preparing a spinning stock solution by an inorganic salt method. It is preferable. Moreover, it is more preferable that it has passed through the needle punching process process among the said processes. By entanglement of the inorganic fibers by the needle punching process, the entanglement between the inorganic fibers is strengthened and the surface pressure is easily improved.
  • the manufacturing method of the above-described inorganic fiber has the same contents as the manufacturing method of the holding sealing material described below, and will be described by the manufacturing method of the holding sealing material described below.
  • the needle punching device is composed of a support plate that supports a sheet of inorganic fiber precursor, and a needle board that is provided above the support plate and can reciprocate in the piercing direction (thickness direction of the base mat). ing. A large number of needles are attached to the needle board.
  • the inorganic fiber precursor is configured by moving the needle board with respect to the sheet-like material of the inorganic fiber precursor placed on the support plate, and inserting and removing a large number of needles with respect to the sheet-like material of the inorganic fiber precursor.
  • the fibers can be intertwined in a complex manner.
  • the number of needle punching processes and the number of needles may be changed according to the target bulk density and the basis weight.
  • the thickness of the holding sealing material is not particularly limited, but is preferably 2.0 to 20 mm.
  • the thickness of the holding sealing material exceeds 20 mm, the flexibility of the holding sealing material is lost, so that it becomes difficult to handle the holding sealing material when it is wound around the exhaust gas treating body. Further, the holding sealing material is likely to cause creases and cracks.
  • the thickness of the holding sealing material is less than 2.0 mm, the surface pressure of the holding sealing material is not sufficient to hold the exhaust gas treating body. For this reason, the exhaust gas treating body is easily dropped off. Further, when a volume change occurs in the exhaust gas treating body, the holding sealing material is difficult to absorb the volume change of the exhaust gas treating body. Therefore, cracks and the like are likely to occur in the exhaust gas treating body.
  • the surface pressure of the holding sealing material of the present invention can be measured by the following method using a surface pressure measuring device.
  • a hot surface pressure measuring device provided with a heater on the portion of the plate that compresses the mat is used, and the bulk density (GBD) of the sample becomes 0.3 g / cm 3 at room temperature. Compress until The contact pressure at that time is defined as the firing front pressure. Thereafter, it was held for 10 minutes.
  • the scattering property of the inorganic fibers constituting the holding sealing material of the present invention can be measured by the following procedure. First, the holding sealing material is cut out to 100 mm ⁇ 100 mm to obtain a scattering property test sample 210. About this sample for a scattering test, the scattering rate of an inorganic fiber can be measured using the measuring apparatus shown to Fig.2 (a) and (b).
  • Fig.2 (a) is a side view which shows typically an example of the measuring apparatus for measuring the scattering property of inorganic fiber. As shown in FIG. 2A, the test apparatus 200 is connected to the upper ends of two support columns 260 provided vertically on a base 250 so that the sample support arm 270 can rotate within a predetermined range. Has been.
  • FIG.2 (b) is the top view which showed typically an example of the sample support arm part which comprises the measuring apparatus for measuring the scattering property of inorganic fiber.
  • the other end of the sample support arm 270 is fixed by a sample fixing member 280 that connects the ends of the sample support arm 270 to each other.
  • the sample support arm 270 is locked by a predetermined locking mechanism, and the scattering test sample 210 is fixed to the sample fixing member 280 by the clip 220.
  • the sample support arm 270 is unlocked, the sample support arm 270 and the test sample 210 start dropping in a direction toward the base 250 to which the support column 260 is fixed.
  • the sample support arm 270 and the column 260 become parallel, the sample support arm 270 collides with the vertical wall member 290. Due to this collision, a part of the inorganic fibers constituting the test sample 210 is broken and scattered.
  • Fiber scattering rate (% by weight) (weight of sample for scattering test before test ⁇ weight of sample for scattering test after test) / (weight of sample for scattering test before test) ⁇ 100 (5)
  • Weight per unit area of the holding sealing material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 200 ⁇ 4000g / m 2, and more preferably 1000 ⁇ 3000g / m 2.
  • the basis weight of the holding sealing material is less than 200 g / m 2 , the surface pressure of the holding sealing material is not sufficient to hold the exhaust gas treating body. For this reason, the exhaust gas treating body is easily dropped off.
  • the weight per unit area of the holding sealing material exceeds 4000 g / m 2 , the thickness of the holding sealing material becomes too thick and it becomes difficult to handle the holding sealing material when it is wound around the exhaust gas treatment body. Further, the holding sealing material is likely to cause creases and cracks. Therefore, when manufacturing an exhaust gas purification apparatus using such a holding sealing material, the exhaust gas treating body is likely to drop off.
  • the bulk density of the holding sealing material of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.10 to 0.30 g / cm 3 .
  • the bulk density of the holding sealing material is less than 0.10 g / cm 3 , the entanglement of the inorganic fibers is weak and the inorganic fibers are easily peeled off, so that it is difficult to keep the shape of the holding sealing material in a predetermined shape.
  • the bulk density of the holding sealing material exceeds 0.30 g / cm 3 , the holding sealing material becomes hard, the wrapping property around the exhaust gas treating body is lowered, and the holding sealing material is easily broken.
  • the holding sealing material of the present invention may further contain an expansion material.
  • the expansion material preferably has a characteristic of expanding in the range of 400 to 800 ° C. If the holding sealing material contains an expanding material, the holding sealing material expands in the range of 400 to 800 ° C, so that the holding strength can be maintained even in a high temperature range exceeding 700 ° C where the strength of the glass fiber decreases. The holding force at the time of using as a sealing material can be improved.
  • the expanding material examples include vermiculite, bentonite, phlogopite, pearlite, expandable graphite, and expandable fluoride mica. These expanding materials may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the expansion material added is not particularly limited, but is preferably 10 to 50% by weight, and preferably 20 to 30% by weight, based on the total weight of the holding sealing material.
  • the holding sealing material of the present invention is used as a holding sealing material for an exhaust gas purification device
  • the number of holding sealing materials constituting the exhaust gas purification device is not particularly limited, and may be a single holding sealing material or coupled to each other.
  • a plurality of holding sealing materials may be used.
  • the method for bonding a plurality of holding sealing materials is not particularly limited, and examples thereof include a method for bonding holding sealing materials by sewing and a method for bonding holding sealing materials with an adhesive tape or an adhesive. .
  • the manufacturing method of the holding sealing material of the present invention is suitable for the method of manufacturing the holding sealing material of the present invention.
  • the manufacturing method of the holding sealing material of the present invention includes a mat preparing step of preparing a mat made of inorganic fibers, a binder solution preparing step of preparing a binder solution consisting of a cationic organic binder and a cationic inorganic binder, and the binder It is produced by a process comprising an impregnation step of impregnating the mat with the solution and a drying step of drying the mat impregnated with the binder solution.
  • the mat preparation process which prepares the mat which consists of inorganic fiber first is performed.
  • the mat constituting the holding sealing material can be obtained by various methods.
  • the mat can be produced by a needling method or a papermaking method.
  • the needling method for example, it can be produced by the following method. That is, first, for example, after preparing a spinning stock solution using a basic aluminum chloride aqueous solution and silica sol as raw materials, a spinning mixture using this stock solution is spun by a blowing method to obtain an average fiber diameter of 3 to 10 ⁇ m.
  • An inorganic fiber precursor is prepared. Subsequently, the inorganic fiber precursor is compressed to produce a continuous sheet-like material having a predetermined size, subjected to a needle punching process, and then subjected to a firing process to complete the preparation of the mat.
  • Binder solution preparatory process Next, the binder solution preparatory process which prepares the binder solution which mixed the cationic organic binder and the cationic inorganic binder is performed. At this time, a solution containing a silane coupling agent may be added to a solution obtained by mixing a cationic organic binder and a cationic inorganic binder to form a binder solution.
  • a solution containing a silane coupling agent may be added to a solution obtained by mixing a cationic organic binder and a cationic inorganic binder to form a binder solution.
  • a binder solution consisting of a silane coupling agent first add the liquid consisting of the silane coupling agent to the solution of the cationic inorganic binder, mix well, and then the cationic organic bond It is desirable to add a solution consisting of an agent.
  • the cationic inorganic binder used in the binder solution preparation step of the present invention is not particularly limited, and the cationic inorganic binder described in the explanation of the holding sealing material of the present invention can be used, and alumina sol or the like is used. Can do.
  • the concentration of the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder in the binder solution is not particularly limited, but the concentration of the inorganic fine particles is about 0.2 to 20% by weight in terms of solid content. Preferably there is.
  • the cationic organic binder mixed with the cationic inorganic binder is not particularly limited, and those described in the explanation of the holding sealing material of the present invention can be used. Detailed description thereof is omitted.
  • the range and type of the preferred number average molecular weight of the polymer constituting the cationic organic binder are the same.
  • the concentration of the polymer constituting the cationic organic binder is not particularly limited, but is preferably about 0.2 to 20% by weight in terms of solid content.
  • the glass transition temperature of the polymer constituting the cationic organic binder is not particularly limited, but is preferably ⁇ 5 ° C. or lower, more preferably ⁇ 10 ° C. or lower, More preferably, it is ⁇ 30 ° C. or lower.
  • the concentration of the silane coupling agent in the binder solution prepared in the binder solution preparation step of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10 to 5000 ppm in terms of active ingredient.
  • concentration of the silane coupling agent is less than 10 ppm, the amount of the silane coupling agent is insufficient, so that the polymer constituting the cationic organic binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder are sufficiently strongly bonded.
  • the concentration of the silane coupling agent exceeds 5000 ppm, the amount of the polymer constituting the cationic organic binder and the amount of the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder are sufficiently combined. And excessive addition is not preferable.
  • the active ingredient conversion means the density
  • the content of the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder is 20 with respect to the total volume of the polymer constituting the cationic organic binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder. It is preferable to prepare a binder solution of ⁇ 60% by weight.
  • a pH adjuster for adjusting the pH of the binder solution may be added.
  • Impregnation step Next, an impregnation step of impregnating the mat with the binder solution is performed.
  • (D) Drying step Thereafter, a drying step is performed in which the mat that has been subjected to the impregnation step is dried at a temperature of about 110 to 140 ° C. to evaporate and remove moisture and other solvents.
  • the holding sealing material of the present invention covered with a coating composed of a component derived from the agent and the cationic inorganic binder can be produced.
  • a cutting step of cutting the holding sealing material into a predetermined shape may be further performed.
  • the holding sealing material of the present invention can be used as a holding sealing material for an exhaust gas purification device.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present invention includes a metal casing, an exhaust gas treatment body accommodated in the metal casing, and a holding member that is wound around the exhaust gas treatment body and disposed between the exhaust gas treatment body and the metal casing.
  • An exhaust gas purification apparatus including a sealing material, wherein the holding sealing material is a holding sealing material manufactured by the holding sealing material of the present invention or the manufacturing method of the holding sealing material of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
  • the exhaust gas purification apparatus 100 of the present invention includes a metal casing 130, an exhaust gas treatment body 120 accommodated in the metal casing 130, and a holding disposed between the exhaust gas treatment body 120 and the metal casing 130. And a sealing material 110.
  • the exhaust gas treatment body 120 has a columnar shape in which a large number of cells 125 are arranged in parallel in the longitudinal direction with a cell wall 126 therebetween.
  • an end of the metal casing 130 is connected to an introduction pipe for introducing the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and an exhaust pipe for discharging the exhaust gas that has passed through the exhaust gas purification device to the outside, if necessary. It will be.
  • the material of the metal casing constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is not particularly limited as long as it is a metal having heat resistance, and specific examples include metals such as stainless steel, aluminum, and iron.
  • a clamshell shape, a downsizing shape, etc. can be suitably used in addition to a substantially cylindrical shape.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an example of the exhaust gas treating body constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
  • the exhaust gas treatment body 120 shown in FIG. 4 is a honeycomb structure made of a columnar ceramic material in which a large number of cells 125 are provided side by side with cell walls 126 therebetween. One end of each cell 125 is sealed with a sealing material 128.
  • the cross-sectional shape obtained by cutting the exhaust gas treatment body 120 in a direction perpendicular to the longitudinal direction is not particularly limited, and may be a substantially circular shape or a substantially elliptical shape, or a substantially polygonal shape such as a substantially triangular shape, a substantially rectangular shape, a substantially pentagonal shape, or a substantially hexagonal shape. There may be.
  • the cross-sectional shape of the cell 125 constituting the exhaust gas treatment body 120 may be a substantially polygonal shape such as a substantially triangular shape, a substantially square shape, a substantially pentagonal shape or a substantially hexagonal shape, or may be a substantially circular shape or a substantially elliptical shape. Further, the exhaust gas treating body 120 may be a combination of cells having a plurality of cross-sectional shapes.
  • the material constituting the exhaust gas treatment body 120 is not particularly limited, and non-oxides such as silicon carbide and silicon nitride, and oxides such as cordierite and aluminum titanate can be used. Of these, non-oxide porous fired bodies such as silicon carbide or silicon nitride are particularly preferable. Since these porous fired bodies are brittle materials, they are easily broken by a mechanical impact or the like. However, in the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the holding sealing material 110 is interposed around the side surface of the exhaust gas treatment body 120 to absorb the impact, so that the exhaust gas treatment body 120 is cracked by a mechanical impact or a thermal shock. It can be prevented from occurring.
  • the exhaust gas treating body constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention may carry a catalyst for purifying exhaust gas, and the supported catalyst is preferably a noble metal such as platinum, palladium, rhodium, etc. Then, platinum is more preferable.
  • the supported catalyst is preferably a noble metal such as platinum, palladium, rhodium, etc. Then, platinum is more preferable.
  • alkali metals such as potassium and sodium, and alkaline earth metals such as barium can be used. These catalysts may be used alone or in combination of two or more. When these catalysts are supported, it is easy to burn and remove PM, and toxic exhaust gas can be purified.
  • the exhaust gas treatment body constituting the exhaust gas purification apparatus of the present invention may be an integrally formed honeycomb structure made of cordierite or the like, or may be made of silicon carbide or the like, and has a large number of through holes. May be a collective honeycomb structure formed by bundling a plurality of columnar honeycomb fired bodies arranged in parallel in the longitudinal direction with partition walls interposed between pastes mainly made of ceramics.
  • the end of the cell may not be sealed without providing the cell with the sealing material.
  • the exhaust gas treating body functions as a catalyst carrier that purifies harmful gas components such as CO, HC, or NOx contained in the exhaust gas by supporting a catalyst such as platinum.
  • the exhaust gas treating body constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention may have an outer peripheral coat layer formed on the outer peripheral surface.
  • the outer peripheral coating layer is formed on the outer peripheral surface of the exhaust gas treating body, the outer peripheral portion of the exhaust gas treating body can be reinforced, the shape can be adjusted, and the heat insulation can be improved.
  • the outer peripheral surface of the exhaust gas treatment body refers to a side surface portion of the exhaust gas treatment body that is columnar.
  • the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing into the exhaust gas purification apparatus 100 (in FIG. 3, the exhaust gas is indicated by G and the flow of the exhaust gas is indicated by an arrow) is an exhaust gas treatment body (honeycomb filter) 120.
  • the exhaust gas treatment body 120 Flows into one cell 125 opened in the exhaust gas inflow end face 120a and passes through the cell wall 126 separating the cells 125.
  • PM in the exhaust gas is collected by the cell wall 126, and the exhaust gas is purified.
  • the purified exhaust gas flows out from another cell 125 opened in the exhaust gas treatment side end face 120b and is discharged to the outside.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of a method for producing the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
  • the exhaust gas treating body and the holding sealing material constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention are wound around the exhaust gas treating body 120 to form a wound body 140.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is obtained.
  • a press-fitting method in which the exhaust gas treatment body 120 having the holding sealing material 110 disposed around it to a predetermined position inside the metal casing 130 is press-fitted ( Stuffing method), a sizing method (swaging type) that compresses from the outer peripheral side so as to reduce the inner diameter of the metal casing 130, and a shape in which the metal casing is separable into parts of the first casing and the second casing,
  • Stuffing method Stuffing method
  • a sizing method swaging type
  • the inner diameter of the metal casing (the inner diameter of the portion accommodating the exhaust gas treating body) may be slightly smaller than the outer diameter of the wound body. preferable.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present invention may be composed of a plurality of holding sealing materials having two or more layers joined together.
  • the method for bonding a plurality of holding sealing materials is not particularly limited, and examples thereof include a method for bonding holding sealing materials by sewing and a method for bonding holding sealing materials with an adhesive tape or an adhesive. .
  • the exhaust gas purification apparatus of the present invention is manufactured.
  • a holding sealing material is interposed between the exhaust gas treating body and the metal casing, and the holding sealing material is the holding sealing material of the present invention or the holding sealing material of the present invention. It is the holding sealing material manufactured by the manufacturing method. Therefore, the holding sealing material can exhibit a high surface pressure, and the exhaust gas treating body can be stably held. Further, when the organic binder in the coating is burned out by the heat of the exhaust gas, irregularities due to inorganic fine particles are formed on the entire surface of the inorganic fiber.
  • the fibers are not easily slipped, a high surface pressure can be exhibited, and the flue gas treatment body can be prevented from falling off. Further, when the exhaust gas treating body is accommodated in the metal casing, even if the inorganic fiber constituting the holding sealing material is broken at any part, the inorganic fiber can be prevented from being scattered by the coating.
  • the inorganic fibers constituting the holding sealing material are covered with a coating made of a component derived from a cationic organic binder and a cationic inorganic binder, flexibility is ensured. While maintaining the strength of the coating film, it is possible to suppress scattering of inorganic fibers when producing an exhaust gas purification device by press-fitting an exhaust gas treatment body around which the holding sealing material of the present invention is wound into a metal casing. it can.
  • the strength of the coating is improved by including a cationic inorganic binder in the cationic organic binder, and when the inorganic fibers come into contact with each other, the fibers may slip with the coating. The surface pressure at room temperature is suppressed.
  • the coating strength is increased. It improves further, it becomes difficult to fracture
  • the holding sealing material of the present invention having the above configuration and effects can be easily manufactured.
  • the holding sealing material is interposed between the exhaust gas treating body and the metal casing, it is possible to prevent the exhaust gas from leaking and to form an inorganic material constituting the holding sealing material. Since the fiber surface is covered with a coating made of a component derived from a cationic organic binder and a cationic inorganic binder, the surface pressure of the holding sealing material is high, and the exhaust gas treating body can be stably held.
  • the polymer composing the cationic organic binder in the coating is burned out by the exhaust gas flowing through the exhaust gas treating body constituting the exhaust gas purifying apparatus.
  • the inorganic fine particles constituting the coating are exposed to form irregularities and the friction between the inorganic fibers increases, so that the surface pressure of the holding sealing material can be kept high.
  • Example 1 (A) Mat preparation step First, a mat made of inorganic fibers was prepared by the following procedure.
  • the obtained spinning solution was concentrated to form a spinning mixture, and the spinning mixture was spun by a blowing method to prepare an inorganic fiber precursor having an average fiber diameter of 5.1 ⁇ m.
  • A-3) Needle punching process The needle-punched body was produced by continuously performing the needle punching process on the sheet-like material obtained in the above-mentioned process (a-2) using the conditions shown below. First, a needle board to which needles were attached at a density of 21 pieces / cm 2 was prepared. Next, the needle board is disposed above the one surface of the sheet-like material, and the needle board is moved up and down once along the thickness direction of the sheet-like material to perform needle punching treatment. Was made. At this time, the needle was penetrated until the barb formed at the tip of the needle completely penetrated the surface on the opposite side of the sheet-like material.
  • (A-4) Firing step Inorganic fiber containing 72 parts by weight: 28 parts by weight of alumina and silica by continuously firing the needle punched body obtained in the above step (a-3) at a maximum temperature of 1250 ° C.
  • the baked sheet-like material which consists of was manufactured.
  • the average fiber diameter of the inorganic fibers was 5.1 ⁇ m, and the minimum value of the inorganic fiber diameter was 3.2 ⁇ m.
  • the fired sheet material thus obtained has a bulk density of 0.3 g / cm 3 and a basis weight of 1500 g / m 2 .
  • Binder solution preparation step (b-1) Cationic inorganic binder solution preparation step Alumina colloid solution (alumina sol) (Alumina sol AS-550 (solid content concentration: 15 wt%) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was diluted with water. A cationic inorganic binder solution having a solid content concentration of inorganic fine particles of 2% by weight was prepared. To this cationic inorganic binder solution, 200 ppm of a silane coupling agent (KBM-5103 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added and stirred sufficiently to prepare a mixed solution.
  • a silane coupling agent KBM-5103 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • (B-2) Cationic Organic Binder Solution Preparation Step Cationic acrylate latex in which cationic acrylate having a glass transition temperature of ⁇ 34 ° C. is dispersed in water (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd. 2642 (solid content concentration: 40 wt%) )) And diluting with water to prepare a cationic organic binder solution having a solid concentration of 2% by weight.
  • (B-3) Mixed liquid preparation step
  • the cationic organic binder solution obtained in the step (b-2) is mixed with the mixed solution obtained in the step (b-1). Add a 1: 1 weight ratio and stir well.
  • the polymer constituting the cationic organic binder is 1% by weight in solid concentration, 1% by weight in inorganic fine particles, and the silane coupling agent is in solid content.
  • a binder solution having a concentration of 0.01% by weight was prepared.
  • Example 2 A holding sealing material was produced in the same manner as in Example 1 except that the silane coupling agent was not added.
  • a silica colloid solution (silica sol) (Snowtex ST-50 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. (solid content concentration: 48 wt%)) ) was diluted with water, and a holding sealing material was produced in the same manner as in Example 1 except that an anionic inorganic binder solution having a solid content concentration of 2% by weight of inorganic fine particles was prepared.
  • Silica sol is an anionic inorganic binder solution.
  • a silica colloid solution (silica sol) (Snowtex ST-50 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. (solid content concentration: 48 wt%)) ) Is diluted with water to prepare an anionic inorganic binder solution having a solid content concentration of inorganic fine particles of 2% by weight.
  • the cationic organic binder solution preparing step (b-2) the cationic organic binder solution Instead, an acrylate latex (Nipol LX854E (solid content concentration: 45 wt%) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) in which an acrylic rubber having a glass transition temperature of ⁇ 10 ° C. is dispersed in water is used to dilute with water.
  • a holding sealing material was produced in the same manner as in Example 1 except that an organic binder solution having a partial concentration of 2% by weight was prepared.
  • the organic solvent composed of the polymer and inorganic fine particles was put in a crucible, and the organic solvent was removed by evaporation by heating.
  • the residue remaining in the crucible was regarded as the weight of the cationic inorganic binder relative to the holding sealing material, and the content (% by weight) relative to the weight of the holding sealing material was calculated.
  • the crucible was heat-treated at 600 ° C. for 1 hour to burn off the polymer.
  • the inorganic fine particles constituting the inorganic binder remain, so the content of the inorganic fine particles relative to the total of the polymer constituting the cationic organic binder and the inorganic fine particles constituting the cationic inorganic binder. It was regarded as (% by weight) and the content was calculated. The remainder is the content (% by weight) of the polymer constituting the cationic organic binder.
  • A2-A3 is the weight of the cationic organic binder and A3-A1 is the weight of the cationic inorganic binder, the content of the cationic organic binder and the cationic inorganic binder with respect to the weight of the sample (wt% ) Can be calculated.
  • Comparative Example 2 using an anionic polymer as a polymer constituting the organic binder, the organic binder and the inorganic fine particles are also aggregated in the binder solution, the amount of scattered fibers is high, and the surface pressure is also low. It was.
  • the inorganic fibers constituting the holding sealing material Inorganic fine particles were not attached, and therefore the amount of scattered fibers was relatively low, but the surface pressure was low.
  • inorganic fine particles are added to the inorganic fibers constituting the holding sealing material, as in Comparative Example 3. Was not adhered and the amount of scattered fibers was relatively low, but the surface pressure was low.

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Abstract

　保持シール材に要求される面圧特性を充分に満足でき、繊維の飛散量が少 ない保持シール材を提供する。　無機繊維からなる保持シール材であって、上記無機繊維は、カチオン性有 機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆わ れていることを特徴とする保持シール材。

Description

保持シール材、保持シール材の製造方法及び排ガス浄化装置
　本発明は、保持シール材、保持シール材の製造方法及び排ガス浄化装置に関する。
　ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、スス等のパティキュレートマター（以下、ＰＭともいう）が含まれており、近年、このＰＭが環境や人体に害を及ぼすことが問題となっている。また、排ガス中には、ＣＯやＨＣ、ＮＯｘ等の有害なガス成分も含まれていることから、この有害なガス成分が環境や人体に及ぼす影響についても懸念されている。
　そこで、排ガス中のＰＭを捕集したり、有害なガス成分を浄化したりする排ガス浄化装置として、炭化ケイ素やコージェライトなどの多孔質セラミックからなる排ガス処理体と、排ガス処理体を収容するケーシングと、排ガス処理体とケーシングとの間に配設される無機繊維集合体からなる保持シール材とから構成される排ガス浄化装置が種々提案されている。この保持シール材は、自動車の走行等により生じる振動や衝撃により、排ガス処理体がその外周を覆うケーシングと接触して破損するのを防止することや、排ガス処理体とケーシングとの間から排ガスが漏れることを防止すること等を主な目的として配設されている。そのため、保持シール材には、圧縮されることによる反発力で発生する面圧を高め、排ガス処理体を確実に保持する機能が求められている。さらに、排ガス処理体をケーシングに収容する際には、保持シール材を構成する無機繊維が破断し、大気中に飛散することが知られている。このような無機繊維の飛散によって、大気中に飛散した無機繊維が保持シール材を取り扱う作業者の作業環境に悪影響を及ぼすという問題が存在する。
　従来、このような問題を解決するために、有機結合剤と無機バインダの凝集物を保持シール材に含浸する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１２－１５７８０９号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された方法は、有機バインダと無機バインダの凝集物を用いており、無機繊維の飛散を抑止する効果は、凝集物が付着した部分に限定される。そのため、凝集物が存在しない部分で無機繊維が破断した場合には、無機繊維の飛散を抑止することができない。また、排ガスの熱により有機バインダが焼失した後には、無機繊維の表面に残存する無機バインダが繊維同士の滑りを防止することで面圧を向上させているが、残存する無機バインダは無機繊維の表面の一部にしか存在しないため、面圧を向上させる効果は小さい。そのため、面圧向上効果と無機繊維の飛散抑制効果を充分に達成できていないという問題があった。
　本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、無機繊維の飛散量を効果的に抑制することができるとともに、保持シール材に要求される面圧特性を充分に満足できる保持シール材及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、上記保持シール材を備えた排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の保持シール材は、無機繊維からなる保持シール材であって、上記無機繊維は、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われていることを特徴とする。
　本発明の保持シール材は、上記無機繊維の表面全体が、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われているので、可撓性が維持されつつ、上記被膜の強度が向上し、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入等して排ガス浄化装置を作製する際、無機繊維の飛散を抑制することができる。
　また、カチオン性有機結合剤中にカチオン性無機結合剤を含有させることによって被膜の強度が向上し、無機繊維同士が接触したとき、被膜とともに繊維が滑ることが抑制され、室温での面圧が向上する。
　本発明の保持シール材において、上記被膜が形成された無機繊維の表面は、平滑であることが好ましい。
　無機繊維は、上記被膜により概ね全体が覆われており、その表面に有機結合剤が充分に存在して平滑であると、被膜の強度がより高くなり、無機繊維の飛散を抑制することができる。
　本発明の保持シール材では、上記カチオン性有機結合剤は、ポリマーからなり、上記カチオン性無機結合剤は、無機微粒子が溶液中に分散したコロイド溶液であり、上記無機繊維を被覆する被膜は、上記カチオン性有機結合剤に由来する上記ポリマー中に上記カチオン性無機結合剤に由来する上記無機微粒子が分散していることが好ましい。
　本発明の保持シール材において、有機結合剤及び無機結合剤は、カチオン性のものであるので、これらを用いた被膜は、上記カチオン性有機結合剤に由来する上記ポリマー中に上記カチオン性無機結合剤に由来する上記無機微粒子が均一に分散しており、被膜の強度が高くなる。
　本発明の保持シール材では、上記カチオン性有機結合剤に由来するポリマーと上記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子とは、シランカップリング剤により結合されていることが好ましい。
　本発明の保持シール材において、上記ポリマーと上記無機微粒子がシランカップリング剤により結合されていると、被膜強度がより向上し、無機繊維がより破断しにくくなり、無機繊維の飛散を抑制することができる。また、無機繊維同士が接触したとき、被膜とともに繊維が滑ることが抑制され、面圧がより向上する。
　本発明の保持シール材では、上記無機繊維を被覆する被膜は、上記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子を２０～６０重量％含有していることが好ましい。
　本発明の保持シール材において、上記被膜が、カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子を２０～６０重量％含有していると、本発明の保持シール材を用いて排ガス浄化装置を作製した際、排ガスの導入等により温度が上がり、有機結合剤が分解、焼失すると、無機微粒子に起因して無機繊維の表面に多数の凹凸が形成され易くなり、無機繊維同士が接触した際に無機繊維同士がより引っ掛かり易くなり、面圧を向上させることができる。
　本発明の保持シール材では、上記無機繊維を被覆する被膜は、上記カチオン性有機結合剤に由来するポリマーを保持シール材全体の重量に対して２重量％以下含有しており、上記カチオン性有機結合剤を構成するポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は、－５℃以下であることが好ましい。
　本発明の保持シール材において、ガラス転移温度が－５℃以下のポリマーからなるカチオン性有機結合剤を用いることで、無機繊維の表面を覆う被膜が硬くならず、可撓性に富むので、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際などに保持シール材を曲げ易くなる。
　本発明の保持シール材では、上記無機繊維は、無機塩法により紡糸原液を調製した後、紡糸工程による無機繊維前駆体の作製工程、ニードルパンチング処理工程、焼成工程を経て作製した無機繊維であることが好ましい。
　本発明の保持シール材は、無機塩法により作製されているので、無機繊維の強度が高く、そのばらつきも小さく、さらに、ニードルパンチング処理によって形成された無機繊維の交絡箇所にバインダ被膜が形成されることで、無機繊維同士の絡み合いを強固にし、保持シール材の面圧を向上させることができる。
　本発明の保持シール材の製造方法は、無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程と、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤からなるバインダ溶液を準備するバインダ溶液準備工程と、上記バインダ溶液に上記マットを含浸する含浸工程と、上記バインダ溶液を含浸させた上記マットを乾燥させる乾燥工程とからなる工程によって製造することを特徴とする。
　本発明の保持シール材の製造方法では、カチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤とは、後述するように、バインダ溶液中で、プラスの電荷を帯び、電荷の反発により凝集せずに均一に分散するため、上記バインダ溶液準備工程で準備されるバインダ溶液は、カチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤とが良好に分散したバインダ溶液となると推定される。そして、このバインダ溶液に無機繊維が含浸されると、液中の無機繊維はマイナス電荷を帯びるので、電荷の引力により、カチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤とが無機繊維の表面全体に吸着し、無機繊維の表面全体が、カチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤とが良好に分散されてなる被膜に覆われることとなると推定される。
　そのため、本発明の保持シール材の製造方法により得られた保持シール材は、無機繊維の飛散を抑制し、面圧を向上させることができる保持シール材となる。
　本発明の保持シール材の製造方法では、上記バインダ溶液準備工程において、さらにシランカップリング剤からなるバインダ溶液を準備することが好ましい。
　本発明の保持シール材の製造方法に係る上記バインダ溶液準備工程において、さらにシランカップリング剤からなるバインダ溶液を準備することにより、バインダ溶液中又は無機繊維にカチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤が吸着する際、シランカップリング剤によりカチオン性有機結合剤を構成するポリマーとカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子がしっかり結合し、無機繊維上で、より強力な被膜を形成するため、該被膜は無機繊維から剥離しにくくなり、無機繊維の破断等が発生しにくい。
　本発明の保持シール材の製造方法では、上記マット準備工程では、無機塩法により紡糸原液を調製した後、紡糸工程による無機繊維前駆体の作製工程、ニードルパンチング処理工程、焼成工程を経て作製した無機繊維からなるマットを準備することが好ましい。
　本発明の保持シール材の製造方法において、上記マットは、無機塩法により作製されているので、無機繊維の強度が高く、そのばらつきも小さく、さらに、ニードルパンチング処理によって形成された無機繊維の交絡箇所にバインダ被膜が形成されることで、無機繊維同士の絡み合いを強固にすることができ、保持シール材の面圧を向上させることができる。
　本発明の保持シール材の製造方法では、上記バインダ溶液準備工程では、ガラス転移温度が－５℃以下のポリマーからなるカチオン性有機結合剤を用いることが好ましい。
　本発明の保持シール材の製造方法において、ガラス転移温度が－５℃以下のポリマーからなるカチオン性有機結合剤を用いることで、無機繊維の表面を覆う被膜が硬くならず、可撓性に富むので、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際などに保持シール材が折れにくくなる。
　本発明の保持シール材の製造方法では、上記バインダ溶液準備工程では、上記カチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の含有率が上記カチオン性有機結合剤を構成するポリマーと上記カチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の合計体積に対して２０～６０重量％となるバインダ溶液を準備することが好ましい。
　本発明の保持シール材の製造方法により得られた保持シール材では、排ガスの導入等により、有機結合剤が分解、焼失すると、無機繊維の表面に多数の凹凸が形成され、無機繊維同士が接触した際に無機繊維同士がより引っ掛かり易くなり、面圧を向上させることができる。
　本発明の排ガス浄化装置は、金属ケーシングと、上記金属ケーシングに収容された排ガス処理体と、上記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、上記排ガス処理体及び上記金属ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、上記保持シール材は、本発明の保持シール材であることを特徴とする。
　本発明の排ガス浄化装置では、保持シール材として、上記保持シール材が用いられているので、排ガスの導入等によりカチオン性有機結合剤が分解、焼失した後には、無機微粒子がしっかりと無機繊維の表面に結合し、無機繊維の表面に多数の凹凸が形成され易くなり、無機繊維同士が接触した際に無機繊維同士がより引っ掛かり易くなり、保持シール材の面圧を向上させることができる。
　本発明の排ガス浄化装置は、金属ケーシングと、上記金属ケーシングに収容された排ガス処理体と、上記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、上記排ガス処理体及び上記金属ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、上記保持シール材は、本発明の保持シール材の製造方法により製造された保持シール材であることを特徴とする。
　本発明の排ガス浄化装置では、保持シール材として、上記製造方法により製造された保持シール材が用いられているので、排ガスの導入等による加熱でカチオン性有機結合剤が分解、焼失した後には、無機微粒子がしっかりと無機繊維の表面に結合し、無機繊維の表面に多数の凹凸が形成され易くなり、無機繊維同士が接触した際に無機繊維同士がより引っ掛かり易くなり、保持シール材の面圧を向上させることができる。
図１は、本発明の保持シール材の一例を模式的に示した斜視図である。 図２（ａ）は、無機繊維の飛散性を測定するための測定装置の一例を模式的に示す側面図であり、図２（ｂ）は、無機繊維の飛散性を測定するための測定装置を構成するサンプル支持アームの一部を模式的に示した平面図である。 図３は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。 図４は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を模式的に示す斜視図である。 図５は、本発明の排ガス浄化装置を製造する方法の一例を模式的に示した斜視図である。
　以下、本発明の保持シール材について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
　以下、本発明の保持シール材について説明する。
　本発明の保持シール材は、無機繊維からなる保持シール材であって、上記無機繊維は、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われていることを特徴とする。
　まず、本発明の保持シール材を構成する各種材料について説明する。
　本発明の保持シール材を構成する無機繊維は、特に限定されないが、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、ムライト繊維、生体溶解性繊維及びガラス繊維からなる群から選択される少なくとも１種から構成されていることが好ましい。
　無機繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、及び、ムライト繊維の少なくとも１種である場合には、耐熱性に優れているので、排ガス処理体が充分な高温に晒された場合であっても、変質等が発生することはなく、保持シール材としての機能を充分に維持することができる。
　アルミナ繊維には、アルミナ以外に、例えば、カルシア、マグネシア、ジルコニア等の添加剤が含まれていてもよい。
　アルミナシリカ繊維の組成比としては、重量比でＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６０：４０～８０：２０であることが好ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７０：３０～７４：２６であることがより好ましい。
　上記生体溶解性繊維は、例えば、シリカ等のほかに、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、及び、ホウ素化合物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物からなる無機繊維である。
　これらの化合物からなる生体溶解性繊維は、人体に取り込まれても溶解しやすいので、これらの無機繊維を含んでなるマットは人体に対する安全性に優れている。
　生体溶解性繊維の具体的な組成としては、シリカ６０～８５重量％、並びに、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物及びホウ素化合物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を１５～４０重量％含む組成が挙げられる。上記シリカとは、ＳｉＯ又はＳｉＯ２のことをいう。
　上記アルカリ金属化合物としては、例えば、ナトリウム、カリウムの酸化物等が挙げられ、上記アルカリ土類金属化合物としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムの酸化物等が挙げられる。上記ホウ素化合物としては、ホウ素の酸化物等が挙げられる。
　生体溶解性繊維の組成において、シリカの含有量が、６０重量％未満では、ガラス溶融法で作製しにくく、繊維化しにくい。
　また、シリカの含有量が６０重量％未満では、柔軟性を有するシリカの含有量が少ないため構造的にもろく、また、生理食塩水に溶けやすい、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、及び、ホウ素化合物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物の割合が相対的に高くなるので生体溶解性繊維が生理食塩水に溶けやすくなりすぎる傾向にある。
　一方、シリカの含有量が８５重量％を超えると、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物及びホウ素化合物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物の割合が相対的に低くなるので生体溶解性繊維が生理食塩水に溶けにくくなりすぎる傾向にある。
　なお、シリカの含有量は、ＳｉＯ及びＳｉＯ２の量をＳｉＯ２に換算して算出したものである。
　また、生体溶解性繊維の組成においてアルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物及びホウ素化合物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物の含有量が４０重量％を超えると、ガラス溶融法では作製しにくく、繊維化しにくい。また、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物及びホウ素化合物からなる群より選択される少なくとも１種の化合物の含有量が４０重量％を超えると、構造的にもろく、生体溶解性繊維が生理食塩水に溶けやすくなりすぎる。
　本発明における生体溶解性繊維の生理食塩水に対する溶解度は、３０ｐｐｍ以上であることが好ましい。生体溶解性繊維の溶解度が３０ｐｐｍ未満では、無機繊維が体内に取り込まれた場合に、体外へ排出されにくく、健康上好ましくないからである。
　本発明の保持シール材を構成する無機繊維のうち、ガラス繊維は、シリカとアルミナとを主成分とし、アルカリ金属の他に、カルシア、チタニア、酸化亜鉛等からなるガラス状の繊維である。
　無機繊維の平均繊維長は、５～１５０ｍｍであることが好ましく、１０～８０ｍｍであることがより好ましい。
　無機繊維の平均繊維長が５ｍｍ未満であると、無機繊維の繊維長が短すぎるため、無機繊維同士の交絡が不充分となり、排ガス処理体への巻き付け性が低下し、保持シール材が割れやすくなる。また、無機繊維の平均繊維長が１５０ｍｍを超えると、無機繊維の繊維長が長すぎるため、保持シール材を構成する繊維本数が減少するため、マットの緻密性が低下する。その結果、保持シール材のせん断強度が低くなる。
　本発明の保持シール材では、無機繊維は、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われている。
　本発明で用いられるカチオン性無機結合剤とは、カチオン、すなわちプラスの電荷を帯びた無機微粒子が分散した無機ゾル分散溶液等をいう。
　プラスの電荷を帯びた無機微粒子が分散した無機ゾル分散溶液（無機微粒子溶液）としては、アルミナゾルが挙げられるが、アルミ化合物で表面処理することによりカチオン性にしたタイプのシリカゾルや、酸性ジルコニアゾル等も、カチオン性無機結合剤として使用することができる。
　上記カチオン性無機結合剤としては、アルミナゾルが好ましい。
　本発明で用いられるカチオン性有機結合剤は、プラスの電荷を帯びたポリマーを水中に分散させた有機結合剤溶液をいう。
　上記カチオン性有機結合剤は、プラスの電荷を帯びたポリマーを水中に分散させた有機結合剤溶液であれば、特に限定されるものではなく、具体例としては、ポリマー微粒子を水に分散させるためにカチオン界面活性剤をポリマー表面に付着させて分散したコロイド溶液、又は、ポリマー自体がカチオン性の電荷を有するポリマーからなる溶液等が挙げられる。
　上記カチオン界面活性剤は、例えば、アミン塩型と第４級アンモニウム塩型に分類されるが、分子量も大きいものが好ましく、第４級アンモニウム塩型が好ましい。
　第４級アンモニウム塩型のカチオン界面活性剤としては、塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム（Ｃ１２Ｈ２５Ｎ＋（ＣＨ３）２ＣＨ２Ｃ６Ｈ５Ｃｌ）、塩化オクチルトリメチルアンモニウム（Ｃ８Ｈ１７Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、塩化デシルトリメチルアンモニウム（Ｃ１０Ｈ２１Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム（Ｃ１２Ｈ２５Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム（Ｃ１４Ｈ２９Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、塩化セチルトリメチルアンモニウム（Ｃ１６Ｈ３３Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム（Ｃ１８Ｈ３７Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）（Ｃ１６Ｈ３３Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｂｒ）、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２Ｎ＋（ＣＨ３）３Ｃｌ）、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２Ｎ＋（Ｃ２Ｈ５）３Ｃｌ）、塩化ベンゼトニウム（Ｃ６Ｈ５ＣＨ２Ｎ＋（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）２Ｃ６Ｈ４Ｃ８Ｈ１７Ｃｌ）、塩化ジデシルジメチルアンモニウム（Ｃ１０Ｈ２１Ｎ＋Ｃ１０Ｈ２１（ＣＨ３）２Ｃｌ）、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム（Ｃ１８Ｈ３７Ｎ＋Ｃ１８Ｈ３７（ＣＨ３）２Ｃｌ）等が挙げられる。
　また、カチオン界面活性剤を付着するポリマーとしては、特に限定されないが、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂、ゴム系樹脂、スチレン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。例えば、カチオン界面活性剤を分散剤として調製した、アクリレート系ラテックスやゴム系ラテックス等のエマルジョン液が使用できる。
　上記カチオン性有機結合剤を構成するポリマーとしては、ビニルピロリドン・Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチルメタクリル酸共重合体硫酸塩液（ポリクオタニウム－１１　大阪有機化学工業社製）、カチオン性アクリル系樹脂、カチオン性アクリル系ゴム、ジアリル系アミンポリマー、アリルアミン系ポリマー（ニットーボーメディカル）、アミノエチル化アクリルポリマー（日本触媒）、カチオン化セルロース（日本ルーブリゾール株式会社）、アクリルアミド－ジアリルジメチルアンモニウムクロライド共重合物、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）の水溶液、ポリ（メタクリル酸トリメチルアミノエチル・メチル硫酸塩）、ジメチルアミン－アンモニア－エピクロルヒドリン縮合物、ジメチルアミン－エピクロルヒドリン縮合物、アクリル酸塩－アクリルアミド－ジアリルアミン塩酸塩共重合物（センカ株式会社製）、が挙げられる。
　本発明においてカチオン性有機結合剤を構成するポリマーの数平均分子量は、特に限定されるものではないが、５００～１０００００であることが好ましい。
　本発明の保持シール材では、保持シール材を構成する無機繊維は、上記したカチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われている。
　このような無機繊維を覆う被膜は、上記カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤からなる溶液中に無機繊維を含浸させることにより得ることができる。
　溶液中に無機繊維を含浸させる前、上記溶液中で、カチオン性有機結合剤を構成するポリマー及びカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子は、プラスの電荷を帯びており、そのため、電荷の反発により、溶液中でカチオン性有機結合剤を構成するポリマー及びカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子は、均一に分散している。一方、溶液中に無機繊維を含浸させると、保持シール材を構成する無機繊維は、上記カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤からなる溶液中でマイナスの電荷を帯びることとなり、カチオン性有機結合剤を構成するポリマー及びカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子が電気的に吸引され、溶液中の無機繊維の表面に均一に吸着する。
　従って、上記カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤からなる溶液中に無機繊維を含浸させることにより得られる無機繊維は、その表面がカチオン性有機結合剤を構成するポリマー及びカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子により均一に覆われる。
　本発明の保持シール材では、カチオン性有機結合剤に由来するポリマーとカチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子とは、シランカップリング剤により結合されていることが好ましい。シランカップリング剤は、無機成分が結合しやすい加水分解基と有機成分と結合しやすい有機官能基がシリコン原子（Ｓｉ）に結合したものであり、シランカップリング剤の有機官能基の化学反応によってポリマーと結合し、一方、加水分解基により無機微粒子と結合する。従って、シランカップリング剤を添加することにより、ポリマーと無機微粒子とがしっかりと結合した状態で、保持シール材を構成する無機繊維を被覆する。
　上記シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、トリス（β－メトキシエトキシ）ビニルシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、β－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－（２－アミノエチル）－３－アミノプロピルトリメトキシシラン、（Ｎ－フェニル－γ－アミノプロピル）トリメトキシシラン、γ－ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ－イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ－イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）テトラスルファン、ビス（３－トリエトキシシリルプロピル）ジスルファン、オクチルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等が挙げられる。
　本発明における有機結合剤を構成するポリマーのガラス転移温度は、－５℃以下であることが好ましく、－１０℃以下であることがより好ましく、－３０℃以下であることがさらに好ましい。上記有機結合剤を構成するポリマーのガラス転移温度が－５℃以下であると、被膜の強度を高くしつつ、被膜伸度が高くて可撓性に優れた保持シール材とすることができる。そのため、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際等に保持シール材が折れにくくなる。また、被膜が硬くなり過ぎないため、無機繊維の飛散を抑制し易くなる。
　本発明において、カチオン性有機結合剤に由来する上記ポリマーを保持シール材全体の重量に対して２重量％以下含有していることが好ましく、０．１～２重量％含有していることがさらに好ましい。
　上記ポリマーの含有量が０．１重量％未満の場合、無機繊維の飛散を抑制する効果が小さくなる。一方、上記ポリマーの含有量が２重量％を超える場合、排ガスの熱によって発生する分解ガスの量が多くなり、周囲の環境に悪影響を与える可能性がある。
　本発明において、無機繊維を覆う被膜中に、上記ポリマー並びに無機微粒子が分散していることは、透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭともいう）によって確認することができる。
　炭素原子を主成分とする有機結合剤はアルミナやシリカ等から構成される無機微粒子と比較して電子密度が低く、電子線を透過しやすい。そのため、ＴＥＭ画像において上記ポリマーは無機微粒子よりも明るく表示される。
　本発明における無機繊維を被覆する被膜は、上記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子を２０～６０重量％含有していることがさらに好ましい。
　上記被膜中の上記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子の含有量が２０重量％未満の場合、無機微粒子の含有量が不足するため、結合剤（被膜）強度の向上効果が充分でなく、面圧の向上効果が小さくなりやすい。一方、上記無機微粒子の含有量が６０重量％を超える場合、面圧の向上という効果はほとんど変わらないが、被膜が硬くなりすぎることがあり、無機繊維の飛散を抑制しにくくなる。そのため、無機繊維の飛散を充分抑制するためには、本発明における被膜中の無機微粒子の含有量が、３０～６０重量％であることがより好ましい。
　本発明における無機微粒子の粒子径については、特に限定されないが、無機微粒子の平均粒子径は、０．００５～０．１μｍであることが好ましい。
　本発明の保持シール材では、無機繊維を覆う被膜が、カチオン性有機結合剤に由来する上記ポリマー及びカチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子からなる場合、上記ポリマー等が無機微粒子を内部に含んだ状態で被膜を形成しているため、比較的平滑であるが、カチオン性有機結合剤に由来する上記ポリマーを焼失させた場合、無機繊維の表面全体にわたって無機微粒子による凹凸が形成される。
　本明細書において、排ガスの導入等により上記ポリマーが分解、焼失することを考慮して、実験等で上記ポリマーを焼失させる場合、特筆しない限り６００℃で１時間、大気中で加熱することを指すものとする。
　上記加熱により無機繊維の表面全体にわたって無機微粒子による凹凸が形成されたのは、有機結合剤が焼失したことにより、被膜中に分散していた無機微粒子が露出したためであると考えられる。無機繊維の表面全体にわたって無機微粒子による凹凸が形成されていると、有機結合剤が焼失後、無機繊維同士が接触した際に無機繊維同士が凹凸により引っ掛かり、無機繊維の表面が滑ることが防止されるので、面圧を向上させやすくなる。
　次に、本発明の保持シール材の形状等について説明する。
　図１は、本発明の保持シール材の一例を模式的に示した斜視図である。図１に示すように、本発明の保持シール材は、所定の長手方向の長さ（以下、図１中、矢印Ｌで示す）、幅（図１中、矢印Ｗで示す）及び厚さ（図１中、矢印Ｔで示す）を有する平面視略矩形の平板形状のマットから構成されていてもよい。
　図１に示す保持シール材では、保持シール材の長さ方向側の端部のうち、一方の端部である第１の端部には凸部１１１が形成されており、他方の端部である第２の端部には凹部１１２が形成されている。保持シール材の凸部１１１及び凹部１１２は、後述する排ガス浄化装置を組み立てるために排ガス処理体に保持シール材を巻き付けた際に、ちょうど互いに嵌合するような形状となっている。
　なお、「平面視略矩形」とは、凸部及び凹部を含む概念である。
　本発明の保持シール材を構成する無機繊維は、無機塩法により紡糸原液を調製した後、紡糸工程による無機繊維前駆体の作製工程、ニードルパンチング処理工程、焼成工程を経て作製した無機繊維であることが好ましい。
　また、上記工程のなかでも、ニードルパンチング処理工程を経ていることがより好ましい。ニードルパンチング処理によって無機繊維を交絡させることで、無機繊維同士の絡み合いを強固にし、面圧を向上させやすくなる。
　上記した無機繊維の製造方法は、下記する保持シール材の製造方法と同様の内容であるので、下記する保持シール材の製造方法により説明する。
　ニードルパンチング処理は、ニードルパンチング装置を用いて行うことができる。ニードルパンチング装置は、無機繊維前駆体のシート状物を支持する支持板と、この支持板の上方に設けられ、突き刺し方向（素地マットの厚さ方向）に往復移動可能なニードルボードとで構成されている。ニードルボードには、多数のニードルが取り付けられている。このニードルボードを支持板に載せた無機繊維前駆体のシート状物に対して移動させ、多数のニードルを無機繊維前駆体のシート状物に対して抜き差しすることで、無機繊維前駆体を構成する繊維を複雑に交絡させることができる。ニードルパンチング処理の回数やニードル数は、目的とする嵩密度や目付量に応じて変更すればよい。
　保持シール材の厚さは特に限定されないが、２．０～２０ｍｍであることが好ましい。保持シール材の厚さが２０ｍｍを超えると、保持シール材の柔軟性が失われるので、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に扱いづらくなる。また、保持シール材に巻きじわや割れが生じやすくなる。
　保持シール材の厚さが２．０ｍｍ未満であると、保持シール材の面圧が排ガス処理体を保持するのに充分でなくなる。そのため、排ガス処理体が抜け落ちやすくなる。また、排ガス処理体に体積変化が生じた場合、保持シール材は排ガス処理体の体積変化を吸収しにくくなる。そのため、排ガス処理体にクラック等が発生しやすくなる。
　本発明の保持シール材の面圧は、面圧測定装置を用いて、以下の方法により測定することができる。
　面圧の測定には、マットを圧縮する板の部分に加熱ヒーターを備えた熱間面圧測定装置を使用し、室温状態で、サンプルの嵩密度（ＧＢＤ）が０．３ｇ／ｃｍ３となるまで圧縮する。そのときの面圧を焼成前面圧とする。その後、１０分間保持した。なお、サンプルの嵩密度は、「嵩密度＝サンプル重量／（サンプルの面積×サンプルの厚さ）」で求められる値である。
　次に、サンプルを圧縮した状態で４０℃／ｍｉｎの昇温速度で片面９００℃、片面６５０℃まで昇温しながら、嵩密度が０．２７３ｇ／ｃｍ３となるまで圧縮を開放する。そして、サンプルを温度片面９００℃、片面６５０℃、嵩密度０．２７３ｇ／ｃｍ３の状態で５分間保持する。
　その後、１ｉｎｃｈ（２５．４ｍｍ）／ｍｉｎの速度で嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ３となるまで圧縮する。嵩密度０．２７３ｇ／ｃｍ３となるまでの圧縮の開放と、嵩密度０．３ｇ／ｃｍ３となるまでの圧縮を１０００回繰り返した後の嵩密度０．２７３ｇ／ｃｍ３時の荷重を測定する。得られた荷重をサンプルの面積で除算することにより、面圧（ｋＰａ）を求め、焼成後面圧とする。
　本発明の保持シール材を構成する無機繊維の飛散性については、以下の手順によって測定することができる。
　まず、保持シール材を１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出し、飛散性試験用サンプル２１０とする。この飛散試験用サンプルについて、図２（ａ）及び（ｂ）に示す測定装置を用いて、無機繊維の飛散率を測定することができる。
　図２（ａ）は、無機繊維の飛散性を測定するための測定装置の一例を模式的に示す側面図である。図２（ａ）に示すように、試験装置２００は、基台２５０上に垂直に設けられた２本の支柱２６０の上端部にサンプル支持アーム２７０が所定の範囲内で回転可能となるよう接続されている。さらに、２本の支柱間には、上記サンプル支持アームと衝突可能な位置に、垂直壁部材２９０が固定されている。
　また、図２（ｂ）は、無機繊維の飛散性を測定するための測定装置を構成するサンプル支持アーム部の一例を模式的に示した平面図である。図２（ｂ）に示すように、サンプル支持アーム２７０のもう一方の端部はサンプル支持アーム２７０の端部同士を接続するサンプル固定部材２８０によって固定されている。サンプル支持アーム２７０の端部に接続されるサンプル固定部材２８０から支柱２６０方向に一定距離離れた位置には、もう一本のサンプル固定部材２８０が存在し、２本のサンプル支持アーム２７０は、少なくとも２箇所でサンプル固定部材によって接続されている。
　サンプル支持アーム２７０と支柱２６０との角度が９０°となる位置で、サンプル支持アーム２７０を所定のロック機構によりロックし、飛散性試験用サンプル２１０をクリップ２２０でサンプル固定部材２８０に固定する。サンプル支持アーム２７０のロックを解除すると、サンプル支持アーム２７０と試験用サンプル２１０は支柱２６０を固定している基台２５０に向かう方向に落下を開始する、サンプル支持アーム２７０と支柱２６０との接続部を中心に回転するように向きを変え、サンプル支持アーム２７０と支柱２６０とが平行となる時点で、サンプル支持アーム２７０が垂直壁部材２９０に衝突する。この衝突により、試験用サンプル２１０を構成する無機繊維の一部が破断し、飛散する。そのため、衝突前後の飛散試験用サンプルの重量を計測し、以下の式（５）を用いて、繊維飛散率を求めることができる。
　繊維飛散率（重量％）＝（試験前の飛散試験用サンプルの重量－試験後の飛散試験用サンプルの重量）／（試験前の飛散試験用サンプルの重量）×１００　　　　　（５）
　本発明の保持シール材の目付量（単位面積当たりの重量）は、特に限定されないが、２００～４０００ｇ／ｍ２であることが好ましく、１０００～３０００ｇ／ｍ２であることがより好ましい。保持シール材の目付量が２００ｇ／ｍ２未満であると、保持シール材の面圧が排ガス処理体を保持するのに充分でなくなる。そのため、排ガス処理体が抜け落ちやすくなる。保持シール材の目付量が４０００ｇ／ｍ２を超えると、保持シール材の厚みが厚くなりすぎ、保持シール材を排ガス処理体に巻き付ける際に扱いづらくなる。また、保持シール材に巻きじわや割れが生じやすくなる。そのため、このような保持シール材を用いて排ガス浄化装置を製造する場合、排ガス処理体が脱落しやすくなる。
　また、本発明の保持シール材の嵩密度（巻き付ける前の保持シール材の嵩密度）についても、特に限定されないが、０．１０～０．３０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。保持シール材の嵩密度が０．１０ｇ／ｃｍ３未満であると、無機繊維のからみ合いが弱く、無機繊維が剥離しやすいため、保持シール材の形状を所定の形状に保ちにくくなる。
　また、保持シール材の嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ３を超えると、保持シール材が硬くなり、排ガス処理体への巻き付け性が低下し、保持シール材が割れやすくなる。
　本発明の保持シール材には、さらに膨張材が含有されていてもよい。膨張材は、４００～８００℃の範囲で膨張する特性を有するものが好ましい。
　保持シール材に膨張材が含有されていると、４００～８００℃の範囲で保持シール材が膨張するようになるため、ガラス繊維の強度が低下する７００℃を超えるような高温域においても、保持シール材として使用する際の保持力を向上させることができる。
　膨張材としては、例えば、バーミキュライト、ベントナイト、金雲母、パーライト、膨張性黒鉛、及び、膨張性フッ化雲母等が挙げられる。これらの膨張材は単独で用いても良いし、二種以上を併用してもよい。
　膨張材の添加量は、特に限定されないが、保持シール材の全重量に対して１０～５０重量％であることが好ましく、２０～３０重量％であることが好ましい。
　本発明の保持シール材を排ガス浄化装置の保持シール材として用いる場合、排ガス浄化装置を構成する保持シール材の枚数は特に限定されず、一枚の保持シール材であってもよいし、互いに結合された複数枚の保持シール材であってもよい。複数枚の保持シール材を結合する方法としては、特に限定されず、例えば、ミシン縫いで保持シール材同士を結合する方法、粘着テープ又は接着剤で保持シール材同士を接着する方法等が挙げられる。
　次に、本発明の保持シール材の製造方法について説明する。
　本発明の保持シール材の製造方法は、本発明の保持シール材を製造する方法に適している。
　本発明の保持シール材の製造方法は、無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程と、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤からなるバインダ溶液を準備するバインダ溶液準備工程と、上記バインダ溶液を上記マットに含浸する含浸工程と、上記バインダ溶液を含浸させた上記マットを乾燥させる乾燥工程とからなる工程によって製造することを特徴とする。
（ａ）マット準備工程
　本発明の保持シール材の製造方法では、まず、無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程を行う。
　保持シール材を構成するマットは、種々の方法により得ることができるが、例えば、ニードリング法又は抄造法により製造することができる。
　ニードリング法の場合、例えば、以下の方法により製造することができる。すなわち、まず、例えば、塩基性塩化アルミニウム水溶液とシリカゾル等とを原料とする紡糸用原液を調製した後、この原液を用いた紡糸用混合物をブローイング法により紡糸して３～１０μｍの平均繊維経を有する無機繊維前駆体を作製する。続いて、上記無機繊維前駆体を圧縮して所定の大きさの連続したシート状物を作製し、これにニードルパンチング処理を施し、その後、焼成処理を施すことによりマットの準備が完了する。
（ｂ）バインダ溶液準備工程
　次に、カチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤を混合したバインダ溶液を調製するバインダ溶液準備工程を行う。この際、カチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤を混合した溶液に、さらにシランカップリング剤からなる液を添加して、バインダ溶液としてもよい。実際に、シランカップリング剤からなるバインダ溶液を調製する際には、最初にカチオン性無機結合剤の溶液にシランカップリング剤からなる液を添加して、よく混合し、その後、カチオン性有機結合剤からなる溶液を添加することが望ましい。
　本発明のバインダ溶液準備工程で用いるカチオン性無機結合剤としては、特に限定されず、本発明の保持シール材の説明において述べたカチオン性無機結合剤を使用することができ、アルミナゾル等を用いることができる。
　本発明のバインダ溶液準備工程において、バインダ溶液中のカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の濃度は特に限定されないが、無機微粒子の濃度は、固形分換算で０．２～２０重量％程度であることが好ましい。
　本発明のバインダ溶液準備工程において、カチオン性無機結合剤と混合するカチオン性有機結合剤としては、特に限定されず、本発明の保持シール材の説明において述べたものを使用することができるため、その詳細な説明は省略する。カチオン性有機結合剤を構成するポリマーの好ましい数平均分子量の範囲、種類も同様である。
　本発明のバインダ溶液準備工程において、カチオン性有機結合剤を構成するポリマーの濃度は、特に限定されないが、固形分換算で０．２～２０重量％程度であることが好ましい。
　本発明のバインダ溶液準備工程において、カチオン性有機結合剤を構成するポリマーのガラス転移温度は、特に限定されないが、－５℃以下であることが好ましく、－１０℃以下であることがより好ましく、－３０℃以下であることがさらに好ましい。
　本発明のバインダ溶液準備工程において準備するバインダ溶液中のシランカップリング剤の濃度は、特に限定されないが、有効成分換算で１０～５０００ｐｐｍであることが好ましい。シランカップリング剤の濃度が１０ｐｐｍ未満の場合には、シランカップリング剤の量が不足するため、カチオン性有機結合剤を構成するポリマーとカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子を充分強力に結合させることができず、一方、シランカップリング剤の濃度が５０００ｐｐｍを超える場合は、カチオン性有機結合剤を構成するポリマーとカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子を充分に結合させる量よりも多くなり、過剰な添加となるので好ましくない。なお、有効成分換算とは、シランカップリング剤が溶媒等を含んでいる場合、実際のシランカップリング剤のみの重量で換算した濃度をいう。
　本発明のバインダ溶液準備工程では、カチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の含有率がカチオン性有機結合剤を構成するポリマーとカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の合計体積に対して２０～６０重量％となるバインダ溶液を準備するのが好ましい。
　本発明のバインダ溶液準備工程では、結合剤溶液のｐＨを調整するためのｐＨ調整剤を添加してもよい。
（ｃ）含浸工程
　次に、上記バインダ溶液に上記マットを含浸する含浸工程を行う。
（ｄ）乾燥工程
　この後、上記含浸工程を経た上記マットを、１１０～１４０℃程度の温度で乾燥させる乾燥工程を行い、水分やその他の溶媒を蒸発、除去し、無機繊維がカチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われた本発明の保持シール材を製造することができる。
　その後、図１に示すような凸部と凹部を備えた形状の保持シール材とするためには、保持シール材を所定の形状に切断する切断工程をさらに行えばよい。
　本発明の保持シール材は、排ガス浄化装置の保持シール材として使用することができる。
　以下、本発明の排ガス浄化装置について説明する。
　本発明の排ガス浄化装置は、金属ケーシングと、上記金属ケーシングに収容された排ガス処理体と、上記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、上記排ガス処理体及び上記金属ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、上記保持シール材は、本発明の保持シール材、又は、本発明の保持シール材の製造方法により製造された保持シール材である。
　図３は、本発明の排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
　図３に示すように、本発明の排ガス浄化装置１００は、金属ケーシング１３０と、金属ケーシング１３０に収容された排ガス処理体１２０と、排ガス処理体１２０及び金属ケーシング１３０の間に配設された保持シール材１１０とを備えている。
　排ガス処理体１２０は、多数のセル１２５がセル壁１２６を隔てて長手方向に並設された柱状のものである。なお、金属ケーシング１３０の端部には、必要に応じて、内燃機関から排出された排ガスを導入する導入管と、排ガス浄化装置を通過した排ガスが外部に排出される排出管とが接続されることとなる。
　次に、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体（ハニカムフィルタ）及び金属ケーシングについて説明する。
　なお、排ガス浄化装置を構成する保持シール材の構成については、本発明の保持シール材としてすでに説明しているので省略する。
　本発明の排ガス浄化装置を構成する金属ケーシングの材質は、耐熱性を有する金属であれば特に限定されず、具体的には、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属類が挙げられる。
　本発明の排ガス浄化装置を構成するケーシングの形状は、略円筒型形状の他、クラムシェル型形状、ダウンサイジング型形状等を好適に用いることができる。
　続いて、排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体について説明する。
　図４は、本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体の一例を模式的に示す斜視図である。
　図４に示す排ガス処理体１２０は、多数のセル１２５がセル壁１２６を隔てて長手方向に併設される柱状のセラミック質からなるハニカム構造体である。また、セル１２５のいずれかの端部は、封止材１２８で封止されている。
　セル１２５のいずれかの端部が封止されている場合、排ガス処理体１２０の一方の端部からみたときに、端部が封止されたセルと封止されていないセルとが交互に配置されていることが好ましい。
　排ガス処理体１２０を長手方向に垂直な方向に切断した断面形状は、特に限定されず、略円形、略楕円形でもよく、略三角形、略四角形、略五角形、略六角形等の略多角形であってもよい。
　排ガス処理体１２０を構成するセル１２５の断面形状は、略三角形、略四角形、略五角形、略六角形等の略多角形でもよく、また、略円形、略楕円形であってもよい。また、排ガス処理体１２０は、複数の断面形状のセルが組み合わされたものであってもよい。
　排ガス処理体１２０を構成する素材は特に限定されないが、炭化ケイ素質及び窒化ケイ素質等の非酸化物、並びに、コージェライト及びチタン酸アルミニウム等の酸化物を用いることができる。これらのうち、特に、炭化ケイ素質又は窒化ケイ素質等の非酸化物多孔質焼成体であることが好ましい。
　これら多孔質焼成体は、脆性材料であるので、機械的な衝撃等により破壊されやすい。しかし、本発明の排ガス浄化装置では、排ガス処理体１２０の側面の周囲には保持シール材１１０が介在し、衝撃を吸収するので、機械的な衝撃や熱衝撃により排ガス処理体１２０にクラック等が発生するのを防止することができる。
　本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体には、排ガスを浄化するための触媒を担持させてもよく、担持させる触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属が好ましく、この中では、白金がより好ましい。また、その他の触媒として、例えば、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属、バリウム等のアルカリ土類金属を用いる事もできる。これらの触媒は、単独で用いても良いし、２種以上併用しても良い。これら触媒が担持されていると、ＰＭを燃焼除去しやすくなり、有毒な排ガスの浄化も可能になる。
　本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体としては、コージェライト等からなり、一体的に形成された一体型ハニカム構造体であってもよく、あるいは、炭化ケイ素等からなり、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のハニカム焼成体を主にセラミックからなるペーストを介して複数個結束してなる集合型ハニカム構造体であってもよい。
　本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、セルに封止材が設けられずに、セルの端部が封止されていなくてもよい。この場合、排ガス処理体は、白金等の触媒を担持させることによって、排ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ又はＮＯｘ等の有害なガス成分を浄化する触媒担体として機能する。
　本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体は、外周面に外周コート層が形成されていてもよい。排ガス処理体の外周面に外周コート層が形成されていると、排ガス処理体の外周部を補強したり、形状を整えたり、断熱性を向上させることができる。なお、排ガス処理体の外周面とは、柱状である排ガス処理体の側面部分を指す。
　上述した構成を有する排ガス浄化装置１００を排ガスが通過する場合について、図３を参照して以下に説明する。
　図３に示すように、内燃機関から排出され、排ガス浄化装置１００に流入した排ガス（図３中、排ガスをＧで示し、排ガスの流れを矢印で示す）は、排ガス処理体（ハニカムフィルタ）１２０の排ガス流入型端面１２０ａに開口した一のセル１２５に流入し、セル１２５を隔てるセル壁１２６を通過する。この際、排ガス中のＰＭがセル壁１２６で捕集され、排ガスが浄化されることとなる。浄化された排ガスは、排ガス処理側端面１２０ｂに開口した他のセル１２５から流出し、外部に排出される。
　次に、本発明の排ガス浄化装置の製造方法について説明する。
　図５は、本発明の排ガス浄化装置を製造する方法の一例を模式的に示した斜視図である。
　本発明の排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体および保持シール材は、図５に示すように排ガス処理体１２０の周囲に沿って保持シール材１１０を巻き付け、巻付体１４０とする。次に、この巻付体１４０を金属ケーシング１３０に収容することで、本発明の排ガス浄化装置となる。
　次に、巻付体１４０を金属ケーシング１３０に収容する方法としては、例えば、金属ケーシング１３０内部の所定の位置まで周囲に保持シール材１１０が配設された排ガス処理体１２０を圧入する圧入方式（スタッフィング方式）、金属ケーシング１３０の内径を縮めるように外周側から圧縮するサイジング方式（スウェージング形式）、並びに、金属ケーシングを第１のケーシングおよび第２のケーシングの部品に分離可能な形状としておき、巻付体１４０を第１のケーシング上に載置した後に第２のケーシングをかぶせて密封するクラムシェル方式等が挙げられる。
　圧入方式（スタッフィング方式）によって巻付体を金属ケーシングに収容する場合、金属ケーシングの内径（排ガス処理体を収容する部分の内径）は、上記巻付体の外径より若干小さくなっていることが好ましい。
　本発明の排ガス浄化装置は、互いに結合された２層以上の複数枚の保持シール材から構成されていてもよい。複数枚の保持シール材を結合する方法としては、特に限定されず、例えば、ミシン縫いで保持シール材同士を結合する方法、粘着テープ又は接着剤で保持シール材同士を接着する方法等が挙げられる。
　これらの工程を経て、本発明の排ガス浄化装置が製造される。
　本発明の排ガス浄化装置では、排ガス処理体と金属ケーシングとの間に、保持シール材が介在しており、上記保持シール材は、本発明の保持シール材、又は、本発明の保持シール材の製造方法により製造された保持シール材である。
　そのため、保持シール材が高い面圧を発揮することができ、排ガス処理体を安定的に保持することができる。さらに、排ガスの熱によって被膜中の有機結合剤が焼失した場合、無機繊維の表面全体には無機微粒子による凹凸が形成される。この無機微粒子による凹凸が無機繊維の表面全体に形成されていることで、繊維同士が滑りにくくなり、高い面圧を発揮することができ、排ガス処理体の脱落を抑制することができる。
　さらに、排ガス処理体を金属ケーシングに収容する際には、保持シール材を構成する無機繊維がいずれの部位で破断したとしても、被膜により無機繊維が飛散することを抑制することができる。
　以下に、本発明の保持シール材、保持シール材の製造方法、及び、排ガス浄化装置の作用効果について説明する。
（１）本発明の保持シール材では、保持シール材を構成する無機繊維は、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われているため、可撓性が維持されつつ、上記被膜の強度が向上し、本発明の保持シール材が巻き付けられた排ガス処理体を金属ケーシングに圧入等して排ガス浄化装置を作製する際、無機繊維の飛散を抑制することができる。
（２）本発明の保持シール材では、カチオン性有機結合剤中にカチオン性無機結合剤を含有させることによって被膜の強度が向上し、無機繊維同士が接触したとき、被膜とともに繊維が滑ることが抑制され、室温での面圧が向上する。
（３）本発明の保持シール材で、上記カチオン性有機結合剤に由来する上記ポリマーと上記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子とがシランカップリング剤により結合されていると、被膜強度がより向上し、無機繊維がより破断しにくくなり、無機繊維の飛散を抑制することができる。
（４）本発明の保持シール材の製造方法では、上記構成及び効果を有する本発明の保持シール材を容易に製造することができる。
（５）本発明の排ガス浄化装置では、排ガス処理体と金属ケーシングとの間に、保持シール材が介在しているので、排ガスが漏れるのを防ぐことができるとともに、保持シール材を構成する無機繊維表面にカチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われているので、保持シール材の面圧が高く、排ガス処理体を安定的に保持することができる。
（６）さらに、本発明の排ガス浄化装置では、排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体に排ガスが流通すること等により、被膜中のカチオン性有機結合剤を構成するポリマーが焼失する。上記ポリマーが焼失すると、被膜を構成する無機微粒子が露出して凹凸を形成し、無機繊維同士の摩擦が大きくなるため、保持シール材の面圧を高く保つことができる。
　以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
（ａ）マット準備工程
　まず、以下の手順により無機繊維からなるマットを準備した。
（ａ－１）紡糸工程
　Ａｌ含有量が７０ｇ／ｌであり、Ａｌ：Ｃｌ＝１：１．８（原子比）となるように調製した塩基性塩化アルミニウム水溶液に対して、焼成後の無機繊維における組成比が、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７２：２８（重量比）となるようにシリカゾルを配合し、さらに、有機重合体（ポリビニルアルコール）を適量添加して紡糸原液を調製した。
　得られた紡糸原液を濃縮して紡糸用混合物とし、この紡糸用混合物をブローイング法により紡糸して平均繊維径が５．１μｍである無機繊維前駆体を作製した。
（ａ－２）圧縮工程
　上記工程（ａ－１）で得られた無機繊維前駆体を圧縮して、連続したシート状物を作製した。
（ａ－３）ニードルパンチング工程
　上記工程（ａ－２）で得られたシート状物に対して、以下に示す条件を用いて連続的にニードルパンチング処理を行ってニードルパンチング処理体を作製した。
　まず、ニードルが２１個／ｃｍ２の密度で取り付けられたニードルボードを準備した。次に、このニードルボードをシート状物の一方の表面の上方に配設し、ニードルボードをシート状物の厚さ方向に沿って一回上下させることによりニードルパンチング処理を行い、ニードルパンチング処理体を作製した。この際、ニードルの先端部分に形成されたバーブがシート状物の反対側の表面に完全に貫出するまでニードルを貫通させた。
（ａ－４）焼成工程
　上記工程（ａ－３）で得られたニードルパンチング処理体を最高温度１２５０℃で連続して焼成し、アルミナとシリカとを７２重量部：２８重量部で含む無機繊維からなる焼成シート状物を製造した。無機繊維の平均繊維径は、５．１μｍであり、無機繊維径の最小値は、３．２μｍであった。このようにして得られた焼成シート状物は、嵩密度が０．３ｇ／ｃｍ３であり、目付量が１５００ｇ／ｍ２である。
（ａ－５）切断工程
　上記工程（ａ－４）で得られた焼成シート状物を切断して、無機繊維からなるマットを作製した。
（ｂ）バインダ溶液準備工程
（ｂ－１）カチオン性無機結合剤溶液調製工程
　アルミナコロイド溶液（アルミナゾル）（日産化学工業社製　アルミナゾルＡＳ－５５０（固形分濃度：１５ｗｔ％））を水で希釈し、無機微粒子の固形分濃度が２重量％のカチオン性無機結合剤溶液を調製した。
　このカチオン性無機結合剤溶液にシランカップリング剤（信越化学工業社製　ＫＢＭ－５１０３）を２００ｐｐｍ添加し、充分に撹拌し、混合溶液を調製した。
　（ｂ－２）カチオン性有機結合剤溶液調製工程
　ガラス転移温度が－３４℃であるカチオン性アクリレートを水に分散させたカチオン性アクリレート系ラテックス（日信化学工業製２６４２（固形分濃度：４０ｗｔ％））を用い、水で希釈することにより、固形分濃度が２重量％のカチオン性有機結合剤溶液を調製した。
（ｂ－３）混合液調製工程
　上記工程（ｂ－１）で得られた混合溶液に上記工程（ｂ－２）で得られたカチオン性有機結合剤溶液を、混合溶液：有機結合剤溶液＝１：１の重量比になるよう加え充分攪拌し、カチオン性有機結合剤を構成するポリマーが固形分濃度で１重量％、無機微粒子が固形分濃度で１重量％、シランカップリング剤が固形分濃度で０．０１重量％のバインダ溶液を調製した。
（ｃ）含浸工程
　上記バインダ溶液準備工程（ｂ）で得られたバインダ溶液中に、マット準備工程（ａ）で得られたマットを浸漬した後、引き上げた。
（ｄ）乾燥工程
　上記含浸工程（ｃ）を終えたマットを、温度１３０℃、風速２ｍ／ｓの熱風を吹き付けることにより加熱熱風乾燥して、保持シール材とした。
（実施例２）
　シランカップリング剤を添加しなかったほかは、実施例１と同様にして保持シール材を製造した。
（比較例１）
　カチオン性無機結合剤溶液調製工程（ｂ－１）において、カチオン性無機結合剤溶液の代わりに、シリカコロイド溶液（シリカゾル）（日産化学工業社製　スノーテックスＳＴ－５０（固形分濃度：４８ｗｔ％））を水で希釈し、無機微粒子の固形分濃度が２重量％のアニオン性無機結合剤溶液を調製したほかは、実施例１と同様にして保持シール材を製造した。なお、シリカゾルは、アニオン性無機結合剤溶液である。
（比較例２）
　カチオン性有機結合剤溶液調製工程（ｂ－２）において、カチオン性有機結合剤溶液の代わりに、ガラス転移温度が－１０℃であるアクリルゴムを水に分散させたアクリレート系ラテックス（日本ゼオン社製　Ｎｉｐｏｌ　ＬＸ８５４Ｅ（固形分濃度：４５ｗｔ％））を用い、水で希釈することにより、固形分濃度が２重量％の有機結合剤溶液を調製したほかは、実施例１と同様にして保持シール材を製造した。なお、上記アクリレート系ラテックスは、アニオン性有機結合剤溶液である。
（比較例３）
　カチオン性無機結合剤溶液調製工程（ｂ－１）において、カチオン性無機結合剤溶液の代わりに、シリカコロイド溶液（シリカゾル）（日産化学工業社製　スノーテックスＳＴ－５０（固形分濃度：４８ｗｔ％））を水で希釈し、無機微粒子の固形分濃度が２重量％のアニオン性無機結合剤溶液を調製し、カチオン性有機結合剤溶液調製工程（ｂ－２）において、カチオン性有機結合剤溶液の代わりに、ガラス転移温度が－１０℃であるアクリルゴムを水に分散させたアクリレート系ラテックス（日本ゼオン社製　Ｎｉｐｏｌ　ＬＸ８５４Ｅ（固形分濃度：４５ｗｔ％））を用い、水で希釈することにより、固形分濃度が２重量％の有機結合剤溶液を調製したほかは、実施例１と同様にして保持シール材を製造した。
（比較例４）
　カチオン性無機結合剤及びシランカップリング剤は用いず、カチオン性有機結合剤溶液調製工程（ｂ－２）において、カチオン性有機結合剤溶液の代わりに、ガラス転移温度が－１０℃であるアクリルゴムを水に分散させたアクリレート系ラテックス（日本ゼオン社製　Ｎｉｐｏｌ　ＬＸ８５４Ｅ（固形分濃度：４５ｗｔ％））を用い、水で希釈することにより、固形分濃度が１重量％の有機結合剤溶液を調製し、この有機結合剤溶液に保持シール材を浸漬したほかは、実施例１と同様にして保持シール材を製造した。
（カチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子とカチオン性有機結合剤を構成するポリマーの含有量（重量％）の測定）
　各実施例及び各比較例で得られた保持シール材を一定重量サンプルとして採取し、カチオン性有機結合剤を構成するポリマーが溶解する有機溶媒（テトラヒドロフラン）を選び、ソックスレー抽出器にて上記ポリマーを溶解し、サンプルから分離した。この時、溶解した有機結合剤に含まれる無機微粒子もサンプルから分離され、有機溶媒中に上記ポリマーと無機微粒子とが回収される。
　この上記ポリマーと無機微粒子とからなる有機溶媒をるつぼに入れ、加熱により有機溶剤を蒸発除去した。
　るつぼに残った残渣を、保持シール材に対するカチオン性無機結合剤の重量とみなし、保持シール材の重量に対する含有量（重量％）を算出した。
　さらに、るつぼを６００℃で１時間加熱処理し、上記ポリマーを焼失させた。るつぼ中には、無機結合剤を構成する無機微粒子が残留しているので、これをカチオン性有機結合剤を構成するポリマーとカチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の合計に対する無機微粒子の含有量（重量％）とみなし、その含有量を算出した。残りがカチオン性有機結合剤を構成するポリマーの含有量（重量％）となる。
　本実施例及び本比較例では、上記方法により、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤の含有量の測定が可能であるが、ポリマーが架橋性樹脂の場合、架橋性樹脂を溶出させる有機溶媒が現在見つかっていない。そこで、その場合には、原料となる保持シール材を採取して重量（Ａ１）を測定し、本実施例及び本比較例と同様の条件でカチオン性有機結合剤とカチオン性無機結合剤とを無機繊維に付着させた後、充分に乾燥させ、重量を測定する（Ａ２）。この後、６００℃で１時間加熱処理し、さらに重量を測定する（Ａ３）。Ａ２－Ａ３がカチオン性有機結合剤の重量であり、Ａ３－Ａ１がカチオン性無機結合剤の重量となるので、サンプルの重量に対するカチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤の含有量（重量％）を算出することができる。
（面圧試験）
　各実施例及び各比較例で得られた保持シール材について面圧試験を行った。
　面圧測定装置による面圧試験の方法は、本発明の保持シール材の説明における段落番号［００６６］で説明したとおりである。
結果を表１に示す。
（無機繊維の飛散性試験）
　各実施例及び各比較例で製造した保持シール材を用いて、無機繊維の飛散性試験を行った。
　無機繊維の飛散性試験の方法は、本発明の保持シール材の説明における段落番号［００６７］［００６８］で説明したとおりである。
　その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例１～２に係る保持シール材を用いると、いずれも焼成後で３５ｋＰａ以上の高い面圧を確保することができ、さらに無機繊維の飛散を０．１０ｗｔ％以下に抑制することができた。
　一方、無機結合剤を構成する無機微粒子としてアニオン性無機微粒子を用いた比較例１では、バインダ溶液中で有機結合剤及び無機微粒子が凝集しており、繊維飛散量が高く、面圧も低くなっていた。
　また、有機結合剤を構成するポリマーとしてアニオン系ポリマーを用いた比較例２では、やはりバインダ溶液中で有機結合剤及び無機微粒子が凝集しており、繊維飛散量が高く、面圧も低くなっていた。
　また、無機結合剤を構成する無機微粒子としてアニオン性無機微粒子を用い、有機結合剤を構成するポリマーとしてアニオン系ポリマーを用いた比較例３の保持シール材では、保持シール材を構成する無機繊維に無機微粒子が付着しておらず、そのため、繊維飛散量は比較的低いが、面圧が低くなっていた。
　また、有機結合剤を構成するポリマーとしてアニオン系ポリマーを用い、無機結合剤を添加していない比較例４の保持シール材では、比較例３と同様、保持シール材を構成する無機繊維に無機微粒子が付着しておらず、繊維飛散量は比較的低いが、面圧が低くなっていた。
　１００　排ガス浄化装置
　１１０　保持シール材
　１２０　排ガス処理体
　１３０　ケーシング

Claims (14)

  1. 　無機繊維からなる保持シール材であって、
    　前記無機繊維は、カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤に由来する成分からなる被膜により覆われていることを特徴とする保持シール材。
  2. 　前記被膜が形成された無機繊維の表面は、平滑である請求項１に記載の保持シール材。
  3. 　前記カチオン性有機結合剤は、ポリマーからなり、前記カチオン性無機結合剤は、無機微粒子が溶液中に分散したコロイド溶液であり、
    　前記無機繊維を被覆する被膜は、前記カチオン性有機結合剤に由来する前記ポリマー中に前記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子が分散している請求項１又は２に記載の保持シール材。
  4. 　前記カチオン性有機結合剤に由来するポリマーと前記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子とは、シランカップリング剤により結合されている請求項１～３のいずれかに記載の保持シール材。
  5. 　前記無機繊維を被覆する被膜は、前記カチオン性無機結合剤に由来する無機微粒子を２０～６０重量％含有している請求項１～４のいずれかに記載の保持シール材。
  6. 　前記無機繊維を被覆する被膜は、前記カチオン性有機結合剤に由来するポリマーを保持シール材全体の重量に対して２重量％以下含有しており、前記カチオン性有機結合剤を構成するポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は、－５℃以下である請求項１～５のいずれかに記載の保持シール材。
  7. 　前記無機繊維は、無機塩法により紡糸原液を調製した後、紡糸工程による無機繊維前駆体の作製工程、ニードルパンチング処理工程、焼成工程を経て作製した無機繊維である請求項１～６のいずれかに記載の保持シール材。
  8. 　無機繊維からなるマットを準備するマット準備工程と、
    　カチオン性有機結合剤及びカチオン性無機結合剤からなるバインダ溶液を準備するバインダ溶液準備工程と、
    　前記バインダ溶液に前記マットを含浸する含浸工程と、
    　前記バインダ溶液を含浸させた前記マットを乾燥させる乾燥工程とからなる工程によって製造することを特徴とする保持シール材の製造方法。
  9. 　前記バインダ溶液準備工程において、さらにシランカップリング剤からなるバインダ溶液を準備する請求項８に記載の保持シール材の製造方法。
  10. 　前記マット準備工程では、無機塩法により紡糸原液を調製した後、紡糸工程による無機繊維前駆体の作製工程、ニードルパンチング処理工程、焼成工程を経て作製した無機繊維からなるマットを準備する請求項８又は９に記載の保持シール材の製造方法。
  11. 　前記バインダ溶液準備工程では、ガラス転移温度が－５℃以下のポリマーからなるカチオン性有機結合剤を用いる請求項８～１０のいずれかに記載の保持シール材の製造方法。
  12. 　前記バインダ溶液準備工程では、前記カチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の含有率が前記カチオン性有機結合剤を構成するポリマーと前記カチオン性無機結合剤を構成する無機微粒子の合計体積に対して２０～６０重量％となるバインダ溶液を準備する請求項８～１１のいずれかに記載の保持シール材の製造方法。
  13. 　金属ケーシングと、
    　前記金属ケーシングに収容された排ガス処理体と、
    　前記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、前記排ガス処理体及び前記金属ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、
    　前記保持シール材は、請求項１～７のいずれかに記載の保持シール材であることを特徴とする排ガス浄化装置。
  14. 　金属ケーシングと、
    　前記金属ケーシングに収容された排ガス処理体と、
    　前記排ガス処理体の周囲に巻き付けられ、前記排ガス処理体及び前記金属ケーシングの間に配設された保持シール材とを備える排ガス浄化装置であって、
    　前記保持シール材は、請求項８～１２のいずれかに記載の保持シール材の製造方法により製造された保持シール材であることを特徴とする排ガス浄化装置。
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