JP2002302859A

JP2002302859A - 耐熱性マットの製造方法

Info

Publication number: JP2002302859A
Application number: JP2001103370A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Sugiyou; 保成須堯; Kiichi Ito; 喜一伊藤; Yuji Noguchi; 勇二野口
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット中
に熱分解によって消失する有機バインダーが含有されて
成る耐熱性マットの製造方法であって、有機バインダー
が実質的均一に存在して厚さが実質的に均一な耐熱性マ
ットが得られる様に改良された製造方法を提供する。【解決手段】アルミナ質繊維マットに有機バインダー液
を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸された
アルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、
圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま
有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含す
る耐熱性マットの製造方法において、有機バインダー液
として、２５℃で測定した表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ
以上の有機バインダー水分散液を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐熱性マットの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚さ方向に圧縮されたアルミ
ナ質繊維マット中に熱分解によって消失する有機バイン
ダーが含有されて成る耐熱性マットが知られている（例
えば特許第３０２５４３３号公報など）。この耐熱性マ
ットは、アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含
浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸されたアル
ミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工程、圧縮
されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機
バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包含する方
法で製造される（同上）。

【０００３】上記の耐熱性マットは、排気ガス浄化用触
媒コンバータにおいてモノリス（触媒保持体）と当該モ
ノリスの外側を覆う金属性シェル（キャン）との間に挿
入配置されるモノリス保持材として優れている（同
上）。また、その他の分野における各種の耐熱性パッキ
ング材としても有用である。

【０００４】しかしながら、上記の製造方法による場合
は、時として、耐熱性マット中に有機バインダーが偏在
し、厚さが不均一になることがある。その結果、熱分解
によって有機バインダーが消失した際に発生する耐熱性
マットの面圧にバラツキが生じ、しかも、厚さの不均一
性の程度によっては金属性シェル等の適用場所への装着
が困難になる場合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、その目的は、厚さ方向に圧縮
されたアルミナ質繊維マット中に熱分解によって消失す
る有機バインダーが含有されて成る耐熱性マットの製造
方法であって、有機バインダーが実質的に均一に存在し
て厚さが実質的に均一な耐熱性マットが得られる様に改
良された製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討を
重ねた結果、有機バインダー液として、有機溶剤を使用
せずに、有機バインダー水分散液を使用する工業的に有
利な製造方法においては、使用する水分散液の液物性に
より、アルミナ質繊維マットに対する水分散液の含浸の
均一性が著しく異るとの知見を得た。

【０００７】本発明は、上記の知見を基に更に検討を重
ねて完成されたものであり、その要旨は、アルミナ質繊
維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工程、有
機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維マットを厚
さ方向に圧縮する第２工程、圧縮されたアルミナ質繊維
マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液
を除去する第３工程を包含する耐熱性マットの製造方法
において、有機バインダー液として、２５℃で測定した
表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上の有機バインダー水分
散液を使用することを特徴とする耐熱性マットの製造方
法に存する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明においては、基材マットとして、主としてア
ルミナ繊維の積層シートから成るアルミナ質繊維マット
を使用する。アルミナ繊維の繊維長は、通常２０〜２０
０ｍｍ、繊維径は通常１〜４０μｍ、好ましくは２〜２
０μｍである。アルミナ繊維は、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂重
量比（以下、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂という）＝７０／３０
〜７４／２６のムライト組成であることが好ましい。Ａ
ｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂が上記範囲外のアルミナ繊維では、高
温時の結晶化および結晶成長による繊維の劣化が早く、
長期の使用に不向きである。

【０００９】上記のムライト組成アルミナ繊維の結晶化
度は０〜１０％であることが好ましい。ここで、結晶化
度とは１３００℃で４時間焼成して完全に結晶化したム
ライトのＣｕＫα線によるＸ線回折における２θ＝２
６．３°に発現するピークの強度に対する、ムライト組
成アルミナ繊維の２θ＝２６．３°のピーク強度を百分
率（％）で表したものである。低結晶性のムライト組成
アルミナ繊維は、結晶成長の核となる結晶が少ないた
め、８００〜１０００℃の加熱によっても繊維の劣化が
生じ難い。

【００１０】また、粒径４５μｍ以上の大粒径のショッ
トは、繊維の切断を起こし、マットの復元性を損う傾向
がある。また、大粒径のショットは、マットの比重を部
分的に増大させ、熱伝導率などが不均一となる原因とな
る。例えば、排気ガス浄化用触媒コンバータにおいてモ
ノリス保持材として使用した場合、触媒の均一保持が困
難となる虞がある。従って、本発明で使用するアルミナ
繊維は、粒径４５μｍ以上のショットの含有率が７重量
％以下であることが好ましい。

【００１１】更に、アルミナ繊維の単繊維引張強度は、
好ましくは１５０〜４００ｋｇ／ｍｍ²である。引張強
度が１５０ｋｇ／ｍｍ²に満たないと耐熱性マットとし
て使用する際に十分な面圧が得られない。一方、４００
ｋｇ／ｍｍ²を超えると繊維が脆くなる傾向がある。

【００１２】上述のアルミナ繊維は、他のセラミック繊
維と比較し、耐熱性に優れ、軟化収縮などの熱劣化が極
めて少ないため、耐熱性マットとして使用する際に弾力
性に富んでいる。すなわち、低い嵩密度で高い保持力を
発生し且つその温度変化が少ない。従って、例えば、触
媒コンバーターにおけるモノリス保持材として使用した
場合、熱膨張の差によってモノリスと金属製シェルとの
間隔が変化し、その嵩密度が上昇した場合にも、モノリ
スに対する保持圧が急激に変化することがない点におい
て優れている。

【００１３】前記のアルミナ質繊維のマットは、例え
ば、オキシ塩化アルミニウム等のアルミナ源、シリカゾ
ル等のシリカ源、ポリビニルアルコール等の有機バイン
ダー及び水の混合物から成る紡糸原液を使用し、次の様
にして得られる。すなわち、紡糸したアルミナ繊維前駆
体を積層してシート化し、次いで、好ましくはニードル
パンチングを施した後、通常１０００〜１５００℃で焼
成する。

【００１４】上記のニードルパンチング処理は、繊維の
一部を積層面に対して縦方向に配向させる効果がある。
従って、シート内のアルミナ繊維前駆体の一部がシート
を貫通して縦方向に配向してシートを緊縛するため、シ
ートの嵩比重が高められ、また、層間の剥離や層間のず
れが防止される。ニードルパンチングの密度は通常１〜
５０打／ｃｍ²であり、ニードルパンチングの密度によ
り、マットの厚さ、嵩比重、強度などが調節される。マ
ットの厚さは通常３〜３０ｍｍであり、嵩密度は通常
０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³である。

【００１５】なお、本発明においては、アルミナ繊維に
その他のセラミック繊維や無機膨張材を補助的に併用し
てもよい。この場合、マットに均一に混合してもよい
が、特に加熱される箇所を避けて局在させることによ
り、補助材の性能を維持しつつ低コスト化することが可
能である。上記のセラミック繊維としては、シリカ繊
維、ガラス繊維、石綿繊維などが挙げられ、無機膨張材
としては、ベントナイト、膨張性バーミキュライト、膨
張性黒鉛などが挙げられる。

【００１６】本発明の製造方法は、基本的には、従来公
知の方法と同様に、アルミナ質繊維マットに有機バイン
ダー液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸
されたアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２
工程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持し
たまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を
包含する。

【００１７】上記の有機バインダーとしては、各種のゴ
ム、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを使用できる。上
記のゴム類としては、天然ゴム；エチルアクリレートと
クロロエチルビニルエーテルの共重合体、ｎ−ブチルア
クリレートとアクリロニトリルの共重合体、エチルアク
リレートとアクリロニトリルの共重合体などのアクリル
ゴム；ブタジエンとアクリロニトリルの共重合体のニト
リルゴム；ブタジエンゴム等が挙げられる。熱可塑性樹
脂としては、アクリル酸、アクリル酸エステル、アクリ
ルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリ
ル酸エステル等の単独重合体および共重合体であるアク
リル系樹脂；アクリロニトリル・スチレン共重合体；ア
クリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などが
挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、ビスフェノ
ール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などが
挙げられる。上記の有機バインダーの中ではアクリル又
はメタクリル系のポリマーであるアクリル系樹脂が好ま
しい。

【００１８】本発明において、上記の有機バインダー
は、２５℃で測定した表面張力が２５ｄｙｎ／ｃｍ以上
となる様に調製された水分散液（ラテックス）として使
用される。すなわち、本発明の特徴は、アルミナ質繊維
マットの表面相および内部に対する有機バインダー水分
散液の含浸が均一に行われる様にするため、有機バイン
ダー水分散液の表面張力を一定値以上に制御した点に存
する。有機バインダー水分散液の表面張力が２５ｄｙｎ
／ｃｍ未満の場合は、アルミナ質繊維マット中に保持さ
れず通り抜ける量が多いため、何度も含浸操作を繰り返
す必要があり、しかも、最初に含浸された有機バインダ
ーが乾燥することにより樹脂膜が生成される結果、その
後の含浸が困難となり、時には、含浸が不均一となる。
なお、有機バインダー水分散液の表面張力の上限は通常
５０ｄｙｎ／ｃｍである。

【００１９】前記の第１工程、第２工程、第３工程は、
例えば、特許第３０２５４３３号公報などに記載された
公知の方法に従って行うことが出来る。

【００２０】すなわち、第１工程（アルミナ質繊維マッ
トに有機バインダー液を含浸させる工程）は、例えば、
有機バインダー液にマットを浸漬する方法、マットに有
機バインダー液を噴霧する方法などで行うことが出来
る。有機バインダーの含有量（有効成分としての値）
は、アルミナ繊維１００重量部に対し、通常３〜３０重
量部、好ましくは５〜２０重量部である。有機バインダ
ーの含有量が３重量部未満の場合は、マットの反発力に
よって成形体としての厚さを維持できない虞があり、３
０重量部を超える場合は、コスト高になる他、成形体の
柔軟性が損なわれる虞がある。

【００２１】第２工程（有機バインダー液が含浸された
アルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する工程）は、
プレス板、プレスローラー等の圧縮手段によって行うこ
とが出来る。プレス板としては、２枚の透液性板状体、
典型的にはパンチングメタル、樹脂ネット、金網（メッ
シュ）、多孔板または通気性の良い板状体などを使用し
得る。圧縮手段には、バインダー液の吸引手段を併用す
るのが好ましい。

【００２２】第３工程（圧縮されたアルミナ質繊維マッ
トの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除
去する工程）は、第２工程に引き続き行われ、有機バイ
ンダーが変質や分解を起こさない温度条件下で高温熱風
処理することにより行うことが出来る。

【００２３】本発明の製造方法で得られた耐熱性マット
は、厚さ方向に圧縮されたアルミナ質繊維マット中に熱
分解によって消失する有機バインダーが実質的に均一に
存在して厚さが実質的に均一である。

【００２４】従って、本発明の製造方法で得られた耐熱
性マットは、排気ガス浄化用触媒コンバーターにおける
モノリス保持材、すなわち、モノリスと当該モノリスの
外側を覆う金属性シェルとの間に装入されるモノリス保
持材として好適に使用される。この場合、本発明の製造
方法で得られた耐熱性マット（モノリス保持材）は、厚
さが実質的に均一であるため、装着がスムーズに行われ
て表面付近の繊維の破損が防止され、また、隙間のない
均一装着が可能である。また、本発明の耐熱性マット
は、上記の特徴を活かし、モノリス保持材以外の各種の
耐熱性パッキング材としても好適に使用し得る。

【００２５】

【実施例】次に、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例
によって限定されるものではない。以下の諸例におい
て、有機バインダー水分散液の表面張力は、ウイルヘル
ミーのプレート法を使用したクルス社製の自動表面張力
計「Ｋ１２」によって測定した。

【００２６】実施例１アルミナ質繊維マットとして、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂重量
比＝７２／２８、結晶化度０％、繊維径約４μｍ、４５
μｍ以上のショットを４重量％含有し、短繊維引張強度
２００ｋｇ／ｍｍ²のアルミナ繊維のマット（厚さ１
２．５ｍｍ、嵩密度０．１ｇ／ｃｍ³）を使用した。

【００２７】先ず、上記のマット１００重量部当たり、
２５℃で測定した表面張力が３６ｄｙｎ／ｃｍのアクリ
レート系ラテックス（中央理化工業社製「ＦＫ６４」）
１５重量部を添着した。その後、圧縮乾燥（１３０℃で
１時間）して厚さ６ｍｍの耐熱性マットを得た。得られ
た耐熱性マットを厚さ方向にカッターで切断し、切断面
を観察した結果、有機バインダーが実質的に均一に存在
していた。

【００２８】次いで、モノリスと金属性シェル（キャ
ン）との間にモノリス保持材として上記の耐熱性マット
を装着し排気ガス浄化用触媒コンバータを製作した。こ
のときのキャンとモノリスの隙間は約３．５ｍｍであ
る。耐熱性マットの装着は、その厚さが実質的に均一で
あるため、無理な力を掛けることなく容易に行うことが
出来た。また、装着後、キャンを電動カッターで切り開
き、耐熱性マット表面を観察したところ、表面の傷みは
なく良好に装着されていることが確認された。

【００２９】実施例２実施例１において、２５℃で測定した表面張力が３０ｄ
ｙｎ／ｃｍのアクリレート系ラテックス（日本ゼオン社
製「Ｎｉｐｏｌ８５１」）を使用した以外は、実施例
１と同様にして耐熱性マットの製造および触媒コンバー
タの製作を行って評価した。耐熱性マットを厚さ方向に
カッターで切断し、切断面を観察した結果、有機バイン
ダーが均一に存在していた。また、耐熱性マットは、厚
さが均一であり、触媒コンバータの製作において良好に
装着できた。

【００３０】比較例１実施例１において、アクリレート系ラテックス（中央理
化工業社製「ＦＫ６４」）に界面活性剤（３Ｍ社製「フ
ローラドＦＣ１３５」）を１０００ｐｐｍ添加し、表面
張力１８ｄｙｎ／ｃｍに低下させて使用したした以外
は、実施例１と同様にして耐熱性マットの製造および触
媒コンバータの製作を行って評価した。耐熱性マットの
製作の際、上記のアクリレート系ラテックスがアルミナ
質繊維マット中に保持されず通り抜けるため、目的の添
着量に達する迄に、複数回の含浸操作が必要であった。
また、得られた耐熱性マットを厚さ方向にカッターで切
断し、切断面を観察した結果、有機バインダーの存在状
態は不均一であった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、厚さ方向
に圧縮されたアルミナ質繊維マット中に熱分解によって
消失する有機バインダーが含有されて成る耐熱性マット
の製造方法であって、有機バインダーが実質的に均一に
存在して厚さが実質的に均一な耐熱性マットが得られる
様に改良された製造方法が提供される。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｄ０６Ｍ 15/263 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３１１ＰＦ０１Ｎ 3/28 ３１１Ｄ０６Ｍ 101:00 // Ｄ０６Ｍ 101:00 Ｃ０４Ｂ 35/80 ＡＫ (72)発明者野口勇二新潟県上越市福田１番地三菱化学産資株式会社直江津工場内Ｆターム(参考） 3G091 AB01 BA07 BA39 GA06 GB01Z GB10Z GB16Z GB19Z HA27 HA28 HA29 HA31 4G069 AA15 BA01A BA01B BA02B BA22B CA03 DA06 EA03X EA03Y EA07 EA16 EA19 ED05 ED06 EE01 4L033 AA09 AC05 CA18 4L047 AA06 BA15 BA23 BC07 CB06 CC16 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ質繊維マットに有機バインダー
液を含浸させる第１工程、有機バインダー液が含浸され
たアルミナ質繊維マットを厚さ方向に圧縮する第２工
程、圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持した
まま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程を包
含する耐熱性マットの製造方法において、有機バインダ
ー液として、２５℃で測定した表面張力が２５ｄｙｎ／
ｃｍ以上の有機バインダー水分散液を使用することを特
徴とする耐熱性マットの製造方法。
【請求項２】２５℃で測定した表面張力が２５〜５０
ｄｙｎ／ｃｍの有機バインダー水分散液を使用する請求
項１に記載の製造方法。
【請求項３】有機バインダーがアクリル系樹脂である
請求項２又は３に記載の製造方法。
【請求項４】アルミナ質繊維マット１００重量部当た
りの有機バインダーの含有量が３〜３０重量部である請
求項１〜３の何れかに記載の製造方法。