JP6033680B2 - 取り付けマット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、触媒コンバーターを取り付けるために有用なマットのようなマット、およびマットを製造する方法に関する。

燃焼生成物を触媒と密接させて通過させることにより、燃焼生成物の酸化または還元を触媒することが知られている。また、例えば気体などの流体の流れをろ過することにより、望ましくない同伴粒状物質を除去することも知られている。

車両排気ガスは、大気に放出される有害ガスの量を低減するために処理される。車両は、典型的には、直結式（ｃｌｏｓｅ ｃｏｕｐｌｅｄ）または車体下部式（ｕｎｄｅｒｂｏｄｙ）のガソリンもしくはディーゼル酸化触媒または選択触媒還元装置のような触媒コンバーター（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＣＣ））を用いる。燃焼中に生成された煤煙および他の物質の小さな粒子の放出を低減するために、燃料としてディーゼルを使用する自動車には、典型的にはディーゼル排気微粒子フィルタ（ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ（ＤＰＦ））が取り付けられている。

ＣＣおよびＤＰＦは双方とも、典型的には、燃焼生成物が排気から放出される前にそれを通過するセラミックモノリスとして製造される。セラミックモノリスは壊れ易く、比較的高価である。従って、それらのセラミックモノリスを使用中の損傷から保護することは重要である。

前記モノリスは、車両の排気システムの一部として取り付けられる金属容器内に位置する。燃焼生成物が前記モノリスを通過すると、それらの燃焼生成物は前記モノリスを加熱し、モノリスを膨張させる。もちろん、前記容器も熱くなって膨張するであろう。明らかに、２つの物質が熱くなって異なる割合で膨張するにつれて、前記容器とモノリスとの間で相対運動する可能性がある。車両排気システムに見られる条件においては、確実に保持されていない場合にはモノリスを損傷させることもある有意な振動も存在する。

モノリスが確実に保持されることを保証するために、それらのモノリスは、典型的には、取り付けマットに包まれる。これらのマットは膨張性または非膨張性材料を用いて形成され得る。同様の材料は、他の自動車の断熱用途、特に気体流がその上に衝突し得る用途に用いられ得る。

非膨張性材料としては、シリカ、アルミノケイ酸塩（ａｌｕｍｉｎｏ ｓｉｌｉｃａｔｅｓ）、ホウケイ酸塩、アルミナ、ジルコニアなどのようなセラミックまたはガラス繊維から選択される繊維が挙げられる。前記繊維は、通常、取扱性を助けるためにバインダーマトリックス中に保持されるが、例えばニードリングのような付加的かつ／または代替の一体化技術（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が用いられてもよい。

前記取り付けマットがモノリスに圧力をかける形態を採り、かつ前記容器の壁が使用中にモノリスを適所に確実に保持することを可能にするために、前記バインダーは、存在する場合には、分解して前記マットから焼失されるように構成され得る。当然のことながら、保持力は熱サイクルレジームにわたって維持される必要があるであろう。重要な別の因子は、前記容器とマットとの間およびマットとモノリスとの間における摩擦係数である。明らかに、摩擦係数が低すぎる場合には、マットおよび／またはモノリスが容器に対して滑動することがあり、これは性能を損なったり、またはモノリスの損傷を招いたりし得る。

従って、モノリス上における最低保持圧を維持し、かつ適当な摩擦特性を有するとともに、熱的に安定しており、かつ容器およびモノリスの膨張率の差を補償することができる取り付けマット材を有することが望ましい。

また、前記マットは、モノリスと容器との間のインサイチューに位置する間に、前記マットを通る流体の流れに対する有意な耐性を提供しなければならないということを考慮することも重要である。これは流体がモノリスを通って優先的に（例えば排他的に）流れることによって、触媒またはフィルタに晒されることを保証するために必要である。

直結式触媒コンバーターは、エンジンに近接して位置する触媒コンバーターである。前記触媒コンバーターでは、処理のための排気ガスは、車両の後部に近接した、または後方の、より従来型のＣＣ位置における温度よりも高い温度にある。直結式ＣＣの１つの利点は、排気ガスからのより大きな熱が触媒をその有効温度により速やかに加熱し、従って、特に低温（ｃｏｌｄ）からエンジンを始動させる場合に、ＣＣをより効率的にすることである。

しかしながら、直結式ＣＣの設備に関連する問題は、取り付けマットが、特にその上流端において、高温流体流による侵食の影響を受け易いということである。時間とともに、この侵食は、例えば、マットによってモノリスにかけられる保持圧力を低下させたり、またはより多くの流体がモノリスではなくマットを通過する、すなわち、モノリスを迂回することを可能にしたりするといった、マットの性能に対する悪影響を有する。

従って、本発明は、特に（排他的にではないが）、直結式ＣＣを保持するために配備された場合に、侵食に強い取り付けマットを提供することを目的とする。
マットがモノリスと共に直結式ＣＣシステム内にキャニングされる（ｃａｎｎｅｄ）前に、マットに、例えばシリカゾルまたはアルミナゾルなどのコロイド粒子のような硬質化化合物（ｒｉｇｉｄｉｓｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を添加することが知られている。この硬質化化合物はマットの侵食の影響を軽減するために用いられるが、その「硬い」性質のために、硬質化化合物はマットをかなり可撓性が低いものにし、それにより該マットをモノリスの周りに巻き付けることをより困難にする。よって、典型的には、据付者は、硬質化化合物が乾燥する前にマットおよびモノリスが排気システム内にシールされ得るように、キャニングの直前に硬質化化合物をマットに適用しなければならない。この双方は多くの時間を要し、かつ高価であり、また、据付者が潜在的に危険な化学薬品を取り扱うことを必要とする。後者の問題は、据付者に対する安全性およびコストの懸念を増大する。またそれは、供給者がマットおよび硬質化化合物を供給しなければならないことにより、供給者に対する費用を増大させることを意味する。

従って、本発明の目的は、据付け前に据付者によって行われる処理を必要とせず、かつ／または平坦状態で輸送することができ、かつ／または容易にインストール可能であり、かつ／または可撓性マットを提供し、かつ／または据付け工程の前または最中に損傷または破壊されない、耐侵食性マットを提供することにある。

楕円形モノリスまたはレーストラック状モノリスのような円形断面ではないモノリスは、耐侵食性マットの製造に対するさらなる課題を意味する。これは少なくともある程度はモノリスの形状が、取り付けられたモノリスの周のまわりで繊維間隙嵩密度（ｆｉｂｒｅ ｇａｐ ｂｕｌｋ ｄｅｎｓｉｔｙ（ＦＧＢＤ））として測定されるマットの圧縮が一定にならないようにするためである。次いで、これはマットがそれほど圧縮されない領域のような侵食により弱いマットの特定部分をもたらす。

従って、本発明のさらなる目的は、不均一な取り付け特性を有するモノリスを取り付ける場合に耐侵食性を示すマットを提供することにある。
マットの圧力性能（ＰＰ）は、特定のＦＧＢＤでのマットによってモノリスに掛けられる圧力に関連する。本発明のさらなる目的は、改善されたＰＰを有するマットを提供することにある。

この明細書において、「耐侵食性」および「侵食に強い」という用語並びに同様の語句は、未処理の繊維マットよりも大きな耐侵食性を有する化合物、処理または物質を示す。
第１態様によれば、本発明はモノリスを支持するためのマットを提供し、前記マットは、耐侵食性無機（例えばシリカ）ゲル組成物またはその前駆体のコーティングで少なくとも部分的に被覆された繊維を含む１つ以上の第１部分を備える。

本発明のさらなる態様によれば、モノリスを支持するためのマットが提供され、前記マットは、耐侵食性無機（例えばシリカ）ゲル組成物またはその前駆体で少なくとも部分的に被覆された繊維を含む１つ以上の第１部分を備え、前記組成物または前駆体は、前記繊維の隙間が前記組成物または前駆体を実質的に有さないままにするように、前記繊維を被覆する。

好ましくは、前記コーティングは、繊維の平均直径の、５０％未満、例えば、４５％未満、４０％未満、３５％未満、３０％未満、２５％未満、２０％未満、１５％未満、１０％未満、または５％未満の平均厚さを有する。薄いコーティングを提供する際に、繊維間の間隙はゲル組成物または前駆体を実質的に有さない状態にされる。前記ゲルまたは前駆体は、密に隣接し、かつ／または当接もしくは接触する繊維間に存在するように、例えばそれらの繊維を保持するように、生じるか、または提供され得る。

好ましくは、前記マットは前記耐侵食性無機ゲル組成物またはその前駆体を実質的に有さない第２部分を備える。
好ましくは、前記無機ゲル組成物は、オルガノシロキサン化合物の加水分解および／または縮合のようなシリカ前駆体の酸または塩基触媒反応によって前記繊維上に形成されたシリカ化合物またはシリコーンポリマーまたはシリコーンゲルを含有する。

本発明のさらなる態様によれば、モノリスを支持するためのマットが提供され、前記マットは、耐侵食性化合物またはその前駆体で処理された１つ以上の第１部分と、前記耐侵食性化合物またはその前駆体を実質的に有さない第２部分とを備える。

前記耐侵食性化合物は、好ましくはオルガノシロキサン化合物の加水分解および／または縮合のようなシリカ前駆体の反応によって形成されたシリカ化合物、またはシリコーンポリマーもしくはシリコーンゲルを好ましくは含有する。

好ましくは、１つ以上の第１部分の主要表面積は、前記マットの主要表面積の８０％未満、例えば７０％未満、６０％未満、または５０％未満を占める。より好ましくは、１つ以上の第１部分の主要表面積は、前記マットの主要表面積の４０％未満、３０％未満、２０％未満、または１０％未満を占める。

好ましくは、第１部分の少なくとも一部は、前記マットの対象とする前縁の少なくとも一部に隣接する。より好ましくは、第１部分の少なくとも一部は、前記マットの対象とする前縁の全部、またはほぼ全部に隣接する。

好ましくは、前記少なくとも１つの第１部分の１つまたは各々は、前記マットの全厚の少なくとも一部を通って延び、好ましくはほぼ全厚を通って延びる。
いくつかの実施形態において、前記マットは複数の第１部分を備える。これらの第１部分は、マットの主要表面にわたって、無作為または規則的なパターンで配置され得る。

好ましくは、前記複数の第１部分は、前記耐侵食性材料の柱状部を備え、該柱状部は、好ましくは、マットの厚さの一部またはほぼ全部を通って延びる。好ましくは、前記柱状部は規則的なパターンに配置され、各第１柱状部は、その最も近い１つ以上の隣の柱状部から１ｍｍ〜５０ｍｍに位置する。より好ましくは、各柱状部はその最も近い１つ以上の隣の柱状部から５ｍｍ〜２５ｍｍにある。

別の態様において、本発明は、触媒コンバーターを取り付けるための無機繊維マットを製造する方法を提供する。前記方法は、前記マットの少なくとも一部を水性シリカ前駆体混合物で処理することを含む。

さらなる態様において、本発明は、触媒コンバーター用の取り付けマットを製造する方法を提供する。前記方法は、マットの第１部分をシリカ前駆体またはその前駆体で処理する工程を含む。

いくつかの実施形態において、マットのほぼ全体が混合物で処理される。その場合、シリカ前駆体は好ましくは水溶液系中に存在する。
これに代わって、マットの１つ以上の部分が混合物で処理され、マットの１つ以上のさらなる部分は処理されないままにされる。好ましくは、マットの２０％超、例えば３０％超、４０％超、または５０％超が、シリカ前駆体によって処理されないままにされる。より好ましくは、マットの６０％超、７０％超、８０％超、または９０％超が、シリカ前駆体によって処理されないままにされる。

いくつかの実施形態において、シリカ前駆体によって処理されたマットの部分の一部または全部は、前記マットの対象とする前縁の一部または全部に隣接する。
いくつかの実施形態において、前記マットの複数の部分は、例えば、マットの厚さの一部または全部を通ってシリカ前駆体の柱状部を形成するように、シリカ前駆体によって処理される。好ましくは、前記マットの複数の部分は、それらの部分にシリカ前駆体を注入することによって処理される。これに代わって、前記複数の部分は、シリカ前駆体を、前記部分の表面上に点状に配置すること（ｓｐｏｔｔｉｎｇ）により、前記マット内に注入または挿入することにより、前記マット上に印刷することにより、および／または１つ以上の技術の組み合わせにより、処理され得る。前記シリカ前駆体の適用は、前記マットの主要表面の一方または他方から、あるいは双方から行われる。

好ましくは、前記部分には処理後に付加的な溶媒が添加され、その付加的な溶媒はシリカ前駆体がマットを通って浸透する毛細管作用を促進し得る。添加される付加的な溶媒の量を変更することにより、前記複数の部分における主軸線のいずれか、または前記マットの厚さ方向において、シリカ前駆体の濃度プロファイルに対する制御を提供し得る。例えば、前記マット内に、横方向および縦方向の双方において、不均質な濃度プロファイルを提供するように、前記部分または各部分は前記溶媒によって部分的に溶離され得る。

好ましくは、前記複数の部分の各々は、その最も近い１つ以上の隣の部分から１ｍｍ〜５０ｍｍにある。より好ましくは、前記複数の部分の各々は、その最も近い１つ以上の隣の部分から５ｍｍ〜２５ｍｍにある。より好ましくは、前記複数の部分の各々は、その最も近い１つ以上の隣の部分から１０ｍｍ〜２０ｍｍにあり、例えば１５ｍｍにある。

好ましくは、シリカ前駆体は、下記式を有する化合物を含有する混合物を含む。

前記式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は同一であるか、または異なり、かつＨまたは置換もしくは非置換のアルキル鎖、例えばＣ_１〜Ｃ_５アルキル鎖を含み得る。好ましくは、Ｒ^１〜Ｒ^４はメチル基またはエチル基を含む。前記シリカ前駆体は上述した化合物の二量体（または適宜にオリゴマー）であってもよく、例えば、前記式中、Ｒ^２はＳｉＯＲ^５ＯＲ^６ＯＲ^７を含み、Ｒ^５〜Ｒ^７は同一であるか、または異なり、かつＨまたは置換もしくは非置換のアルキル鎖、例えばＣ_１〜Ｃ_５アルキル鎖を含み得る。

好ましくは、前記シリカ前駆体は、オルトケイ酸テトラエチルを含有する混合物を含む。
好ましくは、前記シリカ前駆体は、水または油を含有する混合物を含む。

好ましくは、前記シリカ前駆体は、プロパノール、イソプロパノール、エタノールまたはメタノールのうちの１種以上のような、１種以上のアルコールを含む。
好ましくは、前記シリカ前駆体は酸触媒を含む。前記酸触媒は、塩酸のような強酸および／または酢酸のような弱酸を含有し得る。これに代わって、シリカ前駆体は塩基触媒を含む。前記塩基触媒は、水酸化ナトリウムのような強塩基および／またはピペリジンまたはアンモニアのような弱塩基であってもよい。

好ましくは、前記シリカ前駆体のｐＨは２〜１０であり、例えば４〜８であり得る。より好ましくは、前記シリカ前駆体のｐＨは５〜７である。
好ましくは、前記シリカ前駆体のシリカ固形分含有量は、５０質量％未満であり、例えば４８質量％、または４０質量％未満、３０質量％未満、２０質量％未満、１５質量％未満、１０質量％未満、８質量％未満、７質量％未満、または６質量％未満である。

好ましくは、前記シリカ前駆体のシリカ固形分含有量は、５質量％未満、４質量％未満、３質量％未満、２質量％未満、または１質量％未満である。より好ましくは、前記シリカ前駆体のシリカ固形分含有量は、０．０１質量％超であり、例えば０．０５質量％超、または０．１質量％超である。

好ましくは、前記方法は、前記マットを乾燥させることをさらに含む。いくつかの実施形態において、前記マットは１０°Ｃ〜２００°Ｃで乾燥させられ得る。加えて、またはこれに代わって、前記マットは、通常の大気圧未満で、かつ／または蒸気存在下で、乾燥させられ得る。

本発明のさらなる態様は、モノリスを支持するための非膨張性取り付けマットを包含する。前記マットは、複数の繊維と、一体化媒体（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ）とを含み、前記一体化媒体は、マットの厚さ方向に延びる複数の個別領域において前記繊維に適用される薬剤を含む。

前記一体化媒体は、好ましくはオルガノシロキサン化合物の加水分解および／または縮合のようなシリカ前駆体の反応によって形成されたシリカ化合物、またはシリコーンポリマーもしくはシリコーンゲルであり得る。

本発明のさらなる態様は、下記式を有する化合物Ｘ

（前記式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は同一であるか、または異なり、かつＨまたは置換もしくは非置換のアルキル鎖、例えばＣ_１〜Ｃ_５アルキル鎖を含み得る）、
または化合物Ｘの二量体またはオリゴマーと、
水と、
アルコールと、
を、含有するシリカ前駆体混合物であって、４０重量％未満のシリカ固形分含有量を有する前記シリカ前駆体混合物を提供する。

化合物Ｘの二量体（または適宜オリゴマー）は、Ｒ^２がＳｉＯＲ^５ＯＲ^６ＯＲ^７を含む形態をとってもよく、前記式中、Ｒ^５〜Ｒ^７は同一であるか、または異なり、かつＨまたは置換もしくは非置換のアルキル鎖、例えばＣ_１〜Ｃ_５アルキル鎖を含み得る。

好ましくは、前記混合物は、３６質量％未満、例えば３５．８質量％、または３５質量％未満、３０質量％未満、２５質量％未満、２３質量％未満、２０質量％未満、１６質量％未満、１５質量％未満、１０質量％未満、９質量％未満または５質量％未満のシリカ固形分含有量を有する。好ましくは、前記混合物は、０．０１質量％以上、例えば０．０５質量％超、０．１質量％超、０．５質量％超、１質量％超、２質量％超、４質量％超のシリカ固形分含有量を有する。

好ましくは、前記混合物は、ほぼ等しい化学量論的量の水とアルコールとを含有する。
好ましくは、前記混合物は酸または塩基触媒をさらに含む。前記酸触媒は、塩酸のような強酸および／または酢酸のような弱酸を含有し得る。前記塩基触媒は、水酸化ナトリウムのような強塩基および／またはピペリジンもしくはアンモニアのような弱塩基であってもよい。

好ましくは、前記混合物のｐＨは２〜１０であり、例えば４〜８であり得る。より好ましくは、前記シリカ前駆体のｐＨは５〜７である。
別の態様において、本発明はモノリス用の取り付けマットであって、前記マットの少なくとも一部は耐侵食性材料を含み、前記マットは侵食試験１に供された場合には２８ｍｍ ^３ 未満の侵食を受け、かつ／または前記マットは侵食試験２に供された場合には５０ｍｍ ^３ 未満の侵食を受ける、モノリス用の取り付けマットを提供する。

別の態様において、本発明は、上述したマットのようなマットであって、前記マットは、柔軟性試験１によると１００ｍｍ未満の最小巻き付き径（ｍｉｎｉｍｕｍ ｗｒａｐｐｉｎｇ ｄｉａｍｅｔｅｒ）を有し、かつ／または柔軟性試験２によると１８０ｍｍ^２Ｎ^−１未満の可撓性を有する、マットを提供する。

好ましくは、前記マットは、柔軟性試験１によると、９５ｍｍ未満、例えば９０ｍｍ未満、８５ｍｍ未満、８０ｍｍ未満、７８ｍｍ未満、７６ｍｍ未満、７５ｍｍ未満、７４ｍｍ未満、７３ｍｍ未満、７２ｍｍ未満、７１ｍｍ未満、または７０ｍｍ未満の最小巻き付き径を有する。

好ましくは、前記マットは、柔軟性試験２によると、１８０ｍｍ^２Ｎ^−１未満、例えば１２０ｍｍ^２Ｎ^−１未満、１１６ｍｍ^２Ｎ^−１未満、１１０ｍｍ^２Ｎ^−１未満、１００ｍｍ^２Ｎ^−１未満、９５ｍｍ^２Ｎ^−１未満、９４ｍｍ^２Ｎ^−１未満、９３ｍｍ^２Ｎ^−１未満、９２ｍｍ^２Ｎ^−１未満、９１ｍｍ^２Ｎ^−１未満、９０ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８９ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８８ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８７ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８６ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８５ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８４ｍｍ^２Ｎ^−１未満、８０ｍｍ^２Ｎ^−１未満、７５ｍｍ^２Ｎ^−１未満、７０ｍｍ^２Ｎ^−１未満または６９ｍｍ^２Ｎ^−１未満の可撓性を有する。

別の態様において、本発明はキャニング用の乾燥した可撓性マットであって、前記マットは、同マットの少なくとも一部の上に耐侵食性媒体またはその前駆体を有する、キャニング用の乾燥した可撓性マットを提供する。

さらなる態様において、本発明は、本願に記載されるような取り付けマットを備えた触媒コンバーターを提供する。
本発明をより容易に理解するために、以下の図面を参照しながら特定の実施形態について説明する。

その一部が耐侵食性材料で処理されたマットを示す図。 モノリスの周りに巻き付けられた、その一部が耐侵食性材料で処理されたマットを示す図。 耐侵食性材料で処理されているマットの図。 本発明によるマットのＳＥＭ写真。 比較のマットのＳＥＭ写真。 耐侵食性材料で処理された複数の部分を有するマットを示す図。 耐侵食性材料で処理された複数の部分を有するマットを示す図。 比較例１および実施例１によるマットの写真。 比較例１、比較例２および実施例１による写真。 異なるシリカ固形分含有量のピペリジン触媒混合物で処理された本発明のマットの侵食特性のグラフ。 本発明によるマットのＳＥＭ写真。 本発明によるマットのＳＥＭ写真。 本発明によるいくつかのマットの圧力性能の棒グラフ。 本発明によるいくつかのマットの圧力性能の棒グラフ。 本発明および従来技術によるマットの押抜き特性のグラフ。 本発明および従来技術によるマットの押抜き特性のグラフ。

図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、主要寸法長Ａおよび幅Ｂを有するマット１０が提供されている。マット１０は、寸法Ａがモノリス１８の主軸線に沿って整合されるように、モノリス１８を包み込むために形成されている。マット１０は、不織アルミナシリカ繊維を含み、かつ、取り扱いの間におけるその構造的完全性を維持するのを支援するラテックスなどの有機バインダーを含有する。第１端１４の内側で寸法Ｂと平行なマットの部分１２がシリカゲルを含有するという点において、前記マットは耐侵食性材料で処理されている。マット１０の残りの部分１６は、そのようなシリカゲルを実質的に有さない。

シリカゲルを含むマット１０の部分１２は、図１Ｂに示すように、マットがモノリス１８のまわりに巻き付けられるときに、前記部分が配置される端１４がマット１０の長手軸線（長さＡに対応）に直交するように配置される。

モノリス１８およびマット１０が自動車排気システムにキャニングされて設置される場合、シリカゲルを含むマット１０の部分１２は気体流（ＧＦ）に対して前縁を提供する、すなわち、前記部分１２はマットの残り部分の上流に配置される。かくして、優れた耐侵食性特性が観察される。

前記シリカゲルはシリカ前駆体混合物によってマットに適用される。
図２にはマット１０にシリカゲルを適用する簡単な方法が示されている。下記に述べるように、槽２０はシリカ前駆体混合物で充填され、マット１０は、端１４に隣接するマット１０の部分１２に溶液２２が含浸するように、槽２０に浸漬される。前記マットは、数秒〜数分の期間にわたって溶液中に放置される。浸漬中に、マット１０が濡らされて、既に形成されたゲルが繊維に付着し始め、そのゲル化は浸漬後のマット１０において継続することが好ましい。第２浸漬工程が行なわれてもよい。

マット１０は、周囲温度または高温かつ／または減圧下において、空気中で乾燥させられて、可撓性マットを提供する。乾燥したゲルからのコロイド状シリカまたはポリメリックシリカ（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｓｉｌｉｃａ）は、マット１０において繊維の両端および表面に付着する。マット１０は、シリカゲルへの損傷をほとんど、または全く有することなく、容易にキャニングされる。

ＴＥＯＳのようなオルガノシロキサンの化学的性質は、マット１０にシリカゲルを適用するための好都合なシリカ前駆体を提供する。
ＴＥＯＳは水に容易に可溶ではないが、ＴＥＯＳ粒子の水性懸濁液は形成され得る。溶解度は、エタノールまたはプロパノールのような短鎖アルコールを水に添加することによって改善され得る。

ＴＥＯＳが水に溶解する場合、ＴＥＯＳは加水分解してシリカモノマーおよびエタノールを形成する傾向がある。そのシリカモノマーは縮合反応を受けて、シリカゲルおよび／またはシリカ二量体および／またはシリカオリゴマーおよび／またはシリカポリマーを形成し得る。

実際、多くの場合にケイ酸エチル溶液と称される市販のＴＥＯＳ「溶液」は、ケイ酸エチルの二量体および他のオリゴマーを含むことがあり、前記ＴＥＯＳは初期の加水分解および縮合処理を受けている。かつてそのような市販のケイ酸エチル溶液は、英国スラウ（Ｓｌｏｕｇｈ）のアルケム（Ａｌｌｃｈｅｍ）によって製造されたアドミン ＥＳ−４０（ＡＤＯＭＩＮＥ ＥＳ−４０）である。

酸または塩基触媒の慎重な使用により、ＴＥＯＳ／ケイ酸エチル溶液は、シリカゲルを生成する効率的なゾル−ル反応によって利用され得る。マット１０が浸漬される溶液２２中、および浸漬後のマット１０の濡らされた部分１２上で起こるのはこの反応である。

マット１０を処理するための溶液２２は、典型的にはケイ酸エチル溶液、プロパノールまたはメチレーテッド・スピリットのような１種以上の短鎖アルコールと、水と、小量の酸または塩基触媒とを含有し得る。

弱酸および強酸、並びに弱塩基および強塩基の双方が触媒として用いられ得る。
図３Ａは、そのようなシリカ前駆体溶液で処理されたマットの繊維のＳＥＭ写真を示しており、前記ＳＥＭ写真は、そのように形成されたシリカゲルで被覆された繊維をはっきりと示している。コーティングの厚さは、繊維の厚さと比較して、比較的小さい。なんらかの特定の理論によって縛られるわけではないが、この相対的な厚さは、処理混合物中における低いシリカ固形分含有量、および／または処理混合物中の触媒によってもたらされる制御されたゲル化時間によって提供されるものと思われる。

とりわけ、繊維の隙間は、いかなる物質、例えば微粒子シリカのような粒状物質の蓄積も実質的に有さないことが注目される。
被覆された繊維は、マットの可撓性を維持しながら、優れた耐侵食性を提供する。

図３Ｂは、「ダウ８４（Ｄｏｗ ８４）」（ダウ カバリング（Ｄｏｗ Ｃｏｖｅｒｉｎｇ）から入手可能）という市販のシリカコロイドで処理されたマットの繊維のＳＥＭ写真を示している。はっきりと見ることができるように、粒状物質は繊維間の間隙を充填して、橋架けしている。

別の実施形態では、図４に示すように、触媒コンバーターを取り付けるためのマット１０が提供される。マット１０は、不織アルミナシリカ繊維と、取り扱い中における構造の完全性を維持するのを支援するとともに高い圧力性能を改善するラテックスバインダーと、を含む。

シリカゲルの複数の柱状部２４は、マットの表面上に点のパターンが形成されるように、マット１０内を通って延在する。これらの柱状部２４は、使用時における優れた耐侵食性を提供するだけでなく、さらなる構造的完全性を与えるとともに、取り付けの間に該マットがモノリスに周りに容易に巻き付けられることを可能にする。

柱状部２４は、上述したように、ケイ酸エチル混合物のアリコートをマットに注入することによって製造される。これに代わって、ケイ酸エチル混合物をマットの表面上に点状に配置して、前記柱状部が前記柱状部毛細管作用によってマットを通って形成するようにしてもよい。毛細管作用を促進するため、および／または前記柱状部内におけるシリカの濃度プロファイルを制御するために、注入または点状の配置後に、イソプロパノールのような付加的な溶媒が柱状部２４に添加されてもよい。

前記柱状部の格子パターンおよび／または、柱状部を製造するために用いられるケイ酸エチル混合物の濃度、および／またはケイ酸エチル混合物の量を変更することによって、マットの圧力性能（ＰＰ）および可撓性を変化させることができる。当業者が分かるように、できるだけ高いＰＰおよび可撓性を備えたマットを生成することが望ましい。

本発明は、可撓性を保持しながら、ＰＰを増大させる手段を提供し、上述のパラメーターのうちの一部または全部は、異なる繊維および／または基本重量および／または厚さのマットに最適な性能を提供するために変更され得る。例えば、大きな厚さおよび／または基本重量のマットには、より薄いおよび／または軽いマットによりも、より多くのシリカ前駆体を充填ことが望ましいことがある。

もちろん、マット全体をケイ酸エチル混合物または他のそのような水性シリカ前駆体で処理することが望ましいこともある。これは、そのような混合物中に前記マットを単に浸漬することにより、または前記混合物を、それを乾燥させる前に、マット上に噴霧する（例えば、マットの一方または双方の主要表面上にシリカの層を提供するために）ことにより行なわれ得る。これに代わって、繊維をマットに形成する前に、繊維自体をケイ酸エチル混合物または他のそのような水性シリカ前駆体で処理してもよい。

前記シリカ処理は繊維の欠陥または損傷した繊維を修復する効果を有し得ることも認められる。
本発明をより完全に理解するために、ここで以下の非限定的な例を参照する。

実施例１
６６体積％のケイ酸エチル溶液（４０％のシリカ固形分、部分的に加水分解されて部分的に縮合されている）と、
３２体積％のプロパノールと、
０．５体積％のピペリジンと、
０．５％体積の水と、
を含有する液体Ａと、
７５体積％のメチレーテッド・スピリットと、
２５体積％の水と、
を、含有する液体Ｂとを、
１：３のＡ：Ｂの体積比で混合して、シリカ前駆体液Ｃを形成する。

直ちに、サフィル（アールティエム）ファイバーズ（Ｓａｆｆｉｌ （ＲＴＭ）ｆｉｂｒｅｓ）から製造された約０．１５ｇｃｍ^−３〜０．２ｇｃｍ^−３の密度のアルミナシリカ繊維マットを、その前縁の長さに延びる幅５ｍｍの部分が飽和されるように、液体Ｃ中に部分的に浸漬した。

次に、前記マットを取り出して、周囲温度および周囲圧力で２日間にわたって乾燥させた。前記マットは取り扱い可能であり、可撓性であった。
マットの耐侵食性を判定するために、以下のように２つの試験を用いた。

侵食試験１
マットの耐侵食性を試験するために、下記の試験を適用した。
まず、マットを０．６ｇｃｍ^−３の繊維間隙嵩密度（ＦＧＢＤ）に圧縮して、３００秒間保持する。

次に、前記マットを０．４ｇｃｍ^−３のＦＧＢＤで保持しながら、そのバインダーを９００°Ｃ以内で焼き飛ばす。そして前記マットは、０．４ｇｃｍ^−３のＦＧＢＤと１５％のＲＧＥとのサイクルを２５００サイクルにわたって繰り返される。

次に、前記マットをスペーサ内でＦＧＢＤ０．３ｇｃｍ^−３の圧縮で保持しながら、前記マットを、周囲温度および０．１６ＭＰａの圧力において、２００Ｈｚの空気のパルス流（ｐｕｌｓｅｄ ｓｔｒａｍ）に５０分間にわたって晒す。空気のジェットを放出するノズルは、マットから１１ｍｍに配置した。

侵食されたマットの体積は流体置換試験を用いて測定した。
侵食試験２
直結式触媒のコンバーターにおける状態をシミュレートする第２侵食試験は下記工程から成る。

マットを０．５６ｇｃｍ^−３のＦＧＢＤに３００秒間にわたって圧縮する工程。
マットをＦＧＢＤ０．３ｇｃｍ^−３の圧縮状態に保持して、バインダーを７００°Ｃ以内で焼き飛ばし、０．３ｇｃｍ^−３のＦＧＢＤと８％のＲＧＥとのサイクルを２５００サイクルにわたって繰り返す工程。

前記マットをスペーサ内でＦＧＢＤ０．２７ｇｃｍ^−３の圧縮で保持しながら、前記マットを、周囲温度および０．１６ＭＰａの圧力において、２００Ｈｚの空気のパルス流に５０分間にわたって晒す工程。空気のジェットを放出するノズルは、マットから１１ｍｍに配置した。

侵食試験１におけるように、侵食のレベルを評価するために、マットの体積を置換試験によって測定した。
実施例１に従って生成したマットを侵食試験１および侵食試験２によって試験した。各場合において、処理された端部を空気のパルス流に対面させた。結果を表１に示す。

比較例１
約０．１６ｇｃｍ^−３の嵩密度を有する、ニードリング加工された（ｎｅｅｄｌｅｄ）ムライト繊維マットを侵食試験１に供した。

比較例２
約０．１６ｇｃｍ^−３の嵩密度を有する、ニードリング加工されたムライト繊維マットを侵食試験２に供した。

比較例３
シリカゾルを含浸させたアルミナシリカ繊維マットを侵食試験２に供した。

図５および図６は、これらの試験後の侵食されたマットの写真を示している。前記写真は、比較例のマットは、程度の差はあるが、すべて侵食されており、一方、実施例１のマットはいずれの試験においても全く侵食を受けなかったことを明らかに示している。

実施例２〜８
実質的に実施例１の方法に従って、いくつかのさらなるマットを調製した。しかしながら、有効な耐侵食性のために最適のシリカ固形分濃度を評価するために、異なる量のケイ酸エチルを各処理溶液中に用いた。

これらのマットの各々を侵食試験２に供した。

結果がグラフで表示されている図７を見ても分かるように、本発明のマットは、わずか２％のシリカ固形分濃度を有するケイ酸エチル調合物で処理された場合に完全に耐侵食性となり、一方、わずか０．２％のシリカ固形分濃度を有するケイ酸エチル溶液で処理された場合には前記マットは非常に有効な耐侵食性を有するように見える。さらに、０．１％のシリカ固形分濃度を有するケイ酸エチル溶液で処理された実施例８のマットは、ニードルマットと比較して、相当に改善された耐侵食性を示す。

柔軟性試験１
２００ｍｍ（幅）および１６０ｍｍ（長さ）の寸法を有するマットを、該マットが裂けることなく、巻き付けることができる最小直径を判定するために試験する。

実施例９〜１３
実質的に実施例１の方法に従って、いくつかのさらなるマットを調製した。しかしながら、柔軟性試験１に従って完成したマットの可撓性に対するシリカの影響を評価するために、異なる量のケイ酸エチルを各処理溶液に用いた。

比較例４
２００ｍｍ（幅）および１６０ｍｍ（長さ）の寸法の未処理マットを柔軟性試験１に従って試験した。

もちろん、当業者には理解されるように、例えば、市販で入手可能であり得るような、より可撓性の未処理マットの使用は、相応してより大きな可撓性を得る場合にそのようなマットを可能にする。

実施例１４〜１６
マットの侵食性能に対するケイ酸エチルのゲル化時間の影響を評価するために、様々な濃度のピペリジン触媒を有する、実質的に実施例１に従って形成された５ｗ／ｗ％シリカ固体溶液を用いて、マットを調製した。触媒溶液の濃度を表４に示す。

前記マットを侵食試験１に供した。結果を下記の表４に示す。

実施例１４〜１６の結果は、小量の触媒の使用によるゲル化時間の慎重な制御により、低いシリカ固形分濃度を有する処理混合物を用いて、侵食性能における改善を行うことができることを明確に示している。これは、また完成したマットに増大した可撓性を提供する。

なんらかの特定の理論によって縛られるわけではないが、速いゲル化速度は、脆く、機械的損傷の影響を受けやすい粗製ゲル構造を生成するものと思われる。これは、図８Ａに示すように、実施例１４の処理された繊維のＳＥＭ写真によって示されている。

一方、図８Ｂは、実施例１６の処理された繊維のＳＥＭ写真を示している。遅いゲル化速度は、より多孔性が低く、かつより脆性が低い均一に被覆された繊維を生成した。
実施例１７〜２１
液体Ａの柱状部（各々約０．０５ｃｍ^３）を、サフィルＲＴＭ繊維（Ｓａｆｆｉｌ ＲＴＭ Ｆｉｂｅｒｓ）を用いて形成されたアルミノケイ酸塩マットに注入した。次に、これらの柱状部の各々に約０．５５ｃｍ^３の液体Ｂを添加した。前記柱状部は下記の表５に示すような間隔で各マット上に正方形の格子パターンで配置した。前記柱状部自体は、溶媒が外側に浸透する前には、直径約１ｍｍであった。

前記マットを空気中で２日間にわたって乾燥させたところ、該マットは取り扱い可能であり、可撓性であった。
前記マットのＰＰを下記の試験方法を用いて試験した。

圧力性能（ＰＰ）試験
いかなる残留有機種およびバインダーも除去するために、マットを７００°Ｃに燃焼させた。次に、前記マットは、スペーサにおいて、０．４ｇｃｍ^−３のＦＧＢＤの圧縮と８％の相対間隙拡張（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｇａｐ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ（ＲＧＥ））との間で２５００回にわたってサイクルを繰り返される。次に、２５００サイクル目における８％のＲＧＥにおいて保持圧力を測定した。

実施例１７〜２１のマットの各々をＰＰ試験に供し、その結果を標準的な未処理のアルミナシリカ繊維マットのＰＰと比較した。結果を下記の表３に示す。表３は、ＰＰは柱状部間の間隔が減少するにつれて増大する傾向にあり、実施例２１の約０．５ｃｍ離間されたマットの柱状部は、未処理のマットのＰＰの約２倍になっていることを示している。

柔軟性試験２
２０ｍｍの変位までマットを曲げるのに必要とされる負荷を判定するために、２００ｍｍ（幅）および１６０ｍｍ（長さ）の寸法を有するマットを較正されたロードセルを用いて試験した。

実施例１７〜２１のマットの各々を未処理のアルミナ繊維マットと共に柔軟性試験に供した。結果を表３に示す。
見て分かるように、実施例１７〜１９のマットは、ＰＰにおける実質的な増大も与えながらも、少なくとも未処理のマットに匹敵する可撓性を提供する。

実施例２２
１００ｇのマットを処理するための単一溶液調合物を、
４０ｇのケイ酸エチル溶液（４０％のシリカ固形物、予め加水分解され、小さなポリマー鎖を含有）と、
４６．２ｇのイソプロパノールと、
１３．８ｇの水と、
を混合することによって調合した。

この溶液は、約１６％のシリカ固形分含有量に等しい。
酢酸を用いてこの溶液をｐＨ６にして、１．５ｃｍの間隔の正方形の格子パターンで柱状部（１つの柱状部当たり０．６ｃｍ^３）を形成するように、アルミナシリカ繊維マットに注入した。前記マットを空気中で１日間乾燥させた。

残りの溶液はゆっくりとゲル化し、残りの溶液を数時間使用し続けることが可能であった。
次に、このマットを侵食試験２によって試験したところ、ゼロ侵食を示すことが分かった。

実施例２３〜３５
シリカ固形分濃度およびケイ酸エチル混合物のｐＨの影響を実施例２３〜３５においてさらに調査した。表４に示すように、シリカ固形物の様々な濃度、並びに様々な酸および塩基を使用した異なるｐＨを用いて、実施例１４のそれに類似した方法で混合物を調合した。各混合物は、概ね等しい化学量論的量の水およびイソプロパノールを含有した。

次に、１．５ｃｍの間隔の正方形の格子パターンで柱状部を形成するために、マットをこれらの混合物で処理した。次に、それらのマットをＰＰ試験に供した。結果を表６に示す。

前記結果は、中性に近いｐＨは改善されたＰＰを提供するが、混合物中のシリカ固形物の濃度を低減すると、ＰＰの低下を招くことを示しているように思われる。

結果を図９にグラフで示す。図９は未処理のマットのＰＰを示す線も表示している。すべての実施例が、未処理マットに対してＰＰにおける相当な改善を示している。
実施例３４および３５も侵食試験２に従って試験したところ、侵食を受けないことが分かった。

実施例３６〜３９
マットの乾燥条件の影響を実施例３６〜３９において調査した。
実施例３６〜３８は、実施例２２のそれに類似するが、２２．８６％のシリカ固形分濃度を有し、酢酸によって触媒される方法で調合された溶液によって処理したマットを提供する。前記処理は、１．５ｃｍの間隔で正方形の格子配列で柱状部を形成することを含んだ。

実施例３９は、実施例２２のそれに類似するが、３５．７％のシリカ固形分濃度を有し、酢酸によって触媒される方法で調合された溶液によって処理したマットを提供する。前記処理は、１．５ｃｍの間隔で正方形の格子配列で柱状部を形成することを含んだ。

それらのマットの各々をＰＰ試験に供した。結果を表５に示す。

前記結果は、乾燥時間は、マットのＰＰに影響をほとんど与えないまま、１日から１〜３時間に大幅に短縮できることを示すものと思われる。前記結果を図１０にグラフで示す。図１０は未処理マットのＰＰを示す線も表示している。

実施例４０〜４２
実施例４０〜４２では、ケイ酸エチルをマットの主要表面全体を処理するために使用することについて調査した。各実施例において、４ｗ／ｗ％シリカ固形物溶液（実質的に実施例１のそれに従って調合）をアルミナシリカ繊維マットの表面上に噴霧した。前記マットを乾燥させ、摩擦試験に従って試験した、結果を下記の表８に示す。

摩擦試験
試料マットの摩擦係数を評価するために、一対のマットをロードセル内に中央パネルの両側にて配置する。マットが処理された主要表面を有する場合には、その表面が前記中央パネルに接触するように配置される。次に、マットを所望の繊維間隙嵩密度に圧縮するようにロードセルを調整し、それを行うのに必要とされる力Ｆ_１を記録する。中央パネルを除去し、最大引抜き力Ｆ_２を記録する。摩擦係数をＦ_１／Ｆ_２として計算する。

これらの結果は低いＦＧＢＤにおいて摩擦の有意な増大を提供する。これは、各マット中の繊維の量の低減が、相応して保持圧力を喪失することなく、達成され得ることを潜在的に意味する。

実施例４３〜４５
実施例４３〜４５では、マットの表面処理における異なるシリカ固形分濃度の使用について調査した。実質的に実施例４０〜４２に従って、８ｗ／ｗ％のシリカ固形物（実施例４３）、１０ｗ／ｗ％シリカ固形物（実施例４４）および１２ｗ／ｗ％シリカ固形物（実施例４５）を含有するマットを形成した。

押抜き試験
モノリスを保持する際のマットの性能を試験するために、マットをモノリスの周りに巻き付けて、０．３のＦＧＢＤを与えるようにキャニングする。前記マットが処理された主要表面を有する場合には、その表面を容器に対面させて配置した。次に、キャニングされたアセンブリを９００°Ｃに加熱して冷ます（ａｌｌｏｗｅｄ ｔｏ ｃａｌｌ）。次に、モノリスを５ｍｍ移動させるために、モノリスに軸方向力を印加し、その力の大きさを継続的に測定する。

実施例４３〜４５を前記押抜き試験に従って試験した。図１５Ａは、各々の移動に対する測定された力のプロットを示す。図１１Ｂは、未処理マットおよび実施例４３のマットの移動に対する測定された力のプロットを示す。

実施例４３のマットは、１４９０Ｎの最大押抜き力を示し、未処理のマットに対して８％の増大を表わしている。
実施例４６〜４７
アルミナシリカ繊維を、実質的に実施例１のそれに従って形成された、０．２ｗ／ｗ％のピペリジン触媒濃度と下記の表９に示したシリカ固形分濃度とを有するケイ酸エチル溶液で処理し、次いで乾燥させた。

次に、結果として生じた繊維をラテックスバインダーとスラリーにすることによってマットを形成した。それらのマットを圧力性能試験に従って試験した。

前記マットは、バインダー、ニードリングまたは他の一体化法を用いた湿式製紙法（ｗｅｔ ｌａｙｉｎｇ ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）によって形成されてもよいし、または乾式法によって形成され、適切に一体化されてもよい。

いくつかの実施形態において、シリカ前駆体混合物は、マット上に印刷または噴霧されてもよい。これに続いて、前駆体によるマットの浸透を支援するために、イソプロパノールのような溶媒を添加してもよい。

前記マットは、他の断熱材（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）やエンドコーンなど、つまり気体が衝突する任意の材料になってもよい。当業者はまた、前記マットは船舶用途または静的用途に用いられてもよいことも認識するだろう。

おそらく当業者は他の多数の有効な代替案に想到するであろう。本発明は記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨および範囲内に存する当業者に明らかである変更を包含することが理解されるであろう。

Claims (15)

1. シリカ前駆体で少なくとも部分的に被覆された繊維を含む１つ以上の第１部分を備える取り付けマットであって、前記シリカ前駆体は、前記繊維に耐侵食性無機ゲル組成物を形成するものであり、前記シリカ前駆体は、一般式：
   （前記式中、Ｒ ^１ 〜Ｒ ^４ は同一であるか、または異なり、かつＨまたは置換もしくは非置換のアルキル鎖を含む）を有する化合物を含む、取り付けマット。
2. 前記１つ以上の第１部分の主要表面積は、前記マットの主要表面積の８０％未満を占める、請求項１に記載の取り付けマット。
3. 前記１つ以上の第１部分の主要表面積は、前記マットの主要表面積の４０％未満、３０％未満、２０％未満、または１０％未満を占める、請求項１または２に記載の取り付けマット。
4. 第１部分の少なくとも一部は、前記マットの対象とする前縁の少なくとも一部に隣接する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の取り付けマット。
5. 前記少なくとも１つの第１部分の１つまたは各々は、前記マットの全厚の少なくとも一部を通って、延びる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の取り付けマット。
6. 前記マットは複数の第１部分を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の取り付けマット。
7. 前記第１部分は、前記マットの主要表面にわたって、無作為または規則的なパターンで配置される、請求項６に記載の取り付けマット。
8. 前記複数の第１部分は、前記耐侵食性無機ゲル組成物の柱状部を備え、該柱状部は前記マットの厚さの一部またはほぼ全部を通って延びる、請求項６または７に記載の取り付けマット。
9. 前記柱状部は規則的なパターンに配置され、各柱状部は、その最も近い１つ以上の隣の柱状部から１ｍｍ〜５０ｍｍに位置する、請求項８に記載の取り付けマット。
10. 前記マットの少なくとも一部は耐侵食性材料を含み、前記取り付けマットは侵食試験１に供された場合には２８ｍｍ ^３ 未満の侵食を受け、かつ前記取り付けマットは侵食試験２に供された場合には５０ｍｍ ^３ 未満の侵食を受ける、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の取り付けマット。
11. 前記取り付けマットは、柔軟性試験１に従って１００ｍｍ未満の最小巻き付き径を有し、かつ柔軟性試験２に従って１８０ｍｍ ^２ Ｎ ^−１ 未満の可撓性を有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の取り付けマット。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の取り付けマットを備えた触媒コンバーター。
13. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の取り付けマットを備えた触媒コンバーターであって、前記無機ゲル組成物は、シリカ化合物、シリコーンポリマーもしくはシリコーンゲルを含む、触媒コンバーター。
14. 前記シリカ前駆体を実施的に含んでいない第２部分を更に含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の取り付けマット。
15. 請求項１乃至１１および１４のいずれか一項に記載の取り付けマットを製造するための方法において、
    前記方法は、酸触媒反応または塩基触媒反応により、前記取り付けマットの前記一つ以上の第１部分の繊維に耐侵食性無機ゲル組成物を形成することを含む、方法。