(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを浄化するための金属触媒を担持した触媒構造体から成る排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、
前記触媒構造体は、気孔調整剤を含む水溶液にてスラリーを作製する工程を有する湿式抄紙法にて得られたシート状構造体を焼成した後、表面に前記金属触媒及びバインダを含むスラリーを塗布して触媒層を形成することにより前記金属触媒が担持されることを特徴とする排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【請求項２】
前記シート状構造体は、セラミックス粉末及びアルミナ・シリカ繊維を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【請求項３】
前記セラミックス粉末は、アルミナから成ることを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【請求項４】
前記触媒構造体における前記アルミナ・シリカ繊維の前記アルミナから成るセラミックス粉末に対する含有重量比は、０．２〜２．５の範囲内とされたことを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【請求項５】
前記焼成時における焼成温度は、１４５０℃〜１５５０℃の範囲内とされたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【請求項６】
前記触媒構造体は、所定の繊維及び結合剤を所定量の水に混入させたスラリーに凝集剤を添加して得られたフロックを抄紙してシート状構造体を得るシート化工程と、該シート化工程で得られたシート状構造体を焼成する焼成工程と、該焼成工程で得られた触媒構造体の表面に触媒層を形成する金属触媒担持工程とを経て得られることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【請求項７】
前記触媒構造体は、所定長さの前記シート状構造体の少なくとも一方の面に波形に折り曲げ形成させた前記シート状構造体を接着させ、ロール状に巻いてハニカム構造とされたものから成ることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを浄化するための金属触媒を担持した触媒構造体から成る排気ガス浄化用触媒担体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両等のエンジンから排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化用触媒担体は、通常、例えば白金、ロジウムやパラジウム等の貴金属触媒を担持した触媒構造体（触媒担体）から成るものとされている。特に、二輪車や発電機等の汎用エンジンにおいては、エンジンの振動や排気ガスの流通による高温環境下での使用に耐えるべく、耐久性の高い金属製（メタル製）のハニカム構造体が主に用いられており、当該金属製のハニカム構造体の表面に触媒層を形成することにより金属触媒を担持させている。
【０００３】
然るに、金属製のハニカム構造体の表面に触媒層を形成させたものにおいては、当該ハニカム構造体の表面が平滑とされており、触媒層との接着性が良好でないことから、当該触媒層がハニカム構造体から剥離してしまう虞がある。かかる触媒層の剥離を抑制するために、従来より種々提案がなされている。例えば特許文献１、２で開示された発明のように、金属製のハニカム構造体の表面に微小な突起を設けたもの、特許文献３で開示された発明のように、金属製のハニカム構造体の表面に金属酸化物被膜を形成したもの等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６９１１１号公報
【特許文献２】特開平８−２９９８０８号公報
【特許文献３】特開平６−７１１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の排気ガス浄化用触媒担体においては、触媒層の剥離を防止するための手段（微小な突起や金属酸化物被膜等）を形成する必要があることから、製造工程が増加して製造コストが嵩んでしまうという問題があった。一方、触媒構造体から金属触媒の離脱を確実に防止すべく、当該触媒構造体を振動や高温に対する耐久性に優れた金属製以外のものとし、当該触媒構造体の内部に金属触媒を内在させることも考えられるが、その場合、使用後の排気ガス浄化用触媒担体を廃棄する際、金属触媒を回収するのが極めて困難になってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、振動や高温に対する耐久性に優れ、且つ、使用時における触媒層の剥離を抑制することができるとともに使用後の金属触媒の回収を容易に行わせることができる排気ガス浄化用触媒担体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、排気ガスを浄化するための金属触媒を担持した触媒構造体から成る排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記触媒構造体は、気孔調整剤を含む水溶液にてスラリーを作製する工程を有する湿式抄紙法にて得られたシート状構造体を焼成した後、表面に前記金属触媒及びバインダを含むスラリーを塗布して触媒層を形成することにより前記金属触媒が担持されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記シート状構造体は、セラミックス粉末及びアルミナ・シリカ繊維を含んで成ることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記セラミックス粉末は、アルミナから成ることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記触媒構造体における前記アルミナ・シリカ繊維の前記アルミナから成るセラミックス粉末に対する含有重量比は、０．２〜２．５の範囲内とされたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１つに記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記焼成時における焼成温度は、１４５０℃〜１５５０℃の範囲内とされたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか１つに記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記触媒構造体は、所定の繊維及び結合剤を所定量の水に混入させたスラリーに凝集剤を添加して得られたフロックを抄紙してシート状構造体を得るシート化工程と、該シート化工程で得られたシート状構造体を焼成する焼成工程と、該焼成工程で得られた触媒構造体の表面に触媒層を形成する金属触媒担持工程とを経て得られることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか１つに記載の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法において、前記触媒構造体は、所定長さの前記シート状構造体の少なくとも一方の面に波形に折り曲げ形成させた前記シート状構造体を接着させ、ロール状に巻いてハニカム構造とされたものから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、触媒構造体は、気孔調整剤を含む水溶液にてスラリーを作製する工程を有する湿式抄紙法にて得られたシート状構造体を焼成した後、表面に金属触媒及びバインダを含むスラリーを塗布して触媒層を形成することにより金属触媒が担持されるので、振動や高温に対する耐久性に優れ、且つ、使用時における触媒層の剥離を抑制することができるとともに使用後の金属触媒の回収を容易に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化用触媒担体を示す模式図であって、（ａ）全体斜視図（ｂ）平面図
【図２】同排気ガス浄化用触媒担体における触媒構造体の製造工程を示す模式図
【図３】同排気ガス浄化用触媒担体における触媒構造体の製造工程（ハニカム構造を得るための工程）を示す模式図
【図４】同排気ガス浄化用触媒担体における触媒構造体の製造工程を示すためのフローチャート
【図５】同排気ガス浄化用触媒担体における触媒構造体とセラミック製の触媒構造体と金属製の触媒構造体とのそれぞれの面粗さを比較するためのグラフ
【図６】同排気ガス浄化用触媒担体における触媒構造体と金属製の触媒構造体との触媒層剥離率を比較するためのグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る排気ガス浄化用触媒担体は、例えば二輪車や発電機等の汎用エンジンから排出される排気ガスを浄化するためのもので、図１に示すように、内部がハニカム構造とされた円柱状の触媒構造体１（触媒担体）から成る。この触媒構造体１は、湿式抄紙法（所謂「抄造法」）にて得られたシート状（ペーパー状）の触媒構造体（シート状構造体）を所定形状に成形して焼成した後、表面に触媒層を形成することにより前記金属触媒が担持されて成るものである。
【００１７】
以下、本実施形態に係るシート状の触媒構造体１の製造方法について、図４のフローチャートに基づいて説明する。
まず、所定量の水に対しセラミックス粉末、アルミナ・シリカ繊維を含んで成る所定の繊維（耐熱性繊維）、無機バインダ（結合剤）、気孔調整剤等を投入して水溶液を作製し、これら含有物を均一に分散させたスラリーを作製する（スラリー生成工程Ｓ１）。そして、当該スラリーに凝集剤を添加してフロックを生成（フロック生成工程Ｓ２）した後、当該フロックを抄紙（湿式抄紙法）してシート状（ペーパー状）の多孔質構造を生成する（シート化工程Ｓ３）。
【００１８】
セラミックス粉末は、本実施形態においてはアルミナから成るものとされ、触媒構造体１におけるアルミナ・シリカ繊維のアルミナから成るセラミックス粉末に対する含有重量比（含有重量割合）（アルミナ・シリカ繊維重量／アルミナから成るセラミックス粉末重量）が、０．２〜２．５の範囲内とさるよう調製されている。なお、本実施形態においては、抄紙時に用いられる原材料（水溶液内）に金属触媒としての貴金属は含まれていない。
【００１９】
耐熱性繊維は、シリカ及びアルミナを主成分とした非晶質セラミックスから成り、湿式抄紙法でシート状に成形されて触媒構造体１を成すものである。尚、耐熱性繊維は、化学的、物理的に安定で、抄紙した際に繊維同士が強く絡み合って高強度な構造体を得ることができれば、他の材質から構成してもよく、アラミド繊維等の有機繊維を使用することもできる。その他、耐熱性が高く、化学的にも安定なガラス繊維や炭素繊維を湿式抄紙法でペーパー状に成形することにより構造体を得るようにしてもよい。
【００２０】
フロックを生成するための凝集剤は、高分子凝集剤と金属カチオンとを含有し、強い電荷を有しており、水溶液中でそれぞれ電荷を帯びて電気的に反発し合っている物質の電荷を中和し、強く絡み付かせるものである。このうち高分子凝集剤は、絡み付いた繊維の間に入り込み、更に結合力を強化する働きがあり、金属カチオンはミョウバン、硫酸アルミニウム等の水溶液にＡｌ３＋カチオンを含むものが使用される。
【００２１】
本実施形態においては、図２に示すように、所定の繊維や結合剤等を含む上記した如きフロック（スラリー生成工程Ｓ１及びフロック生成工程Ｓ２を経て生成されたフロック）を収容容器２内に所定量収容しておき、この収容容器２内の液面の上下を含む範囲で回転駆動する円網３（外周面にスラリーを一定量貼り付かせてローラ４に搬送する網状部材）にて掬い上げ、所定厚さのシート状構造体Ｐを得るようになっている。このシート状構造体Ｐは、ローラ４から順次ロールプレス５まで連続的に搬送され、当該ロールプレス５にて所定圧力が付与されることにより所望厚さに調整される。
【００２２】
そして、ロールプレス５にて圧力が付与されて所定厚さとされたシート状構造体Ｐは、乾燥機６に連続的に送られ、当該乾燥機６内を搬送される過程で乾燥処理される（乾燥工程Ｓ４）。その後、乾燥されたシート状構造体Ｐは、巻き取り装置７にて順次巻き取られることとなる。これにより、貴金属を含有したシート状構造体Ｐを所定量得ることができ、かかるシート状構造体Ｐを後述の如くハニカム構造に成形（成形工程Ｓ５）した後、焼成工程Ｓ６で焼成することにより、多孔質構造体から成る触媒構造体１が得られることとなる。なお、触媒金属としての貴金属は、焼成工程Ｓ６直後においては未だ担持されていない。
【００２３】
成形工程Ｓ５において、巻き取り装置７にて巻き取られたシート状構造体Ｐは、図３（ａ）に示すように、折り曲げされない所定長さ（長尺状）のシート状構造体Ｐａ、及び波形（コルゲート状）に折り曲げ形成された所定長さ（長尺状）のシート状構造体Ｐｂの２つの形状のものとされるとともに、同図（ｂ）に示すように、所定長さのシート状構造体Ｐａの少なくとも一方の面に波形に折り曲げ形成させたシート状構造体Ｐｂを接着剤等にて接着させ、同図（ｃ）に示すように、ロール状に巻くことにより、ハニカム構造とされた焼成前の触媒構造体１’とされる（同図（ｄ）参照）。
【００２４】
そして、成形工程Ｓ５で得られた触媒構造体１’を例えば１４５０℃〜１５５０℃で焼成する（焼成工程Ｓ６）ことにより、図１に示すような触媒構造体１を得ることができる。このようにして得られた触媒構造体１と、従来の如きセラミック製の触媒構造体と、従来の如き金属製の触媒構造体と（何れもハニカム構造である）における面粗さについて比較する実験を行ったところ、図５に示すように、本実施形態に係る触媒構造体１の面粗さは約５．９１６（μｍ）（同図における中央のグラフ）だったのに対し、従来の如きセラミック製の触媒構造体の面粗さは約３．５７６（μｍ）（同図における左側のグラフ）、従来の如き金属製の触媒構造体の面粗さは約０．２２７（μｍ）（同図における右側のグラフ）だった。この実験結果からも分かる通り、本実施形態に係る触媒構造体１の軸方向の面粗さは、従来のセラミックス製や金属製の触媒構造体に比べて粗くなっている。
【００２５】
然るに、上記の如き焼成工程Ｓ６を経て得られた触媒構造体１に対し、その表面１ａに触媒層を形成することにより金属触媒としての貴金属（例えば白金、ロジウム、パラジウム等）を担持させる（金属触媒担持工程Ｓ７）。具体的には、金属触媒担持工程Ｓ７は、焼成工程Ｓ６を経て得られた触媒構造体１の表面に対し、金属触媒（触媒としての貴金属）及びバインダ（結合材）を含むスラリーを塗布し、約６００℃で熱処理することによりバインダ（結合材）の固化を行わせて触媒層を触媒構造体１の表面上に定着させ、触媒層を形成する工程とされている。このようにして金属触媒としての貴金属を担持させれば、例えば排気ガスを浄化することができる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る触媒構造体１における従来の如き金属製の触媒構造体との比較における技術的優位性について説明する。
本実施形態に係る焼成後の触媒構造体１及び従来の如き金属製の触媒構造体（それぞれ径が３０ｍｍ、長さが２０ｍｍに成形されたもの）の表面に対し、金属触媒（触媒としての貴金属）及びバインダ（結合材）を含むスラリーを塗布し、約６００℃で熱処理することによりバインダ（結合材）の固化を行わせて触媒層を触媒構造体１及び金属製の触媒構造体のそれぞれの表面上に定着させ、触媒層を形成した。
【００２７】
ここで、スラリーの塗布及び熱処理の前後における重量差を求めることにより、触媒層の重量を算出したところ、本実施形態に係る触媒構造体１が１．３５７２（ｇ）、従来の如き金属製の触媒構造体が２．０４１４（ｇ）であった。その後、金属触媒を担持させた両触媒構造体を１０００℃電気炉内で１０分間保持した後、電気炉から取り出して室温とした。
【００２８】
そして、両触媒構造体を超音波振動機（１８０Ｗ、４２Ｈｚ）における水槽内に沈め、当該水槽内に対して超音波振動を付与しつつ１０分間保持させることにより剥離試験を行った。このような超音波振動の付与による剥離試験を５回繰り返し、それぞれの重量を測定するとともに、当該剥離試験前後の重量変化からそれぞれの剥離率を算出したところ、図６に示すように、本実施形態に係る触媒構造体１が２．６１（％）、従来の如き金属製の触媒構造体が６．７１（％）であった。従って、上記の如き剥離試験の結果、本実施形態に係る触媒構造体１によれば、従来の如き金属製の触媒構造体に比べて、金属触媒の剥離率を著しく低下させることができ、耐久性を向上させることができることが分かった。
【００２９】
上記実施形態によれば、排気ガスを浄化するための金属触媒を担持した触媒構造体１から成る排気ガス浄化用触媒担体において、触媒構造体１は、湿式抄紙法にて得られたシート状構造体Ｐを焼成した後、表面に触媒層を形成することにより金属触媒が担持されて成るので、振動や高温に対する耐久性に優れ、且つ、使用時における触媒層の剥離を抑制することができるとともに使用後の金属触媒の回収を容易に行わせることができる。すなわち、本発明に係る触媒構造体は、湿式抄紙法にて得られたシート状の触媒構造体から成るので、その表面の繊維により表面粗さが粗くなっていることから、当該表面に形成された触媒層をより確実且つ長期に亘って保持させることができるのである。
【００３０】
さらに、触媒構造体１は、所定の繊維及び結合剤を所定量の水に混入させたスラリーに凝集剤を添加して得られたフロックを抄紙してシート状構造体Ｐを得るシート化工程Ｓ３と、該シート化工程Ｓ３で得られたシート状構造体Ｐを焼成する焼成工程Ｓ６と、該焼成工程Ｓ６で得られた触媒構造体１の表面に触媒層を形成する金属触媒担持工程Ｓ７とを経て得られるので、特別な工程を追加することなく、振動や高温に対する耐久性に優れ、且つ、使用時における触媒層の剥離を抑制することができるとともに使用後の金属触媒の回収を容易に行わせることができる。
【００３１】
また更に、触媒構造体１は、所定長さのシート状構造体Ｐａの少なくとも一方の面に波形に折り曲げ形成させたシート状構造体Ｐｂを接着させ、ロール状に巻いてハニカム構造とされたものから成るので、かかるハニカム構造により、排気ガスが触媒構造体１内部を良好に流通させることができ、浄化作用を確実に行わせることができる。なお、本実施形態においては、焼成温度が１４５０℃〜１５５０℃の範囲内とされていることから、確実な焼成を行わせるとともに、焼成過程で触媒構造体が溶けてしまうのを回避することができる。
【００３２】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば金属触媒担持工程Ｓ７にて担持させる貴金属を他の触媒金属としてもよく、抄紙時の原材料を他のものとしてもよい。本実施形態に係るシート状構造体は、セラミックス粉末及びアルミナ・シリカ繊維を含んで成るが、これに代えて他のものを含むものとしてもよく、アルミナ以外のセラミックス粉末としてもよい。さらに、触媒構造体におけるアルミナ・シリカ繊維のアルミナから成るセラミックス粉末に対する含有重量比は、０．２〜２．５の範囲外のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
触媒構造体は、気孔調整剤を含む水溶液にてスラリーを作製する工程を有する湿式抄紙法にて得られたシート状構造体を焼成した後、表面に金属触媒及びバインダを含むスラリーを塗布して触媒層を形成することにより金属触媒が担持されて成る排気ガス浄化用触媒担体の製造方法であれば、車両に用いられるものに限らず他の形態のものに適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  触媒構造体
２  収容容器
３  円網
４  ローラ
５  ロールプレス
６  乾燥機
７  巻き取り装置
Ｐ  シート状構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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