(57)【要約】  汚染防止装置に汚染防止要素を実装する際に使用するために操作上適合させた多層実装マットであって、前記マットが第１層と、第２層と、前記第１層の主要面と前記第２層の主要面とを共に結合させるためにその間に挟持されている接着剤とを含み、前記接着剤が約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子及び無機水溶性塩の少なくとも１つを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染防止装置に汚染防止要素を実装する際に使用するために操作上適合させた多層実装マットであって、前記マットが第１層と、第２層と、前記第１層の主要面と前記第２層の主要面とを共に結合させるためにその間に挟持されている接着剤とを含み、前記接着剤が約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子及び無機水溶性塩の少なくとも１つを含む多層実装マット。
【請求項２】
前記接着剤が無機水溶性塩を含む、請求項１に記載の多層実装マット。
【請求項３】
前記無機水溶性塩が、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１又は２のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項４】
前記無機水溶性塩がケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウムである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項５】
前記接着剤が約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項６】
前記無機コロイド粒子が約１００ｎｍ未満の平均直径を有する、請求項５に記載の多層実装マット。
【請求項７】
前記無機コロイド粒子が、コロイドシリカ、コロイドアルミナ、コロイド状粘土、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項８】
前記無機コロイド粒子がコロイドシリカ及びコロイド状粘土を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項９】
前記第１層及び前記第２層が膨張性層である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１０】
前記第１実装マット層及び前記第２層がそれぞれ非膨張性層である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１１】
前記第１層及び前記第２層のうち一方が膨張性層であり、他方が非膨張性層である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１２】
前記接着剤が不連続層の形態である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１３】
前記接着剤が、前記第１層及び前記第２層の厚みの約２０％未満に浸透する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１４】
前記接着剤が、約５〜約１７５ｇ／ｍ２の乾燥コーティング重量を有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１５】
前記接着剤が、引張り強度又はＴ−剥離接着について試験する場合に凝集破壊モードを示す、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１６】
前記接着剤がゲルである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１７】
第３層を更に含み、前記第３層の主要面が、約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子又は無機水溶性塩の少なくとも１つを含む接着剤によって前記第２層の第２の主要面に接着される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項１８】
前記第１層及び前記第３層がそれぞれ非膨張性層であり、前記第２層が膨張性層である、請求項１７に記載の多層実装マット。
【請求項１９】
前記マットが触媒コンバータに使用するために操作上適合される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項２０】
前記マットがディーゼル微粒子フィルタに使用するために操作上適合される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の多層実装マット。
【請求項２１】
多層実装マットを製造する方法であって、前記方法が、
（ａ）約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子又は無機水溶性塩の少なくとも１つを含む接着剤を第１実装マット層の主要面に適用する工程と、
（ｂ）第２実装マット層の主要面を前記第１実装層の前記接着剤コーティングされた面に共に圧縮させて多層実装マットを形成する工程とを含む、方法。
【請求項２２】
前記多層実装マットを乾燥させる工程を更に含む、請求項２１の記載の方法。
【請求項２３】
前記接着剤が連続層として適用される、請求項２１又は２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記接着剤が不連続層として適用される、請求項２１又は２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記接着剤が別個の領域として適用される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ケーシングと、前記ケーシング内に配置された汚染防止要素と、前記汚染防止要素を前記ケーシング内に実装するためにその間に配置された請求項１〜１８のいずれか一項に記載の多層実装マットとを含む汚染防止装置。
【請求項２７】
前記汚染防止要素が触媒要素である、請求項２６に記載の汚染防止装置。
【請求項２８】
前記汚染防止要素が微粒子フィルタ要素である、請求項２６に記載の汚染防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互対照）
本願は、２００６年６月１日に出願された米国仮出願整理番号６０／８０３６６４の優先権を主張し、その開示はその／それらの全体が本明細書に参考として組み込まれる。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、汚染防止要素（例えば、触媒キャリア、フィルタ要素、及びこれらの組み合わせ）を汚染防止装置（例えば、触媒コンバータ、排気フィルタ）に実装する際に使用するために操作上適合された多層実装マット、その実装マットを製造する方法、及びその実装マットを含む汚染防止装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
汚染防止装置は、一般に自動車において大気汚染を抑制するために使用される。現在広く使用されている２種類の装置は、触媒コンバータとディーゼル微粒子フィルタである。触媒コンバータは、その中のモノリシック構造上に通常コーティングされる触媒を含有する。前記触媒は一酸化炭素及び炭化水素を酸化し、自動車排気ガス中の窒素酸化物を還元し大気汚染を抑制する。ディーゼル微粒子フィルタは、多孔性の結晶性セラミック材料から通常製造されるハニカム状モノリシック構造を有するウォールフローフィルタである。
【０００４】
これらの汚染防止装置の現況技術において、それぞれの装置は通常、金属又はセラミックであるモノリシック構造又は要素をその中に保持する金属ケーシングを有し、最も一般的にはセラミックである。セラミックモノリスは一般に、大きな表面積を提供するために非常に薄い壁を有するので、脆く、破断し易い。また一般に、それが収容されている金属（通常はステンレススチール）ケーシングより小さい桁の熱膨張係数を有する。セラミックモノリスに対する道路の衝撃や振動による損傷を回避し、熱膨張の差を補い、排気ガスがモノリスと金属ケーシングとの間を通り抜けるのを防止するために、保護パッキング材料（例えば、セラミック「実装マット」）がセラミックモノリスと金属ケーシングとの間に通常パッキングされる。
【０００５】
保護パッキング材料を配置する又は挿入するプロセスには、モノリスの周りにシート材料（すなわち実装マット）を包む工程及び包まれたモノリスをケーシングに挿入する工程のようなプロセスが含まれる。
【０００６】
通常、実装マットを形成するために使用される材料は、高温耐久性、良好な取り扱い性、弾力性、可撓性、及び強度といった特性を提供する耐火性セラミック繊維を含む。また膨張性材料を使用して、実装マットが高温で体積膨張できるようにすることもできる。こうした膨張は、使用中にモノリスを適切な位置に保持するのを助ける。
【０００７】
多くの場合、実装マットは、２層以上の保護材料を共に結合させることによって形成される。例えば、結合されるべき層は、所望の性能特性に応じて、膨張性層と膨張性層、膨張性層と非膨張性層、又は非膨張性層と非膨張性層であることができる。従来こうした層は、有機接着剤を用いて共に結合され、通常感圧性接着剤又はホットメルト接着剤フィルムである。一般に、ホットメルト接着剤を用いる層の結合プロセスは次のように行われている。まず、有機接着剤フィルムを２つのマット層間に配置する。次に、マットを加熱して有機接着剤を軟化させ、ニップを通して層を共に押しつける。次いでマットを冷却させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、多層実装マットの層を共に結合させるために有機ホットメルト接着剤を用いることには、いくつかの欠点があることを認識している。
【０００９】
例えば、こうした接着剤は有機物であるので、相対的に高温（例えば、約２００℃を超える温度）に曝される場合に分解し、不快な臭いを発生し得る。最も顕著な臭いは、通常、実装マットが最初に熱い排出煙に曝される汚染防止装置を使用する最初の数分間に生じる。熱い排気ガスは有機接着剤を焼き自動車組立ラインの作業員にとり刺激となる悪臭を生じる。
【００１０】
多層実装マットの層を共に結合させるために有機ホットメルト接着剤を用いることによる別の考えられる欠点は、有機接着剤が高温に曝されて分解する場合に、その分解によって質量及び体積損失を生じ、実装マットの保持性能が低減し得ることである。
【００１１】
多層実装マットの層を共に結合させるために有機ホットメルト接着剤を用いることによる第３の考えられる欠点は、汚染防止装置の適用温度が相対的に低い（例えば、約３００℃未満）場合、有機接着剤の熱分解が、これによって堅くなり、弾力性がなくなり、生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの考えられる欠点を鑑みて、本発明者らは、多層実装マットを無機接着剤を用いて共に接着させる必要が当該技術分野にはあることを認識した。
【００１３】
簡単には、本発明は、汚染防止装置に汚染防止要素を実装する際に使用するため操作上適合された（すなわち、ある寸法、組成及び設計を有する）多層実装マットを提供する。マットは第１層と、第２層と、前記第１層の主要面と前記第２層の主要面とを共に結合させるためにそれらの間に挟持されている接着剤とを含み、前記の接着剤が約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子及び無機水溶性塩の少なくとも１つを含む。
【００１４】
本発明の実装マットの層は、無機接着剤を用いて共に結合される。故に、上述した有機接着剤を用いることに関連する欠点を排除できる。さらに、層を共に圧縮する（例えばマットをニップに通すことによる）前に接着剤を軟化するためマットを加熱する工程は、無機接着剤を利用する場合はもはや必要でない。
【００１５】
別の態様では、本発明は、ケーシングと、このケーシング内に配置された汚染防止要素と、この汚染防止要素とケーシングとの間に配置された本発明の多層実装マットとを含む汚染防止装置を提供する。
【００１６】
さらに別の態様では、本発明は、多層実装マットを製造する方法を提供する。この方法は、（ａ）約３００ｎｍ未満の平均直径を有する無機コロイド粒子又は無機水溶性塩の少なくとも１つを含む接着剤を第１の実装マット層の主要面に適用する工程と、（ｂ）第２の実装マット層の主要面を第１の実装層の接着剤でコーティングされた面に共に圧縮して多層実装マットを形成する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
マット層
本発明の多層実装マットは、接着剤によって共に結合される少なくとも２つのマット層を含む。これらの層は、膨張性材料及び非膨張性材料を含む種々の材料から製造できる。
【００１８】
本明細書で使用する時、「非膨張性」とは、約８００℃〜約９００℃の温度に加熱される場合に厚みに関して約１０％未満の自由膨張を示す材料を指す。自由膨張とは、制限なしに加熱される場合に材料が行うＺ軸での膨張量のことを指す。本明細書で使用する時、「膨張性」とは、同じ条件下で厚みに関して約１０％以上の自由膨張を示し得る材料を指す。
【００１９】
膨張性シート材料は、所望の湿潤強度を提供するために有機及び／又は無機結合剤を用いて、未膨張バーミキュライト、ハイドロバイオタイト、又は水膨潤性フッ素四ケイ素雲母から製造できる（例えば、米国特許番号３，９１６，０５７を参照のこと）。シート材料は、抄紙技術によって所望の厚みに製造できる。
【００２０】
好適な無機結合剤としては、例えば水膨潤性の未交換形態又は凝集後の二価又は多価カチオンとの交換塩としてフッ素四ケイ素雲母、並びに繊維性材料を含むことができる。有機結合剤は、例えば天然又は合成ゴムラテックスとしてラテックス形態で添加される場合が多い、少量の種々のポリマー及びエラストマーを含んでいてもよい。
【００２１】
シート材料は、例えばセラミック転換紙に関して米国特許番号３，４５８，３２９に記載されるような標準的な抄紙技術によって形成できる。３０〜８５重量％の膨張性材料、好ましくはバーミキュライト鉱石の未膨張選鉱フレーク、ハイドロバイオタイト、又は水膨潤性合成フッ素四ケイ素タイプの雲母は、単独で又はこれら３つの材料のいずれかの組み合わせでシート内に組み込むことができる。強化剤（０〜６０％であるが、好ましくは５〜約６０％）、例えばクリソタイル、ソフトガラス繊維、米国特許番号３，７０９，７０６に記載されるようなジルコニア−シリカ繊維を含む耐火性フィラメント、結晶性アルミナウイスカー及びアルミノケイ酸塩繊維（商標名ファイバフラックス（Fiberfrax）（商標）及びカオウール（Kaowool）（商標）として市販されている）又は金属フィラメントは、グリーン状態でのシート材料に対して、並びに最終的な膨張性シート材料及び剥離シートに対して一体性を付与するために組み込むことができる。１０〜７０重量％の無機結合剤は、膨張性シート材料、例えば水膨潤性合成雲母のミクロフレーク（例えば、米国特許番号３，００１，５７１を参照のこと）、モンモリロナイト（ベントナイト、ヘクトライト、又はサポナイト）或いはカオリナイト（ボールクレイ）を調製する際に使用される。他の特性のために構成成分として含まれることもある合成雲母は、存在する別の粒子をインターロックする又は順応させるのに十分な能力を有し、無機結合剤として第２の能力を有し得る。
【００２２】
合成雲母を結合剤として利用する場合、溶液は未交換合成フッ素四ケイ素雲母から調製されるか、又は交換合成雲母の懸濁液を使用してもよい。濃度は、２０重量％まで又はそれ以上の広い範囲で変更してもよい。合成フッ素四ケイ素雲母は、２つの形態のうち他方の１つを結合剤として使用できる。未交換雲母が使用される場合（すなわち、通常ナトリウム又はリチウム形態）、凝集は、二価又は三価カチオン塩、例えばＢａ（ＮＯ３）２、ＢａＣｌ２、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ（ＮＯ３）３の水溶液を添加することによって開始される。一方で、交換雲母（例えばＢａ＋＋、Ｋ＋、Ｃａ＋＋、Ｍｇ＋＋、Ｓｒ＋＋、Ｐｂ＋＋、Ａｌ＋＋＋など）を使用する場合、凝集は、非イオン性高分子電解質、例えばポリエチレンイミン又はポリアクリルアミドによって最良に達成される。少量の有機又は無機繊維性材料を添加して、グリーンシート材料にさらにグリーン強度を付与してもよい。膨張性材料、１以上の強化剤、及び結合剤は共にブレンドされ、続いて凝集剤がブレンドされる。本発明の範囲を超えることなく、膨張性材料の分散を改善するために少量の界面活性剤又は発泡剤も使用してもよい。シートは、他の方法も使用できるが、便利なことに長網抄紙機スクリーン上の手抄き紙作成機において標準の抄紙技術によっても形成される。得られたグリーンシートは、約９０℃で乾燥され、取り扱うことのできる可撓性の弾力的膨張性シート材料を形成する。
【００２３】
膨張性シート材料はまた、例えば米国特許番号４，９２９，４２９及び米国特許番号５，０２８，３９７に記載されるように、耐火性セラミック繊維から製造することもできる。耐火性セラミック繊維は、水溶液又は「オルガノゾル」又は「ゾルゲル」と呼ばれるコロイド状分散液から製造できる。ゾルゲルプロセスによって形成される耐火性セラミック繊維は、それらが燃やされる温度によって、結晶性又は非晶質であることができる。
【００２４】
或いは、耐火性セラミック繊維は、より大きな弾力性を提供するために、例えば米国特許番号５，２５０，２６９に記載されているように、溶融形成又は徐冷することもできる。溶融形成された耐火性セラミック繊維は、粗い粒子構造を生じることがある高温を避けながら、徐冷されて微粒子化された結晶性形態を示すことができる。
【００２５】
米国特許番号５，２５０，２６９に記載されるように溶融形成又は徐冷された耐火性繊維を含むマット層は、徐冷され、溶融形成された耐火性セラミック繊維以外の材料を含まないのが好ましく、マット層を取り扱うことができるように十分な一体性を提供するために少量の結合剤だけを有するのが好ましい。結合剤は、マット層の平面に繊維の大部分を整列させるために繊維を湿式載置させることによって回避できる。
【００２６】
溶融形成された耐火性セラミック繊維は、メルトブロウン又は溶融紡糸された形態で、種々の金属酸化物、好ましくは約３０〜約７０重量％のアルミナ及び約７０〜約３０重量％のシリカを、好ましくはほぼ等重量で有するＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２の混合物であることができる。この混合物は、他の酸化物、例えばＢ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、及びＺｒＯ２を含むことができる。
【００２７】
膨張性マット層を製造するために使用できる溶融形成された耐火性セラミック繊維は、多数の供給元から利用可能であり、それらとしては、ユニフラックス社（Unifrax Corp.）（ニューヨーク州ナイアガラ・フォールズ（Niagara Falls））からの商標名ファイバフラックス（Fiberfrax）（商標）；サーマル・セラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ（Augusta））からのセラファイバ（Cerafiber）（商標）及びカオウール（Kaowool）（商標）；サーマル・セラミックス（Thermal Ceramics Co.）（テネシー州エルウイン（Erwin））からのセル−ウール（Cer-wool）（商標）；及び新日鉄化学（Shin-Nippon Steel Chemical）（日本、東京）からのＳＮＳＣ（商標）として知られるものが挙げられる。商標名セル−ウール（Cer-wool）（商標）として知られるセラミック繊維の製造元は、それらが、４８重量％のシリカ及び５２重量％のアルミナの混合物から溶融紡糸され、３〜４マイクロメートルの平均繊維直径を有すると述べている。商標名セラファイバ（Cerafiber）（商標）として知られるセラミック繊維の製造元は、それらが、５４重量％のシリカ及び４６重量％のアルミナの混合物から溶融紡糸され、２．５〜３．５マイクロメートルの平均繊維直径を有すると述べている。セラミック繊維ＳＮＳＣ  １２６０−Ｄ１の製造元は、それらが、５４重量％のシリカ及び４６重量％のアルミナの混合物から溶融形成され、約２マイクロメートルの平均繊維直径を有すると述べている。マット層の個々のセラミック繊維は、好ましくは２〜８マイクロメートルの直径を有する。
【００２８】
米国特許番号５，５２３，０５９に記載されるもののようなガラス繊維を有する膨張性シート材料もマット層として有用な場合がある。これらの材料は、通常、約２５重量％〜約６０重量％のセラミック繊維、約２５重量％〜約６０重量％の少なくとも１つの未膨張の膨張性材料、約０．１重量％〜約５重量％の約２．０マイクロメートル未満の直径を有するガラス繊維、及び約０．１〜約１５％の有機結合剤を含む。
【００２９】
こうしたマット層は、既知の湿式載置又は抄紙プロセスによって形成できる。組成物は、通常、固形分が混合物とよく分散するように多量（large mount）の水（例えば、９５％を超える水）を含有する。次いで、混合物はスクリーン上に素早く注がれ、排水されてマットを形成し、次いでそれを乾燥させる。
【００３０】
これらのマット層を製造するのに有用なガラス繊維は、約２．０マイクロメートル未満の直径を有するガラスマイクロファイバであることができる。好適なガラスとしては、ホウケイ酸ガラス、例えばアルミノホウケイ酸カルシウム、アルミノホウケイ酸マグネシウム、及びホウケイ酸アルカリ（例えば、ナトリウム及びカリウム）が挙げられる。好ましくは、繊維はホウケイ酸アルカリガラスから製造される。本明細書で使用する時、「ガラス」という用語は、非晶質（すなわち、結晶相の存在を示す明確な線がない拡散Ｘ線回折パターンを有する材料）無機酸化物材料のことを指す。好適なガラス繊維は、使用温度付近に軟化点を有する。この温度は、通常、約９００℃未満、好ましくは約８５０℃未満、及び最も好ましくは約８００℃未満である。「軟化点」という用語は、均一な直径を有する繊維形態のガラスが自重により特定の割合で伸長する温度を指す。
【００３１】
好適なガラス繊維は、シュラー（Schuller Co.）からマイクロ−ストランド（Micro-Strand）（商標）マイクロファイバ（MicroFibers）（商標）として市販されている。ガラス繊維は、約０．１重量％〜約５重量％、及び好ましくは約２重量％〜約４重量％の量で有用であることができる。約５％超過の量で使用される場合、マットを製造する際に使用される湿式載置プロセスにおいて繊維が組成物の排水を妨げる場合がある。好ましくは、ガラス繊維は約１マイクロメートル未満の直径を有する。
【００３２】
セラミック繊維は、汚染防止装置に実装する前のシート材料に弾力性及び可撓性を与えると共に、高温で使用する際にはシート材料に凝集強度及び弾力性を与える。繊維に有用な材料としては、グラファイト、アルミナ−シリカ、シリカ、及びカルシウム−シリカが挙げられる。好ましい材料としては、アルミナ−シリカ及びカルシウム−シリカが挙げられる。
【００３３】
市販されている好適な繊維としては、ユニフラックス社（Unifrax Corp.）（ニューヨーク州ナイアガラ・フォールズ（Niagara Falls））からのファイバフラックス（Fiberfrax）（商標）７０００Ｍ繊維及びサーマル・セラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ（Augusta））からのセラファイバ（Cerafiber）（商標）といったアルミノケイ酸塩繊維を挙げることができる。
【００３４】
好適な膨張性材料としては、未膨張バーミキュライト、バーミキュライト鉱石、ハイドロバイオタイト、米国特許番号３，００１，５７１に記載されている水膨潤性合成フッ素四ケイ素タイプ雲母、米国特許番号４，５２１，３３３（グラハム（Graham）ら）に記載されているようなケイ酸アルカリ金属塩顆粒、及び膨張性グラファイトが挙げられる。好ましい膨張性材料は、未膨張バーミキュライト、及びバーミキュライト鉱石である。
【００３５】
樹脂性有機結合剤は、キャンニングの前及びキャンニング中にシート材料の弾力性及び強度を改善するために添加できる。好適な有機結合剤材料としては、水性ポリマーエマルション、溶媒系ポリマー及び１００％固形分のポリマーが挙げられる。水性ポリマーエマルションは、ラテックス形態の有機結合剤ポリマー及びエラストマー（例えば、天然ゴムラテックス、スチレン−ブタジエンラテックス、ブタジエン−アクリロニトリルラテックス並びにアクリレート及びメタクリレートポリマー又はコポリマーのラテックス）である。溶媒系ポリマー結合剤としては、アクリル系、ポリウレタン、又はゴム系有機ポリマーのようなポリマーを挙げることができる。１００％固形分ポリマーとしては、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム及び他のエラストマーが挙げられる。
【００３６】
好ましくは、有機結合剤材料としては水性アクリル系エマルションが挙げられる。アクリル系エマルションは、それらの経年特性及び非腐食性燃焼生成物といった理由から好ましい。有用なアクリル系エマルションとしては、ローム・アンド・ハース（Rohm and Haas）（ペンシルベニア州フィラデルフィア）から商標名ロプレックス（Rhoplex）（商標）ＴＲ−９３４（４４．５重量％固形分の水性アクリル系エマルション）、及びロプレックス（Rhoplex）（商標）ＨＡ−８（４４．５重量％固形分のアクリル系コポリマーの水性エマルション）として市販されているものが挙げられる。好ましいアクリル系エマルションは、ＩＣＩレジンズＵＳ（ICI Resins US）（マサチューセッツ州ウィルミントン（Wilmington））からの商標名ネオクリル（Neocryl）（商標）ＸＡ−２０２２（６０．５％固形分のアクリル系樹脂水性分散液）及びエア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ（Air Products and Chemicals）（ペンシルベニア州アレンタウン（Allentown））からのエアフレックス（Airflex）（商標）６００ＢＰ  ＤＥＶ（５５重量％固形分のエチレン（theylene）ビニルアセテートアクリレートターポリマーの水性エマルション）として市販されている。
【００３７】
有機結合剤材料は、少なくとも１つの可塑剤を含むことができる。可塑剤は、ポリマーマトリックスを軟化する傾向があり、組成物から製造されるシート材料の可撓性及び成形性に寄与できる。
【００３８】
有機結合剤材料は、通常、乾燥固形分重量で約０．１重量％〜約１５重量％、及び好ましくは約２重量％〜約１０重量％の量で存在する。有機結合剤材料の重量には、ポリマー又はコポリマー固形分及びいずれかの可塑剤が含まれる。極めて好ましい実施形態において、有機結合剤は約４重量％〜約８重量％の量で存在する。
【００３９】
無機結合剤材料、例えば粘土（例えば、海泡石及びベントナイト、コロイドシリカ及びアルミナ）及びケイ酸アルカリは、特に約５％を超える量において、シートを硬化し、可撓性を低下させる傾向があるので、避けるのが好ましい。無機繊維も、シートの弾力性を低下させる場合がある。
【００４０】
米国特許番号５，５２３，０５９に記載されるもののようなガラス繊維を有する膨張性シート材料の製造において、セラミック繊維、ガラス繊維、膨張剤、有機結合剤、他の繊維、及び充填剤は共に混合できる。所望により、水、分散剤、可塑剤、及び界面活性剤を独立に添加して、構成成分を共に混合するのを助け、及び／又は混合物の粘度を調整できる。
【００４１】
マット層組成物は、長網抄紙機のような市販の装置にて従来の湿式載置不織布抄紙技術によってシートに形成されるスラリーであることができる。簡単には、このプロセスでは、スラリーをワイヤーメッシュ又はスクリーン上に注ぎ、スクリーンに真空を適用して大部分の水を除去するか、又は簡単に重力によりスラリーがスクリーン上で排水できるようにする。形成されたシートは、次いで加圧され、乾燥されて弾力性マットを形成する。
【００４２】
膨張性マット層を製造するために使用できるさらに他の組成物としては、米国特許出願公開２００４／０２３４４３６に記載されるもののような、生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤を含有する組成物を挙げることができる。これらの組成物は、乾燥重量基準で約５〜約９０重量％の量の生体溶解性無機繊維及び乾燥重量基準で約５〜約８０重量％の量の雲母状結合剤を含むことができる。組成物はまた、任意に、膨張性材料、吸入不可能な無機繊維、ポリマー結合剤、高分子繊維、又はこれらの組み合わせを含むことができる。組成物は、吸入可能であるが、生理学的媒質中では耐久性である耐火性セラミック繊維を含まないように調製できる。
【００４３】
一部の実施形態において、雲母状結合剤及び生体溶解性無機繊維の組み合わせは、種々のアプリケーション、例えば汚染防止装置に使用される従来のシート材料のうちの、吸入可能及び吸入不可能なもの両方に関して耐久性の耐火性繊維含量のすべて又は一部と置き換えることができる。特に、生体溶解性繊維及び雲母状結合剤の組み合わせは、大きさによっては吸入可能である耐久性の耐火性セラミック繊維と有利に置き換えることができる。
【００４４】
本明細書で使用する時、「生体溶解性無機酸化物繊維」は、生理学的媒質又はシミュレートした生理学的媒質内で分解性の無機繊維を指す。生理学的媒質は、例えば動物又は人間の肺等の気道内に典型的に見出される体液を指すが、これに限定されない。本明細書で使用する時、「耐久性」とは、生体溶解性でない無機繊維のことを指す。
【００４５】
生体溶解性無機繊維としては、典型的に例えばＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ及びＢａＯ又はそれらとシリカの組み合せ等の無機酸化物が挙げられる。他の金属酸化物又は他のセラミック構成要素は、それ自体所望の溶解度特性が不足していても、全体として繊維が生理学的媒質内でなお分解性であるような、十分低い量で存在していれば、生体溶解性無機繊維に含まれてよい。こうした金属酸化物としては、例えばＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｂ２Ｏ３及び酸化鉄が挙げられる。生体溶解性無機繊維はまた、繊維が生理学的媒質又はシミュレートした生理学的媒質内で分解できるような量で、金属構成成分も含んでよい。
【００４６】
１つの実施形態において、生体溶解性無機繊維は、シリカ、マグネシウム及びカルシウムの酸化物を含む。これらの種類の繊維は、典型的に、ケイ酸カルシウムマグネシウム繊維と呼ばれる。ケイ酸カルシウムマグネシウム繊維は、通常、約１０重量％未満の酸化アルミニウムを含有する。一部の実施形態において、繊維は、約４５〜約９０重量％のＳｉＯ２、約４５重量％までのＣａＯ、約３５重量％までのＭｇＯ、及び約１０重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含む。例えば、繊維は、約５５〜約７５重量％のＳｉＯ２、約２５〜約４５重量％のＣａＯ、約１〜約１０重量％のＭｇＯ及び５重量％未満のＡｌ２Ｏ３を含んでよい。
【００４７】
好適な生体溶解性無機酸化物繊維は、米国特許番号５，３３２，６９９、米国特許番号５，５８５，３１２、米国特許番号５，７１４，４２１、及び米国特許番号５，８７４，３７５；及び欧州特許出願番号０２０７８１０３．５（２００２年７月３１日出願）に記載されている。ゾルゲル形成、結晶成長法、及び紡糸又はブローイング等の溶融形成技術が挙げられるがこれらに限定されない種々の方法が生体溶解性無機繊維を形成するために使用されてよい。
【００４８】
生体溶解性繊維は、ユニフラックス社（Unifrax Corporation）（ニューヨーク州ナイアガラ・フォールズ（Niagara Falls））からの商標名インサルフラックス（Insulfrax）（商標）として市販されている。他の生体溶解性繊維は、サーマル・セラミックス（Thermal Ceramics）（ジョージア州オーガスタ（Augusta）所在）によって商標名スーパーウール（Superwool）（商標）として販売されている。例えば、スーパーウール（Superwool）（商標）６０７は、６０〜７０重量％のＳｉＯ２、２５〜３５重量％のＣａＯ、４〜７重量％のＭｇＯ、及び微量のＡｌ２Ｏ３を含有する。スーパーウール（Superwool）（商標）６０７ＭＡＸは、僅かにより高い温度で使用でき、６０〜７０重量％のＳｉＯ２、１６〜２２重量％のＣａＯ、１２〜１９重量％のＭｇＯ及び微量のＡｌ２Ｏ３を含有する。
【００４９】
好適な生体溶解性無機繊維は、広範囲の平均直径及び平均長を有することができる。生体溶解性無機繊維は、約０．０５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルの範囲の平均繊維直径を有するものが市販されている。一部の実施形態において、生体溶解性無機繊維は、約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの範囲の平均繊維直径を有する。生体溶解性無機繊維の平均直径が小さくなるにつれて、所定体積のシート材料に組み込むことのできる繊維量は増大し、結果として雲母状結合剤を良好に捕捉する。高密度の繊維を有するように調製されたシート材料は、良好な弾力性及び可撓性を有する傾向にある。
【００５０】
生体溶解性無機繊維は、通常、約０．１センチメートル〜約３センチメートルの範囲の平均繊維長を有する。一般に、いずれかの選択された繊維（類）は所望により製造プロセス中により短い長さに破断できるので、生体溶解性無機繊維の長さは重要でない。
【００５１】
本明細書で使用する時、成語「雲母状鉱物」は、平面シート又は小板に分割ないしは別の方法で分離できる鉱物族を指す。雲母状鉱物としては、膨張バーミキュライト、未膨張バーミキュライトが挙げられるが、これらに限定されず、雲母の雲母状鉱物は、通常、約３を超える平均アスペクト比（すなわち、粒子の長さをその厚さで割ったもの）を有する。
【００５２】
本明細書で使用する時、「雲母状結合剤」は、湿潤され、次いで乾燥され自己支持である凝集体を形成できる１つ以上の雲母状鉱物を指す。本明細書で使用する時、「自己支持」は、乾燥されたシートが崩れず、別の方法でばらばらに壊れることなく少なくとも５分間２５℃、５０％までの相対湿度で任意の縁部において水平に保持できるように、他の材料を含有することなく５ｃｍ×５ｃｍ×３ｍｍのシートに形成できる雲母状結合剤を指す。
【００５３】
雲母状結合剤は、通常約１５０マイクロメートル未満の粒径を有する雲母状鉱物を含む（例えば、雲母状結合剤は、１００メッシュスクリーンを通過できる雲母状鉱物を含有する）。実施形態によっては、雲母状結合剤は、約１５０マイクロメートル未満の粒径、及び約８を超える若しくは約１０を超える平均アスペクト比を有する雲母状鉱物を含有する。
【００５４】
雲母状結合剤は、非膨張性、膨張性、又はこれらの組み合わせであることができる。実施形態によっては、雲母状結合剤は、処理されたバーミキュライト（すなわち、膨張、離層及び粉砕されているバーミキュライト）を含む。処理されたバーミキュライトは、典型的には非膨張性である。他の実施形態において、雲母状結合剤は、膨張及び離層されてない又は部分的にのみ膨張及び離層されているバーミキュライトを含む。こうした材料は、膨張性の傾向がある。
【００５５】
好適な雲母状結合剤が、Ｗ．Ｒ．グレース＆カンパニー（W. R. Grace & Company）から市販されており、それらとしては離層バーミキュライト粉末（商標名「ＶＦＰＳ」（商標）として）及び化学的に剥離されたバーミキュライトの水性分散液（商標名「ミクロライト（Microlite）（商標）」として）が挙げられる。また、膨張バーミキュライトフレークは、Ｗ．Ｒ．グレース・アンド・カンパニー（W. R. Grace and Company）から（商標名ゾネライト（Zonelite）（商標）＃５として）利用可能であり、それは粒径を低下させて雲母状結合剤を形成できる。
【００５６】
シート材料に含まれる生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤の量は、広範囲で変更できる。生体溶解性無機繊維は、通常、得られるシート材料が所望の程度の可撓性及び取り扱い特性を持つことを確実にする量で存在する。可撓性シート材料は、キャンニングプロセス中に汚染防止要素の周りをシート材料で包み易くする。しかし、生体溶解性無機繊維の使用量が多すぎると、実装マット又はシート材料は加熱時に所望の程度よりも収縮する場合がある。
【００５７】
こうした関係のバランスをとるため、生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤を含有する組成物は、通常、乾燥重量基準で約９０重量％までの生体溶解性無機繊維を含有する。一部の実施形態において、組成物は、乾燥重量基準で、約８５重量％まで、約８０重量％まで、約６０重量％まで、約４０重量％まで、又は約３０重量％までの生体溶解性繊維を含む。
【００５８】
組成物の乾燥重量とは、組成物中の固形分重量のことを指す。故に、組成物がシート材料の形態である場合、乾燥重量とは、シート材料を乾燥させて全ての水及び溶媒を除去した後の最終的な重量のことを指す。組成物がスラリー又はペーストの形態である場合、乾燥重量は、総重量から水及び他のいずれかの溶媒の重量を引いたものである。すなわち、乾燥基準重量は、生体溶解性繊維、雲母状結合剤、及びその他の固形分、例えばポリマー結合剤、高分子繊維、膨張性材料、吸入不可能な無機繊維などからの固形分重量を含む。乾燥基準重量は、通常、ごく少量（例えば、マットの乾燥基準重量の約０．５重量％未満）の特定固形分をもたらし得る他の材料、例えば、脱泡剤、凝固剤、及び界面活性剤を含まない。多量のこれらの材料は、溶液中に残る傾向があり、シート材料の製造プロセス中に水と共に排水される。
【００５９】
組成物は、通常、乾燥重量基準で少なくとも約５重量％の生体溶解性無機繊維を含む。一部の実施形態において、組成物は、乾燥重量基準で、少なくとも約１０重量％又は少なくとも約１５重量％の生体溶解性無機繊維を含む。生体溶解性無機繊維は、通常、乾燥重量基準で、約５〜約９０重量％の範囲、約５〜約８５重量％の範囲、約５〜約８０重量％の範囲、約１０〜約６０重量％の範囲、約１５〜約４０重量％の範囲、又は約１５〜約３０重量％の範囲の量で組成物に含まれる。
【００６０】
組成物は、通常、乾燥重量基準で約８０重量％までの雲母状結合剤を含む。一部の実施形態において、組成物は、乾燥重量基準で、約６０重量％まで、約５０重量％まで、又は約４５重量％までの雲母状結合剤を含む。組成物は、通常、組成物の総乾燥重量で、少なくとも約５重量％の雲母状結合剤を含む。一部の実施形態において、組成物は、乾燥重量基準で、少なくとも約１０重量％、又は少なくとも約１５重量％の雲母状結合剤を含む。雲母状結合剤は、通常、乾燥重量基準で、約５〜約８０重量％の範囲、約１０〜約６０重量％の範囲、約１５〜約５０重量％の範囲、又は約１５〜約４５重量％の範囲の量で組成物中に存在する。
【００６１】
上記に記載された生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤を、膨張、離層及び破砕されたバーミュキュライトを用いて含有する組成物から形成されたシート材料は、実質的に非膨張性であることができる。未膨張バーミキュライト塵を用いると、使用される未膨張バーミキュライトの量に応じて、Ｚ軸に沿う自由膨張の量が大きくなる場合がある。非膨張性又は膨張性雲母状結合剤を用いて調製したかどうかに拘わらず、シート材料は、通常、シートのＸ−Ｙ平面に関して約６％未満の収縮を示す。一部の実施形態において、Ｘ−Ｙ平面における収縮は約５％未満である。
【００６２】
組成物は、任意に、吸入不可能な無機繊維を含むことができる。吸入不可能な繊維は、生体溶解性であることができ、又は耐久性であることもできる。耐久性である吸入不可能な無機繊維としては、例えばセラミック材料、例えばセラミック酸化物、セラミック窒化物、ガラス材料、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。本明細書で使用する時、「ガラス」という用語は、非晶質の無機材料、例えば結晶相の明確な線又は他のしるしが少なくとも実質的にない拡散Ｘ線回折パターンを有する酸化物を指す。
【００６３】
繊維は、所望の供給源から得る際に所望のものより長い場合は、繊維を細断、切断、ないしは別の方法で加工して繊維の長さを所望の長さに短くすることができる。繊維は、通常、約０．１ｃｍ〜約１ｃｍの範囲の平均長さを有する。
【００６４】
組成物に組み込まれる吸入不可能な無機繊維の量は、広範囲で変更できる。一般的なガイドラインとして、組成物は、乾燥重量基準で、約１５重量％までの吸入不可能な無機繊維を含むことができる。一部の実施形態において、組成物は、乾燥重量基準で、約１０重量％まで、約５重量％まで、又は約３重量％までの吸入不可能な無機繊維を含む。
【００６５】
生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤を含有する組成物はまた、約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有する膨張性無機材料を含むことができる。一部の実施形態において、膨張性材料は雲母状であり、１５０マイクロメートルを超える粒径を有する（すなわち、粒子は１００メッシュスクリーンを通過しない）。すなわち、膨張性材料が雲母状である場合、約１５０マイクロメートルより小さいいずれかの粒子は雲母状結合剤と考えられる。
【００６６】
約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有する好適な膨張性無機材料の例としては、未膨張バーミキュライト、バーミキュライト鉱石、ハイドロバイオタイト、米国特許番号３，００１，５７１に記載される水膨潤性合成フッ素四ケイ素タイプ雲母、及び米国特許番号４，５２１，３３３に記載されるようなケイ酸アルカリ金属塩顆粒、膨張性グラファイト、これらの組み合わせなどが挙げられる。これらの膨張性材料の一部は、約２００℃又は約３００℃を超える温度に加熱される場合に、厚みに対して１０％を超える自由膨張を示す場合がある。さらに、これらの膨張性材料の一部は、加熱時に約５０％を超える自由膨張を示す場合がある。
【００６７】
組成物に含まれる約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有する膨張性材料の量は、広範囲で変更できる。膨張性材料が少なすぎると、組成物は所望の程度まで膨張しない場合がある。一方で、膨張性材料の使用量が多すぎると、組成物は加熱時に膨張し過ぎる可能性がある。
【００６８】
こうした関係のバランスを取るために、組成物は、一般に、約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有する膨張性材料を約８０重量％まで、約７０重量％まで、又は約６０重量％まで含む。一部の実施形態において、組成物は、約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有する膨張性材料を約１０〜約８０重量％、約２０〜約７０重量％、約３０〜約６０重量％、又は約４０〜約６０重量％含む。重量パーセントは組成物の乾燥重量を基準とする。
【００６９】
例えば、組成物は、乾燥重量基準で約５〜約８０重量％の量で雲母状結合剤、乾燥重量基準で約５〜約８０重量％の量で生体溶解性無機繊維、及び乾燥重量基準で約１０〜約８０重量％の量で膨張性材料を含むことができる。雲母状結合剤は、約１５０マイクロメートル未満の粒径を有するバーミキュライトを含んでよく、膨張性材料は、約１５０マイクロメートルを超える粒径を有するバーミキュライト（１００メッシュスクリーンを通過するものがない）を含んでよい。膨張性バーミキュライトは、約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有してよい。
【００７０】
生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤を含有する組成物はまた、１つ以上のポリマー結合剤を含むことができる。ポリマー結合剤は、形成中及び組成物の取り扱い中に追加の弾力性及び可撓性を提供するために使用できる。好適なポリマー結合剤は、熱可塑性又は熱硬化性であることができ、１００％固形分組成物、溶液、分散液、ラテックス、エマルション、これらの組み合わせなどとして提供できる。一部の実施形態において、ポリマー結合剤はエラストマーである。好適なポリマーとしては、天然ゴム、スチレン及びブタジエンを含む２以上の共重合性種のコポリマー、ブタジエン及びアクリロニトリルを含む２以上の共重合性種のコポリマー、（メタ）アクリレートポリマー及びコポリマー、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、セルロース系ポリマー、その他のエラストマーポリマー、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。組成物は、乾燥重量基準で、約０．１〜約１５重量％、約０．５〜約１２重量％、又は約１〜約１０重量％のポリマー結合剤を含むことができる。
【００７１】
一部の実施形態において、ポリマー結合剤は、アクリル系及び／又はメタクリレート含有ラテックス組成物である。こうしたラテックス組成物は、所望でない量の毒性又は腐食性副生成物を生成することなく、清浄に燃焼する傾向がある。好適なアクリル系エマルションの例としては、ローム・アンド・ハース（Rohm and Haas）（ペンシルベニア州フィラデルフィア）から商標名ロプレックス（Rhoplex）（商標）ＨＡ−８（４４．５重量％固形分のアクリル系コポリマーの水性エマルション）、及びエア・プロダクツ（Air Products）（ペンシルベニア州アレンタウン（Allentown））からの商標名エアフレックス（Airflex）（商標）６００ＢＰ（５５重量％固形分のエチレンビニルアセテートコポリマー）として市販されているものが挙げられる。
【００７２】
高分子繊維は、任意に、取り扱い性、可撓性、弾力性、又はこれらの組み合わせを改善するために組成物に含まれることができる。組成物がシート材料の形態である場合、高分子繊維は、シート材料の加工性を向上し、湿潤強度を改善する傾向がある。高分子繊維は、ポリマー結合剤に関して上記に列挙されたポリマーのいずれかから形成できる。組成物は、乾燥重量基準で約５重量％までの高分子繊維を含むことができる。一部の実施形態において、組成物は、約２重量％まで又は約１重量％までの高分子繊維を含む。例えば、組成物は、乾燥重量基準で、約０．１〜約２重量％、又は約０．２〜約１．０重量％の高分子繊維を含むことができる。高分子繊維は、短繊維又はフィブリル化繊維であってもよい。１つの実施形態において、高分子繊維は、約０．５〜約５デニールの範囲の短繊維である。
【００７３】
組成物はまた、従来の慣行に従ってその他の材料を含むことができる。こうした材料としては、例えば可塑剤、湿潤剤、脱泡剤、ラテックス凝固剤、粘土、軽量充填剤、耐火性充填剤、金属性繊維又はこれらの組み合わせが挙げられる。
【００７４】
生体溶解性無機繊維及び雲母状結合剤を含有する組成物から調製されるシート材料は、種々のいずれかの好適な技術、例えば抄紙プロセスを用いて形成できる。抄紙手法の１つの実施形態において、雲母状結合剤は、膨張雲母状鉱物（類）を水に添加することによって調製される。濃度及び温度は両方とも、広範囲にわたって変更できる。一部の実施形態において、温水、例えば約３０℃〜約７５℃の温度の水は、スラリーを調製するために使用できる。例えば、水は、約３５℃〜約４５℃の温度であることができる。鉱物は離層（すなわち剥離）し、結合剤に適した粒径（すなわち、約１５０マイクロメートル未満）に破砕する。
【００７５】
希釈スラリーは、雲母状結合剤に水を添加することによって調製できる。生体溶解性無機繊維及び任意にその他の無機及び高分子繊維構成要素をスラリーに添加できる。雲母状結合剤及び生体溶解性繊維を分散するのにある程度の剪断力を使用してもよい。一部の実施形態において、相対的に短い時間、例えば１秒〜１０分、又は約３〜８０秒間、低〜中間的な剪断力を使用して、繊維を分散できる。スラリーは、適度な速度で混合して、固体成分を懸濁させ続けることができる。他の成分、例えば脱泡剤及びポリマー結合剤を添加することもできる。
【００７６】
好適な凝固剤、例えば酸性化剤を添加できる。他の凝固剤、例えば塩基性手段によって凝固できるものを従来の慣行に従って使用することもできる。凝固中、ポリマー結合剤のより大きな粒子が通常形成される。微細なもの、及びその他の粒子状物は、ポリマー結合剤と結合し、繊維マトリックスに捕捉される傾向がある。すなわち、微細物はフィルタリングに使用されるスクリーンの目詰まりを生じることがない。微細物と繊維マトリックスとの結合により、スラリーからの水の排水を促進し、シート材料の調製に必要な加工時間を短縮できる。
【００７７】
約３００マイクロメートルを超える平均粒径を有する任意の膨張性材料は、通常凝固後に添加される。この特定の添加順序によりまた、スラリー中の固形分を分散すること及びスラリーから水を除去することを促進できる。しかし、添加順序は重要ではなく、他の添加順序も許容可能である。
【００７８】
得られたスラリー組成物は、好適なスクリーン上にキャストされ、排水され、加圧できる。或いは、ワイヤーメッシュ又はスクリーン上のスラリーを真空キャストすることによってプライを形成できる。得られた加圧シート材料をいずれかの好適な様式、例えば空気乾燥又はオーブン乾燥で乾燥できる。使用される標準的な抄紙技術のより詳細な記述は、例えば米国特許番号３，４５８，３２９に見出すことができる。
【００７９】
マット層はまた、例えば本質的にショットフリーのセラミック繊維の繊維性マット、例えば米国特許番号５，０２８，３９７に記載される繊維性マットであることができる。本明細書で使用する時、「ショットフリー」とは、粒子状セラミック（ショット）を本質的に含まない繊維塊のことを指す。
【００８０】
こうした繊維性マットを形成するのに使用されるショットフリーのセラミック繊維としては、商標名ファイバマックス（Fibermax）（商標）繊維、マフテック（Maftec）（商標）繊維及びサフィル（Saffil）（商標）繊維として市販されるものが挙げられる。
【００８１】
０．２１〜０．５０ｇ／ｃｍ３の実装密度に圧縮する場合、これらのマット層は、熱い場合は厚みを低下させ、冷却されると元々の厚さに実質的に跳ね戻る特有の繰り返し能力を有するので、汚染防止要素に相当量の保持力を継続的に与える。ショットフリーのセラミック繊維の低密度及び嵩高特性と、それらが通常は所望の実装密度を達成するために約１０分の１に圧縮されなければならないという事実のため、これらの材料を有機糸を用いて縫うか又はステッチボンドし、使用時の最終的な厚さに近い圧縮マットを形成するのが有用な場合がある。
【００８２】
ショットフリーのアルミノケイ酸（aluminoilicate）マグネシウムガラス繊維を含む不織布マット層、例えば米国特許番号５，２９０，５２２に記載されるものも本発明の多層実装マットに有用であることができる。こうした不織布マット層は、通常、マット層の総重量に基づいて、少なくとも約６０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％のショットフリーの高強度アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維を含む。
【００８３】
ショットフリーの高強度アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維は、好ましくは５マイクロメートルを超えて約２０マイクロメートルまでの範囲の直径を有する。約２０を超える直径を有する繊維は、不織布マットに形成するのが困難な場合があるが、有用な場合もある。
【００８４】
ショットフリーのアルミノホウケイ酸マグネシウムガラス繊維は、通常、約２８００ＭＰａ（４００，０００ｐｓｉ）〜約４２００ＭＰａ（６００，０００ｐｓｉ）の範囲の平均引張り強度を有する。
【００８５】
不織布マットを調製するのに使用される連続繊維はサイジングされるか、又はサイジングされていない（すなわち、本質的にサイズフリー）場合があるが、繊維は好ましくはサイジングされる。通常、連続繊維は、潤滑性を与え、取り扱い中に繊維ストランドを保護するために製造中に有機サイジング剤を用いて処理される。サイジングは繊維の破断を低減し、個々の繊維を共にトウに保持し、ニードルパンチング又は不織布マットを製造する際に必要なその他の取り扱い工程中に生じる塵の量を低減する傾向にあると考えられる。従来のサイジング材料としては、デキストリン化デンプンガム、ゼラチン、ポリビニルアルコール、硬化植物油、及び非イオン性洗剤が挙げられる。
【００８６】
好適なショットフリーの高強度アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維は、当該技術分野において既知であり、例えばオーエンズ・コーニング社（Owens Corning Corp.）（オハイオ州グランビレ（Granville））から商標名Ｓ２−ＧＬＡＳＳ（商標）として市販されているものが挙げられる。
【００８７】
ショットフリーアルミノケイ酸（aluminoilicate）マグネシウムガラス繊維を含む不織布マット層はさらに、高強度（すなわち、平均引張り強度が７００ＭＰａ（１００，０００ｐｓｉ）を超える、好ましくは約１２００ＭＰａ（２００，０００ｐｓｉ）を超える、より好ましくは約１８００ＭＰａ（３００，０００ｐｓｉ）を超える、及び最も好ましくは約２１００ＭＰａ（３５０，０００ｐｓｉ）を超える）繊維（好ましくはサイジングされたもの）をさらに含むことができ、そうした繊維は、アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維以外のセラミック酸化物繊維（例えば、アルミノケイ酸塩繊維（アルミノホウケイ酸塩繊維を含む））及び石英繊維（結晶性石英繊維を含む））、アルミナ繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、窒化ケイ素繊維、及び金属繊維からなる群から選択される。サイジングされたアルミノホウケイ酸塩繊維は、例えば３Ｍ社（3M Company）から商標名ネクステル（Nextel）（商標）３１２、ネクステル（Nextel）（商標）４４０、及びネクステル（Nextel）（商標）４８０として市販されている。さらに、好適なアルミノホウケイ酸塩繊維は、例えば米国特許番号３，７９５，５２４に開示されているように製造できる。
【００８８】
サイジングされたアルミノケイ酸塩繊維は、例えば３Ｍ社（3M Company）から商標名ネクステル（Nextel）（商標）５５０として市販されている。さらに、好適なアルミノケイ酸塩繊維は、例えば米国特許番号４，０４７，９６５に開示されているように製造できる。
【００８９】
サイジングされた石英繊維は、例えばＪ．Ｐ．スティーヴンス社（J.P. Stevens, Inc.）（ノースカロライナ州スレイター（Slater））から商標名「アストロクォーツ（Astroquartz）（商標）」として市販されている。炭化ケイ素繊維は、例えば日本カーボン（Nippon Carbon）（日本、東京）から商標名ニカロン（Nicalon）（商標）として；ダウ・コーニング（Dow Corning）（ミシガン州ミッドランド（Midland））からのニカロン（Nicalon）（商標）として；及びテクストロン・スペシャルティ・マテリアルズ（Textron Specialty Materials）（マサチューセッツ州ロウエル（Lowell））からタイラノ（Tyranno）（商標）として市販されている。
【００９０】
窒化ケイ素繊維は、例えば、トレン・エナジー・インターナショナル社（Toren Energy International Corp.）（ニューヨーク州ニューヨーク）から利用可能である。
【００９１】
炭素（例えば、グラファイト）繊維は、例えば、ハーキュレス・アドバンスド・マテリアル・アンド・システムズ（Hercules Advanced Material & Systems）（ユタ州マグナ（Magna））から商標名ＩＭ７として市販されている。
【００９２】
ステンレススチール繊維は、例えばベカルト（Bekaert）（ベルギー、ズウレゲン（Zweregan））から商標名ベキノックス（Bekinox）（商標）として市販されている。
【００９３】
ショットフリーアルミノケイ酸（aluminoilicate）マグネシウムガラス繊維を含む不織布マット層はさらに、不安定材料（例えば、熱不安定材料、例えば熱可塑性、ナイロン、及びレーヨン繊維、粉末、フィルム、及びウェブ、並びに水溶性材料、例えばポリビニルアルコール）を含むことができる。好ましくは、不織布マットは、不織布マットの総重量に基づいて、約１５重量％未満（好ましくは、約１０重量％未満）の不安定材料を含む。熱可塑性繊維は、例えば当該技術分野において既知であり、例えばヘキスト−セラニーズ（Hoechst-Celanese）（ニュージャージー州サミット（Summit））から市販されている。熱可塑性繊維は、例えば十分に加熱される場合に、セラミック繊維に結合して、マット層を共に保持するのを助け、マット層の取り扱い性を向上させるのに有用であり得る。さらに、熱不安定繊維は、マットから焼け出して所望の構造又は多孔性を与えることができる。
【００９４】
個別化（すなわち、各繊維が互いに分離している）繊維を提供するために、繊維のトウ又はヤーンを、例えばガラスロービングカッターを用いて細断し、所望の長さ（通常、約０．５〜約１５ｃｍの範囲）にすることができる。
【００９５】
切断又は細断された繊維は、それらを従来のハンマーミル、好ましくはブローディスチャージハンマーミル（blow discharge hammer mill）に通すことによって分離できる。通常、細断された繊維は、少なくとも２回ハンマーミルを通す。好ましくは、少なくとも約５０重量％の繊維が、不織布マット層に形成される前に個別化される。細断又は切断された繊維の加工及び分離を最小限の破断で促進するために、繊維を分離する間帯電防止潤滑剤をハンマーミルに噴霧できる。
【００９６】
不織布マット層を製造する方法において、細断された個別化繊維（好ましくは約２．５〜約５ｃｍ長さ）を従来のウェブ形成機に供給し、そこで繊維をワイアスクリーン又はメッシュベルト（例えば金属又はナイロンベルト）に引き込む。マットの取り扱い易さを促進するために、マットはスクリム上に形成又は配置できる。繊維の長さに応じて、得られたマット層は、一般には支持体（例えばスクリム）の必要なしにニードルパンチ機へ移すのに十分な取り扱い性を有する。
【００９７】
不織布マット層はまた、従来の湿式成形又は織物カーディングを用いて製造することもできる。湿式成形プロセスに関して、繊維長さは約０．５〜約６ｃｍが好ましい。織物プロセスに関して、繊維長さは約５〜約１０ｃｍが好ましい。
【００９８】
ニードルパンチした不織布マット層は、マット層を複数回完全又は部分的（好ましくは完全）に、例えば有刺針によって貫通させることによってもたらされる物理的な繊維の交絡があるマット層を指す。不織布マット層は、従来のニードルパンチング装置を用いてニードルパンチされ、ニードルパンチされた不織布マット層を提供できる。ニードルパンチングは繊維の交絡を提供し、通常は、マットを圧縮後、マットに有刺針を刺したり抜いたりすることを含む。マットの単位面積あたりの最適なニードルパンチ数は、特定用途により異なる。通常、不織布マット層は約５〜約６０ニードルパンチ／ｃｍ２にニードルパンチされる。好ましくは、マット層は約１０〜約２０ニードルパンチ／ｃｍ２にニードルパンチされる。
【００９９】
好ましくは、ニードルパンチされた不織布マット層は、約１０００〜約３０００ｇ／ｍ２の範囲の単位面積あたりの重量値、及び別の態様では約０．５〜約３センチメートルの範囲の厚さを有する。
【０１００】
不織布マット層は、従来の技術を用いてステッチボンドできる（例えば、米国特許番号４，１８１，５１４を参照のこと）。典型的には、マット層は、有機糸を用いてステッチボンドされる。有機又は無機シート材料の薄い層は、糸がマットを貫通して切断するのを防止又は最小限にするために、ステッチボンド時、マットの一方又は両側に定置されてよい。縫製糸が使用中に分解しないことが望ましい場合、無機糸、例えばセラミック又は金属（例えばステンレススチール）を使用できる。縫製の間隔は、繊維がマット層の全領域にわたって均一に圧縮されるように、通常、３〜約３０ｍｍである。
【０１０１】
他の有用な可撓性不織布マット層は、例えば、米国特許番号５，３８０，５８０に記載されている。これらの可撓性不織布マット層は、ショットフリーセラミック酸化物繊維を含む。
【０１０２】
ショットフリーセラミック酸化物繊維の少なくとも一部が物理的に交絡されているのが望ましい場合がある。物理的に交絡された繊維は、位置に固定され、結合剤又はさらなる支持体（例えばスクリム）を必要とせずに凝集域を形成する。繊維はインターロック配置にて互いに回転して巻きつく。
【０１０３】
ショットフリーセラミック酸化物繊維は、好ましくは約５〜約２０マイクロメートルを超える範囲の直径を有する。約２０マイクロメートルを超える直径を有する繊維は、有用であるが、不織布マット層を形成するのが困難な場合がある。
【０１０４】
通常、約７００ＭＰａ（１００，０００ｐｓｉ）を超える平均引張り強度を有するショットフリーセラミック酸化物繊維は、好ましくは少なくとも約１．９ｃｍの長さを有する。好ましくは、ショットフリーセラミック酸化物繊維は、約１２００ＭＰａ（２００，０００ｐｓｉ）を超える、より好ましくは約１８００ＭＰａ（３００，０００ｐｓｉ）を超える、及び最も好ましくは約２１００ＭＰａ（３５０，０００ｐｓｉ）を超える平均引張り強度を有する。
【０１０５】
高強度繊維は、通常、連続トウ（ロービングとも呼ばれる）又はヤーンとして利用可能である。トウ又はストランドは、通常、セラミック酸化物繊維の約７８０〜約７８００の個々のストランドを含む。ヤーンは通常撚り合わされる。
【０１０６】
可撓性不織布マット層を調製するのに使用される連続繊維はサイジングされるか、又はサイジングされていない（すなわち、本質的にサイズフリー）場合があるが、繊維は好ましくはサイジングされる。通常、連続繊維は、潤滑性を与え、取り扱い中に繊維ストランドを保護するために製造中に有機サイジング材料を用いて処理される。サイジングは繊維の破断を低減し、静電気を低減し、物理的交絡中又は不織布マット層を製造する際に必要なその他の取り扱い工程中に生じる塵の量を低減する傾向にあると考えられる。サイジング剤は、例えばマット層を溶解又は燃焼させることによってマット層の形成後に除去できる。
【０１０７】
従来のサイジング材料としては、デキストリン化デンプンガム、ゼラチン、ポリビニルアルコール、硬化植物油、及び非イオン性洗剤が挙げられる。結晶性セラミック繊維に適用される好ましいサイジング組成物は、約９０重量％の脱イオン水、８重量％のポリエチレンイミン（例えば、モートン・インターナショナル（Morton International）（イリノイ州シカゴ）から商標名ＳＣ−６２Ｊとして市販）、約１〜２重量％のポリエチレングリコール（例えば、ユニオン・カーバイド（Union Carbide）（コネチカット州ダンべリー（Danbury））から商標名カルボワックス（Carbowax）（商標）６０として市販）、及び約０．１重量％のレッド染料（例えばモバイ・ケミカル社（Mobay Chemical Co.）（ニュージャージー州ユニオン（Union））から商標名ポンタミン（Pontamine）（商標）ファーストスカーレット４Ｂとして市販）を含有する。
【０１０８】
通常結晶性である好ましいアルミノケイ酸塩繊維は、約６７〜約７７重量％の範囲の酸化アルミニウム及び約３３〜約２３重量％の範囲の酸化ケイ素を含む。サイジングされたアルミノケイ酸塩繊維は、例えば３Ｍ社（3M Company）から商標名ネクステル（Nextel）（商標）５５０として市販されている。さらに、好適なアルミノケイ酸塩繊維は、例えば米国特許番号４，０４７，９６５に開示されているように製造できる。
【０１０９】
アルミノホウケイ酸塩繊維は、好ましくは約５５〜約７５重量％の範囲の酸化アルミニウム、０より多く約４５重量％未満（好ましくは０より多く４４重量％未満）の範囲の酸化ケイ素、０以上約２５重量％未満（好ましくは約１〜約５重量％）の範囲の酸化ホウ素を含む（理論的な酸化物基準で、それぞれＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＢ２Ｏ３として計算される）。アルミノホウケイ酸塩繊維は、好ましくは少なくとも約５０重量％、より好ましくは少なくとも約７５重量％、及び最も好ましくは約１００重量％（すなわち結晶性繊維）が結晶性である。サイジングされたアルミノホウケイ酸塩繊維は、例えば３Ｍ社（3M Company）から商標名ネクステル（Nextel）（商標）３１２及びネクステル（Nextel）（商標）４４０として市販されている。さらに、好適なアルミノホウケイ酸塩繊維は、例えば米国特許番号３，７９５，５２４に開示されているように製造できる。
【０１１０】
サイジングされた石英繊維は、例えばＪ．Ｐ．スティーヴンス社（J.P. Stevens, Inc.）（ノースカロライナ州スレイター（Slater））から商標名「アストロクォーツ（Astroquartz）（商標）」として市販されている。
【０１１１】
米国特許番号５，３８０，５８０に開示されている可撓性不織布マット層はさらに、４０重量％までの高強度繊維（好ましくはサイジングされたもの）（不織布マット層の総重量に基づいて）を含むことができ、そうした繊維は、炭化ケイ素繊維（例えば、日本カーボン（Nippon Carbon）（日本、東京）又はダウ・コーニング（Dow Corning）（ミシガン州ミッドランド（Midland））から商標名ナイカロン（Nicalon）（商標））；及びテクストロン・スペシャルティ・マテリアルズ（Textron Specialty Materials）（マサチューセッツ州ロウエル（Lowell））からのタイラノ（Tyranno）（商標）として市販）、炭素（例えばグラファイト）繊維（例えば、ハーキュレス・アドバンスド・マテリアル・アンド・システムズ（Hercules Advanced Material and Systems）（ユタ州マグナ（Magna））から商標名ＩＭ７として市販）、窒化ケイ素繊維（例えば、トレン・エナジー・インターナショナル社（Toren Energy International Corp.）（ニューヨーク州ニューヨーク）から利用可能）、ガラス繊維（例えば、アルミノケイ酸マグネシウムガラス繊維（例えば、オーエンズ・コーニング社（Owens Corning Corp.）（オハイオ州グランビル（Granville）から商標名Ｓ２−ＧＬＡＳＳ（商標）として市販））、金属繊維（例えば、ステンレススチール繊維（例えば、ベカルト（Bekaert）（ベルギー、ズウレゲン（Zweregan））から商標名ベキノックス（Bekinox）（商標）として市販））、及びこれらの混合物からなる群から選択される。金属繊維は、例えば、抵抗ヒーターとして有用であることができ、又は金属面にマットを融合するのに使用できる。例えばガラスから製造されるもののような繊維を使用することによって、可撓性不織布マット層の全体のコストを下げることができる。
【０１１２】
可撓性不織布マット層はさらに、約２５重量％（マット層の総重量に基づく）までの不安定材料（例えば、熱不安定材料、例えば、熱可塑性、ナイロン、及びレーヨン繊維、粉末、フィルム、及びウェブ、並びに水溶性材料、例えばポリビニルアルコール）を含むことができる。熱可塑性繊維は、例えば当該技術分野において既知であり、例えばヘキスト−セラニーズ（Hoechst-Celanese）（ニュージャージー州サミット（Summit））から市販されている。熱可塑性繊維は、例えば十分に加熱される場合に、マット層を構成するセラミック繊維に結合して、マット層を共に保持するのを助け、マットの取り扱い性を向上させるのに有用であり得る。さらに、不安定繊維は、マット層から焼け出して又は溶出して所望の構造又は多孔性を与えることができる。不安定材料は、可撓性不織布マット層の形成中に組み込むことができる。不安定材料はまた、マットを不安定材料で含浸又は噴霧することによって可撓性不織布マット層に組み込むことができる。
【０１１３】
結合剤は、例えばマットを結合剤で飽和又は噴霧することによって可撓性不織布マット層に組み込むことができる。
【０１１４】
個別化（すなわち、各繊維が互いに分離している）繊維を提供するために、繊維のトウ又はヤーンを、例えばガラスロービングカッターを用いて細断し、所望の長さ（通常、約１．９〜約１５ｃｍの範囲）にすることができる。水流交絡されるべき不織布マット層に関して、従来のウェブ成形機を用いて切断された繊維を部分的に個別化又は分離するのが好ましい。
【０１１５】
切断又は細断されたアルミノケイ酸塩系及び／又は石英繊維は、機械的手段を用いて、例えばそれらを従来のハンマーミルに通す、又はミニウェイストオープナー（mini-waste opener）に通して分離又は個別化できる。ハンマーミルを使用する場合、細断された繊維を少なくとも２回通すのが望ましい。
【０１１６】
好ましくは、少なくとも５０重量％の繊維が、不織布マット層に形成される前に個別化される。約１５ｃｍを超える切断又は細断された繊維も不織布マット層の調製に有用な場合があるが、それらは加工がより困難なことがある。繊維の分離は、不織布マット層を製造する繊維の嵩を増大させる（すなわち、バルク密度を低下させる）傾向にあり、それによって得られたマット層の密度を低下させる。
【０１１７】
細断又は切断された繊維の加工及び分離を促進するために、繊維及び分離装置は、好ましくは約６０〜８５％（より好ましくは約８０〜８５％）の相対湿度に調湿される。或いは、帯電防止潤滑剤（例えば、シムコ社（Simco Co., Inc.）（ニュージャージー州ハットフィールド（Hatfield））から商標名ニュートロスタット（Neutrostat）（商標）として市販されているもの）、又は軽量炭化水素油（例えば、モロイル・コーポレーション（Moroil Corporation）（ノースカロライナ州シャルロット（Charlotte））から商標名７０２ＥＴＬとして市販されているもの）を繊維上にコーティングでき、及び／又は繊維を分離する間は繊維分離装置に噴霧できる。
【０１１８】
細断された個別化繊維は、次いで、好ましくは従来の繊維供給システムを用いて従来のウェブ形成機に供給し、そこで繊維をワイアスクリーン又はメッシュベルト（例えば金属又はナイロンベルト）に引き込むことができる。約２．５ｃｍを超える長さを有する繊維は、ウェブ形成プロセス中に交絡する傾向にある。マット層の取り扱い易さを促進するために、マット層はスクリム上に形成又は配置できる。繊維の長さによって、得られるマット層は、支持体（例えばスクリム）がなくとも、物理的交絡装置（例えばニードルパンチング機又は水流交絡ユニット）に移すのに十分な取り扱い性を有する場合がある。
【０１１９】
不織布マット層は、次いでニードルパンチ及び／又は水流交絡できる。不織布マット層は、従来のニードルパンチング装置を用いてニードルパンチできる。ニードルパンチングは繊維を交絡し、通常は、マットに有刺針を刺したり抜いたりすることを含む。通常、ニードルパンチされる不織布マット層は少なくとも約０．３１７５ｃｍ（１／８インチ）厚さである。この厚さ未満のマット層は、ニードルパンチされるのに十分な一体性を有していない傾向がある。マットの単位面積あたりの最適なニードルパンチ数は、特定用途により異なる。通常、不織布マット層は平均少なくとも５ニードルパンチ／ｃｍ２にニードルパンチされる。好ましくは、マットは、平均約５〜６０ニードルパンチ／ｃｍ２、より好ましくは平均約１０〜約２０ニードルパンチ／ｃｍ２にニードルパンチされる。
【０１２０】
不織布マット層は、従来の水流交絡ユニットを用いて水流交絡できる（例えば、米国特許番号４，８８０，１６８を参照のこと）。水流交絡機に用いられる好ましい液体は水であるが、他の好適な液体を水と共に、又は水に代えて使用してもよい。好ましくは、不織布マット層は、水流交絡に供される前に液体で湿潤される。好ましくは、不織布マット層は、例えば、液体（例えば水）流に低水圧（例えば、約３５０ｋＰａ（５０ｐｓｉ）まで）で通すことによって水流交絡の前に予め湿潤される。予め湿潤された層は、次いで高いジェット流圧に供される。
【０１２１】
通常、水流交絡される不織布マット層は少なくとも約０．０８ｃｍ（１／３２インチ）厚さである。この厚さ未満のマット層は、水流交絡されるのに十分な一体性を有していない傾向がある。約０．６３ｃｍ（１／４インチ）より厚いマット層は、通常、それらの厚さ全体を水流交絡できない。しかし、こうした厚さのマットは、マットの主要面の両方をジェット（すなわち、水流交絡プロセス）に供することによってさらに水流交絡できる。
【０１２２】
好ましくは、米国特許番号５，３８０，５８０に記載される可撓性のニードルパンチされた不織布マット層は、約５０〜約５０００ｇ／ｍ２の範囲の単位面積あたりの重量値、及び別の態様では、約０．３〜約５センチメートルの範囲の厚さを有する。好ましくは、可撓性の水流交絡された不織布マット層は、約２５〜約２５０ｇ／ｍ２の範囲の単位面積あたりの重量値、及び別の態様では、約０．０８ｃｍ（１／３２インチ）〜約０．３２ｃｍ（１／８インチ）の範囲の厚さを有する。
【０１２３】
接着剤
本発明の多層実装マットにおいて、マット層は、少なくとも１つの無機コロイド粒子及び無機水溶性塩のうち少なくとも１つを含む接着剤で共に結合される。
【０１２４】
有用な無機コロイド粒子は、通常、約３００ｎｍ未満（好ましくは約２００ｎｍ未満；より好ましくは約１００ｎｍ未満）の平均直径を有する。好適な無機コロイド粒子としては、例えばコロイドシリカ、コロイド状アルミナ、コロイド状粘土（天然又は合成）、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましい無機コロイド粒子としては、例えばコロイドシリカ及びコロイド状粘土が挙げられる。より好ましい無機コロイド粒子としては、例えばコロイドシリカ及び合成コロイド状粘土が挙げられる。
【０１２５】
有用なコロイドシリカは、例えばナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville）から（例えばナルコ（Nalco）１０５６、２３２９、２３２７、１１３０又は１０３０コロイドシリカとして）及びＷ．Ｒ．グレース（W. R. Grace）（メリーランド州コロンビア）からルドックス（Ludox）ＰＷ  ５０ＥＣとして市販されている。通常、コロイドシリカは水中約３０％〜約５０％固形分である。コロイドシリカは、正電荷又は負電荷（好ましくは負電荷）を有することができる。
【０１２６】
有用なコロイド状粘土も市販されており、例えばロックウッド（Rockwood）（ニュージャージー州プリンストン（Princeton）からのラポナイト（Laponite）（商標）（５９．５％ＳｉＯ２、２７．５％ＭｇＯ）；ミネラル・コロイド（Mineral colloid）ＢＰ（６２．９％ＳｉＯ２、１７．１％Ａｌ２Ｏ３、２．４％ＭｇＯ）及びゲルホワイト（Gelwhite）（商標）Ｌ（６６．５％ＳｉＯ２、１４．７％Ａｌ２Ｏ３、３．２％ＭｇＯ）（両方とも、サザン・クレイ（Southern Clay）（テキサス州ゴンザレス（Gonzales））から）；グレース・コンストラクション・プロダクツ（Grace Construction Products）（マサチューセッツ州ケンブリッジ（Cambridge））からのミクロライト（MicroLite）（商標）バーミキュライト分散液を挙げることができる。通常、コロイド状粘土は水中約５％〜約１０％固形分である。
【０１２７】
有用な無機水溶性塩としては、例えばケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、硫酸アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましい無機水溶性塩としては、例えばケイ酸ナトリウム及びケイ酸カリウムが挙げられる。
【０１２８】
通常、有用なケイ酸ナトリウムは、ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏが約０．４〜約４（好ましくは約１．５〜約３．５）の範囲である。この比がより高くなると、硬化速度が速くなり、接着結合がより堅くなる。反対に、この比が低くなると、硬化速度が遅くなり、接着結合がより可撓性になる。
【０１２９】
有用な無機水溶性塩は市販されている。例えば、ケイ酸ナトリウムは、ＰＱコーポレーション（PQ Corporation）（ペンシルベニア州バリーフォージ（Valley Forge））からタイプＮケイ酸ナトリウム及びスティクソ（Stixso）（商標）ケイ酸ナトリウムとして利用可能である。接着剤は、任意構成成分、例えば脆性を低減する、色を付与する、又は光、熱反射率又は吸収率を向上する添加剤を含むことができる。例えば、グリセリン又はその他の多価アルコールは可撓性を改善するために添加できる。無機顔料及び／又は粘土は、色を付与するため、及び／又はエネルギー反射率又は吸収率を向上させるために使用できる。
【０１３０】
接着剤は、通常液体形態である。しかし、一部のマット層（例えば、有機結合剤を含まないニードルタックされた又は乾式載置されたマット層）に関して、接着剤はゲルの形態であるのが好ましい場合がある。ゲルは、例えば（１）水を除去し、（２）ｐＨを変更し、（３）塩を添加し、又は（４）水混和性有機溶媒を添加することによって形成できる。ゲル化の程度は、粘度を最適化することによって制御でき、それによってマット層への接着剤の吸収を低減する。
【０１３１】
コロイド粒子溶液の粘度はまた、ヒュームドシリカ、融和性の金属酸化物、又は水酸化物粉末を添加することによって増大できる。粘度はまた、融和性従来の有機増粘剤を添加することによって増大できる。
【０１３２】
本発明の接着剤は、特定の有機接着剤（例えば、上記で開示される有機結合剤）を含むことができる。通常、接着剤は、約５０重量％未満（好ましくは約２０重量％未満）の有機接着剤を含む。
【０１３３】
方法
本発明の多層実装マットは、接着剤を第１の実装マット層の主要面に適用し、その接着剤がコーティングされた第１の実装マット層の面に第２の実装マット層の主要面を共に軽く圧縮することによって製造できる。本明細書で使用する時、「圧縮する」という用語は、マット表面の結合のために十分な接触が生じるのに適切な圧力を適用する（例えば、軽い圧力、例えば指の圧力は、特定の実施形態に関して適切であり得る）ことを意味する。
【０１３４】
接着剤の薄い層は、連続層又は不連続層（例えば、別個のドット又は縞）として第１のマット層の面に適用できる。所望により、接着剤は第２のマット層の表面にも同様に適用できる。適用は、いずれかの有用な技術、例えばコーティング、噴霧又はディッピングによって達成できる。接着剤を適用した後、第１の実装マット層を第２の実装マット層と共に（例えば、ニップロール又はその他のいずれかの有用な圧縮／積層手段を用いて）圧縮できる。
【０１３５】
通常、適用される接着剤の量及び圧縮力は、２層を圧縮したときに接着剤が主に２つのマット層の中間面に留まるように制御される。十分な量の接着剤は、通常、マット層の面に留まり、円又はロール（例えば６．４ｃｍ（２．５インチ）直径の円筒）に曲げられた場合に層が共に保持されるのに十分な結合強度を提供する。好ましくは、接着剤は、２つの層の厚さの約２０％未満（より好ましくは約１０％未満）に浸透する。
【０１３６】
接着（すなわち、接着剤の硬化）は、接着剤から水をエバポレートすることによって得られる。所望により、接着剤からの水のエバポレート速度は熱の適用によって加速できる。マイクロ波又は高周波（ＲＦ）オーブンも、任意に水のエバポレーションを加速するために使用してもよい。
【０１３７】
ケイ酸塩接着剤の硬化は、化学的硬化剤、例えば鉱物又は有機酸、酸塩、又は二酸化炭素によって加速できる。
【０１３８】
本発明の方法は、任意に連続ロール・ツー・ロール（roll-to-roll）プロセスとして行うことができる。
【０１３９】
多層実装マット及び汚染防止装置
本発明の多層実装マットは、第１の層、第２の層、及びそれらの間に挟持された接着剤（上述したもの）を有する。接着剤は、第１の層の主要面と第２の層の主要面を共に結合する。マット層は、同じ材料又は異なる材料を含むことができる。例えば、第１及び第２の層は両方とも膨張性層（同じ膨張性材料又は異なる材料）であることができ；第１及び第２の層は両方とも非膨張性材料（同じ非膨張性材料又は異なる材料）であることができ；或いは第１の層は膨張性層であることができ、第２の層は非膨張性層であることができる（逆もまた同様）。多層実装マットはまた、追加のマット層を有することもできる。本発明の多層実装マットの好ましい３層実施形態は、例えば、膨張性層が２つの非膨張性層との間に挟持されている「サンドイッチ」構造を有する。
【０１４０】
通常、本発明の多層実装マットは、可撓性である（すなわち、以下に記載される曲げ試験に合格する）。
【０１４１】
層を共に結合する接着剤層は、連続又は不連続層（好ましくは不連続層）であることができる。接着剤層は、通常、約５〜約１７５ｇ／ｍ２（好ましくは約１５〜約１００ｇ／ｍ２；より好ましくは約２０〜約７０ｇ／ｍ２）の乾燥コーティング重量を有する。
【０１４２】
本発明の多層実装マットは、汚染防止装置（例えば、触媒コンバータ又はディーゼル微粒子フィルタに使用するため）の汚染防止要素を実装する際に使用するために操作上適合されている。
【０１４３】
汚染防止装置は一般に、ケーシングと、このケーシング内に配置された汚染防止要素（例えば、触媒要素、又は微粒子フィルタ要素）と、汚染防止要素とケーシングとの間に配置される実装マットとを含む。
【０１４４】
ケーシング（カン又はハウジングと呼ばれることも多い）は、こうした使用のために当該技術分野において既知の好適な材料から製造でき、通常金属から製造される。好ましくは、ケーシングはステンレススチールから製造される。
【０１４５】
好適な触媒コンバータ要素は、モノリスとも呼ばれ、当該技術分野において既知であり、金属又はセラミックでできたものが含まれる。モノリス又は要素は、コンバータのための触媒材料を担持するために使用される。有用な触媒コンバータ要素は、例えば米国特許番号ＲＥ  ２７，７４７（ジョンソン（Johnson））に開示されている。
【０１４６】
さらに、セラミック触媒コンバータ要素は、例えば、カミング社（Coming Inc.）（ニューヨーク州カミング（Coming））及びＮＧＫインシュレータ（NGK Insulator Ltd.）（日本、名古屋）から市販されている。例えば、ハニカム状セラミック触媒担体は、カミング社（Coming Inc.）によって商標名セルカー（Celcor）（商標）及びＮＧＫインシュレータ（NGK Insulator Ltd.）によってハニーセラム（Honeyceram）（商標）として販売されている。金属触媒コンバータ要素は、ベア（Behr GmbH and Co.）（ドイツ）から市販されている。
【０１４７】
触媒モノリスに関する詳細な追加の記述に関しては、例えばＳＡＥ技術論文（SAE Technical Paper Series）、１９９０年の論文番号９００５００の中のシュトローム（Stroom）らの「自動車の触媒コンバータのためのパッケージデザインへのシステムアプローチ（Systems Approach to Packaging Design for Automotive Catalytic Converters）」；ＳＡＥ技術論文（SAE Technical Paper Series）、１９８０年の論文番号８０００８２の中のハウィット（Howitt）の「モノリシックの触媒担体としての薄壁セラミック（Thin Wall Ceramics as Monolithic Catalyst Support）」；及びＳＡＥ技術論文（SAE Technical Paper Series）、１９７４年の論文番号７４０２４４の中のハウィット（Howitt）らの「モノリシックのハニカム状自動車触媒コンバータの流動効果（Flow Effect in Monolithic Honeycomb Automotive Catalytic Converter）」を参照のこと。
【０１４８】
触媒コンバータ要素にコーティングされる触媒材料は、当該技術分野において既知のもの（例えば、ルテニウム、オスミウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、及びプラチナ、並びに金属酸化物、例えば五酸化バナジウム及び二酸化チタン）が挙げられる。触媒コーティングに関してさらなる詳細は、例えば米国特許番号３，４４１，３８１を参照のこと。
【０１４９】
従来のモノリシックタイプのディーゼル微粒子フィルタ要素は、通常、ハニカム状、多孔性、結晶性セラミック（例えば、コージライト）材料で構成されるウォールフローフィルタである。ハニカム状構造の交互セルは、通常、排気ガスが１つのセルに入り、１つのセルの多孔質壁を強制的に通らされ、別のセルを通って構造体から出て行くように埋め込まれる。ディーゼル微粒子フィルタ要素の大きさは、特定のアプリケーションの必要性に依存する。有用なディーゼル微粒子フィルタ要素は、例えば、カミング社（Coming Inc.）（ニューヨーク州カミング（Coming））及びＮＧＫインシュレータ（NGK Insulator Ltd.）（日本、名古屋）から市販されている。さらに、有用なディーゼル微粒子フィルタ要素は、ＳＡＥ技術論文（SAE Technical Paper Series）、１９８１年の論文番号１０１１４の中のハウィット（Howitt）らの「セル状セラミックディーゼル微粒子フィルタ（Cellular Ceramic Diesel Particulate Filter）」に説明されている。
【０１５０】
使用時、本発明の多層実装マットは、触媒コンバータ又はディーゼル微粒子フィルタのいずれかについて、同様の様式にてモノリスとケーシングとの間に配置される。これは、多層実装マットのシートでモノリスを包み、包まれたモノリスをケーシングに挿入し、ケーシングを密封することによって行うことができる。
【実施例】
【０１５１】
本発明の目的及び利点を以下の実施例でさらに例示する。
【０１５２】
試験方法
引張り強度試験
この試験は、マット間の接着剤結合の強度を示す。サンプルは、２．５ｃｍ（１インチ）×１５ｃｍ（６インチ）の大きさのマットのストリップの一方の末端部面に接着剤を塗り、接着剤をその末端部から少なくとも２．５ｃｍ（１インチ）延ばすように調製した。２．５ｃｍ（１インチ）×１５ｃｍ（６インチ）の大きさのマットの第２のストリップを、それが６．５ｃｍ２（１平方インチ）で第１のストリップを覆うように第１のストリップ上に配置し、各ストリップの自由末端部を反対方向に延ばした。コーティングされた領域を、指で軽く押し、結合ラインから過剰な接着剤を搾り取った。積層されたサンプルを８０℃に設定されたオーブンに約６０分間置いた。サンプルを取出し、室温まで（少なくとも１０分間）冷却させた。引張り試験は、上方つかみ具に一方の末端部をクランプし、試験機の下方つかみ具に他方の末端部をクランプし、２．５ｃｍ／分（１インチ／分）のクロスヘッド速度で引くことにより、モデル１００−Ｐ−１２引張り試験機（テスト・リソースズ（Test Resources）（ミネソタ州シャコピ（Shakopee））から入手可能）で行った。引張り強度を１平方センチメートルあたりのグラム（１平方インチあたりのポンド）で記録し、破壊モードを記載した。マットの凝集破壊は、接着剤結合強度が、マットの凝集強度を超え、マット内で離層が生じることを示した。接着破壊は、実質的にそのままマットが互いに引き離れることで特徴付けられ、接着剤がマットを共に保持していないことを示した。混合破壊とは、両方の破壊モードが試験サンプル中に観測されたことを示す。
【０１５３】
Ｔ−剥離接着試験
マットの２つのストリップを２．５４ｃｍ×２０．３ｃｍ（１インチ×８インチ）に切断した。接着剤をペイント刷毛を用いて各ストリップの約１０．６ｃｍ（５インチインチ）に適用した。マットの２つのストリップのコーティングされた表面を指で軽く押して共に合わせ、結合ラインから過剰の接着剤を搾り取った。２層サンプルを１５０℃に設定されたオーブンに約１０分間置いた。サンプルを取出し、室温まで（少なくとも１０分間）冷却させた。積層されたサンプルは、モデル１００−Ｐ−１２引張り試験機を用い、ストリップそれぞれの自由末端部を試験機の上方及び下方つかみ具に注意深くクランプすることによってＴ−剥離接着について試験した。クロスヘッド速度は、１２．７ｃｍ／分（５インチ／分）であり、つかみ具の分離は２５ｃｍ（１０インチ）であった。グラム／センチメートル幅（グラム／インチ幅）の平均抵抗力及び破壊モードを記録した。破壊モードは、引張り強度試験に関して上述した通りである。
【０１５４】
曲げ試験
この試験は、マット材料を円に曲げた場合に互いに接着した状態をどの程度保つかを定量的に示す。２．５ｃｍ（１インチ）×２０ｃｍ（８インチ）の大きさのマットの２つのストリップに接着剤を塗り、次いで指で軽くコーティングされた表面を共に押し、過剰な接着剤を搾り出すことによってサンプルを調製した。サンプルを１５０℃に設定されたオーブンにて約１０分間乾燥した。室温まで冷却した後、サンプルを６．４ｃｍ（２．５インチ）直径の円筒に包んだ。結果は合格であった、すなわちマットは互いに接着した状態にあった；或いは失格であった、すなわちマットの２つのストリップは互いに分離した（通常、マットの離層がほとんどないか、全くない）又はマット内でクラックを示した。マット界面内における接着剤のクラックは、マット自体にクラックが生じない限り許容可能である。
【０１５５】
（実施例１〜３）
実施例１は、液体のケイ酸ナトリウム（ＰＱコーポレーション（PQ Corporation）（ペンシルベニア州バリーフォージ（Valley Forge））から入手可能なケイ酸ナトリウムタイプＮ）の薄層を坪量が８００グラム／平方メートルの膨張性実装マット（３Ｍ社（3M Co.）（ミネソタ州セントポール（St. Paul）によって製造される３Ｍ（登録商標）インターラム（Interam）（登録商標）５５０膨張性マット）の２．５ｃｍ（１インチ）×１５ｃｍ（６インチ）のストリップ上に塗り、同じ材料の第２のストリップをその上に押さえることによって、上述した引張り強度試験の手順に従って調製した。試験結果を表１に示している。
【０１５６】
実施例２は、５％のグリセリンを接着剤組成物に加える以外、実施例１の手順に従って調製した。
【０１５７】
実施例３は、第２のマットが１４３５グラム／平方メートルの非膨張性マット（３Ｍ社（3M Co.）（ミネソタ州セントポール（St. Paul）によって製造される３Ｍ（登録商標）インターラム（Interam）（登録商標）９００ＨＴ膨張性マット）である以外、実施例１の手順に従って調製した。
【０１５８】
【表１】
2009539031.tif 000002
【０１５９】
＊実施例３は、マットから不規則に引っ張られた繊維が見られたが、それは非膨張性マットが引き離れたことを示している。
【０１６０】
（実施例４〜１６）
実施例４〜１６は、実施例１に記載された膨張性マット及び以下の表２に示される接着剤を用いて調製された。試験サンプルを調製し、引張り強度試験、曲げ試験、及びＴ−剥離接着試験の試験手順に従って試験した。結果を表２に示す。Ｔ−剥離接着のためのサンプルは、引張り試験機にて行わなかったが、手で引き離して、破壊モードを記録した。
【０１６１】
【表２】
2009539031.tif 000003
【０１６２】
＊各実施例に使用される接着剤は次の通りであった：
実施例４  −  ナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville））から入手可能なナルコ（Nalco）２３２７
実施例５  −  水道水で５０／５０に希釈されたケイ酸ナトリウム（ＰＱコーポレーション（PQ Corporation）（ペンシルベニア州バリーフォージ（Valley Forge））から入手可能なＰＱ（登録商標）ケイ酸ナトリウムタイプＮ）
実施例６  −  ＰＱコーポレーション（PQ Corporation）（ペンシルベニア州バリーフォージ（Valley Forge））から入手可能なケイ酸ナトリウムタイプＮ
実施例７  −  水中５０％硫酸アルミニウム（ミョウバン）（ホーキンス（Hawkins Inc.）（ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis））から入手可能）
実施例８  −  コロイド状のモンモリロナイト（サザン・クレイ・プロダクツ（Southern Clay Products Inc.）（テキサス州ゴンザレス（Gonzales））（ロックウッド（Rockwood）の子会社）から入手可能なゲルホワイト（Gelwhite）Ｌ）
実施例９  −  ケイ酸ナトリウムリチウムマグネシウム（ロックウッド・アディティブズ（Rockwood Additives）（英国ウイドネス（Widnes）から入手可能なラポナイト（LAPONITE）ＲＤ）
実施例１０  −  コロイド状のモンモリロナイト粘土（ミネラル・コロイド（MINERAL COLLOID）（登録商標）ＢＰ（登録商標）（サザン・クレイ・プロダクツ（Southern Clay Products Inc）（テキサス州ゴンザレス（Gonzales））（ロックウッド（Rockwood）の子会社）から入手可能））
実施例１１  −  ケイ酸塩を５０／５０重量で有するナルコ（Nalco）２３２７
実施例１２  −  ミョウバンを５０／５０重量で有するナルコ（Nalco）２３２７
実施例１３  −  飽和ホウ酸を５０／５０重量で有するナルコ（Nalco）２３２７
実施例１４  −  ミョウバン５０／５０重量のケイ酸ナトリウムタイプＮ
実施例１５  −  ホウ酸を有するケイ酸ナトリウムタイプＮ
実施例１６  −  ミョウバン５０／５０を有するゲルホワイトＬ
（実施例１７〜３８）
実施例１７〜３３は、実施例１に記載された膨張性マット及び以下の表３に示される接着剤を用いて調製された。サンプルは、Ｔ−剥離試験手順に従って調製及び試験された。
【０１６３】
【表３】
2009539031.tif 000004
【０１６４】
＊＊各実施例に用いる接着剤は次の通りであった：
実施例１７  −  ナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville））から入手可能なナルコ（Nalco）１０５６
実施例１８  −  ナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville））から入手可能なナルコ（Nalco）２３２９
実施例１９  −  ナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville））から入手可能なナルコ（Nalco）１１３０
実施例２０  −  ナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville））から入手可能なナルコ（Nalco）１０３０
実施例２１  −  Ｗ．Ｒ．グレース（W.R. Grace Co.）（メリーランド州コロンビア（Columbia））から入手可能なルドックス（Ludox）ＰＷ５０ＥＣバイモード
実施例２２  −  ホーキンス（Hawkins Inc.）（ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis））から入手可能な５０％硫酸アルミニウム
実施例２３  −  ナルコ（Nalco）（イリノイ州ナパビル（Naperville））から入手可能な３５％アルミン酸ナトリウム
実施例２４  −  ホーキンス（Hawkins Inc.）（ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis）から入手可能な飽和塩化カリウム
実施例２５  −  ＥＭサイエンス（EM Science）（ニュージャージー州チェリーヒル（Cherry Hill）から入手可能な飽和塩化ナトリウム
実施例２６  −  ＰＱコーポレーション（PQ Corp.）（ペンシルベニア州バリーフォージ（Valley Forge））から入手可能なスティクソ（Stixso）（商標）ケイ酸ナトリウム
実施例２７  −  ＰＱコーポレーション（PQ Corp.）（ペンシルベニア州バリーフォージ（Valley Forge））から入手可能なタイプＮケイ酸ナトリウム
実施例２８  −  水中５％ゲルホワイト
実施例２９  −  ロックウッド・アディティブズ（Rockwood Additives, LTD）（ニュージャージー州プリンストン（Princeton））から入手可能な５％ラポナイト（Laponite）ＲＤ
実施例３０  −  グレース・コンストラクション・プロダクツ（Grace Construction Products）（マサチューセッツ州ケンブリッジ（Cambridge））から入手可能なミクロライト（Microlite）剥離バーミキュライト
実施例３１  −  Ｒ．Ｔ．バンダービルト社（R.T. Vanderbilt Co）（コネチカット州ノールウォーク（Norwalk））から入手可能なディクシ・クレイ（Dixie Clay）（２００ｎｍ）；ワーリング（Waring）ブレンダにて６０秒間ブレンドされ粒径を下げたもの
実施例３２  −  ワイオ−ベン（Wyo-Ben）（モンタナ州ビリングス（Billings））から入手可能なベントナイト粘土
実施例３３  −  ロックウッド・アディティブズ（Rockwood Additives, LTD）（ニュージャージー州プリンストン（Princeton））から入手可能なラポナイト（Laponite）ＲＤ／ケイ酸ナトリウムゲル
（実施例３４）
３層マットは、接着剤としてケイ酸ナトリウムタイプＮを用いて実施例３に記載される２つの非膨張性マットを実施例１に記載される膨張性マットに積層することによって調製した。膨張性マットは、２つの非膨張性マットの間に挟持させた。３層のものは可撓性であったので、クラックも離層も生じることなくコージライトモノリスの周りを容易に包むことができた。
【０１６５】
比較例Ｃ１〜Ｃ１１
比較例Ｃ１〜Ｃ１１は、実施例１に記載される膨張性マットと、Ｔ−剥離接着試験のためのサンプルを製造するために以下に列挙された接着剤とを用いて調製した。サンプルは、手で分離して、完全に離れた（結合なし）、又は引張り試験機のつかみ具にクランプするには十分に共に保持されていなかった（弱い結合）。破壊は全て接着破壊であり、マット中の離層はなかった。
【０１６６】
Ｃ１−飽和ホウ酸−結合なし
Ｃ２−水中２０％二酸化チタン（２ミクロン）−結合なし
Ｃ３−ＪＴベーカー（JT Baker）から入手可能な酸化カルシウム粉末−結合なし
Ｃ４−キャボット（Cabot）から入手可能なＭ−５ヒュームドシリカ−結合なし
Ｃ５−ワーリング（Waring）ブレンダにてブレンドされたＭ−５−結合なし
Ｃ６−水酸化アルミニウム−結合なし
Ｃ７−水中２０％硫酸カルシウム、ＥＭサイエンス（EM Science）（ニュージャージー州チェリーヒル（Cherry Hill））−弱い結合
Ｃ８−ディクシ・クレイ（Dixie Clay）２００ｎｍ−ブレンドされていない）−弱い結合
Ｃ９−水酸化アルミニウム（３．５ミクロン）、ハーバー（Huber Inc）（ジョージア州ノルクロス（Norcross））−弱い結合
ＣＲ１０−水酸化マグネシウム（５ミクロン）、アルバマール（Albemarle Inc.）（ルイジアナ州バトン・ルージュ（Baton Rouge））−弱い結合
Ｃ１１−水−結合なし
本発明の様々な変更や改変は、本発明の範囲及び趣旨を逸脱せずに、当業者には明らかとなるであろう。本発明は、本明細書で示される例示的な実施形態及び実施例によって不当に限定されるべく意図されていないこと、並びに、かような実施例及び実施形態は、以下に示されるように、本明細書に示す請求項によってのみ限定されるべく意図されている、本発明の範囲に沿った例示として提示されること、を理解すべきである。
【国際調査報告】
2009539031.tif 000005
2009539031.tif 000006