(57)【要約】【課題】  ６００℃以下の低温域であっても充分な保持力を有する保持シール材を提供すること。【解決手段】  有機バインダが添着された無機繊維からなり、膨張材を含有しない保持シール材であって、上記有機バインダはＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが、１０５℃で熱処理された上記有機バインダと比較して４〜８０％低いことを特徴とする保持シール材。【選択図】  図１
2015229955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機バインダが添着された無機繊維からなり、膨張材を含有しない保持シール材であって、
前記有機バインダはＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが、１０５℃で熱処理された前記有機バインダと比較して４〜８０％低いことを特徴とする保持シール材。
【請求項２】
有機バインダが添着された無機繊維からなり、膨張材を含有しない保持シール材であって、
前記保持シール材を構成する所定の厚さのマットを３００℃で１０分間加熱した際に、前記マットの厚さが２．２倍以上に変化することを特徴とする保持シール材。
【請求項３】
有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材であって、
前記有機バインダはＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが、０．７〜２．５ＭＰａである請求項１又は２に記載の保持シール材。
【請求項４】
前記有機バインダの含有量は、前記保持シール材の全量に対して固形分換算で０．１〜１０重量％である請求項１〜３のいずれかに記載の保持シール材。
【請求項５】
前記有機バインダのガラス転移温度（Ｔｇ）は、−５℃以下である請求項１〜４のいずれかに記載の保持シール材。
【請求項６】
前記有機バインダを構成する高分子樹脂成分は、アクリル系樹脂である請求項１〜５のいずれかに記載の保持シール材。
【請求項７】
前記無機繊維は、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た少なくとも１種から構成されている請求項１〜６のいずれかに記載の保持シール材。
【請求項８】
有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットを準備するマット準備工程と、
前記有機バインダが添着されたマットを１４０℃以上で熱処理する熱処理工程とからなることを特徴とする保持シール材の製造方法。
【請求項９】
前記無機繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、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た少なくとも１種から構成されている請求項８に記載の保持シール材の製造方法。
【請求項１０】
前記有機バインダは、アクリル系樹脂で構成された高分子樹脂成分を有し、さらにエマルジョンである請求項８又は９に記載の保持シール材の製造方法。
【請求項１１】
前記有機バインダを構成する高分子樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）が、−５℃以下である請求項８〜１０のいずれかに記載の保持シール材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保持シール材及び保持シール材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
従来、このような問題を解決するために、６００℃〜１５００℃で熱分解する有機バインダを含浸し、この有機バインダが焼失した際に厚みを１．５〜１０倍に膨張させる方法（例えば、特許文献１参照）や、１３０〜２００℃で膨張する発泡バインダを用いる方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１７４６８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１２２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、一般的な排ガス浄化装置におけるエンジン始動直後のケーシング内温度は３００℃程度であるため、特許文献１に開示された方法では、有機バインダが分解してマット厚み方向に膨張しない６００℃以下における排ガス処理体の損傷や保持性に関する課題は解決されていない。具体的には、特許文献１に開示された方法では、３００℃程度の温度域において有機バインダが軟化することでバインダによる繊維間の拘束力が弱まり、マット内での繊維の微小な再配列や行動を起こすことによって保持シール材の面圧が一時的に低下し、排ガス処理体のずれや脱落が発生することがあった。
【０００７】
また、特許文献２に開示された方法では、発泡バインダの発泡する温度が低温過ぎるため、発泡バインダが発泡しない温度域で製造を行わなければならず、バインダの乾燥工程等に多大な時間を必要とし、生産効率が悪いという問題があった。
【０００８】
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、６００℃以下の低温域であっても充分な保持力を有する保持シール材を提供することを目的とする。また、本発明は、このような保持シール材を簡便なプロセスにより製造する製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の保持シール材は、有機バインダが添着された無機繊維からなり、膨張材を含有しない保持シール材であって、上記有機バインダはＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが、１０５℃で熱処理された上記有機バインダと比較して４〜８０％低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の保持シール材を構成する無機繊維に添着される有機バインダの引張強さ（以降、単に引張強さともいう）は、１０５℃で熱処理された有機バインダと比較して、４〜８０％低くなっている。すなわち、本発明の保持シール材を構成する有機バインダは、１０５℃で熱処理されたものよりも引張強さが低く、有機バインダの一部が劣化しているといえる。
このような有機バインダが添着された無機繊維を保持シール材として用いることによって、６００℃以下、例えば３００℃程度の低温環境下に晒された場合であっても、熱衝撃によって有機バインダが無機繊維同士を拘束する力が弱まり、保持シール材が膨張する。そのため、６００℃以下の低温域においても充分な面圧を発揮し、排ガス処理体を安定的に保持することができる。なお、本発明の保持シール材を３００℃で１０分間加熱した際には、保持シール材を構成するマットの厚さが２．２倍以上に変化する。
【００１１】
すなわち、本発明の保持シール材は、有機バインダが添着された無機繊維からなり、膨張材を含有しない保持シール材であって、上記保持シール材を構成する所定の厚さのマットを３００℃で１０分間加熱した際に、上記マットの厚さが２．２倍以上に変化することを特徴とする。
本発明の保持シール材は、３００℃で１０分間加熱した際に、保持シール材を構成するマットの厚さが２．２倍以上に変化する。そのため、６００℃以下の低温域においても充分な面圧を発揮し、排ガス処理体を安定的に保持することができる。
【００１２】
本発明の保持シール材は、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材であって、上記有機バインダはＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが０．７〜２．５ＭＰａであることが好ましい。
有機バインダの引張強さが０．７〜２．５ＭＰａであると、６００℃以下の低温域においても、保持シール材を拘束する力が弱まり、保持シール材を膨張させることができる。
【００１３】
本発明の保持シール材において、上記有機バインダの含有量は、上記保持シール材の全量に対して固形分換算で０．１〜１０重量％であることが好ましい。
有機バインダの含有量が０．１重量％未満である場合には、保持シール材を排ガス処理体に巻きつけた際に、保持シール材が割れてしまうことがあり、１０重量％を超える場合には、保持シール材の面圧を発揮する効果は変わりないが、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。
【００１４】
本発明の保持シール材において、上記有機バインダのガラス転移温度（Ｔｇ）は、−５℃以下であることが好ましい。
有機バインダのガラス転移温度が−５℃以下であると、有機バインダにより形成される有機バインダ皮膜の強度を高くしつつ、皮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つける際等に保持シール材が折れにくくなる。また、有機バインダ皮膜が硬くなり過ぎないため、無機繊維が破断した際に、無機繊維同士を繋ぎ止める効果を発揮し、無機繊維の飛散を抑制することができる。
なお、本明細書において有機バインダを構成する高分子樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）とは、特筆しない限り、後述する劣化処理を経ていない有機バインダを構成する高分子樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）を指す。
【００１５】
本発明の保持シール材において、上記有機バインダを構成する高分子樹脂成分は、アクリル系樹脂であることが好ましい。
有機バインダを構成する高分子樹脂成分がアクリル系樹脂であると、有機バインダにより形成される有機バインダ皮膜の引張強さを後述する劣化処理によって操作しやすく、本発明の保持シール材を構成する有機バインダとして適している。
【００１６】
本発明の保持シール材において、上記無機繊維は、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た少なくとも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、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た少なくとも１種から構成されていると、耐熱性、耐風食性等、本発明の保持シール材に要求される特性を充分に満足することができる。
【００１７】
本発明の保持シール材の製造方法は、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットを準備するマット準備工程と、上記有機バインダが添着されたマットを１４０℃以上で熱処理する熱処理工程とからなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の保持シール材の製造方法では、有機バインダを添着させたマットを１４０℃以上で熱処理することで、有機バインダを構成する高分子樹脂成分を一部劣化させることができる。上記熱処理により一部劣化した高分子樹脂成分からなる有機バインダは、６００℃以下、例えば３００℃程度の低温であっても、その熱衝撃で無機繊維同士を拘束する拘束力を保つことができなくなるため、保持シール材が膨張する。そのため、６００℃以下の低温域においても排ガス処理体を安定的に保持することができる保持シール材を製造することができる。
【００１９】
本発明の保持シール材の製造方法においては、上記無機繊維は、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た少なくとも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、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た少なくとも１種から構成されていると、耐熱性、耐風食性等の特性を充分に満足する保持シール材を製造することができる。
【００２０】
本発明の保持シール材の製造方法においては、上記有機バインダは、アクリル系樹脂で構成された高分子樹脂成分を有し、さらにエマルジョンであることが好ましい。
有機バインダを構成する高分子樹脂成分がアクリル系樹脂であると、有機バインダにより形成される有機バインダ皮膜の強度を向上させやすく、可撓性に優れた保持シール材を製造することができる。
また、有機バインダがエマルジョンであると、エマルジョンが無機繊維の表面全体を被覆し易く、無機繊維の表面全体に有機バインダによる皮膜を形成させやすくなるため、可撓性に優れた保持シール材を製造する方法として優れている。
【００２１】
本発明の保持シール材の製造方法においては、上記有機バインダを構成する高分子樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）が、−５℃以下であることが好ましい。
有機バインダのガラス転移温度が−５℃以下であると、有機バインダにより形成される有機バインダ皮膜の強度を高くしつつ、皮膜伸度が高くて可撓性に優れた保持シール材を製造することができる。そのため、保持シール材を排ガス処理体に巻きつける際等に保持シール材が折れにくくなる。また、有機バインダ皮膜が硬くなり過ぎないため、無機繊維が破断した際に、無機繊維同士を繋ぎ止める効果を発揮し、無機繊維の飛散を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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】図２は、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３】図３は、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】図４は、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図である。
【００２３】
（発明の詳細な説明）
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。
【００２４】
以下、本発明のシール材について説明する。
本発明の保持シール材は、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材であって、上記有機バインダはＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが、１０５℃で熱処理された上記有機バインダと比較して４〜８０％低いことを特徴とする。
【００２５】
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。
【００２６】
本発明の保持シール材では、無機繊維に有機バインダが添着されている。
【００２７】
本発明で用いられる有機バインダは、特に限定されないが、アクリル系樹脂、アクリレート系ラテックス、ゴム系ラテックス、カルボキシメチルセルロース又はポリビニルアルコール等の水溶性有機重合体、スチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられ、アクリル系樹脂であることが好ましい。
有機バインダを構成する高分子樹脂成分がアクリル系樹脂であると、有機バインダにより形成される有機バインダ皮膜の強度を後述する劣化処理によって操作しやすく、本発明の保持シール材を構成する有機バインダとして適している。
【００２８】
本発明の保持シール材は、有機バインダを保持シール材全体の重量に対して固形分換算で０．１〜１０重量％含有していることが好ましく、１〜９重量％含有していることがより好ましく、４〜８重量％含有していることがさらに好ましい。
有機バインダの含有量が０．１重量％未満の場合、保持シール材に充分な可撓性を付与することができないことがあり、保持シール材を排ガス処理体に巻きつける際に、クラックが発生することがある。一方、有機バインダの含有量が１０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。
【００２９】
有機バインダ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。有機バインダのガラス転移温度が−５℃以下であると、有機バインダにより形成される皮膜の強度を高くすることができるため、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、有機バインダにより形成される皮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。
【００３０】
本発明の保持シール材を構成する有機バインダは、ＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に準拠する方法により測定した引張強さが、１０５℃で熱処理された上記有機バインダと比較して４〜８０％低い。上記有機バインダの引張強さは、１０５℃で熱処理されたものと比較して１０〜８０％低いことが好ましく、２０〜８０％低いことがより好ましい。
すなわち、本発明の保持シール材を構成する有機バインダは、所定の劣化処理を行うことにより、１０５℃で熱処理した際と比較して、その引張強さが４〜８０％低くなっている。
このような有機バインダが無機繊維に添着されていることによって、本発明の保持シール材は、３００℃で１０分間加熱した際に、保持シール材を構成するマットの厚さが２．２倍以上に変化するため、６００℃以下、例えば３００℃程度の低温環境下に晒された場合であっても、熱衝撃によって有機バインダが無機繊維同士を拘束する力が弱まり、保持シール材が膨張する。そのため、６００℃以下の低温域においても充分な面圧を発揮し、保持シール材を安定的に保持することができる。保持シール材は、３００℃で１０分間加熱した際にマットの厚さが３．５倍以下に変化することが好ましく、３．０倍以下に変化することがより好ましく、２．８倍以下に変化することがさらに好ましい。３００℃で１０分間加熱した際にマットの厚さが３．５倍を超えて変化する場合、低温域での保持性能が高くなりすぎるため、排ガス処理体を破壊してしまう可能性がある。
なお、上記有機バインダの引張強さを測定する温度は、特に規定しない限り室温２０℃である。
【００３１】
上記劣化処理の方法は、有機バインダの引張強さを、１０５℃で熱処理したものと比較して４〜８０％低下させることができれば特に限定されず、例えば、熱処理、オゾン処理、紫外線処理、マイクロ波処理、加熱条件下でのニードル処理等が挙げられ、使用する有機バインダの種類及び化学的性質に応じて最適なものを選択すればよく、上述した劣化処理を複数組み合わせたり、同時に実施してもよい。
保持シール材を製造する際のコストを考慮すると、これらの中では熱処理が最も好ましい。
【００３２】
本発明の保持シール材において、有機バインダの引張強さは、０．７〜２．５ＭＰａであることが好ましく、０．７〜２．０ＭＰａであることがより好ましく、０．７〜１．５ＭＰａであることがさらに好ましい。
有機バインダの引張強さが０．７〜２．５ＭＰａであると、６００℃以下の低温域において、保持シール材を拘束する力が弱まり、保持シール材を膨張させることができる。
また、有機バインダをこのような引張強さとするためには、上述した劣化処理、特に熱処理を施すことが好ましい。
【００３３】
本発明の保持シール材はさらに、無機バインダが添着されていてもよい。
【００３４】
無機バインダとしては、特に限定されず、アルミナゾル、シリカゾル等が挙げられる。
【００３５】
本発明の保持シール材は、無機バインダを保持シール材全体の重量に対して０．１〜１０重量％含有していることが好ましく、１〜９重量％含有していることがより好ましく、４〜８重量％含有していることがさらに好ましい。
【００３６】
本発明の保持シール材はさらに、有機バインダと無機バインダとが凝集した凝集体が添着されていてもよい。
凝集体を構成する有機バインダは、既に説明した上記有機バインダと同一であってもよく、異なっていてもよい。凝集体を構成する無機バインダは、既に説明した上記無機バインダと同一であってもよく、異なっていてもよい。
また、凝集体を形成するために、凝集剤をさらに含んでいてもよい。
【００３７】
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く、耐熱性や耐風蝕性等、マットに要求される特性等に応じて変更すればよく、各国の環境規制に適合できるような太径繊維や繊維長のものを使用するのが好ましい。
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。また、無機繊維が生体溶解性繊維である場合には、保持シール材を用いて排ガス浄化装置を作製する際に、飛散した無機繊維を吸入等しても、生体内で溶解するため、作業員の健康に害を及ぼすことがない。
【００３８】
この中でも、低結晶性アルミナ質の無機繊維が望ましく、ムライト組成の低結晶性アルミナ質の無機繊維がより好ましい。加えて、スピネル型化合物を含む無機繊維がさらに好ましい。高結晶性アルミナ質であると、硬く脆いため、クッション材として用いられるマットには不向きである。
【００３９】
さらに低結晶性アルミナ質かつスピネル型化合物を含む無機繊維の場合、結晶化比率は０．１〜３０％の範囲が望ましく、０．４〜２０％の範囲がさらに望ましい。この範囲の無機繊維で製作されたマットの反発力及び耐久試験後の復元面圧は高く、性能が良い。しかし、結晶化比率が０．１％未満または３０％を超えると、急激に反発力や復元面圧は急激に低下してしまう。結晶化比率の測定方法は、ムライト回折線（２θ＝２６．４°）とγアルミナ回折線（２θ＝４５．４°）の積分強度比より算出することができる。
【００４０】
本発明の保持シール材としては、無機繊維として生体溶解性繊維を用いてもよい。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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、アルカリ金属のほかに、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。
【００４８】
本発明の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。
【００４９】
交絡構造を呈するために、ニードリング法により得られるマットを構成する無機繊維はある程度の平均繊維長を有しており、例えば、無機繊維の平均繊維長は、１〜１５０ｍｍ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１ｍｍ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。
【００５０】
抄造法により得られるマットを構成する無機繊維の平均繊維長は、０．１〜２０ｍｍであることが好ましい。
無機繊維の平均繊維長が０．１ｍｍ未満であると、無機繊維の繊維長が短すぎるため、もはや繊維としての特徴を実質上示さなくなり、マット状繊維集合体にしたときに繊維同士に好適な絡み合いが起こらず、充分な面圧を得ることが困難になる。また、無機繊維の平均繊維長が２０ｍｍを超えると、無機繊維の繊維長が長すぎるため、抄造工程で水に無機繊維を分散したスラリー溶液中の無機繊維同士の絡み合いが強くなりすぎるため、マット状繊維集合体としたときに無機繊維が不均一に集積しやすくなる。
繊維長の測定は、ニードリング法や抄造法ともにピンセットを使用して、マットから無機繊維が破断しないように抜き取り、光学顕微鏡を使用して繊維長を測定する。ここでは、無機繊維３００本を抜き取り、繊維長を計測した平均を平均繊維長とした。マットから無機繊維を破断せずに抜き取れない場合、マットを脱脂処理して、脱脂済みマットを水の中へ投入し、無機繊維同士の絡みをほぐしながら無機繊維が破断しないように採取すると良い。
【００５１】
本発明の保持シール材を構成する無機繊維の平均繊維径は、１〜２０μｍであることが好ましく、２〜１５μｍであることがより好ましく、３〜１０μｍであることがさらに好ましい。
なお、上記平均繊維径は、１０００倍に拡大して表示されたＳＥＭ画像における３０本の無機繊維の繊維径を平均したものである。
【００５２】
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、保持シール材１１０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。
【００５３】
保持シール材１１０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。また、平面視略矩形には、角部が９０°以外の角度を有する形状も含まれる。
【００５４】
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。
【００５５】
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、保持力が充分ではなく、保持シール材の目付量が４０００ｇ／ｍ２を超えると、保持シール材の嵩が低くなりにくい。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。
【００５６】
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るため、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
本発明の保持シール材の製造方法は、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットを準備するマット準備工程と、上記有機バインダが添着されたマットを１４０℃以上で熱処理する熱処理工程とからなることを特徴とする。
【００６０】
本発明の保持シール材の製造方法を構成する各工程について説明する。
【００６１】
（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、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットを準備するマット準備工程を行う。
保持シール材用のマットを構成する無機繊維は、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アルミナ繊維からなる無機繊維集合体を準備する。
続いて、上記無機繊維集合体に有機バインダを含む溶液を添着し、必要に応じて溶液中の溶媒を脱溶媒処理することで、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットの準備が完了する。
【００６２】
抄造法の場合、アルミナ繊維、シリカ繊維等の無機繊維と、有機バインダと、溶媒とを原料液中の無機繊維の含有量が所定の値となるように混合し、攪拌機で攪拌することで混合液を調製する。混合液には、必要に応じて、無機バインダとしての無機粒子やｐＨ調整剤等を添加してもよい。さらに、上記混合液に対して、有機バインダと無機バインダを凝集剤により凝集させた凝集体を添加してもよい。続いて、底面にろ過用のメッシュが形成された成形器に混合液を流し込んだ後に、混合液中の溶媒を脱溶媒処理することにより、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットの準備が完了する。
【００６３】
上記（ａ）マット準備工程で行われる脱溶媒処理としては、マットに含まれる溶媒を除去することができれば特に限定されないが、例えば、圧縮、回転、吸引、減圧等の手段により溶媒を除去することができる。
【００６４】
（ｂ）熱処理工程
続いて、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットに対して１４０℃以上の温度で熱処理する熱処理工程を行う。
【００６５】
本発明の保持シール材の製造方法においては、有機バインダが添着された無機繊維からなる保持シール材用のマットを１４０℃以上で熱処理することによって、保持シール材の形状を保ったまま、有機バインダを一部劣化させる。有機バインダを一部劣化させることによって、従来よりも低温、例えば６００℃以下の状況下において有機バインダによる無機繊維の拘束が弱まり、保持シール材が膨張することとなる。そのため、本発明の保持シール材の製造方法を用いて製造された保持シール材は、６００℃以下の低温域において充分な保持力を発揮し、排ガス処理体を安定的に保持することができる。
【００６６】
上記熱処理工程における熱処理温度は１４０℃以上であり、１４０〜３００℃であることがより好ましく、１４０〜２２０℃であることがさらに好ましい。
熱処理温度を１４０℃以上とすることで、有機バインダの引張強さを、１０５℃で熱処理された有機バインダと比較して４〜８０％低下させることができる。また、このような保持シール材を３００℃で１０分間加熱すると、マットの厚さが２．２倍以上に変化する。
熱処理温度が１４０℃未満である場合、保持シール材を構成する有機バインダの劣化が効率的に進行しない。
【００６７】
その後、図１に示すような凸部と凹部を備えた形状のマットとするためには、マットを所定の形状に切断する切断工程をさらに行えばよい。
【００６８】
以上により、本発明の保持シール材を製造することができる。
本発明の保持シール材は、排ガス浄化装置を構成する排ガス処理体を保持するための保持シール材として使用することができる。
【００６９】
以下、本発明の保持シール材を用いた排ガス浄化装置について説明する。
【００７０】
図２は、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２に示すように、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。
【００７１】
排ガス浄化装置を構成する保持シール材としては、図１に示す保持シール材１１０をはじめとする本発明の保持シール材を使用することができる。
【００７２】
続いて、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。
【００７３】
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。
【００７４】
排ガス浄化装置を構成する金属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等を好適に用いることができる。
【００７５】
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３は、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。
【００７６】
図３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。さらに、排ガス処理体１２０の外周面には、外周コート層１２７が形成されている。
【００７７】
図３に示す排ガス処理体１２０のように、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。
【００７８】
排ガス処理体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。
【００７９】
排ガス処理体を構成するセルの断面形状は、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。
【００８０】
排ガス処理体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。
これらの多孔質焼成体は、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、図２に示す排ガス浄化装置１００では、排ガス処理体１２０の側面の周囲に保持シール材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。
【００８１】
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こともできる。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。
【００８２】
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を含む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。
【００８３】
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。
【００８４】
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く、形成されていなくてもよい。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。
【００８５】
上述した構成を有する排ガス浄化装置を排ガスが通過する場合について、図２を参照して以下に説明する。
図２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２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の排ガス流入側端面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。
【００８６】
次に、排ガス浄化装置の製造方法について説明する。
図４は、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図である。
【００８７】
図４に示すように、まず、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、排ガス浄化装置を製造することができる。
【００８８】
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のケーシング及び第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。
【００８９】
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。
【００９０】
以下、本発明の保持シール材及び保持シール材の製造方法の作用効果について説明する。
【００９１】
（１）本発明の保持シール材においては、無機繊維に添着された有機バインダの引張強さが１０５℃で加熱した際と比較して４〜８０％低下している。そのため、本発明の保持シール材は６００℃以下の低温域、例えば３００℃程度の温度であっても保持シール材が膨張する。そのため、排ガス処理体を安定的に保持することができる。
【００９２】
（２）本発明の保持シール材においては、３００℃で１０分間加熱した際に、マットの厚さが２．２倍以上に変化する。そのため、６００℃以下の低温域、例えば３００℃程度の温度であっても保持シール材が充分に膨張し、排ガス処理体を安定的に保持することができる。
【００９３】
（３）本発明の保持シール材の製造方法を用いることで、６００℃以下の低温域、例えば３００℃程度の温度であっても排ガス処理体を安定的に保持することのできる保持シール材を製造することができる。
【００９４】
（実施例）
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。
【００９５】
（実施例１）
（ａ）マット準備工程
（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）を適量添加して混合液を調製した。
得られた混合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５．６μｍである無機繊維前駆体を作製した。続いてこの無機繊維前駆体を７４０℃で１０分間加熱し、無機繊維を作製した。
【００９６】
（ａ−２）開繊工程
次に、上記無機繊維１６８．３ｇを水７５Ｌに投入し、６０Ｈｚで３０分間、ミキサーを用いて撹拌し、開繊された上記無機繊維の溶液を得た。
【００９７】
（ａ−３）スラリー調製工程
上記（ａ−２）開繊工程により得た開繊された上記無機繊維の溶液に対して、アクリル系樹脂を水に分散させたアクリルラテックス溶液（ＢＳＡＦ社製、ＡｃｒｏｎａｌＡ４２０Ｓ）を１２．３ｇ投入し、６０Ｈｚで１分間撹拌した。続いて、アルミナゾル（ＳＡＳＯＬ社製、ＤＩＳＰＥＲＡＬ）を６．８ｇ投入し、６０Ｈｚで１分間撹拌した。さらに、高分子凝集剤として、非イオン性ポリアクリルアミド（ＢＳＡＦ社製、Ｐｅｒｃｏｌ４７ＮＳ）の０．５重量％水溶液を３３６．６ｇ投入し、６０Ｈｚで１分間撹拌した。上記の方法により、スラリーを調製した。
【００９８】
（ａ−４）抄造工程
３３５ｍｍ×３３５ｍｍのタッピ式抄造機を用いて、上記スラリーを抄造することにより、目付量（単位面積当たりの重量）が１５００ｇ／ｍ２の無機繊維集合体を得た。
【００９９】
（ａ−５）熱処理工程
プレス式乾燥機を用いて、得られた無機繊維集合体を厚さ７．０ｍｍに圧縮した状態で、１５０℃で１５分間熱処理することにより、無機繊維集合体を乾燥させ、実施例１に係る保持シール材を作製した。
【０１００】
（実施例２）
（ａ−５）熱処理工程において、２００℃で１０分間熱処理したほかは、実施例１と同様の手順で実施例２に係る保持シール材を作製した。
【０１０１】
（比較例１）
（ａ−５）熱処理工程において、１０５℃で４０分間熱処理したほかは、実施例１と同様の手順で比較例１に係る保持シール材を作製した。
【０１０２】
（膨張試験）
実施例１〜２及び比較例１に係る保持シール材を３００℃で１０分間加熱し、加熱前のマットの厚みに対する加熱後のマットの厚みの割合（加熱後マットの厚み（％））を求めた。結果を表１に示す。
【０１０３】
（引張強さ試験）
上記（ａ−３）スラリー調製工程で用いたアクリルラテックス溶液（ＢＳＡＦ社製、ＡｃｒｏｎａｌＡ４２０Ｓ）を１００ｍｍ×１００ｍｍの型に流し込んだ。
続いて、型に流し込んだアクリルラテックス溶液を１０５℃、１５０℃、２００℃でそれぞれ２．５時間かけて乾燥した。１０５℃で乾燥させたアクリルラテックス溶液から比較例１に係る引張強さ試験シートを、１５０℃で乾燥させたアクリルラテックス溶液から実施例１に係る引張強さ試験シートを、２００℃で乾燥させたアクリルラテックス溶液から実施例２に係る引張強さ試験シートを、それぞれ得た。なお、各引張強さ試験シートの厚さが１ｍｍとなるよう、型に流し込むアクリルラテックス溶液の量を調製した。
ＪＩＳ−Ｋ  ６２５１に規定される２号ダンベル形状となるよう各引張強さ試験シートを打ち抜き、引張強さ試験用の試験片を作製した。この時、試験片のダンベル形状のくびれた箇所に存在する直径１〜３ｍｍの気泡の数が５個以下、望ましくは０個となるように試験片を打ち抜いた。試験片が気泡を含んでいると、断面積が低下して引張強さが低くなり、正確な値を測定することができない。型に流し込んだラテックス溶液を乾燥させる途中で、有機バインダが流動性を有している時に気泡を破壊したり、振動を加えて気泡を移動させたりすることによって、引張強さ試験シートを打ち抜く際に気泡を少なくすることができる。
続いて、インストロン型引張試験機で試験片を５００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り、破断した際の荷重から引張強さを求めた。結果を表１に示す。
【０１０４】
【表１】
2015229955.tif 000003
【０１０５】
表１の結果から、本発明の保持シール材は、３００℃で１０分間加熱した際に、マットの厚さが２．２倍（２２０％）以上に変化していた。これに対して、比較例１に係る保持シール材では３００℃で１０分間加熱した際に、マットの厚さが１．１倍程度にしか変化しておらず、面圧を充分に発揮でないことがわかった。また、１０５℃で熱処理を行った有機バインダの引張強さは２．５ＭＰａを超えていたのに対して、１５０℃及び２００℃で熱処理を行った有機バインダの引張強さは２．５ＭＰａを下回っていたことがわかった。
以上の結果から、本発明の保持シール材は６００℃以下の低温域であってもマットが膨張するため、充分な保持力を有することがわかった。
【符号の説明】
【０１０６】
１００  排ガス浄化装置
１１０  保持シール材
１２０  排ガス処理体
１３０  金属ケーシング
【図１】
2015229955.tif 000004
【図２】
2015229955.tif 000005
【図３】
2015229955.tif 000006
【図４】
2015229955.tif 000007