(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス浄化用触媒コンバーターにおける触媒を担持するモノリスとモノリスを収容するケーシングとのクリアランスに装着されるモノリス保持材の製造方法であって、
（１）ラテックス粒子を分散媒に分散してなるラテックス液を無機質繊維からなるマットに含浸する工程、
（２）前記分散媒を凍結することにより、マット中の前記ラテックス粒子を凝集させる工程、
（３）マット中のラテックス粒子を分散している分散媒を除去する工程、
（４）マットに圧縮力を付加した状態で前記ラテックス粒子同士を融着する工程、
とからなることを特徴とするモノリス保持材の製造方法。
【請求項２】
（２）工程に於いて、電解質を添加することによりラテックス粒子を凝集させることを特徴とする請求項１記載のモノリス保持材の製造方法。
【請求項３】
電解質が２価及び／又は３価イオンを含む塩より選ばれた少なくとも１種からなり、添加量がラテックス液に対し１０〜５００ｍｍｏｌ／ｌであることを特徴とする請求項２記載のモノリス保持材の製造方法。
【請求項４】
無機質繊維がアルミナ、アルミナ−シリカの群より選ばれた少なくとも１種からなり繊維径が２μｍ〜６μｍであることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載のモノリス保持材の製造方法。
【請求項５】
ラテックス粒子が、ガラス転移温度が−２５℃以下である高分子からなり、しかもマット中のラテックス粒子含有率が３〜１５重量％であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４記載のモノリス保持材の製造方法。
【請求項６】
ラテックス粒子が、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルとの重合体及び／又は共重合体、スチレン−ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリルからなる群より選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする請求項５記載のモノリス保持材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の排気ガス浄化用触媒コンバーターの触媒を担持したモノリスと該モノリスを収容するためのケーシングとのクリアランスに装着するモノリス保持材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モノリス保持材は、内在する有機バインダーの結合力によって圧縮状態に保持された無機質繊維マットであり、前記クリアランスに装着されるが、触媒コンバーター稼働加熱時に、有機バインダーが酸化或いは分解することにより圧縮束縛力を失うことで、マットは厚さを復元し、ケーシング内でモノリスを保持するための保持圧を発現する形で使用される。
【０００３】
自動車等の排気系には、排気ガス中の一酸化炭素、各種炭化水素などの有害成分を処理するために、重金属や貴金属などを触媒とする各種の触媒コンバーターが排気ガス浄化装置として使用される。触媒コンバーターは、触媒を担持したセラミック製或いは金属製のハニカム体であるモノリスと金属製ケーシング、そして両者のクリアランスに介装されるシート状の無機質繊維のモノリス保持材により構成されている。
【０００４】
モノリス保持材は、触媒コンバーター組立時に容易にクリアランスに装入、固定できるように、その厚さはクリアランスに対して同等ないしは若干厚めに制限される。また、室温から触媒コンバーター稼動時の高温の広い温度範囲にわたり、所定の保持圧を持続する必要が有るし、更には、個々のモノリスの寸法バラツキによるクリアランスの変動及び稼動時の排気ガス通過によるモノリス及び金属製ケーシングの熱膨張に起因したクリアランスの変動に追随する必要がある。
【０００５】
特開昭５３−２７５３号公報には、高温用繊維系断熱材に有機バインダーを含浸させて実際の使用状態以上に成型圧縮し、エンジン排気系の断熱部に組み込み、排気系からの加熱により有機バインダーの束縛を解いて保持圧を得る手法が提案されている。
【０００６】
また、特開平９−９４６号公報には、モノリス保持材を（１）アルミナ質繊維マットに有機バインダー液を含浸させる第１工程、（２）有機バインダー液が含浸されたアルミナ質繊維を厚さ方向に圧縮する第２工程、（３）圧縮されたアルミナ質繊維マットの厚さを維持したまま有機バインダー液の媒体液を除去する第３工程により製造する方法が開示されており、有効な有機バインダーとしてアクリルゴム、ニトリルゴム、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等が挙げられている。
【０００７】
しかしながら、実際に含浸する際は前記の有機バインダーを有効成分とする水溶液、水分散型のエマルジョン、ラテックス又は有機溶媒溶液が使用されることとなり、次工程における媒体液の乾燥時にバインダーが蒸発する表面方向に拡散する現象が起こり、含有される有機バインダーがマット中に濃度分布を有する問題が生じる。このために、有機バインダー濃度の低い部分はマットの圧縮束縛力が劣り、少量の有機バインダー量では所定厚さのマットを製造することができないという問題がある。
【０００８】
また、所定厚さのマットを得るために、必要以上の有機バインダーを含浸した場合には、自動車出荷検査時等の触媒コンバーターの初稼働加熱時に多量の有機バインダーの分解ガスが発生し、排気ガスセンサーの誤動作が生ずる問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、無機質繊維マット中に該マットを圧縮保持するラテックス粒子を均一に分散しており、そのために、均一な所定厚みと圧縮束縛力を有する排気ガス浄化用触媒コンバーターのモノリス保持材の製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決しようとする手段】
本発明は、排気ガス浄化用触媒コンバーターにおける触媒を担持するモノリスとモノリスを収容するケーシングとのクリアランスに装着されるモノリス保持材の製造方法であって、
（１）ラテックス粒子を分散媒に分散してなるラテックス液を無機質繊維からなるマットに含浸する工程、
（２）前記分散媒を凍結することにより、マット中の前記ラテックス粒子を凝集させる工程、
（３）マット中のラテックス粒子を分散している分散媒を除去する工程、
（４）マットに圧縮力を付加した状態で前記ラテックス粒子同士を融着する工程、
とからなることを特徴とするモノリス保持材の製造方法である。
【００１１】
また、本発明は、前記（２）工程に於いて、電解質を添加することによりラテックス粒子を凝集させることを特徴とする前記のモノリス保持材の製造方法である。
【００１２】
また、本発明は、前記電解質が２価及び／又は３価イオンを含む塩より選ばれた少なくとも１種からなり、添加量がラテックス液に対し１０〜５００ｍｍｏｌ／ｌであることを特徴とする前記のモノリス保持材の製造方法である。
【００１３】
加えて、本発明は、無機質繊維がアルミナ、アルミナ−シリカの群より選ばれた少なくとも１種からなり繊維径が２μｍ〜６μｍであることを特徴とする前記のモノリス保持材の製造方法である。
【００１４】
更に、本発明は、ラテックス粒子が、ガラス転移温度が−２５℃以下である高分子からなり、しかもマット中のラテックス粒子含有率が３〜１５重量％であることを特徴とする前記のモノリス保持材の製造方法であり、好ましくは、ラテックス粒子が、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルとの重合体及び／又は共重合体、スチレン−ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリルからなる群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする前記のモノリス保持材の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記の問題解決を図るためにいろいろ実験し、無機質繊維からなるマットに有機バインダーとして樹脂やゴム等の高分子の粒子（以下、単にラテックス粒子という）をいろいろな分散媒中に分散させたラテックス液を含浸させた後、分散媒を凍結することにより、前記ラテックス粒子同士を凝集させて、ラテックス粒子或いはその集合体を前記無機質繊維に仮止めした後、従来公知の方法で分散媒を除去し、更に、マットに圧縮力を付加した状態で前記ラテックス粒子或いはその凝集体を加熱等の手段により無機質繊維に融着させて無機質繊維同士を固着することで、マット中にラテックス粒子が均質に分散し、従って濃度分布が均一で、均一な所定厚みと圧縮束縛力を有するモノリス保持材を得ることができるという知見を得て、本発明に至ったものである。
【００１６】
即ち、本発明においては、（１）ラテックス粒子を分散媒に分散してなるラテックス液を無機質繊維からなるマットに含浸する工程、（２）前記分散媒を凍結することによりマット中の前記ラテックス粒子を凝集させる工程、（３）マット中のラテックス粒子を分散している分散媒を除去する工程、（４）マットに圧縮力を付加した状態で前記ラテックス粒子同士を融着する工程、とからなることを特徴としている。
【００１７】
本発明のラテックス液をマットに含浸する方法については、従来公知の浸漬法や噴霧法を用いることができる。浸漬法は、所定濃度のラテックス液に無機質繊維マットを浸漬した後、真空引きにより余分なラテックス液を除去しマット中に残留するラテックス液を所望量に調整する方法であり、噴霧法は所定濃度のラテックスを所定量噴霧することによりマット中のラテックス液を規定量に調整する方法である。
【００１８】
本発明の最大の特徴となる、ラテックス粒子を凝集する工程については、これを達成する具体方法としては、次ぎに示すように、分散媒を凍結する方法、分散媒が水のように強誘電性であるならば、分散媒に電解質を添加する方法等を挙げることができる。本発明では、これらのうち、分散媒を凍結する方法を採用することで、ラテックス粒子をマット中に均質に分散させ、マットが均一な所定厚みと圧縮束縛力を有するようになる。
【００１９】
分散媒を凍結する方法は、例えば、前記のラテックス液を含浸したマットを所定厚さに圧縮して治具に収め、該治具ごと、冷凍庫に入れ、ラテックス媒体液を凍結させれば良い。この操作により、マット中のラテックス粒子は分散媒が作る結晶の間に閉じこめられ、無機質繊維上に相互に圧着され、扁平状態に凝集するが、このときラテックス粒子或いはその凝集体はあたかも仮止めされたように無機質繊維に緩く固着している。そのため、引き続く工程において、分散媒を加熱等の操作で除去する際に、媒体液は蒸発表面方向に移動するが前記凝集したラテックス粒子或いはその凝集体は移動することがなく、結果的に、マット中に均一に分散されたままである。
【００２０】
分散媒に電解質を添加する方法は、以下のとおりである。この方法は、分散媒を凍結する方法と併用することができる。すなわち、ラテックス粒子は界面活性剤に基づくＳｔｅｒｎ電位の高さと電気二重層の厚さにより、媒体液中に安定に存在しているが、電解質を添加することにより反対電荷イオンの界面吸着によるＳｔｅｒｎ電位の低下と媒体液中のイオン強度の上昇による電気二重層の圧縮が起き、ラテックス粒子の凝集が起こる。多価イオンのほうが効果的なため、添加する電解質は、２価、３価イオンを含む塩が好ましい。さらに望ましくは、その取り扱い易さから塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウムが挙げられる。また、ラテックス粒子を凝集させるのに必要な電解質添加量は界面活性剤や電解質の種類により若干異なるが、ラテックス液に対し１０〜５００ｍｍｏｌ／ｌが好ましい。１０ｍｍｏｌ／ｌ未満ではラテックス粒子の全ての凝集が不充分の場合があり、５００ｍｍｏｌ／ｌより多い場合は余剰となる。
【００２１】
ラテックス液の分散媒の除去については、マットを構成する無機質繊維や、その中に含まれるラテックス粒子或いはその凝集体を変質したり、前記ラテックス粒子或いは凝集体と無機質繊維との結合状態に変化を生じない限り、いかなる方法でも構わず、例えば、温風乾燥又は赤外線加熱乾燥等の従来公知の加熱する方法を適用できる。
【００２２】
本発明では、前記ラテックス粒子或いはその凝集体が均質に分散されているマットに圧縮力を付加した状態で、前記ラテックス粒子或いは凝集体を無機質繊維に融着することで、無機質繊維同士を固着し、圧縮束縛力を有するモノリス保持体とする。融着のしかたとしては、従来公知の加熱する方法が適用できるが、マットに圧縮力を付加することから、例えば、ラテックス粒子或いはその凝集体が均質に分散されているマットをプレス金型中に収め、前記金型を加熱しながら所望の厚み（通常３ｍｍ〜８ｍｍ）となるまで圧縮力を付加する、いわゆるホットプレス法が生産性が高い方法である。
【００２３】
本発明は、前記（１）〜（４）の工程からなることを特徴とするが、得られるモノリス保持体の厚みを所望とする寸法に併せる目的で、また、生産性を高める目的で、（１）〜（３）の工程、更に（４）の工程を同一の型を用いて行うことが好ましい。この場合において、モノリス保持体の厚み調整を詳細に制御するために、（１）〜（３）の工程に於いても、適宜マットに圧縮力を加えることが望ましい。
【００２４】
本発明に用いることのできる無機質繊維は、その材質が排気ガス温度よりも充分高い温度である１２００℃以上でも安定であることが必要であり、このような無機質繊維としてはアルミナ、アルミナ−シリカ、炭化珪素、窒化珪素等が挙げられる。このうち、アルミナ、アルミナ−シリカが安価で多量に入手することができ好ましい。
【００２５】
また、無機質繊維について、得られるモノリス保持体が、実使用下でモノリスを１５年以上の長期に渡り０．３〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で保持し続けることが望まれることから、その繊維の直径は２μｍ〜６μｍであることが好ましい。直径が２μｍ未満の場合には保持圧が不足することがあるし、６μｍより大きい場合には、モノリス保持体を所定厚さに圧縮する際の反発力が大きくなり、ラテックス粒子量を多くしなければならないことがある。
【００２６】
また、モノリス保持体は、実用上円筒状のモノリスとそれを囲むケースとのクリアランスに充填されるので、３ｍｍ〜８ｍｍの所定圧縮厚みへの束縛性、円筒状モノリスに巻き付けられる柔軟性に優れ、しかも４５０℃〜６００℃での酸化性或いは熱分解性が良いことを満足する必要があるが、これらは、モノリス保持体中に存在する有機物、即ちラテックス粒子の特性に負っている。本発明者らの検討結果によれば、本発明には、ラテックス粒子のガラス転移温度が−２５℃以下の高分子からなり、しかもマット中のラテックス粒子含有率が３〜１５重量％であることが好ましい。ラテックス粒子含有率が３重量％未満では、また、ガラス転移温度が−２５℃を越える高分子では、前述した束縛性、柔軟性に欠ける場合があるし、また、ラテックス粒子含有率が１５重量％を超える場合には、前記酸化性或いは熱分解性の面で不都合が生じる場合がある。
【００２７】
また、本発明において、前記高分子としては、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルの重合体及び又は共重合体、スチレン−ブタジエン、ブタジエン−アクリロニトリルが用いることができる。
【００２８】
【実施例】
次に、実施例に基づき、本発明をより更に具体的に説明する。
【００２９】
〔実施例１〕
無機質繊維マットとして厚さ３０ｍｍ、幅９０ｍｍ、長さ２５０ｍｍのアルミナ−シリカ繊維（電気化学工業（株）製；商品名「アルセン」アルミナ成分８０％、シリカ成分２０％、平均繊維径４μｍ、面重量１０８０ｇ／ｍ２）を準備した。
【００３０】
前記マットに、アクリレートラテックス（（株）イーテック製；商品名「Ｎ−３１９Ｃ」、固形分４５．４重量％、ラテックス粒子のガラス転移温度−４７℃）を水で希釈し、固形分１．５重量％のラテックス液を作製し、マットに噴霧した。噴霧量は、マット中のラテックス含有率が６重量％になるように調整した。
【００３１】
前記マットをプレス治具内に搭載後、圧縮力を加えて厚さを４ｍｍに圧縮し、−２０℃冷凍庫で２時間保存することによりラテックス液の分散媒を凍結した後、１１０℃の温風乾燥機中で２時間乾燥して、ラテックス液の分散媒を完全に除去した。
【００３２】
室温に戻した後、プレス治具からマットを開放した。このとき得られたモノリス保持体の厚さは４ｍｍであり、ラテックス粒子濃度分布も全く認められなかったし、次ぎに示すモノリスに巻き付け試験での結果も、良好な柔軟性を示した。
【００３３】
＜モノリス巻き付け試験方法＞
直径８０ｍｍ、長さ９０ｍｍのアルミニウム製円筒を準備し、その外表面に試験体のモノリス保持体を巻き付ける。その際の、試験体に発生する折れ、皺、繊維の剥離等の有無を目視にて観察し、評価する。
【００３４】
〔実施例２〕
ラテックス液にＳＢＲラテックス（旭化成（株）製；商品名「Ｌ−２００１」、固形分５０．２重量％、ラテックス粒子のガラス転移温度−３１℃）を用いたこと以外は実施例と同じ操作でモノリス保持体を得て、実施例１と同じ評価を行ったところ、外観に異常が無く、良好な柔軟性を示した。
【００３５】
〔実施例３〕
実施例１と同様に、ラテックスをマットに噴霧した後、−２０℃冷凍庫で２時間保存してラテックス液を凍結処理後、１１０℃の温風乾燥機中で２時間乾燥し、ラテックス媒体液を除去した。プレス治具に搭載後厚さを４ｍｍに圧縮固定後、１２０℃の温風乾燥機中で１時間処理しラテックス粒子の融着を行った。室温に戻した後プレス治具からマットを開放した際の厚さは４ｍｍであり、ラテックス粒子濃度分布も認められなかった。モノリスに巻き付け試験を行ったところ良好な柔軟性を示した。
【００３６】
〔参考例１〕
実施例１と同様に、マット圧縮後、硫酸アルミニウム水溶液（０．５重量％）中に浸漬後、１１０℃の温風乾燥機中で２時間乾燥し、ラテックス液に分散媒を除去した。プレス治具に搭載後厚さを４ｍｍに圧縮固定後、１２０℃の温風乾燥機中で１時間処理し、ラテックス粒子の融着を行った。室温に戻した後プレス治具からマットを開放した際のモノリス保持体の厚さは４ｍｍであり、ラテックス粒子濃度分布も認められなかった。モノリスに巻き付け試験を行ったところ良好な柔軟性を有していた。
【００３７】
〔参考例２〕
実施例１と同様に、ラテックス液をマットに噴霧後、硫酸アルミニウム水溶液（０．５重量％）中に浸漬後、１１０℃の温風乾燥機中で２時間乾燥し、ラテックス液の分散媒を除去した。プレス治具に搭載後厚さを４ｍｍに圧縮固定後、１２０℃の温風乾燥機中で１時間処理しラテックス粒子の融着を行った。室温に戻した後、プレス治具からマットを開放して得たモノリス保持体の厚さは４ｍｍであり、ラテックス粒子濃度分布も認められなかった。モノリスに巻き付け試験を行ったところ良好な柔軟性を有していた。
【００３８】
〔比較例１〕
実施例１において凍結処理を行わないこと以外は、実施例１と同じ操作でモノリス保持体を得て、実施例１と同じ評価を行った。その結果、モノリス保持体中にラテックス粒子の濃度分布が存在し、しかも、厚さが１８〜２０ｍｍ程度となり、実用に供することが出来なかった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、所望の厚さのマットを作るのに必要なラテックス粒子量を最小限に抑え、しかも均質に分散することができるという特徴があり、均一な所定厚みと圧縮束縛力を有する排気ガス浄化用触媒コンバーターのモノリス保持材が容易に製造でき、産業上極めて有用である。