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JP6557181B2 - Method for manufacturing holding material for exhaust gas treatment apparatus - Google Patents
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JP6557181B2 - Method for manufacturing holding material for exhaust gas treatment apparatus - Google Patents

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本発明は、排ガスの排気系統の配管内に配される排ガス処理体を保持する排ガス処理装置用の保持材の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus that holds an exhaust gas treatment body disposed in a pipe of an exhaust gas exhaust system.

各種産業界においては、環境影響負荷低減に向けた様々な取り組みが世界規模でおこなわれており、中でも、自動車産業においては、燃費性能に優れたガソリンエンジン車は勿論のこと、ハイブリッド車や電気自動車等のいわゆるエコカーの普及とそのさらなる性能向上に向けた開発が日々進められている。   Various industries are making various efforts to reduce environmental impact on a global scale. Among them, in the automobile industry, not only gasoline engine cars with excellent fuel efficiency, but also hybrid cars and electric cars. The development of the so-called eco-cars such as the above and the further improvement of its performance is being promoted every day.

このようなエコカーの開発に加えて、エンジンから排出される排ガスを浄化する触媒コンバーターに関する研究も盛んに行われている。この触媒コンバーターを構成する排ガス浄化触媒には、酸化触媒や三元触媒、NOx吸蔵還元触媒などが含まれており、この排ガス浄化触媒において触媒活性を発現するのは、白金(Pt)やパラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などの貴金属触媒であり、貴金属触媒はアルミナ(Al2O3)などの多孔質酸化物からなる担体に担持された状態で一般に用いられている。 In addition to the development of such eco-cars, research on catalytic converters that purify exhaust gas discharged from engines is also actively conducted. The exhaust gas purification catalyst constituting this catalytic converter includes an oxidation catalyst, a three-way catalyst, a NOx occlusion reduction catalyst, etc., and it is platinum (Pt) or palladium ( Pd) and noble metal catalysts such as rhodium (Rh), which are generally used in a state where they are supported on a support made of a porous oxide such as alumina (Al 2 O 3 ).

上記する触媒コンバーターは、車両エンジンとマフラーを繋ぐ排ガスの排気系統に配設される。エンジンはCOやNOx、未燃焼のHCやVOCなど、環境に有害な物質を排出することがあり、こうした有害物質を許容可能な物質に変換するべく、RhやPd、Ptのような貴金属触媒が担体に担持された触媒層が基材のセル壁面に配設されてなる触媒コンバーターに排ガスを通すことにより、COはCO2に転化され、NOxはN2とO2に転化され、HCは燃焼してCO2とH2Oが生成されることになる。このような触媒コンバーターの一般的な構成を概説すると、中空を有する配管(金属ケース)内に配された触媒コート層を有するハニカム構造の基材と、外管と基材の間に介層された耐熱性のマット(保持材)と、からなる構成を挙げることができる。 The catalytic converter described above is disposed in an exhaust gas exhaust system that connects the vehicle engine and the muffler. Engines may emit substances that are harmful to the environment, such as CO, NOx, unburned HC, and VOCs, and precious metal catalysts such as Rh, Pd, and Pt are used to convert these harmful substances into acceptable substances. By passing the exhaust gas through a catalytic converter in which the catalyst layer supported on the carrier is arranged on the cell wall of the substrate, CO is converted to CO 2 , NOx is converted to N 2 and O 2 , and HC is burned As a result, CO 2 and H 2 O are generated. The general configuration of such a catalytic converter is outlined as follows: a honeycomb structure base material having a catalyst coat layer disposed in a hollow pipe (metal case), and an intermediate layer between the outer tube and the base material. And a heat resistant mat (holding material).

上記する触媒コンバーターに関し、通常運転時の排ガスを浄化することに加えて、冷寒時には電気加熱によって昇温することで触媒を可及的速やかに活性化させて排ガスを浄化する電気加熱式触媒コンバーター(EHC: Electrically Heated Converter)が搭載されることがある。   Regarding the catalytic converter described above, in addition to purifying exhaust gas during normal operation, an electrically heated catalytic converter that purifies exhaust gas by activating the catalyst as quickly as possible by raising the temperature by electric heating in cold weather (EHC: Electrically Heated Converter) may be installed.

この電気加熱式触媒コンバーターは、排ガスの排気系統に配されたハニカム触媒にたとえば一対の電極を取り付け、これら一対の電極を電源を有する外部回路で繋いだ構成とし、電極に通電することでハニカム触媒を加熱し、ハニカム触媒の活性を高めてこれを通過する排ガスを無害化するものである。   This electrically heated catalytic converter has a configuration in which, for example, a pair of electrodes is attached to a honeycomb catalyst arranged in an exhaust gas exhaust system, and the pair of electrodes are connected by an external circuit having a power source. Is heated to increase the activity of the honeycomb catalyst so that the exhaust gas passing therethrough is rendered harmless.

上記する電気加熱式触媒コンバーターの一般的な構成を概説すると、既述する一般的な触媒コンバーターと同様に、中空を有する配管(金属ケース)内に配された触媒コート層を有するハニカム構造で発熱性の基材と、外管と基材の間に介層された耐熱性かつ絶縁性のマット(保持材)と、該マットのない領域において基材の表面に取付けられるたとえば一対の電極と、該一対の電極を繋ぐ外部回路と、からなる構成を挙げることができる。   The general configuration of the electric heating type catalytic converter described above is outlined. Similar to the general catalytic converter described above, heat is generated in a honeycomb structure having a catalyst coating layer arranged in a hollow pipe (metal case). A heat-resistant base material, a heat-resistant and insulating mat (holding material) interposed between the outer tube and the base material, and, for example, a pair of electrodes attached to the surface of the base material in a region without the mat; The structure which consists of an external circuit which connects this pair of electrodes can be mentioned.

たとえば、特許文献1には、触媒コンバーター用保持シール材の製造方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a catalytic converter holding sealing material.

特許文献1によれば、三次元的に集合させたマット状のセラミックス繊維集合体に無機粒子懸濁溶液を供給して加熱成形することで、懸濁液中に含まれる無機粒子がセラミックス繊維の外表面に付着固定されて凹凸構造を形成し、このことにより、繊維集合体を構成する単繊維同士に滑りやズレが生じ難くなり、面圧の経時劣化が起こり難くなるとしている。   According to Patent Document 1, an inorganic particle suspension solution is supplied to a mat-like ceramic fiber assembly that is three-dimensionally assembled and heat-molded so that the inorganic particles contained in the suspension are made of ceramic fibers. An uneven structure is formed by adhering and fixing to the outer surface, which makes it difficult for the single fibers constituting the fiber assembly to slip and shift, and to prevent surface pressure deterioration over time.

特開2011−231774号公報JP 2011-231774 A

特許文献1に開示の保持材によれば、排ガスの排気系統における加熱に伴う圧縮を繰り返し受けることによっても、加熱による面圧低下が少なく、処理構造体を安全に保持することができるとしている。   According to the holding material disclosed in Patent Document 1, the treatment structure can be safely held with little reduction in surface pressure due to heating even by repeatedly receiving compression accompanying heating in the exhaust system of the exhaust gas.

しかしながら、特許文献1では無機粒子懸濁溶液を繊維集合体に供給しているので、無機粒子が繊維に均一に付着せず、そのため、繰り返しの圧縮力に対して保持材が所望の反発力を得るには多くの無機粒子付着量を必要とすることから、保持材の製作コストが嵩むといった課題を有している。   However, in Patent Document 1, since the inorganic particle suspension solution is supplied to the fiber assembly, the inorganic particles do not uniformly adhere to the fiber, so that the holding material has a desired repulsive force against repeated compression force. Since it requires a large amount of inorganic particles to be obtained, there is a problem that the manufacturing cost of the holding material increases.

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、排ガスの排気系統の配管内に配される排ガス処理体を保持する排ガス処理装置用の保持材の製造方法に関し、付着させる無機粒子等のナノ構造体を多くすることなく大きな反発力を得るとともに、面圧の低下が少ない保持材を得ることのできる、排ガス処理装置用の保持材の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and relates to a method of manufacturing a holding material for an exhaust gas treatment device that holds an exhaust gas treatment body disposed in a pipe of an exhaust gas exhaust system. An object of the present invention is to provide a method for producing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus, which can obtain a large repulsive force without increasing the nanostructure and can obtain a holding material with a small decrease in surface pressure.

前記目的を達成すべく、本発明による排ガス処理装置用の保持材の製造方法は、排ガスの排気系統の配管内に配される排ガス処理体を保持する排ガス処理装置用の保持材の製造方法であって、前記保持材はセラミックス繊維のニードル処理されたフェルトであり、該セラミックス繊維のフェルトの内部に、平均繊維径が1nm〜10nm、平均長さが1000nm〜5000nmの無機ナノファイバーが分散したゾル溶液を含浸させるか、またはナノ構造体のゾルの前駆体である前駆体化合物溶液を含浸させ、その後に沸騰処理または酸処理をおこなうことにより、セラミックス繊維の表面にナノ構造体を修飾するものである。   In order to achieve the above object, a method for producing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is a method for producing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus that holds an exhaust gas treatment body disposed in a pipe of an exhaust gas exhaust system. The holding material is a felt treated with a ceramic fiber needle, and a sol in which inorganic nanofibers having an average fiber diameter of 1 nm to 10 nm and an average length of 1000 nm to 5000 nm are dispersed inside the ceramic fiber felt. The surface of the ceramic fiber is modified by impregnating the solution or impregnating a precursor compound solution that is a precursor of the nanostructure sol, followed by boiling or acid treatment. is there.

ここで、排ガス処理装置は、排ガス処理体と保持材から構成される。また、排ガス処理体とは、既述する触媒コンバーターの他にも、排ガス中の微粒子分をフィルターでろ過することによって除去するDPFも含む概念である。   Here, the exhaust gas treatment apparatus includes an exhaust gas treatment body and a holding material. In addition to the catalytic converter described above, the exhaust gas treating body is a concept that includes a DPF that removes fine particles in the exhaust gas by filtering with a filter.

本発明の製造方法で製造される保持材はセラミックス繊維のフェルトから構成され、セラミックス繊維の表面において、直径または長径が10nm〜1000nmのナノ構造体が修飾されていることにより、相互に絡み合うセラミックス繊維間の摩擦力を大きくすることができ、この摩擦力の向上により、保持材が圧縮された際に大きな反発力を発揮できるものである。   The holding material manufactured by the manufacturing method of the present invention is made of ceramic fiber felt, and the surface of the ceramic fiber is modified with a nanostructure having a diameter or major axis of 10 nm to 1000 nm, so that the ceramic fibers are intertwined with each other. The frictional force between them can be increased, and by improving the frictional force, a large repulsive force can be exhibited when the holding material is compressed.

本発明の製造方法では、無機ナノファイバーのゾル溶液、またはナノ構造体の前駆体化合物溶液をセラミックス繊維の集合体に含浸させる。無機ナノファイバーはアスペクト比が大きいことから繊維同士の方向が揃いやすく、そのため、特許文献1に記載のように無機粒子を含浸・付着させるものに比べると、セラミックファイバーの周りに均一に付着し易い。また、ゾル状になる前の前駆体化合物溶液として含浸させると、液体状であることからこの場合もセラミックファイバーの周りに前駆体化合物が均一に付着し、加熱または酸処理等によってナノ構造体に変化させることで、ナノ構造体がセラミックファイバーの周りに均一に付着したフェルトが得られる。   In the production method of the present invention, an aggregate of ceramic fibers is impregnated with a sol solution of inorganic nanofibers or a precursor compound solution of nanostructures. Since the inorganic nanofibers have a large aspect ratio, the directions of the fibers are easily aligned. Therefore, compared to those in which inorganic particles are impregnated and adhered as described in Patent Document 1, they are easily adhered uniformly around the ceramic fibers. . In addition, when impregnated as a precursor compound solution before becoming a sol, since it is in a liquid state, the precursor compound uniformly adheres around the ceramic fiber in this case, and the nanostructure is formed by heating or acid treatment. By changing, a felt in which the nanostructure is uniformly attached around the ceramic fiber can be obtained.

このように、いずれの場合もナノ構造体が均一に付着した排ガス処理装置用の保持材が得られる。すなわち、本発明の製造方法によれば、ナノ構造体の付着量を大きくすることなく、大きな反発力を発揮するとともに面圧の低下が少ない保持材を製造することができる。   Thus, in any case, a holding material for an exhaust gas treatment apparatus to which nanostructures are uniformly attached can be obtained. That is, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a holding material that exhibits a large repulsive force and has a small decrease in surface pressure without increasing the amount of nanostructure attached.

なお、保持材の反発力は、上記する摩擦力のほか、セラミックス繊維同士が曲げられて絡み合った状態から弾性変形にて戻ろうとする戻り力にも影響される。   In addition, the repulsive force of the holding material is influenced by the return force that tries to return by elastic deformation from the state where the ceramic fibers are bent and entangled in addition to the friction force described above.

ここで、「セラミックス繊維」には、アルミナ繊維やシリカ繊維、アルミナとシリカの化合物であるムライト繊維などが包含される。   Here, the “ceramic fiber” includes alumina fiber, silica fiber, mullite fiber which is a compound of alumina and silica, and the like.

また、「フェルト」とは、セラミックス繊維同士が絡み合い、緻密な構造となったシートやマットを意味している。   “Felt” means a sheet or mat having a dense structure in which ceramic fibers are entangled with each other.

さらに、「ナノ構造体」とは、ナノ粒子、ナノファイバー、ナノ粒塊、ナノ花弁状体などを含んでいる。一例として、繊維径が数nm、繊維長が3mmのアルミナナノファイバー、100nm以下もしくは100nm以上の大きさの鱗片上のナノ構造体や、表面が花弁状に変化した50nm程度のナノ構造体等を挙げることができる。これらは部分的に結晶構造がベーマイト(AlO(OH))構造を有す場合が多い。   Furthermore, the “nanostructure” includes nanoparticles, nanofibers, nanoparticle aggregates, nanopetals, and the like. Examples include alumina nanofibers with a fiber diameter of several nanometers and fiber lengths of 3 mm, nanostructures on scales with a size of 100 nm or less or 100 nm or more, and nanostructures with a surface of about 50 nm with petal-like changes. Can be mentioned. In many cases, the crystal structure partially has a boehmite (AlO (OH)) structure.

本発明者等によれば、直径または長径が数十nm〜数百nm具体的には10nm〜1000nm、好ましくは100nm〜500nmのナノ構造体で均一に修飾されているセラミックス繊維のフェルトからなる保持材は、このようなナノ構造体にて均一に修飾されていない特許文献1に開示されているようなフェルトからなる保持材に比して10%以上少ない繊維量にて、触媒コンバーター等の排ガス処理体を保持するのに必要な反発力が得られることが特定されている。   According to the present inventors, the holding comprising a felt of ceramic fibers uniformly modified with a nanostructure having a diameter or major axis of several tens to several hundreds nm, specifically 10 nm to 1000 nm, preferably 100 nm to 500 nm. The material is an exhaust gas from a catalytic converter or the like with a fiber amount that is 10% or less less than that of a felt holding material disclosed in Patent Document 1 that is not uniformly modified with such a nanostructure. It has been specified that the repulsive force required to hold the treatment body can be obtained.

以上の説明から理解できるように、本発明の排ガス処理装置用の保持材の製造方法によれば、セラミックス繊維のフェルトから構成され、セラミックス繊維の表面において直径または長径が数十nm〜数百nm、具体的には10nm〜1000nmのナノ構造体が均一に修飾された保持材を得ることができることにより、相互に絡み合うセラミックス繊維間の摩擦力を大きくすることができ、この摩擦力の向上により、付着させるナノ構造体の量を大きくすることなく、保持材が圧縮された際に大きな反発力を発揮し、面圧の低下が少ない保持材を製造することができる。   As can be understood from the above description, according to the method for manufacturing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus of the present invention, it is composed of a ceramic fiber felt, and the diameter or major axis of the surface of the ceramic fiber is several tens nm to several hundreds nm. Specifically, by obtaining a holding material in which nanostructures of 10 nm to 1000 nm are uniformly modified, it is possible to increase the frictional force between ceramic fibers intertwined with each other, and by improving this frictional force, Without increasing the amount of nanostructures to be adhered, it is possible to produce a holding material that exerts a large repulsive force when the holding material is compressed and has a small decrease in surface pressure.

配管内に排ガス処理装置が配設されている状態を説明した模式図である。It is the schematic diagram explaining the state by which the exhaust gas processing apparatus is arrange | positioned in piping. 保持材の実施例1のSEM写真図である。It is a SEM photograph figure of Example 1 of a holding material. (a)、(b)ともに保持材の実施例2のSEM写真図である。(A), (b) is the SEM photograph figure of Example 2 of a holding material. 保持材の実施例3のSEM写真図である。It is a SEM photograph figure of Example 3 of a holding material. 保持材の実施例4のSEM写真図である。It is a SEM photograph figure of Example 4 of a holding material. (a)は試験片の切り出し方法を説明した図であり、(b)は引張試験の状況を説明した図である。(A) is the figure explaining the cutting-out method of a test piece, (b) is the figure explaining the condition of the tension test. 引張試験結果を示した図である。It is the figure which showed the tension test result.

以下、図面を参照して、本発明の排ガス処理装置用の保持材の製造方法の実施の形態を説明する。ここで、排ガス処理装置に用いられる排ガス処理体として触媒コンバーターを用いた場合を例示して説明する。なお、図示する触媒コンバーターは、好適には耐熱衝撃性に優れたコージェライトハニカム担体を有するものであるが、それ以外にも電気加熱式の触媒コンバーター(EHC:Electrically Heated Converter)であってもよい。また、排ガス処理体としては、図示する触媒コンバーター以外にもDPFであってもよい。   Embodiments of a method for manufacturing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where a catalytic converter is used as an exhaust gas treatment body used in the exhaust gas treatment apparatus will be described as an example. The illustrated catalytic converter preferably has a cordierite honeycomb carrier excellent in thermal shock resistance, but may be an electrically heated catalytic converter (EHC: Electrically Heated Converter). . Further, the exhaust gas treating body may be a DPF other than the catalytic converter shown in the figure.

(排ガスの排気系統)
まず、本発明の触媒コンバーターが介在する排ガスの排気系統を概説する。本発明の触媒コンバーターが適用される排ガスの排気系統は、エンジン、排ガス処理装置を構成する触媒コンバーター、三元触媒コンバーター、サブマフラーおよびメインマフラーが配されて相互に系統管で繋がれ、エンジンで生成された排ガスが系統管を介して各部を流通し、排気されるようになっている。次に、以下、排ガス処理装置、排ガス処理装置用の保持材とその製造方法の実施の形態を説明する。
(Exhaust gas exhaust system)
First, an exhaust gas exhaust system in which the catalytic converter of the present invention is interposed will be outlined. An exhaust gas exhaust system to which the catalytic converter of the present invention is applied is an engine, a catalytic converter constituting an exhaust gas treatment device, a three-way catalytic converter, a sub muffler, and a main muffler, which are connected to each other by a system pipe. The generated exhaust gas circulates through each part through the system pipe and is exhausted. Next, embodiments of the exhaust gas treatment device, the holding material for the exhaust gas treatment device, and the manufacturing method thereof will be described below.

(排ガス処理装置、排ガス処理装置用の保持材とその製造方法の実施の形態)
図1は配管内に排ガス処理装置が配設されている状態を説明した模式図である。
(Embodiment of exhaust gas treatment apparatus, holding material for exhaust gas treatment apparatus and manufacturing method thereof)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a state where an exhaust gas treatment device is disposed in a pipe.

図1で示す排ガス処理装置10は、排ガス処理体である触媒コンバーター2と保持材3とから構成され、触媒コンバーター2は金属製の配管1の内部において保持材3を介して配設されている。   An exhaust gas treatment apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a catalytic converter 2 that is an exhaust gas treatment body and a holding material 3, and the catalytic converter 2 is disposed inside the metal pipe 1 via the holding material 3. .

触媒コンバーター2は、多数のセルを有する筒状の基材と、セルを構成するセル壁の表面に形成された触媒層とから大略構成されている。   The catalytic converter 2 is generally composed of a cylindrical base material having a large number of cells and a catalyst layer formed on the surface of the cell wall constituting the cells.

ここで、基材の素材としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムおよび二酸化珪素の複合酸化物からなるコージェライトや炭化ケイ素等のセラミックス素材、メタル素材等のセラミックス素材以外の素材を挙げることができる。   Here, examples of the material of the base material include materials other than ceramic materials such as cordierite and silicon carbide made of a composite oxide of magnesium oxide, aluminum oxide and silicon dioxide, and metal materials.

基材は、四角形や六角形、八角形等の多数の格子輪郭のセルを具備するハニカム構造体からなり、基材において排ガスの流れ方向上流側(Fr側)の端部のセル内に流入した排ガス(X方向)は、基材の内部を流通し、この流通過程で浄化され、基材において排ガスの流れ方向下流側(Rr側)の端部から浄化された排ガスが流出するようになっている(X方向)。   The base material consists of a honeycomb structure having cells having a large number of lattice contours such as quadrangular, hexagonal, octagonal, etc., and flows into the cells at the end on the upstream side (Fr side) in the exhaust gas flow direction in the base material. Exhaust gas (X direction) flows through the inside of the base material and is purified in this flow process, and the exhaust gas purified from the end of the base material on the downstream side (Rr side) in the exhaust gas flow direction flows out. (X direction).

触媒層は担体とこれに担持される貴金属触媒からなり、担体としては、アルミナ(Al2O3)やジルコニア(ZrO2)、セリア−ジルコニア系複合酸化担体(CeO2-ZrO2複合酸化物)などを挙げることができ、貴金属触媒としては、白金(Pt)やパラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)などを挙げることができる。 The catalyst layer is composed of a support and a noble metal catalyst supported on the support. As the support, alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), ceria-zirconia composite oxide support (CeO 2 -ZrO 2 composite oxide) Examples of the noble metal catalyst include platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), and the like.

たとえば、アルミナ(Al2O3)等の酸化物にパラジウム(Pd)やロジウム(Rh)、白金(Pt)等の白金族元素や白金族元素化合物、あるいはそれ以外の貴金属やその化合物をアルミナやセリアジルコニア系の複合酸化物(CeO2−ZrO2)に担持させ、これをアルミナゾルや水とともに調整してなるスラリーを基材骨格に対し、含浸法やイオン交換法、ゾルゲル法、ウォッシュコート法などを適用することにより、触媒層を形成することができる。 For example, a platinum group element such as palladium (Pd), rhodium (Rh), platinum (Pt), a platinum group element compound, or other noble metals or compounds thereof may be added to an oxide such as alumina (Al 2 O 3 ). Ceria zirconia-based composite oxide (CeO 2 -ZrO 2 ) is supported on an alumina sol or water to prepare a slurry that is prepared with an alumina sol or water, and the impregnation method, ion exchange method, sol-gel method, washcoat method, etc. By applying, a catalyst layer can be formed.

また、触媒コンバーター2が電気加熱式の触媒コンバーターの場合、触媒コンバーター2は、基材の表面に配設された不図示の一対の電極部材、電極部材間を繋ぐ不図示のケーブルおよびケーブルの途中に介在する不図示の電源からなる外部回路からその全体が大略構成される。ここで、電極部材は、基材の表面に配設された表面電極膜と、表面電極膜の表面に配設された櫛歯状の配線と、櫛歯状の配線を構成して基材の周方向に延びる複数の配線を固定する配線固定層とから構成される。エンジン始動の際に電源をON制御すると、基材の中央に位置する一対の電極部材に通電され、基材の断面内の直径経路を流れるパスと、表面電極膜を介して基材の断面内を直線的に流れるパスが形成され、このように、電極部材を構成する表面電極膜の有する電流の拡散機能により、基材全体における可及的に均等な通電が図られ、等量電流の拡散と整流が図られるようになっている。   When the catalytic converter 2 is an electric heating type catalytic converter, the catalytic converter 2 includes a pair of electrode members (not shown) disposed on the surface of the base material, a cable (not shown) connecting the electrode members, and a middle of the cable. The whole is generally constituted by an external circuit including a power supply (not shown) interposed between the two. Here, the electrode member comprises a surface electrode film disposed on the surface of the substrate, a comb-shaped wiring disposed on the surface of the surface electrode film, and a comb-shaped wiring. The wiring fixing layer fixes a plurality of wirings extending in the circumferential direction. When the power is turned on when starting the engine, a pair of electrode members located in the center of the base material are energized, and the path flowing through the diameter path in the cross section of the base material and the cross section of the base material through the surface electrode film In this way, the current spreading function of the surface electrode film that constitutes the electrode member allows the current to be evenly distributed throughout the entire substrate, and the equivalent current is diffused. And rectification is planned.

また、保持材3はセラミックス繊維のフェルトから構成され、セラミックス繊維の表面において直径または長径が数十nm〜数百nm、具体的には10nm〜1000nmのナノ構造体が修飾されている。   The holding material 3 is made of a ceramic fiber felt, and a nanostructure having a diameter or a major axis of several tens to several hundreds of nanometers, specifically 10 nm to 1,000 nm, is modified on the surface of the ceramic fibers.

ここで、セラミックス繊維には、アルミナ繊維やシリカ繊維、アルミナとシリカの化合物であるムライト繊維などが包含される。また、フェルトとは、セラミックス繊維同士が絡み合い、緻密な構造となったシートやマットである。さらに、ナノ構造体とは、ナノ粒子、ナノファイバー、ナノ粒塊、ナノ花弁状体などを含んでいる。一例として、繊維径が4nm、繊維長が3000nm、結晶構造がベーマイト(AlO(OH))のアルミナナノファイバーや、100nm以下もしくは100nm以上の直径の大きさの鱗片上のナノ構造体や、表面が花弁状に変化した50nm程度のナノ構造体等を挙げることができる。これらは部分的に結晶構造がベーマイト(AlO(OH))構造を有す場合が多い。   Here, the ceramic fiber includes alumina fiber, silica fiber, mullite fiber which is a compound of alumina and silica, and the like. The felt is a sheet or mat having a dense structure in which ceramic fibers are entangled with each other. Furthermore, nanostructures include nanoparticles, nanofibers, nanoparticle agglomerates, nanopetals, and the like. As an example, alumina nanofibers with a fiber diameter of 4 nm, fiber length of 3000 nm, crystal structure of boehmite (AlO (OH)), nanostructures on scales with a diameter of 100 nm or less or 100 nm or more, and the surface Examples include nanostructures of about 50 nm that change into petals. In many cases, the crystal structure partially has a boehmite (AlO (OH)) structure.

このように、保持材3がセラミックス繊維のフェルトから構成され、セラミックス繊維の表面において直径または長径が数十nm〜数百nm、具体的には10nm〜1000nmのナノ構造体が均一に修飾されていることにより、相互に絡み合うセラミックス繊維間の摩擦力を大きくすることができ、この摩擦力の向上により、保持材が圧縮された際に大きな反発力を発揮することができる。   Thus, the holding material 3 is made of a ceramic fiber felt, and a nanostructure having a diameter or a major axis of several tens of nanometers to several hundreds of nanometers, specifically 10 nm to 1000 nm, is uniformly modified on the surface of the ceramic fibers. Thus, the frictional force between the ceramic fibers that are intertwined with each other can be increased, and the improvement of the frictional force can exert a large repulsive force when the holding material is compressed.

すなわち、図示する保持材3は、付着させるナノ構造体量を大きくすることなく、大きな反発力を発揮することのできる保持材である。なお、保持材3の反発力は、上記する摩擦力のほか、セラミックス繊維同士が曲げられて絡み合った状態から弾性変形にて戻ろうとする戻り力によっても発揮される。   That is, the illustrated holding material 3 is a holding material that can exert a large repulsive force without increasing the amount of attached nanostructures. The repulsive force of the holding material 3 is exhibited not only by the frictional force described above, but also by a return force that tries to return by elastic deformation from a state where the ceramic fibers are bent and entangled.

ここで、保持材3の製造方法を概説すると、まず、セラミックス繊維のフェルトの内部に、平均繊維径が1nm〜10nm、平均長さが1000nm〜5000nmの無機ナノファイバーが分散したゾル溶液を含浸させる、もしくは、ナノ構造体のゾルの前駆体である前駆体化合物溶液を含浸させる。次いで、ゾル溶液等が内部に含浸されたセラミックス繊維のフェルトを沸騰処理または酸処理することにより、セラミックス繊維の表面にナノ構造体が修飾された保持材3が製造される。   Here, the manufacturing method of the holding material 3 will be outlined. First, the inside of the ceramic fiber felt is impregnated with a sol solution in which inorganic nanofibers having an average fiber diameter of 1 nm to 10 nm and an average length of 1000 nm to 5000 nm are dispersed. Alternatively, a precursor compound solution that is a precursor of the sol of the nanostructure is impregnated. Next, the felt of ceramic fiber impregnated with a sol solution or the like is subjected to boiling treatment or acid treatment, whereby the holding material 3 in which the nanostructure is modified on the surface of the ceramic fiber is manufactured.

(保持材の実施例)
本発明者等は、セラミックス繊維のニードル処理されたフェルトからなり、セラミックス繊維の表面に直径または長径が数十nm〜数百nm、具体的には10nm〜1000nmのナノ構造体が均一に修飾されている種々の保持材を製作した。図2は保持材の実施例1のSEM写真図であり、図3(a)、(b)はともに保持材の実施例2のSEM写真図であり、図4は保持材の実施例3のSEM写真図であり、図5は保持材の実施例4のSEM写真図である。
(Example of holding material)
The inventors of the present invention are made of ceramic fiber needle-treated felt, and the surface of the ceramic fiber is uniformly modified with nanostructures having a diameter or major axis of several tens to several hundreds of nanometers, specifically 10 nm to 1,000 nm. Various holding materials were manufactured. FIG. 2 is an SEM photograph of Example 1 of the holding material. FIGS. 3A and 3B are both SEM photographs of Example 2 of the holding material. FIG. 4 is an example of Example 3 of the holding material. FIG. 5 is an SEM photograph of Example 4 of the holding material.

まず、図2で示す実施例1の保持材は、ムライト繊維の表面に、平均繊維径が4nm、平均繊維長が3000nm、結晶構造がベーマイト(AlO(OH))のアルミナナノファイバーが修飾された保持材である。   First, the holding material of Example 1 shown in FIG. 2 was modified with alumina nanofibers having an average fiber diameter of 4 nm, an average fiber length of 3000 nm, and a crystal structure of boehmite (AlO (OH)) on the surface of mullite fibers. It is a holding material.

図示するように、ムライト繊維の表面にアルミナナノファイバーがマスクメロンの皺のように一様に添着していることが分かる。   As shown in the figure, it can be seen that the alumina nanofibers are uniformly attached to the surface of the mullite fiber like a mask melon.

この保持材は、アルミナゾルF3000(川研ファインケミカル株式会社製)(ナノファイバーの繊維径4nm、繊維長約3000nm)を、メタノール溶媒中のゾル(固形分)濃度で1.0質量%のメタノール希釈液中に混合してニードル処理されたフェルトに含浸させ、ムライト繊維に塗布し、400℃で1時間焼成する方法によって製作した。   This holding material is alumina sol F3000 (manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) (nanofiber fiber diameter 4 nm, fiber length approximately 3000 nm) in a methanol dilution of 1.0% by mass in sol (solid content) concentration in methanol solvent. The mixture was impregnated with needle treated felt, applied to mullite fiber, and fired at 400 ° C. for 1 hour.

次に、図3で示す実施例2の保持材は、ムライト繊維の表面にナノ構造体を修飾したものである。具体的には、図3(a)、(b)で示す保持材は、ゾルの前駆体化合物としてのアルミニウムキレート(ALCH:アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート) (川研ファインケミカル株式会社製)をセラミックス繊維にコート後、それぞれ160℃、180℃で沸騰処理し、セラミックス繊維にそれぞれ大きさ100nm以下、100nm以上のナノ構造体を修飾したものである。   Next, the holding material of Example 2 shown in FIG. 3 is obtained by modifying the surface of the mullite fiber with a nanostructure. Specifically, the holding materials shown in FIGS. 3A and 3B are made of aluminum chelate (ALCH: aluminum ethyl acetoacetate / diisopropylate) (manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) as a precursor compound of the sol. The ceramic fibers are coated and then boiled at 160 ° C. and 180 ° C., respectively, and the ceramic fibers are modified with nanostructures having a size of 100 nm or less and 100 nm or more, respectively.

このように、製作時の沸騰水処理温度を変化させることにより、ナノ構造体の大きさを所望に調整できるが、いずれの場合も均一にムライト繊維に付着していることが分かる。   Thus, by changing the boiling water treatment temperature at the time of manufacture, the size of the nanostructure can be adjusted as desired, but in any case, it can be seen that the nanostructure is uniformly attached to the mullite fiber.

次に、図4で示す実施例3の保持材は、ムライト繊維の表面に別の方法でナノ構造体を修飾したものである。この保持材は、ゾルの前駆体化合物溶液としてのアルミニウムセカンダリーブチレート(ASBD)(川研ファインケミカル株式会社製)のコート液をムライト繊維の表面に付着させ、沸騰水処理して製作した。
図4より、ASBDが50nm程度の花弁状に変化していることが分かる。
Next, the holding material of Example 3 shown in FIG. 4 is obtained by modifying the surface of the mullite fiber with a nanostructure by another method. This holding material was produced by adhering a coating solution of aluminum secondary butyrate (ASBD) (manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) as a sol precursor compound solution to the surface of mullite fiber and treating it with boiling water.
FIG. 4 shows that ASBD changes to a petal shape of about 50 nm.

次に、図5で示す実施例4の保持材は、ムライト繊維の表面にアルミナを修飾したものである。   Next, the holding material of Example 4 shown in FIG. 5 is obtained by modifying alumina on the surface of mullite fiber.

この保持材は、アルミナゾルF1000(川研ファインケミカル株式会社製)(ナノファイバーゾルの平均繊維径4nm、平均繊維長約1400nm)をムライト繊維の表面に付着させ、リン酸処理して生成した。   This holding material was produced by attaching alumina sol F1000 (manufactured by Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) (average fiber diameter of nanofiber sol 4 nm, average fiber length of about 1400 nm) to the surface of mullite fiber and treating with phosphoric acid.

図5より、直径または長径が100〜200nm程度の凹凸のアルミナが生成されていることが分かる。   From FIG. 5, it can be seen that uneven alumina having a diameter or major axis of about 100 to 200 nm is produced.

(引張試験とその結果)
本発明者等は、保持材を製作し、引張試験をおこなって保持材の引張強度を測定する実験をおこなった。ここで、図6(a)は試験片の切り出し方法を説明した図であり、図6(b)は引張試験の状況を説明した図である。
(Tensile test and results)
The present inventors made a holding material, conducted a tensile test, and conducted an experiment to measure the tensile strength of the holding material. Here, FIG. 6A is a diagram illustrating a method for cutting out a test piece, and FIG. 6B is a diagram illustrating a situation of a tensile test.

表面にナノ構造体が修飾されているセラミックス繊維のフェルトからなる保持材(マット)を製作し、図6(a)で示すように試験片(TP:テストピース)を切り出した。平均直径が3〜15μm、平均長さが数百nmのムライト繊維に、TP1はアルミナゾルF3000を0.01質量%塗布したもの、TP2はアルミナゾルF3000を0.1質量%塗布したもの、TP3はアルミナゾルF3000を0.5質量%塗布したものである。   A holding material (mat) made of a ceramic fiber felt whose surface was modified with a nanostructure was manufactured, and a test piece (TP: test piece) was cut out as shown in FIG. TP1 coated with 0.01% by weight of alumina sol F3000, TP2 coated with 0.1% by weight of alumina sol F3000, TP3 coated with 0.5% by weight of alumina sol F3000 on mullite fibers having an average diameter of 3 to 15 μm and an average length of several hundreds of nanometers % Applied.

また、比較例として、ムライト繊維のみでナノ構造体の修飾がないもの(比較例1)と、特許文献1に記載の無機粒子懸濁溶液をフェルトに含浸させ、無機粒子を1.0質量%付着させたもの(比較例2)の試験もおこなった。   In addition, as a comparative example, a mullite fiber alone with no nanostructure modification (Comparative Example 1) and an inorganic particle suspension solution described in Patent Document 1 are impregnated in felt, and 1.0% by mass of inorganic particles are adhered. The test of the sample (Comparative Example 2) was also conducted.

切り出された試験片を図6(b)で示すように引張試験機でチャックし、引張試験を実施した。なお、試験片は三種用意し(TP1〜TP3)、それらの引張試験の結果に加えて平均値を算定した。試験結果を図7に示す。   The cut specimen was chucked with a tensile tester as shown in FIG. 6B, and a tensile test was performed. Three test pieces were prepared (TP1 to TP3), and the average value was calculated in addition to the results of the tensile tests. The test results are shown in FIG.

図7において、ナノ構造体修飾なしの結果は、ナノ構造体を具備しない保持材(比較例1)を製作して引張試験をおこなった結果である。   In FIG. 7, the result without nanostructure modification is the result of producing a holding material (Comparative Example 1) that does not have a nanostructure and conducting a tensile test.

図7より、TP1〜TP3の引張り強度の平均値は67.2Nとなり、比較例1の60Nに対して10%以上も引張り強度が向上することが確認できた。   From FIG. 7, the average value of the tensile strength of TP1 to TP3 was 67.2N, and it was confirmed that the tensile strength was improved by 10% or more with respect to 60N of Comparative Example 1.

これは、セラミックス繊維の表面において直径が数十nm〜数百nmのナノ構造体が修飾されていることにより、相互に絡み合うセラミックス繊維間の摩擦力が大きくなり、この摩擦力の向上によって保持材の引張り強度が向上したと考えられる。   This is because the surface of the ceramic fiber is modified with a nanostructure having a diameter of several tens to several hundreds of nanometers, which increases the frictional force between the ceramic fibers that are intertwined with each other. It is thought that the tensile strength of was improved.

そして、この引張り強度の向上は、保持材が圧縮された際の反発力の向上にも繋がる。したがって、従来の保持材に比してナノ構造体の付着量を低減しながら、保持材が圧縮された際に要する反発力が得られることが分かる。   And the improvement of this tensile strength also leads to the improvement of the repulsive force when a holding material is compressed. Therefore, it can be seen that the repulsive force required when the holding material is compressed can be obtained while reducing the adhesion amount of the nanostructure as compared with the conventional holding material.

また、無機粒子懸濁溶液の形でフェルトに含浸させた比較例2の65.4Nに対し、TP1〜TP3はナノ構造体の付着量が大幅に少ないにもかかわらず、同等以上の引張強度が得られており、保持材の材料コストの低減に大きく寄与している。   Compared to 65.4N in Comparative Example 2 where the felt was impregnated in the form of a suspension of inorganic particles, TP1 to TP3 obtained a tensile strength equal to or higher than that of the nanostructure, although the amount of nanostructure adhered was much smaller. Therefore, it greatly contributes to reducing the material cost of the holding material.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…配管、2…触媒コンバーター(排ガス処理体)、3…保持材、10…排ガス処理装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piping, 2 ... Catalytic converter (exhaust gas processing body), 3 ... Holding material, 10 ... Exhaust gas processing apparatus

Claims (1)

排ガスの排気系統の配管内に配される排ガス処理体を保持する排ガス処理装置用の保持材の製造方法であって、前記保持材はセラミックス繊維のニードル処理されたフェルトであり、該セラミックス繊維のフェルトの内部に、平均繊維径が1nm〜10nm、平均長さが1000nm〜5000nmの無機ナノファイバーが分散したゾル溶液を含浸させるか、またはナノ構造体のゾルの前駆体である前駆体化合物溶液を含浸させ、その後に沸騰処理または酸処理をおこなうことにより、セラミックス繊維の表面にナノ構造体を修飾する、排ガス処理装置用の保持材の製造方法。   A method of manufacturing a holding material for an exhaust gas treatment device that holds an exhaust gas treatment body disposed in a pipe of an exhaust gas exhaust system, wherein the holding material is a felt treated with needles of ceramic fibers, The felt is impregnated with a sol solution in which inorganic nanofibers having an average fiber diameter of 1 nm to 10 nm and an average length of 1000 nm to 5000 nm are dispersed, or a precursor compound solution that is a precursor of a nanostructure sol A method for producing a holding material for an exhaust gas treatment apparatus, wherein a nanostructure is modified on the surface of a ceramic fiber by impregnation and subsequent boiling treatment or acid treatment.
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