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KR20100018086A - 촉매 컨버터용 보유 시일재 및 그 제조방법 - Google Patents

촉매 컨버터용 보유 시일재 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20100018086A
KR20100018086A KR1020107001040A KR20107001040A KR20100018086A KR 20100018086 A KR20100018086 A KR 20100018086A KR 1020107001040 A KR1020107001040 A KR 1020107001040A KR 20107001040 A KR20107001040 A KR 20107001040A KR 20100018086 A KR20100018086 A KR 20100018086A
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KR
South Korea
Prior art keywords
catalytic converter
catalyst carrier
holding
weight
fiber
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020107001040A
Other languages
English (en)
Inventor
요시오 니시카와
코지 후쿠시마
케이지 야마다
Original Assignee
이비덴 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=18795696&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR20100018086(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 이비덴 가부시키가이샤 filed Critical 이비덴 가부시키가이샤
Publication of KR20100018086A publication Critical patent/KR20100018086A/ko
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Abstract

촉매 컨버터용 보유 시일재(1)는,원주형상의 촉매담체(3)와,그 촉매담체의 외주를 덮는 금속제 쉘(2)과의 사이에 배치된다.
보유 시일재(1)는 뮬라이트 결정 함유량이10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 상기 섬유집합체에는 니들펀치처리가 되어 있다. 개량된 보유 시일재에 의해 내구성 및 부착성이 우수하며, 아주 공해가 적은 촉매 컨버터를 제공한다.

Description

촉매 컨버터용 보유 시일재 및 그 제조방법{HOLDING SEAL MATERIAL FOR CATALYTIC CONVERTER AND METHOD OF MANUFACTURING THE HOLDING SEAL MATERIAL}
본 발명은, 촉매 컨버터에 관한 것이며, 상세하게는 촉매 컨버터용 보유 시일재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, 차량용, 특히 자동차의 동력원으로서, 가솔린이나 경유를 연료로 하는 내연기관이 백년이상 사용되어오고 있었다. 그러나, 배기가스가 건강이나 환경에 위해를 가하는 것이 문제가 되어, 그 이후는 배기가스중에 포함되어 있는 CO, NOx, PM등을 제거하는 장치인 배기가스정화용 촉매 컨버터가 여러가지 제안되었다.
통상의 배기가스정화용 촉매 컨버터는 촉매담체와, 촉매담체의 외주를 덮는 금속제 쉘과, 양자간의 갭에 배치되는 보유 시일재를 구비하고 있다.
촉매담체에는 예를들면, 하니캠형상으로 성형한 코어디어라이트(cordierite) 담체가 이용되고 있으며, 그 코어디어라이트 담체에 백금등의 촉매가 담지되어 있다.
촉매 컨버터의 보유 시일재는 자동차의 주행중에 촉매담체와 금속제 쉘과의 접촉에 의한 촉매담체의 파손을 방지하면서, 금속제 쉘과 촉매담체와의 갭으로부터의 가스의 누출을 방지하는 역할을 한다. 또한 보유 시일재는 사용개시 초기부터 촉매를 효율좋게 반응시킬 수 있고, 금속제 쉘과의 단열을 도모하는 역할도 맡고 있다. 그래서, 이들의 역할을 맡을 수 있는 바람직한 재료로서는 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 매트형상물이 알려져 있다.
그런데, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 매트형상물은 부피가 두껍다.
이 때문에, 보유 시일재는 촉매 담체로의 부착성을 개선할 필요가 있다. 상기 사정에 의해 종래, 무기섬유의 매트형상물에 유기바인더를 함침함으로써 매트형상물을 얇게 하는 기술이 제안되어 있다.
그런데 유기바인더를 함침한 보유 시일재의 경우, 갭에 배치한 상태로 사용하면 배기가스의 열에 의해 유기바인더가 분해되고, 그 분해가스가 대기중에 방출되어 버린다. 이와 같은 유기바인더는 부착성을 개선하기 위하여 적어도 여러중량 % 이상 함침되어 있을 필요가 있다. 그러므로 종래에는 바람직한 부착성을 유지하면서 종래의 레벨보다도 더욱 고도한 저공해성을 실현하는 것은 대단히 곤란했다.
또한, 근래에는 엔진의 고성능화에 따라, 점차로 배기가스가 고온화하는 경향이 있다. 예를들면, 고연비의 린번엔진에서는 배기가스 온도가 1000℃ 가까이 달하기 때문에, 고온에 노출된 보유 시일재의 발생면압이 비교적 단기간에 저하해버린다.
따라서 삽시간에 갭부분의 시일성이나 담체의 보유성이 악화되어버려 내구성이 약한 촉매 컨버터가 되어버린다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술이 안고 있는 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 그 주된 제 1 목적은, 내구성 및 부착성이 우수할 뿐만 아니라 공해가 아주 낮은 촉매 컨버터를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 상기 우수한 촉매 컨버터를 실현할 뿐만 아니라 바람직한 촉매 컨버터용 보유 시일재 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 실시태양에 따르면, 촉매담체(3)와, 그 촉매담체를 덮는 금속제 쉘(2)과의 사이에 배치되는 보유 시일재를 제공한다. 보유 시일재는, 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 한편 섬유집합체에는 니들펀치(needle punch)처리가 되어 있다.
본 발명의 제 2 실시태양에 따르면,촉매담체와, 그 촉매담체를 덮는 금속제 쉘과의 사이에 배치되는 보유 시일재가 제공된다.
보유 시일재는, 뮬라이트 결정 함유량이0.5중량% ∼ 4중량%의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 한편 섬유집합체에는 니들펀치처리가 되어 있다.
본 발명의 제 3 실시태양에 따르면, 촉매담체와, 그 촉매담체를 덮는 금속제 쉘과의 사이에 배치되는 보유 시일재를 제공한다. 보유 시일재는, 뮬라이트 결정 함유량이 10중량% 이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 상기 세라믹 화이버의 일부끼리는 상기 섬유집합체의 두께방향으로 엉켜있다.
본 발명의 제 4 실시태양에 따르면, 촉매담체와, 그 촉매담체를 덮는 금속제 쉘과의 사이에 배치되는 촉매 컨버터용 보유 시일재의 제조방법을 제공한다.
그 제조방법은,알루미늄염, 실리카졸 및 유기중합체를 혼합하여 이루어지는 수용액을 재료로서 방사를 행하여 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 제작하는 공정과, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 적층하여 섬유집합체를 제작하는 공정과,상기 섬유집합체에 대해 니들펀치 처리를 하는 공정과, 상기 니들펀치 처리된 섬유집합체를 소성하여 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 섬유집합체로 이루어지는 보유 시일재(1)를 제작하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제 5 실시태양에 따르면, 촉매 컨버터를 제공한다.
촉매 컨버터는, 촉매담체와, 상기 촉매담체를 덮는 금속제 쉘과, 촉매담체와 금속제 쉘과의 사이에 배치된 보유 시일재를 포함한다.
보유 시일재는 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 또한 섬유집합체에는 니들펀치처리가 되어 있다.
본 발명의 제 6 실시태양에 따르면, 촉매 컨버터가 제공된다.
촉매 컨버터는 촉매담체와, 상기 촉매담체를 덮는 금속제 쉘과, 촉매담체와 금속제 쉘과의 사이에 배치된 보유 시일재를 포함한다.
보유 시일재는 뮬라이트 결정 함유량이 0.5중량%∼4중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 또한 섬유집합체에는 니들펀치처리가 되어 있다.
본 발명의 제 7 실시태양에 따르면,촉매 컨버터가 제공된다.
촉매 컨버터는 촉매담체와, 상기 촉매담체를 덮는 금속제 쉘과, 촉매담체와 금속제 쉘과의 사이에 배치된 보유 시일재를 포함한다.
보유 시일은 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 상기 세라믹 화이버의 일부는 상기 섬유 집합체의 두께방향으로 서로 엉켜있다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 일실시형태의 자동차 배기가스 정화장치용 촉매 컨버터(5)를 도 1 내지 도 4를 토대로 상세하게 설명한다.
도 1 에 도시하는 바와같이, 촉매 컨버터(5)는, 자동차의 차체(92)에 있어서, 엔진(9)의 배기관(91)의 도중에 설치된다. 한편, 엔진(9)으로부터 촉매 컨버터(5)까지의 거리는 비교적 짧기 때문에 촉매 컨버터(5)에는 약 700℃ ∼900℃의 고온의 배기가스가 공급된다. 엔진이 린번엔진인 경우에는, 촉매 컨버터(5)에는 약 900℃ ∼1000℃라고 하는 더욱 고온의 배기가스가 공급된다.
도 2 에 도시하는 바와 같이 촉매 컨버터(5)는 원주형상의 촉매담체(3)와, 촉매담체(3)의 외주를 덮는 금속제 쉘(2)와, 촉매담체(3)와 금속제 쉘(2)과의 사이의 갭에 배치된 보유 시일재(1)를 구비한다.
촉매담체(3)는 코어디어라이트등으로 대표되는 세라믹재료를 사용하여 제작되어 있다. 또한 촉매담체(3)는, 축선방향에 따라 늘어나는 다수의 셀(31),(32)을 가지는 하니캠 구조체인 것이 바람직하다.
한편, 셀 벽에는 배기가스 성분을 정화할 수 있는 백금이나, 로듐등의 촉매가 담지되어 있다.
금속제 쉘(2)은, 예를들면 부착성에 있어서 압입방식을 채용하는 경우에는, 단면 O자형상의 금속제 원통부재인 것이 바람직하다.
한편, 원통부재를 형성하기 위한 금속재료에는 내열성이나 내충격성이 우수한 금속이 선택되는 것이 바람직하다.
압입방식을 대신하여 이른바 캐닝방식을 채용하는 경우에는 단면 O자 형상의 금속제 원통부재를 축선방향을 따라 복수조각으로 분할함으로서 형성된 금속제 쉘(즉, 크램 쉘)이 이용된다.
그 외에, 부착시에 감아조이는 방식을 채용하는 경우에는, 예를 들면 단면C자 형상 내지 U자 형상의 금속제 원통부재(즉, 축선방향에 따라 늘어나는 하나의 슬리트(개구부)가 형성된 금속제 원통부재)가 이용된다. 이 경우, 촉매담체(3)의 접합시에, 그 표면에 보유 시일재(1)가 고정된 촉매 담체(3)를 금속제 쉘(2)내로 수납하고, 그 상태에서 금속제 쉘(2)을 감아 조인후에 슬리트 개구단이 접합(용접, 접착, 볼트조임등)된다. 용접, 접착, 볼트조임등이라고 하는 접합 작업은, 캐닝방식을 채용했을 때에도 마찬가지로 행해진다.
도 3(a)에 도시하는 바와같이, 보유 시일재(1)는 길이가 긴형상의 매트형상물로서, 그 일단에는 오목형상 맞춤부(11)가 설치되며, 다른 단에는 볼록형상 맞춤부(12)가 설치되어 있다. 촉매담체(3)로의 접합시에는 볼록형상 맞춤부(12)가 오목형상 맞춤부(11)에 걸어맞춘다.
보유 시일재(1)는, 뮬라이트 결정 함유량이 0중량%이상 또한 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어진다. 바꿔말하면, 보유 시일재(1)는 뮬라이트 결정을 함유하지 않거나 또는 10중량%이하 함유하는 알루미늄 실리콘스피넬형 화합물로 이루어지는 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어진다. 이와같은 화학조성이면, 내열성이 우수하고, 또한 압축하중인가시의 반발력이 높은 보유 시일재(1)를 얻을 수 있다. 따라서, 보유 시일재(1)가 갭에 배치된 상태에서 고온상태에 처해지더라도 면압의 저하가 일어나기 어렵다. 이 경우, 뮬라이트 결정 함유량은 0.5중량% - 4중량%인 것이 더욱 바람직하다. 또한 상기 알루미늄 실리콘스피넬형 화합물로서는 예를들면 γ-알루미나, δ-알루미나, χ-알루미나등을 들 수 있다.
알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 화학조성은 알루미나 68중량% - 83중량%, 한편 실리카 32중량% - 17중량%인 것이 바람직하며, 구체적으로는 A1203:SiO2=72:28인 것이 바람직하다.
알루미나가 68중량% 미만인 경우 또는 실리카가 32중량%를 초과하는 경우에는, 내열성의 향상 및 압축하중인가시의 반발력의 향상을 충분히 달성할 수 없게 될 우려가 있다. 알루미나가 83중량%를 초과하는 경우 또는 실리카가 17중량%미만의 경우에 대해서도 마찬가지로, 내열성의 향상 및 압축하중인가시의 반발력의 향상을 충분히 달성할 수 없게 될 염려가 있다.
**섬유집합체는 섬유교락(交絡:서로 얽히는 것)처리의 일종인 니들 펀치 처리에 의해 제작된다. 이 때문에 니들펀치 개소에 세라믹 화이버 일부가 섬유집합체의 두께 방향으로 교락하고, 섬유집합체는 두께방향으로 압축된 상태에서 육박화 되어 있다. 한편, 니들펀치 처리에 있어서는 예를 들면 다수의 바늘을 세워설치한 판형상의 니들보드가 이용된다.
니들펀치개소에 존재밀도는 100㎠ 당 10개 - 500개인 것이 바람직하며, 더욱이 20개 - 250개 인 것이 더욱 바람직하다.
니들펀치개소의 존재밀도가 100㎠ 당 10개 미만이면 보유 시일재(1)를 두께방향으로 확실히 압축할 수 없고, 바람직한 부착성을 달성할 수 있을 정도까지 충분히 보유 시일재(1)를 육박화할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 니들펀치 개소의 존재밀도가 100㎠ 당 500개를 초과하면, 보유 시일재(1)를 충분히 육박화 할 수 있는 반면, 다수의 니들펀치개소의 존재에 의해 압축하중인가시의 반발력을 높게 할 수 없게 될 우려가 있다.
상기 니들펀치 처리가 행해지며, 한편 부착전의 보유 시일재(1)의 부피밀도(GBD)는 0.1g/㎤ - 0.6g/㎤, 더욱이 0.2g/㎤- 0.4g/㎤ 인 것이 바람직하다. 또한, 보유 시일재(1)의 접합상태의 충진밀도도 상기와 동일 정도로 설정해두는 것이 바람직하다. 부피밀도나 충진밀도가 너무 작으면, 발생면압이 저하하여 촉매담체(3)를 확실히 보유할 수 없게 될 염려가 있다. 한편, 부피밀도나 충진밀도가 너무 크면, 강성(剛性)이 높아지는 반면 가소성을 잃게 되므로 접합작업이 곤란해질 염려가 있다.
보유 시일재(1)를 구성하는 세라믹화이버중에 포함되는 유기성분(유기바인더)은 , 1중량%이하, 더욱이는 0.1중량%이하, 특히 0.01중량%이하인 것이 바람직하다.
유기바인더의 함유량이 많아져서 다수 중량%이상이 되면, 배기가스의 열에 의해 분해되며, 대기중에 방출되는 가스의 량이 증가해버린다. 더불어 종래의 레벨보다도 더욱 고도한 저공해성을 실현하는 것이 대단히 곤란해진다.
접합전의 상태에 있어서 보유 시일재(1)의 두께는, 촉매담체(3)와 금속제 시일(2) 사이의 갭의 1.1 배 - 4.0 배 정도, 더욱이는 1.5배 - 3.0 배정도 인 것이 바람직하다. 두께가 1.1 배 미만이면, 높은 담체 보유성을 얻을 수 없고, 촉매담체(3)가 금속제 쉘(2)로부터 어긋나거나 덜컹거릴 염려가 있다. 이 경우에는 높은 시일성도 얻을 수 없게 되므로, 갭부분으로부터의 배기가스의 누출이 일어나기 쉽고, 고도한 저공해성을 실현할 수 없게 되어버린다.
또한 두께가 4.0배를 초과하면, 특히 압입방식을 채용한 경우에는 촉매담체(3)의 금속제 쉘(2)로의 배치가 곤란해져 버린다. 따라서, 접착성의 향상을 달성할 수 없게될 염려가 있다.
또한 보유 시일재(1)를 구성하는 알루미나 실리카계 세라믹 파이버의 평균섬유지름은, 5μm-20μm정도인 것이 바람직하며, 더욱 7μm ∼13μm정도인 것이 바람직하다. 세라믹 화이버의 평균 섬유길이는, 0.1mm-100mm정도인 것이 바람직하며, 더욱이는 2mm - 50mm 정도인 것이 바람직하다. 세라믹 화이버의 섬유자체의 인장강도는 0.1 Gpa 이상, 특히 0.5GPa 이상인 것이 바람직하다.
이어서, 보유 시일(1)의 제조순서에 대해 설명한다.
먼저, 알루미늄염, 실리카졸 및 유기 중합체를 용매인 물에 혼합하고, 방사(紡絲)액을 제조한다. 이 경우, 방사액에 소포제등이 첨가되어 있어도 좋다. 한편, 알루미늄염 및 실리카졸의 비율을 변경함으로써, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 화학조성을 어느정도 컨트롤할 수 있다.
이어서, 얻어진 방사액을 감압농축함으로써, 방사에 적합한 온도, 농도, 점도등으로 조제한 방사액을 작성한다. 여기서는 20중량% 정도였던 방사액을 30중량% - 40중량%정도로 농축하는 것이 바람직하다.
더욱이, 조제후의 방사액을 방사장치의 노즐로부터 공기중에 연속적으로 분출함과 동시에, 형성된 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 연신하면서 감도록 한다. 이 경우, 예를 들면 건식압력 방사법 등을 채용하는 것이 바람직하다.
상기 방사공정을 거쳐 얻어진 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 긴섬유를 소정길이로 잘라 어느정도 단섬유화한 후, 이것을 물에 분산시킨다.
얻어진 화이버분산액을 성형도구내에 흘려넣고 가압, 건조함으로써, 섬유가 적층된 매트형상물을 얻는다.
상기 적층공정을 거쳐 얻어진 매트형상물(섬유집합체)에 대해, 상술한 도구를 사용하여 니들펀치 처리를 수행한다. 이 처리에 의해, 미경화 내지 유연한 섬유끼리 확실하고도 균일하게 서로 섞인 상태가 된다.
이어서, 니들펀치 처리를 거친 섬유집합체를 소성함으로써, 미경화의 유연한 섬유를 건조, 소결시켜 경화시킨다. 이 경우, 소성에 의해 얻어지는 섬유집합체의 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하가 되도록 소성조건을 설정할 필요가 있다.
예를들면, 소성공정시의 소성온도는 1100℃ - 1300℃로 설정하는 것이 바람직하다. 소성온도가 1100℃미만이라면, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 완전히 건조 소결시킬 수 없고, 우수한 내열성 및 높은 압축하중인가시의 반발력을 보유 시일재(1)에 확실히 부여할 수 없게 될 염려가 있다.
역으로, 소성온도가 1300℃를 넘기면, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 뮬라이트 결정화가 진행되기 쉬워진다. 이 때문에 뮬라이트 결정 함유량을 10중량% 이하로 억누르는 것이 곤란해지며, 우수한 내열성 및 높은 압축하중인가시의 반발력을 보유 시일재(1)에 확실히 부여할 수 없게될 염려가 있다.
또한, 소성시간은 1분 - 60분으로 설정하는 것이 바람직하다. 소성시간이 1분미만이면, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 완전히 건조, 소결시킬수 없고, 우수한 내열성 및 높은 압축하중인가시의 반발력을 보유 시일재(1)에 확실히 부여할 수없게 될 염려가 있다.
역으로, 소성시간이 60분을 초과하면, 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 뮬라이트 결정화가 진행되기 쉬워진다. 이 때문에 뮬라이트 결정 함유량을 10중량% 이하로 억누르는 것이 곤란해지며, 우수한 내열성 및 높은 압축하중인가시의 반발력을 보유 시일재(1)에 확실히 부여할 수 없게될 염려가 있다.
이밖에 1100℃ - 1300℃의 고온에서 소성을 할 때, 전처리로서 200℃ - 400℃또한 10분 - 60분 정도의 가열을 해두는 것이 바람직하다.
한편, 상기 소성공정 후, 필요에 따라 보유 시일재(1)에 대한 유기바인더의 함침을 행한 후, 더욱이 보유 시일재(1)를 두께방향으로 압축성형해도 좋다.
이 경우의 유기 바인더로서는 아크릴고무나 니트릴고무등과 같은 라텍스등 외에 폴리비닐 알콜, 아크릴 수지등을 들 수 있다.
함침법으로서는, 침지법, 스프레이법, 롤코터법등이라고 하는 종래 공지의 방법을 채용할 수 있다.
그리고, 상기 각공정을 거쳐 제작된 보유 시일(1)을 촉매담체(3)의 외주면에 감아 고정한 후, 압입, 캐닝 또는 감아 조임으로써 촉매 컨버터(5)가 완성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 보유 시일재(1)는 이하의 이점을 얻을 수가 있다.
(1) 본 실시형태의 보유 시일재(1)는 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어진다. 이 때문에 내열성이 우수하며 압축하중인가시의 반발력이 높다. 따라서, 갭에 배치된 상태로 보유 시일재(1)가 고온이 되더라도 발생면압의 저하가 일어나기 어렵다. 보유 시일재(1)를 사용하여 촉매 컨버터(5)를 구성한 경우에는, 장기간에 걸쳐 높은 시일성 및 담체를 보유할 수 있으며, 내구성이 우수한 촉매 컨버터(5)를 얻을 수 있다.
(2) 보유 시일재(1)의 섬유 집합체에는 니들펀치 처리가 되어 있다.
이 때문에 니들펀치 개소에 있어서 세라믹 화이버의 일부가 섬유집합체의 두께방향으로 얽혀있고, 두께방향으로 압축된 상태에서 육박화되어 있다.
그러므로 이 섬유집합체는 부피가 해소되어 접착성이 우수하다. 더구나, 이 섬유집합체를 육박화하는데 필요한 유기 바인더량은 니들펀치처리를 한 분량만큼 적어지게 된다. 따라서 바람직한 부착성을 유지하면서 고도한 저공해성을 실현할 수 있다.
(3) 본실시형태의 보유 시일재의 제조방법에 따르면, 섬유끼리 확실히 또한 균일하게 서로 얽히게 할 수 있으므로 니들펀치 개소의 존재밀도를 낮게 설정할 수 있게된다.
이상의 제조방법에 따르면, 상기 촉매 컨버터용 보유 시일재(1)를 간단하고도 확실하게 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 실시형태는 이하와 같이 변경해도 좋다.
니들펀치처리 이외의 기계적인 섬유교락처리법에 의해 섬유를 교락시켜도 좋다. 더욱이 물이나 공기등의 파워를 이용한 비기계적인 섬유교락 처리법을 채용해도 좋다.
보호 시일재(1)의 형상은 임의로 변경하는 것이 가능하다. 예를들면, 요철형상의 위치맞춤부(11,12)를 생략하고 보다 단순한 형상으로 해도 좋다.
촉매담체(3)의 단면형상은 아주 둥근형태만으로 한정하지 않고, 예를 들면 타원형 또는 긴 원형등이라도 좋다. 이 경우, 금속제 쉘(2)의 단면형상도, 그에 맞춰 타원형상 또는 긴원형등으로 변경해도 좋다.
촉매담체(3)에는 촉매로서 귀금속이외의 것이 담지되어 있어도 좋다.
촉매담체(3)로서는, 하니캠형상으로 성형한 코어디어라이트 담체가 사용될 뿐만 아니라, 예를 들면 규소, 질화규소등의 하니캠 다공질 소결체등을 사용해도 좋다.
본 발명의 보유시일재(1)는 배기가스 정화장치용 촉매 컨버터(5)만이 아니라 예를 들면 디젤파티큐레이터(DPF)나 연료전지 품질개량용 촉매 컨버터등에 사용해도 좋다.
도 1 은 본 발명에 따른 일실시형태의 촉매 컨버터의 사용상태 설명도이다.
*도 2 는 본 발명에 따른 일실시형태의 촉매 컨버터의 개략단면도이다.
도 3 (a)은 도 2 의 촉매 컨버터에 사용되는 보유 시일재의 평면도이다.
도 3 (b)는 도 2 의 촉매 컨버터의 부착방법을 설명하기 위한 개략사시도이다.
도 3 (c)는 부착성이 완성된 촉매 컨버터의 개략 사시도이다.
도 4 는 촉매 컨버터에 사용되는 보유 시일재의 뮬라이트 결정 함유량과 면압과의 관계를 나타내는 그래프이다.
(실시예 1의 작성)
실시예 1에서는, 촉매담체(3)로서, 외경ø 130mm, 길이 100mm 의 코어디어라이트 모노리스를 사용하였다. 또한, 금속제 쉘(2)로서 SUS304제로서, 판두께 1.5 mm 또한 내경ø 140mm의 원통형상 쉘을 사용하였다. 그리고, 매트형상의 보유 시일재(1)를 이하와 같이 제작하였다.
먼저, 염기성 염화알루미늄 23.5중량%, 콜로이달 실리카 20중량%, 폴리비닐알콜 10중량% 및 소량의 소포제(n 옥탄올)를 물에 혼합하고, 잘 교반하여 방사액을 제작하였다.
이어서, 얻어진 방사액을 증발기를 사용하여 감압압축함으로서, 방사액의 농도, 온도, 점도를 조제하였다. 본실시예에서는, 방사액의 농도를 38중량%, 온도를 50℃, 점도를 1000 푸아즈(poise)로 설정함과 동시에, 이것을 1일동안 담가놓는다.
이어서, 1일이상 경과한 조제후의 방사액을 건식압력 방사장치의 노즐로부터 공기속(20℃, 습도50%)으로 연속적으로 분출하고, 적층시켰다.
이어서, 상기 적층공정을 거쳐 얻어진 섬유집합체에 대해 상술한 도구를 이용하여 니들펀치처리를 했다. 여기서는 니들펀치개소의 존재밀도를 100㎠ 당 100개로 설정하였다.
더욱이, 니들펀치처리가 행해진 섬유집합체에 대해 전(前)처리로서 250℃, 30분의 가열을 행한 후, 상자형 전기로내에 통상의 산화분위기하에서, 1250℃, 10분간의 소성을 행하였다. 그 결과, 뮬라이트결정 함유량이 2중량%인 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 얻을 수 있었다.
이와관련하여 소성으로 얻어진 알루미나 실리카계 세라믹 화이버의 평균 섬유지름은 9.1μm, 평균섬유길이는 5mm, 섬유형태는 단면대략 원형상 또는 직선형상이었다. 또한 세라믹 화이버의 섬유자체의 밀도는 3.0g/㎤, 인장강도는 0.65GPa 였다. 세라믹 화이버는 Al2O3:SiO2=72:28 의 화학조성을 가지며, 한편, γ-알루미나 및 χ-알루미나를 주성분으로 한다.
상기 소성공정후, 침지법에 의해 보유 시일재(1)에 대한 유기 바인더의 함침을 행한 후, 보유 시일재(1)를 두께방향으로 압축성형하였다. 여기서는 유기바인더로서 라텍스를 선택함과 동시에 라텍스의 농도를 이 시점에서 1중량%이하로 설정하였다.
얻어진 보유 시일재(1)의 부피밀도는 이 시점에서 약 0.15g/㎤이었다.
그리고, 상기 각공정을 거쳐 제작된 보유 시일재(1)를 촉매담체(3)의 외주면에 감아서 고정한 후, 금속제 쉘(2)로의 압입을 행하여 촉매 컨버터(5)를 완성시켰다.
(실시예 2 - 실시예 5의 제작)
실시예 2 - 5에 있어서도, 기본적으로는 실시예 1의 순서, 조건에 따라 보유 시일재(1)를 제작하고, 동일한 접합을 행하여 촉매 컨버터(5)를 완성시켰다. 실시예 2, 3에서는 뮬라이트 결정 함유량이 각각 3중량%, 9.8 중량%가 되도록 , 실시예1 때보다도 소성시의 온도를 높게 설정하였다. 역으로, 실시예 4, 5에서는 뮬라이트결정 함유량이 각각 0중량%, 1중량%가 되도록, 실시예 1 때에도 소성시의 온도를 낮게 설정하였다. 단, 소성온도 및 소성시간을 1100℃ - 1300℃ 한편 1분 - 60분의 범위내에서 설정하였다.
(비교예 1, 2의 제작)
비교예 1, 2에 있어서도, 기본적으로는 실시예1의 순서, 조건에 따라 보유 시일재(1)를 제작하고, 마찬가지로 접합하여 촉매 컨버터(5)를 완성시켰다. 단, 비교예 1,2에서는 온도를 1300℃보다도 높게 설정하여 소성을 하였다. 그 결과, 뮬라이트 결정 함유량은 각각 15중량%, 20중량%로, 각 실시예보다도 많아졌다.
(비교예 3의 제작)
비교예 3에 있어서도, 기본적으로는 실시예 1의 순서, 조건에 따라 보유 시일재(1)를 제작하고, 마찬가지로 부착시켜 촉매 컨버터(5)를 완성시켰다. 단, 여기서는 니들 펀치 처리를 행하지 않는 대신에 유기바인더의 양을 15중량%로 늘려서, 보유 시일재(1)를 제작하였다. 한편, 뮬라이트 결정 함유량은 15중량%로 설정하였다.
(비교시험의 방법 및 결과)
상기 각 실시예 1-5 및 각 비교예 1 -3의 촉매 컨버터(5)를 시험장치에 세트하여, 100℃의 배기가스를 30분간 흘려 보낸후, 보유 시일재(1)의 발생면압(MPa)을 측정하였다. 그 결과를 도 4의 그래프에 나타낸다.
이 그래프에 따르면, 특히 실시예 1, 2, 5에 있어서 높은 면압이 발생하고, 이어서 실시예 3, 4에 있어서 높은 면압이 발생하는 것을 알았다. 한편, 비교에 1, 2, 3에서는 발생면압이 각 실시예의 값보다 밑돌기 때문에 확실하게 각 실시예보다도 낮을 것을 알 수 가 있었다. 한편, 배기가스를 더욱 긴 시간 흘려보내 발생면압을 측정했더니, 적어도 각 실시예에 있어서는 발생면압의 저하가 일어나기 어려워졌다.
또한, 보유 시일재(1)의 접합성에 대해서는 모두 양호하였다.
더욱이, 촉매 컨버터(5)를 실제 자동차에 탑재하여 주행시험을 행한 후에 관찰했더니, 각 실시예에 대해서는 촉매담체(3)에 위치어긋남이나 깨지는 현상은 전혀 발생하지 않고, 배기가스의 가스누출도 전혀 일어나지 않았다. 한편, 발생면압이 상대적으로 낮은 각 비교예에 대해서는 촉매담체(3)에 위치어긋남이나 깨짐이 발생하기 쉬웠다. 더구나 배기가스의 가스누출이 일어난 비교예도 있었다.
이어서, 주행시험을 했을 때에 촉매 컨버터(5)를 통하여 머플러로부터 외부로 방출된 가스를 샘플링하여 성분분석을 했다. 그 결과, 각 실시예에 대해서는 대기오염의 원인이되는 CO,HC,NOx등이 극히 적은 반면, 각 비교예에서는 상기 화합물이 각 실시예보다도 다소 많이 포함되어 있었다.
(1) 본 실시형태의 보유 시일재(1)는 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어진다. 이 때문에 내열성이 우수하며 압축하중인가시의 반발력이 높다. 따라서, 갭에 배치된 상태로 보유 시일재(1)가 고온이 되더라도 발생면압의 저하가 일어나기 어렵다. 보유 시일재(1)를 사용하여 촉매 컨버터(5)를 구성한 경우에는, 장기간에 걸쳐 높은 시일성 및 담체를 보유할 수 있으며, 내구성이 우수한 촉매 컨버터(5)를 얻을 수 있다.
(2) 보유 시일재(1)의 섬유 집합체에는 니들펀치 처리가 되어 있다.
이 때문에 니들펀치 개소에 있어서 세라믹 화이버의 일부가 섬유집합체의 두께방향으로 얽혀있고, 두께방향으로 압축된 상태에서 육박화되어 있다.
그러므로 이 섬유집합체는 부피가 해소되어 접착성이 우수하다. 더구나, 이 섬유집합체를 육박화하는데 필요한 유기 바인더량은 니들펀치처리를 한 분량만큼 적어지게 된다. 따라서 바람직한 부착성을 유지하면서 고도한 저공해성을 실현할 수 있다.
(3) 본실시형태의 보유 시일재의 제조방법에 따르면, 섬유끼리 확실히 또한 균일하게 서로 얽히게 할 수 있으므로 니들펀치 개소의 존재밀도를 낮게 설정할 수 있게된다.
이상의 제조방법에 따르면, 상기 촉매 컨버터용 보유 시일재(1)를 간단하고도 확실하게 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 촉매담체(3)와,
    그 촉매담체를 덮는 금속제 쉘(2)와의 사이에 배치되는 보유 시일재(1)에 있어서,
    보유 시일재(1)는 뮬라이트 결정 함유량이 10중량%이하의 알루미나 실리카계 세라믹 화이버를 주성분으로 하는 섬유집합체로 이루어지며, 상기 섬유집합체에는 니들펀치처리가 되어 있는 것을 특징으로 하는 보유 시일재.
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A107 Divisional application of patent
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PA0104 Divisional application for international application

Comment text: Divisional Application for International Patent

Patent event code: PA01041R01D

Patent event date: 20100115

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PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20100415

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PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20100816

Comment text: Decision to Refuse Application

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Patent event date: 20100415

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

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PJ0201 Trial against decision of rejection

Patent event date: 20101116

Comment text: Request for Trial against Decision on Refusal

Patent event code: PJ02012R01D

Patent event date: 20100816

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PJ02011S01I

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Decision date: 20120120

Appeal identifier: 2010101008784

Request date: 20101116

A107 Divisional application of patent
PA0104 Divisional application for international application

Comment text: Divisional Application for International Patent

Patent event code: PA01041R01D

Patent event date: 20101216

J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20101116

Effective date: 20120120

PJ1301 Trial decision

Patent event code: PJ13011S01D

Patent event date: 20120120

Comment text: Trial Decision on Objection to Decision on Refusal

Appeal kind category: Appeal against decision to decline refusal

Request date: 20101116

Decision date: 20120120

Appeal identifier: 2010101008784