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技術 ハニカム構造体

出願人 日本碍子株式会社
発明者 山本博隆
出願日 2018年2月28日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2018-035467
公開日 2019年9月12日 (6ヶ月経過) 公開番号 2019-150737
状態 未査定
技術分野 触媒 排気の後処理
主要キーワード 累積堆積 m区間 細孔容積率 測定用セル内 細孔部分 炭化珪素複合材料 浄化部材 圧力損失上昇
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

排気ガス浄化用触媒担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることが可能なハニカム構造体を提供する。

解決手段

多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部4を備え、隔壁1の気孔率が、45〜65%であり、隔壁1の平均細孔径が、15〜25μmであり、水銀圧入法によって測定された隔壁の累積細孔容積において、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である。

概要

背景

現在、先進国におけるディーゼル車トラックのNOx規制として更に厳しいものが検討されている。このようなNOx規制に対して、排気ガス中のNOxを処理するための技術が種々提案されている。例えば、このような技術の1つとして、選択的触媒還元触媒(以下、「SCR触媒」ともいう)等を、多孔質隔壁を有するハニカム構造体担持し、当該ハニカム構造体によって排気ガス中のNOxを浄化処理する技術がある(例えば、特許文献1参照)。

上記したハニカム構造体を用いたNOx処理においては、ハニカム構造体に担持する触媒の量を多くすることで、浄化性能を向上させることができる。一方で、触媒を担持したハニカム構造体を、ディーゼル車等の排気系に設置したNOx処理を行った場合、圧力損失の上昇が問題になることがある。特に、浄化性能を向上させるために担持する触媒の量を多くすると、ハニカム構造体の圧力損失の上昇がより顕著になることがある。即ち、ハニカム構造体を用いたNOx処理においては、「浄化性能の向上」と「圧力損失の上昇抑制」とは、トレードオフ(Trade off)の関係にある。このため、このようなトレードオフを打破するために、ハニカム構造体の隔壁を高気孔率化する技術が提案されている。例えば、ハニカム構造体の隔壁を高気孔率化することにより、担持する触媒の量を多くしたとしても、圧力損失の上昇を抑制することができると考えられている。

概要

排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることが可能なハニカム構造体を提供する。多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部4を備え、隔壁1の気孔率が、45〜65%であり、隔壁1の平均細孔径が、15〜25μmであり、水銀圧入法によって測定された隔壁の累積細孔容積において、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第一端面から第二端面まで延びる流体流路となる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、前記隔壁の気孔率が、45〜65%であり、前記隔壁の平均細孔径が、15〜25μmであり、水銀圧入法によって測定された前記隔壁の累積細孔容積において、前記隔壁の総細孔容積に対して、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である、ハニカム構造体

請求項2

前記隔壁の厚さが、0.089〜0.203mmである、請求項1に記載のハニカム構造体。

請求項3

前記ハニカム構造部のセル密度が、31〜140個/cm2である、請求項1又は2に記載のハニカム構造体。

請求項4

前記隔壁の材料が、炭化珪素コージェライト珪素炭化珪素複合材料、コージェライト−炭化珪素複合材料、窒化珪素ムライトアルミナ及びチタン酸アルミニウムから構成される群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

請求項5

前記隔壁の細孔の内部に担持された排気ガス浄化用触媒を更に備えた、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。

技術分野

0001

本発明は、ハニカム構造体に関する。更に詳しくは、排気ガス浄化用触媒担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることができ、排気ガス浄化用の触媒の担持後における、圧力損失の上昇を抑制することが可能なハニカム構造体に関する。

背景技術

0002

現在、先進国におけるディーゼル車トラックのNOx規制として更に厳しいものが検討されている。このようなNOx規制に対して、排気ガス中のNOxを処理するための技術が種々提案されている。例えば、このような技術の1つとして、選択的触媒還元触媒(以下、「SCR触媒」ともいう)等を、多孔質の隔壁を有するハニカム構造体に担持し、当該ハニカム構造体によって排気ガス中のNOxを浄化処理する技術がある(例えば、特許文献1参照)。

0003

上記したハニカム構造体を用いたNOx処理においては、ハニカム構造体に担持する触媒の量を多くすることで、浄化性能を向上させることができる。一方で、触媒を担持したハニカム構造体を、ディーゼル車等の排気系に設置したNOx処理を行った場合、圧力損失の上昇が問題になることがある。特に、浄化性能を向上させるために担持する触媒の量を多くすると、ハニカム構造体の圧力損失の上昇がより顕著になることがある。即ち、ハニカム構造体を用いたNOx処理においては、「浄化性能の向上」と「圧力損失の上昇抑制」とは、トレードオフ(Trade off)の関係にある。このため、このようなトレードオフを打破するために、ハニカム構造体の隔壁を高気孔率化する技術が提案されている。例えば、ハニカム構造体の隔壁を高気孔率化することにより、担持する触媒の量を多くしたとしても、圧力損失の上昇を抑制することができると考えられている。

先行技術

0004

特開2013−052367号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、隔壁を高気孔率化したハニカム構造体は、排気ガス浄化用の触媒を担持する触媒担体として利用した際に、隔壁の細孔内への触媒の入り易さに問題があった。例えば、単に隔壁を高気孔率化した従来のハニカム構造体では、触媒の粒度が粗い場合や、触媒スラリーの粘度が高い場合に、隔壁の細孔内に触媒が均等に充填されず、一部の細孔には触媒が入らないという問題があった。なお、触媒スラリー(slurry)とは、触媒粒子液体中に混濁した泥状物のことである。

0006

上述したような従来のハニカム構造体において、隔壁の細孔内に触媒を充填した場合、まず、細孔径が大きな細孔(以下、「大細孔」ともいう)に触媒が入り、その後、大細孔内に入った触媒が、細孔径が小さな細孔(以下、「小細孔」ともいう)へと移動する。このため、最終的には、小細孔に優先的に触媒が充填され、完全に触媒が充填しきれない大細孔が残ってしまうこととなる。そして、上記のような状態で触媒が不均等に充填されてしまうと、そのハニカム構造体の圧力損失が増大してしまう。

0007

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものである。本発明によれば、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることができ、排気ガス浄化用の触媒の担持後における、圧力損失の上昇を抑制することが可能なハニカム構造体が提供される。

課題を解決するための手段

0008

本発明によれば、以下に示す、ハニカム構造体が提供される。

0009

[1] 第一端面から第二端面まで延びる流体流路となる複数のセルを取り囲むように配置された多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁の気孔率が、45〜65%であり、
前記隔壁の平均細孔径が、15〜25μmであり、
水銀圧入法によって測定された前記隔壁の累積細孔容積において、前記隔壁の総細孔容積に対して、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である、ハニカム構造体。

0010

[2] 前記隔壁の厚さが、0.089〜0.203mmである、前記[1]に記載のハニカム構造体。

0011

[3] 前記ハニカム構造部のセル密度が、31〜140個/cm2である、前記[1]又は[2]に記載のハニカム構造体。

0012

[4] 前記隔壁の材料が、炭化珪素コージェライト珪素炭化珪素複合材料、コージェライト−炭化珪素複合材料、窒化珪素ムライトアルミナ及びチタン酸アルミニウムから構成される群から選択される少なくとも1種を含む、前記[1]〜[3]のいずれかに記載のハニカム構造体。

0013

[5] 前記隔壁の細孔の内部に担持された排気ガス浄化用の触媒を更に備えた、前記[1]〜[4]のいずれかに記載のハニカム構造体。

発明の効果

0014

本発明のハニカム構造体は、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることができ、排気ガス浄化用の触媒の担持後における、圧力損失の上昇を抑制することができる。具体的には、本発明のハニカム構造体は、触媒が充填され難い細孔径の細孔を減らすことにより、当該触媒が隔壁の細孔内に充填され易いものとなっている。このため、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、ハニカム構造体の圧力損失の上昇を有効に抑制することができる。したがって、例えば、担持する触媒の量を多くしたとしても、ハニカム構造体の圧力損失の上昇を抑制することができ、「浄化性能の向上」と「圧力損失の上昇抑制」との両立を図ることもできる。

図面の簡単な説明

0015

本発明のハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。
図1に示すハニカム構造体の第一端面側を示す平面図である。
図2のA−A’断面を模式的に示す断面図である。
本発明のハニカム構造体の第二実施形態を模式的に示す斜視図である。
図4に示すハニカム構造体の第一端面側を示す平面図である。
図5のB−B’断面を模式的に示す断面図である。

0016

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

0017

(1)ハニカム構造体(第一実施形態):
本発明のハニカム構造体の第一実施形態は、図1図3に示すようなハニカム構造体100である。ここで、図1は、本発明のハニカム構造体の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。図2は、図1に示すハニカム構造体の第一端面側を示す平面図である。図3は、図2のA−A’断面を模式的に示す断面図である。

0018

図1図3に示すように、本実施形態のハニカム構造体100は、第一端面11及び第二端面を有する柱状のハニカム構造部4を備えたものである。ハニカム構造部4は、第一端面11から第二端面12まで延びる流体の流路となる複数のセル2を取り囲むように配置された多孔質の隔壁1を有する。本実施形態のハニカム構造体100において、ハニカム構造部4は、円柱形状となるように構成され、その外周側面に、外周壁3を更に有している。即ち、外周壁3は、格子状に配設された隔壁1を囲繞するように配設されている。

0019

本実施形態のハニカム構造体100は、隔壁1の気孔率が、45〜65%である。また、隔壁1の平均細孔径が、15〜25μmである。更に、水銀圧入法によって測定された隔壁1の累積細孔容積において、隔壁1の総細孔容積に対して、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である。

0020

本実施形態のハニカム構造体100は、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁1の細孔内への触媒の充填率を高くすることができ、排気ガス浄化用の触媒の担持後における、圧力損失の上昇を抑制することができる。具体的には、本実施形態のハニカム構造体100は、触媒が充填され難い細孔径の細孔を減らすことにより、当該触媒が隔壁1の細孔内に充填され易いものとなっている。このため、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、ハニカム構造体100の圧力損失の上昇を有効に抑制することができる。したがって、例えば、担持する触媒の量を多くしたとしても、ハニカム構造体100の圧力損失の上昇を抑制することができ、「浄化性能の向上」と「圧力損失の上昇抑制」との両立を図ることもできる。

0021

本実施形態のハニカム構造体100の隔壁1の気孔率は、45〜65%である。上述した細孔容積率の各条件を満たすように構成した隔壁1において、その気孔率が45%未満になると、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、圧力損失の上昇が極めて大きくなってしまう。一方、隔壁1の気孔率が65%を超えると、ハニカム構造体100のアイソスタティック強度(Isostatic strength)が低下してしまう。隔壁1の気孔率は、水銀圧入法によって測定された値である。隔壁1の気孔率の測定は、例えば、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて行うことができる。気孔率の測定は、ハニカム構造体100から隔壁1の一部を切り出して試験片とし、このようにして得られた試験片を用いて行うことができる。なお、特に限定されることはないが、隔壁1の気孔率は、45〜55%であることが好ましく、48〜52%であることが更に好ましい。

0022

本実施形態のハニカム構造体100の隔壁1の平均細孔径は、15〜25μmである。上述した細孔容積率の各条件を満たすように構成した隔壁1において、その平均細孔径が15μm未満であると、隔壁1の細孔内に触媒が充填され難くなり、触媒担体としての触媒担体能力が低くなってしまう。また、隔壁1の平均細孔径が25μmを超えた場合にも、隔壁1の細孔内に触媒が充填され難くなり、触媒担体としての触媒担体能力が低くなってしまう。隔壁1の平均細孔径は、水銀圧入法によって測定された値である。隔壁1の平均細孔径の測定は、気孔率の測定と同様に、例えば、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて行うことができる。隔壁1の平均細孔径は、20〜25μmであることが好ましく、22〜25μmであることが更に好ましい。

0023

また、本実施形態のハニカム構造体100は、水銀圧入法によって測定された隔壁1の累積細孔容積において、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である。隔壁1の累積細孔容積の測定は、例えば、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて行うことができる。隔壁1の累積細孔容積の測定は、以下のような方法によって行うことができる。まず、ハニカム構造体100から隔壁1の一部を切り出して、累積細孔容積を測定するための試験片を作製する。試験片の大きさについては特に制限はないが、例えば、縦、横、高さのそれぞれの長さが、約10mm、約10mm、約10mmの直方体であることが好ましい。試験片を切り出す隔壁1の部位については特に制限はないが、試験片は、ハニカム構造部4の軸方向の中心付近から切り出して作製することが好ましい。得られた試験片を、測定装置測定用セル内収納し、この測定用セル内を減圧する。次に、測定用セル内に水銀を導入する。次に、測定用セル内に導入した水銀を加圧し、加圧時において、試験片内に存在する細孔中に押し込まれた水銀の体積を測定する。この際、水銀に加える圧力を増やすにしたがって、細孔径の大きな細孔から、順次、細孔径の小さな細孔に水銀が押し込まれることとなる。したがって、「水銀に加える圧力」と「細孔中に押し込まれた水銀の体積」との関係から、「試験片に形成された細孔の細孔径」と「累積細孔容積」の関係を求めることができる。「累積細孔容積」とは、最小の細孔径から特定の細孔径までの細孔容積を累積した値のことである。例えば、「細孔径が10μm以下の細孔容積率」とは、累積細孔容積によって表される総細孔容積PVallに対する、細孔径が10μm以下の細孔の細孔容積pv1の比の百分率(pv1/PVall×100%)のことである。同様に、「細孔径が40μm以上の細孔容積率」とは、累積細孔容積によって表される総細孔容積PVallに対する、細孔径が40μm以上の細孔の細孔容積pv2の比の百分率(pv2/PVall×100%)のことである。

0024

実施形態のハニカム構造体100において、気孔率及び平均細孔径を満たすように構成した隔壁1において、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%を超えると、隔壁1の細孔内に触媒が充填され難くなる。同様に、細孔径が40μm以下の細孔容積率が、10%を超えると、隔壁1の細孔内に触媒が充填され難くなる。隔壁1の細孔内に触媒が充填され難くなると、触媒の担持後の圧力損失の上昇が非常に大きくなってしまう。

0025

実施形態のハニカム構造体100において、特に限定されることはないが、細孔径が10μm以下の細孔容積率は、0〜10%であることが好ましく、0〜5%であることが更に好ましい。また、細孔径が40μm以上の細孔容積率は、0〜10%であることが好ましく、0〜5%であることが更に好ましい。

0026

図1図3に示すようなハニカム構造体100は、隔壁1の厚さが、0.089〜0.203mmであることが好ましく、0.089〜0.165mmであることが更に好ましく、0.089〜0.140mmであることが特に好ましい。隔壁1の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡又はマイクロスコープ(microscope)を用いて測定することができる。隔壁1の厚さが0.089mm未満であると、十分な強度が得られない場合がある。一方、隔壁1の厚さが0.203mmを超えると、隔壁1に触媒を担持した際に、その触媒の担持によって増大する圧力損失の上昇率が大きくなることがある。例えば、隔壁1に触媒を担持する際には、触媒を含むスラリー吸引し、隔壁1の細孔内部まで触媒を導入する操作が行われるが、隔壁1の厚さが厚くなると、その吸引力が得られ難くなる。したがって、隔壁1の表面付近に触媒が密集し、圧力損失の上昇率が大きくなることがある。

0027

ハニカム構造部4に形成されているセル2の形状については特に制限はない。例えば、セル2の延びる方向に直交する断面における、セル2の形状としては、多角形円形楕円形等を挙げることができる。多角形としては、三角形四角形五角形六角形八角形等を挙げることができる。なお、セル2の形状は、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形であることが好ましい。また、セル2の形状については、全てのセル2の形状が同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。例えば、図示は省略するが、四角形のセルと、八角形のセルとが混在したものであってもよい。また、セル2の大きさについては、全てのセル2の大きさが同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、図示は省略するが、複数のセルのうち、一部のセルの大きさを大きくし、他のセルの大きさを相対的に小さくしてもよい。なお、本発明において、セルとは、隔壁によって取り囲まれた空間のことを意味する。

0028

隔壁1によって区画形成されるセル2のセル密度が、31〜140個/cm2であることが好ましく、47〜116個/cm2であることが更に好ましく、47〜93個/cm2であることが特に好ましい。このように構成することによって、本実施形態のハニカム構造体100を、自動車エンジンから排出される排気ガスを浄化するための浄化部材(例えば、触媒担体やフィルタ)として好適に利用することができる。

0029

ハニカム構造部4の外周壁3は、隔壁1と一体的に構成されたものであってもよいし、隔壁1を囲繞するように外周コート材を塗工することによって形成した外周コート層であってもよい。図示は省略するが、外周コート層は、製造時において、隔壁と外周壁とを一体的に形成した後、形成された外周壁を、研削加工等の公知の方法によって除去した後、隔壁の外周側に設けることができる。

0030

ハニカム構造部4の形状については特に制限はない。ハニカム構造部4の形状としては、第一端面11及び第二端面12の形状が、円形、楕円形、多角形等の柱状を挙げることができる。

0031

ハニカム構造部4の大きさ、例えば、第一端面11から第二端面12までの長さや、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に直交する断面の大きさについては、特に制限はない。本実施形態のハニカム構造体100を、排気ガス浄化用の浄化部材として用いた際に、最適な浄化性能を得るように、各大きさを適宜選択すればよい。例えば、ハニカム構造部4の第一端面11から第二端面12までの長さは、51〜254mmであることが好ましく、76〜229mmであることが更に好ましく、102〜203mmであることが特に好ましい。また、ハニカム構造部4のセル2の延びる方向に直交する断面の面積は、2020〜99320mm2であることが好ましく、4560〜85640mm2であることが更に好ましく、8100〜72680mm2であることが特に好ましい。

0032

隔壁1の材料が、炭化珪素、コージェライト、珪素−炭化珪素複合材料、コージェライト−炭化珪素複合材料、窒化珪素、ムライト、アルミナ及びチタン酸アルミニウムから構成される群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。隔壁1を構成する材料は、上記群に列挙された材料を、30質量%以上含む材料であることが好ましく、40質量%以上含む材料であることが更に好ましく、50質量%以上含む材料であることが特に好ましい。なお、珪素−炭化珪素複合材料とは、炭化珪素を骨材とし、珪素を結合材として形成された複合材料である。また、コージェライト−炭化珪素複合材料とは、炭化珪素を骨材とし、コージェライトを結合材として形成された複合材料である。本実施形態のハニカム構造体100において、隔壁1を構成する材料は、特に、コージェライトが好ましい。

0033

本実施形態のハニカム構造体100においては、複数のセル2を区画形成する隔壁1に、排気ガス浄化用の触媒が担持されていてもよい。隔壁1に触媒を担持するとは、隔壁1の表面及び隔壁1に形成された細孔内に、触媒が担持されることをいう。特に、本実施形態のハニカム構造体100においては、隔壁1に形成された細孔内に担持される触媒の量を多くすることができるため、排気ガス浄化用の触媒の担持後における、圧力損失の上昇を抑制することができる。

0034

ハニカム構造部4の隔壁1に担持される触媒の単位体積当たりの担持量については、使用する触媒の種類に応じて適宜決定することができる。例えば、本実施形態のハニカム構造体100は、隔壁1に形成された細孔の総容積に対して、触媒の充填率を80%以上とすることができる。触媒の担持方法としては、例えば、ハニカム構造部4に対して、触媒成分を含む触媒スラリーをウォッシュコートした後、高温熱処理して焼き付ける方法等を挙げることができる。

0035

(2)ハニカム構造体(第二実施形態):
次に、本発明のハニカム構造体の第二実施形態について説明する。本発明のハニカム構造体の第二実施形態は、図4図6に示すようなハニカム構造体200である。ここで、図4は、本発明のハニカム構造体の第二実施形態を模式的に示す斜視図である。図5は、図4に示すハニカム構造体の第一端面側を示す平面図である。図6は、図5のB−B’断面を模式的に示す断面図である。

0036

図4図6に示すように、本実施形態のハニカム構造体200は、ハニカム構造部24と、目封止部25と、を備えた、ハニカム構造体200である。ハニカム構造部24は、第一端面31から第二端面32まで延びる流体の流路となる複数のセル22を取り囲むように配置された多孔質の隔壁21を有する柱状のものである。ハニカム構造体200において、ハニカム構造部24は、円柱形状となるように構成され、その外周側面に、外周壁23を更に有している。即ち、外周壁23は、格子状に配設された隔壁21を囲繞するように配設されている。目封止部25は、それぞれのセル2の第一端面31側又は第二端面32側の開口部に配設されたものである。

0037

ハニカム構造体200は、隔壁21の気孔率が、45〜65%である。また、隔壁21の平均細孔径が、15〜25μmである。更に、水銀圧入法によって測定された隔壁21の累積細孔容積において、細孔径が10μm以下の細孔容積率が、10%以下であり、且つ、細孔径が40μm以上の細孔容積率が、10%以下である。このように構成されたハニカム構造体200も、これまでに説明した第一実施形態のハニカム構造体100(図1参照)と同様に、排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁21の細孔内への触媒の充填率を高くすることができる。このため、本実施形態のハニカム構造体200によれば、排気ガス浄化用の触媒の担持後における、圧力損失の上昇を抑制することができる。

0038

ハニカム構造体200のハニカム構造部24の構成については、これまでに説明した第一実施形態のハニカム構造体100(図1参照)のハニカム構造部4と同様に構成されていることが好ましい。

0039

本実施形態のハニカム構造体200においては、所定のセル22の第一端面31側の開口部、及び残余のセル22の第二端面32側の開口部に、目封止部5が配設されている。本実施形態のハニカム構造体200は、例えば、排気ガスを浄化するフィルタとして用いることができる。例えば、ハニカム構造体200は、第一端面31を、排気ガスが流入する流入端面とし、第二端面32を、ハニカム構造体200内で浄化した排気ガスが流出する流出端面とした、ハニカムフィルタとして利用することができる。

0040

例えば、第二端面32側の開口部に目封止部25が配設され、第一端面31側が開口したセル22を、流入セル22aとする。また、第一端面31側の開口部に目封止部25が配設され、第二端面32側が開口したセル22を、流出セル22bとする。流入セル22aと流出セル22bとは、隔壁21を隔てて交互に配設されていることが好ましい。そして、それによって、ハニカム構造体200の両端面に、「目封止部25」と「セル22の開口部」とにより、市松模様が形成されていることが好ましい。

0041

目封止部25の材質は、第一実施形態のハニカム構造体100(図1参照)の隔壁1(図1参照)の材質として好ましいとされた材質であることが好ましい。目封止部25の材質と隔壁21の材質とは、同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。

0042

(3)ハニカム構造体の製造方法:
本発明のハニカム構造体を製造する方法については、特に制限はなく、例えば、以下のような方法を挙げることができる。まず、ハニカム構造部を作製するための可塑性坏土を調製する。ハニカム構造部を作製するための坏土は、原料粉末として、前述のハニカム構造部の好適な材料の中から選ばれた材料に、適宜、バインダ等の添加剤造孔材、及び水を添加することによって調製することができる。原料粉末としては、例えば、炭化珪素粉末金属珪素粉末と混合した粉末を用いることができる。バインダとしては、例えば、メチルセルロース(Methylcellulose)や、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(Hydroxypropyl methylcellulose)等を挙げることができる。また、添加剤としては、界面活性剤等を挙げることができる。造孔材の粒子径、及びその添加量を調整することにより、隔壁の気孔率及び細孔径分布を調整することができる。特に、細孔径が10μm以下の細孔容積率を10%以下とし、且つ、細孔径が40μm以下の細孔容積率を10%以下とするための方法として、例えば、以下のような方法を挙げることができる。造孔材の粒子径と累積体積(特定の粒子径以下の粒子体積を累積した値)との関係を示す曲線において、90%の累積体積に相当する粒子径d90がメジアン径の1.5〜2.5倍、及び10%の累積体積に相当する粒子径d10がメジアン径の0.2〜0.8倍とする。

0043

次に、このようにして得られた坏土を押出成形することにより、複数のセルを区画形成する隔壁、及びこの隔壁を囲繞するように配設された外周壁を有する、柱状のハニカム成形体を作製する。

0044

次に、得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥する。また、目封止部を備えたハニカム構造体を製造する場合には、乾燥前又は乾燥後のハニカム成形体のセルの開口部を目封止することで目封止部を作製してもよい。目封止部は、例えば、ハニカム成形体の作製に用いた材料と同様の材料を用いることができる。目封止部を作製した後に、ハニカム成形体を更に乾燥してもよい。

0045

次に、ハニカム成形体を焼成することにより、ハニカム構造体を製造する。焼成温度及び焼成雰囲気原料により異なり、当業者であれば、選択された材料に最適な焼成温度及び焼成雰囲気を選択することができる。

0046

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

0047

(実施例1)
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を2.5質量部、分散媒を60質量部、有機バインダを6質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウムカオリンタルク、及びシリカを使用した。分散媒としては、水を使用した。有機バインダとしては、メチルセルロース(Methylcellulose)を使用した。分散剤としては、デキストリン(Dextrin)を使用した。

0048

造孔材としては、平均粒子径20μmの吸水性ポリマーを使用した。また、造孔材としては、その粒子径と累積堆積(特定の粒子径以下の粒子体積を累積した値)との関係を示す曲線において、以下のような値を示すものを用いた。即ち、上記曲線において、90%の累積体積に相当する粒子径d90がメジアン径の2.0倍、及び10%の累積体積に相当する粒子径d10がメジアン径の0.5倍となるものを用いた。

0049

次に、ハニカム成形体作製用の口金を用いて坏土を押出成形し、全体形状が円柱形状のハニカム成形体を得た。ハニカム成形体のセルの形状は、四角形とした。

0050

次に、ハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、ハニカム成形体の両端面を切断し、所定の寸法に整えた。次に、乾燥したハニカム成形体を、脱脂し、焼成して、実施例1のハニカム構造体を製造した。

0051

実施例1のハニカム構造体は、第一端面及び第二端面の形状が円形の、円柱形状のものであった。第一端面及び第二端面の直径の大きさは、267mmであった。また、ハニカム構造体のセルの延びる方向の長さは、152mmであった。実施例1のハニカム構造体は、隔壁の厚さが0.132mmであり、セル密度が47個/cm2であった。表1に、ハニカム構造体の隔壁の厚さ、及びセル密度を示す。

0052

0053

また、実施例1のハニカム構造体について、以下の方法で、「気孔率(%)」、「総細孔容積(cc/g)」、及び「平均細孔径(μm)」の測定を行った。結果を表1に示す。

0054

また、総細孔容積の測定においては、「細孔径が10μm以下の細孔の細孔容積(cc/g)」、「細孔径が10〜40μmの細孔の細孔容積(cc/g)」、及び「細孔径が40μm以上の細孔の細孔容積(cc/g)」をそれぞれ測定した。表1において、「10μm以下区間の細孔容積の割合(%)」の欄には、「総細孔容積(cc/g)」に対する、「細孔径が10μm以下の細孔の細孔容積(cc/g)」の比の百分率を示す。「10〜40μm区間の細孔容積の割合(%)」の欄には、「総細孔容積(cc/g)」に対する、「細孔径が10〜40μmの細孔の細孔容積(cc/g)」の比の百分率を示す。「40μm以上区間の細孔容積の割合(%)」の欄には、「総細孔容積(cc/g)」に対する、「細孔径が40μm以上の細孔の細孔容積(cc/g)」の比の百分率を示す。

0055

[気孔率(%)]
気孔率は、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて測定を行った。気孔率の測定においては、ハニカム構造体から隔壁の一部を切り出して試験片とし、得られた試験片を用いて気孔率の測定を行った。試験片は、縦、横、高さのそれぞれの長さが、約10mm、約10mm、約10mmの直方体のものとした。なお、試験片は、ハニカム構造体の軸方向の中心付近から切り出した。

0056

[総細孔容積(cc/g)]
隔壁の総細孔容積は、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて測定を行った。総細孔容積の測定においても、気孔率の測定に用いた試験片を用いた。総細孔容積の測定では、隔壁の累積細孔容積を測定し、上述した「細孔径が10μm以下の細孔の細孔容積」、「細孔径が10〜40μmの細孔の細孔容積」、及び「細孔径が40μm以上の細孔の細孔容積」についても、同時に測定を行った。

0057

[平均細孔径(μm)]
隔壁の平均細孔径は、Micromeritics社製のオートポア9500(商品名)を用いて測定を行った。平均細孔径の測定においても、気孔率の測定に用いた試験片を用いた。

0058

実施例1のハニカム構造体において、隔壁の気孔率は50%であり、総細孔容積は0.40cc/gであり、平均細孔径は20μmであった。

0059

実施例1のハニカム構造体の隔壁に、以下の方法で触媒を担持した。まず、平均粒子径5μmのゼオライトを含む触媒スラリーを調製した。この触媒スラリーを、ハニカム構造体に対して、乾燥後の単位体積当たりの担持量が148g/Lとなるように担持した。触媒の担持においては、ハニカム構造体をディッピング(Dipping)して、余分な触媒スラリーを空気にて吹き飛ばして、含浸させた。そして120℃の温度で乾燥させ、さらに500℃、3時間の熱処理を行うことにより、触媒を担持したハニカム構造体を得た。実施例1のハニカム構造体に担持した触媒の担持量は、148g/Lである。表2に、ハニカム構造体に担持した触媒の担持量(g/L)を示す。

0060

0061

実施例1のハニカム構造体について、以下の方法で、「触媒の充填率(%)」、「触媒担持前後の圧力損失上昇率(%)」、及び「アイソスタティック強度(MPa)」の測定を行った。結果を、表2に示す。

0062

[触媒の充填率(%)]
実施例1のハニカム構造体のハニカム構造部から、縦20mm、横20mm、高さ20mmの測定用の試験片を切り出した。その試験片の隔壁について研磨を施した後、走査型電子顕微鏡(SEM)によってSEM画像を任意に、3視野撮影した。撮影視野の1視野の大きさは、X方向を隔壁1枚の幅(μm)とし、Y方向を600μmとした。そして、ハニカム構造体に触媒を担持した際に、隔壁に形成された全細孔の容積(V0)に対して、実際に触媒が充填された細孔の容積(V1)の比率(百分率)を求めた。具体的には、隔壁に形成された全細孔の容積(V0)を、画像解析によって二値化を行って抽出した細孔部分(即ち触媒が浸透していない細孔と触媒が浸透した細孔)から算出した。次に、ハニカム構造体に触媒を担持し、画像解析によって二値化を行って触媒が浸透した細孔部分を抽出して容積V1を求めた。そして、これらの値を用いて、触媒充填率(%)を算出した。なお、表2の触媒充填率(%)の値については、3視野のSEM画像の各触媒充填率の算術平均値である。なお、触媒の充填率は、80%以上を合格とする。

0063

[触媒担持前後の圧力損失上昇率(%)]
触媒を担持する前のハニカム構造体に、室温の空気を、10m3/minの流量で流入させて、流入端面側と流出端面側との圧力を測定した。そして、流入端面側の圧力と、流出端面側の圧力との差圧を算出し、触媒を担持する前のハニカム構造体の圧力損失(kPa)を求めた。また、触媒を担持した後のハニカム構造体についても、上記した方法と同様の方法で圧力損失(kPa)を求めた。触媒を担持する前のハニカム構造体の圧力損失を「P1」とし、触媒を担持した後のハニカム構造体の圧力損失を「P2」とし、下記式(1)に基づいて、「触媒担持前後の圧力損失上昇率(%)」を求めた。なお、触媒担持前後の圧力損失上昇率は、50%以下を合格とする。
式(1):触媒担持前後の圧力損失上昇率(%)=(P2−P1)/P1×100%

0064

[アイソスタティック強度(MPa)]
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術発行の自動車規格(JASO規格)のM505−87で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴム筒状容器に、ハニカム構造体を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。アイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム構造体が破壊したときの加圧圧力値(MPa)で示される。アイソスタティック強度が、0.7MPa以上の場合を「合格」とし、0.7MPa未満の場合を「不合格」とした。

0065

(実施例2〜12)
表1に示すように、隔壁の厚さ、セル密度、気孔率、総細孔容積、平均細孔径、及び各細孔径における細孔容積の割合を変更したハニカム構造体を作製した。気孔率、総細孔容積、平均細孔径、及び各細孔径における細孔容積の割合の調整(別言すれば、累積細孔容積の調整)は、成形原料に加える造孔材の粒子径及び添加量を調節することによって行った。

0066

実施例2においては、造孔材の添加量を1.7質量部とし、平均粒子径20μmの造孔材を用いた。なお、造孔材の添加量は、コージェライト化原料100質量部に対する比率を示し、これ以降の値も同様の比率とする。
実施例3においては、造孔材の添加量を4.9質量部とし、平均粒子径35μmの造孔材を用いた。
実施例4においては、造孔材の添加量を3.0質量部とし、平均粒子径40μmの造孔材を用いた。
実施例5においては、造孔材の添加量を3.8質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
実施例6においては、造孔材の添加量を3.3質量部とし、平均粒子径20μmの造孔材を用いた。
実施例7においては、造孔材の添加量を2.8質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
実施例8においては、造孔材の添加量を2.2質量部とし、平均粒子径20μmの造孔材を用いた。
実施例9においては、造孔材の添加量を3.6質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
実施例10においては、造孔材の添加量を2.5質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
実施例11においては、造孔材の添加量を3.1質量部とし、平均粒子径20μmの造孔材を用いた。
実施例12においては、造孔材の添加量を1.8質量部とし、平均粒子径25μmの造孔材を用いた。

0067

(比較例1〜13)
表1に示すように、隔壁の厚さ、セル密度、気孔率、総細孔容積、平均細孔径、及び各細孔径における細孔容積の割合を変更したハニカム構造体を作製した。気孔率、総細孔容積、平均細孔径、及び各細孔径における細孔容積の割合の調整(別言すれば、累積細孔容積の調整)は、成形原料に加える造孔材の粒子径及び添加量を調節することによって行った。

0068

比較例1においては、造孔材の添加量を1.5質量部とし、平均粒子径25μmの造孔材を用いた。
比較例2においては、造孔材の添加量を5.1質量部とし、平均粒子径35μmの造孔材を用いた。
比較例3においては、造孔材の添加量を3.1質量部とし、平均粒子径15μmの造孔材を用いた。
比較例4においては、造孔材の添加量を2.2質量部とし、平均粒子径40μmの造孔材を用いた。
比較例5においては、造孔材の添加量を3.3質量部とし、平均粒子径40μmの造孔材を用いた。
比較例6においては、造孔材の添加量を4.1質量部とし、平均粒子径35μmの造孔材を用いた。
比較例7においては、造孔材の添加量を4.9質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
比較例8においては、造孔材の添加量を4.9質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
比較例9においては、造孔材の添加量を4.6質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
比較例10においては、造孔材の添加量を4.3質量部とし、平均粒子径35μmの造孔材を用いた。
比較例11においては、造孔材の添加量を4.9質量部とし、平均粒子径30μmの造孔材を用いた。
比較例12においては、造孔材の添加量を4.1質量部とし、平均粒子径35μmの造孔材を用いた。
比較例13においては、造孔材の添加量を4.0質量部とし、平均粒子径40μmの造孔材を用いた。

0069

実施例2〜12及び比較例1〜13のハニカム構造体について、「触媒の充填率(%)」、「触媒担持前後の圧力損失上昇率(%)」、及び「アイソスタティック強度(MPa)」の測定を行った。結果を、表2に示す。

実施例

0070

(結果)
実施例1〜12のハニカム構造体は、「触媒の充填率(%)」、「触媒担持前後の圧力損失上昇率(%)」、及び「アイソスタティック強度(MPa)」の各評価において、良好な結果を示すものであった。一方、比較例1〜13のハニカム構造体は、触媒の充填率が80%未満であり、隔壁の細孔内に触媒が入り難いものであった。

0071

本発明のハニカム構造体は、排気ガス浄化用の触媒を担持するための触媒担体として利用することができる。

0072

1,21:隔壁、
2,22:セル、
3,23:外周壁、
4,24:ハニカム構造部、
11,31:第一端面、
12,32:第二端面、
22a:流入セル、
22b:流出セル、
25:目封止部、
100,200:ハニカム構造体。

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