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技術 無機繊維シート、ハニカム成形体およびハニカムフィルタ

出願人 王子ホールディングス株式会社
発明者 石澤仁志川北真裕喜多勇貴
出願日 2017年10月24日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-547679
公開日 2019年9月19日 (6ヶ月経過) 公開番号 WO2018-079529
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 耐熱シール ヨーロッパ連合 Eガラス 耐熱クッション材 範囲上限値 無機バインダー成分 ポリカーボネート繊維 エチレンビニルアルコール繊維
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題・解決手段

この無機繊維シートは、ガラス繊維を主成分として含み、無機繊維シートの総量に対して、アスペクト比が300〜2000の有機繊維を3〜20質量%含有する。

概要

背景

セラミック繊維は、高耐熱性高断熱性不燃性等の特徴を有するため、セラミック繊維を用いた無機繊維シートは広く使用されている。たとえば、該無機繊維シートは、断熱材、耐熱クッション材耐熱シールド材、セパレーター触媒等の機能材料担持体などに用いられている。また、無機繊維シートをコルゲート加工して得られるハニカム成形体は、吸着材などの機能材料を担持した熱交換用ハニカムフィルタ、あるいはガス吸着用ハニカムフィルタとして用いられている。

たとえば、特許文献1および2には、セラミック繊維、有機バインダー、山皮等を含む原料スラリーを調製し、該原料スラリーを抄紙して無機繊維シートとする、無機繊維シートの製造方法が記載されている。ここで山皮とは、天然産出する粘土鉱物一種であり、含水ケイ酸マグネシウムである。山皮は、無機バインダーとして使用されている。また、特許文献2には、無機繊維シートをコルゲート加工してハニカム成形体とした後、焼成し、得られた焼成体に吸着材等を担持させて、ガス吸着素子(ハニカムフィルタ)とすることが記載されている。

ところが、セラミック繊維は、EU(ヨーロッパ連合)による人造非晶質繊維に対するEU指令97/69ECにおいて、カテゴリー2(発がんの疑いがある)に分類されている。そのため、人体に対する安全面から、脱セラミック化志向されており、例えば、ガラス繊維や、生体溶解性繊維への代替が検討されている。脱セラミック化で用いられるガラス繊維の繊維径としては、3μm以上のものが好ましいとされている。

このような事情背景とし、たとえば特許文献3には、生体溶解性セラミック繊維主体とし、ガラス繊維、有機繊維カチオン性無機バインダーおよび山皮の一種であるセピオライトを含むスラリーを抄紙して、無機繊維シートを得る方法が開示されている。
しかしながら、生体溶解性セラミック繊維は強度が得られにくく、軽量化や薄葉化が難しいという課題がある。

概要

この無機繊維シートは、ガラス繊維を主成分として含み、無機繊維シートの総量に対して、アスペクト比が300〜2000の有機繊維を3〜20質量%含有する。

目的

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、コルゲート加工適性に優れ、かつ充分な強度と機能材料の担持量とを有する無機繊維シート、該無機繊維シートを用いたハニカム成形体、及びこれらを備えたハニカムフィルタを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
牽制数
- 件

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請求項1

ガラス繊維を主成分として含む無機繊維シートであって、当該無機繊維シートの総量に対して、アスペクト比が300〜2000の有機繊維を3〜20質量%含有する、無機繊維シート。

請求項2

前記有機繊維の平均繊維径が、前記ガラス繊維の平均径の3倍以下である、請求項1に記載の無機繊維シート。

請求項3

空気中において500℃で2時間焼成した後の灰分量が、60質量%以上である、請求項1又は2に記載の無機繊維シート。

請求項4

1.0kg荷重での抄紙方向耐折回数が5回以上である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無機繊維シート。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか一項に記載の無機繊維シートがハニカム状に加工された、ハニカム成形体

請求項6

請求項5に記載のハニカム成形体に、シリカゲルゼオライトセピオライト活性炭およびイオン交換樹脂からなる群より選ばれる1種以上の機能材料担持された、ハニカムフィルタ

技術分野

0001

本発明は、無機繊維シートハニカム成形体およびハニカムフィルタに関する。
本願は、2016年10月24日に、日本に出願された、特願2016−207709号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

0002

セラミック繊維は、高耐熱性高断熱性不燃性等の特徴を有するため、セラミック繊維を用いた無機繊維シートは広く使用されている。たとえば、該無機繊維シートは、断熱材、耐熱クッション材耐熱シールド材、セパレーター触媒等の機能材料担持体などに用いられている。また、無機繊維シートをコルゲート加工して得られるハニカム成形体は、吸着材などの機能材料を担持した熱交換用ハニカムフィルタ、あるいはガス吸着用ハニカムフィルタとして用いられている。

0003

たとえば、特許文献1および2には、セラミック繊維、有機バインダー、山皮等を含む原料スラリーを調製し、該原料スラリーを抄紙して無機繊維シートとする、無機繊維シートの製造方法が記載されている。ここで山皮とは、天然産出する粘土鉱物一種であり、含水ケイ酸マグネシウムである。山皮は、無機バインダーとして使用されている。また、特許文献2には、無機繊維シートをコルゲート加工してハニカム成形体とした後、焼成し、得られた焼成体に吸着材等を担持させて、ガス吸着素子(ハニカムフィルタ)とすることが記載されている。

0004

ところが、セラミック繊維は、EU(ヨーロッパ連合)による人造非晶質繊維に対するEU指令97/69ECにおいて、カテゴリー2(発がんの疑いがある)に分類されている。そのため、人体に対する安全面から、脱セラミック化志向されており、例えば、ガラス繊維や、生体溶解性繊維への代替が検討されている。脱セラミック化で用いられるガラス繊維の繊維径としては、3μm以上のものが好ましいとされている。

0005

このような事情背景とし、たとえば特許文献3には、生体溶解性セラミック繊維主体とし、ガラス繊維、有機繊維カチオン性無機バインダーおよび山皮の一種であるセピオライトを含むスラリーを抄紙して、無機繊維シートを得る方法が開示されている。
しかしながら、生体溶解性セラミック繊維は強度が得られにくく、軽量化や薄葉化が難しいという課題がある。

先行技術

0006

特開昭60−33250号公報
特許第2925127号公報
特許第5558518号公報

発明が解決しようとする課題

0007

一方、セラミック繊維代替のガラス繊維は、繊維径や繊維長が大きいため、これを原料として製造された無機繊維シートは硬く、形状に追従し難くなる。そのため、波型がつきにくく、波の頂点で繊維が折れて不均一なセル形状となりやすいといったコルゲート加工性の問題がある。コルゲート加工性の問題は、特に、小さいセル形状の場合に顕著である。

0008

無機繊維シートを柔軟に、あるいは形状に追従しやすくする方法としては、バインダー量の低減、有機繊維の増量、及び薄葉化等が知られている。しかしながら、無機繊維シート中のバインダー量を低減しすぎると、コルゲート加工時にギア間で波型を付与する際にコルゲート山が裂けるおそれや、繊維間の結合あるいは表面強度が低下して紙粉が発生するおそれがある。

0009

また、無機繊維シート中の有機繊維を増量した場合、焼成処理を行うハニカム成形体では、焼成により焼失する有機分が多く、強度が低下するおそれがある。また、薄葉化によって柔軟化する場合では、シートの空隙が小さくなるため、吸着材などの機能材料の担持量が大きく低下するという問題がある。

0010

このように、従来のセラミック繊維からガラス繊維へ代替した場合、コルゲート加工性に優れ、該コルゲート加工時に紙粉も発生せず、且つ機能材料の担持量にも優れた無機繊維シートを製造することが困難である。

0011

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、コルゲート加工適性に優れ、かつ充分な強度と機能材料の担持量とを有する無機繊維シート、該無機繊維シートを用いたハニカム成形体、及びこれらを備えたハニカムフィルタを提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0012

本発明は以下の構成を有する。
[1]ガラス繊維を主成分として含む無機繊維シートであって、
当該無機繊維シートの総量に対して、アスペクト比が300〜2000の有機繊維を3〜20質量%含有する、無機繊維シート。
[2] 前記有機繊維の平均繊維径が、前記ガラス繊維の平均径の3倍以下である、[1]に記載の無機繊維シート。
[3] 空気中において500℃で2時間焼成した後の灰分量が、60質量%以上である、[1]又は[2]に記載の無機繊維シート。
[4] 1.0kg荷重での抄紙方向耐折回数が5回以上である、[1]乃至[3]のいずれか一項に記載の無機繊維シート。
[5] [1]乃至[4]のいずれか一項に記載の無機繊維シートがハニカム状に加工されたハニカム成形体。
[6] [5]に記載のハニカム成形体に、シリカゲルゼオライト、セピオライト、活性炭およびイオン交換樹脂からなる群より選ばれる1種以上の機能材料が担持された、ハニカムフィルタ。

発明の効果

0013

本発明によれば、コルゲート加工適性に優れ、かつ充分な強度と機能材料の担持量とを有する無機繊維シート、該無機繊維シートを用いたハニカム成形体、及びこれらを備えたハニカムフィルタを提供することができる。

0014

以下、本発明を適用した一実施形態である無機繊維シート、該無機繊維シートを用いたハニカム成形体、及びこれらを備えたハニカムフィルタについて、詳細に説明する。

0015

<無機繊維シート>
先ず、本発明を適用した一実施形態である無機繊維シートの構成の一例について説明する。本実施形態の無機繊維シートは、主成分であるガラス繊維と、特定の有機繊維とを主体繊維として含んでいる。

0016

(ガラス繊維)
無機繊維シート中のガラス繊維の含有量は、当該無機繊維シート全体の質量に対して、50質量%超である。無機繊維シート中のガラス繊維の含有量は、当該無機繊維シート全体の質量に対して、70質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましい。無機繊維の含有量が上記範囲の下限値超では、該無機シートを焼成したときに、焼成により焼失する有機分が多くなり過ぎず、焼成後に必要な強度を維持しやすい。ガラス繊維の含有量の上限は、特に制限はないが、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。上記範囲の上限値以下であれば、必要な機械的強度ハンドリング性を確保することができる。

0017

ガラス繊維の種類としては特に制限はなく、生産量の多いEガラスの他、高強度のSガラス耐酸性に優れるCガラス等を使用できる。コストの観点からは、安価なEガラスを使用することが好ましい。また、ガラス繊維は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。

0018

ガラス繊維の繊維長は、特に制限はないが、ガラス繊維の長さ加重平均繊維長が、1〜15mmであることが好ましく、1〜10mmがより好ましい。長さ加重平均繊維長が上記範囲の下限値以上であると、得られる無機繊維シートの強度がより優れる傾向にある。長さ加重平均繊維長が上記範囲の上限値以下であると、得られる無機繊維シートの地合が優れる傾向にある。なお、長さ加重平均繊維長は、100本の繊維の繊維長を顕微鏡観察により測定し、算出する。

0019

ガラス繊維の繊維径は、ガラス繊維の加重平均繊維径が3μm以上のものが好ましく、4μm以上のものがより好ましい。上記範囲の下限値以上であれば、「WHO吸入繊維」に該当せず、人体に対して安全である。この「WHO吸入性繊維」とは、世界保健機関(WHO)により定義された、呼吸により体内に吸入され、まで到達する繊維状物質をいい、長さ5μm超、直径3μm未満、アスペクト比3超のものである。

0020

また、ガラス繊維の繊維径の上限は、ガラス繊維の加重平均繊維径10μm以下が好ましく、7μm以下がより好ましい。上記範囲の上限値以下であれば、無機繊維シートの強度と、該無機繊維シートを加工して得られるハニカム成形体の強度とが共に優れる。また、吸着材などの機能材料を充分に担持できる。なお、加重平均繊維径は、100本の繊維の繊維径を顕微鏡観察により測定し、算出する。

0021

(有機繊維)
本実施形態の無機繊維シートに適用可能な有機繊維としては、天然繊維と、合成繊維とが挙げられる。有機繊維としては、天然繊維と合成繊維とのうち、いずれか1種以上を使用できる。

0022

天然繊維としては、木材パルプ針葉樹パルプ広葉樹パルプ)などのセルロース繊維;綿、羊毛等の天然繊維が挙げられ、これらの中からいずれか1種以上を使用できる。木材パルプは、叩解パルプでもよいし、未叩解パルプでもよい。これらのなかでも、比較的安価な木材パルプが好ましい。

0023

合成繊維としては、無機繊維シートの製造工程中の加熱により溶融しない繊維であれば、特に制限はなく、無機繊維シートの製造工程で設定される乾燥温度の温度等に応じて適宜選択することができる。合成繊維としては、たとえば、ポリエチレン系繊維ポリプロピレン繊維ポリブテン繊維、ナイロン繊維レーヨン繊維キュプラ繊維アセテート繊維ポリ塩化ビニル繊維アクリル繊維ポリエステル繊維ポリウレタン繊維ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維ポリアミドイミド繊維ポリイミド繊維ポリアリレート繊維ポリエーテルイミド繊維ビニロン繊維ポリカーボネート繊維エチレンビニルアセテート繊維、エチレンビニルアルコール繊維ポリフェニレンサルファイド繊維ポリエチレンテレフタレート繊維ポリブチレンテレフタレート繊維ポリエチレンナフタレート繊維アラミド繊維等の化学繊維等が挙げられる。また、合成繊維は、これらの中からいずれか1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。

0024

有機繊維の繊維長は、後述するアスペクト比が上記範囲内にあれば特に制限はないが、有機繊維の長さ加重平均繊維長が、1〜15mmであることが好ましく、1〜10mmがより好ましい。長さ加重平均繊維長が上記範囲の下限値以上であると、抄紙時に歩留まりが向上する傾向にある。長さ加重平均繊維長が上記範囲の上限値以下であると、有機繊維が絡まってダマ等になりにくくなる傾向にある。なお、長さ加重平均繊維長は、100本の繊維の繊維長を顕微鏡観察により測定し、算出する。

0025

有機繊維の加重平均繊維径は、特に制限はないが、ガラス繊維の加重平均繊維径に対して3倍以下であることが好ましく、2倍以下であることがより好ましい。有機繊維の加重平均繊維径がガラス繊維の加重平均繊維径の3倍以下であると、有機繊維による無機繊維シートの剛性低減効果耐折強度向上効果が向上する傾向にある。特に、ガラス繊維の加重平均繊維径は、3〜10μmが好ましいため、有機繊維の加重平均繊維径は30μm以下が好ましく、20μm以下がより好ましい。有機繊維の加重平均繊維径の下限は特に制限はされないが、1μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましい。有機繊維の加重平均繊維径が上記下限値以上のものが比較的入手しやすいために好ましい。なお、繊維径の加重平均繊維径は、100本の繊維の繊維径を顕微鏡観察により測定し、算出する。また、有機繊維が扁平状の場合の繊維径は、短径長径を測定して断面積を算出し、当該断面積に相当する円の直径を繊維径とする。

0026

本実施形態の無機繊維シートは、有機繊維のアスペクト比(上述した有機繊維の長さ加重平均繊維長を加重平均繊維径で除した比率)が300以上である。有機繊維のアスペクト比は、400以上のものがより好ましく、500以上のものがさらに好ましい。有機繊維のアスペクト比が上記範囲の下限値以上であれば、剛性の低減効果が得られ、耐折強度も大きくなるため、コルゲート山が裂けにくくなり、紙粉が発生しにくくなる傾向にある。また、有機繊維のアスペクト比の上限は特に制限されないが、5000以下のものが好ましく、2000以下のものがより好ましい。上記範囲上限値以下であると、繊維が結束しにくくなる傾向にある。

0027

無機繊維シート中の有機繊維の含有量は、当該無機繊維シート全体の質量に対して3〜20質量%であり、5〜15質量%がより好ましい。有機繊維の含有量が上記範囲の下限値以上であると、コルゲート加工したときの波状の型つきが良く、波の形が良好となり、コルゲート加工適性に優れる傾向にある。上記範囲の上限値以下であると、空気中において焼成した際の灰分が低くなる傾向にある。

0028

(その他の成分)
本実施形態の無機繊維シートは、本発明の効果を損なわない範囲で、上述した主体繊維となるガラス繊維と有機繊維との他に、当該ガラス繊維以外の1以上の無機繊維や、当該無機繊維シートを湿式抄紙によって製造する際に添加する1以上の成分を含んでいてもよい。

0029

ガラス繊維以外の無機繊維としては、特に限定されるものではないが、人体に対する安全性を考慮した場合、生体溶解性無機繊維であることが好ましい。

0030

本明細書において、生体溶解性無機繊維とは、上述したように「WHO吸入性繊維」に該当しない繊維であるか、または、EU指令97/69/ECのNotaQ「生体溶解性繊維判定基準」により、以下の4条件(1)〜(4)のうち、いずれか1つを満足する繊維である。生体溶解性無機繊維には、生体溶解性セラミック、生体溶解性ロックウールなどが含まれる。

0031

上記4条件とは、以下のとおりである。
(1)短期吸入暴露動物実験で、長さ20μm超の繊維の半減期が10日未満のもの、
(2)短期気管内注入の動物実験で、長さ20μm超の繊維の半減期が40日未満のもの、
(3)腹腔内投与の動物実験で、有意な発がん性がないもの、
(4)長期吸入暴露の動物実験で、発がん性と結びつく病理所見腫瘍形成がないもの(但し、組成としてアルカリおよびアルカリ土類酸化物(Na2O、K2O、CaO、MgO、BaO)を18質量%より超えて含有するもの)。

0032

生体溶解性無機繊維には、通常、その製法に起因して、非繊維状物の「ショット」が含有される。ガラス繊維以外の無機繊維としてショットの含有量が多い生体溶解性無機繊維を用いると、得られる無機繊維シートにおいて穴開き粉落ち等が問題となる場合がある。そのため、生体溶解性無機繊維としては、ショットの含有率が20質量%以下のものを使用することが好ましく、15質量%以下のものを使用することがより好ましい。また、生体溶解性無機繊維は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。

0033

なお、本実施形態の無機繊維シートは、人体に対する安全性の点から、EU指令97/69ECにおいて、カテゴリー2(発がんの疑いがある)に分類されるセラミック繊維を含有しないことが好ましい。また、無機繊維シート中のガラス繊維以外の無機繊維の割合は、当該無機繊維シート全体の質量に対して、45質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。

0034

無機繊維シートを湿式抄紙によって製造する際に添加する成分は特に制限されないが、たとえば、有機バインダー成分無機バインダー成分助剤添加剤充填剤等が挙げられる。

0035

有機バインダー成分は、繊維同士を接着させる成分である。有機バインダー成分としては、無機繊維シートを製造する際の加熱により少なくとも一部が溶融する熱可塑性樹脂等が挙げられる。有機バインダー成分として用いる熱可塑性樹脂は、無機繊維シートの製造する際の乾燥温度等に応じて適宜選択することができる。有機バインダー成分の形態には制限はなく、繊維状、粒子状エマルション、液状等のいずれであってもよい。

0036

熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリエチレン樹脂塩化ビニル樹脂、(メタアクリル酸エステル樹脂スチレンアクリル酸エステル共重合体酢酸ビニル樹脂酢酸ビニル−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体ポリエステル系樹脂ポリビニルアルコールPVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体等が挙げられる。また、スチレン・ブタジエンゴムSBR)、ニトリルゴム(NBR)等のゴム系エマルジョンを使用してもよい。熱可塑性樹脂としては、これらの中から1種以上を使用できる。

0037

また、有機バインダー成分としては、融点の異なる2種以上の材料が複合化し、より低融点の部分が溶融してバインダーとして作用する複合繊維を使用してもよい。複合繊維としては、芯鞘繊維サイドバイサイド繊維等が挙げられる。芯鞘繊維としては、ポリエチレンテレフタレートポリプロピレン等からなる高融点の芯部の周りに、ポリエチレン等からなる低融点の部が形成された繊維等が挙げられる。

0038

有機バインダー成分としては、無機繊維シートの製造工程中の加熱により硬化して繊維同士を接着させる熱硬化型樹脂も使用できる。

0039

熱硬化型樹脂としては、フェノール樹脂エポキシ樹脂メラミン樹脂尿素樹脂不飽和ポリエステル樹脂ポリウレタン樹脂熱硬化性ポリイミド樹脂などが挙げられる。熱硬化型樹脂としては、これらの中から1種以上を使用できる。

0040

有機バインダー成分としては、特に制限されないが、接着力に優れる点から、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol,PVA)を用いることが好ましい。また、耐水性の向上が望ましい場合には、有機バインダー成分としてアクリル樹脂を併用することが好ましく、アクリル樹脂エマルション等をスプレー塗布などによって外添塗布することがより好ましい。

0041

無機繊維シートに対する有機バインダー成分の含有量は、1〜25質量%であることが好ましく、3〜20質量%がより好ましく、5〜15質量%がさらに好ましい。有機バインダー成分の含有量が上記範囲の下限値以上であると、繊維同士を充分に結合することができる。上記範囲の上限値以下であると、無機繊維シートを焼成したときに、焼失する有機バインダー成分の量が少なく、優れたフィルタを製造できる。

0042

有機バインダー成分としてPVAを使用する場合には、有機バインダー成分の全量に対するPVAの含有量は、20質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、100質量%であってもよい。有機バインダー成分としてアクリル樹脂エマルションを使用する場合には、有機バインダー成分の全量に対するアクリル樹脂(固形分)の含有量は、5〜70質量%が好ましい。

0043

無機バインダー成分は、特に制限されないが、例えば、コロイダルシリカ水ガラス珪酸カルシウムシリカゾルアルミナゾル、セピオライト、アルコキシラン等が挙げられる。無機バインダー成分としては、これらのうちの1種以上を使用できる。ただし、これらの無機バインダーは、擦れ曲げ等の外力が加わると粉落ちし、ハンドリング性に劣る場合がある。そのため、無機バインダー成分の含有量は、無機繊維シートに対する含有量として、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。

0044

助剤としては、エポキシ系、イソシアネート系、カルボジイミド系、オキサゾリン系等の架橋剤や、アミノ基、エポキシ基メタクリロキシ基アクリロキシ基メルカプトロ基等の官能基を有するシランカップリング剤が挙げられ、これらのうちの1種以上を使用できる。シランカップリング剤の含有量は、有機バインダー成分の100質量部に対して、10質量部以下の範囲で使用することが好ましい。

0045

添加剤としては、酸化防止剤光安定剤紫外線吸収剤増粘剤造核剤中和剤滑剤ブロッキング防止剤分散剤流動性改良剤離型剤難燃剤発泡剤着色剤濡れ剤、粘剤、歩留向上剤紙力向上剤濾水剤、pH調整剤消泡剤防腐剤ピッチコントロール剤等が挙げられ、これらのうちの1種以上を使用できる。添加剤の含有量は、無機繊維シートに対して5質量%以下が好ましい。

0046

充填剤としては、珪酸カルシウム、炭酸カルシウムカオリンタルクプラスチックピグメントガラスビーズ中空ガラスビーズシラスバルーン等が挙げられ、これらのうちの1種以上を使用できる。

0047

なお、有機バインダー成分、無機バインダー成分、充填剤等を含む場合には、無機繊維シート中の無機繊維及び有機繊維の各含有量が、すでに上述した範囲内となるように、その使用量を調整することが好ましい。

0048

本実施形態の無機繊維シートの坪量には特に限定はなく、たとえば10〜100g/m2とすることができ、15〜60g/m2とすることが好ましい。坪量が上記範囲の下限値以上であれば、無機繊維シートおよび該無機繊維シートから得られるハニカム成形体の強度が充分に得られ、上記範囲の上限値以下であれば、厚みが抑えられ圧力損失も抑制できる。

0049

本実施形態の無機繊維シートは、空気中において500℃で2時間焼成した後の灰分量が60質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがより好ましい。灰分量が上記範囲の下限値以上であれば、焼成による有機分の焼失が大きすぎず、強度の優れるハニカム成形体を製造できる。灰分量の上限には特に制限はないが、たとえば95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。灰分量が上記上限値以下であれば、有機繊維や有機バインダーの最低必要量を含有させることができ、シートに必要な機械強度や、加工性を付与することができる。なお、灰分量は、後述の実施例に記載の方法で測定される値である。

0050

本実施形態の無機繊維シートは、1.0kg荷重での抄紙方向の耐折回数が5回以上であることが好ましく、7回以上であることがより好ましい。耐折回数が上記範囲の下限値以上であれば、コルゲート山頂部に裂けが生じることがなく、セル形状が安定し、性能の優れるフィルタを製造できる。耐折回数は、後述の実施例に記載の方法で測定される値である。

0051

(無機繊維シートの製造方法)
次に、本実施形態の無機繊維シートの製造方法の一例について説明する。本実施形態の無機繊維シートは、上述した無機繊維及び有機繊維を含有する原料スラリーを湿式抄紙して無機繊維シートを製造するものである。

0052

無機繊維シートの製造に用いる原料スラリーは、無機繊維(主にガラス繊維)および有機繊維を主体繊維として含有するとともに、任意成分として有機バインダー成分、無機バインダー成分、充填剤等を含む。また、媒体として、通常、水を含む。

0053

湿式抄紙は、上述した各成分と水(媒体)とを含有する原料スラリーを調製した後、該原料スラリーを公知の抄紙機で抄紙する方法により行うことができる。抄紙機としては、円網抄紙機傾斜型抄紙機、長網抄紙機、短網抄紙機が挙げられる。これら抄紙機のうち、同種または異種の抄紙機を組み合わせて多層抄紙を行ってもよい。

0054

抄紙後の脱水および乾燥の方法には、特に制限はなく、たとえばヤンキードライヤーシリンダードライヤーエアドライヤー赤外線ドライヤー等の公知のドライヤーを用いることができる。乾燥温度は特に制限されないが、通常100℃〜200℃程度である。

0055

なお、有機バインダー成分、あるいは無機バインダー成分を用いる場合は、無機繊維シートを製造するための原料スラリーに添加する以外に、得られた無機繊維シートに対して、有機バインダー成分、あるいは無機バインダー成分を含む液をスプレー塗布、カーテン塗布含浸塗布、バー塗布、ロール塗布ブレード塗布等の方法で付着(外添塗布)させてもよい。外添塗布の対象である不織布は、乾燥後の乾燥不織布であってもよいし、乾燥前の湿潤ウェブであってもよい。

0056

<ハニカム成形体>
次に、本発明を適用した一実施形態であるハニカム成形体の構成の一例について、説明する。
本実施形態のハニカム成形体は、上述した無機繊維シートをコルゲート加工して、ハニカム状に加工された構造体である。

0057

ハニカム成形体は、先ず、上述した無機繊維シートに対してコルゲート加工を施すことにより、波型(凹凸)を付与する。次いで、コルゲート加工した無機繊維シート(中芯紙)と、コルゲート加工をしていない無機繊維シート(ライナー)とを接着して片波成形体を製造する。そして、複数の片波成形体を積層したり、円筒状にしたりすることで、ハニカム成形体が得られる。
その際に使用する接着剤としては、コロイダルシリカ、水ガラス、セピオライト、アルミナゾル等の無機が挙げられ、これらのうちの1種以上を使用できる。また、接着剤としては、エチレン−ビニルアルコール等の有機糊を併用してもよい。
本実施形態のハニカム成形体は、そのまま用いてもよく、焼成して用いてもよい。

0058

<ハニカムフィルタ>
次に、本発明を適用した一実施形態であるハニカムフィルタの構成の一例について、説明する。
本実施形態のハニカムフィルタは、上述したハニカム成形体に少なくとも1種の機能材料を担持することによって得られる。

0059

機能材料としては、例えば、吸着材、除湿剤が挙げられる。
吸着材としては、吸着性等の点から、シリカゲル、ゼオライト、セピオライト、活性炭、イオン交換樹脂からなる群から選ばれる1種以上が好ましい。その他にも、各種の吸着材を機能材料として使用できる。

0061

その他の機能材料の例としては、アルカリ性化合物吸着能のある担体炭酸カリウム炭酸ナトリウム炭酸水素ナトリウム水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等。)や、たとえば活性炭、シリカ、アルミナ、アロフェン、セピオライト、コージライト、その他の粘土鉱物等に担持させた固形吸着材;水酸化ナトリウム水酸化カリウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム、イオン交換樹脂、消臭剤等が挙げられる。また、チタン等の触媒を細孔に担持させた多孔質の吸着材も、機能材料として使用できる。

0062

機能材料の担持方法としては、機能材料を含有するスラリーを上述した無機繊維シートまたはハニカム成形体に含浸させ、乾燥させる公知の方法が挙げられる。

0063

上記スラリーは、機能材料の担持性およびハニカム成形体の強度向上の目的で、コロイダルシリカ、水ガラス、セピオライト、アルミナゾル等の無機接着剤を1種以上含んでいてもよい。

0064

以上説明したように、本実施形態の無機繊維シートは、ガラス繊維を主成分とし、アスペクト比300〜2000の有機繊維を3〜20質量%含有する構成であるため、該シートの強度を維持しつつ、柔軟性が付与されている。したがって、本実施形態の無機繊維シートによれば、コルゲート加工適性に優れ、かつ充分な強度と機能材料の担持量を有するフィルタ基材を製造することができる。

0065

本実施形態の無機繊維シートは、ガラス繊維の加重平均繊維径が3μm以上の場合には、人体に対する安全性を備える。

0066

本実施形態のハニカム成形体は、上記無機繊維シートがコルゲート加工されたものであるため、充分な強度と吸着材の担持量を有する。
本実施形態のハニカムフィルタは、高性能のフィルタである。

0067

以下、実施例および比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により限定されない。

0068

測定方法および評価方法
(坪量)
得られた無機繊維シートについて、JIS P8124に準じて測定した。
(厚み)
得られた無機繊維シートについて、JIS P8118に準じて測定した。

0069

引張強度
得られた無機繊維シートについて、JIS P 8113に準じた方法で、テンシロン引張試験器(ORINTEC社製)による測定を行った。
(曲げ抗力
得られた無機繊維シートについて、ISO2493に準じた方法で、BENDING RESISTANCE TESTER(L&W社製)による測定を行った。
(耐折回数)
得られた無機繊維シートについて、JIS P 8115耐折強さ試験法に準じ、MI試験機を用い、荷重1.0kgにて、試験片を10個測定した平均回数を算出した。

0070

(灰分量)
得られた無機繊維シートについて、525℃のかわりに500℃で2時間燃焼した以外はJIS P8251に準じて測定した。
保液量
得られた無機繊維シートについて、JIS L1913保水率の測定に準じて、無機繊維シート(100mm×100mm)の乾燥質量A(g/m2)を測定した。その後、該無機繊維シートを純水に15分間浸漬し、次いで取り出して、自重水滴の落下が止むまで吊るした後の質量B(g/m2)を測定した。質量Bから質量Aを引いた値を保液量とした。なお、保液量は1m2当たりに換算し、表に記載した。

0071

(コルゲート加工適性)
得られた無機繊維シートにコルゲート加工を施し、以下の指標に基づいてコルゲート加工適正を評価した。
S:波状の型つきが非常に良く、波の形が非常に優れている。
A:波状の型つきが良く、波の形が良好である。
B:波状の型つきがやや悪く、波の形がやや潰れ気味である。セル形状がやや不均一。
C:波状の型つきが悪く、波の頂点に割れや裂けがある。セル形状が不均一。

0072

(粉落ち)
得られた無機繊維シートにコルゲート加工を施し、巻取繰り出し部の床面、及びコルゲートギア間の紙粉状況を目視にて観察し、以下の指標に基づいて粉落ちを評価した。
A:床面、ギア間共に、紙粉は殆ど発生しない。
B:床面、またはギア間に紙粉がやや見られるが許容範囲である。
C:床面に紙粉が多く見られる、またはギア間に紙粉が明らかに溜る。

0073

<実施例1>
ガラス繊維(径:6μm、長さ:6mm)84質量%、有機繊維としてポリエチレンテレフタレート繊維(径:3.5μm、長さ:5mm、アスペクト比:1429)8質量%、バインダーとしてポリビニルアルコール(クラレ製、ポバールK−17U6)8質量%を混合して原料スラリーとし、0.2%濃度にて水に分散した。湿式抄紙法にて、ランダムな配列のウェブを形成し、アクリルエマルションを0.3g/m2となるようにスプレー塗布し乾燥した。得られた無機繊維シートの量、厚み、引張強度、曲げ抗力、耐折回数、および保液量を測定した。結果を表1に示す。

0074

得られた無機繊維シートを空気中において500℃で2時間焼成した後のシートについて、灰分量を測定した。結果を表1に示す。

0075

ついで、得られた無機繊維シートを高さ1.4mm、ピッチ2.6mmの波状に加工して中芯紙とし、該中芯紙を得られた無機繊維シートからなる平面のシート状ライナーにシリカゾルを主成分とする無機接着剤で接着してコルゲート加工し、これを成巻し、円筒状のハニカム成形体を作製した。
得られたハニカム成形体について、コルゲート加工適性、粉落ちを評価した。結果を表1に示す。

0076

<実施例2>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維(径:5μm、長さ:5mm、アスペクト比:1000)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0077

<実施例3>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維(径:8μm、長さ:5mm、アスペクト比:625)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0078

<実施例4>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維(径:12μm、長さ:5mm、アスペクト比:417)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0079

<実施例5>
有機繊維を扁平状ポリエチレンテレフタレート繊維(短径:8μm、長径:32μm(16μm円相当径)、長さ:5mm、アスペクト比:313)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0080

<実施例6>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維(径:17μm、長さ:10mm、アスペクト比:588)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0081

<比較例1>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維(径:17μm、長さ:5mm、アスペクト比:294)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0082

<比較例2>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維(径:24μm、長さ:5mm、アスペクト比:208)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0083

<比較例3>
有機繊維をNパルプ(径:23μm、長さ:0.7mm、アスペクト比:30)に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0084

<比較例4>
有機繊維をポリエチレンテレフタレート繊維の配合を2質量%に変更した以外は実施例3と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0085

<比較例5、6>
ガラス繊維をセラミック繊維(径:2.2μm、長さ:6mm)84質量%に変更した以外は実施例3と同様にして、表1に示す坪量、厚みの無機繊維シートを得た。
以後、実施例1と同様にして、測定、評価を行った。結果を表1に示す。

0086

実施例

0087

表1に示すように、比較例1は、セルの形状が不均一で、紙粉も発生した。
比較例2は、セル山に割れが生じ、紙粉も発生した。
比較例3は、セルの形状が不均一であった。
比較例4は、波状の型がつき難く、波状にならない部分が発生した。
比較例5、6は、紙粉が発生したものの加工性は問題なかったが、実施例1〜6に比べ、比較例5は保液量が少なめで、比較例6は厚みが大きめであった。
実施例1〜6は、コルゲート加工適性に優れていた。また、充分な強度を有しており、粉落ちがなく、保液量も充分であった。

0088

本発明の無機繊維シートは、コルゲート加工適性に優れており、充分な強度を有するため、断熱材、耐熱クッション材、耐熱シールド材、セパレーター、触媒等の機能材料の担持体などの分野において、産業上利用が可能である。また、本発明のハニカム成形体は、吸着材などの機能材料を担持した熱交換用ハニカムフィルタや、ガス吸着用ハニカムフィルタの分野において、産業上利用が可能である。

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