JP2004250324A - セラミックハニカム構造体の製造方法、およびコージェライト化原料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 コージェライト化原料を主原料として用い、この原料から所定の成形体を押出成形した後、焼成する、セラミックハニカム構造体の製造方法であって、前記コージェライト化原料が、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分を10〜20質量%で含有し、且つ前記シリカ源成分が、粒径75〜250μmの粉末を1質量%を超え10質量%以下で含有しているセラミックハニカム構造体の製造方法。
【選択図】 なし
Description
以上のように、従来技術の多孔質ハニカムフィルタの製造方法によれば、必ずしも気孔率60〜80%、平均細孔径15〜25μm、細孔径20〜40μm以上の総細孔容積が全細孔容積の25%以上を有するセラミックハニカム構造体が得られず、低圧力損失、高強度を満足したハニカムフィルタを製造できないという問題があった。
本発明のセラミックハニカムフィルタの製造方法は、コージェライトを主結晶とする材料からなるセラミックハニカム構造体の所定の流路端部を目封止し、該流路を区画する多孔質の隔壁に排気ガスを通過せしめることにより、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するセラミックハニカムフィルタに使用されるセラミックハニカム構造体の製造方法であって、コージェライト化原料を主原料として用い、この原料から所定の成形体を押出成形した後、焼成するセラミックハニカムフィルタの製造方法において、前記コージェライト化原料が、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分を10〜20質量%で含有し、且つ前記シリカ源成分が、粒径75〜250μmの粉末を1質量%を超え10質量%以下で含有している。このため、例えば気孔率60〜80%、平均細孔径15〜25μm、細孔径20〜40μm以上の総細孔容積が全細孔容積の25%以上を有するセラミックハニカム構造体を得ることができ、低圧力損失、高捕集率、高強度を満足したハニカムフィルタを製造できる。
バインダーとしては、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、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を挙げることができ、分散剤としては例えば、エチレングリコール、脂肪酸石鹸等を挙げることができ、潤滑剤としては、水溶性ワックス、ステアリン酸等を挙げることができる。尚、上記の添加剤は、目的に応じて1種単独又は2種以上組み合わせて用いることができる。
上述したコージェライト化原料100質量部に対して、造孔材4〜40質量部、バインダー4〜12質量部を投入して乾式混合した後に、水を10〜40質量部投入後、混練し、可塑性を有する坏土とする。この坏土を公知の押出成形法によりハニカム構造の成形体を押出成形した後、公知の乾燥法、例えばマイクロ波乾燥、誘電乾燥、熱風乾燥等の方法により、成形体の乾燥を行う。次いで乾燥されたハニカム構造の成形体を、焼成炉内に配置し、1350〜1440℃の温度で焼成を行い、セラミックハニカム構造体を得る。
尚、所定の流路へのセラミックスラリーの導入は、乾燥後のセラミックハニカム構造の成形体に対して行った上で、成形体と同時に目封止材を焼成、一体化させても良い。
(実施例1〜4)
表1〜3に示す平均粒径、粒度分布、CaO+Na2O+K2O含有量のタルク、カオリンA、石英A、酸化アルミニウムA、水酸化アルミニウム等のコージェライト化原料を、表4に示す割合で秤量した。次いで表4に示すように、このコージェライト化原料100質量部に対して、発泡樹脂であるイソブタン内包アクリロニトリル・メチルメタクリレート共重合体を10質量部、メチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを2質量%を添加し、混合調整した。ここで、表1〜4に示す原料粉末の平均粒径及び粒度分布は、(株)セイシン企業製レーザ回折式粒度分布測定器LMS−30を使用して測定した。その後、このコージェライト化原料100質量部に対して水を25質量部投入し、混合、混練を加え、可塑化可能な坏土を作製し、この坏土を押出成形機に投入して、ハニカム構造を有する成形体を得た。次いで得られた成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥した後、熱風乾燥を行い、所定の寸法に両端面を切断した。次いで、このハニカム構造の乾燥体の流路の開口端部に、コージェライト化原料からなるスラリーを端部から約10mmの深さまで充填、乾燥させ、図1に示す構造の、流路の両端部が交互に目封止された、セラミックハニカムフィルタ乾燥体を得た。その後、1420℃、10時間の条件で焼成を行い、Φ267mm、長さ304mm、隔壁厚さ300μm、隔壁ピッチ1.58mmの寸法特性を有する実施例1〜4のセラミックハニカムフィルタを得た。
実施例1〜4と同様の原料、タルク、カオリン、石英A、酸化アルミニウムA、水酸化アルミウムに仮焼カオリンを加えて、表4に示す割合で秤量し、次いで表4に示すように、このコージェライト化原料100質量部に対して、発泡樹脂であるイソブタン内包アクリロニトリル・メチルメタクリレート共重合体を10質量部、メチルセルロース5質量%、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを2質量%を添加し、混合調整した。その後、実施例1〜4と同様の方法で、混練、成形、乾燥、焼成を行い、Φ267mm、長さ304mm、隔壁厚さ300μm、隔壁ピッチ1.58mmの寸法特性を有する比較例1〜3のセラミックハニカムフィルタを得た。これらについて、実施例1と同様に、圧力損失、細孔分布、熱膨張係数、A軸圧縮強度を測定した結果を表5に示す。
実施例5のセラミックハニカムフィルタは、表4に示すように実施例4のセラミックハニカムフィルタに対して、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分に溶融シリカAを使用し、造孔材にコージェライト化原料100質量部に対して、発泡樹脂であるイソブタン内包アクリロニトリル・メチルメタクリレート共重合体を12質量部添加したこと以外は、実施例4と同様にして作製した。
実施例7及び8のセラミックハニカムフィルタは、実施例5のセラミックハニカムフィルタに対して、アルミナ源成分の酸化アルミニウムAと水酸化アルミニウムの配合割合を変化させるとともに、カオリン、タルク、溶融シリカAの配合割合を僅か変化させたこと以外は、実施例5と同様にして作製した。
実施例9及び実施例12のセラミックハニカムフィルタは、実施例5のセラミックハニカムフィルタに対して、アルミナ源成分に酸化アルミニウムB及び酸化アルミニウムCを使用したこと以外は、実施例5と同様にして作製した。
実施例10のセラミックハニカムフィルタは、実施例9のセラミックハニカムフィルタに対して、造孔材にコージェライト化原料100質量部に対して、発泡樹脂であるイソブタン内包アクリロニトリル・メチルメタクリレート共重合体を15質量部添加したこと以外は、実施例10と同様にして作製した。
また、実施例11のセラミックハニカムフィルタは、実施例9のセラミックハニカムフィルタに対して、造孔材にコージェライト化原料100質量部に対して、発泡樹脂であるイソブタン内包アクリロニトリル・メチルメタクリレート共重合体を10質量部、グラファイトを5質量部添加したこと以外は、実施例10と同様にして作製した。
このため、その隔壁内には細孔が形成され、気孔率が61.7〜67.0%、平均細孔径が15.5.〜16.5μm、20〜40μmの総細孔容積が全細孔容積の27.6〜29.8%であるセラミックハニカムフィルタが得られた。このセラミックハニカムフィルタは、圧力損失特性が196〜198mmH2Oで、実用上問題ない200mmH2O以下が得られ、A軸圧縮強度も3.1〜3.2MPaで、実用上問題ない3MPa以上の値が得られ、低圧力損失と高強度を両立させたセラミックハニカムフィルタが得られた。また、熱膨張係数も7〜9×10−7/℃と低い値が得られた。
実施例13及び15〜18のセラミックハニカムフィルタは、表4に示すように実施例3のセラミックハニカムフィルタに対して、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分に溶融シリカB、溶融シリカD、溶融シリカE、溶融シリカF、溶融シリカHを使用したこと以外は、実施例3と同様にして作製した。また、実施例14のセラミックハニカムフィルタは、表4に示すように、実施例4のセラミックハニカムフィルタに対して、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分に溶融シリカBを使用したこと以外は、実施例4と同様にして作製した。
比較例4〜7のセラミックハニカムフィルタは、表4に示すように実施例3のセラミックハニカムフィルタに対して、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分に石英B、石英C、溶融シリカC、溶融シリカGを使用したこと以外は、実施例3と同様にして作製した。また比較例8〜9のセラミックハニカムフィルタは、比較例5及び6のセラミックハニカムフィルタに対して、添加する造孔剤の種類び添加量を変化させた。比較例7では、グラファイト、比較例8では発泡樹脂及びポリエチレンを造孔剤として使用した。
実施例19〜21のセラミックハニカムフィルタは、表4に示すように実施例3のセラミックハニカムフィルタに対して、添加する造孔剤の種類及び添加量を変化させた以外は、実施例と同様にして作製した。実施例19では、グラファイト及びポリメチルメタクリレート(PMMA)、実施例20では発泡樹脂及びグラファイト、実施例21では、小麦粉を造孔剤として使用した。
実施例1〜4と同様に作製したセラミックハニカムフィルタに対して、白金(Pt)、酸化セリウム、及び活性アルミナからなる触媒物質を隔壁表面及び内部にウオッシュコート法により担持し、実施例16〜19のセラミックハニカムフィルタを得た。このときの担持量はPt量で2g/L(ハニカムフィルタ容積1Lに対して、Pt2g担持の意味)とした。これらについて、実施例1と同様に、圧力損失、及びA軸圧縮強度を測定した結果を表6に示す。
実施例1〜4のセラミックハニカムフィルタの隔壁内には、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分により得られた細孔が形成され、気孔率が60〜80%、平均細孔径が15〜25μm、20〜40μmの総細孔容積が全細孔容積の25%以上であるため、触媒物質が担持された実施例22〜25のセラミックハニカムフィルタであっても、その圧力損失特性は、触媒担持前と殆ど変わらず、200mmH2O以下の低圧力損失が得られた。一方、A軸圧縮強度も実用上問題のない、3MPa以上の値が得られ、低圧力損失と高強度を両立させたセラミックハニカムフィルタが得られた。
2:流路、
3:セラミックハニカムフィルタ、
4:目封止材、
Claims (6)
- コージェライト化原料を主原料として用い、この原料から所定の成形体を押出成形した後、焼成する、セラミックハニカム構造体の製造方法であって、前記コージェライト化原料が、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分を10〜20質量%で含有し、且つ前記シリカ源成分が、粒径75〜250μmの粉末を1質量%を超え10質量%以下で含有していることを特徴とするセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分が、粒径45μm以上の粉末を3〜25質量%、粒径20μm以上の粉末を31〜52質量%、粒径10μm以上の粉末を49〜70質量%、粒径5μm以上の粉末を65〜90質量%、粒径2μm以上の粉末を80〜99.5質量%で含有していることを特徴とする請求項1記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記コージェライト化原料が、アルミナ源成分として、少なくとも酸化アルミニウムを30質量%以下含有し、該酸化アルミニウムは、粒径45μm以上の粉末を5質量%以下、粒径20μm以上の粉末を2〜22質量%で含有し、粒径10μm以上の粉末を13〜33質量%、粒径5μm以上の粉末を48〜68質量%、粒径2μm以上の粉末を85質量%以上含有していることを特徴とする請求項1乃至2記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- 前記コージェライト化原料を主成分とするセラミックス原料100質量部に対して、発泡樹脂を4質量部を超え20質量部以下含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のセラミックハニカム構造体の製造方法。
- セラミックハニカム構造体の製造に用いるコージェライト化原料であって、カオリン及びタルク以外のシリカ源成分を10〜20質量%で含有し、且つ前記シリカ源成分が、粒径75〜250μmの粉末を1質量%を超え10質量%以下、粒径45μm以上の粉末を3〜25質量%で含有し、粒径20μm以上の粉末を31〜52質量%、粒径10μm以上の粉末を49〜70質量%、粒径5μm以上の粉末を65〜90質量%、粒径2μm以上の粉末を80〜99.5質量%で含有していることを特徴とするコージェライト化原料。
- セラミックハニカム構造体の製造に用いるコージェライト化原料であって、該コージェライト化原料がアルミナ源成分として、少なくとも酸化アルミニウムを30質量%以下含有し、該酸化アルミニウムが、粒径45μm以上の粉末を5質量%以下、粒径20μm以上の粉末を2〜22質量%で含有し、粒径10μm以上の粉末を13〜33質量%、粒径5μm以上の粉末を48〜68質量%、粒径2μm以上の粉末を85質量%以上含有していることを特徴とする請求項7に記載のコージェライト化原料。
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